كيف تعمل الصمامات الكروية الهوائية والكهربائية؟

ISO These valves, akin to conductors in an industrial orchestra, play a pivotal role in directing the flow of fluids with unparalleled accuracy. In this blog, we embark on a journey to unravel the inner workings of Pneumatic and Electric Ball Valves, exploring the fundamental principles that govern their operation. From the swift response of compressed air in pneumatic systems to the precise modulation driven by electric power, each valve type boasts unique features that cater to diverse industrial needs.

بالنسبة للأتمتة و/أو التحكم عن بعد، يمكن إقران الصمامات الكروية بمشغل هوائي (صمامات كروية هوائية) أو مشغل كهربائي (صمامات كروية كهربائية). اعتمادًا على التطبيق، قد يكون استخدام مشغل هوائي بدلاً من مشغل كهربائي أكثر فائدة، أو العكس. سنقارن بين الخيارين في هذا المقال.

ما هو الصمام الكروي؟

أ صمام كروي هو صمام ربع دورة يتحكم في تدفق وسيط باستخدام كرة مجوفة دوارة. يظهر في الصورة منظر مقطعي للمكونات الرئيسية للصمام الكروي اليدوي. عندما يتلامس الجزء المجوف من الكرة مع التدفق (الأنبوب أو الخرطوم)، يفتح الصمام ويسمح للوسيط بالمرور. يغلق الصمام عندما يكون الجزء الصلب من الكرة متماشيًا مع التدفق، وهو ما يتم عن طريق تدوير الكرة 90 درجة (ومن هنا يأتي مصطلح صمام ربع دورة).

من الممكن أيضًا ضبط الصمام بين الفتح والإغلاق الكامل، مما يسمح بتنظيم تدفق أكثر دقة. عادةً ما تحتوي الصمامات الكروية على منفذين، أحدهما للمدخل والآخر للتدفق الخارج. ومع ذلك، تتوفر أيضًا ثلاثة منافذ (L أو T)، وتحدد كيفية بناء الصمام وتركيبه كيفية دوران الكرة بزاوية 90 درجة لتوجيه تدفق الوسائط. الصمامات الكروية ذات الأربعة منافذ ممكنة ولكنها غير شائعة.

يرتبط ساق الصمام بالكرة ويتحكم في دورانها في الصمامات الكروية. لتنشيط الصمام، يتم ربط ساق الصمام بمقبض يدوي في الشكل 2. من ناحية أخرى، يمكن ربط جذع الصمام بمشغل دوار هوائي أو كهربائي، والذي يدور الجذع لفتح و/أو إغلاق الصمام الكروي تلقائيًا و/أو عن بُعد.

ما هو المحرك؟

مشغل الصمام هو جهاز يتيح لك التحكم في صمام من مسافة بعيدة. يُعرف المشغل باسم مشغل ربع دورة إذا كان يتحكم في صمام ربع دورة. وبدلاً من الرافعة اليدوية، يمكنك تركيب مشغل على الصمام للتحكم فيه تلقائياً وعن بعد. تقوم المشغلات بإنشاء عزم الدوران المطلوب لتشغيل (تدوير) صمام كروي باستخدام مصدر طاقة. يتم تشغيل معظم المشغلات بواسطة أنظمة هوائية أو كهربائية أو هيدروليكية (غير مذكورة في هذه المقالة). وينتج عن الاختلاف في مصدر الطاقة هذا تصميمات متعددة، لكل منها مجموعة من المزايا والعيوب الخاصة به لتطبيقات محددة (موضحة أدناه). قد يحتوي المشغل على ميزات مثل مؤشرات الموضع والتجاوز اليدوي بالإضافة إلى مكون توليد عزم الدوران.

ما هو المحرك الهوائي؟

من خلال تحويل طاقة الهواء المضغوط إلى حركة ميكانيكية، تقوم المشغلات الهوائية بتشغيل الصمامات الكروية. يتطلب الصمام الكروي حركة ميكانيكية دوارة للدوران 90 درجة. تتوفر صمامات كروية ذات مشغل هوائي أحادي المفعول ومزدوج المفعول. يقوم المشغِّل الهوائي أحادي المفعول بتدوير الصمام بمدخل هواء مضغوط واحد ونابض لإعادته إلى موضعه المعتاد. يتم استخدام مدخلي هواء مضغوط بواسطة مشغل هوائي مزدوج المفعول لتدوير الصمام وإعادته إلى موضعه الأصلي.

مبدأ تشغيل المشغّل الهوائي

آلية الحامل والترس الصغير هي أكثر أنواع المشغلات الهوائية شيوعًا للصمامات الكروية. ويوضح الشكل 4 الحامل (ترس خطي) والترس الصغير (ترس دائري). لتحقيق الحركة الخطية، يقترن الحامل بمكبس يتم دفعه بواسطة الهواء المضغوط. ويحول الترس الصغير هذه الحركة الخطية إلى حركة دائرية. يحرك الترس الدبوسي جذع صمام كروي مفتوح ومغلق.

تدير صمامات الملف اللولبي الهواء المضغوط للتحكم في المشغل الهوائي للصمامات الكروية. تعمل النبضات الكهربائية الصادرة من وحدة التحكم على تنشيط صمام الملف اللولبي، مما يسمح للهواء المضغوط بالتدفق إلى جانبي المكبس في المشغل الهوائي. يقوم المكبس بدفع الحامل، الذي يدير الترس الصغير المتصل بساق الصمام الكروي.

ما هو المحرك الكهربائي؟

تستخدم المشغّلات الكهربائية محركًا كهربائيًا لتحريك صمام كروي بزاوية 90 درجة، وتحويل الطاقة الكهربائية إلى قوة دوارة. وهي تقنية موفرة للطاقة ونظيفة وصامتة للتحكم في الصمامات. يمكن للتيار المتردد (AC) أو التيار المباشر (DC) تشغيل المحرك الكهربائي. ويتم وضعها في مبيت قوي ومضغوط يضم أيضًا المكونات الأخرى للمشغل مثل التروس ومفاتيح الحد والأسلاك وما إلى ذلك. يتم ربط المجموعة بأكملها بصمام باستخدام واجهة توصيل مناسبة، مثل ISO 5211.

مبدأ تشغيل المشغل الكهربائي

يوفر المحرك الكهربائي عزم الدوران الذي يتم توصيله إلى جذع الصمام عبر عمود الدوران. يؤدي ذلك إلى دوران الصمام الكروي. يقترن نظام تروس بعمود المحرك الكهربائي لتوفير عزم الدوران المطلوب. تعتبر قدرة عزم الدوران من الاعتبارات المهمة عند اختيار المشغل. يجب أن يكون أكثر من عزم الدوران اللازم (عزم الدوران الانفصالي) لتدوير الصمام الكروي بنسبة معينة، والتي غالباً ما يتم تحديدها من قبل الشركة المصنعة للصمام الكروي. عزم الدوران الانفصالي هو أصغر مقدار من عزم الدوران المطلوب لتدوير الصمام الكروي، والذي يكون عادةً في المواضع الثابتة المغلقة تمامًا أو المفتوحة بالكامل.

يرتبط زمن استجابة (سرعة تشغيل) المشغل الكهربائي ارتباطًا عكسيًا بعزم دوران المشغل. يحدد نظام التروس العلاقة بين السرعة وعزم الدوران. تنتج نسبة التروس الأعلى عزم دوران أكبر ولكن لها زمن استجابة أقصر.

Electric actuators can be powered by direct current (12, 24, and 48V) or alternating current (24, 48, 120, 130, and 240V). Limit switches are installed to prevent current from flowing to the motor when fully closed and open. Modulating control can be accomplished with electric motors. This precisely puts the valve between fully open and fully closed positions (i.e., 0° and 90°). This can be used to control the flow rate through the valve. To modulate the electric motor, a positioning circuit board (PCB) is fitted to the electric actuator. For optimal performance and reliability of such positioning circuit boards, many automation system designers choose Heavy Copper PCB to ensure stable current carrying and thermal management.

مشغل وصمام كروي

على الرغم من أن المشغلات و الصمامات الكروية هي مكونات متميزة، وكثيرًا ما يتم استخدامها جنبًا إلى جنب. ونتيجة لذلك، يكون شراؤها كحزمة واحدة أكثر ملاءمة لضمان التوافق. عندما يتم الجمع بين المشغِّل والصمام الكروي، فإنك تحصل على صمام كروي أوتوماتيكي يمكن تشغيله عن بُعد. تقوم واجهة توصيل بتوصيل المشغل بالصمام الكروي. تتكون واجهة التوصيل من عمود أو جذع يربط كرة الصمام بالمشغل وشفة تثبت المشغل بالصمام. يمكن أن تكون هذه الواجهة خاصة بالعلامة التجارية أو متوافقة مع معايير مثل ISO 5211. يمكن تركيب صمام متوافق خاص بالعلامة التجارية مع مشغل خاص بالعلامة التجارية. من ناحية أخرى، يمكن تبديل الصمامات الكروية والمشغلات المختلفة طالما أنها تلتزم بنفس المعيار، مثل معيار ISO 5211.

الصمامات الكروية الهوائية مقابل الصمامات الكروية الكهربائية

• الفرق الأساسي بين الصمامات الكروية الكهربائية والهوائية هو استخدام مشغلات مختلفة. بشكل عام، يتم اختيار مشغلات مختلفة وفقًا لمتطلبات ظروف العمل. على سبيل المثال، في المناسبات الكيميائية والمناسبات الأخرى التي تتطلب مقاومة للانفجار، يتم استخدام الصمامات الهوائية بشكل كبير لأنها رخيصة وسهلة التشغيل. كما أنها تحتوي على محدد موقع ذكي يلبي متطلبات الأمان العالية.
• Pneumatic ball valves have more force than electric ball valves. The opening and closing action and speed of the pneumatic valve can be adjusted. Simple structure. Easy to protect. Because of the buffering capabilities of the gas, it is difficult to damage owing to a blockage during operation. However, it requires an air supply and has a more complicated control system than an electric ball valve. Pneumatic ball valves are flexible, safe and reliable. Many places with high control requirements have established compressed air stations using pneumatic external control elements. Pneumatic ball valves are flexible, safe and reliable. Many places with high control requirements have established compressed air stations using pneumatic external control elements.  The pneumatic actuator’s power source is air, and the electric control signal is transformed into a pneumatic control signal by the positioner to drive the pneumatic actuator and modify the valve position.
• إن مصدر الطاقة لمشغل الصمام الكهربائي هو مصدر الطاقة، ولوحة الدائرة الكهربائية أو المحرك الخاص به عرضة للشرر، لذلك يتم استخدامه بشكل عام في الأماكن ذات المتطلبات البيئية المنخفضة وعدم وجود مخاطر. الصمامات الكروية الكهربائية أبطأ من الصمامات الكروية الهوائية. في الظروف العادية، يفتح الصمام الكروي الهوائي ويغلق في حوالي 6 ثوانٍ، بينما يفتح الصمام الكروي الكهربائي ويغلق في حوالي 15-20 ثانية.
• يتمتع الصمام الكروي الكهربائي بميزة التأثير الجيد على الغازات ذات القطر الكبير والمتوسطة السائلة ولا يتأثر بالطقس أو ضغط الهواء المضغوط. ومن عيوبه ارتفاع التكلفة وضعف الأداء في الأماكن الرطبة. تشمل مزايا الصمام الكروي الهوائي تأثيره الجيد على الوسط الغازي والسائل ذي القطر الصغير، والتكلفة المنخفضة، والحماية المريحة.

تتفوق الصمامات الكروية الهوائية على الصمامات الكروية الكهربائية. يعمل الصمام الكروي الكهربائي بسرعة وهو مناسب للمواقع التي لا تحتوي على مصادر هواء خارجية؛ ومع ذلك، فإن وظيفة السلامة الخاصة به غير كافية، ويصعب استخدامه في البيئات القابلة للاحتراق والانفجار ذات المعايير العالية المقاومة للانفجار. إن أداء الصمام الكروي الكهربائي أثناء التشغيل ليس ثابتًا مثل أداء الصمام الكروي الهوائي، كما أن التكلفة وتكاليف الصيانة كبيرة. ومع ذلك، يمكن للصمام الكروي الهوائي أن يلبي متطلبات التحكم بشكل كامل وهو سهل التشغيل. إنه يتمتع بوظيفة أمان جيدة إلى حد معقول وهو مثالي للأماكن ذات المتطلبات العالية المقاومة للانفجار، مثل البيئات القابلة للاشتعال والانفجار.

الأفكار النهائية

يصبح من الواضح أن الاختيار بين المشغلات الهوائية والكهربائية هو قرار دقيق متجذر بعمق في المتطلبات الخاصة بالتطبيق. يوفر التفاعل الديناميكي بين الهواء المضغوط والطاقة الكهربائية، التي تجسدها الصمامات الكروية الهوائية والكهربائية على التوالي، مجموعة من المزايا المصممة خصيصًا لتلبية الاحتياجات الصناعية المتنوعة. وتكمن الخلاصة الرئيسية في الفهم الاستراتيجي للوقت المناسب للاستفادة من الاستجابة السريعة للمشغلات الهوائية والوقت المناسب للاستفادة من دقة المشغلات الكهربائية وقدرتها على التكيف. في المشهد المتطور باستمرار لأنظمة التحكم في السوائل، لا يضمن هذا التكامل المدروس للتكنولوجيا الأداء الأمثل فحسب، بل يمهد الطريق للابتكار المستمر في السعي لتحقيق الكفاءة والتميز. ومع احتضان الصناعات للإمكانيات التي توفرها هذه الشراكات متعددة الاستخدامات، يظل التزاوج السلس بين الصمامات الكروية والمشغلات الهوائية أو الكهربائية في طليعة تشكيل مستقبل العمليات المؤتمتة والتي يتم التحكم فيها عن بُعد.