شیر برقی (سلونوئید ولو) چیست؟ بررسی کامل و کاربردی

شیر برقی یا سلونوئید ولو (Solenoid Valve)، به‌عنوان یکی از دستگاه‌های کنترل جریان، نقش حائز اهمیتی در تأمین و مدیریت سیستم‌ها در صنعت و سیستم‌های خانگی دارد. شیر برقی به شکلی ساده و هم‌زمان عملکردی به‌عنوان یک سوئیچ برقی و یک ولو (شیر) مکانیکی دارد. با استفاده از میدان مغناطیسی تولید شده توسط برق، جریان را از طریق مسیرهای در داخل ولو کنترل می‌کند. این عملکرد منحصر به فرد شیر برقی، از آن یک ابزار بسیار کارآمد برای کنترل جریان برق در سیستم‌های توزیع می‌کند. در این مقاله، قصد داریم به صورت کامل و کاربردی به بررسی شیر برقی به‌عنوان یکی از اجزای اساسی در سیستم توزیع برق بپردازیم. با ما همراه باشید.

شیر سلونوئید چیست؟

شیرهای برقی الکترومغناطیسی (که به‌عنوان شیرهای برقی نیز شناخته می‌شوند) دریچه‌هایی هستند که توسط جریان الکتریکی کنترل می‌شوند. آن‌ها از دو بخش اصلی تشکیل زیر شده‌اند:

• بدنه شیر
• شیر برقی (کویل)

 شیر برقی از یک سیم مسی پیچیده شده تشکیل می‌شود که یک هسته را با یک پیستون بسته متحرک احاطه کرده است. وظیفه سیم‌پیچ ایجاد میدان مغناطیسی با عبور جریان الکتریکی است که پیستون را به حرکت درمی‌آورد و دریچه را باز یا بسته می‌کند؛ بنابراین شیرهای برقی از جریان الکتریکی برای تبدیل به حرکت خطی استفاده می‌کنند.
شیرهای برقی برای اهداف زیادی استفاده می‌شوند. ازجمله:

• کنترل محیط‌های مایع و گاز
• بسته، باز و کنترل کردن سیستم‌ها
• توزیع یا اختلاط در سیستم‌های توزیع

کاربردهای کلاسیک شامل کنترل سیستم‌های گرمایشی، آبیاری، ماشین ظرف‌شویی و ماشین لباسشویی، سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع، پزشکی، دندانپزشکی، نظافت صنعتی و مخازن آب است.

شیرهای برقی در ساختارهای معمولی دو طرفه یا حتی پیچیده‌تر سه طرفه و چند طرفه هستند که برای سوئیچینگ و اختلاط جریان استفاده می‌شوند. اغلب بدنه شیرها از برنج، فولاد ضدزنگ (استنلس استیل)، آلومینیوم یا حتی پلاستیک ساخته می‌شوند. قبل از خرید همیشه بررسی کنید که مواد برای استفاده مورد نظر مناسب و با محیط سازگار باشد.

کاربردهای سلونوئید چیست؟

علاوه بر مواردی که در بالا گفته شده برخی دیگر از کاربردهای رایج شیر برقی خانگی و صنعتی عبارت‌اند از:

• سیستم‌های تبرید از شیرهای برقی برای معکوس کردن جریان مبرد استفاده می‌کنند. این به سرمایش در تابستان و گرمایش در زمستان کمک می‌کند.
• سیستم‌های آبیاری از شیرهای برقی با کنترل اتوماتیک استفاده می‌کنند.
• ماشین‌های ظرف‌شویی و ماشین لباسشویی از شیر برقی برای کنترل جریان آب استفاده می‌کنند.
• سیستم‌های تهویه مطبوع از شیرهای برقی برای کنترل فشار هوا استفاده می‌کنند.
• شیر برقی در سیستم‌های قفل اتوماتیک برای قفل درب استفاده می‌شود.
• تجهیزات پزشکی و دندانپزشکی از شیر برقی برای کنترل جریان، جهت و فشار مایع استفاده می‌کنند.
• مخازن آب از شیرهای برقی برای کنترل ورودی یا خروجی آب استفاده می‌کنند که اغلب در ترکیب با یک سوئیچ شناور است.
• در کارواش‌ها و تجهیزات نظافت صنعتی برای کنترل جریان آب و صابون از شیرهای برقی استفاده می‌کنند.

انواع شیر سلونوئید

انواع شیرهای سلونوئید موجود در بازار هستند که تغییرات و طراحی‌های ویژه‌ای برای کاربردهای خاص وجود دارد. انتخاب شیر سلونوئید بستگی به عواملی مانند نرخ جریان موردنیاز، فشار، سازگاری مایع و نیازهای کنترل سیستم دارد.
انواع شیر سلونوئید را می‌توان در سه نوع زیر در بازار جست‌وجو کرد:

1- نرمال کلوز (نرمال بسته)

برای یک شیر برقی نرمال بسته، همانطور که مشخص است، شیر در حالت عادی بسته است و مایع یا گاز نمی‌تواند از طریق آن جریان یابد. هنگامی‌که جریان برق به سیم‌پیچ شیر ارسال می‌شود، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند که پیستون را به سمت بالا و غلبه بر نیروی فنر را مجبور می‌کند. این کار درپوش را باز می‌کند و به جریان مایع یا گاز اجازه می‌دهد از شیر عبور کند. شکل زیر اصل عملکرد یک شیر برقی معمولی بسته را در حالت‌های بدون انرژی و برق نشان می‌دهد.

2- نرمال اپن (نرمال باز)

در یک شیر برقی نرمال باز، دریچه در حالت معمول باز است و مایع یا گاز می‌تواند از طریق آن جریان یابد. هنگامی‌که جریان به سیم‌پیچ ارسال می‌شود، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند که پیستون را به سمت پایین مجبور می‌کند و بر نیروی فنر غلبه می‌کند. سپس درپوش در دهانه قرار می‌گیرد و آن را می‌بندد که از عبور مواد از طریق شیر جلوگیری می‌کند. شکل زیر اصل عملکرد یک شیر برقی معمولی باز را در حالت‌های بدون انرژی و برق نشان می‌دهد.
یک شیر برقی معمولی باز برای کاربردهایی که نیاز به باز بودن شیر برای مدت زمان طولانی دارند، ایده آل است زیرا در این صورت انرژی کارآمدتر است.

شیر برقی دو پایا

یک شیر برقی دوپایا یا چفت شونده را می‌توان با یک منبع تغذیه لحظه‌ای سوئیچ کرد. سپس بدون هیچ قدرتی در آن موقعیت باقی خواهد ماند؛ بنابراین، به‌طورمعمول باز یا بسته نیست زیرا در موقعیت فعلی باقی می‌ماند که هیچ برقی اعمال نمی‌شود. آن‌ها این کار را با استفاده از آهنرباهای دائمی به جای فنر انجام می‌دهند.

روش کار شیر سلونوئید

مانند شکل زیر اجزای سلونوئید ولو (شیر برقی) شامل موارد زیر است:

• سیم‌پیچ (A)
• آرماتور (B)
• حلقه سایه (C)
• فنر (D)
• پیستون (E)
• درپوش (F)
• بدنه سوپاپ (G)

یک سلونوئید دارای یک سیم‌پیچ القایی الکترومغناطیسی (A) در اطراف یک هسته آهنی در مرکز به نام پیستون (E) است. در حالت استراحت، می‌تواند به‌طورمعمول باز (NO) یا به‌طورمعمول بسته (NC) باشد.

در حالت بدون جریان، یک شیر نرمال اوپن باز است و یک شیر نرمال کلوز بسته است.

هنگامی‌که جریان از طریق شیر برقی عبور می‌کند، سیم‌پیچ انرژی می‌گیرد و یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. این میدان یک جاذبه مغناطیسی با پیستون ایجاد می‌کند، آن را حرکت می‌دهد و بر نیروی فنر (D) غلبه می‌کند.

اگر شیر به‌طورمعمول بسته باشد، پیستون بلند می‌شود تا درپوش (F) دهانه را باز کند و اجازه دهد تا سیال از طریق شیر جریان یابد. اگر دریچه به‌طورمعمول باز باشد، پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند به طوری که درپوش (F) دهانه را مسدود می‌کند و جریان سیال را از طریق شیر متوقف می‌کند.

حلقه سایه (C) از لرزش در کویل‎های AC جلوگیری می‌کند. شیرهای برقی در طیف وسیعی از کاربردها با فشارهای بالا یا پایین و دبی کم یا زیاد استفاده می‌شوند. این شیرهای برقی از اصول عملکرد متفاوتی استفاده می‌کنند که برای کاربرد بهینه هستند.

شیر برقی مستقیم یا غیرمستقیم؟

شیرهای برقی نیز در نحوه کار با یکدیگر متفاوت هستند. آن‌ها می‌توانند مستقیماً کار کنند، جایی که سیم‌پیچ مستقیماً یک روزنه را باز می‌کند، یا به طور غیرمستقیم کار می‌کنند، یعنی با اختلاف فشار بین ورودی و خروجی کنترل شوند. یک فلش روی بدنه آن‌ها باید در جهت جریان در سیستم‌های لوله‌کشی باشد.

شیرهای مستقیم (Direct acting)

شیرهایی که به طور مستقیم کار می‌کنند بر اساس یک اصل بسیار ساده کار می‌کنند. برای این مثال، یک شیر به‌طورمعمول بسته خواهیم داشت. هنگامی‌که برق شیر برقی قطع می‌شود، فنر آن به پیستون فشار می‌آورد که سپس دهانه شیر را می‌بندد و روی وضعیت قفل قرار می‌گیرد. پس از اعمال برق، سیم‌پیچ پیستون را به سمت بالا می‌کشد و شیر برقی را باز می‌کند.

در شیر نرمالی اوپن، دقیقاً برعکس است. این شیر برقی‌ها بیشتر برای جریان‌های کوچک که فشار زیادی وجود ندارد استفاده می‌شود. آن‌ها نیازی به فشار یا اختلاف فشار برای کار ندارند، بنابراین می‌توان از آن‌ها حتی در فشار خط صفر استفاده کرد.

شیرهای غیرمستقیم (Pilot-One)

شیرهای غیرمستقیم که گاهی اوقات با نام پایلوت نیز شناخته می‌شوند، بر اساس اصل اختلاف فشار بین ورودی و خروجی کار می‌کنند. در این حالت، دهانه شیر توسط دیافراگم بسته می‌شود که دهانه ورودی و خروجی را از هم جدا می‌کند. یک سوراخ در دیافراگم وجود دارد که از طریق آن محیط می‌تواند از ورودی به محفظه بالا جریان یابد. این جریان فشار وارد بر دیافراگم را متعادل می‌کند و بسته باقی می‌ماند.

حالا اگر دریچه شیر برقی نرمال بسته را به‌عنوان مثال در نظر بگیریم، هنگامی‌که شیر برق ندارد، دیافراگم توسط فنر به پایین رانده می‌شود و فشار در محفظه بالای دیافراگم افزایش می‌یابد؛ بنابراین دیافراگم دریچه را می‌بندد و رسانه نمی‌تواند جریان یابد.

محفظه بالای دیافراگم توسط یک کانال کوچک (روزنه خلبان) که توسط یک پیستون بسته می‌شود به دهانه خروجی متصل می‌شود. هنگامی‌که سیم‌پیچ برق می‌گیرد، پیستون را بالا می‌برد و به سیال اجازه می‌دهد از طریق دهانه ورودی به خروجی جریان یابد. ازآنجایی‌که از دهانه کوچک‌تر بزرگ‌تر است، فشار بالای دیافراگم کاهش می‌یابد، درحالی‌که فشار در دهانه ورودی یکسان و حتی بیشتر است؛ بنابراین دیافراگم را بلند می‌کند و به سیال اجازه می‌دهد تا به خروجی جریان یابد. فشار دیفرانسیل از ۰.۳ بار تا ۱ بار متغیر است. با یک شیر به‌طورمعمول باز، اصل کار دقیقاً برعکس است. این شیرها برای دبی بزرگ‌تر مناسب هستند.

شیر سلونوئید همان کنترل ولو است؟

بله شیر سلونوئید (Solenoid Valve) درواقع همان کنترل ولو (Control Valve) است. اصطلاحات “شیر سلونوئید” و “کنترل ولو” اغلب به صورت مترادف استفاده می‌شوند و هر دو به همان نوع سوپاپ برقی اشاره می‌کنند که با استفاده از یک سلونوئید (پیشراننده برقی) کنترل شده و جریان مایع یا گاز را باز یا بسته می‌کند.

سلونوئیدها (کنترل ولوها) معمولاً با استفاده از تغذیه برق، میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کنند که به سوپاپ اعمال می‌شود؛ این به شیر سلونوئید (کنترل ولو) امکان کسب کنترل دقیق بر جریان مایع یا گاز را می‌دهد. برای دقت بیشتر، باید توجه داشته باشید که ممکن است عبارت “کنترل ولو” به صورت کلی‌تر در ارتباط با سیستم‌های کنترل جریان مورد استفاده قرار گیرد که می‌تواند شامل انواع دیگری از ولوها نیز باشد؛ اما درزمینهٔ شیرهای برقی کنترل شده توسط سلونوئید، اغلب از اصطلاح “شیر سلونوئید ” یا “کنترل ولو ” استفاده می‌شود.

آیا شیر برقی، نوعی رله است؟

شیر برقی و رله دو دستگاه متفاوت و با کاربردهای متفاوت هستند. اگرچه هر دو از تأثیر برق برای کنترل عملکرد یا جریان استفاده می‌کنند، اما وظایف و عملکردهای آن‌ها متفاوت است.
در زیر ضمن تعریف هر دو وسیله شما را با تفاوت‌های آن‌ها نسبت به هم آشنا خواهیم کرد:

• رله: رله یک تجهیز الکترومکانیکی است که برای کنترل جریان برق در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شود. رله معمولاً دارای یک ورودی کنترل (مثلاً سیگنال برقی) و یک یا چند خروجی برقی است که درصورتی‌که ورودی کنترل از یک شرایط مشخص بگذرد، جریان برق خروجی را قطع یا وصل می‌کند؛ یعنی رله عملکرد سوئیچ کردن جریان برق بین دستگاه‌ها را دارد.
• شیر برقی: شیر برقی (سلونوئید) به‌عنوان یک سوپاپ برقی عمل می‌کند که جریان مایع یا گاز را در مسیر خط لوله کنترل می‌کند. عملکرد شیر برقی با اعمال تغذیه برقی به سلونوئید، کنترل باز و بسته کردن شیر را فراهم می‌کند؛ به عبارت دیگر، شیر برقی جریان مایع را می‌بندد یا باز می‌کند و کنترل جریان را برعهده دارد.

به صورت خلاصه، رله در مدارات الکتریکی جریان برق را کنترل می‌کند و بین اجزای مختلف مدار سوئیچ می‌کند، درحالی‌که شیر برقی (سلونوئید) در خطوط لوله جریان مایع یا گاز را کنترل می‌کند.

مقایسه شیر برقی دو راهه و شیر برقی سه راهه

شیر برقی دو راهه دارای دو پورت ورودی و خروجی است. هنگامی که سیم پیچ فعال است، شیر باز می شود و اجازه می‌دهد تا سیال از ورودی به خروجی جریان یابد. هنگامی که سیم پیچ غیرفعال است، شیر بسته می‌شود و جریان سیال را مسدود می‌کند.

شیر برقی سه راهه دارای سه پورت ورودی، خروجی و تخلیه است. هنگامی که سیم پیچ فعال می شود، شیر می‌تواند برای باز کردن یکی از دو مسیر پیکربندی شود:

• پورت‌های ورودی و خروجی به هم متصل می‌شوند و اجازه می‌دهند تا سیال از ورودی به خروجی جریان یابد.
• پورت‌های ورودی و تخلیه به هم متصل می‌شوند و اجازه می‌دهند تا سیال از ورودی به تخلیه جریان یابد.

هنگامی که سیم پیچ غیرفعال است، شیر بسته می‌شود و جریان تمام سیال را مسدود می‌کند.

تفاوت اصلی بین شیر برقی دو راهه و شیر برقی سه راهه تعداد پورت‌ها است. یک شیر دو راهه فقط می‌تواند جریان سیال را در یک جهت کنترل کند، در حالی که یک شیر سه راهه جریان سیال را در دو جهت کنترل می‌کند.

شیرهای برقی سه راهه از شیرهای برقی دو راهه انعطاف پذیرتر هستند و در طیف گسترده تری از کاربردها استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، می‌توان از آنها برای مخلوط کردن سیالات، هدایت سیالات یا کنترل جریان سیالات در یک سیستم حلقه بسته استفاده کرد. در اینجا جدولی خلاصه‌ای از تفاوت‌های کلیدی بین شیرهای برقی دو راهه و سه راهه آورده شده است:

ویژگی	شیر برقی دو راهه	شیر برقی سه راهه
تعداد پورت ها	2	3
کنترل جریان	یک جهت	دو جهت
کاربردها	جداسازی، سوئیچینگ	مخلوط کردن، هدایت، کنترل جریان

بهترین نوع شیر برقی برای کاربرد شما به الزامات خاص کاربرد بستگی دارد. اگر نیاز به کنترل جریان سیال در یک جهت دارید، یک شیر برقی دو راهه کافی است. با این حال، اگر نیاز به کنترل جریان سیال در دو جهت دارید یا باید وظایف کنترل سیال پیچیده تری را انجام دهید، یک شیر برقی سه راهه انتخاب بهتری است.