الصمامات الكهرومغناطيسية
الصمام الكهرومغناطيسي صمام كهروميكانيكي يستخدم ملفًا كهربائيًا ومكبسًا لبدء تدفق المائع أو إيقافه أو التحكم فيه. يغطي هذا الدليل الصمامات المباشرة والمشغلة بطيار وAC/DC والصمامات عديمة الجلبة والصمامات الهيدروليكية الكهرومغناطيسية.
الصمام الكهرومغناطيسي الهيدروليكي هو صمام يُشغَّل بقوة كهربائية لبدء تدفق المائع في نظام هيدروليكي أو إيقافه أو تنظيمه. ويتكون من جسم صمام
متصل بآلية ملف كهربائي، أو سولينويد، قادرة على فتح تدفق المائع أو إغلاقه أو التحكم فيه. ويُحدث نظام التحكم هذا التغيير وفق الأمر الذي يستقبله.
يجمع الصمام الكهرومغناطيسي وحدتين وظيفيتين رئيسيتين:
- سولينويد، أو مغناطيس كهربائي، مع قلبه.
2. جسم صمام يحتوي منفذًا أو فتحة واحدة أو أكثر.
يوضح الشكل أدناه تطبيقًا شائعًا لصمام كهرومغناطيسي مع صمام تحكم بغشاء. وفي حالة الطوارئ يؤدي تبديل الصمام الكهرومغناطيسي إلى انتقال صمام التحكم إلى وضع محدد مسبقًا.
يكون الصمام الكهرومغناطيسي مفتوحًا عادةً، ما يسمح لخرج محدد الموضع بالدخول إلى حجرة الغشاء. وإذا انقطعت القدرة الكهربائية، يغلق الصمام الكهرومغناطيسي المنفذ إلى محدد موضع الصمام وينفّس الضغط من حجرة غشاء صمام التحكم.
عندما تُركب الصمامات الكهرومغناطيسية في إمدادات الهواء المتحكم بها للصمامات الهوائية بهدف تثبيت ضغط الغشاء، يذكر المصدر أن ترتيب الفشل الكهربائي ينبغي أن يتضمن تأخيرًا زمنيًا وإعادة ضبط يدوية حتى لا تسبب انقطاعات الطاقة القصيرة تشغيلًا غير مقصود.
مقدمة إلى المشغلات
الصمام الكهرومغناطيسي
الصمام الكهرومغناطيسي صمام كهروميكانيكي يفتح أو يغلق عند تطبيق القدرة الكهربائية أو إزالتها. تُستخدم الصمامات الكهرومغناطيسية مع المشغلات الهوائية والهيدروليكية. وتستخدم لوحة التحكم الموضحة في الشكل أعلاه صمامًا كهرومغناطيسيًا واحدًا.
عندما يلزم مستوى أعلى من السلامة، مثل وظيفة الإيقاف الطارئ، يمكن استخدام صمامين أو ثلاثة صمامات كهرومغناطيسية على لوحة التحكم. يوضح الشكل أدناه عمل الصمام الكهرومغناطيسي، ويبين المنظر الأيمن الحالة التي تُطبق فيها القدرة الكهربائية على الصمام.
يُغذى الملف كهربائيًا فينشئ مجالًا مغناطيسيًا حول المكبس، الموضح باللون الأزرق في رسم المصدر. تسحب القوة المغناطيسية المكبس إلى أعلى وتفتح الصمام كما في الشكل.
عند إزالة القدرة الكهربائية ينهار المجال المغناطيسي ويتحرك المكبس إلى أسفل ويغلق الصمام.
صمامات التحكم
الصمام الكهرومغناطيسي
الصمام الكهرومغناطيسي في جوهره صمام يشغله مشغل داخلي يتكون من ملف كهربائي ومكبس. تفتح إشارة كهربائية الصمام أو تغلقه، وتعود الآلية إلى وضعها الأولي، عادةً بقوة نابض، عند زوال الإشارة.
تُصنع الصمامات الكهرومغناطيسية على هيئة مفتوحة عادةً أو مغلقة عادةً، في إشارة إلى وضع الصمام عندما لا يكون السولينويد مُغذى.
صمام كهرومغناطيسي DC أو AC
يذكر المصدر أن سولينويدات DC تُفضل كثيرًا لأنها لا تتعرض لقمة تيار الاندفاع الأولية نفسها الموجودة في ملفات AC، ما يقلل خطر السخونة المفرطة أو تلف الملف، خاصةً عند تشغيل الصمام بتكرار عالٍ أو عندما تنحشر البكرة عرضيًا.
لكن عند الحاجة إلى استجابة أسرع أو عند استخدام تحكمات كهربائية تعتمد على المرحلات، قد تُفضل سولينويدات AC. ويذكر المصدر أزمنة استجابة تقارب 8 إلى 15 ميكروثانية لسولينويدات AC ونحو 30 إلى 40 ميكروثانية لسولينويدات DC.
توجد فروق تشغيلية واضحة بين الصمامات المزودة بملفات DC وAC. ووفق المصدر تكون استجابة ملفات DC أبطأ وتقتصر على ضغوط أقل، بينما تستجيب ملفات AC بسرعة أكبر ويمكنها في البداية تحمل ضغط أعلى.
انظر الشكل أعلاه. قد تسمح هذه الاستجابة الأسرع بتكرار تبديل أعلى عند الحاجة. لكن الخسائر الكهربائية تزداد مع تردد AC؛ فعلى سبيل المثال يذكر المصدر أن خسائر سولينويد AC بتردد 60 Hz أكبر من خسائر الملف نفسه عند تغذية 50 Hz.
تأثير نابض الرجوع
في صمام ثنائي المسار مغلق عادةً، تعمل قوة النابض وضغط المائع الداخل معًا لإغلاق الصمام. لذلك يمكن أن يكون نابض الرجوع ضعيفًا نسبيًا، وفي بعض التصاميم يمكن حذفه تمامًا. ويتطلب الترتيب الأخير تركيب الصمام بحيث يكون السولينويد رأسيًا،
حيث توفر الجاذبية مع ضغط المائع حركة الرجوع كما هو موضح في الشكل أدناه.
في صمام ثنائي المسار مفتوح عادةً، يحافظ النابض، بمساعدة ضغط المائع، على فتح الصمام. ويجب أن تكون قوة السولينويد كافية للتغلب على قوة النابض وضغط المدخل معًا لإغلاق الصمام.
تتطلب الصمامات ثلاثية المسارات نوابض علوية وسفلية. يضغط النابض السفلي الصمام على مقعده، الذي يفتحه ضغط المدخل. ويعمل النابض العلوي في الاتجاه الموضح في الوضعين B وC في الشكل أعلاه. ويلخص المصدر توليفة قوى النوابض المطلوبة كما يلي:
نوع الصمام — النابض العلوي — النابض السفلي
ثلاثي المسارات مغلق عادةً — قوي — ضعيف
ثلاثي المسارات مفتوح عادةً — ضعيف — قوي
صمام خلط — متوسط — متوسط
صمام تحويل — قوي — ضعيف
الصمامات المشغلة بطيار
يقتصر التشغيل المباشر بالسولينويد عمومًا على أحجام الصمامات الصغيرة. أما السولينويدات الأكبر القادرة على تشغيل صمامات أكبر مباشرة فتستهلك قدرة كهربائية أكبر وتنتج حرارة ملحوظة.
غالبًا ما يكون الصمام المشغل بطيار حلًا أكثر جاذبية في هذه الحالات. يشغّل سولينويد صغير صمام طيار، والذي يسمح بدوره لضغط المدخل بالدخول إلى الجزء المناسب من الصمام لفتح الصمام الرئيسي.
قد يكون إمداد الطيار داخليًا، باستخدام ضغط الخط من الصمام نفسه، أو خارجيًا باستخدام مصدر طيار منفصل.
لكي يعمل الصمام المشغل بطيار بصورة صحيحة يجب وجود فرق ضغط عبر الصمام الرئيسي. ومع توفر هذا الفرق يستطيع الصمام التحكم في ضغوط خط أعلى بمدخل كهربائي منخفض نسبيًا. ويُنسق تصنيف ضغط الصمام الرئيسي مع تصنيف صمام الطيار
لأن كليهما يتعرض لضغط الخط نفسه. وتكون أزمنة استجابة الصمامات المشغلة بطيار أبطأ عمومًا من الصمامات الكهرومغناطيسية المباشرة، رغم أن كثيرًا من التصاميم يسمح بضبط هذه الاستجابة.
كل ما تحتاج إلى معرفته عنالمضخات الهيدروليكية!
الصمام شبه المتوازن
فئة عامة أخرى من الصمامات الكهرومغناطيسية يصفها المصدر بأنها صمام شبه متوازن. وهو صمام مزدوج المقعد بقاعدتين مركبتين على ساق مشتركة. تكون القاعدة السفلية أصغر قليلًا من العلوية. ويؤثر ضغط الخط أسفل القاعدة السفلية
وفوق القاعدة العلوية، ما يخلق قوة تفاضلية تساعد على إبقاء الصمام على مقاعده، بمساعدة نابض عند الحاجة. لذلك لا يحتاج السولينويد إلا إلى التغلب على القوة الناتجة عن عدم توازن الضغط، بالإضافة إلى قوة النابض إن وجدت، لفتح الصمام.
الصمامات الهيدروليكية المشغلة كهربائيًا
ترتيب تصميم مفضل لـصمام هيدروليكي مشغل كهربائيًا هو استخدام قوة السولينويد لحركة «الدفع» وقوة النابض لحركة الرجوع أو «السحب». ويجب أن يكون السولينويد قويًا بما يكفي للتغلب على القصور والاحتكاك إضافة إلى قوى النابض والقوى الهيدروليكية.
يمكن أن تختلف القوى الهيدروليكية بدرجة كبيرة وقد لا يمكن التنبؤ بها بالكامل، لذلك يلزم هامش تصميم كبير في تصنيف السولينويد والنوابض.
قد يكون السولينويد من النوع «الجاف» أو «الرطب». وبوجه عام يمكن أن يكون السولينويد الرطب أصغر لنفس المهمة لأن الاحتكاك الساكن والديناميكي أقل. كما تتميز التصاميم الرطبة بأن جميع الأجزاء المتحركة محاطة ومشحمة
ويمكن حذف الختم الديناميكي بين السولينويد وجسم الصمام. وتوصف هذه أيضًا بتصاميم الصمامات عديمة الجلبة.
تقتصر الصمامات الكهرومغناطيسية المباشرة عمومًا على معدلات تدفق تقارب 45 L/min ضمن النطاق الذي يصفه المصدر، بما في ذلك أحجام اسمية للصمام نحو 1/8 بوصة و1/4 بوصة. ويمكن تبديل كثير منها مباشرة بأنظمة تحكم ذات حالة صلبة. وتشمل تصنيفات الملفات النموذجية المذكورة في المصدر 24 V DC ونحو 20 إلى 65 W حسب النظام.
الصمام الكهرومغناطيسي عديم الجلبة
من خلال ترتيب عضو السولينويد ليعمل داخل أنبوب محكم محاط بالملف الكهربائي، يمكن الاستغناء عن جلب الإحكام. وهذا يبسط البناء ويزيل نقطة تسرب محتملة. ويُطبق المبدأ على نطاق واسع في الصمامات الأصغر.
يوضح الشكل أدناه ترتيبًا نموذجيًا. يمكن تركيب الصمامات عديمة الجلبة في أوضاع مختلفة وتتحمل أحمال صدمات كبيرة. ويُوصف زمن الاستجابة بأنه قصير جدًا:
يذكر المصدر نحو 5 ميكروثوانٍ على AC و10–15 ميكروثانية على DC، مع إمكانية بلوغ معدلات عدة مئات من الدورات في الدقيقة.
يُطبق هذا المبدأ على نطاق واسع في الصمامات الأصغر. ويظهر نوع نموذجي في الشكل 16.36 في المصدر. يمكن تركيب الصمامات عديمة الجلبة في أوضاع مختلفة وتتحمل أحمال صدمات كبيرة. ويُوصف زمن استجابتها بأنه قصير جدًا:
نحو 5 ميكروثوانٍ على AC و10–15 ميكروثانية على DC، مع إمكانية بلوغ عدة مئات من الدورات في الدقيقة.
خصائص الصمام الكهرومغناطيسي
عند استخدام الصمامات الكهرومغناطيسية في خطوط العمليات، ينبغي أن يتوافق جسم الصمام مع مواصفة أنابيب الأجهزة المعمول بها. ويذكر المصدر أن البناء القياسي من البرونز لدى الشركة المصنعة مناسب عادةً لخدمة الهواء.
ينبغي أن تكون مقاسات وصلات جسم الصمام 1/8 بوصة و1/4 بوصة و3/8 بوصة، أو وفق ما هو محدد في ورقة البيانات ذات الصلة.
ينبغي أن تكون ملفات السولينويد مصبوبة ومغلّفة وأن تستخدم عزلًا مستمر الخدمة من الفئة E أو F عند الجهد والتردد المقننين المحددين.
قد يعمل السولينويد نفسه من مصدر DC أو AC. وتشمل التصنيفات الكهربائية القياسية التي يذكرها المصدر 24 V AC أو DC و110 V AC عند 50 Hz، أو قيمًا أخرى محددة في ورقة البيانات.
ما لم يُذكر خلاف ذلك في ورقة البيانات، ينبغي أن يشغّل ملف السولينويد الصمام مع تغيرات في الجهد تقارب ±10%.
تتوفر مواد متعددة لأجسام الصمامات. وينبغي اختيار مواد مقاعد الصمامات بما يناسب الخدمة. يذكر المصدر مواد مثل Buna-N وأقراص الفولاذ المقاوم للصدأ وViton وPTFE وغيرها؛ وينبغي أن يتبع الاختيار المتطلبات المذكورة في ورقة البيانات.
وفق المصدر، ينبغي أن تكون الأجزاء الخارجية من بنية الصمام الكهرومغناطيسي التي تلامس مائع العملية من الفولاذ المقاوم للصدأ.
يمكن تركيب صمامات كهرومغناطيسية مباشرة ثلاثية ورباعية المسارات عديمة الحشوات، لا تتطلب حدًا أدنى لضغط التشغيل، على صمامات التحكم. وتتوفر صمامات كهرومغناطيسية مصغرة وقياسية بأغلفة للأغراض العامة تحمي من الرذاذ غير المباشر والغبار
أو بأغلفة مقاومة للانفجار والعوامل الجوية/مانعة للماء. وينبغي للمستخدم تحديد الغلاف المطلوب في ورقة البيانات ذات الصلة.
ينبغي أن يكون الغلاف مناسبًا لتصنيف المنطقة المحدد في ورقة البيانات.