مقدمه ای بر شیرهای کنترل

مطابق تعریف مندرج در استاندارد  ISA-S75.05: 

شیر کنترل وسیله ای است که با اعمال نیرویی غیر از نیروی دست عمل می نماید و میزان جریان سیال را در یک سیستم کنترل فرایندی تنظیم می کند، شیر کنترل شامل یک شیر است که به یک مکانیزم محرکه (actuator) که توانایی تغییر عنصر کنترل کننده سیال را دارد متصل می باشد .این تغییر بر مبنای سیگنالی است که از سیستم کنترل دریافت می شود.

شیر کنترل نقش مهم و اساسی در یک صنعت فرایندی ایفا می نماید و قسمت زیادی از هزینه ها ی خرید قطعات و دستگاه ها در صنایع مربوط به شیر کنترل و سیستمهای جانبی آن می باشد.

انتخاب شیرهای کنترل قبلا بر مبنای پارامترهای اولیه ای نظیر Pressure rating، دامنه جریان افت فشار و … بود ولی اکنون تأکید بر هزینه ها می باشد بنا بر این شیرهای کنترل باید از لحاظ هزینه ها ی او لیه و هزینه های تعمیراتی مناسب باشند ضمن اینکه می بایست خواص کنترلی خوبی داشته باشند.

پارامترهای ثانویه در انتخاب شیر کنترل شامل نشتی های مجاز، خصوصیات جریانی، دما، لزجت و سایش می باشد.

همچنین باید مساله Noise را در نظر گرفت و نیز باید محرک مناسب انتخاب گردد و نیاز به موقعیت دهنده شیر (Positioner) مشخص گردد. مشخص کردن سایز شیر کنترل که به آن Valve Sizing می گویند بستگی به پارامتر متغیری به نام Cv(ظرفیت جریانی) دارد. پارامترهای مورد نیاز جهت انتخاب شیر کنترل در استاندارد  ISA مشخص شده است.

تاریخچه شیر کنترل :

استفاده از شیر کنترل، حداقل به زمان رومیان بر می گردد، زمانی که آن ها از شیرهای سماوری برنزی استفاده می کردند؛ ولی استفاده از شیر کنترل اتوماتیک ابتدا توسط جیمز وات در اواخر قرن ١٨ میلادی انجام شد. وی در ماشین بخار خود جهت کنترل سرعت از شیرهای کنترل استفاده نمود.

اجداد شیرهای کنترل امروزی در قرن نوزدهم میلادی همزمان با کاربرد بیشتر بخار گسترش یافتند . در اواخر قرن نوزدهم رگلاتورهای فشار و ارتفاع (Self-Contained) به بازار آمدند. در سال ١٨٨٠ ، ویلیام فیشر (William Fisher)- مهندسی در ایالت آیوای آمریکا-در پی راهی جهت کنترل فشار خروجی پمپهای آب آتش نشانی بود . با تلاش وی تنظیم کننده هائی جهت پمپ ها ساخته شد و پس از آن شرکت Fisher تأسیس گردید . در سال ١٩٠٧ این تنظیم کننده ها در نیروگاه های ایالات متحده، کانادا و انگلیس نصب شدند.

در سال های ١٩٢٠ و ١٩٣٠ شرکت هانلون – واترز (Hanlon-Waters) ابداعاتی در زمینه ساخت شیرهای کنترل به عمل آورد. این شرکت در ایالت اوکلاهمای آمریکا قرار داشت. تا سال ١٩٣٠ جهت تعیین سایز شیرهای کنترل از نمودارهای شرکت Fisher استفاده می شد تا اینکه آقایان راکول(Ralph Rockwell) و دکتر ماسون از شرکت فاکس برو(faxboro) فرمول هایی را جهت تعیین اندازه شیرهای کنترل ارائه نمودند، در این فرمول های اولیه اثری از Cv نبود.

استانداردسازی نهایتا به وسیله گروهی متشکل از Paul Elfers از شرکت Ralph Rockwell ،Fisher از شرکت Mason-Neilan و چند نفر دیگر تکمیل گردید.

اولین نوع شیرهای Rotary در سال ١٩٣٠ توسط شرکت Mason-Neilan ساخته شد. در سال ١٩۵۴ شیرهای از نوع ساندرز(Saunders) و پروانه ای(Butterfly) تولید شد . در بین سالهای ١٩٨٠ و ١٩٩۵ شیرهای هوشمند  (Smart Valve) گسترش یافتند. شیرهای هوشمند شیرهایی هستند که از ترانسمیترهای هوشمند در Positioner های خود استفاده نموده اند.