عملگرهای برقی، یا به عبارت دیگر عملگرهای خطی (Linear Actuators) و چرخشی (rotary actuators) برقی، برای اتوماسیون شیرآلات در صنایع مختلف کاربرد دارند. این عملگرها با دریافت سیگنال‌های کنترلی، حرکت لازم برای باز و بسته کردن یا تنظیم شیرآلات صنعتی را فراهم می‌کنند.

اکچویتر های برقی شیرآلات فرمان‌های خود را از سیستم‌های کنترلی دریافت می‌کنند. این سیستم‌ها می‌توانند بسیار متنوع باشند، از یک کلید ساده روی دیوار گرفته تا سیستم‌های پیشرفته اتوماسیون صنعتی مانند PLC (کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر) یا DCS (سیستم کنترل توزیع‌شده)

انواع اکچویتر برقی

به طور کلی، این عملگرها را می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم کرد:

1- بر اساس نوع حرکت

– عملگرهای خطی (Linear Actuators): این نوع عملگرها حرکتی مستقیم و خطی (به جلو و عقب) ایجاد می‌کنند. این حرکت برای شیرهایی که با جابجایی خطی باز و بسته می‌شوند (مانند شیرهای کشویی یا دروازه‌ای) استفاده می‌شود.

– عملگرهای چرخشی (Rotary Actuators): این عملگرها حرکتی دورانی (چرخشی) تولید می‌کنند. این حرکت برای شیرهایی که با چرخش باز و بسته می‌شوند (مانند شیرهای توپی یا شیرآلات پروانه‌ای) استفاده می‌شود. زاویه چرخش معمولاً بین ۰ تا ۹۰ درجه یا ۰ تا ۱۸۰ درجه است.

2- بر اساس نوع موتور

– موتورهای AC: این موتورها با برق شهری کار می‌کنند و معمولاً برای کاربردهای صنعتی سنگین و جاهایی که منبع تغذیه AC در دسترس است، استفاده می‌شوند. قدرت و گشتاور بالایی دارند.

– موتورهای DC: این موتورها با برق مستقیم (مانند باتری یا منابع تغذیه DC کار می‌کنند. معمولاً در کاربردهای سبک‌تر و جایی که نیاز به کنترل دقیق‌تر یا استفاده از منابع تغذیه باتری است، استفاده می‌شوند.

3- بر اساس نوع کنترل

– On/Off دو وضعیتی: این عملگرها فقط دو وضعیت کامل باز یا کامل بسته را پشتیبانی می‌کنند. با دریافت سیگنال، شیر را کاملاً باز یا کاملاً بسته می‌کنند.

– اکچویترهایProportional  یا متناسب: این عملگرها قابلیت تنظیم زاویه یا موقعیت را دارند و می‌توانند شیر را در هر موقعیتی بین باز و بسته قرار دهند. این قابلیت برای کنترل جریان یا فشار سیال در فرآیندها بسیار مهم است. این عملگرها سیگنال‌های ورودی مانند ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا ۰-۱۰ ولت را دریافت و بر اساس آن موقعیت خود را تنظیم می‌کنند.

لازم است اشاره شود که خود اکچویترهای on/off و تدریجی به مدل‌های مختلفی تقسیم‌بندی می شوند که به شرح ذیل می باشند:

سیگنال‌های On/Off دو وضعیتی

– فرمان مستقیم: ساده‌ترین حالت، دریافت فرمان از یک کلید یا رله است. با وصل شدن برق به یک ورودی خاص، اکچویتر باز می‌شود و با قطع شدن یا وصل شدن به ورودی دیگر، بسته می‌شود. این سیگنال‌ها معمولاً ولتاژهای پایین مانند ۲۴ ولت DC یا ولتاژهای بالا مانند ۲۲۰ ولت AC هستند.

– سیگنال دیجیتال: از سیستم‌های PLC یا DCS، فرمان‌های دیجیتال (۰ یا ۱) به صورت پالس‌های الکتریکی دریافت می‌شود که وضعیت “باز” یا “بسته” را تعیین می‌کند.

سیگنال‌های تدریجی متناسب Proportional

• آنالوگ ۴-۲۰ میلی‌آمپر (mA) این رایج‌ترین سیگنال آنالوگ در صنعت است. جریان ۴ میلی‌آمپر معمولاً معادل موقعیت “بسته” (۰%)، جریان ۲۰ میلی‌آمپر معادل موقعیت “باز” (۱۰۰%) و مقادیر بین این دو، موقعیت‌های میانی شیر را نشان می‌دهند. اکچویتر این جریان را دریافت کرده و موتور خود را طوری تنظیم می‌کند که به موقعیت درخواستی برسد.
• آنالوگ ۰-۱۰ ولت (V ) یا ۰-۵ ولت مشابه سیگنال جریانی، این سیگنال‌های ولتاژی نیز برای تعیین موقعیت‌های میانی شیر استفاده می‌شوند. صفر ولت معمولاً وضعیت بسته و ۱۰ ولت وضعیت باز را نشان می‌دهد.
• فیلدباس Fieldbus: در سیستم‌های مدرن‌تر، از پروتکل‌های ارتباطی دیجیتال مانند Profibus, Modbus, HART و Foundation Fieldbus استفاده می‌شود. این پروتکل‌ها امکان انتقال داده‌های بیشتر (مانند وضعیت شیر، پارامترهای تشخیصی، تنظیمات) را فراهم می‌کنند و ارتباط پیچیده‌تر و انعطاف‌پذیرتری بین اکچویتر و سیستم کنترل برقرار می‌سازند.

نحوه کارکرد اکچویترهای برقی

مکانیزم کلی کار این عملگرها به این صورت است:

1. دریافت سیگنال: عملگر سیگنال کنترلی را از یک سیستم کنترل (مانند PLC، سنسور دما، فشار یا یک ریموت کنترل) دریافت می‌کند.
2. تولید گشتاور/ نیرو: موتور الکتریکی AC یا DC درون عملگر، با دریافت سیگنال، شروع به کار کرده و گشتاور یا نیروی لازم را تولید می‌کند.
3. انتقال حرکت: مکانیزم‌های داخلی (مانند گیربکس، پیچ و مهره یا چرخ‌دنده) این گشتاور یا نیرو را به حرکت خطی یا چرخشی تبدیل می‌کنند.
4. اجرای فرمان: این حرکت به مکانیزم شیر منتقل شده و باعث باز، بسته شدن یا تنظیم شیر می‌شود.
5. پایان حرکت و وضعیت: پس از رسیدن به موقعیت مورد نظر، عملگر متوقف می‌شود. در عملگرهای متناسب، سنسورهای داخلی موقعیت شیر را تشخیص داده و به سیستم کنترل بازخورد می‌دهند.

برندهای معروف اکچویترهای الکتریکال

برخی از برندهای مطرح در زمینه تولید عملگرهای برقی برای شیرآلات عبارتند از:

AUMA آلمان

یکی از پیشروترین تولیدکنندگان در سطح جهانی، با طیف وسیعی از محصولات برای کاربردهای مختلف.

Rotork

برند معتبر دیگر با محصولات متنوع و کیفیت بالا که ساخت کشور انگلیس می‌باشد.

Limitorque آمریکا

شناخته شده برای عملگرهای الکتریکی قدرتمند و با دوام.

Bernard Controls فرانسه

ارائه دهنده راهکارهای اتوماسیون برای صنایع نفت، گاز، آب و نیروگاهی.

Omal ایتالیا

تولیدکننده عملگرهای چرخشی و خطی.

Velan کانادا

برند VELAN معروف به تولید شیرآلات و عملگرهای با کیفیت بالا می باشد. این برند ولان در کشورهای کانادا، پرتغال و کره جنوبی تولید می‌شود. رنج محصولات تولیدی این برند از گیت ولوهای فولادی تا گلاب ولو استنلس استیل و فولادی و تا تراپ های ترمودینامیک TD و اکچویترهای برقی می‌باشد.

نحوه سایزینگ اکچویترهای برقی (انتخاب ابعاد مناسب)

انتخاب سایز مناسب عملگر برقی یک مرحله حیاتی است و به عوامل مختلفی بستگی دارد:

1- نوع شیر Type of Valve: شیرهای توپی Ball Valves و پروانه‌ای Butterfly Valves نیاز به گشتاور (Torque) دارند. در حالیکه شیرهای دروازه‌ای (Gate Valves) و کروی (Globe Valves) نیاز به نیرو (Thrust/Force) دارند.

2- فشار کاری سیال (Operating Pressure): فشار سیال عامل اصلی ایجاد مقاومت در برابر باز و بسته شدن شیر است. هرچه فشار بالاتر باشد، گشتاور یا نیروی بیشتری لازم است.

3- اندازه و قطر شیر (Valve Size/Diameter): شیرهای بزرگتر معمولاً به گشتاور یا نیروی بیشتری برای جابجایی نیاز دارند.

4- دمای کاری (Operating Temperature): دما می‌تواند بر خواص سیال و همچنین عملکرد روان‌کارها تأثیر بگذارد.

5- فرکانس عملکرد (Frequency of Operation): شیرهایی که مکرراً باز و بسته می‌شوند، ممکن است به عملگرهایی با عمر طولانی‌تر و توان بالاتر نیاز داشته باشند.

6- نوع سیال (Fluid Type): سیالات غلیظ‌تر یا دارای ذرات جامد ممکن است نیاز به نیروی بیشتری داشته باشند.

7- شرایط نصب (Installation Conditions): شرایط محیطی مانند دما، رطوبت، گرد و غبار و احتمال خوردگی نیز در انتخاب جنس و نوع عملگر تأثیرگذار است.

مراحل کلی سایزینگ

1- تعیین گشتاور یا نیروی مورد نیاز: این مهم‌ترین پارامتر است. سازندگان شیرآلات معمولاً جداولی ارائه می‌دهند که گشتاور یا نیروی لازم برای باز و بسته کردن شیر در شرایط مختلف فشار و دما را مشخص می‌کند. در صورت عدم وجود این اطلاعات، می‌توان از فرمول‌های مهندسی یا نرم‌افزارهای تخصصی استفاده کرد.

2- محاسبه ضریب اطمینان (Service Factor/Safety Factor): همیشه باید یک ضریب اطمینان در نظر گرفت تا از عملکرد صحیح عملگر در بدترین شرایط اطمینان حاصل شود. این ضریب معمولاً بین ۱.۲۵ تا ۲ یا بیشتر است.

3- انتخاب نوع عملگر: بر اساس نوع حرکت مورد نیاز (خطی یا چرخشی) و دقت کنترلی (On/Off یا متناسب)، نوع عملگر انتخاب می‌شود.

4- انتخاب نوع موتور و ولتاژ تغذیه: بر اساس دسترسی به برق (AC/DC) و نیازهای کنترلی، موتور مناسب انتخاب می‌شود.

5- بررسی مشخصات عملگر: پس از تعیین گشتاور/نیروی مورد نیاز (با در نظر گرفتن ضریب اطمینان)، باید مشخصات عملگرهای موجود در بازار را بررسی کرد. عملگری انتخاب می‌شود که بتواند گشتاور یا نیروی مورد نیاز را با اطمینان تأمین کند.

6- بررسی سایر مشخصات: مواردی مانند سرعت عملگر، کلاس حفاظتی (IP Rating) محدوده دمای کاری، نوع اتصالات و امکانات جانبی (مانند نشانگر موقعیت، سوئیچ‌های حدی) نیز باید با توجه به نیاز پروژه بررسی شوند.

برای سایزینگ دقیق، معمولاً بهترین کار مشورت با کارشناسان تامین شیرآلات می‌باشد، زیرا آن‌ها دارای تجربه و داده‌های لازم برای انتخاب بهینه هستند، جهت خرید و تامین اکچویترهای برقی (Electrical Actuators) با کارشناسان فنی مجموعه ولوسنتر تماس بگیرید.