دليل صمام التحكم في التدفق الهوائي

عندما تتحرك أسطوانة الهواء بسرعة كبيرة أو تواجه صعوبة في الحركة الملتصقة بالانزلاق، فإن الحل يكمن عادةً في الاختيار المناسب لصمام التحكم في التدفق وتركيبه. ينظم صمام التحكم في التدفق الهوائي تدفق الهواء المضغوط للتحكم في سرعة المشغل، مما يجعله ضروريًا لأي نظام آلي يتطلب توقيتًا دقيقًا للحركة. على عكس نظيراتها الهيدروليكية، يجب أن تتعامل هذه الصمامات مع ديناميكيات السوائل القابلة للضغط حيث تغير نسب الضغط وظروف التدفق الصوتي خصائص التحكم بشكل أساسي.

كيف تعمل صمامات التحكم في التدفق الهوائي

تتضمن الوظيفة الأساسية إنشاء قيود متغيرة في مسار الهواء. عندما يمر الهواء المضغوط عبر الفتحة الضيقة، تتحول طاقة الضغط إلى طاقة حركية، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الذي يقلل من معدل التدفق في اتجاه مجرى النهر. لكن الهواء المضغوط يتصرف بشكل مختلف عن السوائل غير القابلة للضغط، مما يؤدي إلى تعقيدات تؤثر على استقرار التحكم.

خصائص التدفق المضغوط

عندما يتدفق الهواء من خلال تقييد، فإن العلاقة بين الضغط المنبع ($P_1$) والضغط المصب ($P_2$) تحدد نظام التدفق. عند انخفاض الضغط المعتدل، يزداد التدفق بشكل متناسب مع فرق الضغط. ومع ذلك، بمجرد انخفاض نسبة الضغط $P_2/P_1$ إلى ما دون القيمة الحرجة (عادةً حوالي 0.528 للهواء)، تصل سرعة التدفق عند الحلق إلى السرعة الصوتية المحلية. تمثل هذه الحالة، التي تسمى التدفق المختنق أو التدفق الصوتي، حدًا أساسيًا.

في التدفق المختنق، لم يعد تقليل الضغط في اتجاه مجرى النهر يزيد من معدل التدفق الجماعي. لقد وصل التدفق فعليًا إلى "الحد الأقصى" لسرعة الصوت من خلال حجم الفتحة. توفر هذه الظاهرة الفيزيائية الاستقرار المتأصل في الأنظمة الهوائية.

معيار تصنيف التدفق ISO 6358

لا تتناسب قيم السيرة الذاتية الهيدروليكية التقليدية مع التطبيقات الهوائية لأنها تعتمد على تدفق الماء غير القابل للضغط. يعالج معيار ISO 6358 هذا الأمر بمعلمتين:

• التوصيل الصوتي (C):الحد الأقصى لسعة التدفق في ظل ظروف الاختناق، معبرًا عنها بوحدة dm³/(s·bar).
• نسبة الضغط الحرجة (ب):نقطة الانتقال بين التدفق دون الصوتي والتدفق الصوتي (عادةً من 0.2 إلى 0.5).

معادلات التدفق بناءً على هذه المعلمات هي:

بالنسبة للتدفق المختنق عند $P_2/P_1 \le b$:

$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$

بالنسبة للتدفق دون سرعة الصوت عندما $P_2/P_1 > b$:

$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$

حيث $K_t$ هو عامل تصحيح درجة الحرارة.

البناء الداخلي والمكونات

تجمع وحدة التحكم النموذجية في السرعة بين وظيفتين في جسم واحد مدمج: صمام الاختناق وصمام فحص الاتجاه.

مواد جسم الصمام:الاختيار يعتمد على البيئة. يخدم النحاس المطلي بالنيكل احتياجات المصنع العامة، بينما يقلل الألومنيوم المؤكسد من الوزن. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ (304/316) ضروريًا لمناطق الغسيل، كما توفر اللدائن الهندسية (PBT) حلولاً خفيفة الوزن وفعالة من حيث التكلفة.

تصميم صمام الإبرة:تستخدم التصميمات عالية الجودة خيوط دقيقة (10-15 دورة) للتحكم الدقيق في نطاق 10-50 مم/ثانية. تؤثر الزاوية المستدقة على المنحنى المميز - توفر التناقص الخطي تغييرات متناسبة، بينما توفر النسبة المئوية المتساوية للتناقص التدريجي تحكمًا أفضل عند الفتحات المنخفضة.

فحص تكوين الصمام:يسمح صمام الفحص المتكامل بالتدفق الحر في الاتجاه المعاكس. أنواع سدادات الشفاه مدمجة ولكنها قد تتسرب عند الضغط المنخفض؛ توفر أنواع الكرة أو القفاز إغلاقًا أكثر إحكامًا ولكنها تتطلب مساحة أكبر.

استراتيجيات التحكم في العدادات الداخلية والخارجية

يؤثر موضع التثبيت بشكل أساسي على سلوك النظام. يسبب هذا التمييز مشاكل ميدانية أكثر من أي جانب آخر من جوانب التحكم في التدفق الهوائي.

التحكم في خروج العداد (تقييد العادم)

في هذا التكوين، يسمح صمام الفحص بالتدفق الحر إلى الأسطوانة بينما تقوم الإبرة بتقييد خروج هواء العادم من الحجرة المقابلة. مبدأ العمل يخلق وسادة الضغط. عندما يتحرك المكبس، يخلق هواء العادم ضغطًا خلفيًا، مما يحسن الصلابة ويمنع انزلاق العصا.

التحكم في العداد (تقييد العرض)

هنا تقوم الإبرة بتقييد الهواء الوارد بينما تقوم بفتحات العادم بحرية. يؤدي هذا في كثير من الأحيان إلى حركة غير مستقرة ("الاهتزاز") لأن ضغط غرفة الإمداد ينخفض ​​عندما يزيد الحجم، مما يتسبب في توقف المكبس حتى إعادة بناء الضغط.

مقارنة خصائص التحكم

مميزة	متر خارج (العادم)	متر في (العرض)
نعومة الحركة	ممتاز (يمنع الانزلاق)	ضعيف (عرضة للرعشة)
التعامل مع الأحمال	التخميد الجيد للأحمال الزائدة	خطر الهروب مع أحمال الجاذبية
استقرار السرعة	عالي (تأثير الوسادة)	متغير (يعتمد على العرض)
أفضل التطبيقات	اسطوانات مزدوجة المفعول	اسطوانات أحادية المفعول

عملية اختيار الصمام وتحجيمه

الحجم المناسب يمنع الصمامات الصغيرة الحجم التي تحد من قوة المحرك والصمامات كبيرة الحجم التي تضحي بدقة التحكم في السرعة.

ابدأ بحساب التدفق المطلوب بناءً على مواصفات الأسطوانة:

$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$

حيث $A$ هو مساحة المكبس (سم²)، $L$ هو طول الشوط (سم)، و $t$ هو وقت الشوط (بالثواني).

انخفاض الضغط:الحد من انخفاض الضغط عبر الصمام إلى 0.5-1.0 بار عند التدفق المقدر. قطرات أعلى من هدر الطاقة؛ تشير القطرات المنخفضة للغاية إلى وجود صمام كبير الحجم وذو دقة ضعيفة.

التثبيت واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

قم بتركيب صمام التحكم في التدفق بالقرب من منفذ الأسطوانة قدر الإمكان. تعمل الأنابيب الطويلة على إنشاء حجم قابل للضغط يعمل كنابض هوائي، مما يؤدي إلى تدهور الاستجابة.

التعديل الأولي:ابدأ بفتح الإبرة 3-4 مرات. في حالة حدوث انزلاق، تحقق من التحكم في جهاز القياس. إذا كانت الحركة سريعة جدًا، أغلق تدريجيًا بزيادات ربع دورة.

السيناريوهات الشائعة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها

أعراض	السبب المحتمل	حل
حركة متشنجة (عصا زلة)	التحكم في العداد على أسطوانة مزدوجة المفعول	إعادة التكوين إلى متر خارج
تتغير السرعة في منتصف السكتة الدماغية	تقلب ضغط العرض	تثبيت منظم مخصص
لا يوجد تحكم في السرعة	تلوث أو إبرة مكسورة	فحص الفلتر؛ استبدال الصمام
انجرافات الأسطوانة بعد التوقف	فحص التسرب الداخلي للصمام	استبدال الصمام تحقق من التلوث

الصيانة وعمر الخدمة

تعتبر صمامات التحكم في التدفق الهوائي بمثابة مكونات منخفضة الصيانة، ولكن الفحص المنتظم يمنع حدوث أعطال غير متوقعة.

مع تطور الأنظمة الصناعية، يتكيف التحكم في التدفق الهوائي من خلال دمج أجهزة الاستشعار والاتصال بالشبكة. في حين أن المحركات الكهربائية الناشئة توفر الدقة، فإن علم الخصائص الهوائية يظل متفوقًا على التطبيقات عالية السرعة والقصيرة الأشواط، والأجواء المتفجرة، وبيئات الغسل التي تتطلب تحملًا قويًا للحمل الزائد.