آشنایی با انواع عملگر شیر صنعتی

عملگر شیر صنعتی چيست

عملگر یا اکچویتور یا محرک یک دستگاه مکانیکی یا الکترومکانیکی است که وظیفه‌اش تبدیل انرژی (برقی، پنوماتیکی، هیدرولیکی یا حرارتی) به حرکت فیزیکی (خطی یا چرخشی) است. به زبان ساده، اکچویتور چیزی را حرکت می‌دهد؛ مثلاً یک شیر صنعتی را باز یا بسته می‌کند. در واقع مکانیزه کردن تحریک ولوهای صنعتی که پرکاربرد­ترین موارد مصرف این دستگاه حساس و استراتژیک می باشد.

عملگر صنعتی وسیله‌ای است که سیگنال کنترلی را دریافت کرده و به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. در صنایع مختلف، از نفت و گاز گرفته تا خودروسازی و نیروگاه‌ها، کنترل دقیق جریان سیالات یا حرکت مکانیکی اجزای بزرگ، امری حیاتی است. اینجاست که یک قطعه کلیدی به نام عملگر شیر صنعتی وارد عمل می‌شود. اما واقعاً اکچویتور چیست؟

در هر 20 کیلومتر از خطوط انتقال گاز،نفت یا آب یک شیر کنترل (Valve) نصب می شود تا جریان گاز را قطع و وصل نماید. شیرهایی که اهمیت زیادی در ایمنی این خطوط دارند. به این ولوها اکچویتر (Actuator) یا به برگردان فارسی عملگر صنعتی یا محرک شیر می گویند.

به عبارتی عملگر شیر نمایانگر تفاوت شیر کنترلی و شیر دستی است. در شیر دستي (Manually operated) اپراتورها و کاکنان باید شیر را باز و بسته کنند. اما نمی شود در خطوط انتقال هر بیست کیلومتر یک شخص را قرار داد تا شیرها را باز و بسته کند. بنابراین باید کنترل شیرها و تحریک آنان به صورت خودکار و بدون دخالت فیزیکی انسان انجام شود. برای این کار عملگر بر روی شیر صنعتی (ولو) نصب می گردد.

اجزای اصلی عملگر صنعتی

عملکرد عملگر شیر باید بسیار دقیق و بدون اشتباه باشد. به اندازه کافی سریع باشد (از نظر ایمنی، قطع سریع جریان در خطوط لوله اهمیت زیادی دارد). با صرف کمترین انرژی ممکن کار کند (انرژی باد یا نیوماتیک).

• محرک (Drive Unit): موتور یا منبع انرژی
• سیستم کنترلی: برای دریافت فرمان از PLC یا کنترلر
• مکانیزم انتقال نیرو: چرخ دنده‌ها، پیستون، پیچ و مهره ها و …

مزایای استفاده از عملگر ولو

• افزایش دقت و کنترل
• کاهش خطای انسانی
• کاهش هزینه تعمیرات و نگهداری
• امکان اتصال به سیستم‌های هوشمند

کاربردهای اکچویتر در صنعت

• کنترل ولوها (Control Valves): در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاهی
• اتوماسیون خطوط تولید: باز و بسته شدن دریچه‌ها، بازوهای رباتیک
• صنایع غذایی و دارویی: در خطوط استریل و بسته‌بندی
• سیستم‌های ایمنی: لاین‌بریک ولوها، شیرهای اضطراری

چک لیست خرید عملگر شیر و ولو

جهت خرید محرک شیر صنعتی باید به 10 نکنته مهم زیر دقت شود:

1. نوع محرک و ولو (پنوماتیک، هیدرولیک…)
2. دمای کاری (Working Temperature)
3. فشار کاری (Operating Pressure)
4. نیاز به استاندارد ATEX / IECEx
5. نوع ولو (Ball, Gate, Globe, Control.
6. کلاس فشار ولو (ANSI Class 150-2500)
7. الزامات SIL یا سیستم ESD
8. سایز اتصال و نوع فلنج
9. منبع انرژی موجود (هوا، برق، روغن)
10. نیاز به پوزیشنر یا کنترل پیشرفته

انواع عملگر شیر صنعتی و عملکرد آنها

عملگرهای صنعتی تجهیزات مکانیکی یا الکترومکانیکی هستند که نیروی کنترلی (مانند فشار هوا، برق یا سیال) را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کنند. از نگاه زاویه چرخش می توان این تجهیزات را به دو دسته زیر تقسیم کرد:

• ساعت گرد
• پاد ساعتگرد

ساعت گرد یعنی در ابتدا در جهت ساعتگرد شیر را باز می کند. پادساعت گرد یعنی در خلاف جهت عقربه های ساعت شیر را ببندد. ‌‌این تقسیم بندی کمک می­‌کند تا با توجه به اینکه شیر اغلب باز است یا بسته، از اکچویتور مناسب­ی استفاده کرد.

هر یک از دسته بندی های یاد شده ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در ادامه تفاوت‌ها و عملکرد آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

عملگر چرخشی (Rotary Actuator)

اکچویتورهای چرخشی برای ایجاد حرکت دورانی یا گشتاور طراحی شده‌اند.

• نوع حرکت: زاویه‌ای (مثلاً 90 یا 180 درجه)
• انواع: پنوماتیکی، هیدرولیکی، الکتریکی
• مکانیسم داخلی: دنده، پیستون دوار، موتور الکتریکی
• کاربرد: شیرهای توپی (Ball Valve)، پروانه‌ای (Butterfly Valve)، دمپرها

عملگر خطی (Linear Actuator)

این اکچویترها حرکت خطی مستقیم دارند و در مواردی که شیر یا ولو نیاز به باز و بسته شدن در یک مسیر مستقیم دارد، کاربرد دارند. عملگر خطی می ­تواند حرکت خطی تولید کند و مانند یک جک عمل کرده و نیروی زیادی نیز تولید می­‌کند و در عین حال دقت بسیار بالایی دارد و از این بابت معمولا در آزمایشگاه­ ها نیز از آن استفاده می­ شود. ولی معمولا نسبت به عملگر چرخشی فضای بیشتری اشغال می­‌کند و از این بابت معمولا در کاربرد­های خاصی از آن استفاده می‌­شود.

• نوع حرکت: خطی (افزایشی یا کاهشی)
• مکانیسم داخلی: موتور، پیچ سربی، ریل، یا سیلندر
• کاربرد: شیرهای کشویی، گیت ولو، ولوهای بزرگ صنعتی، و تجهیزات تنظیمی

همچنین از بابت میزان زاویه ای که عملگر ولو را می چرخاند می توان آنها را به دو دسته زیر تقسیم نمود:

1. اکچویتور کنترلی (Control Actuator)
2. اکچویتور رو شن و خاموش (ON/OFF VALVE)

مقایسه بین عملگر Linear با عملگر Rotary

عملگر کنترلی (Control Actuator)

عملگر کنترلی (Control Actuator)به هر نوع اکچویتوری گفته می‌شود که بتواند شیر را در موقعیت‌های مختلف بین ۰ تا ۱۰۰٪ باز یا بسته کند (نه فقط روشن/خاموش). می‌تواند الکتریکی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی باشد. هدفش کنترل دقیق دبی، فشار یا دما در سیستم است.

به عبارتی اکچویتر کنترلی نوعی عملگر است که می‌تواند شیر یا دمپر را در هر موقعیت دلخواه بین حالت کاملاً باز تا کاملاً بسته قرار دهد. برخلاف مدل‌های ON/OFF که فقط دو وضعیت دارند، این نوع از عملگرهای صنعتی مدولار هستند و با استفاده از سیگنال‌های آنالوگ (مثلاً 4-20mA یا 0-10V)، موقعیت دقیق شیر را تنظیم می‌کنند.

از مهمترین ویژگی‌های اکچویتور کنترلی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کنترل پیوسته و دقیق
• عملکرد نرم و بدون شوک
• قابل تنظیم بین ۰ تا ۱۰۰٪
• سازگار با سیستم‌های کنترل خودکار (PLC, DCS)
• مناسب برای فرایندهایی با تغییرات تدریجی جریان یا دما

عملگر on/off یا روشن و خاموش (ON/OFF VALVE)

اکچویتور ON/OFF (یا به برگردان فارسی: محرک روشن/خاموش) نوعی عملگر (Actuator) است که وظیفه دارد شیر صنعتی را تنها در دو حالت کاملاً باز (ON) یا کاملاً بسته (OFF) قرار دهد. این نوع اکچویتور بدون وضعیت‌های میانی عمل می‌کند و معمولاً در سیستم‌هایی به کار می‌رود که نیاز به کنترل ساده و قطع/وصل جریان دارند.

عملگر روشن و خاموش نوع ساده‌ای از عملگر است که فقط دو وضعیت مشخص دارد: باز (ON) و بسته (OFF). این نوع عملگر بیشتر برای قطع و وصل جریان در سیستم‌هایی با شرایط ثابت یا نیاز به سرعت بالا استفاده می‌شود. این دستگاه یک انتخاب ایده‌آل برای سیستم‌هایی است که تنها به قطع و وصل جریان نیاز دارند. از مهمترین ویژگی‌های اکچویتور ON/OFF می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سریع و ساده
• بدون موقعیت میانی
• مناسب برای کاربردهای ایزوله‌سازی یا ایمنی
• مصرف انرژی پایین‌تر در برخی مدل‌ها
• کنترل دیجیتال (فرمان دو حالته)

انواع اکچویترهای ON/OFF بر اساس منبع انرژی

اجزای اکچویتور on/off

چهار بخش زیر اجزای اصلی اکچویتور ON/OFF را تشکیل می دهند:

1. موتور (برقی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی): نیروی محرکه برای باز و بسته کردن شیر
2. مکانیزم انتقال قدرت: تبدیل حرکت موتور به حرکت چرخشی یا خطی
3. سنسورهای موقعیت: برای تشخیص وضعیت باز یا بسته بودن شیر
4. برد کنترل (در مدل‌های پیشرفته‌تر): جهت دریافت فرمان و ارسال بازخورد

مقایسه بین عملگر on/off با کنترلی

فاکتورهای موثر در خرید عملگر صنعتی مناسب

با توجه به نوع نیاز و کاربری می توان اکچویتور مناسب را انتخاب نمود. نوع شیری که عملگر می خواهد آن را تحریک کند یا گشتاوری که آن شیر برای باز و بسته شدن نیاز دارد بسیار تاثیر گذار است. همچنین اینکه شیر صنعتی از نظر گرما و رطوبت و… در چه محلی نصب شده است و یا باید تا چه میزان باز شود یا بسته شود همه عوامل مهمی در انتخاب عملگر هستند.

به طور خلاصه از مهمترین این عوامل می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. گشتاور خروجی که اکچویتور تولید می کند.
2. نوع و اندازه شیری که قرار است اکچویتور به آن متصل شود.
3. زاویه چرخش اکچویتور که بتواند به اندازه نیاز شیر را باز کند یا ببندد.
4. محیط کار از نظر فشار، دمای محل  و میزان رطوبت و شرجی بودن بسیار تعیین کننده است.

راهنمای خرید عملگر ایرانی

• عملگر شیرهای پپکو با شرایط محیطی و آب و هوایی کشورمان از نظر رطوبت و شرجی بودن و گرما کاملا سازگار هستند. 
• از نظر دوام و ماندگاری، کیفیت و خراب نشدن به مراتب بهتر از مشابه خارجی خود هستند.
• با هزینه ای معادل یک سوم قیمت نمونه خارجی، این اکچویتورها تولید می شود.
• خدمات نصب، تعمیر، سفارشی سازی و خدمات پس از فروش هم دارند.

پرسش های متداول درباره عملگر شیر صنعتی

در اینجا به تعدادی از رایج ترین پرسش های کاربران درباره عملگرهای شیرهای صنعتی پاسخ می دهیم:

عملگر یا اکچویتور (Actuator) چیست و چه کاربردی دارد؟

اکچویتور یا عملگر دستگاهی مکانیکی یا الکترومکانیکی است که سیگنال کنترلی (برقی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی) را به حرکت فیزیکی تبدیل می‌کند. از آن برای باز و بسته کردن شیرهای صنعتی، دمپرها و کنترل تجهیزات در سیستم‌های اتوماسیون استفاده می‌شود.

به عبارتی عملگر دستگاهی است که سیگنال کنترلی (برقی، پنوماتیکی، هیدرولیکی یا حرارتی) را دریافت و به حرکت مکانیکی (خطی یا چرخشی) تبدیل میکند. برای باز و بسته کردن شیرها، دمپرها و حرکت تجهیزات اتوماسیون صنعتی استفاده میشود.

آیا عملگرهای صنعتی ایرانی قابل رقابت با برندهای خارجی است؟

بله. عملگرهای ساخت شرکت های ایرانی به خوبی قابل رقابت با نمونه های خارجیهستند و به مراتب از مدل های چینی با کیفیت تر می باشند. شرکت‌های ایرانی مانند پپکو (Padideh Energy Parsian) اکچویتورهایی تولید می‌کنند که:

1. کیفیت و دوام بالایی دارند.
2. با شرایط آب‌وهوایی ایران سازگارند.
3. قیمتشان حدود یک‌سوم برندهای خارجی است.
4. خدمات پس از فروش، تعمیر و سفارشی‌سازی ارائه می‌دهند.

چطور یک عملگر مناسب برای شیر صنعتی انتخاب کنیم؟

فاکتورهای کلیدی شامل گشتاور مورد نیاز، نوع حرکت (خطی یا چرخشی)، زاویه چرخش، شرایط محیطی (دما، رطوبت)، منبع انرژی و استانداردهای فنی هستند. به طور کلی برای انتخاب صحیح عملگر صنعت باید موارد زیر را بررسی کنید:

1. نوع و سایز شیر صنعتی
2. گشتاور مورد نیاز برای باز و بسته شدن
3. نوع حرکت (چرخشی یا خطی)
4. دمای کاری، فشار، و شرایط محیطی
5. منبع انرژی (برق، هوا، روغن)
6. نیاز به عملکرد ON/OFF یا کنترلی

چگونه می توان دقت و طول عمر عملگرها را افزایش داد؟

1. انجام سرویس، نگهداری دوره ای، روغن‌کاری دوره‌ای و تعویض به موقع روغن و فیلترها
2. استفاده از برندهای معتبر یا محصولات باکیفیت داخلی مانند عملگرهای پپکو
3. استفاده از مدل‌های مجهز (نصب سنسورهای Position Feedback)
4. محافظت در برابر رطوبت و گرد و غبار
5. بهره گیری از گیربکس های دقیق

چه تفاوتی بین عملگر خطی و چرخشی وجود دارد؟

اکچویتور خطی (Linear Actuator) حرکت مستقیم رفت و برگشتی دارد و برای شیرهای گیت، کشویی و ولوهای خطی مناسب است. اکچویتور چرخشی (Rotary Actuator) حرکت دورانی دارد (معمولاً ۹۰ یا ۱۸۰ درجه) و برای شیرهای توپی (Ball Valve) و پروانه‌ای (Butterfly Valve) کاربرد دارد.

عملگر خطی: حرکت مستقیم در امتداد یک محور (مثل پیستون).
عملگر چرخشی: حرکت دورانی حول یک نقطه (مثلاً باز/بسته کردن شیر با زاویه ۹۰°).

تفاوت بین عملگر کنترلی و عملگر ON/OFF چیست؟

اکچویتور کنترلی قابلیت تنظیم موقعیت شیر بین ۰ تا ۱۰۰٪ را دارد و برای کنترل دقیق دبی، فشار یا دما استفاده می‌شود. اما اکچویتور ON/OFF فقط دو حالت باز یا بسته دارد و برای قطع و وصل ساده جریان به کار می‌رود.

به بیان دیگر عملگر کنترلی برای کنترل‌های دقیق و پیوسته در فرایندهای حساس به کار می‌رود، در حالی که عملگر ON/OFF برای کاربردهای ساده و قطع/وصل جریان طراحی شده است. انتخاب بین این دو به نوع فرایند، سطح دقت مورد نیاز و هزینه سیستم بستگی دارد.

چه زمانی از اکچویتور on/off استفاده کنیم؟

وقتی هدف فقط باز یا بسته کردن جریان باشد و نیازی به تنظیمات میانی وجود نداشته باشد. مانند:

• قطع و وصل آب، گاز یا بخار در خطوط ساده
• خطوط و سیستم‌های ایمنی و اضطراری (EMO)
• کنترل سطح در مخازن به‌صورت خاموش/روشن

چه زمانی از اکچویتور کنترلی استفاده کنیم؟

هنگامی که نیاز به کنترل دقیق جریان، فشار یا دما دارید یا سیستم شما از PLC یا DCS پشتیبانی می‌کند. در واقع اگر در سیستم شما نیاز به تنظیم دقیق دبی، فشار یا دما وجود دارد، یا اگر پاسخ سیستم باید تدریجی باشد (نه ناگهانی)، عملگر کنترلی گزینه‌ای ایده‌آل است. به عنوان مثال:

• تنظیم دمای بویلرها (در سیستم‌های کنترل دمای دیگ بخار)
• کنترل جریان مواد در خطوط تولید (کنترل دقیق جریان مواد شیمیایی در خطوط تولید)
• تنظیم خودکار حجم ورودی هوا یا گاز (تنظیم میزان هوای ورودی در سیستم تهویه صنعتی)

نتیجه‌گیری

عملگر شیر قلب تپنده اتوماسیون صنعتی است. انتخاب درست نوع و مدل و سیستم کنترل عملگر صنعتی، بهبود عملکرد و ایمنی خطوط تولید را تضمین می‌کند و تأثیر مستقیم در ایمنی، راندمان و عمر تجهیزات صنعتی دارد. درک عملکرد اکچویتر در صنایع انرژی، پتروشیمی، آب و فاضلاب امری حیاتی است.