پاسخ مستقیم: وقتی قدرت از بین می رود واقعاً چه اتفاقی می افتد
هنگامی که یک شیر پنوماتیک سیگنال کنترل یا قدرت الکتریکی خود را از دست می دهد، در موقعیت فعلی خود باقی نمی ماند. به حالت استراحت از پیش تعیین شده برمی گردد. آن حالت استراحت یا است باز نشدن یا شکست نزدیک .
A باز نشدن هنگامی که انرژی از دست می رود، شیر به حالت باز حرکت می کند. جریان هوای فشرده، گاز یا سیال فرآیند ادامه دارد. الف شکست نزدیک هنگامی که انرژی از دست می رود، شیر به حالت بسته حرکت می کند. جریان کاملا مسدود شده است.
هیچ پاسخ صحیح جهانی وجود ندارد. انتخاب صحیح کاملاً به این سؤال بستگی دارد: اگر برق در حال حاضر قطع شود، آیا حفظ جریان رسانه ایمن تر است یا متوقف کردن کامل آن؟
در عمل، خطوط تامین گاز، خطوط دوز شیمیایی و مدارهای جداسازی فرآیند تقریباً همیشه از شیرهای بسته نارسایی استفاده می کنند. حلقه های خنک کننده، مجاری تهویه و مسیرهای خروج اضطراری تقریباً همیشه از دریچه های باز شکسته استفاده می کنند. انتخاب بر اساس این است که حالت خرابی خطر ایمنی کمتری را ایجاد می کند.
تعاریف اصلی و مکانیزم های عملیاتی
درک مکانیسم فیزیکی پشت دریچه های باز و بسته شدن شکست به شما کمک می کند انتخاب درستی داشته باشید. هر دو اصطلاح موقعیت استراحت یک دریچه را هنگامی که انرژی که آن را در حالت پرانرژی نگه می دارد حذف می کند، توصیف می کنند.
شیر باز شکست خورده چگونه کار می کند
در یک شیر برقی برگشت فنر، اندازه و موقعیت فنر برگشتی به گونه ای است که وقتی سیم پیچ قدرت خود را از دست می دهد، نیروی فنر قرقره شیر را به سمت صندلی باز هل می دهد. مسیر جریان بدون محدودیت باقی می ماند. این طرح زمانی انتخاب میشود که فرآیند به وسیلهای برای ادامه حرکت در هنگام شکست نیاز دارد.
نیروی فنر باید بر اختلاف فشار سیال غلبه کند تا اطمینان حاصل شود که دریچه واقعا باز می شود. در سیستم های پنوماتیکی با فشار تغذیه متغیر، نیروی فنر را در برابر حداکثر فشار سیستم بررسی کنید. اگر فنر خیلی ضعیف باشد، سوپاپ ممکن است در یک موقعیت متوسط متوقف شود، که هدف باز شکست را از بین می برد.
چگونه یک شیر بسته شکست خورده کار می کند
دریچه بسته شدن شکست از همان طرح برگشت فنر استفاده می کند، اما فنر قرقره را در جهت مخالف به سمت صندلی بسته فشار می دهد. هنگامی که برق قطع می شود، فنر باعث بسته شدن دریچه می شود و تمام جریان را مسدود می کند. این ترتیب استاندارد برای خاموش کردن سوخت، خطوط تزریق مواد شیمیایی و شیرهای جداسازی ایمنی است.
فنر باید آنقدر قوی باشد که شیر را در برابر حداکثر فشار بالادست ببندد. در سیستم های هوای فشرده، این بدان معنی است که نیروی فنر باید از نیروی ایجاد شده توسط فشار کامل سیستم که بر روی ناحیه صندلی اعمال می شود، بیشتر باشد. دریچه ای که تحت فشار به طور کامل بسته نمی شود یک خطر ایمنی جدی است.
| پارامتر | باز نشدن | Fail Close |
|---|---|---|
| موقعیت در از دست دادن قدرت | دریچه باز می شود؛ جریان ادامه دارد | دریچه بسته می شود؛ جریان متوقف می شود |
| هدف ایمنی اولیه | در دسترس بودن و تداوم | مهار و انزوا |
| برنامه های کاربردی معمولی | خنک کننده، تهویه، اگزوز | سوخت، گاز، شیمیایی، عایق |
| از خطر جلوگیری شد | گرمای بیش از حد، افزایش فشار | نشت، آلودگی، فرار |
| اقدام بهاری | فنر دریچه را باز می کند | فنر سوپاپ را فشار می دهد |
چه زمانی باید شیرهای باز شکست خورده را انتخاب کرد
دریچههای باز شکست زمانی انتخاب میشوند که حفظ جریان مهمتر از توقف آن در هنگام خرابی باشد. این معمولاً به این معنی است که فرآیند به ادامه حرکت رسانه برای جلوگیری از آسیب تجهیزات یا شرایط خطرناک بستگی دارد.
سیستم های تهویه و اگزوز
در یک محیط گاز خطرناک، باز نگه داشتن دریچه اگزوز اجازه می دهد تا گازهای سمی یا قابل اشتعال تخلیه شوند. اگر دریچه در صورت اتلاف برق بسته شود، گاز می تواند جمع شود و جو انفجاری ایجاد کند. در غرفه های جوشکاری، محفظه های رنگ و هودهای بخار شیمیایی، مسیر اگزوز باید حتی در هنگام خرابی سیستم کنترل باز بماند.
مدارهای آب خنک کننده
تجهیزات فرآیندی که به آب خنک کننده متکی هستند در صورت قطع شدن حلقه خنک کننده می توانند آسیب فاجعه باری را متحمل شوند. یک شیر باز خراب در منبع آب خنک کننده تضمین می کند که خنک کننده همچنان به جریان خود ادامه می دهد وقتی سیستم کنترل برق را از دست می دهد. این یک انتخاب رایج در ماشینهای ریختهگری، قالبگیری تزریق پلاستیک و تجهیزات گرمایش القایی است.
در یک محیط تولید 24 ساعته، یک وقفه 10 دقیقه ای در آب خنک کننده می تواند باعث تاب برداشتن قالب ها، تحلیل رفتن آب بندی ها و از بین رفتن قطعات تمام شده شود. برای سازنده ای که 3 شیفت کار می کند، این زمان خرابی فرضی نیست. هر ساعت خاموشی برنامه ریزی نشده می تواند ده ها هزار دلار هزینه از دست دادن خروجی داشته باشد.
خطوط امداد فشار اضطراری
کشتی های فرآوری با خطر فشار بیش از حد از مسیرهای امدادی استفاده می کنند که باید باز بمانند. اگر دریچه کنترل در حین افت نیرو بسته شود، فشار محبوس شده می تواند از درجه بندی کشتی بیشتر شود. دریچه باز شکست خورده روی خط امداد از این وضعیت خطرناک جلوگیری می کند.
برای این کاربردها، یک دریچه کنترل هوا 3 طرفه را می توان با موقعیت باز شکست پیکربندی کرد تا جریان را به سمت مسیر اگزوز ایمن هدایت کند. را 
شیر کنترل هوای سه طرفه سری 3A برای کاربردهای ایمنی باز شدن خرابی این دریچه کنترل هوا 3 جهته برای موقعیت یابی در حالت باز شدن خرابی طراحی شده است و از انحراف جریان به یک مسیر اگزوز ایمن در هنگام از دست دادن توان اطمینان می دهد. طراحی مستقیم و عملکرد حافظه کنترل دوگانه آن از سوئیچینگ قابل اعتماد پشتیبانی می کند و آن را برای مهار رسانه های خطرناک در کنترل سیالات صنعتی مناسب می کند. مشاهده محصول → یک انتخاب رایج در این دسته از برنامه ها است.
چه زمانی باید شیرهای بستن شکست خورده را انتخاب کرد
دریچههای بسته خراب زمانی انتخاب میشوند که توقف جریان مهمتر از حفظ آن باشد. این معمولا شامل رسانه های خطرناک، محصولات گران قیمت، یا فرآیندهایی است که در آن عدم مهار خطر جدی ایجاد می کند.
خطوط تامین گاز و سوخت
در سیستم های گاز طبیعی، پروپان یا سایر سیستم های تامین سوخت، نشت خطر اصلی است. شیر بسته شدن خرابی تضمین می کند که در صورت قطع برق، منبع سوخت قطع می شود. این امر از تجمع گازهای قابل احتراق در فضاهای بسته جلوگیری می کند. را 
شیر برقی برنجی 2/2 طرفه سری 2W برای خاموش کردن گاز و کنترل سیال این شیر برقی برنجی با عملکرد مستقیم عملکرد Fail-close را فراهم می کند و در صورت قطع برق، منبع سوخت را قطع می کند. این گازها، مایعات و روغن های سبک را با قابلیت شروع فشار صفر کنترل می کند و خطرات نشت در سیستم های احتراق و دوز شیمیایی را کاهش می دهد. مشاهده محصول → به طور گسترده برای خاموش کردن گاز و کنترل سیال در فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.
خطوط دوز و تزریق مواد شیمیایی
یک پمپ دوز شیمیایی که پس از شکست کنترل به تزریق ادامه میدهد، میتواند باعث دوز بیش از حد شود که منجر به واکنش شدید یا محصول آلوده شود. برای مثال، در تصفیه فاضلاب، مقدار زیاد لخته میتواند فرآیند تهنشینی را بیثبات کند و کارخانه را مجبور کند میلیونها گالن آب تصفیهشده ضعیف را تخلیه کند. دریچه بسته شدن خرابی محافظ استاندارد است.
مدارهای ایمنی هوای فشرده
در تجهیزات مونتاژ خودکار، یک شیر بسته در منبع هوای فشرده می تواند محرک های متحرک را جمع کند و چرخه را متوقف کند. این از ادامه حرکت سیلندر در هنگام از دست دادن قدرت دستگاه جلوگیری می کند، که از پرسنل تعمیر و نگهداری در برابر صدمات له شدن محافظت می کند.
در پرس پرس، اگر سیلندر هوای نگهدارنده قالب پس از قطع برق باز بماند، اپراتوری که وارد ناحیه پرس می شود می تواند به شدت آسیب ببیند. دریچه بسته شدن خرابی در منبع اصلی هوا تضمین می کند که همه محرک ها به موقعیت ایمن و جمع شده خود بازگردند.
چارچوب تصمیم عملی برای انتخاب سوپاپ
انتخاب بین fail open و fail close یک چرخش سکه نیست. این یک تصمیم ایمنی ساختاریافته است. از فرآیند تصمیم گیری زیر برای تعیین پیکربندی صحیح برنامه خود استفاده کنید.
مرحله 1: خطر شکست را شناسایی کنید
بپرسید: اگر جریان ادامه یابد چه اتفاقی میافتد و اگر جریان متوقف شود چه اتفاقی میافتد؟ هر دو سناریو شکست را بنویسید. به عنوان مثال، در یک پرس هیدرولیک، اگر شیر کنترل جهت در موقعیت باز قرار نگیرد، پرس ممکن است به بسته شدن ادامه دهد. اگر در حالت بسته قرار نگیرد، پرس با خیال راحت متوقف می شود. برای اکثر برنامه های کاربردی ایمنی مطبوعات، بسته شدن با شکست گزینه درستی است.
مرحله 2: شدت پیامد را ارزیابی کنید
عواقب هر حالت شکست را طبقه بندی کنید. شکستی که باعث نشت مواد خطرناک می شود معمولاً شدیدتر از شکستی است که باعث از دست دادن موقت تولید می شود. برعکس، خرابی که باعث گرم شدن بیش از حد تجهیزات می شود ممکن است شدیدتر از یک وقفه کوتاه در جریان عادی باشد. سناریوهای خود را با شدت کم، متوسط یا زیاد ارزیابی کنید.
مرحله 3: فلسفه عملیاتی فرآیند را در نظر بگیرید
بسیاری از صنایع از کنوانسیون های تعیین شده پیروی می کنند. سیستم های تامین گاز و سوخت، خرابی نزدیک را ترجیح می دهند. سیستم های خنک کننده و تهویه ترجیح می دهند که باز شوند. در صورت شک، قوانین صنعت فرآیند را برای نوع برنامه خاص خود دنبال کنید.
| شرایط کاربرد | موقعیت شکست توصیه شده | دلیل |
|---|---|---|
| تامین آب خنک کننده | باز نشدن | از گرم شدن بیش از حد تجهیزات جلوگیری می کند |
| تامین گاز یا سوخت | Fail Close | از نشت گازهای خطرناک جلوگیری می کند |
| اگزوز و تهویه | باز نشدن | گازهای خطرناک را از بین می برد |
| تزریق مواد شیمیایی | Fail Close | از مصرف بیش از حد و آلودگی جلوگیری می کند |
| مدار هوای ایمنی ماشین | Fail Close | عملگرها را برای ایمنی اپراتور جمع می کند |
| سیستم نگهدارنده خلاء | Fail Close | قطعه کار را در هنگام افت توان نگه می دارد |
برای کاربردهای کنترل جهت که در آن سوپاپ سیلندر دو اثره را کنترل می کند، موقعیت خرابی تعیین می کند که آیا سیلندر امتداد یافته، جمع می شود یا در موقعیت فعلی خود باقی می ماند. الف 
شیر برقی 5 جهته با عملکرد پایلوت سری 4 ولت برای کنترل جهت سیلندر این شیر برقی 5 جهته که با پایلوت کار میکند، دارای حافظه فنر برگشتی یا دو سیم پیچ برای تنظیم موقعیتهای خرابی است که امکان کنترل دقیق سیلندر دو اثره را فراهم میکند. از پیکربندیهای مهر و موم مرکزی، اگزوز یا فشار، با نادیده گرفتن دستی برای راهاندازی و فعالسازی اضطراری پشتیبانی میکند. مشاهده محصول → با طراحی فنر برگشتی می توان آن را به گونه ای پیکربندی کرد که بسته به ترتیب پورت، رفتار باز کردن یا بسته شدن با شکست را ارائه دهد.
اگر شما متفاوت ارزیابی می کنید گزینه های شیر پردازش ، مشخصات موقعیت خرابی را در کنار اندازه سوراخ سوپاپ، زمان پاسخگویی و سازگاری مواد بررسی کنید. انتخاب یک شیر با موقعیت خرابی اشتباه می تواند خاموشی کنترل شده را به یک رویداد خطرناک تر تبدیل کند.
باورهای غلط رایج درباره Fail Open و Fail Close
تصور اشتباه 1: باز کردن شکست همیشه انتخاب امن تر است
این دروغ است. باز کردن شکست تنها زمانی ایمن تر است که حفظ جریان جریان از یک وضعیت خطرناک تر جلوگیری کند. برای یک خط سوخت، باز شدن خرابی باعث نشت گاز پس از قطع برق می شود. ایمنی وابسته به زمینه است، نه مطلق.
تصور اشتباه 2: سوپاپ های دو عملکرد به طور خودکار به موقعیت ایمن باز می گردند
یک شیر دو کاره برای حرکت در هر دو جهت به فشار هوا نیاز دارد. اگر هم برق و هم منبع هوا قطع شود، ممکن است شیر اصلا حرکت نکند. در این شرایط، عملکرد باز کردن یا بسته شدن خرابی تنها با یک مکانیسم بازگشت فنر یا یک وسیله ایمنی خارجی مانند مخزن هوا با یک دریچه برگشت به دست میآید.
تصور اشتباه 3: Fail Safe به معنای Fail Close است
Fail safe حالتی است که آسیب را در هر فرآیندی به حداقل می رساند. بسته به برنامه میتواند به صورت Fail Open یا Fail close باشد. برای یک سیستم خنککننده، Fail safe به معنای حفظ جریان مایع خنککننده است، بنابراین باز کردن خرابی ایمن است. برای یک راکتور شیمیایی، Fail safe ممکن است به معنای توقف تغذیه باشد، بنابراین Fail close ایمن است.
تصور غلط 4: نیروی فنری فقط یک نکته جزئی است
نیروی فنر حیاتی است. اگر فنر برای غلبه بر اختلاف فشار به اندازه کافی قوی نباشد، شیر ممکن است به طور کامل باز یا بسته نشود. این می تواند منجر به یک مسیر جریان تا حدی محدود شود و یک شرایط خرابی پنهان ایجاد کند که تشخیص آن دشوار است.
تصور اشتباه 5: موقعیت شکست همیشه قابل مشاهده است
مگر اینکه سوپاپ دارای نشانگر موقعیت بصری باشد، ممکن است ندانید که آیا واقعاً به موقعیت خرابی خود رسیده است یا خیر. در کاربردهای حیاتی، یک سنسور موقعیت یا بازخورد مکانیکی برای تایید وضعیت شیر پس از قطع برق نصب کنید.
سوالات متداول
Q1: باز شدن شکست در شیر پنوماتیک به چه معناست؟
هنگامی که سیگنال کنترل یا توان الکتریکی از بین برود، یک شیر باز باز می شود. مکانیسم بازگشت فنر، شیر را به حالت باز وادار می کند و به هوا، گاز یا سیال فشرده اجازه می دهد تا از طریق شیر به جریان خود ادامه دهد.
Q2: بستن شکست در یک شیر پنوماتیک به چه معناست؟
یک شیر بسته زمانی بسته می شود که توان الکتریکی یا سیگنال کنترل از بین برود. مکانیسم بازگشت فنر، شیر را به حالت بسته وادار می کند و جریان محیط را به طور کامل متوقف می کند. این پیکربندی استاندارد برای کاربردهای تامین گاز و جداسازی شیمیایی است.
Q3: کدام یک امن تر است، باز کردن شکست یا بسته شدن با شکست؟
هیچ یک از این دو به طور جهانی امن تر نیستند. هنگامی که جریان باید برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، افزایش فشار یا تجمع گازهای خطرناک ادامه یابد، باز شدن خرابی ایمن تر است. هنگامی که جریان باید متوقف شود تا از نشت، آلودگی یا خطرات ماشین آلات در حال حرکت جلوگیری شود، بسته شدن خرابی ایمن تر است. انتخاب صحیح بستگی به برنامه دارد.
Q4: چگونه می توانم بفهمم که یک شیر پنوماتیکی باز شده یا بسته است؟
موقعیت برگشت فنر سوپاپ را بررسی کنید. اگر فنر هنگام خاموش شدن برق شیر، شیر را در وضعیت باز نگه دارد، آن را با شکست باز می کند. اگر فنر دریچه را در حالت بسته نگه دارد، آن را بسته است. برای مشخصات وضعیت خرابی به مستندات سازنده سوپاپ مراجعه کنید یا با قطع برق و مشاهده موقعیت شیر، شیر را تست کنید.
Q5: اگر هم برق و هم منبع هوا قطع شود چه اتفاقی می افتد؟
یک شیر برگشت فنری همچنان به موقعیت خرابی خود حرکت می کند زیرا فنر کاملاً مکانیکی است. با این حال، یک شیر دو کاره بدون فنر ممکن است اصلا حرکت نکند. در سیستمهای پنوماتیک، منبع هوا گاهی توسط یک انباشته یا مخزن ذخیره پشتیبانی میشود تا اطمینان حاصل شود که شیر میتواند عملکرد خرابی خود را حتی زمانی که کمپرسور متوقف میشود، کامل کند.
Q6: آیا می توان یک شیر بسته را به باز کردن شکست تغییر داد؟
در برخی از طرح های شیر، بله. با تعویض فنر برگشتی و معکوس کردن جهت محرک. اما بسیاری از شیرهای صنعتی با موقعیت خرابی ثابت طراحی می شوند و قابل برگشت نیستند. همیشه قبل از تلاش برای اصلاح وضعیت خرابی شیر، با سازنده مشورت کنید.
Q7: تفاوت بین fail safe و fail open/close چیست؟
Fail safe فلسفه کلی ایمنی سیستم را توصیف می کند - حالتی که آسیب را به حداقل می رساند. باز کردن شکست و بسته شدن با شکست موقعیتهای خاص دریچه هستند. بسته به اینکه چه چیزی شرایط ایمن تری را در آن فرآیند ایجاد می کند، یک سیستم ایمن خرابی ممکن است از شیرهای باز یا بسته با شکست استفاده کند.
Q8: آیا برای عملیات باز کردن یا بسته شدن با شکست به شیر خاصی نیاز دارم؟
اکثر شیرهای برقی استاندارد با پیکربندی های برگشت فنر متفاوتی عرضه می شوند. می توانید یک شیر استاندارد را انتخاب کنید و موقعیت خرابی مورد نظر را مشخص کنید. برای کاربردهای پیچیده تر، ممکن است به یک شیر با هوای خلبان خارجی یا یک سیستم قفل ایمنی برای دستیابی به رفتار خرابی مورد نیاز نیاز داشته باشید.
توصیه های عملی برای طراحی سیستم
پس از تصمیم گیری بین باز کردن شکست و بسته شدن شکست، این مراحل عملی را در نظر بگیرید تا اطمینان حاصل کنید که دریچه در یک رویداد شکست واقعی مطابق انتظار عمل می کند.
- موقعیت خرابی را به صراحت در اسناد تدارکات مشخص کنید. حدس زدن آن را به عهده تامین کننده نگذارید. در برگه مشخصات شیر، "fail close" یا "fail open" را بنویسید و آن را با فروشنده تایید کنید.
- موقعیت شکست را در راه اندازی تست کنید. هنگامی که سیستم برای اولین بار نصب می شود، افت برق را شبیه سازی کنید و بررسی کنید که شیر واقعاً به موقعیت خرابی مورد نظر خود می رود.
- زمان پاسخگویی را در نظر بگیرید. برای فرآیندهایی که نیاز به یک شکست بسیار سریع دارند، به زمان بسته شدن یا باز شدن شیر نگاه کنید. شیرهای برقی معمولاً در 20 تا 100 میلی ثانیه پاسخ می دهند، اما شیرهای آزمایشی ممکن است کندتر باشند.
- نیروی فنر را تحت فشار بدترین حالت بررسی کنید. در سیستم های هوای فشرده، فشار عرضه می تواند نوسان داشته باشد. اطمینان حاصل کنید که فنر شیر به اندازه کافی قوی است که حتی در حداکثر فشار سیستم کار کند.
- بازخورد موقعیت را برای مدارهای بحرانی اضافه کنید. برای خرابی مدارهای شیر باز و خرابی مدارهای شیر بسته که موقعیت نادرست خطری جدی ایجاد می کند، یک سوئیچ موقعیت یا سنسور فشار را برای تأیید وضعیت واقعی شیر نصب کنید.
- با تیم ایمنی خود مرور کنید. موقعیت خرابی یک تصمیم ایمنی است، نه یک تصمیم صرفاً مکانیکی. مهندسان فرآیند، متخصصان ایمنی و کارکنان تعمیر و نگهداری را در فرآیند انتخاب بگنجانید.
موقعیت خرابی یک شیر پنوماتیکی یکی از مهمترین تصمیمات ایمنی در یک سیستم اتوماسیون است. هنگامی که رسانه باید به جریان خود ادامه دهد، باز کردن شکست را انتخاب کنید. هنگامی که رسانه باید حاوی آن باشد، Fail Close را انتخاب کنید. استدلال خود را مستند کنید تا مهندس بعدی منطق پشت انتخاب را بفهمد.
