یکی از دستگاه‌هایی که امروزه به طور گسترده در صنعت و در بخش تاسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرد، سلنوئید ولو می‌باشد. سلنوئید ولو یا شیر برقی (Solenoid Valve) یک شیر کنترل شده الکترومکانیکی می‌باشد. ولو شامل یک کویل الکتریکی به همراه هسته فرومغناطیس است که در داخل آن قرار داشته و قابلیت جابجایی دارد و در واقع این مجموعه به عنو ان یک سلنوئید یا سیم پیچ عمل می کند. هسته این سیم پیچ، پیستون نامیده می شود. در حالت عدم تحریک (rest position) ، این پیستون یک حفره کوچک را می‌بندد. با اعمال جریان الکتریکی به سلنوئید، این جریان باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود که این میدان به پیستون داخل سلنوئید نیرو وارد کرده و آن را جابجا می‌کند. به این ترتیب با حرکت هسته، مجرا باز یا بسته می‌شود.

سلنوئید ولو به طور گسترده در چرخه‌هایی که مایعات و یا گازها در آن‌ها جریان دارند، استفاده می‌شود و یکی از پرکاربردترین تجهیزات در چنین سیستم هایی می‌باشد. نمونه‌ای از کاربردهای سلنوئید ولو عبارتند از :

• سیستم‌های گرمایشی
• تکنولوژی هوای فشرده
• اتوماسیون صنعتی
• استخرهای شنا
• سیستم‌های آبیاری
• ماشین‌های لباسشویی و …

مدار عملکردی سلنوئید ولو

سلنوئید ولو جهت باز، بسته و کنترل کردن شدت جریان مایع یا گاز عبوری از درون لوله استفاده می‌شود. نحوه عملکرد این شیرها از طریق مدار آن‌ها کاملا قابل درک است. یک شیر 2/2، دارای دو دریچه (ورودی و خروجی) و دو وضعیت می باشد. این شیر ها می‌توانند از نوع Normally open و یا Normally close باشند. در نوع  Normally open، هنگامی که جریانی در سیم پیچ ها جاری نمی‌باشد (de-energized state)، ولو باز بوده و سیال می‌تواند از دریچه عبور کند؛ اما در نوع Normally close ، هنگامی که جریانی از سیم پیچ‌ها عبور نمی‌کند، ولو بسته بوده و مانع از عبور سیال از دریچه می‌شود. یک شیر 2/3 دارای 3 مجرا و 2 موقعیت بوده و می­تواند دو مدار را قطع و وصل کند. در شکل زیر نحوه عملکرد مدار این شیر را مشاهده می­ کنید. پیکان ­های موجود در شکل­ها بیانگر جهت جریان میان مجرا­ها می­باشد.

نحوه عملکرد

سلنوئید ولو­ها دارای انواع عملکرد مختلف می­باشند که عبارتند از:

• عملکرد مستقیم
• عملکرد غیر­مستقیم
• عملکرد نیمه ­مستقیم

عملکرد مستقیم

این نوع از سلنوئید ولو­ها ساده­ ترین نحوه عملکرد را دارند. یک فنر کوچک پیستون را به سمت پایین نگه می­ دارد تا شیر بسته شود. پیستون از مواد فرومغناطیسی ساخته می­شود. یک سیم­پیچ الکتریکی در اطراف پیستون قرار می­گیرد. هنگامی که سیم­پیچ با جریان الکتریکی تحریک شود، یک میدان مغناطیسی شکل گرفته که پیستون را به سمت بالا حرکت می­دهد که این کار باعث باز شدن دریچه و جاری شدن سیال می­شود. این ولو، یک ولو Normally Close نامیده می­شود. ولو normally open نیز عملکرد عکس چیزی که بیان شد را دارد؛ به این صورت که هنگامی که سیم­پیچ با جریان الکتریکی تحریک نشده است، دریچه باز می­ باشد. با جاری­شدن جریان الکتریکی در سیم­پیچ، پیستون به سمت پایین حرکت کرده و دریچه بسته می­شود. فشار عملکرد و میزان جریان عبوری مستقیما با قطر دریچه و نیروی مغناطیسی سلنوئید ولو متناسب است. این روش عمکرد برای مقدار جریان­های پایین استفاده می­شود. سلنوئید ولو­های با عملکرد مستقیم این توانایی را دارند تا در فشار­های صفر تا ماکزیمم فشار مجاز عمل کنند. در شکل زیر نحوه عملکرد یک شیر 2/2 با عملکرد مستقیم نمایش داده شده است.

عملکرد غیر مستقیم

در سلنوئید ولوهای با عملکرد غیر مستقیم (servo operated یا pilot operated) از اختلاف فشار سیال بین مجراهای ولو برای باز و بسته شدن استفاده می‌شود. معمولا این نوع از ولوها نیازمند یک اختلاف فشار حداقلی 0.5 bar می‌باشند. ورودی و خروجی توسط یک واسط لاستیکی از یکدیگر جدا شده است که دیافراگم نامیده می‌شود. این واسط لاستیکی دارای یک حفره می‌باشد که سیال از طریق آن می‌تواند به بخش بالایی جریان پیدا کند. میزان فشار و همچنین فنری که در بالای دیافراگم قرار دارد، بسته ماندن ولو را تضمین می‌کند. چمبر بالای دیافراگم از طریق یک مسیر کوچک به مجرای فشار پایین متصل می‌باشد. این اتصال در حالت بسته توسط ولو قطع می‌شود. قطر این حفره پایلوت از قطر حفره دیافراگم بزرگتر است. هنگامی که سلنوئید تحریک می‌شود، حفره پایلوت باز شده که باعث می‌شود فشار بالای دیافراگم افت کند. به علت اختلاف فشار دو طرف دیافراگم، دیافراگم بالا رفته و سیال می‌تواند از ورودی به خروجی جریان پیدا کند. سلنوئید ولوهای غیر مستقیم می‌توانند تنها برای یک جهت جریان استفاده شوند. این نوع از سلنوئید ولو در کاربردهای با اختلاف فشار کافی و شدت جریان بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ برای مثال در سیستم‌های آبیاری و کارواش.

عملکرد نیمه مستقیم

سلنوئید ولوهای با عملکرد نیمه مستقیم، مشخصه‌های دو نوع قبلی را با هم دارا می‌باشد. این ولوها می‌توانند در فشار صفر کار کرده و در عین حال شدت جریان زیادی را کنترل کنند. این نوع از ولو از یک نظر تا حدودی مشابه ولو غیرمستقیم بوده و دارای یک دیافراگم و یک حفره کوچک در دو طرف می‌باشد. تفاوت آن در این است که پیستون آن مستقیما به دیافراگم متصل می‌باشد. هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می‌کند، مستقیما دیافراگم را حرکت داده تا ولو را باز کند. به طور همزمان، حفره دیگری توسط پیستون باز شده که قطر بزرگتری نسبت به حفره اول در دیافراگم دارد. این باعث افت فشار در چمبر بالای دیافراگم خواهد شد. در نتیجه دیافراگم نه تنها توسط پیستون، بلکه توسط اختلاف فشار نیز به بالا حرکت خواهد کرد. این ترکیب باعث می‌شود تا ولو بتواند در فشار صفر کار کند و در عین حال بتواند جریان بالایی را کنترل کند. اغلب، سلنوئید ولوهای نیمه مستقیم نسبت به غیر مستقیم دارای کویل‌های قوی‌تری می‌باشند. این نوع از ولوها با نام assisted-lift valve نیز شناخته می‌شوند.