کنترل ولو ساقه کشویی: گلاب کنترل ولو، گیت کنترل ولو، دیافراگم کنترل ولو
در این نوع ولو یعنی کنترل ولو ساقه کشویی: گلاب کنترل ولو، گیت کنترل ولو، دیافراگم کنترل ولو قطعات متحرک بدنه به صورت خطی حرکت می‌کنند. برخی از طرح‌های بدنه‌ی ولو ساقه کشویی در شکل زیر نشان داده شده است.
بیشتر کنترل ولوهای ساقه کشویی عملکردی مستقیم دارند (Direct acting)، به این معنا که با بیرون رفتن ساقه (Stem) از بدنه، دریچه‌ی ولو بیشتر باز می‌شود، و متقابلا هنگامی که ساقه به داخل بدنه فشار داده می‌شود، دریچه‌ی ولو بسته می‌شود. بدنه‌ی یک ولو با عملکرد معکوس (Reverse acting) برعکس حالت قبل عمل خواهد کرد، به طوری که با فشار دادن ساقه به داخل بدنه، ولو باز شده، و با بیرون کشیدن ساقه از بدنه، ولو بسته می‌شود.
گلاب کنترل ولو Globe Control Valve
گلاب کنترل ولو Globe Control Valve با تغییر فاصله‌ی بین یک پلاک متحرک و یک نشیمنگاه (Seat) ثابت، فلوی سیال را محدود می‌کنند (البته در برخی موارد از یک جفت پلاگ و یک جفت نشیمنگاه بهره گیری می‌شود). فلوی سیال از میان سوراخ مرکزی نشیمنگاه عبور کرده و میزان محدودیت عبور آن با میزان فاصله‌ی پلاگ از سوراخ نشیمنگاه تعیین می‌شود. گلاب کنترل ولو Globe Control Valve یکی از محبوب ترین طرح‌های ولو ساقه کشویی استفاده شده در سرویس Throttling می‌باشد.
مجموعه‌ی سه عکس نمایش داده شده ، یک بدنه‌ی گلاب کنترل ولو Globe Control Valve برش خورده ی مدل 21000 شرکت Masoneilan را نمایش میدهد. در این سه تصویر می‌توانید ببینید که پلاگ متحرک و نشیمنگاه ثابت درون یک گلاب کنترل ولو Globe Control Valve با عملکرد مستقیم، به منظور کنترل فلوی سیال عبوری چگونه با یکدیگر کار می‌کنند. تصویر سمت چپ نشان میدهد که بدنه‌ی ولو در موقعیت کاملا بسته قرار دارد، در حالی که تصویر وسط ولو را در حالت نیمه باز نشان میدهد، و تصویر سمت راست حالت کاملا باز ولو را نمایش میدهد.
گلاب کنترل ولو Globe Control Valve توسط ساقه هدایت شده و همیشه با خط مرکزی نشیمنگاه هم تراز است. به همین دلیل است که این سبک خاص از ولو کروی را اصطلاحا گلاب کنترل ولو Globe Control Valve ساقه راهنما (Stem guided) می‌نامند.
با یک تغییر کوچک در طراحی گلاب کنترل ولو Globe Control Valve ساقه راهنما یک ولو سوزنی (Needle valve) حاصل می‌شود. قطر پلاگ ولوهای سوزنی بسیار کوچک است، به طوری که معمولا با سوراخ نشیمنگاه هم اندازه بوده و به خوبی در داخل آن قرار می‌گیرد. این در حالی است که پلاگ ولوهای کروی صرفا بر روی نشیمنگاه می‌نشینند. استفاده از ولوهای سوزنی دستی در کاربردهای کنترل نرخ‌های فلوی کم روغن یا هوا بسیار رایج است. سه تصویر نمایش داده شده در شکل یک ولو سوزنی را در وضعیت کاملا پسته، نیمه باز، و کاملا باز نمایش میدهند (از چپ به راست).
یکی دیگر از تغییرات روی طراحی گلاب کنترل ولو Globe Control Valve، ولو پورت راهنما (Port guided valve) می‌باشد. پلاگ این ولوها شکل غیر معمولی داشته و در داخل نشیمنگاه به بالا و پایین حرکت می‌کند. از اینرو می‌توان گفت که حلقهی نشیمنگاه (Seat Ring) برای پلاگ به عنوان یک راهنما عمل می‌کند، به طوری که هم مرکزی پلاگ و نشیمنگاه را همیشه تراز کرده و تنش هدایت بر روی ساقه را به حداقل می‌رساند. این بدان معنی است که می‌توان قطر ساقه‌ی این ولوها را کوچکتر از ولوهای ساقه راهنما ساخته، اصطکاک لغزشی به حداقل رسیده و رفتار کنترلی بهبود یافته است.
برخی از انواع گلاب کنترل ولو Globe Control Valve برای کنترل میزان فلوی سیال از یک جفت پلاگ (بر روی یک ساقه) و یک جفت نشیمنگاه منطبق با آنها استفاده می‌کنند. این ولوها را اصطلاحا ولوهای کروی دو پورتی (Double - ported globe valves) می‌نامند. هدف استفاده از یک گلاب کنترل ولو Globe Control Valve دو پورتی این است که با اعمال فشار سیال پروسه به دو طرف پلاگها، نیروی اعمال شده به ساقه به حداقل برسد.
در یک ولو کروی تک پورتی (Single - ported) تنها یک نیروی تولید شده توسط فشار فرآیند وجود خواهد داشت. در یک ولو کروی دو پورتی، دو نیرو در جهت‌های مخالف وجود دارد که یکی در پلاگ بالایی و دیگری در پلاگ پایینی تولید شده است. اگر سطوح هر دو پلاگ تقریبا با هم برابر باشند، نیروهای اعمال شده بر روی آنها نیز تقریبا با هم مساوی بوده و در نتیجه یکدیگر را خنثی می‌کنند. این امر راه اندازی و تحریک کنترل ولو را ساده تر خواهد کرد (یعنی موقعیت ساقه کمتر تحت تأثیر فشارهای سیال فرآیند قرار خواهد گرفت).
شکل زیر یک ولو کروی دو پورتی A - body دمونتاژ شده‌ی شرکت Fisher را نشان میدهد. پلاگ دوبل این ولو به طور واضح در سمت راست تصویر قابل مشاهده است.
این گلاب کنترل ولو Globe Control Valve دو پورتی خاص از نوع ساقه راهنما می‌باشد، به طوری که بوش‌های راهنما (Guide bushing) یکی در بالا و دیگری در پایین ساقه قرار گرفته اند (در قسمت پایین بدنه‌ی ولو)، کنترل ولو دو پورتی نوع پورت راهنما نیز وجود دارد، به نحوی که مجموعه‌ی دو پلاگ پورت راهنما و دو نشیمنگاه عمل تنظیم فلوی سیال را انجام میدهند.
از مزایای گلاب کنترل ولو Globe Control Valve دو پورتی این است که در مقایسه با نوع تک پورتی بسیار ساده تر تحریک و راه اندازی می‌شوند. این ولوها همواره دارای یک نقطه ضعف مشخص هستند، و آن این است که بستن کامل اینگونه ولوها تقریبا غیر ممکن است. برای دستیابی به آب بندی کامل سیال لازم است که هر دو پلاگ به طور همزمان بر روی دو نشیمنگاه قرار گیرند، که این امر بسیار مشکل است. حتی اگر یک ولو دو پورتی در کارگاه برای بهترین عملکرد بستن مهیا شده باشد، بعد از نصب آن بر روی پروسه بدلیل تغییرات ابعادی ساقه و بدنه‌ی ولو که ناشی از گرمایش یا سرمایش سیال فرآیند می‌باشد، بستن کامل ممکن نخواهد بود. این مسئله خصوصا زمانی مشکل ساز است که ساقه از مواد متفاوتی نسبت به بدنه ساخته شده باشد. معمولا ساقه‌ی گلاب کنترل ولو Globe Control Valve از میله هایی با جنس فولاد ضد زنگ Stainless steel ساخته شده اند، در حالی که بدنه‌ی گلاب کنترل ولو Globe Control Valve به طور معمول از فولاد ریخته گری (Cast steel) ساخته می‌شود. فولاد ضد زنگ سرد نسبت به فولاد ریخته گری گرم ضریب انبساط حرارتی متفاوتی دارد. این بدان معنی است که وقتی ولو در معرض دمایی گرم تر یا سردتر از دمایی که در آن کاملا بسته می‌شده قرار گیرد، پلاگ‌های ولو دیگر به طور همزمان بر روی نشیمنگاه خود قرار نمی‌گیرند.
برای دستیابی به یک آب بندی مناسب در حین بسته شدن ولو، از یک تکنیک آماده سازی استاندارد که اصطلاحا Lapping (صیقل کاری) نامیده می‌شود، استفاده می‌گردد. برای صیقل دادن اسمبلی پلاگ و نشیمنگاه ولو، پس از دمونتاژ کردن ولو یک خمیر ساینده که کمپوند صیقل (Lapping compound) نامیده می‌شود را بر روی نواحی تماس متقابل پلاگ و نشیمنگاه ولو می‌مالند. مکانیزم ولو را دوباره اسمبل کرده و سپس ساقه را با یک حرکت تناوبی می‌چرخانند، به طوری که پلاگ در داخل نشیمنگاه ساییده شده و در نهایت با هم جور می‌شوند. برای چک کردن انطباق بین پلاگ و نشیمنگاه در ابتدا ولو را دمونتاژ کرده، تمام کمیوندهای صیقل باقیمانده بر روی پلاگ و نشیمنگاه را پاک کرده، یک کمپوند رنگ آمیزی فلز همچون آبی پر رنگ را بر روی پلاک مالیده، و ولو را دوباره مونتاژ می‌کنند. در ادامه دوباره ساقه را می‌چرخانند تا پلاگ بر روی نشیمنگاه ساییده شده و توسط رنگ اعمال شده پوشیده شود. پس از دمونتاژ کردن مجدد، با بازبینی رنگ ساییده شده می‌توان گسترش تماس فلز به فلز بین پلاگ و نشیمنگاه را آشکار کرد. اگر سطح تماس ناکافی تلقی شود، فرآیند صیقل کاری باید دوباره تکرار گردد.
در یک ورژن مدرن تر از طراحی ولو کروی از یک پلاگ به شکل پیستون استفاده شده که در داخل یک قفس (Cage) قرار گرفته و پورت ها نیز به صورت ریخته گری یا ماشین کاری بر روی قفس قرار گرفته اند. این ولوهای کروی قفس راهنما (Cage guided) با بیشتر یا کمتر آشکار کردن سطح پورت روی قفس احاطه کننده فلو را تنظیم می‌کنند. در واقع، با بالا و پایین حرکت کردن پلاگ، پورت روی قفس بازتر و یا محدودتر می‌شود. در اینجا قفس وظیفه‌ی هدایت پلاگ را نیز به عهده داشته و بنابراین دیگر نیازی نیست که ساقه مانند ولوهای ساقه راهنما در معرض نیروهای عرضی قرار گیرد. تصویر نشان داده شده در شکل زیر یک کنترل ولو برش خورده را نمایش میدهد که قفس آن به خوبی دیده می‌شود. در این تصویر قفس و پلاگ در موقعیت کاملا بسته قرار گرفته اند. همانطور که می‌بیند پورت‌های T شکلی بر روی قفس وجود دارد که فلوی سیال از میان آنها عبور می‌کند. با به بالا و پایین حرکت کردن پلاگ، مسیر این پورت‌های T شکل بسته تر و یا بازتر می‌شود.
یکی از مزیت‌های طرح قفس راهنما این است که تنها با تعویض قفس ولو با قفس دیگری که اندازه یا شکل سوراخ متفاوتی دارد می‌توان مشخصات فلوی ولو را به سادگی تغییر داد. برای یک پلاگ خاص و معین طرح‌های متنوعی از قفس وجود دارد، که این بدان معنی است که در صورت تغییر قفس نیازی به جایگزینی پلاگ نمی‌باشد. این امر قطعا راحت تر از لزوم تعویض پلاک برای تغییر مشخصه‌ی گلاب کنترل ولو Globe Control Valve پورت راهنما یا ساقه راهنما می‌باشد.
گلاب کنترل ولو Globe Control Valve قفس راهنما در دو نوع پلاگ متعادل (Balanced) و پلاگ نامتعادل (Unbalanced) در دسترس هستند. پلاگ متعادل دارای یک یا چند سوراخ از بالا به پایین می‌باشد. این سوراخ اجازه میدهد که فشار سیال دو طرف پلاگ برابر شود. این امر به حداقل رساندن نیروی وارده بر پلاگ که باید توسط اکچویتور (Actuator) بر آن غلبه شود، کمک می‌کند.
پلاگ‌های نامتعادل یک نیروی مساوی با حاصل ضرب فشار تفاضلی دو طرف پلاگ و سطح پلاگ (F=PA) را تولید می‌کنند، به طوری که در برخی از کاربردها این مطلب می‌تواند بسیار مهم باشد. پلاگ‌های متعادل این نیرو را ایجاد نخواهند کرد چرا که آنها فشار دو طرف پلاگ را برابر می‌کنند. با این حال آنها یک نقطه ضعف دارند و آن این است که وقتی ولو در موقعیت کاملا بسته قرار دارد همیشه یک مسیر نشتی مضاعف وجود دارد.
به این ترتیب، گلاب کنترل ولو Globe Control Valve قفس راهنمای نامتعادل و متعادل خصوصیاتی مشابه با ولوهای کروی دو پورتی و تک پورتی ساقه یا پورت راهنما دارند. درست مثل ولوهای کروی ساقه راهنمای دو پورتی و گلاب کنترل ولو Globe Control Valve پورت راهنما، تعیین موقعیت ولوهای قفس راهنمای متعادل بسیار ساده است. با این حال، هنگامی که ولوهای قفس راهنمای متعادل در موقعیت کاملا بسته قرار دارند، بعلت مسیرهای نشتی زیادتر تمایل به نشت بیشتری دارند، که این امر بسیار شبیه به گلاب کنترل ولو Globe Control Valve ساقه راهنمای دو پورتی و پورت راهنما می‌باشد.
بدنه‌ی سه راهی (Three way body) یکی دیگر از سبک‌های بدنه‌ی گلاب کنترل ولو Globe Control Valve می‌باشد که گاهی اوقات ولو مخلوط کننده و گاهی اوقات ولو منحرف کننده نامیده می‌شود. این طرح ولو دارای سه پورت است، به طوری که یک پلاگ درجه‌ی اتصال دو پورت با پورت سوم را کنترل می‌کند.
دو تصویر نمایش داده شده یک ولو سه راهی را در دو موقعیت نهایی ساقه نشان میدهد. اگر ساقه در وضعیتی بین این دو موقعیت نهایی قرار گیرد، هر سه پورت با درجاتی متفاوت به یکدیگر متصل خواهند شد.
ولوهای سه راهی در سرویس هایی که جریان فلو باید بین دو جهت متفاوت منحرف (تقسیم) شود، یا جایی که در جریان فلو باید در داخل ولو همگرا (مخلوط) شده و به شکل یک جریان فلوى واحد در بیاید، مفید می‌باشند.
گیت کنترل ولو Gate Control Valve
گیت کنترل ولو Gate Control Valve با قرار دادن یک سد (دروازه) در مسیر فلو و محدود کردن آن کار می‌کنند، که می‌توان گفت این روش بسیار شبیه به عملکرد درهای کشویی است. گیت کنترل ولو Gate Control Valve در اغلب موارد برای کنترل on / off استفاده می‌شوند. مجموعه تصویرهای نمایش داده شده در شکل زیر یک ولو دروازه ای دستی را در سه موقعیت متفاوت نمایش میدهند، به طوری که تصویر سمت چپ ولو را در حالت کاملا بسته، تصویر وسط ولو را در حالت نیمه باز، و تصویر سمت راست ولو را در حالت کاملا باز نشان میدهد. دقت داشته باشید که این ولو برای استفاده در کاربردهای آموزشی برش خورده و رنگ آمیزی شده است.
دیافراگم کنترل ولو Diaphragm Control Valve
دیافراگم کنترل ولو Diaphragm Control Valve به منظور محدود کردن مسیر فلوی سیال، یک صفحه‌ی قابل انعطاف را به لبه‌ی یک سد ثابت نزدیک می‌کنند عملکرد آنها شبیه به فشار دادن یک شیلنگ قابل انعطاف به منظور کنترل فلوی آب گذرنده از شیلنگ می‌باشد. این ولوها برای سیالاتی که حاوی ذرات معلق جامد هستند (همچون دوغاب ها) بسیار مناسب می‌باشند، هر چند به دلیل حالت ارتجاعی دیافراگم دستیابی به یک Throttling دقیق می‌تواند مشکل باشد.
بسیاری از دیافراگم کنترل ولو Diaphragm Control Valve توسط هوا تحریک می‌شوند، به طوری که با استفاده از نیروی هوای فشرده و اعمال آن به یک طرف دیافراگم، طرف دیگر دیافراگم به طرف سد فشرده شده و مسیر فلورا می‌بندد. شکل زیر یک ولو دیافراگمی کوچک را نشان میدهد که توسط هوا تحریک شده و فلوی آب عبوری از یک لوله‌ی یک اینچی را کنترل می‌کند.
هوای اکچویتور این ولو دیافراگمی خاص از طریق یک سولونئید ولو (Solenoid valve) که به صورت الکتریکی تحریک می‌شود، تأمین می‌گردد.
