नियंत्रण वॉल्व
नियंत्रण वाल्व वाल्व होता है जिसका उपयोग नियंत्रक के सिग्नल द्वारा निर्देशित प्रवाह मार्ग के आकार को भिन्न-भिन्न करके द्रव प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।[1] इस प्रकार से यह द्रव गतिशीलता दर के प्रत्यक्ष नियंत्रण और दबाव, तापमान और तरल स्तर जैसी प्रक्रिया मात्राओं के परिणामी नियंत्रण को सक्षम बनाता है।
इस प्रकार से स्वचालित नियंत्रण शब्दावली में, नियंत्रण वाल्व को "अंतिम नियंत्रण तत्व" कहा जाता है।
संचालन
स्वचालित नियंत्रण वाल्वों को खोलना या बंद करना सामान्यतः विद्युत, हाइड्रोलिक या वायवीय एक्चुएटर्स द्वारा किया जाता है। और सामान्यतः मॉड्यूलेटिंग वाल्व के साथ, जिसे पूर्ण रूप से खुले और पूर्ण रूप से बंद के मध्य किसी भी स्थिति में सेट किया जा सकता है, जिससे वाल्व पोजिशनर्स का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि वाल्व खोलने की वांछित डिग्री प्राप्त करता है।[2]
इस प्रकार से वायु-सक्रिय वाल्वों का उपयोग सामान्यतः उनकी सरलता के कारण किया जाता है, क्योंकि उन्हें केवल संपीड़ित वायु आपूर्ति की आवश्यकता होती है, जबकि विद्युत संचालित वाल्वों को अतिरिक्त केबलिंग और स्विच गियर की आवश्यकता होती है, और हाइड्रॉलिक रूप से सक्रिय वाल्वों को हाइड्रोलिक तरल पदार्थ के लिए उच्च दबाव आपूर्ति और रिटर्न लाइनों की आवश्यकता होती है।
जिससे वायवीय नियंत्रण सिग्नल परंपरागत रूप से 3-15 पीएसआई (0.2-1.0 बार) की दबाव सीमा पर आधारित होते हैं, या अब सामान्यतः, उद्योग के लिए 4-20 एमए का विद्युत सिग्नल, या एचवीएसी प्रणाली के लिए 0-10 वी पर आधारित होते हैं। और विद्युत नियंत्रण में अब प्रायः 4-20 एमए नियंत्रण धारा पर लगाया गया स्मार्ट संचार सिग्नल सम्मिलित होता है, जिससे वाल्व स्थिति के स्वास्थ्य और सत्यापन को नियंत्रक को वापस संकेत दिया जा सकता है। और हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल, फील्डबस फाउंडेशन और प्रोफिबस अधिक समान प्रोटोकॉल हैं।
इसलिए एक स्वचालित नियंत्रण वाल्व में तीन मुख्य भाग होते हैं जिनमें प्रत्येक भाग अनेक प्रकार और डिज़ाइन में उपस्तिथ होता है:
- वाल्व एक्चुएटर - जो वाल्व के मॉड्यूलेटिंग तत्व, जैसे बॉल या बटरफ्लाई को स्थानांतरित करता है।
- वाल्व पोजिशनर - जो सुनिश्चित करता है कि वाल्व खुलने की वांछित डिग्री तक पहुंच गया है। इससे घर्षण और घिसाव की समस्या दूर हो जाती है।
- वाल्व बॉडी - जिसमें मॉड्यूलेटिंग तत्व, प्लग, ग्लोब, बॉल या बटरफ्लाई सम्मिलित होता है।
क्रिया पर नियंत्रण
इस प्रकार से वायु से चलने वाले वाल्व का उदाहरण लेते हुए, दो नियंत्रण क्रियाएं संभव हैं:
- ''वायु या धारा को खोलना'' - नियंत्रण सिग्नल मूल्य में वृद्धि के साथ प्रवाह प्रतिबंध कम हो जाता है।
- ''वायु या धारा को बंद करना''- नियंत्रण सिग्नल मूल्य में वृद्धि के साथ प्रवाह प्रतिबंध बढ़ता है।
सुरक्षा कम होना मोड भी हो सकते हैं:
- ''वायु या नियंत्रण सिग्नल बंद होने में विफलता'' - एक्चुएटर में संपीड़ित वायु की विफलता पर, वाल्व स्प्रिंग दबाव के अनुसार या बैकअप पावर द्वारा बंद हो जाता है।
- ''वायु या नियंत्रण सिग्नल के खुलने में विफलता''- एक्चुएटर में संपीड़ित वायु की विफलता पर, वाल्व स्प्रिंग दबाव में या बैकअप पावर द्वारा खुलता है।
विफलता संचालन के विधि संयंत्र की विफलता-सुरक्षित प्रक्रिया नियंत्रण विनिर्देश की आवश्यकताएं हैं। इस प्रकार से जल ठंडा करने की स्तिथि में यह खुलने में विफल हो सकता है, और रसायन पहुंचाने के स्तिथि में यह बंद होने में विफल हो सकता है।
वाल्व पोजीशनर
पोजिशनर का मूल कार्य वाल्व एक्चुएटर तक दबावयुक्त वायु पहुंचाना है, जिससे वाल्व स्टेम या शाफ्ट की स्थिति नियंत्रण प्रणाली से निर्धारित बिंदु से मेल खाता है। और पोजिशनर्स का उपयोग सामान्यतः तब किया जाता है जब वाल्व को थ्रॉटलिंग क्रिया की आवश्यकता होती है। जिससे पोजिशनर को वाल्व स्टेम या शाफ्ट से स्थिति फीडबैक की आवश्यकता होती है और वाल्व को खोलने और बंद करने के लिए एक्चुएटर को वायवीय दबाव प्रदान करता है। और पोजिशनर को नियंत्रण वाल्व असेंबली पर या उसके पास लगाया जाना चाहिए। इस प्रकार से नियंत्रण सिग्नल के प्रकार, नैदानिक क्षमता और संचार प्रोटोकॉल के आधार पर पोजिशनर्स की तीन मुख्य श्रेणियां हैं: वायवीय, एनालॉग और डिजिटल है।[3]
वायवीय पोजीशनर
प्रसंस्करण इकाइयाँ नियंत्रण वाल्वों के लिए नियंत्रण सेट बिंदु के रूप में वायवीय दबाव सिग्नलिंग का उपयोग कर सकती हैं। और वाल्व को 0 से 100% स्थिति तक ले जाने के लिए दबाव को सामान्यतः 20.7 और 103 kPa (3 से 15 psig) के मध्य नियंत्रित किया जाता है। सामान्य वायवीय पोजिशनर में, वाल्व स्टेम या शाफ्ट की स्थिति की तुलना भस्त्रिका की स्थिति से की जाती है जो वायवीय नियंत्रण संकेत प्राप्त करती है। जब इनपुट सिग्नल बढ़ता है, तो भस्त्रिका फैलती है और किरण को स्थानांतरित करती है। जिससे बीम इनपुट अक्ष के चारों ओर घूमती है, जो की फ़्लैपर को नोजल के समीप ले जाती है। चूंकि नोजल का दबाव बढ़ जाता है, जिससे वायवीय एम्पलीफायर रिले के माध्यम से एक्चुएटर पर आउटपुट दबाव बढ़ जाता है। और एक्चुएटर पर बढ़ा हुआ आउटपुट दबाव वाल्व स्टेम को परिवर्तन का कारण बनता है।
इस प्रकार से तने की गति को कैम के माध्यम से बीम में वापस भेज दिया जाता है। जैसे ही कैम घूमता है, बीम फ़्लैपर को नोजल से थोड़ा दूर ले जाने के लिए फीडबैक अक्ष के चारों ओर घूमता है। जिससे नोजल का दबाव कम हो जाता है और एक्चुएटर पर आउटपुट दबाव कम हो जाता है। संतुलन तक पहुंचने तक फ्लैपर को नोजल से दूर रखते हुए तने की गति जारी रहती है। जब इनपुट सिग्नल कम हो जाता है, तो भस्त्रिका संकुचित जाती है (आंतरिक रेंज स्प्रिंग की सहायता से) और बीम फ्लैपर को नोजल से दूर ले जाने के लिए इनपुट अक्ष के चारों ओर घूमता है। जिससे नोजल कम हो जाता है और रिले वायुमंडल में डायाफ्राम आवरण दबाव जारी करने की अनुमति देता है, जो एक्चुएटर स्टेम को ऊपर की ओर बढ़ने की अनुमति देता है।
अतः कैम के माध्यम से, फ़्लैपर को नोजल के समीप लाने के लिए स्टेम मूवमेंट को बीम पर वापस भेजा जाता है। जब संतुलन की स्थिति प्राप्त हो जाती है, तब स्टेम की गति रुक जाती है और एक्चुएटर दबाव में किसी भी और कमी को रोकने के लिए फ्लैपर को नियुक्त कर दिया जाता है।[3]
एनालॉग पोजिशनर्स
इस प्रकार से द्वतीय प्रकार का पोजिशनर एनालॉग आई/पी पोजिशनर है। और अधिकांश आधुनिक प्रसंस्करण इकाइयाँ नियंत्रण वाल्वों को मॉड्यूलेट करने के लिए 4 से 20 एमए डीसी सिग्नल का उपयोग करती हैं। यह इलेक्ट्रॉनिक्स को पोजिशनर डिज़ाइन में प्रस्तुत करता है और इसके लिए आवश्यक है कि पोजिशनर इलेक्ट्रॉनिक धारा सिग्नल को वायवीय दबाव सिग्नल (धारा-टू-न्यूमेटिक या आई/पी) में परिवर्तित करता है। जिससे विशिष्ट एनालॉग आई/पी पोजिशनर में, कनवर्टर डीसी इनपुट सिग्नल प्राप्त करता है और नोजल/फ्लैपर व्यवस्था के माध्यम से आनुपातिक वायवीय आउटपुट सिग्नल प्रदान करता है। वायवीय आउटपुट सिग्नल वायवीय पोजिशनर को इनपुट सिग्नल प्रदान करता है। अन्यथा, डिज़ाइन वायवीय पोजिशनर के समान है।[3]
डिजिटल पोजिशनर्स
जबकि वायवीय पोजिशनर और एनालॉग आई/पी पोजिशनर मूलभूत वाल्व स्थिति नियंत्रण प्रदान करते हैं, डिजिटल वाल्व नियंत्रक पोजिशनर क्षमताओं में और आयाम जोड़ते हैं। इस प्रकार का पोजिशनर माइक्रोप्रोसेसर-आधारित उपकरण है। माइक्रोप्रोसेसर सेटअप और समस्या निवारण को सरल बनाने के लिए डायग्नोस्टिक्स और दो-पक्षीय संचार को सक्षम बनाता है।
एक विशिष्ट डिजिटल वाल्व नियंत्रक में, नियंत्रण सिग्नल को माइक्रोप्रोसेसर द्वारा पढ़ा जाता है, डिजिटल एल्गोरिदम द्वारा संसाधित किया जाता है, और आई/पी कनवर्टर में ड्राइव धारा सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है। माइक्रोप्रोसेसर मैकेनिकल बीम, कैम और फ्लैपर असेंबली के अतिरिक्त स्थिति नियंत्रण एल्गोरिदम निष्पादित करता है। जैसे-जैसे नियंत्रण सिग्नल बढ़ता है, आई/पी कनवर्टर के लिए ड्राइव सिग्नल बढ़ता है, जिससे आई/पी कनवर्टर से आउटपुट दबाव बढ़ता है। यह दबाव वायवीय एम्पलीफायर रिले में भेजा जाता है और एक्चुएटर को दो आउटपुट दबाव प्रदान करता है। इस प्रकार से बढ़ते नियंत्रण संकेत के साथ, आउटपुट दबाव सदैव बढ़ता है और दूसरा आउटपुट दबाव घटता है
इस प्रकार से डबल-एक्टिंग एक्चुएटर्स दोनों आउटपुट का उपयोग करते हैं, जबकि सिंगल-एक्टिंग एक्चुएटर्स केवल आउटपुट का उपयोग करते हैं। जिससे परिवर्तित आउटपुट दबाव के कारण एक्चुएटर स्टेम या शाफ्ट परिवर्तित हो जाता है। वाल्व की स्थिति माइक्रोप्रोसेसर को वापस फीड की जाती है। और सही स्थिति प्राप्त होने तक तना कम्पन करता रहता है। इस बिंदु पर, माइक्रोप्रोसेसर संतुलन प्राप्त होने तक ड्राइव सिग्नल को आई/पी कनवर्टर तक स्थिर कर देता है।
किन्तु वाल्व की स्थिति को नियंत्रित करने के कार्य के अतिरिक्त, डिजिटल वाल्व नियंत्रक में दो अतिरिक्त क्षमताएं होती हैं: निदान और दो-पक्षीय डिजिटल संचार है।[3]
व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संचार प्रोटोकॉल में हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल, फील्डबस और प्रोफिबस सम्मिलित हैं।
अतः नियंत्रण वाल्व पर स्मार्ट पोजिशनर लगाने के लाभ:
- पोजिशनर का स्वचालित अंशांकन और विन्यास।
- वास्तविक समय निदान।
- इंस्टॉलेशन और कैलिब्रेशन सहित लूप कमीशनिंग की कम निवेश।
- लूप प्रदर्शन स्तर को बनाए रखने के लिए डायग्नोस्टिक्स का उपयोग।
- उत्तम प्रक्रिया नियंत्रण स्पष्टतः जो की प्रक्रिया परिवर्तनशीलता को कम करती है।
नियंत्रण वाल्व के प्रकार
इस प्रकार से नियंत्रण वाल्वों को विशेषताओं और विशेषताओं के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है।
दबाव ड्रॉप प्रोफ़ाइल के आधार पर
- हाई रिकवरी वाल्व: ये वाल्व सामान्यतः इनलेट से आउटलेट पर वेना कॉन्ट्रैक्टा तक अधिकांश स्थैतिक दबाव ड्रॉप को पुनः प्राप्त करते हैं। उन्हें कम पुनर्प्राप्ति गुणांक की विशेषता है। उदाहरण: बटरफ्लाई वाल्व, बॉल वाल्व, प्लग वाल्व, गेट वाल्व
- लो रिकवरी वाल्व: ये वाल्व सामान्यतः इनलेट से आउटलेट पर वेना कॉन्ट्रैक्टा तक स्थैतिक दबाव में बहुत कम गिरावट लाते हैं। उन्हें उच्च पुनर्प्राप्ति गुणांक की विशेषता है। उदाहरण: ग्लोब वाल्व, एंगल वाल्व
नियंत्रित तत्व की गति प्रोफ़ाइल के आधार पर
- स्लाइडिंग स्टेम: वाल्व स्टेम/प्लग रैखिक, या सीधी रेखा गति में चलता है। उदाहरण: ग्लोब वाल्व,[4] एंगल वाल्व, वेज प्रकार गेट वाल्व
- रोटरी वाल्व: वाल्व डिस्क घूमती है। उदाहरण: बटरफ्लाई वाल्व, बॉल वाल्व
कार्यक्षमता के आधार पर
- नियंत्रण वाल्व: केंद्रीय नियंत्रण प्रणाली से प्राप्त इनपुट सिग्नल के आनुपातिक प्रवाह मापदंडों को नियंत्रित करता है। उदाहरण: ग्लोब वाल्व, एंगल वाल्व, बॉल वाल्व
- शट-ऑफ/ऑन-ऑफ वाल्व: ये वाल्व या तो पूर्ण रूप से खुले या बंद होते हैं। उदाहरण: गेट वाल्व, बॉल वाल्व, ग्लोब वाल्व, एंगल वाल्व, पिंच वाल्व, डायाफ्राम वाल्व
- चेक वाल्व: केवल ही दिशा में प्रवाह की अनुमति देता है।
- स्टीम कंडीशनिंग वाल्व: आउटलेट पर आवश्यक मापदंडों के अनुसार इनलेट मीडिया के दबाव और तापमान को नियंत्रित करता है। उदाहरण: टर्बाइन बाईपास वाल्व, प्रोसेस स्टीम लेटडाउन स्टेशन
- स्प्रिंग-लोडेड सुरक्षा वाल्व: स्प्रिंग के बल से बंद किया जाता है, जो की इनलेट दबाव स्प्रिंग बल के समान होने पर खुलने के लिए पीछे हट जाता है।
सक्रिय माध्यम के आधार पर
- मैनुअल वाल्व: हैंड व्हील द्वारा संचालित
- वायवीय वाल्व: स्प्रिंग डायाफ्राम, पिस्टन सिलेंडर या पिस्टन-स्प्रिंग प्रकार के एक्चुएटर के साथ वायु, हाइड्रोकार्बन, या नाइट्रोजन जैसे संपीड़ित माध्यम का उपयोग करके सक्रिय किया जाता है।
- हाइड्रोलिक वाल्व: जल या तेल जैसे गैर-संपीड़ित माध्यम द्वारा संचालित
- इलेक्ट्रिक वाल्व: इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित
इस प्रकार से वाल्व प्रकार और नियंत्रण संचालन की विस्तृत विविधता उपस्तिथ है। चूंकि, क्रिया के दो मुख्य रूप हैं, स्लाइडिंग स्टेम और रोटरी है ।
अतः नियंत्रण वाल्व के अधिक समान और बहुमुखी प्रकार स्लाइडिंग-स्टेम ग्लोब, वी-नॉच बॉल, बटरफ्लाई और कोण प्रकार हैं। उनकी लोकप्रियता सशक्त निर्माण और उपलब्ध अनेक विकल्पों के कारण है जो की उन्हें विभिन्न प्रक्रिया अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है।[5] और नियंत्रण वाल्व निकायों को निम्नानुसार वर्गीकृत किया जा सकता है:[3]
सामान्य प्रकार के नियंत्रण वाल्व की सूची
- स्लाइड स्टेम
- रोटरी
- बटरफ्लाई वाल्व – Flow control device
- बॉल वाल्व – Flow control device
- अन्य
यह भी देखें
- चेक वाल्व
- नियंत्रण इंजीनियरिंग – Engineering discipline that deals with control systems
- नियंत्रण प्रणाली – System that manages the behavior of other systems
- वितरित नियंत्रण प्रणाली – Computerized control systems with distributed decision-making
- फील्डबस फाउंडेशन
- प्रवाह नियंत्रण वाल्व
- हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल, also known as हार्ट प्रोटोकॉल
- उपकरण – Measuring instruments which monitor and control a process
- पीआईडी नियंत्रक – Control loop feedback mechanism
- प्रक्रिया नियंत्रण – Discipline that uses industrial control to achieve a production level of consistency
- प्रोफिबस – Communications protocol
- स्काडा, also known as पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण प्रणाली – Control system architecture for supervision of machines and processes
संदर्भ
- ↑ Instrument Society of America Standard S561.1, 1976. as reproduced in the "Fisher control valve handbook" fourth edition 1977.
- ↑ "What is Control Valve & How Does it Works | Aira Valve" (in English). 2020-10-07. Retrieved 2022-12-17.
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Emerson Automation Solutions (2017). "नियंत्रण वाल्व पुस्तिका" (PDF) (5th ed.). Fischer Controls International LLC. Retrieved 2019-05-04.
- ↑ "What is Globe Valve? Working Principle & Function | Linquip". www.linquip.com. Retrieved 2021-11-25.
- ↑ Hagen, S. (2003) "Control valve technology" Plant Services
बाहरी संबंध
- Process Instrumentation (Lecture 8): Control valves Article from a University of South Australia website.
- Control Valve Sizing Calculator Control Valve Sizing Calculator to determine Cv for a valve.
