【คำถามประจำวัน】คำถามแบบตอบสั้น 20161108: จงอธิบายหลักการทำงานของวาล์วควบคุมแรงดันได้อย่างสังเขป

วาล์วควบคุมแรงดันทำงานโดยอาศัยชิ้นส่วนที่มีความไว เช่น แผ่นฟิล์ม สปริง และลูกสูบ เพื่อปรับช่องว่างระหว่างใบวาล์วกับที่นั่งของวาล์ว ทำให้แรงดันที่เข้ามาลดลงจนเหลือเป็นแรงดันที่ต้องการที่ช่องออก และด้วยพลังงานของสารที่ไหลผ่าน จึงทำให้แรงดันที่ช่องออกคงที่ได้โดยอัตโนมัติ

ไม่ทราบว่าคุณหมายถึงวาล์วควบคุมแรงดันแบบใช้แรงดันของตัวเอง หรือแบบที่มีการปรับแรงดันกันแน่ครับ

วาล์วควบคุมแรงดันเป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับวาล์วควบคุมแบบใช้ลม โดยมีหน้าที่หลักคือการลดแรงดันของลมให้อยู่ในระดับที่คงที่ เพื่อให้วาล์วสามารถได้รับแรงดันลมที่สม่ำเสมอสำหรับการควบคุมได้ ตามรูปแบบโครงสร้าง สามารถแบ่งออกเป็นแบบฟิล์มบาง แบบสปริง-ฟิล์มบาง แบบพิสโตน แบบคันโยก และแบบท่อคลื่น ； สามารถแบ่งตามจำนวนที่นั่งของวาล์วได้เป็นแบบที่มีที่นั่งเดียว และแบบที่มีที่นั่งสอง ； ตามตำแหน่งของแผ่นวาล์ว สามารถแบ่งออกเป็นแบบที่มีการทำงานในทิศทางเดียว และแบบที่มีการทำงานในทิศทางตรงกันข้าม

วาล์วลดแรงดันคือวาล์วที่ใช้การควบคุมมุมเปิด-ปิดของชิ้นส่วนที่ใช้ในการควบคุมภายในวาล์ว เพื่อปรับปริมาณการไหลของสาร และลดแรงดันของสารนั้น ในขณะเดียวกันก็ใช้แรงดันหลังวาล์วเพื่อควบคุมมุมเปิด-ปิดของชิ้นส่วนดังกล่าว ทำให้แรงดันหลังวาล์วอยู่ในช่วงที่กำหนด นอกจากนี้ยังมีการฉีดน้ำเย็นเข้าไปภายในวาล์วหรือหลังวาล์ว เพื่อลดอุณหภูมิของสาร วาล์วประเภทนี้เรียกว่า “วาล์วลดแรงดันและอุณหภูมิ” มีการรวบรวมข้อมูลการเลือกใช้วาล์วควบคุมแรงดันแบบอัตโนมัติจาก QuickEasyPro ไว้ด้วย ลักษณะเด่นของวาล์วนี้คือ สามารถรักษาค่าความดันและอุณหภูมิที่จุดออกให้อยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ได้ แม้ว่าความดันที่จุดรับอากาศจะเปลี่ยนแปลงไปก็ตาม

วาล์วควบคุมแรงดันทำงานโดยอาศัยชิ้นส่วนที่มีความไว เช่น แผ่นฟิล์ม สปริง และลูกสูบ เพื่อปรับช่องว่างระหว่างใบวาล์วกับที่นั่งของวาล์ว ทำให้แรงดันที่เข้ามาลดลงจนเหลือเป็นแรงดันที่ต้องการที่ช่องออก และด้วยพลังงานของสารที่ไหลผ่าน จึงทำให้แรงดันที่ช่องออกคงที่ได้โดยอัตโนมัติ

การปรับความกว้างของชิ้นส่วนที่ใช้เปิด-ปิดภายในวาล์ว ก็คือการเปลี่ยนพื้นที่ในการไหล ซึ่งจะส่งผลให้อัตราการไหลเปลี่ยนแปลงไป และก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานจลน์ขึ้น

สามารถปรับพลังงานจลน์ของก๊าซได้โดยการเปลี่ยนพื้นที่ของช่องทางการไหลของก๊าซ ซึ่งรวมถึงแบบใช้ตัวควบคุมแบบพรีเดเตอร์ด้วย

แผนภาพแสดงหลักการทำงานของวาล์วควบคุมแรงดัน ดังที่แสดงในรูป: เมื่อค่า P1 เปลี่ยนแปลง ค่าแรงดันที่ออกมาจากวาล์วควบคุมแรงดันจะอยู่ที่ระดับ P2 ± ΔP2 จากนั้นค่านี้จะถูกส่งไปยังวาล์วควบคุมผ่านท่อส่งสัญญาณกลับ ทำให้ค่า Pt มีค่าเท่ากับ Pk ± ΔP2 ； ดังนั้นค่า L จึงเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้ค่า ±△Pe เปลี่ยนแปลงไปด้วย จากนั้นค่า Pk ก็จะเปลี่ยนแปลงตามไป ทำให้ค่า Pt และ Pk อยู่ในสภาวะสมดุลใหม่ และพื้นที่การไหลของวาล์วหลัก H ก็จะเปลี่ยนแปลงไปตามนั้นเช่นกัน ดังนั้น ค่าของ P1 จะเปลี่ยนแปลง ในขณะที่ปริมาณการไหลผ่าน H จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง P 2 จะยังคงเป็นค่าแรงดันต่ำตามที่กำหนดไว้เสมอ เมื่อปริมาณการไหลเปลี่ยนแปลง หลักการทำงานของวาล์วควบคุมแรงดันในการปรับตัวเองก็เหมือนกัน 　1. วาล์วควบคุมแรงดันแบบใช้ลมชนิด QPF-F50 หรือที่เรียกอีกอย่างว่าวาล์วลดแรงดันหลัก ใช้งานในวงจรลม เพื่อควบคุมค่าแรงดันของอากาศอัด โดยทำให้ค่าแรงดันอยู่ในระดับคงที่ใกล้เคียงกัน 　　2. วาล์วนี้เป็นวาล์วแบบควบคุมแรงดัน-ระบายอัตโนมัติ เมื่อความดันที่ออกมาต่ำกว่าความดันที่กำหนดไว้ จะทำหน้าที่เป็นวาล์วควบคุมความดัน เพื่อให้ความดันสูงขึ้นจนถึงค่าที่กำหนดไว้ เมื่อความดันที่ออกมาสูงกว่าความดันที่ตั้งไว้ วาล์วระบายความดันจะทำหน้าที่ลดความดันที่ออกมาให้อยู่ในระดับความดันที่กำหนดไว้ ทำให้แน่ใจได้ว่าความดันขณะส่งออกจะอยู่ในระดับความดันที่กำหนดไว้อย่างสม่ำเสมอ 　　3. เนื่องจากวาล์วตัวนี้มีคุณสมบัติทั้งของวาล์วควบคุมแรงดันและวาล์วระบายแรงดันไปพร้อมกัน ดังนั้นจึงสามารถใช้แทนทั้งวาล์วควบคุมแรงดันและวาล์วระบายแรงดันได้ในเวลาเดียวกัน ซึ่งช่วยให้ระบบมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและกระชับกว่าการติดตั้งวาล์วควบคุมแรงดันและวาล์วระบายแรงดันแยกกันในระบบท่ออากาศ ในขณะเดียวกัน ยังช่วยขจัดความแตกต่างของความดันที่ตั้งไว้ระหว่างวาล์วควบคุมความดันกับวาล์วระบายความดันอีกด้วย ทำให้สามารถควบคุมความดันอากาศในระบบได้อย่างแม่นยำ และรักษาความดันให้อยู่ในระดับที่กำหนดไว้ได้อย่างเสถียร 　　4. วาล์วนี้เป็นวาล์วควบคุมแรงดันแบบอัตโนมัติที่มีระบบส่งสัญญาณกลับเกี่ยวกับแรงดันไอน้ำ ซึ่งผลิตโดยผู้ผลิตอุปกรณ์สำหรับการแยกแร่ โดยเมื่อไม่มีสัญญาณนำเข้ามา วาล์วจะอยู่ในสถานะปิดตามปกติ เมื่ออากาศที่ถูกอัดจากระบบไอน้ำเข้าสู่ช่อง B วาล์วนี้ก็จะเริ่มทำงาน ระดับความดันที่ออกมานั้น จะถูกควบคุมโดยความดันของอากาศที่เข้าสู่ช่อง CP โดยการปรับความดันนี้ ก็จะสามารถกำหนดความดันที่ออกมาได้ อากาศที่ถูกอัดแล้วจะเข้าสู่ห้องควบคุม B ผ่านช่อง CP อากาศดังกล่าวจะผลักให้ลูกสูบพร้อมกับตัววาล์วที่อยู่บนลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นไปตามแนวแกน โดยจะเอาชนะแรงของสปริงหมายเลข 7 เพื่อให้สปริงนั้นถูกอัดเข้าไปด้วย เมื่อช่องระบายน้ำของตัววาล์ว 6 (ซึ่งก็คือพื้นผิวด้านบน) สัมผัสกับพื้นผิวด้านล่างของฝาปิดวาล์ว 3 อย่างสมบูรณ์ ช่องทางสำหรับการระบายน้ำก็จะถูกปิดลง ลูกสูบยังคงเคลื่อนตัวขึ้นไปเรื่อยๆ ทำให้ชิ้นส่วนของวาล์วดันฝาวาล์วให้เคลื่อนตัวขึ้นตามแนวแกน ส่งผลให้สปริงที่อยู่บนฝาวาล์วถูกบีบอัด ทำให้ช่องควบคุมแรงดันเปิดออก ทำให้ห้องอินพุตเชื่อมต่อกับห้องเอาต์พุต อากาศที่ถูกบีบอัดในห้องอินพุตจะไหลเข้าสู่ห้องเอาต์พุตผ่านช่องควบคุมแรงดัน แล้วถูกส่งออกมาทางช่อง OUT อากาศที่ถูกอัดในห้องออกจะไหลเข้าสู่ห้อง A และห้อง C ผ่านทางช่องทางอากาศ 2 ช่องที่อยู่บนตัววาล์ว ความดันของก๊าซในช่องทั้ง 3 มีค่าเท่ากัน 　　5. เมื่อความดันที่ออกมาต่ำกว่าค่าที่กำหนดไว้ แรงที่อยู่ด้านล่างของกระบอกสูบจะมากกว่าแรงที่อยู่ด้านบน ทำให้กระบอกสูบเคลื่อนตัวขึ้นข้างบน ซึ่งจะผลักให้ฝาวาล์วเคลื่อนตัวขึ้นด้วย ทำให้ช่องทางของวาล์วควบคุมความดันกว้างขึ้น ส่งผลให้อัตราการไหลของอากาศที่ถูกบีบอัดเข้ามาในห้องออกกำลังเพิ่มขึ้น และความดันในห้องออกกำลังก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย เมื่อความดันในห้องผลิตแรงดันถึงค่าที่กำหนดไว้ แรงที่กระทำต่อด้านบนและด้านล่างของลูกสูบจะอยู่ในสภาวะสมดุล ทำให้ลูกสูบหยุดการเคลื่อนที่ขึ้นข้างบน และช่องเปิดของวาล์วควบคุมแรงดันก็จะยังคงอยู่ในสภาพเดิม ความดันและอัตราการไหลของอากาศที่ถูกส่งออกมาจากช่องทางออกนั้น ยังคงมีความเสถียรอยู่ 　　6. เมื่อความดันที่ออกมาสูงกว่าความดันที่ตั้งไว้ แรงที่กระทำบนด้านบนของลูกสูบจะมากกว่าด้านล่าง ทำให้ฝาวาล์วและลูกสูบเคลื่อนตัวลงมาด้วยกัน ส่งผลให้ช่องทางของวาล์วควบคุมความดันแคบลง ดังนั้นปริมาณก๊าซที่ไหลเข้าสู่ห้องผลิตก๊าซก็จะลดลง และความดันของก๊าซในห้องผลิตก๊าซก็จะลดลงเช่นกัน หากความดันในช่องที่ใช้สำหรับขับเคลื่อนยังคงสูงกว่าค่าที่กำหนดอยู่ ลูกสูบก็จะยังคงเคลื่อนที่ลงไปยังตำแหน่งของผู้ผลิตเครื่องแยกแม่เหล็กต่อไป เรื่อยๆ จนกระทั่งช่องทางของวาล์วควบคุมความดันปิดสนิท ในขณะนี้ แรงจากสปริงหมายเลข 1 ที่อยู่บนฝาวาล์วจะไม่ส่งผลต่อกระบอกสูบอีกต่อไป แต่จะทำให้แผ่นยางที่อยู่ด้านล่างของฝาวาล์วกดลงบนช่องเปิดของวาล์วควบคุมแรงดันอย่างแน่นหนา ทำให้ทางเชื่อมระหว่างห้องอินพุตกับห้องเอาต์พุตถูกปิดกั้นไป ในขณะนั้น หากความดันที่ออกมาเท่ากับค่าความดันที่ตั้งไว้ ลูกสูบก็จะหยุดการเคลื่อนที่ ค่าแรงดันที่กำหนดในขณะนี้ ก็คือแรงดันที่เกิดขึ้นเมื่อช่องทางของวาล์วควบคุมแรงดันและช่องทางของวาล์วระบายแรงดันปิดลงพร้อมกัน โดยวาล์วจะอยู่ในสภาวะสมดุลทางกล 　　7. หากแรงดันที่ออกมายังคงสูงกว่าค่าที่ตั้งไว้อยู่ ลูกสูบจะยังคงเคลื่อนที่ลงไปเรื่อยๆ ทำให้ส่วนบนของแผ่นวาล์วกับพื้นผิวด้านล่างของฝาวาล์วหมายเลข 3 แยกออกจากกัน ทำให้ช่องที่ใช้สำหรับส่งก๊าซเชื่อมต่อกับช่องระบายแรงดัน ก๊าซในช่องที่ใช้สำหรับส่งก๊าซจึงถูกส่งออกมาทางช่อง EX เมื่อความดันภายในห้องขับออกลดลง ความดันภายในห้อง C ก็จะลดลงไปด้วย ความดันที่ด้านล่างของลูกสูบจะสูงกว่าด้านบน ทำให้ลูกสูบ B และชิ้นส่วนวาล์วเคลื่อนที่ขึ้นตามแนวแกน ส่งผลให้ช่องทางการไหลของน้ำลดลงเรื่อยๆ เมื่อความดันที่ออกมาถึงค่าที่ตั้งไว้ ช่องของวาล์วระบายแรงดันจะปิดสนิทกับพื้นผิวด้านล่างของฝาวาล์ว ทำให้ทางเดินระหว่างห้องที่ใช้สำหรับการส่งแรงดันกับห้องระบายแรงดันถูกตัดขาด และการระบายแรงดันก็จะหยุดลง ในขณะนี้ ช่องทางของวาล์วระบายและช่องทางของวาล์วควบคุมแรงดันจะปิดลงพร้อมกัน ทำให้วาล์วอยู่ในสภาวะสมดุลที่ไม่มีการไหลของก๊าซเลย เนื่องจากแรงดันอากาศที่กระทำต่อส่วนบนและส่วนล่างของวาล์วอยู่ในสภาวะสมดุลกัน ดังนั้นไม่ว่าแรงดันที่ปากทางเข้าอากาศ (IN) จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ก็จะไม่ส่งผลต่อสมดุลของแรงดันภายในวาล์ว ทำให้แรงดันที่ปากทางออกสามารถคงที่อยู่ที่ค่าที่กำหนดไว้ได้เสมอ ซึ่งช่วยให้วาล์วมีคุณสมบัติด้านแรงดันที่ดี

วาล์วที่สามารถปรับแต่งได้ เพื่อลดความดันของสารที่เข้ามาให้อยู่ในระดับความดันที่ต้องการที่จุดออก และอาศัยพลังงานของสารเองเพื่อรักษาความดันที่จุดออกให้คงที่โดยอัตโนมัติ