شیرهای اطمینان بالا رونده (Rising check valve)
شیر اطمینان بالا رونده عمدتاً در سیستم پایپینگی که در آن از شیرهای کروی به عنوان شیرهای کنترل جریان استفاده شده باشد کاربرد دارد. چیدمان نشیمن این شیرها شبیه شیرهای کروی است.
شیرهای اطمینان بالا رونده برای نصب در خطوط افقی و یا آن دسته از خطوط عمودی که جهت جریان درآنها رو به بالاست مناسبند. استفاده از آنها در خطوط بخار آب، هوا، گاز و بخارهایی که سرعت بالایی دارند توصیه میشود(تصویر31-5) یک شیر اطمینان بالا رونده را نشان میدهد.
|
تصویر 31-5 یک شیر اطمینان بالا رونده در جهت افقی به همراه اجزای داخلی آن |
جریان برای بالا بردن این شیرها میبایست از زیر نشیمن شیر وارد شیر شود همین که جریان وارد شیر شد دیسک یا توپ به وسیله فشار جریانِ رو به بالا از روی نشیمن حرکت میکند و به درون بخش هدایتگر میرود. هنگامی که جریان متوقف شود و یا جهت آن معکوس گردد دیسک و یا توپ ( بسته به مورد استفاده) به وسیله جریان برگشتی و گرانش به سوی نشیمن رانده میشود.
نشیمن شیرهای اطمینان بالا روندهای که بدنۀ فلزی دارند یا با بدنه یکپاچه است و یا از رینگهای قابل تعویض تشکیل شده است. در این شیرها ساختار دیسک مشابه ساختار دیسک در شیرهای کروی است و به مانند آنها یا فلزی است و یا کامپوزیتی.
5-4-5-10-5 شیرهای اطمینان پیستونی (Piston Check Valves) در شیرهای اطمینان بالا رونده
|
تصویر 32-5: شیر اطمینان پیستونی و ساختار داخلی آن |
شیر پیستونی که در تصویر 32-5 مشاهده میشود اساسا یک نوع شیر اطمینان بالا رونده محسوب میشود. این شیرها یک ضربهگیر دارند که از پیستون و سیلندر تشکیل شده است و مزیت آن کاستن از ضربه و ارتعاش در طول فرایند است. به این دلیل که این شیرها از نظر ساختاری بسیار به شیرهای اطمینان
بالا رو شباهت دارند، نحوۀ جریان یافتن سیال در درون آنها نیز شبیه به شیرهای اطمینان بالا رو است.
نصب آنها نیزبایدبه مانند شیرهای اطمینان بالارو به ترتیبی باشد که جریان از زیر نشیمن وارد شود. ساختار دیسک و نشیمن در این شیر مشابه شیرهای اطمینان بالارو است. شیرها اطمینان پیستونی بیشتر در سیستم پایپینگ در کنار شیرهای مخروطی کاربرد دارند. به این دلیل که تعداد دفعات تغییر جهت جریان در سیستمهایی که از شیرهای مخروطی استفاده میکنند بالا است. از نظر نوع سیال در سیستمهای مرتبط با هوا، بخارآب و آب استفاده میشوند.
5-4-5-10-5 شیرهای اطمینان پروانهای درشیرهای اطمینان بالا رونده
|
تصویر 33-5: ساختار داخلی شیر اطمینان پروانهای |
(Butterfly Check Valves)
چیدمان نشیمن در شیرهای اطمینان پروانهای مشابه به چیدمان نشیمن در شیرهای پروانهای است و نحوۀ عبور جریان از درون این شیرها نیز شبیه به شیرهای پروانهای است در نتیجه شیرهای اطمینان پروانهای در سیستمهایی که در آنها از شیرهای پروانهای استفاده میشود بسیار کاربرد دارند.
مهمترین نکته در طراحی این شیر این است که بخش نشت بند انعطاف پذیر آن در زاویۀ 45 درجه نسبت به بدنۀ داخلی شیر قرارگرفته است و دیسک مسافت کوتاهی را برای انتقال از وضعیت
کاملا باز به وضعیت کاملا بسته میبایست طی کند در نتیجه از برخی ضربات شدید که در انواع دیگر شیرهای اطمینان دیده میشود جلوگیری میکند (تصویر 33-5 نمای داخلی یک شیر اطمینان پروانهای را نشان میدهد).
این شیرها به دلیل عملکرد تقریبا بی صدا و دقیق در سیستمهای حرارتی و تهویه مطبوع کاربرد دارند. سادگی طراحی آنها باعث شده است که در قطرهای بزرگ تا حد 72 اینچ (80/1) نیز ساخته شوند قطعات انعطافپذیر نشت بندی این شیرها برای اهدف خاص از موادمختلفی نظیربیونا(Buna-N) ،نئوپرین (Neoprene) ، سیلیکون، تفلون و… ساخته میشوند. شیرهای اطمینان پروانهای را میتوان به صورت افقی و یا عمودی نصب کرد و در وضعیت عمودی مهم نیست که جریان رو به بالا و یا رو به پایین باشد. فقط میبایست دقت کرد که شیر به گونهای نصب شود که ورودی جریان از سمت لولا دار شیر آغاز شود زیرا که در غیر این صورت کل جریان متوقف خواهد شد.
5-4-5-10-6 شیرهای اطمینان توقف کننده (Stop Check Valves) در شیرهای اطمینان بالا رونده
شیر اطمینان توقفکننده ترکیبی از شیر اطمینان بالارونده به علاوۀ یک شیر کروی است (تصویر 34-5 یک نمونه از این شیر را نشان میدهد). این شیر میلهای دارد که اگر بسته باشد از بیرون آمدن دیسک از نشیمن جلوگیری میکند و یک نشتبندی دقیق را فراهم میکند(دقیقا شبیه بهشیرهای کروی) و زمانی که میله در وضعیت باز قرار داشته باشد این شیر به عنوان یک شیر اطمینان بالارونده عمل خواهد کرد. میلۀ این شیرها به دیسک متصل نیست و کار آن بستن دقیق شیر با محدود
کردن حرکت دیسک شیر در جهت بالااست(جهتی که شیر باز میشود).
5-4-5-11شیرهای فشارشکن و امنیتی (Relief and Safety Valves) در شیرهای اطمینان بالا رونده
|
شکل 35-5 :شیر فشارشکن |
شیرهای فشارشکن و امنیتی از طریق کاهش فشار بیش از حد وتصادفی سیستم، از وارد آمدن خسارت به تجهیزات جلویری میکنند. مهمترین تفاوت میان شیر فشارشکن و شیر امنیتی در میزان باز ماندن آنها در هنگامی است که فشار از حد تنظیم شده تجاوز کند.شیر فشارشکن که در تصویر 35- 5 نشان دادهشده است همزمان با بالا رفتن فشار ورودی از حد تنظیمشده (Setpoint) باز میشوند یک شیر فشارشکن تنها زمانی که ضروری باشد برای تسکین و کاهش فشار باز میگردد. شیر امنیتی به سرعت همراه با ضربه به محض اینکه فشار به حد تنظیم شده برسد باز میگردد.
یک شیر امنیتی تا زمانی که فشار به زیر نقطۀ ریست (reset) برسد باز میماند باید دانست که همیشه نقطۀ ریست بر روی گیج فشار پایین تر از نقطۀ (set point) تنظیم میگردد تا امنیت سیستم دو چندان شود. اختلاف بین این دو نقطۀ ریست و ست پوینت نقطۀ فوران (Blowdown)نامیده میشود. شیرهای فشارشکن عمدتا در مصارف مرتبط با سیالات تراکم ناپذیر(Incompressible fluids) کاربرد دارند و شیرهای امنیتی عمدتا در مصارف مرتبط با سیالات تراکم پذیر(Compressible fluids) نظیر بخار آب یا گازهای دیگر کاربرد دارند. شیرهای امنیتی را میتوان از روی ظاهر آنها شناسایی کرد این شیرها یک اهرم خارجی در بالای بدنه شیر دارند که برای اطمینان عملیاتی مورد استفاده قرار میگیرد.
|
تصویر 36-5: ساختار داخلی یک شیر امنیتی |
در تصویر 36-5 دیده میشود یک شیر امنیتی نشان داده شده است. در این قبیل شیرها فشار سیستم نیرویی را تدارک میبیند و آن نیرو اقدام به بیرون راندن دیسک شیر امنیتی از نشیمن میکند و در برابر فشار فنر که بر روی میله سوار است دیسک را به نشیمن میچسباند. با غلبۀ فشار سیستم بر فشار وارده از سمت فنر شیر امنیتی باز میشود در ادامه با کاهش یافتن فشار سیستم و غلبه مجدد فشار فنر بر فشار سیستم شیر بسته میشود. میزان فشردگی فنر و در نتیجه فشار شیر به وسیله چرخاندن مهرههایی که در بالای یوغ شیر هستند قابل کاهش و افزایش است.
5-4-6 -1 فعال کنندههای شیر(Valve Actuators) در شیرهای اطمینان بالا رونده
برای تعیین وضعیت شیر به یک فعالکننده نیاز داریم. فعالکنندهها محدوده گستردهای را که شامل فلکههای دستی ساده و انواع پیچیدهتر نظیر هیدرولیکی و مکانیکی است در بر میگیرد. البته معمولا اصطلاح فعال کننده شامل فلکههای دستی نمیشود.
مطابق تعریف انجمن استاندارهای ملی آمریکایی: فعال کننده (Actuator) وسیلهای است دارای نیروی نیوماتیکی، الکتریکی و یا هیدرولیکی که نیرو و حرکت را برای قرار دادن قطعۀ مجرابند شیر در وضعیت باز، بسته و یا بین این دو حالتل متصل می تهیه میکند. اما ما در اینجا به بررسی انواع دستی نیز خواهیم پرداخت. انواع فعال کنندههای شیر شامل فلکههای دستی، اهرمهای دستی، موتورهای الکتریکی، نیوماتیکی، مغناطیسی، پیستونهای هیدرولیکی و خود فعال شوندهها (Self-actuated) است.
5-4-6-2 فعال کنندههای دستی(Activation of manual)
فعالکنندههای دستی این قابلیت را دارند که شیر را در هر وضعیت و حالتی از نظر مکانی قراردهند اما در برابر با فعال شدن به صورت اتوماتیک سازگار نیستند. رایج ترین نوع فعال کننده مکانیکی فلکهها هستندو شامل فلکههای کار گذاشته بر روی میلۀ شیر، فلکههای چکشی و فلکههایی که بهواسطۀ چرخ دنده به میله متصل
|
تصویر 37-5: فلکه های دستی کار گذاشته شده روی شیر |
میشوند هستند.
|
تصویر 38-5: فلکۀ چکشی
|
دو نمونه از فلکههای دستی که بر روی شیرها
کارگذاشته میشوند در تصویر 37-5 دیده میشود. فلکه که بر روی میلۀ شیر کار گذاشته شده است قابلیت فعال کردن شیر به صورت صرفا مکانیکی را دارا است؛ وقتی که این شیرها در حرارت بالایی کار میکنند چسبندگی داخلی شیر باعث میشود که استفاده از آنها مشکل شود. فلکۀ چکشی در تصویر 38-5 نشان داده شده است. مکانیزم آن به این صورت است که در ابتدای چرخش کمی آزاد میچرخد و بعد به زائده فلکه دوم برخورد میکند. فلکه دوم به صورت مستقیم به میله شیر متصل است. به کمک این ساختار، شیر به هنگام بسته شدن با ضربه شدیدی بسته میشود و در نتیجه دقیق تر
بسته میشود و چون به هنگام بازشدن نیز با ضربهای باز میشود در صورتی که از داخل چسبیده باشد باز میشود.
5-4-6-3 فعال کننده از نوع موتور الکتریکی (Electrical Motor Actuator) در شیرهای اطمینان بالا رونده
موتورهای الکتریکی به شیر این قابلیت را میدهند که به صورت اتوماتیک، نیمه اتوماتیک و یا دستی عمل کند. موتورهای الکتریکی غالبا در کاربردهای دوحالته قطع و وصل جریان سیال کاربرد دارند هرچند که میتوان طوری آنها را تنظیم کرد که شیر را در هر نقطهای متوقف سازند. در این قبیل فعال کنندهها موتور معمولا از نوع موتورهای معکوس شونده ( دو جهته) و سرعت بالا است و بواسطۀ تعدادی چرخدنده به دستۀ محور متصل میشود. در صورتی که از یک سیستم کنترل استفاده کنیم فعال سازی الکتریکی شیر میتواند به شکل نیمه اتوماتیک نیز انجام شود. همچنین میتوان یک فلکۀ دستی را نیز با دندهها درگیر و جفت کرد تا شیر به صورت دستی نیز عمل کند ( این حالت در تصویر 39-5 نشان داده شده است).
|
تصویر 39-5: موتور الکتریکی به عنوان فعال کنندۀ شیر به همراه فلکۀ برای راهاندازی دستی شیر |
5-4-6-4 فعال کننده پنوماتیکی (Pneumatic Actuator)
|
تصویر 40-5 : فعال کنندۀ پنوماتیکی |
فعال کننده پنوماتیکی برای فعال ساختن شیر به صورت اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک کاربرد دارد. این فعال کنندهها سیگنال بادی را به حرکت میله تبدیل میکنند. این تبدیل بواسطه فشار هوایی که بر روی یک دیافراگم و یا پیستون متصل به میله اعمال میشود صورت میپذیرد. فعال کنندههای پنوماتیکی در شیرهای محدودکننده برای گشودن و بستن شیر در مواردی که عملکرد سریع نیاز است استفاده میشوند. در صورتی که فشار هوا شیر را ببندد و عملکرد فنر شیر را باز کند فعال کننده پنوماتیکی اصطلاحا مستقیم عمل کننده نامیده میشود و در صورتی که فشار هوا شیر را باز کند و عملکرد فنر شیر
را ببندد فعال کنندۀ پنوماتیکی اصطلاحا حرکت معکوس نامیده میشود.
در فعال کنندههای دو طبقه هوا به هر دو سمت دیافراگم فشار وارد میآورد و اختلاف فشار مابین دو سمت دیافراگم وضعیت میله شیر را تعیین میکند. زمانی که سیگنالهای بادی به صورت اتوماتیک توسط مدار کنترل شوند این فعال کننده به صورت اتوماتیک عمل میکند همچنین بوسیله سوئیچهای محدودکننده که در مدار شیرهای کنترل قرار دارند قادر به عمل است در این صورت عملکرد آن نیمه اتوماتیک است.
5-4-6-5 فعال کنندههای هیدرولیکی (Hydraulic actuators) در شیرهای اطمینان بالا رونده
فعال کنندههای هیدرولیکی که به صورت اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک وضعیت شیر را تعیین میکنند، مشابه فعال کنندههای نیوماتیکی هستند. این قبیل فعال کنندهها از یک پیستون برای تبدیل سیگنال ناشی از فشار به حرکت میلۀ شیر استفاده میکنند. سیال هیدرولیکی در زمانی که یک سمت پیستون در حال تخلیه است به سمت دیگر تزریق میشود. معمولا از روغن یا آب به عنوان سیال هیدرولیکی استفاده میشود و برای کنترل اتوماتیک سیالی که شیر را میبندد و یا باز میکند از شیرهای مغناطیسی استفاده میشود. برای کنترل اتوماتیک سیال هیدرولیکی میتوان از شیرهای دستی نسز استفاده کرد؛ در این صورت عملکرد فعال کننده نیمه اتوماتیک خواهد بود.
5-4-7 شیرهای خود فعال شونده (Self-actuated valves) در شیرهای اطمینان بالا رونده
شیرهای خود فعال شونده برای تعیین وضعیت شیر از سیال درون سیستم استفاده میکنند. شیرهای فشارشکن، شیرهای امنیتی و شیرهای اطمینان همگی نمونهای از شیرهای خود فعال شونده محسوب میشوند. این شیرها برای فعال کردن شیر از سیال درون سیستم استفاده میکنند و به غیر از انرژی سیال سیستم هیچ منبع انرژی دیگری برای راهاندازی آنها لازم نیست.
5-4-8 شیرهای دارای فعال شوندۀ مغناطیسی (Solenoid actuated valves) در شیرهای اطمینان بالا رونده
شیرهایی که به صورت مغناطیسی راهاندازی میشوند به شیر قابلیت باز و بسته شدن به صورت اتوماتیک میدهند. غالب این شیرها دارای یک کنسل کننده دستی نیز هستند که میتواند وضعیت شیر را به صورت دستی تعیین کند. در این شیرها بوبین مغناطیسی با جذب کردن یک میله مغناطیسی که به میلۀ شیر پیوند خورده است وضعیت شیر را تعیین میکند. در شیرهای تک بوبینه وقتی که نیروی الکتریکی به بوبین اعمال میشود فشار فنر در جهت عکس حرکت میله عمل میکند. این شیرها میتوانند به گونهای تنظیم شوند که نیروی وارده به بوبین شیر را یا ببندد یا باز کند. و زمانی که نیروی الکتریکی وارده بر بوبین قطع میشود فنر شیر را به عکس حالتی که در آن بوبین دارای نیرو است بر میگرداند. میتوان برای اینکه شیر هم قادر به بازشدن و هم بسته شدن باشد از دو بوبین نیز استفاده کرد و با وارد کردن جریان به بوبین مناسب شیر را باز و بسته کرد.(تصویر 41-5 یک نمونه شیر دارای فعال شوندۀ مغناطیسی را نشان می دهد). یکی از موارد مصرف شیرهای سولنویدی در سیستمهای بادی است. از شیرهای سولنویدی درکنترل هوای تهیه شده برای فعال کنندههای شیرهای بادی استفاده میشود و بنابراین میتوانند وضعیت شیرهای بادی را نیز تعیین کنند.
5-5 سرعت فعال کننده های غیر دستی (Speed of self-actuated valves) در شیرهای اطمینان بالا رونده
|
تصویر 41-5: شیر فعال شونده به صورت مغناطیسی |
ملاحظات ایمنی سبب میشود که سرعت شیرها مد نظر قرار گیرد. هنگامی که یک سیستم میبایست خیلی سریع باز شود نیاز به یک فعال کنندۀ سریع ضرورت پیدا میکند. در مواقعی که نتیجۀ باز شدن شیر تزریق آب نسبتاً سرد به یک سیستم حرارت بالا است برای کاهش شوک حرارتی، باز شدن آهسته شیر ضرورت مییابد. انتخاب فعال کنندۀ مناسب با توجه به سرعت فعال کننده، منبع نیروی آن و در دسترس
بودن منبع نیرو صورت میگیرد.
به طور کلی اگر صرفا سرعت را مدنظر داشته باشیم فعال کنندههای مغناطیسی، هیدرولیکی و بادی سریعترین فعال کنندهها به شمار میآیند. فعال کنندههای مغناطیسی این عیب را دارند که در شیرهای بزرگ قابل استفاده نیستند به این دلیل که اندازه و منبع نیروی مورد نیازشان از حد معمول فراتر خواهد رفت. فعال کنندههای نیوماتیکی و هیدرولیکی نیز نیاز به سیستمی برای تهیه انرژی هیدرولیکی و بادی دارند. در برابر موتورهای الکتریکی سرعت نسبتا بالایی را تدارک میبینند. در این موارد میتوان سرعت راهاندازی شیر را به کمک چرخ دنده تنظیم کرد. موتورهای الکتریکی با استفاده از چرخ دندهها میتوانند سرعت یک چرخه کاری شیر را در محدودهای بین دو تا چندین ثانیه تنظیم کنند.