شیرهای پمپ

شیرهای پمپ (Valves)

هر چند شیرها انواع مختلف، اشکال و سایزهای مختلفی دارند اما همه آنها بخشهای اساسی یکسانی دارند در این بخش به بررسی قطعات مشترک آنها و کاربردشان می­پردازیم. خاطر نشان می­شود که شیرها، تعاریف، نامگذاری و نحوه طبقه­بندی آنها ممکن است از استانداری به استاندارد دیگر متفاوت باشد ما در اینجا به منظور اتخاذ رویه­ای واحد به استاندارد آمریکایی که بسیار به استاندارد بریتانیایی شباهت دارد پایبند خواهیم بود؛ به همین منظور تعاریف را از اصطلاح­شناسی شیر کنترل منتشرشده توسط انجمن استانداردهای ملی آمریکایی اخذ کرده­ایم؛  سایر جزئیات در مورد ساختار شیرها، نحوه عملکرد و موارد کاربرد آنها از کتاب علم مکانیک منتشرشده توسط سازمان انرژی آمریکا اخذ گردیده است.

شیرهای پمپ

شیر وسیله­ای است که برای کنترل جریان سیال از آن استفاده می­شود و شامل موارد زیر است:

یک ساختار نگهدارنده سیال به علاوه دو یا چند مجرا و یک قطعۀ راه بند که مجراها را می­گشاید، محدود می­کند و یا می­بندد. در واقع شیر ابزاری مکانیکی است که کنترل جریان سیال در طول سیستم یا فرایند را بر عهده دارد. یک شیر، جریانِ سیالِ سیستم و یا فرایند را به یکی از طرق زیر کنترل می­کند:

– متوقف کردن و آغاز کردن جریان سیال

– تغییر میزان جریان سیال به­وسیله تنگ­کردن مجرا

– کنترل جهت جریان سیال

– منظم کردن سیستم ورودی و یا فشار کل فرایند

– کمک کردن به اجزای سیستم و یا پایپینگ در شرایطی که فشار فوق العاده باشد.

شیرهای زیادی در طراحی­ها و انواع مختلف موجودند که از عهده یک یا چند مورد از عملکردهای ذکرشده در بالا برمی­آیند. تعداد انبوهی از شیرها به گونه­ای قابل اطمینان قادر به انجام محدودۀ گسترده­ای از عملکردها و کاربردهای صنعتی هستند.

 5-4-2 بخشهای اساسی شیر

(The basic components of valves)

فارغ ازنوع شیرها، تمام شیرها بخشهای اساسی زیر را دارا هستند:

بدنه (Body)، سرپوش (Bonnet) ، تریم (مجموعه قطعات داخلی= Trim) ، فعال کننده (Actuator) و پکینگ (Packing). بخشهای اصلی یک شیر در تصویر 12-5 دیده می­شود.

تصویر 12-5: اجزای اساسی شیر

تعریف بدنه: محدودۀ فشار شیر است که راه عبوری برای جریان سیال و لبه­هایی برای اتصال لوله­ها تدارک می­بیند و درعین حال از مجموعه قطعات داخی شیر (تریم) حفاظت می­کند.

بدنۀ شیر گاهی پوسته نیز نامیده می­شود در مونتاژ شیر بدنه اصلی­ترین بخش است به این دلیل که چهارچوبی است که همه چیز را در کنار هم نگه می­دارد.

بدنه اولین محدوده فشار شیر است که در برابر فشار

سیالی که از طریق لوله­های متصل به آن وارد می­شود مقاومت می­کند.

بدنۀ شیرها به واسطه ریخته­گری و فورج­کاری( منظور فرایندهای مرتبط با خمیرسازی و مقاوم سازی فلزات است Forging) به اشکال متفاوتی ساخته می­شوند. هر چند به لحاظ تئوریک شکل کروی و استوانه­ای  بهینه­ترین شکل برای مقاومت در برابر فشار سیال به هنگام بازبودن شیر است اما ملاحظات دیگری نظیر راحتی ساخت، مونتاژ و پایین بودن قیمت نیز مطرح است بنا بر همین ملاحظات شکل اصلی بدنه شیرها عمدتا کروی نیست.

 

5-4-2-2 سرپوش شیر (Bonnet)

تعریف: قسمتی از شیر است که شامل جعبه پکینگ و سیل میله (Stem) است و می­تواند میله را هدایت کند. انواع اساسی سرپوش­ها ممکن است به­ وسیله پیچ ومهره، رزوه وجوش به بدنه متصل شوند و نیز ممکن است که با بدنه یکپارچه باشند.

عملکرد بعضی از سرپوشها صرفا پوشاندن شیر است در حالی که برخی دیگر نقش نگهداری قطعات داخلی شیر و تجهیزاتی نظیر دیسک شیر، فعال کننده و میله را دارند. هر چند که وجود سرپوش­ها برای بیشتر شیرها ضروری است اما کمی نگران کننده نیز هستند. سرپوش­ها می­توانند تولید شیرها را بغرنج کنند، اندازۀ شیر را افزایش دهند و سهم عمده­ای در افزایش قیمت شیر داشته باشند.

5-4-2-3تریم شیر (Valve Trim)

تعریف: تریم به مجموعه اجزاء داخلی شیر گفته می­شود.

تریم معمولا شامل دیسک، نشیمن (seat)، میله (Stem) است. به واسطۀ تریم شیر است که می­توان جریان و حرکات اساسی را کنترل کرد. در تریم­هایی که حرکت دورانی دارند قسمت لغزندۀ دیسک برای ایجاد تغییر، در هنگام عبور جریان از روی نشیمن کنار می­رود. در تریم­هایی که حرکت خطی دارند دیسک در جهت عمودی از روی نشیمن برداشته می­شود و یک دهانه مدور ظاهر می­گردد.

5-4-2-4 دیسک و نشیمن(Disc & seat)

دیسک یک قطعه دایره­ای شکل است که برای تعیین میزان جریان از آن استفاده می­شود و حرکت آن یا به صورت خطی است و یا به صورت دورانی. دیسک می­تواند جریان سیال را مجاز سازد و یا مانع گردد. هنگامی که شیر بسته شود فشار کل سیستم به دیسک منتقل می­گردد. معمولادیسکها فورج­کاری می­شوند در بعضی موارد حتی سخت­کاری نیز بر روی آنها اعمال می­شود. قسمت پایانی نشستنگاه دیسک می­بایست دقیق ساخته شود تا یتواند هنگام بسته شدن شیر به طور کاملا دقیق مجرا  را ببندد. بعضی شیرها نیز بر اساس نحوه طراحی دیسک­شان نامیده می­شوند.

نشیمن یا حلقه­های سیل سطحی را برای نشستن دیسک تدارک می­بینند. در ساخت بعضی شیرها حلقه­های آب­بندی فورج­کاری می­شوند  و یا به بدنه جوش داده می­شوند. همچنین برای تقویت و بالابردن مقاومت پیچشی حلقه­های سیل، سطح آنها را سخت­کاری می­کنند و سپس سطح تماس گیرندۀ آنها با دیسک را ماشین­کاری می­کنند. همچون دیسکها در اینجا نیز ساخت با کیفیت منطقه نشست و تماس گیرنده با دیسک به منظور آب بندی دقیق در موقع بسته­ بودن شیر ضرورت دارد.

5-4-2-5 میله (Stem) شیرهای پمپ

میله که راه­انداز و دیسک را به یکدیگر متصل می­کند وظیفه تعیین مکان دیسک را به عهده دارد. میله­ها عموما فورج­کاری می­شوند و بوسیلۀ رزوه و یا جوش به دیسک متصل می­گردند. در شیرهایی که برای جلوگیری از نشتی برای میله، پکینگ و یا سیل در نظر گرفته می­شود ساخت دقیق انتهای میله منتهی به سیل ضروری است.

میلۀ شیرها به دو دسته تقسیم می­شوند میله­های بالارونده (Rising Stems) و میله­هایی که بالا نمی­روند (Nonrising Stems) که به ترتیب در اشکال 13-5 و 14-5 دیده می­شوند.

شکل 14-5: شیر از نوع میله ثابت

شکل 14-5: شیر از نوع میله ثابت

 

شکل 13-5: شیر از نوع میله بالا رونده

5-4-3 فعال کننده شیر (Actuator)

تعریف: وسیله­ای است دارای نیروی الکتریکی، بادی و یا هیدرولیکی که برای قرار دادن بخش راه­بند شیر در حالت باز، بسته و یا بین باز و بسته نیرویی تدراک می­بیند.

فعال کننده ممکن است یک شیر دستی، اهرم دستی، موتور، بوبین محرک، محرک بادی و یا پمپ هیدرولیک باشد در برخی مدلها فعال کننده بوسیله سرپوش شیر نگه داشته می­شود و در سایر مدلها بوسیله یک یوغ (Yoke) که به سرپوش متصل است نگه داشته می­شود. به استثنای شیرهایی که به صورت هیدرولیکی کنترل می­شوند فعال کننده­ها خارج از محدودۀ فشار شیر قرار دارند.

5-4-4 پکینگ شیر(Valve packing) شیرهای پمپ

تعریف: سیستم آب بندی است که از موادی که قابلیت تغییر شکل دارند و در جعبه پکینگ جا دارند تشکیل گردیده است و کاربرد آن تدارک و یا نگه داشتن آب بند به شیوه­ای موثر است.

بیشتر شیرها از پکینگ به منظور جلوگیری از نشتی در فضای بین محور و سرپوش استفاده می­کنند. پکینگ­ها معمولا از یک جنس فیبری (نظیر کتان) یا ترکیبات دیگر(نظیر تفلون) هستند که بین بخشهای داخلی شیر و بیرون شیر- جایی که میله از بدنه به بیرون می­آید- یک آب بند تشکیل می­دهند. پکینگ­ شیر می­بایست به اندازه کافی فشرده باشد تا از نشت و هدررفت سیال و آسیب به میلۀ شیر جلوگیری کند. اگر پکینگ شیر خیلی شل و آزاد باشد شیر نشتی خواهد داد که از نظر امنیتی خطرناک است و اگر پکینگ خیلی تنگ و چفت باشد حرکت شیر را کند و ضعیف خواهد کرد و احتمالاً به میله نیز آسیب خواهد زد.

5-4-5 -1معرفی انواع شیرها (Introduction types of valves)

شیرها به دلیل تنوع سیستمها، سیال­ها و محیطهایی که باید در آنها کار کنند انواع فراوان و گسترده­ای دارند. برخی انواع رایج تر عبارتند از:

شیرکروی (Globe Valve) ، شیر دروازه­ای (Gate valve) ،شیر توپی (Ball Valve) ، شیر مخروطی (Plug Valve) ، شیر پروانه­ای (Butterfly Valve) ، شیر دیافراگمی (Diaphragm Valve) ، شیر اطمینان (Check Valve) ، شیر گیره­ای (Pinch Valve) و شیر امنیتی (Safety Valve).

هر کدام از این شیرها برای نیاز خاصی طراحی شده­اند؛ بعضی قادر به تنگ کردن مجرا هستند، برخی فقط می­توانند جلوی جریان را سد کنند، برخی در سیستمهایی که میزان فرسایش در آنها بالاست (به دلیل ماهیت سیال پمپ شونده) کاربرد دارند و برخی نیز سیالاتی را که پرفشار هستند به خوبی انتقال می­دهند. هر شیری مزایا و معایب مشخصی دارد آگاهی از کارکرد و نحوه عملکرد شیرها برای استفادۀ موفقیت آمیز از این تجهیزات ضروری است.

هرچند تمام شیرها قطعات اصلی یکسان و کارکرد مشابهی دارند اما از نظر شیوه کنترل جریان متفاوتند. به طور کلی به چهار روش می­توان جریان را از طریق شیر کنترل کرد:

1- حرکت یک دیسک یا مجرابند (مخروطی شکل Plug) به سمت دهانه یا به سمت بیرون از دهانه (برای مثال شیرهای کروی و سوزنی).

2- حرکت کشویی یک سظح تخت، استوانه­ای شکل و یا مدور در طول دهانه ( برای مثال شیرهای دروازه­ای و مخروطی).

3- چرخاندن یک دیسک گرد یا بیضی حول محوری که از قطر دهانه عبور کرده است (برای مثال شیرهای پروانه­ای و توپی).

تصویر 15-5: یک شیر دروازه­ای

4- حرکت دادن یک جسم انعطاف پذیر به سمت گذرگاه جریان (برای مثال شیرهای گیره­ای و دیافراگمی).

5-4-5-2 شیر دروازه­ای (Gate Valve) شیرهای پمپ

شیر دروازه­ای شیری است که به صورت خطی حرکت می­کند و برای شروع و خاتمه دادن به جریان سیال مورد استفاده است. نام دروازه به علت  حضور یک دیسک در مسیر جریان بر روی آن نهاده شده است (تصویر 15- 5 یک شیر دروازه­ای را نشان می­دهد). زمانی که شیر تا آخر باز شود دیسک شیر به طور کامل از مسیر جریان کنار می­رود و همین خصیصه باعث می­شود که زمانی که شیر باز است هیچ مقاومتی در برابر جریان صورت نگیرد در نتیجه  فشار در حالتی که شیر باز است کمی افت می­کند. زمانی که شیر به طور کامل بسته است یک رینگ آب­بند سطح تماس را به صورت 360 درجه ای پوشش می­دهد و در صورتی که صفحه با رینگ آب­بندی خوب جفت شده باشد نشتی در محدوده دیسک در زمان بسته بودن شیر در حد بسیار کم  یا حتی صفر است.

بازبودن نیمه کارۀ دیسک باعث می­شود که جریان سیال، شیر را به ارتعاش درآورد. در صورتی که از این شیر برای محدودکردن جریان استفاده شود سرعت بالای جریان باعث فرسایش دیسک و نشیمن آن و درنتیجه نشتی شیر می­گردد. بنا بر همین دلایل شیرهای دروازه­ای برای محدودکردن و تنظیم جریان مناسب نیستند.

شیر دروازه­ای می­تواند برای انواع گسترده­ای از سیالات استفاده شود و آب بندی دقیقی را به هنگام بسته­بودن پدید بیاورد. نقاط ضعف عمدۀ شیر دروازه­ای عبارتند از:

– برای مصارفی که نیاز به تنگ کردن مجراست مناسب نیستند.

– در صورتی که در حالت نیمه باز قرار گیرند مستعد لرزش هستند.

– بسیار بیشتر از شیرهای کروی در معرض فرسایش دیسک و نشیمن هستند.

– انجام تعمیراتی نظیر تراشکاری بر روی آن بسیار مشکل است.

انواع دیسک در شیرهای دروازه­ای:

تصویر 16-5: یک شیر کروی

شیرهای دروازه­ای به همراه دیسکهای متنوعی در بازار موجودند. طبقه­بندی این قبیل شیرها عمدتا با توجه به دیسک آنها صورت می­گیرد. انواع آن عبارتند از: دیسک گوه­ای شکل بدون انعطاف (Solid Wedge) ، دیسک گوه­ای شکل انعطاف پذیر (Flexible Wedge)، دیسک موازی (Parallel Disk). انواع دیسکهای گوه شکل درشیرهایی که نشیمن کج و مورب دارند استفاده می­شوند و دیسکهای موازی در شیرهایی که نشیمن موازی دارند استفاده می­شوند. معمولا دیسک شیرها قابل تعویض است علاوه بر این نشیمنها نیز بایستی قابل تعویض باشند. اگر نشیمن قابل تعویض نباشد می­بایست شیر را برای شکل دهی دوباره نشیمن جدا کرد و یا در محل نصب شیر

به تعمیر آن پرداخت. در مصارفی که ذرات جامد و یا سیال دارای سرعت بالا ممکن است باعث خوردگی دیسک شوند این قطعات باید دارای سختی بالایی نیز باشند.

5-4-5-3 شیر کروی (Globe Valve)

تعریف: شیری است که قطعۀ بندآورندۀ مجرای آن حرکت خطی دارد.این شیر به دلیل حفرۀ کروی شکل آن که در اطراف پورت­های شیر است از دیگر  شیرها متمایز است. از شیر کروی برای تنظیم، متوقف کردن و آغاز کردن جریان استفاده می­شود. نمای بیرونی یک شیر کروی در شکل 16-5 دیده می­شود.

تصویر 17-5: یک شیر کروی با بدنۀz

یک شیر کروی z شکل در تصویر 17-5 دیده می­شود. همانطور که در شکل دیده می­شود دیسک شیر کروی می­تواند کاملا از مجرای جریان کنار برود و یا به طور کامل مجرا را ببندد. اصلی­ترین ویژگی  عملکرد شیر کروی حرکت قائم دیسک از روی نشیمن است. این ویژگی باعث تشکیل یک فضای حلقوی بین دیسک و رینگ نشیمن می­گردد که به تدریج همراه با بسته شدن شیر بسته می­شود. این خصیصه قابلیت تنگ کردن مجرا را به شیر کروی می­دهد به همین جهت می­توان از آن برای تنظیم جریان استفاده کرد. بنابراین شیر کروی می­تواند برای بازکردن، بستن و تنظیم جریان مورد استفاده قرار گیرد. شیر کروی در مقایسه با شیر دروازه­ای نشتی کمتری در قسمت نشیمن دارد؛ به این دلیل که تماس رینگهای دیسک و نشیمن در زوایای قائم و راست

صورت می­گیرد نیروی وارده به سختی و تنگی نشیمن را می­بندد.

شیرهای کروی می­توانند طوری تنظیم شوند که هم جهت و یا مخالف با جهت جریان سیال بسته شوند. زمانی که شیر بر خلاف جهت جریان بسته می­شود نیروی جنبشی سیال در بسته شدن شیر تأخیر ایجادمی­کند اما به هنگام بازشدن شیر به آن کمک می­کند. اگر شیر در جهت جریان بسته شود انرژی جنبشی سیال به بسته شدن شیر کمک می­کند و به هنگام باز شدن شیر ممانعت ایجاد می­کند. این ویژگی برای مواردی مناسب است که استفاده از شیرهای قطع کننده سریع جریان ضروری باشد.

شیرهای کروی معایبی نیز دارند آشکارترین نقص شیرهای کرویِ ساده کاهش هد بالا به دلیل زوایای  قائمه­ای است که سیال با آنها در گیر است. مسدودسازی و قطع تداوم سیال باعث از دست رفتن هد می­شود. در یک خط پرفشار عواقب ناشی از ضربه و افت فشار سیال در حال حرکت، می­تواند باعث آسیب به تریم، پکینگ میله و راه­انداز شیر شود.به علاوه شیرهای کروی بزرگ نیاز به نیروی قابل توجهی برای عمل دارند و خصوصا در کاربردهای پرفشار سر و صدای زیادی ایجاد می­کنند.

نواقص دیگر شیرهای کروی این موارد هستند: از سایر شیرها سنگین وزن­تر هستند، نحوه اتصال دیسک به میله ضعیف است.

طراحی بدنۀ شیرهای کروی:

بدنۀ شیرهای کروی در سه شکل ساخته می­شود: z شکل- Y شکل و زاویه دار

ساختار بدنه Z شکل:

ساده­ترین و رایج­ترین نوع بدنه برای مصارف مرتبط با آب Z شکل است(تصویر 17-5). در این نوع شیر با یک دیافراگم یا جداره Z شکل در یک بدنۀ کروی روبروییم. چون نشیمن به صورت افقی قرار گرفته است میله و دیسک با یک زاویۀ راست نسبت به محور لوله حرکت می­کنند. به دلیل اینکه فضای سرپوش شیر کاملا بزرگ در نظر گرفته شده است ساخت، نصب و تعمیر این شیر بسیار راحت است.

ساختار بدنۀ Y شکل:  تصویر18-5 یک شیرکروی Y شکل را نشان می­دهد این نوع شیر در واقع راه حلی است برای مسالۀ افت فشار در شیرهای کروی.

تصویر 18-5: شیر دروازه­ای دارای بدنۀ Y شکل

نشیمن و میله در این نوع زاویۀ 45 درجه دارند. این زاویۀ 45 درجه وقتی که شیر به طور کامل باز باشد جریان مستقیم­تری ارائه می­دهد و باعث می­شود که میله، سرپوش و پکینگ مشترکاً یک محفظۀ مقاوم در برابر فشار تشکیل بدهند. شیرهای کروی Y شکل

مناسب­ترین شکلها برای مصارف فشار بالا هستند. چون در ابعادکوچک این شیر که برای جریانهای منقطع مورد استفاده­اندافت فشار چندان مهم نیست مجرای جریان با آن دقتی که در ابعاد بزرگتر شاهد هستیم ساخته نمی­شود.

ساختار شیر کروی زاویه دار شیرهای پمپ:

شیر کروی با بدنۀ زاویه­دار در تصویر 19-5 دیده می­شود این شیر شکل ساده شدۀ یک شیر کروی محسوب می­شود.

دیافراگم این شیر می­تواند یک صفحۀ ساده که انتهای آن مختوم به زوایای قائمه است باشد. در این نوع شیر سیال فقط به صورت قائم و راست با زاویه 90 درجه قادر است جریان یابد و تخلیه شود. مزیت خاص این شیر این است که طراحی بدنه آن این امکان را می­دهد که به عنوان شیر و زانویی مورد استفاده قرار گیرد.

تصویر 19-5 : شیر کروی زاویه دار

 انواع دیسکهای شیر کروی:

غالب شیرهای کروی از یکی از سه شکل زیر به عنوان دیسک استفاده می­کنند: دیسک مخروطی شکل(Plug) دیسک توپی (Ball)، دیسک کامپوزیتی (Compositon)(در تصویر 20-5  دیده می­شوند).

تصویر 20-5: سه نوع مختلف دیسک در شیر کروی

دیسک توپی بر روی یک نشیمن مخروطی میزان  می­شود. این نوع در درجه اول در سیستمهای فشار پایین و حرارت پایین استفاده می­گردد. این نوع دیسک قابلیت محدود کردن جریان را نیز دارد اما عمدتا برای باز و بسته کردن جریان از آن استفاده می­شود.

دیسک کامپوزیتی از یک رینگ سخت و غیر فلزی که بر روی دیسک سوارشده بهره می­برد این رینگ باعث انسداد دقیق­تر و تنگ­تر می­شود. دیسکهای کامپوزیتی در درجه اول در مصارف مرتبط با بخار و آب داغ کاربرد دارند. این نوع دیسکها در برابر خردگی و فرسایش مقاومند و به دلیل خاصیت برگشت پذیری و ارتجاعی بدون اینکه به شیر آسیب برسانند به خوبی بر روی ذرات جامد بسته می­شوند.

دیسک مخروطی شکل  به دلیل شکل و شمایلش بهتر از نوع توپی و کامپوزیتی جریان را محدود می­کند. پلاگ این دیسکها در انواع و اشکال متنوعی ساخته می­شوند؛ به طور کلی آنها بلند و مخروطی هستند.

جهت جریان در شیرهای کروی:

در کاربردهای فشار پایین، هر دو نوع شیر زاویه­دار و کروی ساده طوری نصب می­شوند که فشار در زیر دیسک باشد؛ این نوع نصب به عملکرد آسان و حفاظت از پکینگ کمک می­کند و مقدار زیادی از جریان فرسایشی وارده بر پکینگ و سطوح دیسک می­کاهد. در مصارف حرارت بالا و مرتبط با بخار، شیرهای کروی طوری نصب می­شوند که فشار در بالای دیسک باشد.

5-4-5-4 شیرهای توپی (Ball Valves) شیرهای پمپ

تعریف: شیر توپی شیری است دارای قطعۀ راه بندی که حرکت دورانی دارد و شامل یک توپ کامل و یا نیمه کامل (Segmented Ball) است.

شکل 21-5: شیر توپی در حالت بسته

این شیر از یک دیسک توپ شکل برای توقف و یا راه­اندازی جریان استفاده می­کند. این توپ که در شکل 21-5 دیده می­شود همان نقش دیسک در شیرهای دروازه­ای را دارد. وفتی که دستگیرۀ شیر برای بازکردن شیر چرخانده شود توپی به سمت نقطه-

ای می­چرخد که معبر درون توپ در راستای ورودی و خروجی بدنه شیر واقع می­شود و یک کانال خطی برای عبور جریان تشکیل می­دهد. وقتی که دستگیره برای بستن جریان چرخانده شود مجددا توپ می­چرخد طوری که قائم بر ورودی جریان شود؛ در این حالت جریان متوقف می­گردد.

بسیاری از راه­اندازهای شیرهای توپی از نوع سریع العمل (Quick-acting Type) هستند و باچرخش 90 درجه­ای دستگیره، شیر را وارد عمل می­کنند. سایر راه­اندازهای شیرهای توپی بواسطه چرخدنده عمل می­کنند؛ این مکانیزم به این قبیل شیرها این امکان را می­دهد که از یک فلکه بسیار کوچک استفاده کنند و با اعمال نیروی کمی به خوبی یک شیر بزرگ را راه­اندازی کنند.

مزایا شیرهای پمپ:  یک شیر توپی ارزانتر از سایر شیرهاست و هزینۀ نگهداری آن پایین است به علاوه سریع العمل هستند و با ربع دور باز و بسته می­شوند. جمع و جور هستند، نیازی به روان­کردن ندارند و واز نظر مجرابندی نیز غیر قابل نفوذ هستند.

معایب شیرهای پمپ: شیرهای توپی و قدیمی، قدرت محدود کنندگی­شان پایین است و زمانی که برای محدود کردن جریان از آنها استفاده شود چون نشیمن  به طور موقت بی­حفاظ می­ماند در نتیجه ضربات ناشی از جریان دارای سرعت بالا سریعا فرسایش می­یابند.

مواد ساخت توپها شیرهای پمپ: توپها معمولا فلزی هستند و بدنه شان نیز فلزی است به همرام نشیمنی که از مواد لاستیک­سان (Elastomer)  ساخته می­شود. البته توپهای پلاستیکی نیز به ندرت استفاده می­شود. نشیمن ارتجاعی شیرهای توپی از مواد لاستیک­سان متنوعی تهیه می­شود. رایجترین مواد تفلون، نایلون، لاستیک مصنوعی (Buna-N)، نئوپرین (Neoprene) و یا ترکیبی از این مواد است. این نوع شیرها به دلیل استفاده از مواد لاستیک­سان قابل استفاده در موارد حرارت بالا نیستند. در انتخاب نشیمن می­بایست دقت شود تا مطمئن شویم که جنس نشیمن شیر با موادی که توسط شیر جابجا می­شود سازگار است.

بعضی شیرهای توپی مجهز به به متوقف کننده­هایی هستند که مانع چرخش بیش از 90 درجه­ای شیر     می­شوند. برخی دیگر هیچ متوقف کننده­ای ندارند و می­توانند 360 درجه بچرخند. به طور کلی دستگیره بر مکان قراگیری توپی شیر و وضعیت شیر دلالت دارد؛ وقتی که دستگیره در راستای محور شیر باشد شیر باز است و زمانی که دستگیره 90 درجه از محور شیر فاصله گرفته باشد شیر بسته است.

5-4-5-5 شیرهای مخروطی یا چوب پنبه­ای (Plug Valves) شیرهای پمپ

تعریف:  شیر مخروطی شیری است دارای حرکت دورانی که مجرابند آن ممکن است استوانه­ای شکل و یا مخروطی باشد.

نام این شیر از شکل دیسک آن که چوب پنبه­ای شکل است گرفته شده­است که در تصویر 22-5دیده می­شود.

تصویر 22-5نمای برشی از شیر مخروطی شکل

از این شیر برای توقف و آغاز به کار جریان استفاده می­شود. بدنۀ این شیرها برای سهولت حرکت و جاگیری دیسک در آنها ماشین­کاری می­شود. دیسک این شیرها تو پر است و شکافی در درون این دیسک و در  راستای محور طولی

شیر تعبیه شده است.

در حالتِ باز گذرگاه تعبیه شده در دیسک این شیر با مجرای ورودی و خروجی در یک خط قرار می­گیرد.  و وقتی که دیسک 90 درجه نسبت به وضعیت باز بچرخد بخش تو ُپر دیسک، ورودی و خروجی شیر را مسدود می­کند و در نتیجه جریان سیال متوقف می­گردد.

مهمترین ویژگی شیر مخروطی تطابق و سازگاری آن با ساختارهای چند مجرایی است. نصب این شیرها عملیات پایپینگ  را راحت می­کند و علاوه بر این شیرهای مخروطی نسبت به شیرهای دروازه­ای عملکرد مناسب­تری دارند.

شیرهای مخروطی معمولا در مصارفی که نیاز به توقف و آغاز جریان است استفاده می­شوند و نه در مواردی که نیاز به محدود کردن جریان باشد خصوصا از این شیرها زمانی استفاده می­شود که نیاز به عملکرد یکنواخت باشد. به این دلیل این شیرها برای مصارفی که نیاز به محدود کردن جریان داریم استفاده نمی­شوند که همانند شیر دروازه­ای در اینجا نیز درصد بالای تغییر جریان نزدیک قسمت باز و بسته کن شیر و در سرعت بالا اتفاق می­افتد. اما ممکن است گاهی از این شیرها به همراه پورتهای لوزی­ شکل برای محدود کردن جریان استفاده شود.

شیرهای مخروطی چند دریچه­ای در شیرهای پمپ

شیرهای چند دریچه­ای در خطوط انتقال و مصارف مرتبط با تغییر جهت و انحراف جریان مفیدند. یک شیر چند دریچه­ای ممکن است به جای سه و یا چهار شیر دروازه­ای یا انواع دیگر شیرهای قطع­کن استفاده شود. یک عیب استفاده از چندین شیر این است که تعداد زیادی  شیر هرگز نمی­توانند جریان را به طور کامل مسدود کنند.

5-4-5-6 شیرهای دیافراگمی (Diaphragm Valves) در شیرهای پمپ

شیر دیافراگمی، شیری است با حرکت خطی که برای بازکردن، بستن و تنظیم جریان سیال از آن استفاده می­شود. نام این شیر از صفحۀ قابل انعطاف آن گرفته شده است که با یک نشیمن که در بدنۀ شیر قرار دارد جفت می­شود وتشکیل یک سیل آب­بند را می­دهد. شیر دیافراگمی به همراه سه کارکرد آن در تصویر 23-5 نشان داده شده است.

تصویر 23-5: شیر دیافراگمی در حالت بسته، محدود کننده و باز

از نظر کارکرد در واقع شیرهای دیافراگمی نوعی شیر گیره­ای(در ادامه به شیر گیره­ای خواهیم پرداخت) محسوب می­شوند. در این شیریک دیافراگم قابل انعطاف و برگشت­پذیر بوسیلۀ میله به یک فنر متصل شده است. فنر که کار آن وارد آوردن فشار به دیافراگم است بوسیله میله شیر بالا و پایین می­رود. بنابراین زمانی که میلۀ فشار آورنده بالا باشد دیافراگم نیز به بالا حرکت می­کند و زمانی که میله  پایین بیاید دیافراگم نیز در جهت بدنۀ شیر فشار وارد می­آورد. در بعضی مدلها بدنه دارای بند برآمده ای در درون بدنه شیر است و دیافراگم به آن بند فشرده می­شود این نوع که شیر دیافراگمی دارای بند در بدنه (Weir- Body)  نامیده می­شود در تصویر 24-5 نشان داده شده است.می­توان از شیرهای دیافراگمی در مصارفی که نیاز به محدود کردن جریان دارند استفاده کرد. نوع بنددار  در محدود کردن بهتر عمل می­کند در عوض توان محدود کنندگی آن پایین است.شیر دیافراگمی از نوع بنددار برای کنترل جریان های کوچک مناسب است.

تصویر 24-5 : شیر دیافراگمی با بدنۀ بند دار، به همراه اجزاء آن و سه حالت کاری آن

شیرهای دیافراگمی برای انتقال سیالات خورنده ، سیالات داری فیبر، سیالات رادیو اکتیوی و یا سیالاتی که باید از هرنوع آلودگی حفظ شوند استفاده می­شوند.

مکانیزم شیر دیافراگمی به گونه­ای است که سیالات گرانرو نمی­توانند به درون سرپوش آن نفوذ کنندودر عملکرد آن مداخله کنند. بسیاری از سیالاتی که قطعات شیرهای دیگر را مسدود و یا فرسوده می­کنند از درون شیرهای دیافراگمی بدون ایجاد مشکل عبور می­کنند. در این شیرها نیازی به پکینگ آب بند نیست  و احتمال نشتی سیال از طریق میله نیز غیر ممکن است. شیرهای دیافراگمی در انواع متنوعی در بازار موجود است. عمر دیافراگم بسته به ماهیت، حرارت و فشار موادی دارد که توسط شیر انتقال داده می­شود.

بعضی دیافراگم هایی که از جنس لاستیک­سانها هستند ممکن است برای مقاومت در برابر مواد شیمیایی در حرارت بالا بی­نظیر باشند. اما باید به این نکته نیز توجه داشت که خاصیت مکانیکی تمام موادی که از جنس  لاستیک سانها هستند این است که در حرارت بالا کوچک می­شوند و احتمالا در فشار بالا نیز دیافراگم تغییر شکل و ساختار می­دهد.

تمام مواد لاستیک­سان در دمای زیر 150 درجه فارنهایت به خوبی عمل می­کنند برخی­شان در حرارت بالا نیز خوب عمل می­کنند. به عنوان مثال Viton به دلیل مقاومت شیمیایی بالا و ایستایی در حرارت بسیار مورد توجه است.

غلظت سیال نیز یکی از مواردی است که باید به آن توجه کرد. بسیاری از دیافراگم ها در برابر مواد خورنده و فرساینده مقاومت رضایت بخشی از خود بروز می­دهند که البته این مقاومت به حرارت و غلظت سیال نیز بستگی دارد.

تصویر 25-5 : شیر گیره­ای

 

5-4-5-7 شیرهای گیره­ای (Pinch Valves)

تعریف : شیر گیره­ای شیری است که از یک قطعۀ لوله­ای شکل از جنس لاستیکی تشکیل شده است  کنترل و بستن جریان در این شیر از طریق فشردن و له­کردن این قطعۀ انعطاف پذیر صورت می­گیرد.

شیر نسبتا ارزان گیره­ای در تصویر 25-5 نشان داده شده است. این شیر ساده­ترین طراحی را در بین شیرها دارد. شیرهای گیره­ای برای متوقف کردن، به راه انداختن و محدود کردن جریان مناسب هستند. میزان محدود کنندگی آنها بین 10 تا 95 درصد حجم جریان است. شیرهای گیره­ای برای حمل سیالاتی که حاوی مقدار زیادی جامدند بسیار مناسبند. همچنین برای سیستم­هایی که   جامدات را به صورت نیوماتیک (Pneumatic) هدایت می­کنند مناسبند و به دلیل اینکه مکانیزم­شان طوری است که کاملا از سیال جدا هستند برای مصارفی که آلودگی سیال، ناشی از خوردگی فلزات مشکل به شمار می­آید مناسبند. شیر گیره­ای شامل یک لوله از جنس لاستیک و

یا سایر مواد مصنوعی و یک مکانیزم گیره­ای است. تمام بخشهای عملگر این شیر به طور کامل از شیر مجزا هستند. اما با این حال لوله لاستیکی بدنه شیر نامیده می­شود.بدنه شیرهای گیره­ای از لاستیکهای طبیعی و مصنوعی و پلاستیک­هایی تولید می­شود که خاصیت مقاومت در برابر خراش و ساییدگی دارند.

تصویر 26-5: شیر پروانه­ای

شیرهای گیره­ای بدنه مستحکمی دارند.حد نهایی درجه حرارتی که قادر به تحمل آن هستند 250 درجه فارنهایت است. در دمای 250 درجه

فارنهایت میزان فشاری که می­توانند تحمل کنند بسته به قطر شیر متفاوت است. مثلا شیرهایی با قطر 1 اینچ psig  100 و شیرهایی با قطر 12 اینچ psig 15 را تحمل  می­کنند. البته شیرهای گیره­ای خاصی نیز موجود است که محدودۀ حرارتی آنها بین 100- تا 550 درجۀ فارنهایت است و در فشارpsig  300 نیز می­توانند کار کنند.

5-4-5-8 شیر پروانه­ای(Butterfly valve) شیرهای پمپ

تعریف: شیر پروانه­ای شیری است با بدنۀ مدور که مجرابند آن یک دیسک دارای حرکت دورانی است و این دیسک بوسیلۀ شفتش به صورت محوری حفظ می­شود.

یک شیر پروانه­ای در تصویر 26-5 دیده می­شود. شیر پروانه­ای یک شیر با حرکت دورانی است که برای قطع، شروع جریان و یا محدود کردن جریان از آن استفاده می­شود. شیرهای پروانه­ای به دلیل اینکه  دستگیرۀ آنها با یک چرخش 90 درجه­ای شیر را از حالت کاملا بسته به حالت باز منتقل می­کنند شیرهای سریع العمل و راحتی هستند.

شیرهای پروانه­ای بزرگ به وسیله فلکه­هایی حرکت

می­کنند که به میله­ای که در درون تعدادی چرخ دنده است  متصل  هستند.  شیرهای پروانه­ای نسبت به شیرهای دروازه­ای، کروی، مخروطی و  توپی خصوصا در مصارفی که از شیرهای بزرگ استفاده می­شود مزایای فراوانی دارند. مهمترین مزایای آنها وزن کمتر، قیمت پایین­تر و فضای کمتری است که اشغال می­کنند.به دلیل اینکه از قطعات متحرک کمتری تشکیل شده­اند هزینۀ تعمیر و نگهداری آنها پایین است.

شیرهای پروانه­ای برای انتقال جریانهای حجیم گاز و مایع در فشار پایین بسیار مناسبند علاوه بر این برای انتقال مایعات دوغابی (Slurry) و همچنین مایعات حاوی مقدار زیادی ذرات جامد معلق مناسب هستند.

بخش کنترل جریان این شیرها یک دیسک است که قطر آن با قطر داخلی لوله متصل به آن تقریبا برابر است. وقتی که دیسک موازی مجرای لوله باشد، شیر به طور کامل بازاست و هنگامی که دیسک در برابر مجرا زاویه قائمه بسازد شیر بسته است. طبیعی است که در وضعیتی که حد وسط دو حالت باز و بسته است شیر می­تواند جریان را محدود کند.

5-4-5-9 شیرهای سوزنی (Needle Valves) شیرهای پمپ

تصویر 27-5: شیر سوزنی

یک شیر سوزنی در تصویر 27-5 دیده می­شود. این شیرها عمدتا برای تنظیم دقیق جریان سیال استفاده  می­شوند. وجه تمایز شیر سوزنی عبارت است از یک سوزن مخروطی و دراز نقطه­ای در انتهای میله شیر. این سوزن به عنوان یک دیسک عمل می­کند. بخش دراز این سوزن از دهانه­ای که در نشیمن شیر قرار دارد پیش از اینکه سوزن به طور کامل در نشیمن جا بگیرد می­گذرد. این ساختار باعث افزایش و کاهش تدریجی بسیار دقیق میزان بازبودن شیر می­شود. شیرهای سوزنی غالبا به عنوان بخشی از دیگر شیرهای پیچیده تر و در کنار آنها به کار می­روند. برای مثال از آنها در بعضی شیرهای کاهنده استفاده می­شود.

5-4-5-9-2 مصارف شیرهای سوزنی(Usage of needle valves) در شیرهای پمپ

مدار فرمان بیشتر پمپهایی که فشارشان ثابت است برای کاهش نوساناتی که در فشار تخلیه پمپ تأثیرگذارند از شیرهای سوزنی استفاده می­کنند. همچنین شیرهای سوزنی در برخی قسمتهای سیستمهای کنترل احتراق اتوماتیک که نیازمند تنظیم دقیق جریان هستند، استفاده می­شوند.

از شیرهای سوزنی به عنوان شیرهای اندازه­گیری نیز استفاده می­گردد. شیرهای اندازه­گیری در کنترل  فوق العاده دقیق جریا ن کاربرد دارند. دیسک یا دریچه نازک این شیرها اجازۀ کنترل خطی جریان را به این شیرها می­دهد. دربعضی مدلها بدنۀ این شیرها به صورت حدیده­ای شکل است و در آنها تعداد دورهای فلکه مستقیما به میزان جریان وابسته است. عموما یک شیر اندازه­گیری میله­ای دارد که در هر اینچ آن 40 رزوه استفاده شده است. نشیمن شیرهای سوزنی به منظور راحتی تعمیر و نکهداری شیر معمولا قابل تعویض است.

5-4-5-10-1 شیرهای اطمینان (Check Valves) در شیرهای پمپ

شیرهای اطمینان برای جلوگیری از بازگشت و معکوس شدن جریان در سیستم پایپینگ استفاده می­شوند. این شیرها بوسیله ورود سیال به خطوط لوله فعال می­شوند؛ فشار سیالی که در درون سیستم است شیر را باز می­کند و در برابر هر نوع جریان معکوس شیر را خواهد بست. بستن شیر بوسیلۀ وزن مکانیزم اطمینان، فشار برگشتی، یک فنر و یا ترکیبی از شیوه­های بالا صورت می­گیرد. انواع شیرهای اطمینان عبارتند از: تاب خورنده (Swing)، دیسک شیب دار یا الا کلنگی (Tilting Disk)، پیستونی، پروانه­ای و متوقف­کننده.

5-4-5-10-2 شیرهای اطمینان تاب خورنده (Swing Check Valves) در شیرهای پمپ

یک شیر اطمینان تاب­خورنده در تصویر 28-5 دیده می­شود. این شیر به جریان به طور کامل اجازه  ورود می­دهد و با کاهش فشار به طور خودکار بسته می­شود. این شیرها زمانی که جریان صفر شود کاملا بسته می­شوند و از بازگشت و معکوس شدن جریان جلوگیری می­کنند. نوسان و کاهش فشار در این شیرها بسیار کم است.

تصویر 28-5: شیر اطمینان تاب خورنده

این نوع شیرهای اطمینان معمولا برای استفاده در سیستم­هایی که از شیرهای دروازه­ای بهره می­برند توصیه می­شوند به این دلیل که افت فشار در این شیرها کم است. شیرهای اطمینان تاب خورنده در دو شکل موجودند: یک دسته بدنه Y شکل دارند و دستۀ دیگر بدنۀ صاف دارند ( این نوع در تصویر 28-5 نشان داده شده است).

در هر دو نوع این شیرها دیسک و مفصل به واسطه پین مفصل در بدنه معلق می­شوند. نشیمن این شیرها فلزی است. مدلهایی که دیسک کامپوزیتی دارند معمولا برای مصارفی که ذرات آلاینده یا دیگر ذرات در سیال موجود است به دلیل سر وصدای بیش از حدی که این ذرات در شیر تولید می­کننداستفاده می­شوند.

شیرهایی اطمینان تاب خورنده­ای که بدنه صاف دارند از دیسکی تشکیل می­شوند که از بالا به بدنه از طریق مفصل و لولا متصل است. دیسک این شیرها زمانی که بر روی نشیمن باشد با بدنه یک مجرابند یکپارچه را تشکیل می­دهد. این قبیل شیرهای اطمینان دارای رینگهای نشیمن قابل تعویض هستند. نشیمن این شیرها برای اینکه شیر در فشار پایین به راحتی باز شود و در هنگام بسته شدن شیر تحت فشار بالا شوک کمتری وارد آورد با زاویه ناچیزی نسبت به دیسک ساخته می­شوند.(تصویر 29-5 این نوع شیر را در حالت کار نشان می­دهد).

تصویر 29-5: شیر اطمینان از نوع تاب خورنده در حین کار

شیرهای اطمینان تاب­خورنده برای خطوطی که سرعت جریان آنها پایین است توصیه می­شوند. نباید از این شیرها در خطوطی که جریان نوسانی دارند استفاده کرد به این دلیل که رفت و برگشت دیسک و ضربات مداوم حاصل ازآن باعث خرابی نشیمن

خواهدشد.

5-4-5-10-3 شیرهای اطمینان الا کلنگی (Oscillating check valve) در شیرهای پمپ                     

شیر اطمینان الاکلنگی بسیار به شیرهای اطمینان تاب خورنده شباهت دارد (این نوع شیر در تصویر 30-5 نشان داده شده است). این نوع شیرها را می­توان در خطوط افقی و یا حتی عمودی که  جهت  جریان  در آنها رو به بالا است نصب کرد. بعضی انواع این شیرها به راحتی با فلنجها تطبیق پیدا می­کنند و به راحتی نصب می­گردند خصوصادر مواردی که قطر شیر بالا است.

تصویر 30-5 نحوۀ عملکرد شیر اطمینان از نوع الاکلنگی

در این شیرها دیسک برای باز کردن شیر از روی نشیمن کنار می­رود. طراحی ایرودینامیک دیسک باعث می­شود که دیسک در جریان شناور بماند. نگهدارنده­های دیسک که در بدنه جا گرفته­اند دیسک را برای بهتر شدن روند جریان نگه می­دارند. حفرۀ بزرگ بدنۀ این شیر محدودیت جریان را کاهش می­دهد؛ همین که جریان کاهش می­یابد دیسک شروع به بسته شدن می­کند و مجرا را پیش از اینکه جریان برگشت کند می­بندد فشار برگشتی وارده به شیر آن را از سیل نرم به سمت سیل فلزی حرکت می­دهد تا شیر بدون ضربۀ شدید و ناگهانی بسته شود. چنانچه فشار برگشتی وارده کافی نباشد می­توان شیر را به یک وزنه و اهرم خارجی متصل کرد.