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. معمولادیسکها 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 خصوصادر 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.