شيرهای صنعتی

شير چسيت؟

شير وسيله مكانيكي است براي بستن يا به عبارت ديگر تغيير دادن فشار جريان مايع عبوري از آن. عمل تنظيم يك شير با حركت عنصر دريچه‌اي شكل (اشكال كروي، سماوري، كشويي، ديسكي و غيره مي‌باشد كه بر روي ميله در خارج بدنه شير قرار گرفته است.

اين يك تعريف ابتدايي از يك شير است و نشان مي‌دهد كه شير در حقيقت يك وسيله بسيار ساده است. يك بدنه دارد كه در برگيرنده فشار سيال است، يك دريچه براي بستن يا تنظيم عبور سيال از لوله و بالاخره يك دسته براي تغيير موقعيت دريچه شير.

امروزه شيرهاي صنعتي براي پروسه‌هاي متنوع ايفاي نقش مي‌كنند. در زير شرح خلاصه‌اي از آن چيزي كه ما پنج وظيفه اصلي شير مي‌دانيم آورده شده است.

1 – عمل باز – بسته . (شكل 1). اين شكل در واقع عبور كردن يا نكردن سيال را نشان مي‌دهد. در اين عملكرد شير بايد راه سيال را با بخش مياني ببندد. آنها را گاهي شير مسدود كننده مي‌نامند. بعلاوه اين عملكرد براي بيشتر شيرها مشترك است.

شكل1. شير در سرويس باز و بسته كه عبورسيال بطور كامل يا نيمه باز را در كاربردهاي گوناگون نشان مي‌دهد.

2 – كنترل سيال. ( شكل2 ) در اين سرويس شير براي تغيير جريان سيال با تغيير سرعت جريان يا ايجاد يك فشار براي رسيدن به هدف مورد نياز كار خود را انجام مي‌دهد. در اين بررسي اطلاعات فراوان و قابل دسترسي در مورد شيرهاي با ضامن كشويي و كروي و ديگر انواع شيرها شرح داده خواهد شد.

شكل 2. وقتي شيرها براي تغيير مقدار سيال يا عبور تدريجي آن بكار مي روند، به آنها شيرهاي كنترلي مي‌گويند.

3 – انحراف جريان (تغيير مسير جريان) ( شكل3 ). جريان سيال با استفاده از شيرهاي چند جهته تعيين مسير مي‌شوند. در اين نوع سرويس بيشتر از شير سه راهي استفاده مي‌شود، البته انواع چهارراهه و پنج راهه نيز قابل استفاده هستند و اما ممكن است تعداد راهها به تناسب استفاده آن شير بيشتر باشد.

4 – بستن دو مرحله‌اي ( شکل4 ). در سيستمهاي كنترلي ناپيوسته به يك كنترل دو مرحله اي احتياج داريم. اين وضعيت مي‌تواند با استفاده از دو شير موازي جريان باي‌پس صورت گيرد. هرگاه دو شير باز باشند، جريان عبور مي‌كند. اگر يكي از آنها بسته شود جريان ديگري كاهش يافته و به آرامي به سطح اندازه‌گيري مورد نياز مي‌رسد. هرگاه دو شير بسته‌اند جرياني نخواهيم داشت. در برخي موارد سيستمهاي كنترلي وجود دارند كه تنها با يك شير كار مي‌كنند.

5 – مخلوط كردن. هنگاميكه دو شير به شكل T به يكديگر متصل شوند و روي هم با يك محرك كنترل شوند مي‌تواند براي مخلوط دوسيال بكار رود. كاربرد مهم آن دست يابی به دماي خاصي براي سيال است.

اساس انتخاب شير

وقتي مي‌خواهيم يك شير را انتخاب كنيم، سوالات مهمي هست كه مي‌توان پرسيد.

آيا شير براي نيازهاي خاص سيستم شما مناسب است؟

چه نوع شيري به نحو احسنت نيازهاي شما را تامين مي‌كند: شير كشويي، كره‌اي، توپي، پروانه‌اي، يكطرفه و غيره

چه مدت زمان كاري نياز است تا شير نصب شود؟

آيا نيروهاي شما مهارت كافي براي نصب شير را دارند يا به كمك خارجي نياز است؟

هزينه نيروي خارجي چقدر است؟

آيا فروشنده يا پخش كننده انواع شير نزديك شما هست تا بتوانيد با آنها براي قطعات يدكي تماس بگيريد؟

چه مدت بايد براي قطعات منتظر باشيد؟

آيا مي‌توانيد به يك فروشنده شير براي سرويس شيرها اعتماد كنيد؟

اگر منتظر ماندن براي قطعات يدكي سبب شود كه پروژه بخوابد، خسارت توقف پروژه و اتلاف زمان چقدر است؟

از كم هزينه كردن برحذر باشيد، چون ممكن است باعث ايجاد يك سيستم سطح پايين شود. اطمينان حاصل كنيد كه شير، شير با استحكامي است و دسته شير ضد ضربه باشد. امكان آن وجود دارد كه شير اتوماتيك باشد؟

يك شير با قابليت ايمني بالا در برابر اشكالات از نوع الكتريكي يا خطاي سيستم falure نياز داريد؟

در طراحي شيرها، انواع گوناگوني شير و عملگر (actuator)وجود دارند كه هركدام در تعمير دستي شرايط سرويس خاص خود را دارند و با انتخاب صحيح جعبه عمليات مورد نظر با عملكرد بهينه اقتصادي صورت مي‌گيرد.

بدليل اينكه شير در تماس با سيال است كه يا در انتها يا اواسط شبكه‌ها مي‌باشد، بايد قطعات شيرهاي اتوماتيك داخل پكيج (جعبه) را با دقت خاصي انتخاب كرد.

اما قبل از انتخاب محرك، نوع شير، جنس و غيره بايد تعيين شوند چون باعث اثر گذاشتن بر مقدار گشتاور مورد نياز در شير اتوماتيك مي‌شود. با انجام دادن اين كار نوع گشتاور (چرخشي يا خطي)‌، گشتاور (يا فشار)، خروجي و نوع دستي، الكتريكي، (بادي) هوايي، هيدروليك و غيره بايد انتخاب گردد.

اطلاعات كامل بايد مشخص باشد يا در مورد آنها قبل از انتخاب بهترين شير براي كار مورد نياز بايد اطلاع داده شود. برخي از سؤالات مهم عبارتند از:

كار شير چيست؟ تنها باز و بسته كردن؟ كنترل سيال؟ شير اطمينان؟ يا باز و بسته شدن مكرر يا غير مكرر؟

شير چگونه كار خواهد كرد: دستي با هواي فشرده يا الكتريكي؟ پروسه مياني چيست؟ آيا در برابر سيال دچار زنگ زدگي يا سايش مي‌شود؟ ظرفيت و سرعت آن چگونه است؟ آيا شير براي همه مواد مناسب و قابل استفاده است؟ فشار و دما چطور؟ بسته به نوع شير و ماده اي كه شير از آن ساخته شده فشار و دما و سرعت سيال ممكن است محدود باشد. يك شير كاملاً فلزي ممكن است كه تا دماي زيادي مقاومت داشته باشد. اما ممكن است نياز بستن شير را براي ما فراهم نكند. سايز لوله چيست؟ آيا شير براي آن ضخامت لوله مناسب است؟

سرعت عملكرد آن چقدر بايد باشد؟ يك شير توپي اتوماتيك در هر دقيقه مي‌تواند 12 بار بچرخد اما يك شير كشويي نمي‌تواند.

آيا شير بايد اين امكان را داشته باشد كه در خط نگهداري شود؟ آيا بايد طراحي شير بصورت دو قسمتي ورودي و قسمت بالا باشد. يا در سه قسمت طراحي شده باشد؟

قيمت آن چقدر بايد باشد؟ بعضي از شيرهاي يك اينچي 2000 دلار قيمت دارند اما بسته به كاربرد آنها ممكن است هنوز امكان اقتصادي شدن آنها باشد. در مورد وزن چطور ؟ وزن يك شير كشويي حدود دو برابر يك شير پروانه اي است.

شرايط بحراني چيست؟ آيا شيري كه برگزيده‌ايد در دسترس است؟ مي‌تواند اتوماتيك باشد؟ آيا تعمير قسمتهايي از آن ممكن است يا خير؟

در طي اين گزارش پاسخهاي براي اين سؤالات پيدا خواهيم كرد. شما ممكن است كه از اين مطالب براي نيازهايتان استفاده كنيد.

شرايط انتخاب يك شير

فشار سيال: وقتي شيري را براي سرويس خاصي انتخاب مي‌كنيد فشار ورود و حداكثر فشار خروج سيال بايد مشخص باشند. ريتينگ (Ranting) فشار ورودي معمولاً بر حسب اصطلاحات موسسه استاندارد بين المللي آمريكا (ANSI) داده شده است. رنج ANSI مقدار 125 تا 2500 به نوع شير، سايز‌، جنس، ساختمان محل شير با فشار بيشتر از استاندارد آن طراحي شده اند يعني يك شير با استاندارد 1850 ANSI رينتينگ حقيقي آن 285 پوند بر اينچ مربع در دماي F 100 است. بدليل اينكه فشار و دما ثابت نيستند، اين دو مورد بايد در سرعت شير و انتخاب آن در نظر گرفته شوند. اختلاف فشار يا P در ورودي جريان و خروجي شير در هنگام باز و بسته شدن شير مهم است طبق استاندارد ANSI، B16.5 عملكرد بهينه يك شير تحت شرايط دمايي و فشار محدود شده‌اي كه در جدول 1-1 نشان داده شده است صورت مي‌گيرد.

مقدار حرارت: دماي كار خاص هر شير در انتخاب شير مناسب به ما كمك خواهد كرد. جدول 1-1 مقدار استاندارد فشار براي مجراي شير همچنين براي جوش خوردگي شيرهاي كشويي، سماوري، توپي، يكطرفه

Temperature, F(C)	Ratings for selected classes, lb/in2 gage(bar)*
150	300	600	900	1500
-20to 100	275	720	1440	2160	3600
(-29to38)	(19.0)	(49.6)	(99.3)	(148.9)	248.2)
150 (66)	270	705	1415	2120	3540
(18.6)	(48.6)	(97.6)	146.0)	(244.1)
200(93)	260	260675	1350	2025	3375
(179)	(46.5)	(93.1)	(139.6)	(232.7)
250(121)	255	665	1330	1995	3325
(17.6)	(45.8)	(91.7)	(137.5)	(229.2)

* 1 bar = 100 kilopassals (k pa).

ريتينگ فشار و دما متاثر از يكديگر مي‌باشند. و نحوه تغييرات آنها مستقل از ديگري نيست. بطوريكه در دماي بالا ممكن است كه فشار كاري كمترين باشد. كه آن بالاترين‌ها و كمترين براي مواد خاصي لازم است كه ساختار ويژه‌اي براي سازنده پيشنهاد كرد. مثالي از رفتار فشار و دما در شكل نموداري 1-6 نشان داده شده است.

شكل (1-6) نمودار راهنماي دما- فشار براي انتخاب شير و جنس آن

انتخاب جنس شير

ويژگي خواص مواد سازنده اهميت زيادي در نوع شير دارند چرا كه اثر زيادي در طول عمر كارايي شير، عملكرد شير و قيمت شير دارند. سازگاري جنس شير با سيال بكار رفته در پورسه و قابليتهاي فيزيكي و مقاومت در برابر سايش، فشار مايع و فرسايش ناشي از سيال ملاحظات اوليه‌اي هستند كه بايد در انتخاب جنس شير در نظر گرفته شوند.

سيالي كه بايد از يك شير عبور كند بصورت زير دسته‌بندي مي‌شود:

جنس ماده

فشار

دما

سرعت

و زير مجموعه‌اي از شرايط زير :

زلال بودن و خلوص آن

چسبندگي

ميزان ويسكوزيته سيال

خورندگي

فرسايش دهنده بودن

برودتي

با توجه به دما و سرعت مايع و چگونگي عبور سيال باعث سايندگي و فرسايش آن مي‌شود يا خير . حضور ناخالصي در آن نيز تعيين مي‌شود. در پايان شرايطي كه باعث عبور سيال از شير مي‌شود و يا چگونگي سيال در فرايند بايد از نظر دما و فشار و سرعت مايع بررسي شود.

قطع جريان شير

بسته شدن شير (shut off) برحسب كلاس‌بندهاي نشت بيان مي‌شود. در حقيقت قطع شير به عاملهاي زيادي اعم از فشار عبور سيال، دما و شرايط سطح سيال وابسته است. ANSI در مورد نشت سيال يك تقسيم بندي براي ما مهيا كرده است كه مبنايي براي مقايسه بين شيرها با ساختارهاي مشابه است. شيرهاي كنترل عموماً نياز نيست كه شرايط بستن كامل را ايجاد كنند. شيرهاي بندآور براي اين منظور تعبيه شده‌اند. در بعضي مواقع براي ريزش بسيار جزئي سيال، حباب ريز يا بستن قطعي شير لازم است. مجدداً ANSI استانداردي براي ريزش نشتي شيرها و طبقه‌بندي آنها به ما مي‌دهد. اين استانداردها عموماً تحت FCI-70-2 براي ما پذيرفته شده‌اند.

طراحي دما: برودت F 500 (k 53) و 20- تا F125 (k800-244) براي كشويي چند سوراخه

گنجايش (Cv) : براي اندازه تا 24 اينچ 8000 – 5/2 = Cv

جنس شير: بيشتر فلزات استاندارد

اتصالات: lugged، لبه دار، جوشكاري شده، پيچي

گونه‌ها: شير با دريچه چاقويي، با دهانه V شكل

شير كشويي چند مسير: براي كنترل مسير سيال، وضعيت محدود الاستعمال

كاربردها: باز و بستن، عبور سيال سخت، كنترل جريان (مسدود كردن مسير سيال) با كاهش P ، انواع چند سوارخه براي سرويسهاي عمومي

فوايد: گنجايش بالا، طول كوتاه براي نوع دريچه تيغه‌اي.

اين شيرها به طور ايده‌آل جهت كار با جريانهاي لجني و سيالاتي كه مقادير زيادي جامد حل شده دارند، استفاده مي‌گردد. به خاطر اينكه مكانيسم كاركرد اين شيرها بطور كلي مستقل از سيال درون آن است. اين شيرها در جاييكه خوردگي مطرح مي‌شود و يا تماس با سيال مشكلاتي براي سيستم بوجود مي‌آورد، استفاده مي‌گردد. اين نوع شيرها براي سرويسهاي باز و بسته كردن و تنطيم و ايجاد جريان نيز بكار مي‌روند. بطوريكه عبور سيال را بين 10 تا 95 درصد فلو جريان تنظيم كند. طراحي ساده اين شيرها باعث افت فشار كمي مي‌شود. بدنه اين شيرها نيز طوري ساخته شده است كه دما فشار ريتينگ آن بالا باشد. بطور مثال بعضي از انواع خاص آن شيرهاي تا محدوده دمايي (-73,260C) و تا فشار 22 بار تحمل مي‌كنند. نوع ژاكت دار اين شيرها جهت كنترل سيال لجني در بسياري از پروسه‌ها مانند تصفيه آب ، كاغذسازي استفاده مي‌گردد. مهره ماسوره اين نوع شيرها يكي از مزيتهاي مهم آن است بطوريكه به راحتي قابل تعويض است بدون آنكه شير از خط جدا شود. خلاصه اي از ويژگيهاي اين شير بصورت زير بيان مي‌شود:

سايز تا 30 اينچ

دما و فشار طراحي 175C و 20 بار

ظرفيت براي سايزهاي 1 تا 12 اينچ : Cv=10 to 3800

جنس‌هاي قابل دسترسي: آهني، فولاد با بدنه هاي آلومينيومي و مهره ماسوره TFE

نحوه اتصال : فلنجي

موارد استفاده: لجن‌هاي غليظ، سوسپانسيون ذرات بزرگ، صنايع غذايي

از معايب آن احتياج به نيروي انسداد قوي جهت بستن شير به علت ضعيف بودن خواص خفگي

وظايف اصلي شيرهاي صنعتي:

1 – قطع و وصل كامل جريان مايعات و گازها

2 – تنظيم عبور مقدار مورد نياز مايعات و گازها

3 – جلوگيري از بازگشت مايعات و گازهاي عبور كرده

4 – تنظيم و كنترل مقدار و فشار مايعات و گازها

5 – كنترل و ايمن نگاهداشتن دستگاههاي تحت فشار

انواع گوناگون شيرها

1 – Manual valves شيرهاي دستي

2 – Control valves با نيروي هوا – مايعات و گازهاي كنترل شده كار مي‌كنند.

3 – Solenoid valves با نيروي برق كار مي كنند.

با توجه به كاربرد گوناگون شيرها انواع ديگري نيز ساخته شده است.

1 – شيرهاي سوزني Needle valves

2 – سماوري Plug or cock valves

3 – كروي Glob valves

4 – كشويي Gate valves

5 – ديافراگمي Diaphragm valves

6 – يكطرفه None return, or check valves

7 – پروانه اي Butterfly valves

8 – اطمينان Safety valves

9 – كنترلي Control valves

10 - Electric motor operated valves شير با محرك الكتروموتور

11 - Solenoid valves شير با محرك سولنوئيد

جنس شيرها و موارد استفاده آن

1 – شيرهاي پوليكا – ساخته شده از مواد P.V.C بيشتر روي لوله هاي پوليكا نصب مي شوند.

2 – شيرهاي شيشه اي – بيشتر در آزمايشگاهها استفاده مي شوند.

3 – شيرهاي برنجي – (آلياژ مس و روي) براي آب و مواد نفتي با فشار و دماي كم.

4 – شيرهاي برنزي – (آلياژ مس و قلع) آب و محلولهاي نمك دار و مواد نفتي با فشار و دماي نسبتاً كم دما حدود C300 و فشار پوند / اينچ مربع 350

5 – شيرهاي چدني – بيشتر به شكل مخروطي هستند مانند شيرهاي سماوري - براي آب و مواد نفتي با دماي كمتر ازC350

6 – شيرهاي فولادي – در آلياژهاي مختلف براي كنترل انواع مواد نفتي، گازها، بخار و آب با فشار و دماي زياد مانند كنترل والوها.

طرز انتخاب صحيح شير مورد نياز

1- نقشه لوله كشي : انقباض و انبساط و ارتعاش لوله و تكيه گاه مناسب براي محلي كه لوله به شير اتصال مي‌يابد بايد مورد توجه قرار گيرد و دقت لازم براي اتصالات انتهايي لوله‌كشي و شيرها بايد بعمل آيد.

2- نوع كاري كه شير بايد انجام دهد : كاملاً باز يا بسته – يا تنظيم سيال ، فشار و درجه حرارت در چه حد باشد، دستي يا خودكار ، كاركرد شير چه مقرراتي دارد

3 – حجم شير : حجم شير بايد متناسب با لوله‌اي باشد كه اندازه آن با توجه به ظرفيت مايع و افت فشار انتخاب شده است.

4 – درجه حرارت و فشار

5 – مواد سازنده شير : بعضي از سيالهاي شيميايي اثر خورندگي و زنگ زدگي و رسوبات بجا مي‌گذارند به همين منظور آستري از ابونيت يا پلاستيك يا سراميك و يا شيشه بكار مي‌برند. مواردي كه بيشتر در ساختمان شير بكار مي‌رود.

- آلياژهاي چدن

برنز

نيكل

مس

فولاد

فولاد زنگ نزن

آلومينيوم

تيتانيوم

مهندسين Piping و سيستم هاي ابزار دقيق معمولاً از فرمول زير براي محاسبات فشار و مايع عبوري از لوله‌ها و شيرها استفاده مي‌كنند.

K ضريب افت فشار

Q مقدار عبور مايع برحسب دقيقه / گالن

S وزن مخصوص مايع

A سطح لوله مايع عبوري

7 – سيستم محركه بكار اندازي شير

مكانيكي : دستي با پيچ

هيدروليكي : وقتي دسترسي به هواي خشك ممكن نباشد يا درجه حرارت آنقدر پايين باشد كه مسير لوله موئين يخ بزند و مسير لوله موئين هوا سرد بشود، از اين نوع سيستم محركه استفاده مي‌شود.

برق يا هوا : دستگاه خشك كننده هوا، رطوبت را خشك كرده تا آب موجود در هوا يخ نزند.

شير كشويي (Gate valve)

اين شير بيشتر در محلهايي بكار مي رود كه بخواهند جريان سيال را بطور كامل بسته يا باز نمايند. از خواص اين شير كم بودن افت فشار در طول آن است. بهمين دليل در هر ماده لوله هاي طويل از اين شير استفاده مي نمايند. در شير كشويي جهت حركت سيال كاملاً مستقيم بوده.

خلاصه اي از شير كشويي

اندازه: 2 تا 120 اينچ در (50 تا 3000 ميلي متر) براي باز- بستن تا 24 در اينچ (12 تا 600 ميلي متر) براي ميله ناظم عبور سيال تا 6 در (16 تا mm 150) براي كنترل شير چند مسير

طراحي فشار: براي فشار 3500 (bar 240) براي باز و بستن، براي فشار (bar 99) براي شير كشويي چند سوراخه.

از شير كشويي فقط براي بستن يا باز كردن استفاده مي نمايند. هنگاميكه شير در حالت كاملاً بسته نيست عبور مايع و گاز با سرعت بصورت عمود بر كشويي مي‌باشد و باعث فرسودگي كشوي شير كه معمولاً ذوزنقه‌اي است مي‌باشد و تاثير آن سخت است. لذا از اين شير تنها براي باز و بسته كردن استفاده مي‌شود. شكل 1-7 را ملاحظه كنيد.

شكل( 1-7 ) نماي داخلي يك شير كشويي

شير كروي (Glob valve)

ساختمان داخلي اين شير اينگونه است كه مايع از نقطه ورود به شير تا خروج از آن C180 تغيير جهت مي‌دهد. متناسب بودن تعداد هر دسته شير با حجم خروج مايع، كار تنظيم مقدار جريان را با دست آسان مي‌سازد. شير كروي مي‌تواند برون ساقه اي – درون ساقه اي – متحرك يا ثابت باشد.

1 – جهت جريان سيال برخلاف شير كشويي تغيير مي كند.

2 – تغيير جهت جريان سيال ايجاد تلاطم مي نمايد.

3 – تلاطم ، افت فشار را افزايش مي دهد.

4 – در شير كروي افت فشار بيشتر از شير كشويي است.

5 – نشيمنگاه در شير كروي موازي جهت جريان مايع است در صورتي كه در شير كشويي عمود بر جهت جريان مي باشد.

6 – در شير كروي به محض قطع اتصال صفحه انتهايي ساقه و نشيمنگاه سيال كاملاً جريان مي‌يابد.

7 – در شير كروي فرسودگي اصطحكاك خيلي كمتر از شير كشويي است.

8 – اگر شير كروي باز بماند سائيدگي در قسمتهاي ديسك يكسان است درحاليكه در شير كشويي آن قسمت كه در معرض سيال است بيشتر فرسوده مي شود.

شكل (1-8) الف- طرز كار يك شير Globe valve

شكل (1-8) ب- ساختمان Globe valve

Plug Disk : از داخل پيچ شده است. زوايه‌اي : شير زاويه اي كه محورهاي دروازه آن با يكديگر زاويه C90 مي‌سازند و محور ساقه موازي با انتهاي بدنه ديگري است خميده : محور ساقه نسبت به بدنه بطور كج قرار گرفته كه اين خود باعث بهبود مشخصات سيال مي گردد.

انواع ديگر شير کروی

ويژگيهاي شيرهاي كروي (Globe Valves)

سايزهاي اينچ 16 تا و نوع زاويه دار آن تا 42 اينچ

فشار طراحي در سايز بزرگ تا 86 بار و براي سايز كوچك تا 4140 بار پيش‌بيني شده است.

دماي طراحي تا 920 درجه كلوين نيز در نظر گرفته است.

ظرفيت Cu براي سايزهاي مختلف بدين صورت است، سايزهاي : Cv=2.5 to 3600

جنس بدنه و متعلقات آن در انواع آن موجود است و سايزهاي كوچك پلاستيكي و TFE نيز دارد.

نحوه اتصال: پيچي، فلنجي، بوش و پيچ دار

موارد استفاده از اكثر جريانات ، دماي بالا، فشار بالا، فلاتينگ ، جريانهاي چسبناك و لزج

از معايب آن قيمت بالاي آن است.

شكل (1-8) ج- نمونه‌ايي از clobe control valve

شير سوزني (needle valve)

شير سوزني از لحاظ خصوصيات ساختمان و طرز كار جزو خانواده شير كروي است. با اين نوع شير مي‌توان كنترل دقيق جريان سيال را بخصوص در لوله‌هاي باريك و ظريف برقرار نمود.

قطر شيرهاي سوزني معمولاً از 2 اينچ تجاوز نمي كند. بيشتر در محلهايي بكار مي برند كه محدوديت لازم باشد. منظور از محدوديت يعني تاخير زماني و تغيير آرام فشار مي‌باشد.

شكل (1-9) شير سوزني

شيرهاي مخروطي (Plug Valves)

يكي از خصوصيات خوب اين شير اين است كه مي توان با دور آن را باز و بسته كرد. ضمناً اين نوع شير تا درجه حرارت معيني خوب كار مي كند و چنانچه درجه حرارت از حد مجاز بالاتر رود بعلت انبساط ، Plug شير به سختي باز و بسته خواهد شد. گريس كاري اين نوع شير مهم است چون در صورت خشك بودن گريس يا تمام شدن آن شير نمي‌چرخد.

شير مخروطي كه داراي دستگاه گريسكاري مي‌باشد مورد مصرف زيادي در محصولات مناطق نفت خيز تاسيسات پالايشگاه و پخش ( تا فشار اينچ مربع / پوند 6000 دارد در تاسيسات پتروشيمي و مكانيك عمومي نيز موارد استعمال زياد دارد. حركت سيال در شير مخروطي بطور مستقيم است.

شكل (1-10) ساختمان مكانيكي يك شير مخروطي (Plug valve)

شير گلوله اي (توپي) (Ball valve)

از شير گلوله‌اي براي قطع و وصل كامل جريان استفاده مي‌شود و از بسياري لحاظ مانند شير مخروطي است، با ربع دورگردش، دسته يا بسته مي شود. در صورت باز بودن شير، مواد در خط مستقيم بدون برخورد با مانع در مجرايي به اندازه لوله متصل به آن حركت مي كند. سطح اصطكاك دريچه و بدنه كم و لبه نشيمنگاه سطح گلوله را تميز و باعث آب‌بندي بهتر مي‌گردد.

شير گلوله‌اي از تكميل شير مخروطي (سماوري) ساخته شده است بدين معني كه بطور مثال نشيمنگاه شير از انواع پوليمرها و انواع صمغها ساخته شده كه خود موجب تكامل آب‌بندي شير مي شود.

در ساخت نوعي از اين شيرها،‌با استفاده از تركيب اين نوع مواد صنايع فلزي، مثل فولاد نوع austenitic و كمك زبانه و نشيمنگاه نرم و سبك، بر مشكلات جابجا كردن مواد شيميايي و خطر آتش‌سوزي فائق آمده‌اند. توضيح آن كه در صورت بروز آتش‌سوزي و از بين رفتن قسمت نرم زبانه، قسمت فلزي زبانه بكار مي‌افتد و مانع از توسعه آتش مي‌شود. كار اين نوع شيرها روان و نرم بوده و با گشتاور كم، كار مي‌كند كه اين خود در مواقعي كه از دور كنترل مي شود امتياز اين شير محسوب مي گردد.

اين نوع شيرها اعم از اين كه دهانه داخل گلوله كامل ساخته شده باشد يا كاهش يافته باشد، داراي حداقل تلاطم و افت فشار مي‌باشند.

شكل (1-11) دو نماي داخلي از ball valve

اين نوع شير در درجات مختلف حرارت و با فشارهاي مختلف كار مي‌نمايد. اصولاً اين شير از دو نوع ساخته شده گلوله ‌اي شناور و گلوله اي سوار شده روي محور گردنده ساختمان شير ممكن است يكپارچه يا باز شونده از قسمت فوقاني شير يا ساخته شده از سه قطعه باشد، اين شير تا درجه حرارت C600 كار مي‌نمايند.

شير يكطرفه (Check valve)

از شير يك طرفه براي جلوگيري از بازگشت موادي كه (مايع يا گاز) به جلو فرستاده شده استفاده مي گردد. موارد و دلايل استفاده از شير يك طرفه در صنعت و وسايل خانگي فراوانند كه بعنوان نمونه چند مورد آن شرح داده مي‌شود:

1 – در منازل: روي ورودي آب به ساختمان قرار مي‌دهند كه در صورت قطع آب، مقدارآبي كه در وسايل و دستگاههاي خانگي و داخل لوله‌ها ذخيره شده به لوله اصلي برنگردد.

2 – لوله ورودي آب گرمكنها: كه بر اثر قطع آب و يا شكستن لوله در داخل ساختمان، آب ذخيره شده در مخزن آب گرم كن خالي نشود. شكل (1-12) را مشاهده كنيد.

3 – در پالايشگاه: شير يكطرفه را روي لوله خروجي تلمبه قرار مي‌دهند كه پس از انتقال مقدار لازم مواد نفتي و بستن تلمبه يا خاموش شدن اضطراري تلمبه، مواد ارسال شده نتواند برگردد. زيرا برگشت مواد فرستاده شده علاوه بر هدر رفتن انرژي مصرف شده براي ارسال آن، ممكن است طرف دريافت كننده مواد را نيز با كمبود فوري مواجه سازد. از اين مهمتر ممكن است فشار مايع برگشتي كه از همان مسير رفته، معكوس شود و در نتيجه تلمبه گريز از مركز را با سرعت فزاينده بچرخاند و سرعت آنقدر زياد شود كه تلمبه داغ شده، از كار بيفتد و حتي منفجر شود.

طرز كار شير يك طرفه (Check valve)

در اين نوع شير فشار مايع يا گاز دريچه شير (Disc) را بلند مي كند و باعث عبور مايع يا گاز مي‌شود، تا زماني كه فشار زير دريچه، بيشتر از فشار روي آن باشد، شير باز مي‌ماند و عبور مايع يا گاز ادامه مي‌يابد. اگر به هر علتي (خاموش شدن تلمبه، نرسيدن مايع ورودي و غيره) فشار زير دريچه كمتر از فشار روي آن بشود وزن خود دريچه و فشار موادي كه قصد برگشتن دارند، باعث بسته شدن شير و جلوگيري از برگشت مواد مي‌شوند. اگر مايعي كه بايستي تلمبه شود تميز نباشد، براي جلوگيري از ورود اجسام مزاحم به داخل تلمبه، يك صافي قبل از شير يكطرفه قرار مي‌دهند و هرچند وقت يكبار آن را تميز يا تعويض مي‌كنند.

شكل (1-12)الف - نمايي از شير يكطرفه (Check valve)

شكل (1-12)ب – ساختمان شير (Check valve)

اين نوع شيرها به چهار نوع اصلي تقسيم مي‌شوند

1 – شير يكطرفه گردان (Swing check valve)

2 – شير يكطرفه بلند شونده (Lift check valve)

3 – شير يكطرفه بي صدا (Non- slam check valve)

4 – مجموعه اي از شيرهاي (Check valve stop valve)

شير يكطرفه نوع گردان Swing check valve

در اين نوع شير حركت سيال تقريباً مستقيم است مانند شير كشويي و هنگامي كه هدايت مايع توسط تلمبه انجام گيرد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در صورت خاموش شدن تلمبه وزن دريچه باعث بسته شدن شير مي‌شود. طرح ساختمان شير از يك صفحه كه حول محور لولايي(Hinge) مي‌گردد تشكيل يافته است، انتخاب مناسبترين شكل و اندازه شير بستگي به پارامترهاي مختلف دارد. از جمله ، فشار كار دستگاه (Working Pressure)، درجه حرارت (Temperature) ، سرعت مايع (velocity of liqiued) افت اصطكاك مجاز (Premissible Friction losses) ، امكان شرايط سريع برگشت جريان سيال در سيستم كار دستگاه.

انواع مختلف شير يكطرفه swing check از نوع ساده يك لولايي در لوله كشي با قطر چند اينچي تا شير چندين دريچه‌اي با قطر چند فوتي ساخته شده و در صورتي كه انتخاب نوع شير با رعايت عوامل گفته شده انجام گيرد، مي‌تواند تلاطم و اصطكاك را به حداقل كاهش دهد.

شكل (1-13) شير يكطرفه گردان (Swing check valve)

شير يكطرفه بالا رونده lift check valve

در اين نوع شير برحسب نوع بندآور سيال بشرح زير تقسيم مي‌شود:

الف ) Disc check در اين دستگاه براي يكطرفه بودن از Disc استفاده مي‌شود.

Ball check در اين نوع براي يكطرفه بودن از گلوله استفاده مي‌شود.

Piston check با كمك پيستون و سيلندر، هنگام كار صفحه مقاوم مقابل جريان سيال تشكيل مي شود.

Screw down stop and check valve ساختمان اين نوع شير طوري است كه مي‌تواند disc ، بطور مستقل از جريان سيال، در حال بسته بودن قرار گيرد يا بالا رفتن disc را تا حد معيني محدود كند. اين نوع شير در لوله كشي با قطر 24 اينچ در فشار بالا براي جريان مايع و گاز استفاده مي‌شود.

شكل (1-14) يكي از كاربردهاي شير يكطرفه (Check valve) در صنعت

وضعيتهاي مختلف شير يكطرفه بالا رونده (دريچه آزاد كروي) lift check valve

حركت سيال در اين نوع شير، شبيه حركت سيال در شير گلوله‌اي است.

حركت سيال باعث بالا رفتن ديسك و بالاخره باز شدن شير مي‌شود.

بمحض قطع جريان سيال قوه ثقل سيال، Disc را به طرف نشيمنگاه مي‌كشاند. در صورتيكه اين نوع شير بطور عمودي كار گذاشته شود. فشار سيال زبانه را از محل نشمينگاه جدا مي كند و هنگام قطع جريان فشار سيال ديسك را به جاي خود برمي‌گرداند. حال در صورتي كه جريان سيال بطور معكوس ادامه يابد، زبانه اجازه مي دهد كه سيال جريان يابد. اصولاً شير يكطرفه بالارونده هنگامي صحيح كار مي‌كند كه بطور افقي نصب گردد و به همين دليل اين نوع شير را شير افقي يك طرفه بالا رونده مي‌نامند. شير گلوله اي هم يك نوع شير يكطرفه است، با اين تفاوت كه جريان سيال بطور مستقيم نمي‌باشد. حركت سيال همانطور كه قبلاً گفته شد باعث باز شدن شير از طريق بالا رفتن گلوله مي‌شود. اين نوع شير نيز بدون حالت عمودي و افقي ساخته شده است.

شير پرده اي (ديافراگمي) Diaphragm valve

اين نوع شير از سه قسمت مهم تشكيل شده: بدنه Body ، ديافراگم Diaphragm و سرپوش Bonnet. ديافراگم، از پرده لاستيكي تقويت شده يا جنس قابل ارتجاع ديگر ساخته شده كه با حركت دسته شير، پرده قابل ارتجاع بالا و پايين شده. مجراي عبور سيال را كم و زياد و در نتيجه مقدار سيال را كنترل مي‌نمايد. ديافراگم محتواي شير را از مكانيسم باز و بستن آن جدا مي‌كند. لذا احتياج به وسايل آب‌بندي ندارد. در صورتي كه مواد از اطراف شير بيرون بريزد نشانه سوراخ بودن پرده است كه بايد تعويض گردد. از اين نوع شير براي كنترل مواد خورنده مانند اسيدها استفاده مي شود. بايد توجه داشت كه بكار بردن شير ديافراگمي براي مواقعي كه درجه حرارت زياد است بي‌فايده خواهد بود. زيرا در درجه حرارت زياد ديافراگم ذوب مي‌شود، مي توان ديافراگم را از مواد پلاستيكي كه در مقابل حرارت مقاوم باشند ساخت ولي از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست. اين نوع شيرها داراي خاصيت خوب بستن مي‌باشند بطوري كه در حالت بسته شدن بهيچ وجه سيال ازآن عبور نمي‌كند از اين نوع شير در فشار پايين و درجه حرات كم استفاده مي شود.

نموداري از يك شير ديافراگمي

ديافراگم دستگاه از اجناس مختلف ساخته شده بطوريكه بتواند در مقابل شرايط فيزيكي و شيميايي سيال مقاومت نمايد. در هر صورت مكانيسم ساختماني جدا كننده، ديافراگم باعث اين مي‌شود كه مطمئن باشيم روغن‌كاري قسمتهاي متحرك سرپوش (Bomet) موجب آلودگي سيال نشده و مجراي سيال پاكيزه مي‌ماند، همچنين باعث مي شود كه قسمتهاي دستگاه از ساييدگي و خورده شدن محفوظ بماند و بهمين علت است كه بطور طبيعي جنس بدنه، نيازي به ساختمان مواد مقاوم ندارد.

از انواع ديافراگم‌ها مي‌توان در درجه حرارت منهاي 65 الي 200 درجه سانتيگراد استفاده نمود. در انواع فرآورده هاي شيميايي ، همچنين در كارخانجات مواد غذايي، لبنيات، فرآورده هاي نفتي و صنايع گازي مي‌توان مواردي از كاربرد شير ديافراگمي را مشاهده نمود.

ويژگيهاي شيرهاي ديافراگمي

- سايز تا 20 اينچ

فشار طراحي تا 16 بار

دماي كاركرد بين 240 تا 450 درجه كلوين

ظرفيت Cu براي سايزهاي تا 14 اينچ: 10.000 تا Cu=90

جنس از مواد مختلف يافت مي شود

نحوه اتصال: فلنجي ، پيچي و جوشي مي باشد

موارد مصرف در جريانهاي لجني و خورنده

معايب آن دما و فشار پايين و جريانهاي ضعيف است

شكل (1-15) نماي داخلي شير ديافراگمي (Diaphragm valve)

شيرهاي پروانه اي (Butterfly valve)

يكي از ساده‌ترين شيرهايي كه كاربرد صنعتي آن در واحدهاي نفت و پتروشيمي متداول است شير صنعتي پروانه‌اي است. ساختمان آن از يك بدنه معمولي و يك صفحه مدور كه تقريباً در وسط قرار دارد تشكيل شده است. اين صفحه حول ميله‌اي در حدود 90	مي‌گردد و بوسيله اهرمي به قسمت حركت دهنده شير وصل مي‌باشد. اين محرك ممكن است دستي يا بوسيله فشار هوا يا برق باشد.

شيرهاي پروانه اي كوچك را در اندازه‌هاي 4 اينچ الي 24 اينچ مي‌سازند.

موارد استفاده از شيرهاي پروانه اي

1 – ايستگاه نيروي حرارتي

2 – ايستگاه نيروي هيدروليكي

3 – صنايع ، بخصوص صنايع نفت، گاز، پتروشيمي و ساير رشته‌هاي صنعتي

4 – در مورد لوله كشي آب و فاضلاب

امتيازات شير پروانه اي

1 – كم بودن وزن و اندازه (سبك وزن بودن)

2 – عدم لزوم به تكيه گاه اضافي

3 – سوار كردن فوري و افت فشار كم

4 – استفاده از محرك (ساده و آسان)

5 – استفاده از شير براي بستن و باز كردن و كنترل كردن سيال

شيرهاي ايمني Safety or Relief Valves

كمپرسورها، ديگهاي بخار، توربينها، ظروف و لوله ها و ساير تأسيسات تحت فشار كه محتوي گاز يا مايعات هستند اغلب شرايط كارشان طوري است كه با فشار بالا رونده تحت كنترل مواجه مي‌باشند.	بعضي اوقات امكان دارد دستگاههاي كنترل كننده خراب شده و وظيفه خود را درست انجام ندهند و باعث بالارفتن فشار دستگاهها بيش از حد مجاز شوند. در اين صورت امكان صدمه ديدن و تركيدن انفجار و در نتيجه وارد آمدن خسارت جاني و مالي فراواني وجود دارد. اين شيرها در فشاري كه سازنده مشخص كرده است باز مي‌شود كه براي گازها، هوا، بخار و غيره (باستثناي مايع) بكار برده مي‌شود. اين شيرها بطور خودكار از افزايش غير مجاز فشار بر روي ظروف تحت فشار و سيستم لوله ‌كشي جلوگيري مي‌كنند.

شير ايمني بطور خودكار از افزايش فشار قبلاً تعيين شده گاز، جلوگيري مي‌كند، بعبارت ديگر در مواقع لزوم مقدار لازم گاز، بخار آب يا هوا را تخليه مي‌نمايد تا فشار دستگاه به اندازه مجاز برسد. دريچه هاي اطمينان را بايد طوري انتخاب كرد كه در صورت بهم خوردن تعادل فشار ظرف (در حدود ده درصد بيش از فشاري كه ظرف بايد معمولاً نگهدارد و يا در حد بالاترين فشاري كه ظرف مي‌تواند تحمل كند) شير اطمينان باز شده و مقادير مايع يا گاز را خارج كند. سطح دريچه اطمينان را بالاتر يا مساوي سطح دريچه شير ورودي ظرف و يا مخزن مورد نظر باشد.

گازهاي خارج شده از شير ايمني اگر مضر نباشند (مانند هواي فشرده و بخار آب) در فضا رها مي‌شوند ولي اگر مسموم كننده يا قابل اشتعال باشد به داخل سيستم جمع‌آوري گازهاي بي مصرف هدايت شده و در مشكل پالايشگاه سوزانده مي‌شوند.

شيرهاي اطمينان بر سه نوعند:

1 – شيرهاي اطمينان با فنر

2 – شيرهاي اطمينان وزنه اي

3 – شيرهاي اطمينان با فنر و ديافراگم

شيرهاي خودكار Automatic control valves

اين نوع شيرها با نيرويي غير از نيروي انسان كار مي‌كنند و جريان و فشار و درجه حرارت يك پروسه را متناسب با فرمانهايي كه مي‌گيرند تنظيم مي‌نمايند.

فرمانهايي كه براي تنظيم پروسه فرستاده مي‌شود ممكن است هوايي، برقي و يا هيدروليكي باشد، بين فرمانها، فرمان هوايي از دو نوع ديگر معمولتر است.

شير سولنوئيدي

سولنوئيدسيم پيچي روپوش‌دار است كه قابليت جريان برق را دارد. اگر از سيم‌پيچ جريان برق عبور داده شود يك ميدان مغناطيسي در اطراف آن ايجاد مي‌شود كه مي‌تواند مانند يك آهنربا عمل كند و اجسام آهني را جذب نمايد. در صنعت از اين خاصيت سولنوئيد استفاده مي‌كنند و شيرهاي مختلف را باز و بسته مي‌نمايند و آنرا شير سولنوئيدي مي‌نامند. در بعضي از سولنوئيدها مي‌توان شدت جريان را كم و زياد كرد و شير را بمقدار دلخواه باز و بسته نمود.

طرز عمل بدينصورت است، سيم روپوش‌دار به دور يك استوانه توخالي پيچيده شده است درون استوانه يك فنر و يك ميله باريك كه در قسمت پايين قطورتر است قرار دارد. ( قسمت قطور ميله از آهن است كه جذب آهنربا مي‌شود) اگر از سيم‌پيچ، جريان برق را عبور دهيم در اثر بوجود آمدن ميدان مغناطيسي و خاصيت گرايش قسمت قطور ميله بدرون ميدان مغناطيسي بطرف بالا كشيده مي‌شود و فنر را فشرده مي‌نمايد. حال اگر جريان برق را قطع كنيم، ميدان مغناطيسي از بين مي‌رود و نيروي فنر ميله را بطرف پايين مي‌راند پس هرگاه جريان برق از سولنوئيد عبور كند شير بسته مي‌شود و چنانچه جريان قطع شود شير باز مي‌شود.

اين شيرها معمولاً ظريف در اندازه‌هاي تا 1 اينچ هستند. اين شير در صنايع كاربرد زياد دارد ، خصوصاً در مواقع ضروري و فوري براي بستن راههاي خروجي دستگاههاي كنترل كننده به شيرهاي كنترل مي‌باشد. بعبارت ديگر بمنظور جلوگيري از حادث مخرب مالي كه باعث از كار افتادن فوري دستگاه مي‌شود، از اين شير استفاده مي‌شود.

شير مخصوص آتش‌نشاني

اين نوع شير براي استفاده آب بمنظور خاموش نمودن حريق بكار مي‌رود. اين شيرها به دستجات مختلف تقسيم مي‌شوند از جمله شير آتش‌نشاني زميني كه سه دسته است.

1 – Screw down hydrant

2 – Sluice valve type

3 – Pillar hydrant

شير نوع اول در پياده‌رو خيابانها نصب مي‌شود (با قسمت قطع كننده) كه قسمت خروجي به لوله آتش‌نشاني وصل شده است. شير نوع دوم ورودي آن به منبع اصلي و خروجي آن به لوله لاستيكي آتش‌نشاني. شير نوع سوم كه درحقيقت يك نوع شير زميني است كه توسط يك ميله ثابت يا لوله ايستاده به لوله آتش نشاني وصل مي‌شود.

شير مخلوط كننده(Mixing valve)

1 – Thermostatic (كنترل كننده حرارت) اين شير بطور خودكار جبران تغييرات درجه حرارت و فشار در قسمت ورودي شير را مي‌نمايد تا بتوان درجه حرارت مورد نظر را پس از اختلاط بدست آورد و آن را حفظ كرد.

2 – Non Thermostatic كار آن شبيه نوع اول است با در نظر گرفتن اينكه درجه حرارت خارجي انتخاب شده برحسب فشار ثابت و درجه حرارت سيال در قسمت ورودي شير باشد. حدود اندازه شير در مورد سيال مخلوط شده بين تا 2 اينچ و درجه فشار حداكثر N/m2 K-840 حداكثر جريان سيال /min Lit-600 .

شير انتهايي (Foot valve) طرز كارش از لحاظ اصولي مانند ساير شيرهاي يك طرفه است. بر روي لوله ورودي تلمبه‌هايي كه از چاه عميق آب يا ... مي‌كشند بكار مي‌رود. شير در انتهاي لوله ورودي نصب و داخل مايع تلمبه شدني قرار مي‌گيرد بطوريكه هرگاه تلمبه به هر علتي خاموش شد تمام لوله ورودي و تلمبه پر از مايع باقي بماند و هميشه آماده راه اندازي باشد.

شيرآلات و عبارات كلاسه‌بندي نشده

با كمي تفاوت شيرآلات زير نوعي غير از آنچه قبلاً توضيح داده شده نيستند، عبارات آورده شده فقط براي تشريح شيرآلات برحسب سرويس يا عملكرد مربوطه بكار مي‌روند.

Barstock valve: هر شيري كه داراي يك بدنه ماشينكاري شده از قطعه فلطي باشد. معمولاً از انواع كروي globe يا سوزني needle مي‌باشد.

Bibb: شيري كوچك با سر رو به پايين ، شبيه شير آب

Bleed valve: شير كوچك جهت تخليه سيال

Block Valve: يك شير on/off معمولاً از نوع شير دروازه‌اي كه در قسمت ذخيره كارخانه كار گذاشته مي‌شود.

Blow down valve: معمولاً به شيري اتلاق مي‌شود كه جهت تخليه لجن و رسوبات از درام‌هاي بويلرها و مخازن، driplegها و غيره بكار مي‌رود.

Breather valve: يك شير خودكار مخصوص كه روي تانكهاي ذخيره و يا ساير موارد است كه جهت تخليه بخار يا گاز در اثر افزايش كم فشار داخلي قرار داده مي‌شود(در محدوده 5/0 تا 3 انس در اينچ مربع) بكار مي‌رود.

Diaphragm valve: مثالهايي از شيرهاي ديافراگمي كامل كه قطع جريان بوسيله ديافراگم صورت مي‌گيرد. اين نوع شيرها براي تنظيم جريان گل و لاي هاي سيالات خوانده و نيز سيستم‌هاي خلاء مناسب مي‌باشند. واژه“ شير ديافراگمي” براي شيرهايي كه داراي يك آب بند ديافراگمي بين بدنه و دسته مي‌باشند نيز بكار مي‌رود.

Drain Valve: شيري جهت تخليه مايعات از يك خط يامخزن. انتخاب شير تخليه و روش اتصال آن بستگي به نامطلوب بودن تله شده و گير افتادن ماده تخليه شونده دارد. اين مسأله در مورد گل و لاي‌ها و مايعاتي كه در شرايط زير قرار دارند بسيار مهم است. (1) جامد شدن در اثر سرمايش يا پليمريزاسيون(2) تجزيه

Drip Valve: يك شير تخليه نصب شده در زير يك نشتي‌گير dripleg براي جلوگيري از تخليه مواد

Flap Valve: يك شير يك طرفه داراي يك ديسك لولايي يا درپوش لاستيكي يا چرمي كه جهت خطوط كم فشار بكار مي‌رود.

Header Valve: يك شير عايق كه در محل اتصال يك انشعاب و Header نصب مي‌شود.

Hose valve: يك شير دروازه‌اي (gate) يا كروي (globe) كه يكي از دو سر آن داراي قلاويز است تا اتصال به يكي از لوله هاي رزوه‌دار استاندارد مرسوم در آمريكا صورت پذيرد. اين شيرها جهت اتصالات آتش‌نشاني و موتورها بكار مي‌روند.

Isolating Valve: يك شير قطع/ وصل جهت عايق نمودن قسمتي از فرايند يا تجهيزات سيستم لوله‌كشي.

Knife edge Valve: يك شير دروازه اي تك ديسك تك نشيمن(Slide gate) با يك ديسك كه لبه اي چاقو مانند دارد.

Mixing Valve: ميزان در جريان ورودي را جهت توليد جريان خروجي مطلوب تنظيم مي‌نمايد.

None return valve: هر نوع شير يك طرفه

Paper stock valve: يك شير دروازه اي تك ديسك تك نشيمن(slide gate) با ديسك پخ خورنده يا داراي لبه چاقويي كه جهت تنظيم جريان خمير آبكي كاغذ و ساير فاضلابهاي فيبردار بكار مي‌رود.

Root Valve: (1) شيري جهت عايق نمودن يك المان فشاري يا ابزار دقيق از يك خط يا مخزن

(2) شيري كه در ابتداي انشعاب گرفته شده از Headr نصب مي‌شود.

Sampling valve: شيري كوچك جهت تخليه سيال

Shut off valve: يك شير on/off در خط ورودي يا خروجي تجهيزات جهت قطع و وصل جريان بكار مي رود.

Slurry valve: يك شير با ديسك لبه جاقويي كه جهت كنترل جريان گل و لاي‌هاي بدون سايش بكار مي‌رود.

Spiral Sock valve: يك شير كه جهت كنترل پودرها با استفاده از يك تيوب بافته شده بكار مي‌رود.

Stop valve: يك شير on/off كه معمولاً از نوع كروي (globe) است.

Throttling Valve: هر نوع شير كه جهت تنظيم دقيق جريان در حالت شير فقط باز بكار مي‌رود.

Vaccum breader: يك شير خودكار خاص، يا هر شير مناسب جهت كروي خلا، با عملكرد دستي يا اتوماتيك كه جهت اجازه دادن به ورود گاز (معمولاً هواي اتمسفر) به يك محيط خلاء يا كم فشار نصب مي‌شود. چنين شيرهايي در بالاترين نقطه لوله‌كشي يا مخازن جهت امكان تخليه و گاهي نيز جلوگيري از siphoning نصب مي‌شوند.

Quick acting Valve : هر نوع بهتر on/off با عملكرد سريع چه با اهرم دستي، فنر يا توسط پيستون يا سلونوئيد كار مي‌كند و يا اهرم با رابط قابل ذوب در برابر حرارت كه موجب آزاد شدن يك وزنه مي‌شود و به دنبال آن شير عمل مي‌كند. شيرهاي عملكرد سريع در خطوط حاوي مايعات اشتعال‌زا بكار مي‌روند. براي سرويس آب و مايعات معمولي بدون استفاده از يك تيم‌هاي ايمني (متعادل كننده هيدروليكي، ضربه‌گير يا منبع آب) جهت حفاظت لوله‌كشي در برابر شوك، مناسب نمي‌باشند.

عملکرد شیرها

جدول 73-2 مفاهیم و عملکرد شیرها را نمایش می دهد .

عملکرد شیرها بر حسب شیرهای کاملاً باز یا بسته ( ON/OFF ) و یا برحسب قابل تنظیم بودن یا نبودن و همچنین بر حسب نوع کاربرد آن در سیالات مختلف در چارت 74-2 به صورت کامل ارائه شده است.

USES OF VALVES TABLE 73-2

SEE SECTION	EXPLANATION	VALVE ACTION
3.1.4 and 3.1.6	STOPPING OR STARTING FLOW	ON/OFF
3.1.5.3.1.6 and 3.1.10	VARYING THE RATE OF FLOW	REGULATING
3.1.7	PERMITTING FLOW IN ONE DIRECTION ONLY	CHECKING
3.1.8	SWITCHING FLOW ALONG DIFFERENT ROUTES	SWITCHING
3.1.9	DISCHARGING FLUID FROM A SYSTEM	DISCHARGING

قسمت های مختلف شير

در کاتولوگهای سازندگان شیرها معمولاً موارد زیر را می توان برای قسمتهای مختلف یک شیر در نظر گرفت .

1-دیسک و نشیمنگاه (Seat) که مستقیماً در دبی جریان تاثیر دارد .

2- دسته (Stem) که دیسک را حرکت می دهد و در بعضی از شیرها جریان تحت فشار کار Stem را انجام می دهد .

3- بدنه و درپوش (Bonnet) که محل قرار گیری دسته می باشد .

4- اپراتور(Operator) که دسته را حرکت می دهد به اپراتور Handweel هم می گویند .

شکل 75-2 تا 78-2 سه نوع شیر را با اجزا مختلفشان نمایش می دهد .

FIGURE 2- 75 - GATE VALVE (OS&Y . boltedbonnet Rising stem )

FIGURE 2-76 - GLOBE VALVE (OS&Y . boltedbonnet Rising stem)

FIGURE 2-77 - VALVE ( IS . bolted bonnet non Rising stem)

دیسک port seat

شکل 74-2 انواع مختلف شیرها را برحسب مکانیزم کاری برای کنترل و یا متوقف کردن جریان که این مکانیزمها توسط دیسک و یا نشیمنگاه انجام می شود را نمایش می دهد .

حرکت دادن قسمتی که تاثیر مستقیم در جریان می گذارد را دیسک می نامند . قسمتی که نشیمنگاه است و معمولاً لغزنده می باشد را seat یا نشیمنگاه می نامند . port یا درگاه ماکزیمم سوراخ است که می تواند بیشترین دبی جریان را عبور دهد .

دیسک ها می توانند حرکت کنند توسط جریان و یا توسط دسته بصورت خطی و یا چرخشی و یا مارپیچی . دسته تحت کنترل اتوماتیکی و یا مکانیکی می تواند بصورت دستی ، هیدرولیکی ، پنوماتیکی و یا الکتریکی حرکت داده شود .

سایز شیر توسط سایز انتهای شیر که متصل به لوله می شود مشخص می شود و معمولاض سایز port کمی کمتر است .

2-78 ، دسته شیر HAMMER - BLOW

دسته ( Stem )

در حالت کلی برای دسته دو حالت وجود دارد : Rising stem که در شکلهای 75-2 و 76-2 نمایش داده شده و Non rising stem که در شکل 77-2 نمایش داده شده است .

Rising stem داخل پیچ یا خارج پیچ می باشد که در حالت خارج پیچ دسته در خارج پیچ دسته در خارج درپوش bonnet قرار می گیرند .

شکل 79-2 ، دسته شیر HANDLEVERS

Stem توسط تنظیم کننده دستی ( دسته شیر ) حرکت داده می شود .

None – rising stem : در این حالت دسته و تنظیم کننده دستی ( دسته شیر ) در دو قسمت می باشند و دندانه پیچ در داخل bonnet درپوش قرار دارد .

بدنه ، درپوش ( Bonnet )

انتخاب صحیح جنس برای بدنه مسئله مهمی است که توسط نوع فرایند از لحاظ شیمیایی مشخص می شود .

شیرها براساس نوع اتصالات(fiting)یا مخازن یا به لوله می توانند از نوع فلنچی،پیچی یا Soket welding

یا but welding و یا صورتهای سفارش دیگر باشد .

آبندی یا SEAL :

در کلیه شیرها که دسته دارند تجهیزات آبندی بین دسته و درپوش یا بدنه باید انجام گیرد که این تجهیزات را میتوان در شکل های نمایش داده شده ملاحظه فرمایید .

اپراتور یا عملکردهای تنظیم دستی ( Manual operator)

Handlever : استفاده می شود برای حرکت دادن دسته در شیرهای Butterfly کوچک و یا شیرهای Ball چرخنده و یا شیرهای کوچک و همچنین دسته شیرهای Wrench برای شیرهای کوچک و Plugvalve ها نیز بکار می روند .

Handwheel : پرکاربردترین نوع دسته شیر است که باعث چرخش دسته ( Steem) می شود در شیرهای Gate ( دروازه ای ) و Globe و یا دیافراگمی

Chain : این دسته شیر هنگامی بکار می رود که Hand weel غیر قابل دسترس باشد .

Gear : این دسته شیر هنگامی بکار می رود که احتیاج به گشتاور زیادی برای چرخاندن دسته باشد . برای راهنماییی این شیرها برای سایزهای 14 اینچ به بالا در کلاسهای 300، 150،125پوند . و 8 اینچ برای کلاسهای 400،600 پوند و 6 اینچ به بالا برای کلاسهای 1500.900 و 4 اینچ به بالا برای کلاسهای 2500 .

Power operator : دسته شیرهای پنوماتیک ، هیدرولیک یا الکتریکال می باشند و برای حالتهایی که :

1- شیر در محوطه کاری خودش کنترل باید شود و یا فضای کافی برای دسته شیرهای بلند نداریم .

2- احتیاج به سرعتهای زیاد برای بازو بستن شیر داریم که کارگر نمی تواند با این سرعت عمل کند .

در موارد ذکر شده در بالا دسته را به موتوری که توسط نیروهای پنوماتیکی ، هیدرولیکی یا الکتریکی کنترل می شوند متصل می کنند .

انتخاب شیرهای ( ON/OFF) قطع و وصل و تنظیم کننده جریان

مناسب بودن یک شیر برای یک سویس خاص بستگی به ساختار ماده تشکیل دهنده آن که در ارتباط با نوع سیال می باشد و همچنین طراحی مکانیکی آن دارد . با توجه به توضیحات بخش های قبل مراحل انتخاب یک شیر عبارت است از : (1) جنس شیر (2) نوع دیسک(3) نوع دسته (4) وسایل محرک کننده دسته شیر (5) نوع درپوش (6) نوع اتصال شیر : جوشی ، فلنچی، غیره (7) زمان تحویل (8) قیمت (9) تضمین عملکرد برای شرایط سخت و طاقت فرسا

جدول 74-2 راهنمایی برای انتخاب شیر بوده ، و نشان دهنده شیر آلات در سرویس های مورد نیاز می باشد

نحوه خواندن این جدول از چپ به راست است . ابتدا باید مایع ، گاز یا پودر بودن سیال داخل شیر تعیین شود سپس » نوع سیال از لحاظ خوراکی یا دارویی مورد بررسی قرار گیرد که آیا در انتقال مواد اصول بهداشتی رعایت گردیده و آیا مواد شیمیایی خاصیت خورندگی دارند یا خنثی و بدون این خاصیت می باشند .

سپس نحوه عملکرد شیر باید مد نظر قرار بگیرد مانند عملکرد ON/OFF ( باز و بسته ) ، یا تنظیم کننده جهت کنترل سیال یا برای تنظیم میزان مواد عبوری از شیر با در نظر گرفتن این عوامل می توان نوع شیر آلات مناسب با عملکرد مطلوب در سرویس های مورد نظر را از جدول مورد بحث بدست آورد .

در صورت امکان می توان از نشریه شرکت crone تحت عنوان تام انتخاب شیر مناسب به عنوان مرجع استفاده نمود .

شیرآلات مناسب برای سرویس باز و بسته ( on/off )

در لوله کشی صنعتی کنترل بر روی قطع/ وصل جریان معمولاً توسط شیرهای دروازه ای ( Gate ) صورت می گیرد . اکثر انواع شیرهای دروازه ای برای تنظیم جریان مناسب نمی باشند .

در اثر ارتعاش دیسک در حالتی که شیر بسته است باعث خوردگی سطح دیسک و نشیمنگاه می شود . برای برخی سیالات ، استفاده از شیرهای کروی ( Globle ) جهت سرویس های قطع / وصل(on/off) می تواند مناسب باشد . چرا که بصورت محکم تری در محل خود بسته می شوند . بهر حال از آنجا که کار اصلی شیرهای کروی globe تنظیم جریان می باشد ، در بخش های بعدی توضیح داده شده اند .

انواع شیرهای نوع دروازه ای ( Gate valves )

Solid wedge gate valve

شیر کشویی گوه ای لغزنده دارای یک دیسک گوه ای صلب یا انعطاف پذیر می باشد . علاوه بر سرویس های قطع / وصل (on/off) ، این شیرها را می توان جهت تنظیم جریان ، معمولاً برای سایزهای بزرگتر مساوی 6in ، بکار برد . اما چنانچه دیسک مربوطه در طول مسیر بطور کامل مهار نشود دچار لرزش خواهد شد . برای اکثر سیالات از جمله بخار ، آب روغن ، هوا و گاز مناسب می باشد . گره انعطاف پذیر جهت غلبه بر چفت شدن شیر بهنگام کاهش دما در سرویسهای دما بالا ، و به حداقل رساندن گشتاور محرک لازم بوجود آمد . گوه انعطاف پذیر در اینجا نشان داده نشده است . می توان این نوع دیسک را به دو چرخ قرار گرفته روی یک محور خیلی کوتاه شبیه دانست .

شکل 80-2 : شیر دروازه ای SOLID WEDGE

Double dise parallel – seats gate valve

دارای دو دیسک موازی می باشد که در هنگام بسته شدن شیر بوسیله یک راهنمای فشاری spreader در محل نشیمنگاههای خود فشرده می شوند . در دماهای عادی جهت مایعات و گازها بکار می رود . برای تنظیم

جریان مناسب نمی باشند . برای جلوگیری از ایرادات ناشی از مونتاژ مانند قفل شدن دیسک ها ، نصب آنها معمولاً بصورت عمودی می باشد ، بطوریکه دسته شیر رو به بالا قرار می گیرد .

Double disc ( split wedge ) gate valve : دیسکها بصورت گوه بدون استفاده از راهنمای فشاری روی نشیمنگاه های زاویه دار قرار می گیرند . شرح آن مانند شیر دروازه ای دو دیسک با نشیمنگاههای موازی می باشد . اما برای شیرهای کوچک با سرویس های بخار ساخته می شود . اغلب ساختار این نوع شیرها امکان گردش دیسک و توزیع نواحی آسیب دیده را می دهد .

Single seat single disc gate valve : جهت انتقال آبکی خمیر کاغذ و سایر سوسپاسیون ها و برای گازهای فشار پایین بکار می روند . در صورتی که جریان از طرف نشیمنگاه وارد شود عملکرد مطلوبی نخواهد داشت . چنانچه نیاز به سفت کردن شیر نباشد برای تنظیم جریان مناسب می باشد .

Single disc parallel seats gate valve : بر خلاف شیر لغزشی تک نشیمنگاه ، ورود جریان به این شیر از هر دو طرف می تواند صورت گیرد . تنش در دسته و درپوش این نوع شیر نسبت به شیرهای دروازه ای از نوع گوه ای کمتر می باشد . عمدتاً جهت هیدرو کربن های مایع و گازها بکار می روند .

Plug gate valve : این شیر دارای یک دیسک مخروطی با سطح مقطع دایره ای است که به بالا و پایین حرکت می کند . برای مسدود کردن مسیر یا عبور کامل جریان مناسب بوده اما فقط در سایزهای کوچک موجود می باشد .

Pluge valve : مکانیزم آن در جدول 74-2 نشان داده شده است . اما دیسک آن می تواند بصورت استوانه ای باشد اما بهتر است مخروطی باشد . از فواید آن کم حجمی و حرکت دورانی 90 درجه آن می باشد . شیر plug باریک مخروطی در بعضی موارد در موقعیت خود قفل می شود و نیاز به گشتاور محرکه زیادی دارد . این مساله تا حدی با استفاده از نشمینگاه یا اصطکاک کم ( تلفون ، غیره ) یا توسط روغنکاری

( با این مشکل که سیال دچار آلودگی می شود ) قابل رفع است .

مشکل اصطکاک در مکانیزمهایی که در آنها دیسک قبل از دوران در موقعیت خود از نشیمنگاه جدا می شود ، یا در طراحی های خارج از مرکز نیز وجود دارد . استفاده های اصلی از این نوع شیر برای آب ، روغن ها ، فلاضلاب ها و گازها می باشد .

شکل 81-2 : شیر دروازه ای PLUG GATE VALVE

Line blind valve :	این یک وسیله برای مسدود کردن مسیر می باشد که شامل فلنج با یک دیسک از نوع Specticale یا دیسک کور کننده می باشد . توضیح و مقایسه این شیر با سایر مسدود کننده ها در بخش بعدی آمده است .

شیرآلات مناسب برای تنظیم جریان

Globe valve از نوع مسثقیم یا زاویه ای : از این شیر اغلب جهت تنظیم جریان استفاده می شود . برای خطوط با سایز بزرگتر از 6in جهت کنترل جریان معمولاً از شیرهای دروازه ای یا پروانه ای مناسب استفاده می شود . برای داشتن عملکرد بهتر ، توسط سازندگان توصیه شده که عبور جریان از سمت دسته به نشیمنگاه باشد ، تا به بسته شدن خط کمک نماید و مانع لرزش و برخورد دیسک به نشیمنگاه در حالتی که شیر بسته باشد شود . در مواد زیر جهت جریان باید از نشیمن گاه به طرف دسته باشد (1) چنانچه خطر جدا شدن دیسک از دسته و مسدود شدن شیر وجود داشته باشد ، یا (2) از یک دیسک ترکیبی استفاده شده باشد ، چرا که این جت جریان تنش های خستگی کمتری اعمال خواهد نمود .

Angle valve : یک نوع شیر کروی globe می باشد که سرو ته بدنه آن نسبی به هم زاویه 95 دارند ، و استفاده از آن موجب صرفه جویی در مصرف زانویی 90 درجه می شود . به هر حال ، مسیرهای زاویه دار در لوله کشی اغلب در معرض تنظیم های بیشتری نسبت به مسیرهای مستقیم قرار می گیرند ، که در این نوع شیر باید مورد توجه قرار گیرد .

شکل 82-2 : شیر GLOBE VALVE

Regular disc glob valve: برای تنظیم دقیق جریان مناسب نمی باشند چرا که دیسک و نشیمنگاه نسبت به هم دارای تماس نقطه ای (تقریباً خطی) می باشند.

Plug type disc glob valve: برای سرویسهای تنظیم کننده ای که دارای شرایط سخت و در معرض مخلوط های جامد در مایع می باشند مانند سیستم تامین کننده آب بویلر، و سرویس تخلیه باد بکار می روند. بهنگام تنظیم جریان های محصور شده نسبت به شیرهایی با نشیمنگاه تنظیم کننده در معرض تنش خستگی کمتری قرار می گیرند.

Wye body glob valve: دارای مجراهای خطی و دسته 45 درجه نسبت به آنها با شکل y می باشد. به دلیل جریان آرام تری که در این شیر به وجود می آید جهت سیالات خورنده مناسب می باشد.

شکل 83-2 شیر WYE-BODY GLOBE

Composition glob valve:برای مواردی که تنظیم جریان مشکل و سفت شدن شیر لازم باشد مناسب است. ساختار قابل تعویض دیسک ترکیبی آن مشابه شیرهای آب می باشد. ارتعاشات در دیسک انعطاف پذیر خنثی می شود و مانع آسیب دیدگی نشیمنگاه و برای تضمین بسته بودن شیر مناسب می باشد. تنظیم جریان در یک محیط بسته موجب آسیب دیدگی سریع نشیمنگاه می شود.

Double disc globe valve : شامل دو دیسک قرار گرفته روی نشیمنگاه جدا از هم ، که توسط یک شفت بهم ربط داده شده اند . و عملگر را از تنش های ناشی از فشرده شدن سیال جریان یافته درون به شیر آزاد می سازد . عمدتاً جهت شیرهای کنترل و تنظیم کننده فشار بخار و یا سایر گازها بکار می رود . تضمینی جهت بسته شدن کامل آن وجود ندارد .

Needle valve : شیر سوزنی یک شیر کوچک است که برای کنترل جریان و تنظیم در مایعات و گازها بکار می رود . مقاومت در برابر جریان بطور دقیق توسط یک نشیمنگاه با سطح مقطع بزرگ کنترل می شود و تنظیم شیر بوسیله روزنه های ریز دسته صورت می گیرد .

شکل 84-2 : تصویر NEDDLE VALVE

Squeeze valve : شیر فشاری برای تنظیم جریان مایعات سنگینو لزج ، فاضلاب ها ، و پودر می باشد . حداکثر میزان بسته شدن آن حدود 80 % است که محدوده تنظیم شیر را معلوم می کند مگر اینکه نوع دیگری از این شیر که دارای یک هسته ( نشیمن گاه ) مرکزی می باشد بکار برده شده که در این صورت کاملاً بسته خواهد شد .

Pinch valve : هت تنظیم جریان مایعات سنگین و لزج ، فاضلاب و پودر می باشد . بسته شدن شیر بصورت کامل مقدور می باشد اما در این صورت امکان شکست سریع تیوپ انعطاف پذیر آن وجود دارد مگر اینکه در این زمینه طراحی مناسبی صورت گرفته باشد .

شکل

شکل 85-2 : شیر SWING CHECK

Butterfly valve : مزایای آن حرکت دورانی دسته ( 90 درجه یا کمتر ) ، کم حجمی و عدم تله شدن سیال در آن می باشد . در تمام سایزهایی موجود است و می توان با جنسی تولید کرد که نسبت به خوردگی مقاوم باشد و یا در مدل های سیستم های بهداشتی تولید کرد . این شیرها جهت گازها ، مایعات ، گل و لای ، پودرها و سیستم و خلا بکار می روند . نشیمنگاه پلاستیکی ارتجاعی که در اغلب موارد استفاده می شود دارای محدودیت دمایی می باشد ، اما بسته شدن شیر بصورت کامل در دماهای بالا در مدلی که دارای آب بند رینگی فلزی در محدوده دیسک است امکان پذیر می باشد . چنانچه شیر فلنج دار باشد ، می توان آنرا در بین فلنج پیچ و مهره کرد . فلنج های از نوع SLIP – ON یا SCREWD آب بند مناسبی با برخی شیرهای از نوع ویفری ( WAFER ) بوجود نخواهند آورد زیرا در آنها نشیمنگاه ارتجاعی موجود جهت انجام فعالیت آببندی مجموعه بزرگتر ساخته میشود .

شیرآلات برای جلوگیری از برگشت جریان :

تمام شیرآلات از این نوع ، جهت عبور جریان مایع یا گاز از یک جهت و جلوگیری از جریان آن در جهت عکس طراحی شده اند .

Swing check valve : شیرهای معمول از این نوع برای موادی که بطور متناوب جریان برگشتی وجود داشته باشد مناسب نیست چرا که باعث ضربه خوردن و صدمه دیدن دیسک خواهد شد . برای مایعات لزج بهتر است از یک دیسک ترکیبی استفاده نمود تا امکان آسیب دیدگی نشیمنگاه به حداقل برسد . می توان آنرا بصورت عمودی در جریانات رو به بالا یا بصورت افقی نصب نمود . شیر نصب شده بصورت عمودی ممکن است چنانچه سرعت جریان به آهستگی تغییر کند در حالت باز باقی بماند . می توان برای کمک به بسته شدن شیر یا متعادل کردن دیسک از سیستم اهرم و وزنه استفاده نمود بصورتیکه برای بازشدن شیر نیاز به سیال با فشار کمتری باشد .

Tiling check valve : برای حالاتی که جریان بطور مداوم معکوس می گردد مناسب است. شیر سریعاض بسته می شود و بسته شدن آن بهتر و با ضربه کمتری نسبت به swing check valve صورت می گیرد. در سرعت های بالا افت فشار بیشتر و در سرعت های پایین افت فشار کمتری نسبت به swing cheak valve دارند . می توان بصورت عمودی در جریانات رو به بالا یا افقی نصب شود . حرکت دیسک می تواند توسط یک ضربه گیر یا فنر کنترل شود .

Lift check valve : مشابه piston check valve می باشد . دیسک آن راهنما دار می باشد . اما فاقد ضربه گیر است . انواع فنری آن در هر جهتی می توانند نصب شوند . اما انواع بدون فنر باید طوری نصب شوند که دیسک در اثر نیروی جاذبه ثقل بسته شود . شیرهایی با دیسک ترکیبی نیز برای مایعات با لزجت زیاد و مخلوط ها موجود می باشد .

شکل 88-2 : شیر PISTON CHECK

Piston check valve : در جاهایی که تغییر مداوم جهت جریان وجود دارد مناسب می باشد . این شیرها به دلیل داشتن ضربه گیر یکپارچه ، کمتر در معرض ضربه ناشی از نوسانات جریان قرار می گیرند . انواع فنردار آنها در هر جهتی می توانند نصب گردند . انواع بدون فنر باید طوری نصب گردند که با نیروی جاذبه ثقل بسته شوند . برای سیالات سنگین و مخلوط ها مناسب نمی باشند .

Stop check valve : مثال اصلی کاربرد آن در سیستم های تولید بخار بوسیله چند بویلر می باشد ، جاییکه یک شیر بین هربویلر و لوله اصلی بخار کار گذاشته می شود . در اصل یک شیر یکطرفه می باشد که میتواند بطور انتخابی بصورت اتوماتیک یا دستی بسته شود .

Ball check valve : برای اغلب سرویس ها مناسب است . جهت انتقال گازها ، بخارات ومایعات ، شامل آنهایی که رسوبات چسبندهدارند نیز می توان بکار برد . توپی این شیر توسط جاذبه و یا فشار سیال پشت آن بر روی نشیمنگاه قرار می گیرند و می تواند آزادانه گردش کند تا موجب توزیع تنش خستگی در تمام سطوح گردد و به تمیز ماندن سطوحی که در تماس با سیال است نیز کمک نماید .

Wafer check valve : بسته شدن این نوع شیر از طریق دو در دایره مانند صورت می پذیرد . که هر دو به قسمت مرکزی در یک بدنه رینگی شکل بوسیله فلج دو فلنج لولا شده اند . معمولاً جهت مایعات بدون رسوب بکار می روند چرا که کم حجم و دارای قسمت پایینی می باشند . نوع تک دیسک آنها نیز موجود است .

شکل

شکل 89-2 : شیر اطمینان

Safty relief valve : شیر اطمینان – آزاد کننده ، فشار اضافی گازها یا مایعات را آزاد می کند که می تواند موجب تشکیل سریع یک فاز بخار در اثر گرمایش سریع و کنترل شده ناشی از واکنش شیمیایی در مخازن مملو از مایع گردد .

Ball float valve : این شیرهای اتوماتیک در موارد زیر استفاده می شوند : (1) بعنوان تله هوا جهت خارج کردن آب از سیستم هوا (2) جهت خارج کردن هوا از سیستم های مایع و عمل کردن بصورت شیره های خلاشکن یا هواکش (3) جهت کنترل سطح مایع مخازن . این شیرها تمایلی به دفع مایع چگالش یافته شده ندارند .

Blowoff valve : نوعی شیر کروی globe ساخته شده تحت استاندارد لازم برای بویلرها و طراحی شده جهت سرویس تخلیه بویلرها می باشد . اغلب از انواع زاویه ای یا دارای آرایش wye شکل استفاده می شود. جهت تخلیه هوا و سایر گازها از بویلرها و غیره بکار می روند و عملکرد آنها دستی است .

Flush bottom tank valve : معمولاً نوعی شیر کروی globe هستند که جهت به حداقل رساندن تله شدن و تجمع سیال طراحی شده اند . عمدتاً جهت تخلیه مناسب مایع از انتخاب مخزن بکار می روند .

Rupture disc : یک وسیله ایمنی است که به نحوی طراحی شده است که تحت فشارهای زیاد پاره گشته و اجازه تخلیه سریع گاز یا مایع از سیستم را می دهد . معمولاً بصورت یک دیسک فلزی قابل تعویض قرار گرفته بین دو فلنج ساخته می شود . هم چنین دیسک را می توان از گرافیت یا در سیستم های پایین از جنس لایه های پلاستیکی ساخت .

شکل

شکل 90-2 شیر BALL FLOAT BLOWOFF

Sampling valve : شیری با ساختار کروی Globe یا سوزنی needle که در خطوط فرعی جهت گرفتن نمونه از مواد فرآیند ی موجود در سیستم ، کار گذاشته می شود . در نمونه گیری از خطوط با فشار خیلی زیاد بهتر است از طریق یک مخزن جمع کننده که دارای 2 عدد شیر می باشد صورت گیرد . جهت نمونه گیری از خطوط دما – بالا می توان از یک آرایش و سیستم خنک کننده نیز استفاده نمود .

Trap : یک شیر اتوماتیک است جهت : (1) تخلیه مایع چگالیده ، هوا و گازها از خطوط بخار می باشد بدون آنکه تخلیه خود بخار صورت پذیرد (2) تخلیه آب از خطوط هوا بدون تخلیه هوا به Ball floot valve در این بخش مراجعه شود .

دوره آموزشی اصول شیرهای کنترل

فهرست

عنوان	صفحه
1- شیرهای کنترل	4
1-1-‌ مقدمه	4
2- اصطلاحات فنی(Terminology) شیر کنترل	6
2-1- بدنه(Body)	6
2-2- درپوش(Bonnet)	6
2-3- مجموعه جعبه بستهبندی(Packing Box Assembly)	6
2-4- تریم(Trim)	6
2-5- یــوغ(Yoke)	8
2-6- اکچویتور(Actuator) یا محرک	8
3- خطا ـ ایمن (Fail Safe)	8
4- انواع شیر	10
4-1- شیرهای تک مسیره(Single ported)	10
4-2- شیرهای دو مسیره(Double- Ported)	12
4-3- شیر با پلاگ متعادلشده و بدنههای قفسهای شکل	13
5- شیرهای با محور چرخان(Rotary Shaft)	14
5-1- شیر پروانهای	14
5-2- شیر توپی(Ball Valve)	15
5-3- شیرهای با پلاگ مرکزی چرخان(Rotary Eccentric Plug)	16
6- مشخصات جریان عبوری از شیر کنترل	18
6-1- بازکردن سریع	19
6-2- خطــی	19
6-3- خطی اصلاحشده	20
6-4- درصد مساوی	20
6-5- سهمی اصلاحشده	21
6-6- شیرهای با تنظیم قفسه(Cage Trim Valves)	22
7- اکچویتورها	23
7-1- اکچویتورهای دیافراگمی تککاره(Single Acting)	23
7-2- اکچویتورهای پیستونی	25
7-3- اکچویتورهای با چرخدستی(Hand Wheel)	26
8- پوزیشنر در شیر کنترل	27
8-1- مشخصات بادامک	31
9- متعلقات شیر کنترل	32
9-1- پوزیشنرهای شیر	32
9-2- مبدلها(Transducers)	34
9-3- شیرهای سولونوئیدی	35
9-4- شیرهای حبسی(Lockup)	38
9-5- مخزن ذخیره(Capacity Tank)	39
9-6- چرخهای دستی(Hand wheels)	40
9-7- سوئیچهای محدودکننده(Limit switches)	41
9-8- رلههای تقویتکننده (بوستر)	42
9-9- رگولاتورهای تغذیه فشار با فیلتر و تله رطوبت(Moisture Trap)	42

1- شیرهای کنترل

1-1-‌ مقدمه

عناصر کنترل نهایی زیادی وجود دارند که برای کنترل جریان سیال بکار میروند. این عناصر میتوانند به اشکال مختلفی مثل پمپهای اندازهگیری، دمپرها، پرههای فن یا حتی تنظیمکنندههای سرعت موتور باشند اما رایجترین عنصر کنترل نهایی، شیر کنترل است.

شیر کنترل، همانند یک مقاومت متغیر عمل میکند و افت فشاری در خط لوله ایجاد میکند که به آن گلوگاه یا کنترل دریچه(Throttling) گفته میشود.

اغلب شیرهای کنترل، به منظور کنترل دریچه، درصد مشخصی باز میشوند اما هنگامیکه جریان قطع میشود، شیر کنترل باید قادر باشد شرایط کاملاً بسته(Tight Shut off) را فراهم آورد.

یادآوری میشود که موضوع شیرهای کنترل و رفتار سیال عبوری از آن، خودش یک علم شده است. کتابهای زیادی توسط سازندگان شیر و انتشارات مستقل، تألیف شده است که تمامی جنبههای ساخت شیر، مشخصات شیر، رفتار سیال، اندازه شیر، نویز شیر و غیره را میپوشاند. بنابراین باید کاملاً درک شود که این مجموعه، تنها مقدمهای بر موضوع است.

در اکثر سیستمهای کنترل، شیر کنترل، بیشتر از سایر اجزاء، در معرض شرایط شدید، دما، فشار، خوردگی و آلودگی قرار دارد، اما باید حداقل مقدار تعمیرات بر روی آن انجام شود و جریان سیال پروسه را کنترل کند.

شکل 1، یک شیر کنترل نیوماتیکی را نشان میدهد. توجه شود که شیر کنترل از دو جزء عمده تشکیل میشود: بدنه شیر(Valve Body) و اکچویتور(Actuator) . این نوع شیر، از نوع شیرهای Sliding Stem است (گروههای دیگر شیرها، از نوع شیرهای با محور چرخان(Rotary Shaft) میباشند).

عملکرد شیر کنترل، نسبتاً ساده است. اعمال فشار هوا به بالای دیافراگم قابل ارتجاع، نیرویی در جهت پایین ایجاد میکند. این نیرو، میله(Stem) شیر را به طرف پایین، خلاف جهت عمل فنر مهارکننده، حرکت میدهد. این حرکت تا آنجا ادامه مییابد که پلاگ(Plug) به جایگاه(Seat) برسد یا نیروی در جهت بالای فنر (و فشار سیال عبوری، اگر شیر در سرویس است) با نیروی در جهت پایین اکچویتور(Actuator) برابر شود. در این نقطه، جایگاه شیر، حرکت را متوقف میکند.

شکل 1- نمونه ای از شیرهای کنترل

2- اصطلاحات فنی(Terminology) شیر کنترل

اصطلاحات فنی شیر کنترل خیلی وسیع است و بهترین روش یادگیری آنها، استفاده از هندبوکها و کاتالوگهای سازندگان است. قسمتی از این اصطلاحات به صورت زیر می باشد:‌

2-1- بدنه(Body)

قسمتی از شیر که به لوله عبور سیال متصل است و از درون آن سیال عبور میکند، بدنه شیر نامیده میشود. بدنه شیر باید همانند لوله عبور سیال، در مقابل دماها و فشارها، مقاوم باشد.

شیرهای کوچک از طریق پیچهای رزوهای(Screwed threads) و شیرهای بزرگ از طریق فلنجها(Flanges) و اتصالات انتهایی جوشی(Welded end) به لوله عبور سیال متصل میشوند. اتصال به هرگونه که برقرار شود، باید بدون نشت باشد و شیر طوری قرار گیرد که هنگام تعمیرات، دسترسی به آن آسان باشد.

2-2- درپوش(Bonnet)

مجموعه درپوش یا کلاهک شیر، یک پوشش فلزی است که به بالای بدنه شیر رزوه یا پیچ شده است. کلاهک، میله پلاگ را هدایت میکند، قسمت درزبند، میله را در خود جای میدهد و مجموعه اکچویتور را نگه میدارد. در سرویسهای با دمای زیاد، کلاهکهای بزرگتر به منظور جلوگیری از آسیبرساندن دمای زیاد به مواد درزبندی، استفاده میشوند. در سرویسهای با دمای زیاد، شیرها، پره های سردکنندهای دارند که به کلاهک شیر متصل میشوند.

2-3- مجموعه جعبه بستهبندی(Packing Box Assembly)

این، قسمتی از مجموعه کلاهک شیر است که برای کمک به جلوگیری از نشتی اطراف میله پلاگ بکار میرود و به میله شیر اجازه میدهد با حداقل نشتی جریان پروسه، بالا و پایین برود.

چون تمامی اتصالات دیگر بدنه شیر به لولهکشی پروسه و بدنه شیر به کلاهک شیر، ثابت یا بدون حرکت است، به سادگی میتواند درزبندی شود. اما میله شیر باید بالا و پایین برود. حلقههای بستهبندی شده درون جعبه بستهبندی، سیال پروسه را درزبندی میکند و به میله شیر اجازه میدهد با حداقل اصطکاک حرکت کند. حلقههای بستهبندی، معمولاً از یک ماده نرم و قابل فشردهشدن نظیر پنبهنسوز، تفلون و غیره ساخته میشوند.

عمل بستهبندی، گلند فشاری یا فلنج و فشردن حلقه های بسته بندی بطور محکم اطراف میله شیر، جهت ایجاد یک درزبندی ضدنشتی است. اما در شرایط عادی کار شیر کنترل، دیدن نشتی اطراف میله شیر، غیرطبیعی نیست. با تعمیرات منظم، پیچهای بستهبندی میتوانند جهت تصحیح فشار تنظیم شوند. این پیچها باید آنقدر محکم شوند که نشتی را حداقل کنند نه آنقدر که سبب خم شدن میله شیر گردند.

2-4- تریم(Trim)

در حالت کلی، تریم شیر به تنظیم سیت پلاگ برمیگردد. اما بطور کلی، تریم به همه قسمتهای داخلی شیر که با سیال پروسه در تماس است، مربوط میشود که عبارتند از: میله شیر، پلاگ شیر (وسیلهای که به میله شیر وصل میشود و دبی سیال را کنترل میکند)، حلقه درزبندی (حلقهای که درگاه بدنه شیر را شکل میدهد)، گایدهای شیر و بوشها، اما شامل بدنه شیر و مجموعه bonnet نمیشود.

سازندگان شیر، اغلب مجموعه تریمهای مختلفی را فراهم میکنند بطوریکه میتوانند در یک بدنه شیر مشخص جای گیرند. بر این اساس، میتوان بدون تغییر کل شیر، مشخصات شیر را تغییر داد.

شکل 2- نمونه ای از جعبه بستهبندی

شکل 3- نمونه ای از جعبه بستهبندی فاقد روغنکاری

2-5- یــوغ(Yoke)

ساختار بالایی شیر است که مجموعه قاب اکچویتور را حمایت میکند. معمولاً یوغ، توسط یک مهره قفل بزرگ به بونت شیر محکم میشود. با بازکردن فریم آن، دسترسی به تنظیم کننده کشش فنر، میله شیر و اتصالدهنده میله امکانپذیر است. باید توجه نمود که یوغ باید آنقدر قوی باشد که در برابر هر نیرویی که توسط اکچویتور، هنگامیکه سعی میکند میله شیر را در جای مناسب قرار دهد، به اندازه کافی مقاومت کند. در ساحل دریا، آب نمک باعث خوردگی آن میشود بطوریکه تحت فشار کار عادی، خم شده یا میشکند.

2-6- اکچویتور(Actuator) یا محرک

در صنایع، انواع مختلفی از اکچویتورها استفاده میشوند (گاهی به عنوان جزئی از موتور به آن اشاره میشود). در یک کاربرد مشخص، نوع اکچویتور استفاده شده، به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که عبارتند از:‌

پروسهای که باید کنترل شود

عملی که باید انجام شود

سرعتی که عمل باید رخ دهد

هر چند امروزه اکچویتورهای هیدرولیکی و الکتریکی وجود دارند اما از دیرباز اکچویتورهای فنری و دیافراگمی بعنوان شایعترین نوع اکچویتور در سیستمهای کنترل اتوماتیک استفاده شدهاند. اکچویتورهای نیوماتیکی از هوا یا گاز برای تولید حرکت مکانیکی استفاده میکنند. حرکت ایجاد شده توسط اکچویتور، در صورتیکه در محدوده حرکت(Limits of Travel) اکچویتور باشد، برای قراردادن عنصر کنترلی در هر مکان موردنظر، استفاده میشود.

3- خطا ـ ایمن (Fail Safe)

اولین مهم در هر کارخانهای، ایمنی است. بنابراین کلمه خطا ـ‌ ایمن باید در ذهن هر کسی که با کارخانه و تولید سر و کار دارد، حک شود. اغلب شیرهای کنترل نیوماتیکی و شیرهای توقف(Shut down) اتوماتیک، اکچویتورهای با فنر بارشده(Spring Loaded) دارند. هرگاه فشار بار رها شود، فنر، عنصر کنترل نهایی (شیر) را به یکی از موقعیتهای منتهیالیه کاملاً باز یا کاملاً بسته حرکت میدهد. موقعیت، براساس ساختار شیر کنترل تعیین میشود.

بنابراین، شیر نرمال ـ بسته، یک شیر خطا ـ بسته(Fail Close) یا هوا به بازشدن(Air to Open) است. یک شیر نرمال ـ باز، یک شیر خطا ـ باز(Fail Open) یا هوا به بستهشدن(Air to Close) است. معیار انتخاب یکی از اینها، به این بستگی دارد که کدام عمل باعث میشود پروسه ایمن باشد. اگر شرایطی نظیر افت هوای تغذیه، آسیب به اکچویتور مانند پارگی دیافراگم و غیره رخ دهد، شیر باید به موقعیت نرمال یا خطا ـ ایمن کاملاً باز یا کاملاً بسته برگردد.

شیر کنترل ”نرمال ـ بسته(Normally Close) “، وقتی بسته است که فشار دیافراگم به فشار اتمسفر کاهش یابد (شکل 4).

شکل 4- شیر کنترل نرمال ـ بسته

شیر کنترل ”نرمال ـ باز(Normally Open) “، وقتی باز است که فشار دیافراگم به فشار اتمسفر کاهش یابد (شکل 5).

شکل5- شیر کنترل نرمال ـ باز

4- انواع شیر

4-1- شیرهای تک مسیره(Single ported)

اصطلاح ”تک مسیره“ به این حقیقت برمیگردد که برای عبور سیال از درون شیر، یک مسیر وجود دارد. شکل 6 و 7، دو شیر تک مسیره را نشان می دهد که حالت کاملاً مشابه دارند . اما یک اختلاف قابل مشاهده، معکوس بودن پلاگ آنها نسبت به یکدیگر است.

توجه شود که در یک شیر، حرکت رو به پایین پلاگ، باعث بسته شدن شیر (شکل 6) می شود، در حالیکه در دیگری، حرکت رو به پایین پلاگ، موجب بازشدن شیر (شکل 7) می شود. شیری که حرکت رو به پایین برای بسته شدن دارد، یک شیر با عملکرد مستقیم است و شیری که حرکت رو به پایین برای بازشدن دارد، یک شیر با عملکرد معکوس می باشد.

شکل 6- شیر تک مسیره با عملکرد مستقیم

بطور کلی شیرهای تک ورودی در مقایسه با شیرهای دو ورودی، از نظر قیمت، ارزانتر و به علت ناحیه تک پلاگ و درزبند، در مقابل نشتی (هنگامیکه نوع کاملاً بسته موردنیاز باشد) مقاومت بیشتری دارند. اشکال عمده شیرهای تکورودی در زمانی است که با فشارهای بالای سیال سر و کار داشته باشند. در این حالت، نیروهای نامتعادلی(Unbalanced Forces) در عرض پلاگ، موقعی ایجاد میشوند که شیر در موقعیت بسته شدن است. برای غلبه بر این نیروها، از اکچویتورهای بزرگتر استفاده میگردد.

شیرهای تک ورودی، معمولاً طوری نصب می شوند که فشار سیال تمایل دارد نیرویی به پلاگ وارد کند و آنرا از درزبند دور نماید. این نتایج، موجب یک عملکرد آرام تر شیر و کاهش تمایل پلاگ به بسته شدن محکم و با صدا(Slam Shut) در مقابل درزبند می شود.

شکل 7- شیر تک مسیره با عملکرد معکوس

4-2- شیرهای دو مسیره(Double- Ported)

شیرهای دو مسیره به این منظور توسعه یافته اند که شیری با نیروی کمتر، برای قراردادن پلاگ در هر موقعیتی بین کاملاً باز و کاملاً بسته، نسبت به آنچه در طرح تک مسیره موردنیاز بود، ایجاد کنند (شکل 8).

در طرح دو مسیره ، نیروهای دینامیکی، تمایل زیادی به ایجاد تعادل دارند، زیرا جریان عبوری از شیر دو مسیره، یک مسیر را باز می کند و مسیر دیگر را می بندد. این خاصیت باعث میشود نیروهای دینامیکی کاهش داده شده، اجازه کنترل بهتری به شیر دهند و اکچویتور کوچکتری نسبت به آنچه در شیر تک مسیره با همان ظرفیت وجود دارد، انتخاب گردد.

خیلی از شیرهای دو مسیره، معکوس پذیرند (مانند حرکت رو به پایین پلاگ برای بستن یا حرکت رو به پایین پلاگ برای بازکردن). اشکال عمده این شیر این است که نمیتواند همانند شیر تکمسیره، کاملاً ببندد. علت این اشکال، تنظیم یکسان و فرسودگی دو مجموعه پلاگ ها و درزبندها است.

شکل 8- شیر دو مسیره نیمه متعادل

4-3- شیر با پلاگ متعادلشده و بدنههای قفسهای شکل

این نوع شیر یک شیر تکمسیره است که در آن تنها از یک حلقه درزبندی استفاده شده اما مزایای مربوط به شیرهای دو مسیره را فراهم میکند.

تریم نوع قفسهای به این دلیل استفاده میشود که راهنمایی برای پلاگ شیر باشد و حلقه درزبندی را در جایش نگه دارد و بتواند مشخصه جریان سیال را فراهم کند. توسعه مهم دیگر، اضافهنمودن درزبند نوع حلقه پیستونی لغزشی بین بخش بالایی پلاگ شیر و دیواره سیلندر قفسهای شکل است. این درزبند، امکان نشتی را کاهش میدهد.

پلاگ به واسطه اینکه فشار پایین دستی اجازه میدهد که بر هر دو طرف بالا و پایین پلاگ، نیرو اعمال شود متعال میگردد، بنابراین نیروی نامتعادل استاتیکی را کاهش داده، اجازه میدهد که اکچویتور کوچکتری نسبت به آنچه در شیر تکمسیره عادی موردنیاز است، انتخاب شود.

شکل 9- شیر تکمسیره با پیستون cage-trim

جهت استاندارد جریان سیال از داخل منافذ cage و سپس از درون حلقه درزبند(seat ring) است. منافذ cage یا ورودیها، میتوانند طوری شکل داده شوند که مشخصات معین شیر، نظیر خطی(Linear)، بازنمودن سریع(Quick Opening)، درصد مساوی(Equal Percentage) و غیره را ایجاد نمایند.

بدنه بعضی از شیرها، میتواند معکوس گردد تا اجازه دهد عملکرد شیر از جهت پایین برای بستهشدن، به جهت پایین برای بازشدن اصلاح گردد.

5- شیرهای با محور چرخان(Rotary Shaft)

شیرهای پروانهای، شیرهای کرهای و غیره، در این مقوله هستند. عنصر تریم توسط اکچویتور چرخانده میشود.

5-1- شیر پروانهای(Butterfly Valve)

شیر پروانهای، اساساً یک دیسک فلزی دایره ای است که در یک لوله بدون فلنج کوتاه نصب میشود. دیسک با محوری که بعنوان یک اکچویتور به آن متصل شده، چرخانده میشود.

دیاگرام شکل 10 نصب یک نمونه شیر پروانهای را نشان میدهد. در این شکل، شیر بین دو فلنج نصب شده است.

شیرهای پروانهای، به حداقل فضای لازم برای نصب نیاز دارند و حداکثر ظرفیت را با افت فشار کم ایجاد مینمایند. اما اغلب چون گشتاور کاری آنها زیاد است، به اکچویتورهای با دیافراگم بزرگتر نیاز دارند.

استفاده از مواد درزبند نرم نظیر تفلون (T.F.E) یا Nitrile، سرویس بسته شدن خوبی را برای شیر فراهم میکند.

دیسکهای عادی، کنترل گلوگاهی(Throttling) را تا °60 چرخش فراهم میکند و مشخصه درصد مساوی را برای جریان سیال نشان میدهند.

شکل 10- شیر پروانهای در اتصال بدون فلنج

5-2- شیر توپی(Ball Valve)

شیر توپی، یک کره یا توپ را نگه میدارد و شامل یک ورودی دایرهای است که معمولاً از نظر اندازه با سوراخ(Bore) لوله پروسس یکسان است.

توپ میتواند °90 از موقعیت کاملاً باز تا موقعیت کاملاً بسته توسط محور درایو متصل شده به یک اکچویتور بچرخد. توپ، بطور پیوسته برای تأمین حالت کاملاً بسته، در تماس با یک حلقه درزبندی است.

شیرهای توپی بطور رایج بعنوان شیرهای مسدودکننده(Shut down) بکار میروند و کاملاً باز یا کاملاً بسته هستند. اما یک شیر توپی اصلاح شده با برش Vee شکل به داخل ورودی دایرهای، مشخصه جریان سیال درصد مساوی را فراهم میکند و برای کنترل جریان سیالات چسبنده که شامل ذرات جامد یا فیبرها و ... میباشند ایدهال است.

جریان سیال، تمایل دارد که توپ را به موقعیت بسته بچرخاند، بنابراین اکچویتور باید در جهت کاهش(Counteract) این اثر عمل کند.

شکل 11- شیر توپی و ساختار اکچویتور دیافراگمی

شکل 12- شیر توپی

5-3- شیرهای با پلاگ مرکزی چرخان(Rotary Eccentric Plug)

عملکرد این شیر، براساس چرخش مرکزی پلاگ کروی، درون بدنه شیر است. پلاگ به محور درایو، طوری متصل شده که تا °50 توسط یک اهرم متصل به اکچویتور، چرخانده میشود.

شکل 13- شیر با پلاگ چرخشی خارج از مرکز

هنگام عبور از موقعیت باز به موقعیت بسته، لبه پیشین پلاگ با فاصله خیلی نزدیک به درزبند عبور میکند. با ادامه چرخش، لبه خزنده با درزبند تماس پیدا میکند. در این نقطه، لبه پیشین تقریباً در تماس با درزبند است اما نه بطور کامل. چرخش بیشتر و عملکرد گشتاور میله توسط اکچویتور باعث میشود بازوهای پلاگ، لبه پیشرونده دیسک را خم کنند و برای تماس با درزبند، به آن نیرو وارد کنند.

عبور جریان سیال از شیر میتواند در هر جهتی باشد اما باید توجه شود که با توجه به جهت جریان سیال، نیروهای دینامیکی تمایل به بازکردن یا بستن شیر خواهند داشت. بنابراین، جهت عبور جریان سیال از شیر با توجه به نیازهای خطا ـ ایمن آن تعیین میشود مثلاً اگر مناسب است که خطا ـ باز باشد، جریان سیال در جهتی است که تمایل دارد شیر باز شود.

شکل 14- شیر با پلاگ چرخشی خارج از مرکز و اکچویتور

6- مشخصات جریان عبوری از شیر کنترل

مشخصه جریان عبوری از یک شیر به ارتباط بین جریان سیال عبوری از شیر و درصد حرکت یا جابجایی میله پلاگ(plug stem) شیر مربوط میشود.

پلاگ شیرها، در اشکال و فرمهای مختلف، برای مشخصه جریانی مشخصی ساخته میشوند. این پلاگها میتوانند طوری طراحی شوند که همه اشکال مشخصات جریان سیال از سرویسهای قطع ـ وصل(On- Off) تا هر شکل مطلوبی از عمل کنترل گلوگاهی(Throttling Action) را ایجاد نمایند که انتخاب هر نوع، به پروسهای که باید کنترل شود، بستگی دارد.

شکل 15- مشخصات جریان عبوری برای شیرهای کنترل

برای تعمیم کلی، سه نوع اصلی مشخصه جریان سیال و دو نوع اصلاحشده (مطابق شکل 15) مربوط به آنها وجود دارد که عبارتند از:

بازکردن سریع(Quick Opening)

خطی(Linear)

خطی اصلاحشده(Modified Linear)

درصد مساوی(Equal Percentage)

سهمی اصلاحشده(Modified Parabolic)

6-1- بازکردن سریع

منحنی شکل 15 نشان میدهد که با حرکت نسبتاً کوچک stem تا حدود 36% کل جابجایی ممکن، حداکثر تغییر نرخ جریان سیال رخ میدهد و بعد از آن با ادامه حرکت میله شیر تا موقعیت کاملاً باز، افزایش نرخ جریان سیال، کم میشود. این مشخصه در شیرهای قطع ـ وصل یا دو موقعیتی، شیرهای خودتحریک(Self- Actuated)، شیرهای تنظیمکننده(Regulators) و شیرهای تخلیه(relief valves) بکار میرود. بعضی از پلاگهای مشخصه بازکردن سریع در شکل 16 نشان داده میشود.

شکل 16- پلاگهای مشخصه بازکردن سریع

6-2- خطــی

منحنی خطی شکل 15 نشان میدهد که نرخ جریان عبوری، مستقیماً متناسب با میزان جابجایی میله شیر در محدوده جابجایی آن است. بطور مثال در 70% جابجایی، جریان عبوری تقریباً 70% ماکزیمم جریان عبوری از شیر است. این مشخصه در شیرهای کنترل سطح مایع و در سیستمهای کنترلی که نیاز به یک بهره ثابت دارند، استفاده میشود. بهره، بطور متناسب برای یک خروجی کنترلکننده داده شده، افزایش یا کاهش مییابد. شکل 17 بعضی از پلاگهای مشخصه خطی را برای شیرهای تکورودی یا دو ورودی نشان میدهد.

شکل 17- پلاگهای مشخصه خطی

6-3- خطی اصلاحشده

منحنی خطی اصلاحشده (خطچین) شکل 15، حد وسطی بین منحنیهای خطی واقعی و بازشدن سریع است. در ناحیه با جریان بالا و بخصوص در ناحیه با جریان کم، جابجایی زیاد شیر، تنها تغییر کوچکی در نرخ جریان ایجاد میکند.

دو پلاگ خطی اصلاح شده، به عنوان پلاگهای گلوگاهی شناخته میشوند که در شکل 18 نشان داده شدهاند. هر چند خیلی با پلاگهای خطی تفاوتی ندارند اما سطوح منحنیوار صاف آنها خیلی مناسبتر از لبههای تیز و شکافهای پلاگهای دیگر برای کنترل مایعاتی است که حاوی ذرات جامد هستند.

شکل18- پلاگهای خطی اصلاحشده یا گلوگاهی

6-4- درصد مساوی

در مشخصه درصد مساوی شکل 15، افزایش مساوی حرکت میله شیر، تغییرات با درصد یکسان در نرخ جریان سیال ایجاد میکند. منحنی نشان میدهد موقعیکه شیر تقریباً بسته است، تغییر در نرخ جریان نسبت به جابجایی شیر، کوچک است اما وقتیکه شیر تقریباً بطور کامل باز است، نسبتاً زیاد است. این اصطلاح در عمل به این مفهوم است که شیر در محدوده جابجایی کم، کنترل گلوگاهی دقیقی دارد و در محدوده کاملاً باز شیر، ظرفیت به سرعت افزایش مییابد. شکل منحنی درصد مساوی به خاطر این واقعیت است که برای هر درصدی از حرکت میله شیر، نرخ جریان عبوری از شیر با افزایش درصد مشخصی، افزایش مییابد. برای مثال، برای هر 10% تغییر در موقعیت میله شیر، نرخ جریان عبوری از شیر، 50% تغییر میکند. باتوجه به شکل 15، مشاهده میشود که اگر میله شیر در 31% جابجاییاش باشد، نرخ جریان عبوری، 90% حداکثر جریان شیر خواهد شد. اگر جابجایی میله 10% دیگر اضافه شود، نرخ جریان، 50% افزایش مییابد. (در این مثال، به 13% حداکثر جریان میرسد). هرگاه میله شیر 10% دیگر تغییر کند، به نرخ ماکزیمم نرخ جریان، 50% اضافه خواهد شد.( این دفعه نرخ جریان تقریباً 18% حداکثر جریان خواهد بود). به همین ترتیب، 10% تغییر در موقعیت میله شیر، منجر به تغییر در نرخ جریان با 50% بیشتر میشود و غیره. شکل 19، سه نوع پلاگ درصد مساوی که معمولاً برای کنترل فشار در سیستمهای پروسهای بکار میروند که نسبت کمی از کل افت فشار برای هدف کنترل موردنیاز است، را نشان میدهد.

شکل 19- پلاگهای درصد مساوی

6-5- سهمی اصلاحشده

منحنی سهمی اصلاحشده (نقطهچین)شکل 15، بین منحنی مشخصههای خطی و درصد مساوی قرار میگیرد و یک مشخصه خطی برای مقادیر بالای جریان و جابجایی شیر نشان میهد. شکل 20 سه فرم پلاگهای شیر سهمی اصلاحشده را نشان میدهد که بطور شایع، شیرهای گلوگاهی Vee- Port و Port guid نامیده میشوند. این پلاگها، معمولاً برای سرویسهای کنترل فشار و جریان سیال در سیستمهای پروسهای که قسمت اصلی افت فشار برای اهداف کنترلی موجود است، بکار میروند.

شکل 20- پلاگهای Vee یا سهمی اصلاحشده

6-6- شیرهای با تنظیم قفسه(Cage Trim Valves)

مشخصات جریان سیال که تاکنون مطالعه گردید، با شکل دادن به پلاگ تعیین میشد بطوریکه تغییرات ناحیه جریان غیرمسدود(Unobstructed) از نظر اندازه و شکل، با حرکت پلاگ در محدوده جابجاییاش ایجاد میگردید.

در شیرهای با تنظیم قفسه، مشخصه با شکلدادن به ورودیهای قفسه یا ”پنجرهها “ تعیین می شود تا منحنیهای بازکردن سریع، خطی یا درصد مساوی ایجاد نماید. برای هر شیر انتخابی، مشخصه، با نصب یک قفسه متفاوت تغییر داده میشود، بدون آنکه نیازی به تعویض پلاگ برای تغییر مشخصه جریان باشد. شکل 21 اشکال مختلف پنجرههای قفسه استفاده شده برای مشخصههای جریان سریع بازکردن، خطی و درصد مساوی را نشان میدهد.

شکل 21- تنظیم قفسه(Cage Trim)

7- اکچویتورها

اکچویتورهای نیوماتیکی با عملکرد فنر بار شده، شایعترین عناصر موتوری برای حرکت پلاگهای شیرهای کنترل میباشند. این اساساً به دلیل ساختار نسبتاً ساده آنها میباشد. وسایل الکتریکی در آنها استفاده نشده است، بنابراین ذاتاً ایمن(Intrinsically Safe) میباشند. قابلیت اعتماد عملکرد آنها اثبات شده و تعمیر آنها آسان است.

7-1- اکچویتورهای دیافراگمی تککاره(Single Acting)

طراحیهای اکچویتور از سازندهای به سازنده دیگر متفاوت است اما قانون عملکرد در هر کدام، یکسان است. سیگنال فشار نیوماتیکی به یکطرف دیافراگم قابل انعطاف اعمال میشود. (بخاطر دارید که سطح x فشار = نیرو). نیروی ایجادشده از این فشار، دیافراگم، صفحه دیافراگم و میله اکچویتور را در یک جهت هل میدهد. همزمان توسط فنر اکچویتور نیرویی در جهت عکس با آن مقابله میکند. فشار بیشتر اعمالی، باعث حرکت بیشتر میله و فشردهشدن فنر مقابلهکننده میشود. وقتیکه نیروی دیافراگم از یک طرف با نیروی فنر در طرف مقابل برابر شد، حرکت اکچویتور متوقف میگردد. اگر فشار نیوماتیکی برداشته شود، نیروی فنر بیشتر میشود. بنابراین دیافراگم، صفحه دیافراگم و میله اکچویتور را به طرف عقب به موقعیت نرمال آن هل میدهد.

عمل اکچویتور میتواند بصورت مستقیم یا غیرمستقیم باشد. اگر نیروی فشار بار بر دیافراگم به سمت پایین اعمال شود، به آن عمل مستقیم گفته میشود و اگر نیروی فشار بار بر دیافراگم به سمت بالا اعمال شود، عمل معکوس به حساب میآید.

این ممکن است باعث یک سردرگمی شود. شیرهای با عملکرد مستقیم و معکوس کدامند؟ اکچویتورهای با عملکرد مستقیم و معکوس کدامند؟ بخاطر داشته باشید که شیر کنترل شامل هم شیر و هم اکچویتور میباشد. افزایش فشار به یک شیر کنترل، اگر باعث شود آن ببندد، عملکردش مستقیم است و اگر موجب بازشدن آن گردد، عملکردش معکوس است.

بنابراین یک شیر با عملکرد مستقیم با یک اکچویتور با عملکرد مستقیم(شکل 22)، یک شیر کنترل با عملکرد مستقیم است. اما یک شیر با عملکرد معکوس با یک اکچویتور با عملکرد معکوس(شکل 23)، تنها ”هوا به بستن(Air to Close) “ خواهد شد، بنابراین بعنوان یک شیر کنترل با عملکرد مستقیم به حساب میآید. هر ترکیب دیگری موجب ایجاد یک شیر کنترل با عملکرد معکوس خواهد شد.

مهمترین عاملی که باید بخاطر بسپارید موقعیت نرمال شیر یا عملکرد خطا ـ ایمن(Fail- Safe) آن است. مثلاً‌ هنگامیکه سیگنال نیوماتیکی در اثر خطا از بین برود، آیا شیر به موقعیت باز خواهد رفت یا به موقعیت بسته؟ فشارهای کاری اکچویتورهای دیافراگمی معمولاً به صورت زیر است:

(3-15 Psi) 0.2-1 bar

(6-31 Psi) 0.4-2 bar

شکل 22- اکچویتور با عملکرد مستقیم

شکل 23- اکچویتور با عملکرد معکوس

7-2- اکچویتورهای پیستونی

اکچویتورهای پیستونی ساختار خیلی قویتری نسبت به اکچویتورهای دیافراگمی دارند. این تفاوت، آنها را قادر میسازد که در فشارهای خیلی بالاتری عمل کنند. بنابراین به نیروی بیشتری برای غلبه بر افت فشار زیاد در عرض شیرهای کنترل نیاز دارند.

فشار کاری این اکچویتورها در حدود (100-150 Psi) 7-10 bar میباشد.

مزیت دیگر اکچویتورهای پیستونی نسبت به اکچویتورهای دیافراگمی، آن است که میتوانند طوری ساخته شوند که ضربه بزرگتر و به اندازه کافی وسیعتری ایجاد نمایند.

شیرهای توقف پروسه(Shut Down)، معمولاً دارای فنر مقابله(Spring Opposed) هستند. فشار هوا، پیستون را در خلاف فنر مقابله حرکت میدهد. هرگاه فشار برداشته شود، فنر، اکچویتور را به موقعیت نرمالش برمیگرداند. باید توجه شود که بعضی از سیستمهای S/ D، از پیستونهای دوکاره استفاده میکنند، که حرکت در هر کدام از جهتها توسط فشار نیوماتیکی است. از یک مخزن هوا(Reservoir) یا جمعکننده(accumulator) برای حرکت اکچویتور در زمانیکه در اثر حادثهای، هوای تغذیه با خطا مواجه شود، استفاده میشود.

شیرهای کنترلی که از اکچویتورهای پیستونی استفاده میکنند،‌ معمولاً از نوع فنر بارشده نیستند. بعنوان یک قاعده، این شیرهای کنترلی، دوکاره بوده و شامل یک پوزیشنر میباشند. شیرهای دوکاره، بطور ایدهال شیرهای On- Off را ایجاد میکنند و اگر از پوزیشنر استفاده نمایند، میتوانند موقعیت دقیقی را فراهم کنند.

توجه کنید که بدون استفاده از فنر مقابله، موقعیت خطا ـ ایمن نمیتواند ایجاد شود مگر از بعضی شکلهای جمعآوری هوای ذخیره نیوماتیکی برای این منظور استفاده گردد.

شکل 24- اکچویتور پیستونی نیوماتیکی

7-3- اکچویتورهای با چرخدستی(Hand Wheel)

همراه با بعضی از شیرهای کنترل، چرخهای دستی وجود دارند که به اکچویتورها متصل شدهاند و هدف از آنها، تنظیم دستی موقعیت عنصر کنترل نهایی میباشد.

چندین موقعیت وجود دارد که در آنها باید از چرخدستی استفاده کرد.

برای مثال:

در هنگام راهاندازی واحد

در مواقع اضطراری

هنگامیکه هوای تغذیه نیوماتیکی برای اکچویتور با خطا مواجه شود

هنگامیکه برای شیر کنترل، شیر کنارگذری(By-pass valve) در نظر گرفته نشده باشد.

چرخهای دستی میتوانند در بالا(Top mounted) یا در پهلو نصب شوند(Side mounted).

چرخهای دستی نصب شده در بالای شیر، در اکچویتورهای دیافراگمی با عملکرد مستقیم میتوانند به عنوان توقفهای قابل تنظیم استفاده شوند تا حرکت روبهبالا را محدود نمایند یا بطور دستی با فشار بطرف پایین دگمه Close ، شیرها را ببندند. در اکچویتورهای دیافراگمی با عملکرد معکوس، چرخهای دستی میتوانند برای تنظیم توقف جابجایی در حرکت روبهپایین یا فشار بطرف پایین دگمه Close برای بازکردن شیرها استفاده شوند.

چرخهای دستی نصبشده بطور جانبی، میتوانند با اکچویتورهای با عملکرد مستقیم یا معکوس بکار روند. چرخهای دستی میتوانند جهت محدودکردن جابجایی اکچویتور در هر جهتی بکار روند یا موقعیت شیر را بطور دستی تنظیم کنند. اما باید توجه شود که برای سرویسهای نرمال در کنترل اتوماتیک، باید شیردستی در موقعیت خنثی قرار داده شود تا کنترلگر بتواند بطور مؤثر سیستم را کنترل نماید.

شکل 25- چرخدستی نصب شده از پهلو

8- پوزیشنر در شیر کنترل

شیر کنترل باید قادر باشد با سرعت و به طور هموار به تغییرات سیگنال کنترلی پاسخ بدهد.

در خیلی از حالتها، یک شیر با اندازه مناسب و یک اکچویتور با اندازه مناسب، بدون نیاز به استفاده از پوزیشنر شیر، کافی است. اما حالتهای معینی وجود دارند که پوزیشنر شیر باید لحاظ گردد. این حالتها عبارتند از:

جائیکه فشار دیافراگم موردنیاز، بیشتر از فشار سیگنال کنترلگر است.

برای شکستن محدوده(Split Range) که خروجی کنترلگر به بیش از یک شیر باید برود.

جاییکه فاصله بین خروجی کنترلگر و اکچویتور شیر خیلی زیاد است که باید یک تأخیر بین زمان تغییر خروجی کنترلگر و در نتیجه عکسالعمل اکچویتور ایجاد نمود.

وقتی پوزیشنر شیر استفاده نشود، خروجی کنترلر مستقیماً به اکچویتور متصل میشود. هر تغییری در فشار خروجی کنترلر، باید بر ناحیه سطح دیافراگم مؤثر باشد. اگر حجم اکچویتور زیاد است، ممکن است برای عکسالعمل، زمانی طول بکشد. در صورتیکه از پوزیشنر استفاده گردد، خروجی کنترلگر از طریق پوزیشنر به یک بیلوز میرود. حجم بیلوز در مقایسه با اکچویتور، کم است. بنابراین، تغییر خیلی کم در خروجی کنترلگر، بطور مشهودی توسط بیلوز آشکار میگردد. از حرکت ایجادشده توسط بیلوز برای به حرکت درآوردن شیر پایلوت یا فلاپر (اگر از سیستم فلاپر ـ نازل استفاده گردد) استفاده میشود که به نوبه باعث میشود حجم زیادی از هوا به سرعت وارد اکچویتور گردد، بنابراین استفاده از پوزیشنر، تضمین میکند که به سرعت به تغییرات سیگنال کنترل پاسخ داده شود.

از مطالب گفته شده، چنین نتیجهگیری میشود که پوزیشنر شیر، قادر است تغییرات کم سیگنال را به نیروی خیلی قدرتمندی برای موقعیتدهی عنصر کنترل نهایی تبدیل کند. اما باید توجه گردد و بوضوح فهمیده شود که در بعضی ازحلقههای کنترل، استفاده از پوزیشنر شیر، یقیناً منجر به ناپایداری حلقه کنترل میگردد. این سیستمها، آنهایی هستند که پاسخ زمانی سریعی دارند نظیر حلقههای کنترل جریان سیال، حلقههای کنترل فشار مایعات یا بعضی از حلقههای کنترل فشار گاز. در این موقعیتها، یکی از راهحلها استفاده از تقویتکننده یا بوستر است. اگر سیستم نسبتاً کند است مثل حلقه کنترل سطح مایع یا حلقه کنترل درجه حرارت، میتوان از پوزیشنر شیر استفاده کرد. شکل 26 شیر کنترل را به همراه پوزیشنر آن نشان میدهد.

طرحهای زیادی از پوزیشنر وجود دارد، اما باتوجه به ساختار، پوزیشنر به سه بخش تقسیم میشود که عبارتند از:

ورودی

خروجی

فیدبک

شکل 26- شیر کنترل و پوزیشنر

بخش ورودی معمولاً شامل یک بیلوز است که سیگنال خروجی کنترلگر به آن وارد میشود (معمولاً 0.2-1 bar یا 3-15 psi). با تغییر سیگنال، بیلوز منبسط یا منقبض میشود. بنابراین حرکت مکانیکی ایجاد میکند. با اتصالات مکانیکی، این حرکت به بخش خروجی منتقل میشود.

بخش خروجی، ممکن است شامل ساختار شیر پایلوت، فلاپر ـ نازل یا ساختار رله باشد. در هر حالت، هر کدام، یک تغذیه نیوماتیکی مستقل دارند.

حرکت ایجادشده در قسمت ورودی، باعث میشود فشار در قسمت خروجی تغییر کند. بنابراین اکچویتور شروع به حرکت خواهد کرد. اتصال فیدبکی به اکچویتور متصل شده، که قسمتی از بخش فیدبک را شکل میدهد.

بخش فیدبک، تعیین میکند که چه موقع مقدار درست فشار به اکچویتور رسیده است. برای هر اندازهای از فشار سیگنال کنترل، موقعیتی مرتبط با آن از اتصال فیدبک وجود دارد که سبب میشود سیگنال خروجی به اکچویتور، تغییرات را متوقف کند. بعبارت دیگر، اگر پوزیشنر به درستی تنظیم شده باشد، اتصال فیدبک، مطمئن میکند که فشار نیوماتیکی به اکچویتور، مستقیماً متناسب است با سیگنال کنترل از کنترلگر.

شکل 27، مثالی از عملکرد یک پوزیشنر شیر را بطور ساده نشان میدهد.

بیلوز در بخش ورودی است، ساختار رله در بخش خروجی، بادامک(Cam) و اتصال فیدبک در بخش فیدبک است.

فرض کنید که سیگنال نیوماتیکی از کنترلگر به بیلوز افزایش یابد. بیلوز منبسط شده و فلاپر را به طرف نازل حرکت میدهد. این سبب میشود فشار پشت نازل افزایش یابد که به نوبه باعث میشود ساختمان دیافراگم رله، شیر تغذیه را باز نماید.

شکل 27- نمای ساده شده پوزیشنر شیر کنترل کارخانه فیشر

سپس فشار خروجی به اکچویتور، افزایش یافته، سبب حرکت میله اکچویتور به سمت پایین میگردد. مادامیکه آن به سمت پایین حرکت میکند، اتصال فیدبک را حرکت داده و آن بادامک را در جهتی میچرخاند که باعث میشود فلاپر از نازل دور گردد. در این حالت، فشار پشت نازل کاهش یافته و بنابراین شیر تغذیه رله بسته میشود و حرکت اکچویتور متوقف میگردد.

بنابراین تغییر سیگنال ورودی، یک تغییر در موقعیت اکچویتور ایجاد میکند. پوزیشنر، دوباره با فشار سیگنال بزرگتر، موقعیت جدید اکچویتور و اختلاف کمی در موقعیت فلاپر متعادل میگردد.

با کاهش سیگنال کنترلگر، بیلوز منقبضشده (به کمک رنج فنر) و فلاپر شروع به دورشدن از نازل میکند. فشار پشت نازل کاهش مییابد و بنابراین فشارهای اکچویتور در داخل رله بر نیروهای فشار نازل غلبه میکنند و دیافراگم رله را حرکت میدهند بطوریکه پورت تخلیه(Exhaust port) باز میشود. همانطوریکه فشار اکچویتور به هوا تخلیه میگردد، فنر اکچویتور، اکچویتور را به سمت بالا حرکت میدهد و اتصال فیدبک، بادامک را طوری میچرخاند که آن فلاپر را به عقب به سمت نازل حرکت میدهد، بنابراین فشار پشت نازل بالا میرود و سبب بستن شیر تخلیه میگردد.

بنابراین میتوان چنین نتیجهگیری کرد که یک سیگنال جدید، یک موقعیت جدید شیر و یک اختلاف فاصله فلاپر نازل کم ایجاد میکند.

پوزیشنرهای شیرها میتوانند عملکرد مستقیم یا معکوس داشته باشند. عملکرد مستقیم به این مفهوم است که افزایش سیگنال ورودی موجب افزایش سیگنال خروجی میشود، در حالیکه در پوزیشنر با عملکرد معکوس، افزایش سیگنال ورودی سبب کاهش سیگنال خروجی میگردد.

8-1- مشخصات بادامک

اغلب پوزیشنرهای شیرها، موقعیت میله شیر را بصورت خطی متناسب با خروجی سیگنال کنترلگر تغییر میدهند، اما بعضی از سازندگان، واسطهای (معمولاً یک بادامک) برای تغییر این رابطه ایجاد میکنند.

بادامک، که قسمتی از ساختار فیدبک را تشکیل میدهد، میتواند در فرمها و شکلهای متفاوتی ساخته شود و مشخصههای بازکردن سریع (بادامک2)، خطی (بادامک1) یا فرمهای مختلفی از مشخصههای گلوگاهی (بادامک 3) را مطابق شکل 28 شبیهسازی کند.

شکل28- منحنی مشخصه بادامک(Cam)

9- متعلقات شیر کنترل

در بسیاری از حالات، شیرهای کنترل با وسایل دیگری نظیر تجهیزات زیر برای انجام یک کار خاص و رضایتبخش همراه میباشند.

پوزیشنرهای شیر

سوئیچهای محدودکننده(Limit Switches)

شیرهای سولونوئید(Solenoid Valves)

رلههای معکوس

مبدلها(Transducers)

شیرهای قفل(Lock up Valves)

رلههای بوستر

مخازن ظرفیت(Capacity Tanks)

چرخدستیهای قابل نصب از بالا و پهلو

9-1- پوزیشنرهای شیر

انتخاب تجهیزات مناسب برای اجرای قابل قبول یک سیستم کنترل، نیازمند آنالیز مشخصات دینامیکی و استاتیکی هر عضو موجود مرتبط با پروسهای که باید کنترل گردد، میباشد. در چهل سال قبل یا از اوایل پیدایش پوزیشنرهای شیرهای نیوماتیکی، سازندگان زیادی، ”قوانینی سرانگشتی“ مربوط به کاربرد پوزیشنرها را ایجاد کردند. این قوانین استفاده از پوزیشنر را برای مقابله با فاکتورهایی نظیر ساییدگی جعبه بستهبندی، نامتعادلی پلاگ شیر و هیسترزیس فنر و دیافراگم دیکته کردند. قوانین پیشنهاد میکرد که استفاده از پوزیشنر شیر، بهترین راه جهت تضمین نگهداری موقعیت پلاگ شیر، متناسب با سیگنال ابزاردقیق از کنترلگر است. بر این اساس، پوزیشنرهای شیرهای زیادی که توسعه داده شدند، امروزه موجودند.

اگرچه شکلها، فرمها و قوانین کاری متنوعی دارند، اما از نظر عملکرد مشابه یکدیگرند.

معمولاً پوزیشنرها در پهلوی اکچویتورهای دیافراگمی و بر روی اکچویتورهای پیستونی نصب میشوند. از نظر مکانیکی، به میله شیر یا پیستون طوری متصل میشوند که موقعیت میله میتواند با موقعیت پیستون که توسط کنترلگر دیکته میشود، مقایسه گردد. شکل 29 عملکرد پوزیشنر را نشان میدهد.

مطابق شکل 29، تعریف دیگر پوزیشنر شیر، میتواند به صورت زیر باشد:

پوزیشنر شیر، برای کاربردهایی مورد نیاز است که نیروهای شیر در مقایسه با محدوده نیروی فنر اکچویتور، دارای آشفتگی(Turbulence)، افت فشار یا اصطکاک زیادی است. تحت این شرایط، سیگنال فشار خروجی کنترلگر برای فراهم کردن موقعیت خطی شیر داخلی، مناسب نمیباشد.

پوزیشنری که مانند یک رله عمل میکند تا مقدار موردنیاز فشار تغذیه را بعنوان تابعی از سیگنال فشار کنترلگر فراهم نماید، باید بکار رود.

پوزیشنر از هر سازندهای که باشد مانند Moore، Foxboro، Taylor، Bailey و غیره، نصب آن در سایت آسان است و نقشهای برجسته نواری و سوراخ شده(Drilled & Tapped Bosses) آن در هر دو سمت یوغ دیافراگم فراهم شده است.

برای استفاده صحیح از پوزیشنر شیر، به شرایط زیر باید توجه شود:‌

سیالات چسبنده(Viscous)، سیالات سالیدبیرینگ یا سیالاتی که تمایل دارند شیر را ببندند.

نیروهای با تلاطم زیاد ناشی از اندازه بزرگ شیرها، افتهای فشار زیاد یا ترکیبی از آنها.

فشار زیاد نیاز به بستهبندی غیرعادی بدون نشت میله دارد.

خط انتقال زیاد بین کنترلگر و شیر کنترل که میتواند بیانگر یک تأخیر زمانی(Time lag) باشد.

شکل 29- شماتیک یک پوزیشنر شیر نیرو ـ تعادل را نشان میدهد که چگونه پوزیشنر کار میکند. مجموعه ورودی شامل گیجها و کنارگذر است(محصول شرکت Masoneilan )

در شکل 29 شیر کنترل به پوزیشنر شیر نیوماتیکی و در شکل 30 شیر کنترل به یک ترانس دیوسر (مبدل سیگنال الکترونیکی به خروجی نیوماتیکی) مجهز است.

پوزیشنر نیوماتیکی، هوای تغذیه را دریافت میکند. هوای تغذیه بعد از عبور از فیلتر هوا در فشار 20 PSI تنظیم میگردد. سیگنال ابزاردقیق در محدوده 3-15 PSI است. خروجی رها شده بین 3-15 PSI روی دیافراگم شیر کنترل میباشد.

پوزیشنر الکترونیکی ـ نیوماتیکی، یک سیگنال الکترونیکی ابزاردقیقی 4-20 mA و یک هوای تغذیه با فشار 20 PSI دریافت میکند و یک هوای خروجی با فشار 3-15 PSI بر روی دیافراگم شیر کنترل رها میکند. V/ P به معنی پوزیشنر شیر (Valve Positioner) است. ورودی و خروجی توسط I & O مشخص میشوند.

شکل 30- مبدل الکتریکی به نیوماتیکی نصب شده روی اکچویتور نیوماتیکی (محصول شرکت Fisher)

9-2- مبدلها(Transducers)

حلقههای کنترل الکترونیکی، به مبدل الکتریکی به نیوماتیکی در هنگامی که شیر کنترل به صورت نیوماتیکی عمل میکند، نیاز دارند. مطابق شکل30، مبدل ممکن است روی اکچویتور نصب شود. اگر شیر کنترل در معرض لرزه قرار دارد، باید پوزیشنر، روی یک پایه محکم نزدیک، به جای روی شیر نصب شود.

9-3- شیرهای سولونوئیدی

شیر سولونوئیدی، ترکیبی از دو بخش با عملکرد پایهای است، شیر و سولونوئید. انواع مختلفی از شیرهای سولونوئیدی وجود دارند که عبارتند از:

عملکرد مستقیم

عمل براساس پایلوت داخلی

عمل براساس پایلوت خروجی

دوراهه

سهراهه

چهارراهه

شکل 31- سولونوئید با Double acting cylinder

این شیرها، در قالبهای متفاوتی وجود دارند تا برای طبقهبندیهای الکتریکی مختلف، مناسب باشند و باتوجه به مشخصات الکتریکی همانند مشخصات مکانیکی و عملکردی، متنوع هستند. وظیفه شیر سولونوئید فراهم کردن سوئیچینگ قطع و وصل در سیستم میباشد. این شیرها، در یک سیستم نیوماتیکی یا سیستم مایع همان کاری را انجام میدهد که یک رله برقی در سیستم برقی انجام میدهد. از این شیرها، همیشه در ارتباط با کنترل شیر برای بازکردن یا بستن شیر در شرایط از قبل تعیین شده یا محدودیتها، استفاده میشود.

شیرهای چهارراهه برای عمل سیلندرهای دوکاره استفاده میشوند. در شکل سمت راست، زمانیکه سولونوئید فعال(Energize) میشود، سیلندر سمت چپ از پورت A ، تحت فشار قرار میگیرد و سیلندر سمت راست از پورت B تخلیه میشود. در شکل سمت چپ، سیلندر سمت راست از طریق پورت B تحت فشار قرار میگیرد و سیلندر سمت چپ از طریق پورت A ، تخلیه میشود.

شکل 32- سولونوئید در حالت Energized و De-energized

سولونوئیدهای با کارکرد پایلوت(Pilot Operated)، از فشار خط برای فراهم کردن قدرت بازکردن شیر بوسیله بازکردن یک اوریفیس پایلوت هنگامیکه سیمپیچ فعال شده است، استفاده میکنند.

شکل 33- شیر با کارکرد پایلوت که از یک سولونوئید برای کار شیر استفاده میکند

شکل 34- استفاده از دو سولونوئید، هنگامیکه در اثر فقدان برق، عمل شیر معکوس، نامطلوب است

شیر سولونوئیدی، برای به حرکت درآوردن آرمیچر یا میله شیر در یک میدان مغناطیسی که جریان سیال را کنترل نماید، از یک سیمپیچ مغناطیسی استفاده میکند. شیرهای سولونوئیدی یا کاملاً باز هستند و یا کاملاً بسته و بوسیله سیگنالهای الکتریکی از مکانهای دور فعال میشوند. با اتصال جریان الکتریسیته به آهنربای الکتریکی، یک میدان مغناطیسی در سیمپیچ شیر ایجاد شده که موجب جابجایی هسته آن میگردد. پیستونی(Plunger) به دیسک شیر متصل شده است که اوریفیس را باز میکند یا میبندد. این باز یا بسته شدن اوریفیس به این بستگی دارد که شیر فعال شده تا باز کند یا فعال شده که ببندد.

شکل35- شیر سولونوئیدی در موقعیت De-energized

شکل36- شیر سولونوئیدی در موقعیت energized

9-4- شیرهای حبسی(Lockup)

در کاربردهای خاصی، ممکن است نیاز باشد که یک شیر کنترل دیافراگمی، در آخرین موقعیت کنترل شده، زمانیکه اشکالی در هوای تغذیه آن بوجود آمده، باقی بماند. شکل 37 شیری را نشان میدهد که برای این منظور استفاده میشود و شکل 38 طریقه نصب یک نمونه شیر حبسی را نشان میدهد.

شکل 37 - شیر حبسی که برای نگهداری شیر کنترل در آخرین موقعیت آن هنگام بروز خطا در هوای تغذیه استفاده میشود.

شکل38- شماتیک نصب یک نمونه شیر حبسی نیوماتیک

9-5- مخزن ذخیره(Capacity Tank)

اکچویتورهای نیوماتیکی بدون فنر در هنگام ایجاد اشکال در هوای تغذیه، ممکن است در آخرین موقعیت باقی بمانند. اما باتوجه به نیروهای اعمالی به پلاگ شیر، در اثر نشتی، به آرامی به موقعیت باز یا بسته میروند. برای رفع این مشکل و زمانیکه لازم است که یک شیر در مقابل فشار خط، باز یا بسته شود، از یک مخزن ذخیره با حبس هوا استفاده میکنیم. شکل39 یک آرایش نمونه برای این منظور را نشان میدهد. این فشار هوای ذخیرهشده، بدون توجه به اندازه و جهت نیروهای درگیر، هنگامیکه اشکالی برای هوای تغذیه رخ دهد، بازکردن یا بستن مثبتی را برای شیر فراهم میکند.

شکل 39- سیستم حبس هوا با یک مخزن ذخیره برای عملکرد شیر هنگام از دست دادن هوای تغذیه

9-6- چرخهای دستی(Hand wheels)

چرخهای دستی (مطابق شکلهای 40 و 41)، برای عملکرد دستی شیرهای کنترل در هنگام استفاده بطور اضطراری، در طول راهاندازی یا هنگامی که هوای تغذیه در اثر اشکالی قطع شود، بکار میروند.

شکل 40- چرخدستی نصب شده در پهلوی اکچویتور دیافراگمی

شکل41- چرخدستی نصب شده در بالای اکچویتور دیافراگمی

9-7- سوئیچهای محدودکننده(Limit switches)

سوئیچهای محدودکننده، ممکن است روی شیرها نصب شوند تا موقعیت شیر را نشان دهند، سیگنال آن برای فعال کردن شیر سولونوئیدی، آلارمها یا رلهها بکار رود(شکل42). به طور مشابه، شیرهای سولونوئیدی ممکن است برای بازکردن یا تخلیه شیرها از راه دور بکار روند(شکل43).

شکل 42- نصب سوئیچ محدودکننده روی یوغ شیر کنترل

شکل43- نصب شیر سولونوئیدی روی اکچویتور دیافراگمی

9-8- رلههای تقویتکننده (بوستر)

رلههای تقویتکننده (مطابق شکل44) برای کاهش زمان عقبافتادن(تأخیر)، که ناشی از فاصله طولانی خطوط انتقال است یا زمانیکه ظرفیت خروجی کنترلگر برای تجهیزات با تقاضای زیاد (مانند اکچویتورهای با دیافراگم بزرگ) مناسب نیست، بکار میروند.

شکل 44- رلههای تقویتکننده نیوماتیکی

9-9- رگولاتورهای تغذیه فشار با فیلتر و تله رطوبت(Moisture Trap)

رگولاتورهای تغذیه فشار برای کاهش فشار هوای تغذیه موردنیاز سایت شامل پوزیشنرهای شیرها و سایر تجهیزات کنترل بکار میروند.

فشارهای هوای تغذیه کاهش داده شده متداول، 20 psi و 31 psi است. رگولاتور میتواند به صورت نیپل یا با پیچ به اکچویتور وصل شود.

در ادامه چند تصویر ضمیمه شده است.

شکل 45- Diphragm actuated control valve

شکل46-Typical Revese Acting Diphragm actuator

شکل47-Revese/Direct Acting actuator/Valve

شکل48-plug characteristics for globe valve

شکل49-Diaphragm valve

شکل50-butterfly valve & Control valve in operation

شکل51- ..................................................................................................................................................................

شکل52- ..................................................................................................................................................................