شیرها[1] تجهیزاتی هستند که برای تنظیم جریان، عوضکردن مسیر یا قطع و وصلکردن جریان سیال از طریق بستن و بازکردن و نیمه بازکردن دسته آن بهکار میروند. این سیال میتواند گاز، مایع و حتی خمیر باشد. شیرها انواع بسیار مختلفی دارند و با توجه به نحوه عملکردشان میتوانند به پنج دسته زیر تقسیم شوند:
به عنوان مثال شیرهای سوزنی[2] که عملکرد آنها تنظیم جریان است با یک قطعه سوزنیشکل که به وسیلهی رزوههایی که داخل شیر قرار دارند جابجا شده و جریان سیال را کنترل میکنند. نحوه اتصال این نوع شیرها به تجهیزات اکثرا از نوع رزوهای است و درکل به دو نوع تقسیم میشوند. نوع اول که محرک آنها پنوماتیکی یا الکتریکی[3] است و نوع دوم شیرهایی هستند که زاویه ورودی و خروجی سیال در آن 90درجه است که به آن Angle needle valves گفته میشود. جنس این نوع شیرها فولاد زنگنزن SS316، SS304 و همچنین ازجنس برنج است که از جنس فولادی آن بیشتر برای آبشور دریا و تجهیزاتی که نیاز به دما و فشار بالاست استفاده میکنند درحالیکه جنس برنجی آن بیشتر برای سیستمهای هیدرولیکی و سیستمهایی که با آبمقطر کار میکنند مناسبتر است. نوع دیگری از شیرها که صرفا برای قطع و وصل جریان است شیرهای توپی[4] هستند که عضو مسدودکننده درآنها یک کره سوراخدار است که اگر قسمت سوراخدار کره درجهت جریان سیال باشد سیال عبور خواهد کرد درغیراینصورت شیر جریان سیال را قطع میکند. این شیرها به دونوع چندتکه[5] و بدنه تمام جوشی[6] تقسیم میشوند و جنس آنها میتواند فولاد زنگنزن، برنج، آلیاژهای تیتانیوم و کروم، برنز، چدن، آلومینیوم و PVC باشند. شیرهای توپی برای فشارهای بالا ودمای تا 400درجه مورد استفاده قرار میگیرند. تنها عیبی که شیرهای توپی دارند این است که اگر سیال در عضو مسدودکننده شیر محبوس شود و تخلیه نشود هنگام یخبندان میتواند باعث ترکخوردن بدنه شود.
ویدِئوها برای درک بهتر از مکانیزم آنها مشاهده شود.
در بعضی صنایع و آزمایشگاهها نیاز است که از خط اصلی سیال انشعاباتی گرفته شود. به عنوان مثال برای تجهیزات اندازهگیری مانند فشارسنجها و ترمومترها و غیره باید از خط اصلی سیال انشعاباتی گرفته شود که جریان اصلی دچار اختلالی نشود. در این شرایط از شیرهای چند منظوره[7] میتوان استفاده کرد. این نوع شیرها در واقع میتوانند ترکیبی از شیرهای سوزنی یا توپی باشند که مداری بین آنها برقرار گشته است. این شیرها به صورت پیچی یا با فلنج میتوانند به تجهیزات متصل شوند و وظیفهی اصلی آنها قطع یک مسیر و وصلکردن سیال به مسیر دیگر جهت تعمیرات و کالیبراسیون، یکسانسازی فشار و تخلیه مواد است و کاربرد عمده آنها در فشارسنجها مخصوصا فشارسنجهای دیفرانسیلی است. این شیرها هزینه راهاندازی مناسب و مسیرجریان کوتاهی دارند که باعث شده نوسانات گرمایی و فشار در آن کمتر شود(سیستم انرژی کمتری مصرف کند). به خاطر کمتر بودن اتصالات در آنها سایش و نشت روغن کاهش یافته و همچنین مزیت خوب دیگری که دارد این است که فضای کمتری را نسبت به بقیه شیرها اشغال میکند. حداکثر دمایی که این شیرها در آن میتوانند بدون خرابی کار کنند حدود 240درجه سانتیگراد و حداکثر فشاری که میتوانند آن را تحمل کنند نیز باتوجه به استاندارهای ساخت آنها متفاوت است.
شیرهای چند منظوره به 3دسته کلی تقسیم میشوند که شامل شیرهای 2راهه(2 Way Valves)، شیرهای 3راهه(3 way valves) و شیرهای 5راهه(5 way valves) هستند.
این شیرها از یک شیر مسدودکننده[8] و یک شیر تخلیه[9] تشکیل شدهاند. شیرهای تخلیه همانطور که از اسمشان پیداست وظیفهی تخلیه گازهای اضافی یا سیال از جریان را دارند.کار عمده شیر2راهه مسدودکردن جریان و کالیبراسیون تجهیزات و اندازهگیری فشاراستاتیکی است و همچنین در فشارسنجها نیز از آن استفاده میشود. برای کالیبراسیون قطعات به وسیلهی این شیرها باید شیر مسدودکننده را بسته و شیر تخلیه را باز کرد. جنس آنها عمدتا فولاد زنگنزن SS304 و SS316 میباشد.
این شیرها نیز از دوشیر مسدودکننده و یک شیر تعادل دهنده[10] تشکیل شدهاند که وظیفهی شیرتعادلدهنده برقرارکردن فشاریکسان بین دوطرف است. برای این شیرها علاوهبر فولادهای زنگنزن نام برده برای شیرهای 2راهه از فولادهای کربنی نیز استفاده میشوند. کاربرد عمده این نوع شیرها در ترانسمیترهای دیفرانسیلی فشار(DP flow) است که درقسمت کاربرد در صنعت به آن خواهیم پرداخت.
جنس این شیرها همانند شیرهای3راهه از فولاد زنگنزن و فولادهای کربنی است و از دو شیر تعادلدهنده، دو شیر مسدودکننده و یک شیر تخلیه تشکیل شده است. شیرهای 5راهه همانند مدل قبلی در ترانسمیترهای دیفرانسیلی فشار(DPT) استفاده میشود.
شیرهای چند منظوره در صنایع و تجهیزات مختلفی بهکار میروند که در این قسمت به مهمترین کاربرد آنها به ویژه شیرهای 3راهه در ترانسمیترهای دیفرانسیلی فشار میپردازیم. این تجهیز برای اندازهگیری اختلاف فشار بین دو سر لوله یا هر تجهیز دیگری به کار میرود. این دستگاه از دو قسمت تشکیل شده که قسمت اول توسط فلنج به دو لوله متصل میشود و بین دو لوله میتواند اوریفیس، نازل، ونتوری و غیره قرار بگیرد که باعث اختلاف فشار در دو سر لوله میگردد. قسمت دوم این دستگاه نیز ترانسمیتر فشار است که عمدتا با شیرهای 3راهه مجهز شدهاند و سنسورهایی در این قسمت وجود دارند که فشار را با حساسیت بالایی اندازهگیری میکنند. شیرهای 3راهه در این نوع تجهیز شامل دو شیرمسدودکننده فشارضعیف(Block LP) و فشارقوی(Block HP) است که هرکدام به ترتیب به قسمت کمفشار و پرفشار لولهها متصل هستند.
هنگام برقراری جریان سیال در لوله و بهوجودآمدن اختلاف فشار در لولهها اینجاست که شیرهای 3راهه وارد مدار میشوند و بهترتیب زیر عمل میکنیم:
برای کالیبراسیون دستگاه نیز باید شیرهای مسدودکننده را بسته و تعادلدهنده را باز کنیم که دراین حالت فشار دوطرف کمفشار و پرفشار برابر شده و واحد DPT عدد صفر را نشان میدهد.
شیرهای چندمنظوره علاوهبر تقسیمبندیشان براساس تعداد شیرها، براساس نحوه اتصالشان با ابزار و کاری که انجام میدهند نیز میتوانند تقسیم شوند. برخی از این تقسیمات عبارتند از:
هرکدام از این شیرها ویژگیهای مخصوص خود را دارند که بهعنوان مثال میتوان گفت Meteringها برای ایزولهکردن جریان، تخلیه، کالیبراسیون و اندازهگیریهای دقیق بهکار میروند. Dual flanged typeها نیز برای ترانسمیترهایی که در لولههای مربوط به آن اوریفیس است مناسبترند. درحالیکه درtype Single flanged دقیقا برعکس، یعنی درحالتی مورد استفاده قرار میگیرند که بهعنوان مثال ونتوری، نازل و یا هرچیز دیگری به جز اوریفیس بهکار رفته باشد.Bore roddable و Orifice liquid level manifolds هم در تجهیزات ترانسمیترهای دیفرانسیلی فشار بهکار میروند اما تفاوتی که با هم دارند علاوهبر استانداردها و جزئیات قطعات در این است که استفاده از Orifice liquid levelها ازنظر اقتصادی بهتر است درحالیکه Bore roddableها دقت و کالیبراسیون بهتری دارند.
درمورد استانداردها و جزئیات قطعات شیرهای چند منظوره نیز باید گفت که متناسب با هرکدام از انواع شیرها میتوانند متفاوت باشد. بهعنوان مثال برای شیرهای 2راهه کالیبراسیون استاندارد زیر را داریم:
6M2R S F44T D – 2
برای استانداردها و کاتالوگ شیرهای چندمنظوره براساس تقسیمبندیهایی که ذکر شد می توانید در کاتالوگ زیر مشاهده شود.
5)منابع
گردآورنده: محمد رضانیا – دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان
[1] Valves
[2] Needle valves
[3] Motorized needle valves
[4] Ball valves
[5] split body
[6] fully welded body
[7] Manifold valves
[8] Block valve
[9] Bleed valve
[10] Equalizing valve