شیرها وظیفه کنترل سیال را به صورت دستی یا اتوماتیک در یک سیستم لوله کشی بر عهده دارند. آن ها ساخته شده اند تا در برابر محدوده مشخصی از دما، فشار، خوردگی و ضربه های مکانیکی مقاومت نمایند. به منظور این که کل سیستم در شرایط بهینه اقتصادی بهترین عملکرد را داشته باشد، طراح می بایست مناسب ترین شیر کنترل را سایز و انتخاب کند.

عملکردهای اصلی شیر کنترل

عملکردهای اصلی شیرها به شرح زیر است:

• راه اندازی، توقف و هدایت جریان
• تنظیم، کنترل و یا کاهش جریان
• جلوگیری از برگشت جریان
• کاهش یا تنظیم فشار
قبل از انتخاب شیر باید ملاحظات فنی زیر مد نظر قرار گیرد:
۱. نوع مایع، بخار یا گاز
• آیا این یک مایع خالص است یا حاوی ذرات است؟
• آیا در طول جریان آن مایع باقی می ماند و یا تبخیر می شود؟
• آیا خاصیت خورندگی دارد؟
۲. فشار و درجه حرارت
آیا این ها در سیستم تغییر می کنند؟
• آیا باید بدترین حالت (حداکثر یا حداقل مقادیر) در انتخاب مواد اولیه برای ساخت شیر در نظر گرفته شود؟
۳. ملاحظات جریان
• کاهش فشار بحرانی است؟
• آیا شیر مطابق با فشار مورد نیاز است؟
• آیا شیر برای قطع ساده یا برای کاهش جریان استفاده می شود؟
• آیا شیر برای جلوگیری از برگشت جریان لازم است؟
• آیا شیر برای هدایت (مخلوط کردن و یا منحرف کردن) جریان استفاده می شود؟
۴. فرکانس و سرعت عمل
• آیا از شیر اغلب استفاده می شود؟
• آیا شیر نیاز به جا به جایی سریع خود دارد؟
• آیا شیر به آرامی حرکت می کند؟
• در صورت قطع برق، آیا شیر دارای یک موقعیت پیش فرض است؟
• در کارکردهای غیر مکرر، آیا شیر در حالت نرمال باز است؟
• آیا عملیات دستی یا اتوماتیک انجام می شود؟

هر تولید کننده می تواند اجزای پایه شیر را با توجه به کاربرد آن نامگذاری کند.

دسته بندی بدنه شیرهای کنترلی

دسته بندی شیرها با استفاده از رابطه ی دما و فشار مشخص می شود که در آن کدام شیر ممکن است به کار گرفته شود. تولید کننده دسته بندی شیرها را تعیین می کند. باید از ASME استاندارد B16.34 کمک گرفته شود، و رده فشاری شیر شناسایی شود. درجه بندی های فشار ورودی به طور کلی به ترتیب رتبه بندی رده ANSI/ASME بیان می شود (از رده ANSI 125 تا ۲۵۰۰) یا براساس میزان فشار اسکلت بدنه، بسته به نوع سبک، اندازه و مواد اولیه بستگی دارد. جداول در ANSI/ASME استاندارد B16.34 و در کتاب های مختلف نشان دهنده درجه بندی های فشار در دماهای عملیاتی مختلف است.

مواد اولیه شیرها

ASME استاندارد B16.34 الزامات ساخت شیرها از قبیل آهنگری، ریخته گری ، ورق کاری، شکل دهی و … را تعیین می کند. این استاندارد مواد اولیه مورد تایید جهت ساخت شیرها را مشخص می کند. در انتخاب مواد اولیه مناسب، ابتدا باید مواد برای ساخت کلاهک درپوش بدنه و سپس محل اتصال شیر و نشیمنگاه شیر را انتخاب کرد.

عوامل کنترل کننده ی مواد اولیه به شرح زیر است:

• دسته بندی درجه حرارت – فشار
• الزامات مقاومت در برابر خوردگی
• شوک حرارتی
• استرس لوله کشی
• خطر آتش سوزی
انواع مواد در دسترس به طور معمول عبارتند از:
• فولاد کربن
• آهن انعطاف پذیر
• چدن
• فولادهای ضد زنگ
• برنج
• برنز
• پلی وینیل کلراید (PVC) پلاستیک

بدنه ها. بدنه شیرهای سایز کوچک از برنج، برنز و فولاد ساخته می شود در حالی که بدنه شیرهای سایز بزرگ از جنس چدن یا فولاد ریخته گری است که بتوانند در فشارهای کاری مختلف عملکرد مطلوبی داشته باشند. لیستی از مواد رایج که عموماً مورد استفاده قرار می گیرد، در Lyons (1982) و Ulanski (1991) تهیه شده است.

نشیمنگاه ها. نشیمنگاه های شیر می توانند به صورت یکپارچه از مواد بدنه، به طور مناسب فشرده شده، یا رزوه شده ساخته شوند. نشیمنگاه ها را با توجه به نوع کاربردشان می توان از مواد مختلف مناسب انتخاب کرد. نشیمنگاه شیر و محل اتصال شیر یا صفحه گاهی اوقات به عنوان محفظه شیر نام برده می شود و معمولاً برای ساخت آن ها از مواد یکسانی استفاده می شود تا ملاحظات فنی رعایت گردد. اگرچه، مواد به کار برده شده در محفظه معمولاً با بدنه شیر متفاوت است. در برخی از طراحی ها از دیسک های کامپوزیتی قابل تعویض استفاده می گردد. این دیسک ها به همراه پلاگ در محل اتصال بسته می شوند.

حداکثر درجه بندی های نشت مجاز برای نشیمنگاه های شیر کنترل در استاندارد هایی مانند انجمن کنترل سیال (FCI) استاندارد ۲-۷۰ یا اروپایی ها (CEN) استاندارد EN 12266-1 تعریف شده است.
ساقه های شیر. مواد اولیه ساقه شیر باید طوری انتخاب شوند تا ملاحظات فنی را برآورده سازند. به طور معمول از فولاد ضد زنگ، برنز و برنج در ساخت ساقه شیر استفاده می شود.
مجموعه ساقه شیر و واشرها. مجموعه ساقه شیر به علت حرکت بدنه شیر به طور مداوم پوشانده می شود و هر دو مجموعه بدنه و واشرهای بدنه در معرض تغییرات فشار و فشار سیال کنترلی قرار می گیرند. تولیدکنندگان می توانند توصیه هایی در مورد مواد و روان کننده ها برای دما و فشار مایع خاص ارائه دهند.

ضریب جریان و افت فشار

جریان عبوری از طریق هر دستگاهی منجر به کاهش فشار می شود. عوامل موثر بر افت فشار در شیرها شامل تغییر درمقطع عرضی و شکل مسیر جریان، گرفتگی در مسیر جریان و تغییر در هدایت مسیر جریان می باشند. در اکثر کاربردها، افت فشار با نسبت توان دو جریان (هنگامی که در محدوده جریان آشفته است) تغییر می کند. هنگامی که شیر در وضعیت کاملا باز باشد، این رابطه درست است.

برای راحتی در انتخاب شیر، به ویژه شیرهای کنترل، تولیدکنندگان ظرفیت شیر را به عنوان تابع ضریب جریان بیان می کنند. ضریب جریان Cv حجم آب ( به گالن آمریکایی) است که در ۶۰ درجه فارنهایت که در هر دقیقه از طریق یک شیر کاملا باز با افت فشار ۱ psi جریان دارد. همچنین ممکن است تولید کنندگان ضریب شیر را در سایر افت های فشار تهیه کنند.

شکل زیر یک تست معمولی برای تعیین درجه Cv با شیر کنترل کاملا باز را نشان می دهد. شیر کروی HV-1 قابلیت خواندن گیج تنظیم را دارد (به عنوان مثال، به ۱۰ psig)؛ HV-2 سپس (به عنوان مثال، بازگشت به ۹ psig) برای انجام آزمایشی با افت فشار ۱ psig تنظیم می شود. مخزن ذخیره ثقلی می تواند برای کاهش نوسانات فشار استفاده شود. شیر بای پس امکان تنظیم دقیق از منبع فشار را می دهد. با یک سری آزمایش در مخزن توزین و استفاده از کورنومتر می توان سرعت جریان را تعیین کرد. جزئیات بیشتر تست ظرفیت ممکن است در استاندارد S75.02 انجمن بین المللی اندازه گیری و کنترل (ISA) یافت شود.

تست تعیین ضریب جریان

تست تعیین ضریب جریان

کاویتاسیون

کاویتاسیون هنگامی رخ می دهد که فشار سیال جریان به زیر فشار بخار آن سیال افت کند (شکل ۲). در این دو مرحله فرآیند، فشار ابتدا به نقطه بحرانی افت می کند، که باعث می شود حفره هایی از بخار شکل بگیرد. این ها تا جایی که به یک منطقه با فشار بالاتر برسند به مسیر خود ادامه می دهند. حباب های بخار سپس به طور ناگهانی فرو می پاشند یا می ترکند. این کاهش فشار هنگامی اتفاق می افتد که سرعت عبور سیال از شیر افزایش یابد. بعد از آن که سیال از درون شیر عبور می کند، سرعت کاهش و فشارافزایش می یابد.

در بسیاری از موارد، پدیده کاویتاسیون باعث ایجاد صدا در مدار می گردد. با این حال، اگر حباب های بخار در تماس با یک سطح جامد باشند، هنگامی که آن ها سقوط می کنند، مایعی که با سرعت به سمت خارج حرکت می کند باعث ایجاد فشار محلی بالا می شود که می تواند سطح لوله را تخریب کند. در نتیجه خرابی نا به هنگام شیر و لوله های مجاور ممکن است رخ دهد. سر و صدا و ارتعاش ناشی از کاویتاسیون به مانند آن است که انگار سنگ ریزه از طریق سیستم در حال عبور است.

کاویتاسیون شیر در منحنی های تیز

کاویتاسیون شیر در منحنی های تیز

ضربه قوچ

به مجموعه ای از نوسانات فشار ناشی از تغییر شدت آن که باعث می شود میزان آن بالاتر یا پایین تر از  فشار نرمال آب در لوله  شود ضربه قوچ می گویند. دامنه و دوره نوسان ها بستگی به سرعت آب و همچنین اندازه، طول و جنس لوله دارد.

تکان هایی از این ارتعاشات زمانی رخ می دهد، که هر سیال در یک زمان کوتاه متوقف شود. به طور کلی، جلوگیری از بسته شدن سریع شیر برای به حداقل رساندن وقوع ضربه قوچ در یک سیستم تهویه مطبوع، ضروری است.

هنگامی که جریان متوقف می شود افزایش فشار، مستقل از فشار کاری سیستم است. به عنوان مثال اگر آب با سرعت ۵ فوت در ثانیه جریان داشته باشد و یک شیر فوراً بسته شود، افزایش فشار به همان میزان است و فرقی نمی کند که فشار طبیعی psig  ۱۰۰ یا psig 1000 باشد.

ضربه قوچ اغلب همراه با صدایی شبیه لوله ای است که توسط یک چکش زده می شود (از این رو این نام گذاشته شده). شدت صدا میزانی برای اندازه گیری شدت فشار نیست. آزمایشات نشان می دهند که حتی اگر ۱۵٪ فشار تلاطم توسط جذب کننده ها یا بازدارنده ها دفع شود، لزوماً جبران کافی برای جلوگیری از این پدیده نیست.

سر و صدا

فصل ۲۲ از کلیات کتاب ASHRAE ۲۰۱۳ اشاره می کند که محدودیت هایی بر اندازه لوله برای کنترل سطح سر و صدای شیر، ساییدگی و فشار ضربه قوچ وجود دارد. بعضی از داده ها برای پیش بینی سر و صدای هیدرودینامیکی تولید شده توسط شیرهای کنترل در دسترس هستند. ISA استاندارد ۷۵.۰۱ سعی کرده است برای کاهش سطح سر و صدا در شیرهای کنترل، الزامات پیش بینی شده ای را تهیه کند.

انواع بدنه

بدنه های شیر در شکل های متنوعی با توجه به مورد کاربردشان در دسترس هستند. توقف جریان، اجازه جریان کامل، تنظیم کردن جریان در بین دورترین نقاط و هدایت جریان از وظایف معمول بدنه ها می باشند. عملکرد یک شیر می تواند به صورت خودکار یا دستی باشد.

شکل بدنه ها برای شیرهای اتوماتیک و دستی با توجه به کاربرد و عملکرد آنها در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال، شیرهای زاویه ای معمولاً برای کنترل رادیاتور کاربرد دارند. قاعده کلی جریان برای تنظیم شیر زاویه و شیر مستقیم مشابه است که سازنده در بعضی موارد به منظور راحتی در نصب نوع شیر را  انتخاب می کند.

نوع یا طراحی قطعات ارتباطی بدنه وابسته به مواد اولیه یا لوله است. بسته به نوع مواد اولیه، شیرها می توانند به یکی از روش های زیر به سیستم لوله کشی متصل شوند:

  • اتصال با فلنچ
  • اتصال رزوه ای
  • اتصال جوشی
  • اتصال فشاری
  • اتصال با چسب ( در لوله ها و شیر های پلاستیکی)
1 ستاره2 ستاره3 ستاره4 ستاره5 ستاره (1 votes, average: 5٫00 out of 5)
Loading...