شيرآلات صنعتی ابزاری هستند که در صنعت با توجه به موقعيت و نحوه عمل آنها مورد استفاده قرار میگيرند. مهمترين استفاده آنها قطع يا ايجاد جريان سيال در درون لوله میباشد.
يک شير ايدهال آن است که سيال را با کمترين مقاومت و ايجاد کمترين افت فشار از خود عبور دهد و به بيان ديگر در وقت لازم از عبور سيال به هر صورت از داخل خود جلوگيری کند.
گاهی اوقات برای تنظيم جريان سيال نيز مورد استفاده قرار میگيرند که اين عمل با تغيير مسير حرکت و با ایجاد اندکی مقاومت صورت میپذيرد.
در برخی مواقع نوع بخصوصی از شيرآلات صنعتی که به طور اتوماتيِک باز و بسته میشوند و از بروز اتفاقات جلوگيری میکنند در صنعت بکار میروند. شيرها انواع مختلف و موارد استفاده متنوعی دارند که در اين مقاله به معرفی آنها و نحوه کارکرد آنها و همچنين تعمير و نگهداری آنها میپردازيم اميد است که اين مقاله بتواند کاربرد شيرها و انواع آنها را به خوبی معرفی کرده و راهگشای مشکلات موجود در خصوص تعمير و نگهداری شيرها باشد.
انواع مختلف شیرآلات صنعتی
شيرهای صنعتی از نظر نوع کارکرد به سه دسته تقسيم بندی میشوند:
1. شيرهای دستی که با نيروی انسانی کار می کنند
2. شيرهای خودکاری که با نيروی هوا، مايعات و گازهای کنترل شونده کار میکنند
3. شيرهای خودکاری که با نيروی برق کار میکنند
همچنين از نظر شکل ظاهری میتوان آنها به صورت زير تقسيم بندی نمود:
1. شير کشويی یا دروازهای(Gate Valve)
2. شیر کروی(Globe Valve)
3. شير سوزنی(Needle valve)
4. شير مخروطی یا سماوری(plug valve)
5. شير گلولهای یا توپی(ball valve)
6. شير يکطرفه(Check valve)
7. شير پروانهای(Butter fly valve)
8. شيرهای الکترونیکی(Electronic valve)
9. شيرهای ایمنی(Safety valve)
10. شيرهاي اتوماتيك يا خودكار
11. شيرهای باز و بسته شونده از راه دور
12. شيرهای مخصوص آتش نشانی
1. شير کشويی یا دروازهای( Gate Valve)
از اين نوع شير بيشتر در جاهايی که بخواهند جريان سيال را بطور کامل باز و بسته نمايند استفاده میکنند. از خصوصيات اصلی آن کم بودن افت فشار در طول آن است. به همين دليل در سر راه لولههای طويل از آن استفاده میشود.
هنگامی که شير به طور کامل باز است کشو يا بند آور کاملا به بالا هدايت شده و از مسير جريان سيال خارج شده و هيچگونه مقاومتی در مقابل جريان عبوری ندارد. ولی هنگامی که شير به حالت بسته درآيد به پايينترين محل خود هدايت میشود.
در نتيجه سيال به علت تغيير مسير و تصادم با کشو ايجاد تلاطم و افت فشار مینمايد. اين نوع شيرها از دو قسمت ساقه و کشو تشکيل شدهاند.
بعلت آنکه ميزان باز و بسته کردن شير متناسب با دور ساقه نيست، تنظيم دقيق مايع يا گاز، از ساير شيرها مشکلتر است. لذا از اين نوع شير فقط برای باز و بسته کردن کامل استفاده میشود. در زير شکلی از يک شير کشويی نشان داده شده است:
در مورد اين نوع شيرها ذكر اين نكته لازم است، كه همگي داراي اجزاي يكسان ميباشند. با توجه به مدلهاي مختلف از نظر نوع شركت سازنده با يكديگر تفاوت جزئي دارند. نكتهاي كه بايستي بدان توجه نمود. اين است كه بطور كلي تمامي شيرها داراي مكانيزم يكسان دارند. فقط از لحاظ ساختماني با يكديگر تفاوت دارند.
2. شیر کروی(Globe Valve)
اين شير اسم خود را از شکل ظاهری بدنه خود که کروی شکل است گرفته، ساختمان داخل آن طوری است که مايع از نقطه ورودی به شير تا خروج از آن ١٨٠ درجه تغيير جهت میدهد. ساختمان دريچه و نشيمنگاه آن طوری است. که به مجرد برقرار شدن جريان تماس آنها با هم قطع میشود. بنابراين باز نبودن کامل شير کروی اشکالاتی را که شير کشويی در حالت نيمه باز بودن را داراست، ندارد. لذا میتوان از آن جهت تنظيم و کنترل جريان استفاده کرد.
ضمنا متناسب بون تعداد دور دسته شير با حجم مجرای خروجی مايع، کار تنظيم مقدار جريان را با دست آسان میسازد. برخی از مشخصات اين نوع شيرها ر ا در زير مرور می کنيم:
• جهت جريان سيال برخلاف شير کشويی تغيير می کند.
• تغيير جهت جريان سيال ايجاد تلاطم مینمايد.
• تلاطم افت فشار را افزايش میدهد.
• اين شير فشار بيشتری نسبت به شير کشويی ايجاد میکند.
• در اين نوع شير فرسودگی مربوط به اصطکاک از شيرهای کشويی کمتر است.
• شير کروی برای مواقعی که شير بايد برای مدت زيادی بايد نيمه باز باشد قابل استفاده است.
• جنس اين نوع شير اغلب از نيکل يا فولاد زنگ نزن است.
3. شير سوزنی(Needle valve)
اين شير اسم خود را از شکل ديسک و نشيمنگاه خود گرفته است و از لحاظ طرز کار جزو شيرهای کروی است. با اين نوع شير میتوان کنترل دقيق جريان سيال را خصوصا در لولههای باريک و ظريف برقرار نمود. اين نوع شيرآلات صنعتی از لحاظ ساختمانی بسيار ظريف بوده و تقريبا کوچک است. بعلت دارا بودن مکانيسم مورد اعتماد در عمليات حساس و دقيق بکار میرود. همچنين در کاربراتورها و آزمايشگاههای نفت و پتروشيمی و وسايل ابزار دقيق بسيار پرکاربرد است.
4. شير مخروطی یا سماوری(plug valve)
اين نوع شيرآلات صنعتی تکامل يافته شير سماوری است که برای قطع و وصل کامل جريان مورد استفاده قرار میگيرد. وقتی شير کاملا باز باشد در خط مستقيم بدون برخورد با مانع در مجرايی به اندازه لوله متصل به آن حرکت میکند. لذا افت فشار کم و در حد شير کشويی است. در اين نوع شير سطح اصطکاک بين دريچه و بدنه زياد است. کار باز کردن و بستن شير خصوصا در شيرهای با سايز بزرگتر که تحت فشار زياد کار میکنند مشکل است.
پلاگ را به اشكال مختلف ميسازند. معمولترين آن به صورت مخروط ناقص ساخته شده كه با چرخاندن آن در بدنه سوراخ آن روبروي لوله قرار گرفته و جريان سيال ازآن عبورميكند اين نوع شير داراي انواع گوناگوني بوده و ممكن است سه راهه و چهارراهه آنها براي انتخاب مسير جريان وجود داشته باشد.
يکی از خصوصيات خوب اين شير آنست که میتوان با 1/4 دور میتوان آن را باز يا بسته کرد، همچنين بايد دقت کرد که اين نوع شير در درجه حرارت مناسبی بدرستی کار میکند و در صورت تجاوز دما از حد مجاز بعلت انبساط دريچه، شير به سختی باز يا بسته میشود.
5. شير گلولهای یا توپی(ball valve)
از اين نوع شير برای قطع و وصل کامل استفاده میشود. با ربع دور گردش باز يا بسته میشود. در صورت باز بودن شير، مواد در خط مستقيم بدون برخورد با مانع در مجرايی به اندازه لولهای متصل به آن حرکت میکند. اين نوع شيرها روان بوده و با گشتاور کم کار میکنند که اين خود در مواقعی که از دور کنترل میشوند امتياز اين نوع شيرها محسوب میشوند و در درجههای مختلف حرارت و با فشارهای مختلف کار میکنند. انواع اين شيرها عبارتند از:
• گلولهای شناور
• گلولهای سوار شده روی محور گردنده
که مورد اخير تا ۶٠٠ درجه سانتيگراد نيز کار میکند. در زير تصاويری از اين نوع شيرها را می بينيم:
6. شير يکطرفه(Check valve)
همانطور كه از اسم آن بر ميآيد این شیرآلات صنعتی از باز پس زدن جريان در يك لوله جلوگيري مينمايد. به عبارت ديگر سيال فقط از يكطرف آن مي تواند وارد شود. زماني كه در يك مسير قرار دارد جريان سيال از طريق برعكس آن غير ممكن است.
به همين علت اگر در محلي قرار دارد و ميخواهيم جريان را درمسير مخالف عادي خود عبور دهيم بايستي اين شير را برعكس نمائيم. یا اينكه داخل آنرا درآوريم كه در اين صورت حالت شيريك طرفه را از دست خواهد داد.
شيرهاي يکطرفه در دو طرح اساسي بنام شير يكطرفه لولايي(Swing check valve)) و شير يكطرفه فشاري (Lift check valve) ساخته ميشودكه در زير به توضيح آنها ميپردازیم.
1. شير يكطرفه لولايي(Swing check valve)
اين شيرآلات صنعتی كه مصرف بيشتري دارد داراي بدنه و درپوش ميباشد كه درون آن ديسكي كه ممكن است يكي يا دوتايي باشد. بوسيله پين مخصوصي به بدنه لولا شده و آويزان ميباشد. البته در نوع دو تايي آن اين پين بين دو ديسك قرار دارد. جريان سيال در موقع ورود ديسك را به طرف مسير خود بلند كرده و از اطراف آن عبور ميكند. در موقع قطع جريان دسيك به نشيمنگاه چسبيده و اجازه برگشت به سيال را نميدهد.
2. شير يكطرفه فشاري(Lift check valve)
در اين نوع شير يك طرفه جريان سيال باعث باز شدن شير شده و برگشت جريان باعث بسته شدن شير ميگردد. از انواع شيرهاي يك طرفه فشاري ميتوان شير يك طرفه پيستوني و شير يك طرفه كروي را نام برد.
• شير يك طرفه پيستوني
در شير يك طرفه پيستوني از نظرشكل داخلي شبيه شير فلكهاي ميباشد كه جريان باعث فشار پيستون به طرف بالا و انتقال جريان شده كه جهت عكس آن پيستون به طرف پائين آمده و مانع از برگشت سيال به طرف ورودي ميشود.
اين نوع شير به همراه شير ساچمهاي وزاويهدار جهت جلوگيري از پديده لرزش در اثر فشار در مسير خطوط لوله برده ميشود.
• شير يك طرفه كره اي
اين نوع شير يكطرفه در دونوع كرهاي افقي و عمودي وجود دارد. در نوع عمودي مسير جريان مستقيم است و اين شير بيشتردرجاهائيكه قطع جريان به صورت فوري لازم باشد بكار ميرود.
نحوه كار اين نوع شير بدين صورت است كه مسير سيال ورودي يك كره را در داخل سيال معلق نگهداشته و سيال از اطراف آن به طرف ديگر ميرود و وقتي كه جريان سيال برعكس شود كره مورد نظر در نشيمنگاه خود نشسته كه مانع از عبور سيال به طرف ورودي ميشود.
یكي از مزاياي اين نوع شير يكطرفه استفاده از آنها در سيالاتي كه ويسكوزيته آنها بسيار زياد است ميباشد.
7. شير پروانهای(Butter fly valve)
يکی از سادهترين شيرآلات صنعتی که کاربرد صنعتی آن در واحدهای نفت وپتروشيمی متداول است، شير صنعتی پروانهای است. ساختمان اين نوع شيرها از يک بدنه معمولی و يک صفحه مدور که تقريبا در وسط قرار دارد تشکيل شده است. اين صفحه حول ميله ای در حدود ٩٠ درجه میچرخد و بوسيله اهرمی به قسمت حرکت دهنده شير وصل می باشد.
محرک ممکن است دستی يا بوسيله فشار هوا و يا برق باشد.کاربرد اين نوع شيرها در واحدهايی که فشار آنها در حين کار کم باشد بسيار متداول است. ويژگی خاص اين نوع شيرها به حداکثر رساندن سرعت حرکت سيال در حداقل زمان و حرکت شير میباشد، خصوصا در مورد کنترل فشار سيالات در مخازن يا برج های تحت فشار و در انتقال حجم زياد سيال مورد استفاده قرار میگيرند. در زير شکلهای مربوط به اين نوع شيرها را مشاهده میکنيم:
دلايل شهرت اين نوع شيرآلات صنعتی :
• آسانی کاربرد
• نداشتن قطعات لغزنده و کشوي
• کاهش افت فشار
• قابليت کنترل
• ارزانی و سبک بون
• عدم ترکيب جنس تشکيل دهنده شير با مواد عبوری
8. شيرهای الکترونیکی(Electronic valve)
اين نوع شيرها اصولا بسيار بزرگ هستند و به همين دليل برای باز و بسته کردن آنها از نيروی برق استفاده میشود، اين نوع شيرها بيشتر از خانواده شيرهای پروانهای هستند. در مواقعی که باز و بسته کردن اين نوع شيرها با کمک نيروی انسانی امکان پذير نباشد از نيروی الکترو موتور و يا هوای فشرده استفاده میشود.
9. شيرهای ایمنی(Safety valve)
کمپرسورها، ديگهای بخار، توربينها، ظروف و ساير تاسيسات تحت فشار که محتوی گاز مايع هستند. اغلب کارشان طوری است که با فشار بالا رونده ولی تحت کنترل مواجه میباشند. بعضی اوقات ممکن است دستگاههای کنترل کننده دچار مشکل شوند و بدرستی عمل نکنند. باعث بالا رفتن بيش از حد مجاز فشار دستگاهها میشود.
در اين حالت برای جلوگيری از بروز هرگونه حادثه از شيرهای ايمنی روی اين دسته تجهيزات استفاده میشود. در صورت بالا رفتن فشار بيش از حد مجاز اين شيرها بطور خودکار عمل کرده و با باز شده و خارج ساختن مقداری از محتوی دستگاه فشار آن را تا حد مجاز پايين میآورد.
انواع اين نوع شيرآلات صنعتی عبارتند از:
• قابل نصب بروی منابع و ظروف محتوی گاز
• قابل نصب بروی منابع و ظروف محتوی مايع
• قابل نصب بروی منابع و ظروف محتوی گاز و مايع
10. شيرهاي اتوماتيك يا خودكار
اين نوع شيرها در انواع مختلفی ساخته شدهاند ولی در حالت کلی از سه بخش ساقه شير، توپی و نشيمنگاه تشکيل شدهاند. اصولا شيرهای کنترل خودکار در يک مدار بسته سيستم کنترل در واحدهای صنعتی به عنوان آخرين عضو سيستم کنترل نصب میشوند. تصويری از شير خودکار را در در زير مشاهده میکنيم:
بطور کلی شيرهای خودکار را می توان به صورت زير دسته بندی نمود:
1. شيرهای بادی:
در قسمت بالای خود شامل ديفراگمی قابل ارتجاع و فنری که ممکن است در بالا يا پايين قرار گيرد. فشردگی فنر
که فشار کار شير را تعيين میکند بوسيله پيچی که در قسمت بالای فنر قرار دارد تنظيم میشود.
2. شيرهای الکتريکی:
اين نوع شيرها نيز به نوبه خود به دو بخش تقسيم میشوند:
• شيرهای سلنوييد: که در شکل زير نمايی از آنها مشاهده میشود در مواردی که به قدرتهای کم نياز باشد استفاده میشوند.
• شيرهای موتوری: از اين نوع شيرها در قدرتهای زياد برای کنترل دبی زياد گاز يا مايع استفاده میشوند. حرکت دادن ساقه شير بوسيله يک موتور که به ساقه شير متصل است امکانپذير می شود که نمونهای از آن را میبينيم.
11. شيرهای باز و بسته شونده از راه دور
از اين نوع شیرآلات صنعتی در موقعی که حداقل افت فشار مورد نياز باشد مورد استفاده قرار میگيرند. همچنين هنگامی که جريان سيال به عنوان قدرت واسطه روی شير عمل نمیکند مورد استفاده قرار میگيرد. چون پيستون اصلی بصورت دقيق کنترل شده و طرح بدنه بصورت ۴۵ درجه طراحی شده افت فشار فوق العاده کم است. اين شيرها بصورت خودکار از راه دور بوسيله نيروی برق و حالت هيدروليکی کار میکنند. پس از قطع انرژی برق بصورت طبيعی نيز باز و بسته میگردند.
12. شيرهای مخصوص آتش نشانی
از اين نوع شيرها به منظور مبارزه با آتش استفاده میشود و پرکاربردترين آنها شير آتشنشانی زمانی است که به سه
دسته کلی تقسيمبندی میشوند:
1. Srew down Hydrant
در پيادهروها و خيابانها نصب میشود که قسمت خروجی به لوله آتشنشانی وصل میشود.
2. Sluice Valve Type
قسمت ورودی آن به منبع اصلی و قسمت خروجی آن به لوله لاستيکی آتش نشانی اتصال ميابد.
3. Pillar Hydrant
شير زمينی که توسط يک ميله ثابت يا لوله ايستاده به لوله آتش نشانی وصل می شود.
نکات کلیدی درباره انتخاب انواع شیرآلات صنعتی
با پيشرفت صنعت و ازدياد مصرف شير كارخانجات سازنده نيز افزايش يافته وكوشش سازندگان براي مرغوبي جنس وقيمت كم باعث شده است كه شيرهاي بسيار مختلفي همانطور كه ديده شده است طراحي و ساخته شود. در نتيجه انتخاب نوع شير براي كار مخصوص احتياج به مطالعات بيشتري دارد. براي انتخاب شير معيني براي كار مخصوص عوامل زير را ميبايد در نظر گرفت.
1. کار شیرآلات صنعتی(Functional Requirement)
قبل از هر چيز ابتدا بايد تعيين كرد كه شير براي چه عملي ميبايست به كار رود. با اين معلومات20 درصد كار را انجام دادهايم زيرا كليه شيرها به طبقه از نظر مناسب بودن براي كار مخصوصي بكار ميروند.
اگر سرويس باز و بسته شدن كامل لازم باشد از شيرهاي زير استفاده ميكنيم.
• شير دروازه اي يا كشويي(Gate valve)
• شیر سماوری(Plug valve)
• شیر توپی(Ball valve)
اگر براي تنظيم جريان سيال شير لازم باشد، شيرهاي مناسب عبارت خواهند بود از:
• شیر ساچمهای(Globe valve)
• شیر زاویهای(Angle valve)
• شیر سوزنی(Needle valve)
• شیر پروانه ای(Butterfly valve)
• شیر دیافراگمی(Diaphragm valve)
براي جلوگيري از برگشت سيال شيرهاي مناسب عبارتند از:
• شیر یکطرفه(Check valve)
• شیر پایی(Pressure valve)
جهت تنظيم فشار سيال و ايمن نمودن مسير از شيرهاي ذيل استفاده ميشود:
• شیر ایمنی(valve Safety)
• شیر تخلیه فشار(valve Relief)
• شیر فشار شکن(Pressure valve)
2. مشخصات سيال(Fluid to be handle)
اصولا شيرآلات صنعتی را ميتوان براي كنترل مواد مختلفي نظير پودرها، مايعات غليظ، گازها، آب، مواد شيميايي، نفت، بخاروغيره بكار برد و مشخصات سيال مي تواند راهنماي خوبي از لحاظ نوع شير و جنس آن از لحاظ تماس با سيال باشد.
3. افت فشار سيستم(Friction loss)
چون افت فشار سيال براي هر شير مختلف است در نتيجه افت فشار موجود در سيستم نيز براي انتخاب شير لازم است.
4. شرايط كاركرد(Operating Condition)
شرايط فشار و درجه حرارت موجود در انتخاب شير را از نظر جنس و خوردگي بسيار محدود ميكند.
5. جنس ساختمان شير(Material)
بدنه، ميله، ديسك و نشيمنگاه شير از اجناس مختلفي ساخته ميشوند كه هر كدام براي سرويس معيني مناسب است. فلزاتي كه به طور معمول براي ساختمان شير مصرف ميشوند. عبارتند از:
چدن، برنج، برنز، فولاد، مس، نيكل، پلاستيك، سراميك وگرافيت.
6. اندازه شير(Size)
اندازه شيرآلات صنعتی گاهي در انتخاب شير بسيار مؤثر است مثلا اگر شير بسيار بزرگي براي كنترل مايع لازم باشد شير پروانهاي بر شير فلكهاي يا ساچمهاي ترجيح داده ميشود. بعلاوه جنس شير نيز براي اندازه مختلف تغيير ميكنند.
7. ضريب شيرآلات صنعتی و مقدار جريان
ضريب شيرآلات صنعتی يكي از مشخصات ديگر جهت اندازهگيري مقدار جريان وافت فشار در سيستم ميباشد كه براي انتخاب شير بسيار مهم ميباشد. ضريب شير گاهي اوقات عدد جريان ناميده ميشود. ضريب شير با تغيير سايز آن و مقدار باز بودن شير متناسب بوده و معمولا براساس باز بودن شير بصورت ١٠٠ درصد (کاملا باز) بيان ميشود.
