شیرهای کنترل جریان | انواع، طرز کار و موارد استفاده

شیر کنترل جریان چیست؟

شیرهایی که عمدتا برای تنظیم جریان سیال در مدارهای هیدرولیک استفاده می شوند به عنوان شیرهای کنترل جریان شناخته می شوند. شیرهای کنترل جریان با توجه به کاربردشان در انواع مختلف در دسترس هستند.

در هیدرولیک، از شیرهای کنترل جریان برای کنترل مقدار روغن عرضه شده به قسمت های مختلف یک سیستم هیدرولیک استفاده می شود. به این ترتیب می توان مومنتوم سیلندر یا سرعت چرخش یک موتور هیدرولیک را کنترل کرد.

شیر کنترل جریان ساده دارای یک دریچه است که می توان آن را برای افزایش یا کاهش دبی تغییر داد. از جمله مزایای فراوان استفاده از شیرهای کنترل جریان تنوع موادی است که از آن ساخته می شود (مانند برنج، فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و روی).

شیرهای کنترل جریان می توانند گزینه های زیادی را برای سیستم های ساده و پیچیده ای که فشار، دما و سایر متغیرهای جریان را تنظیم می کنند، ارائه دهند.

قطعات شیر کنترل جریان

• بدنه
• کلاهک (بانت)
• تریم
• دیسک و نشیمنگاه
• استم
• عملگر
• فلکه (هندویل)
• پکینگ (آب بندی شیر)

بدنه

قسمت اصلی شیر کنترل جریان که در آن تمام قسمت های دیگر در کنار هم نگه داشته می شوند. لوله کشی در بدنه شیر با کمک پیچ و مهره و اتصالات جوش انجام می شود. معمولا از چدن ساخته می شود و به آن پوسته شیر نیز می گویند.

کلاهک

کلاهک روکشی است که برای دریچه استفاده شده و شامل دو قسمت است که به هم متصل می شوند. برخی از کلاهک ها فقط به عنوان پوشش استفاده می شوند و برخی از آن ها برای لوازم داخلی شیر به کار می روند.

تریم

تریم معمولا در داخل شیر قرار دارد و از پیچ تنظیم، غلاف، نشیمنگاه و دیسک تشکیل شده است.

دیسک و نشیمنگاه

دیسک بخشی ضروری از شیر کنترل جریان است که جریان سیال را آزاد و یا محدود می کند. اگر دیسک در حالت بسته باشد، فشار کل سیستم به دیسک اعمال می شود.

استم

استم مسئول اتصال عملگر و دیسک است و دیسک را در موقعیت خود نگه می دارد. اتصال توسط رزوه ها و جوش ایجاد می شود. به طور کلی از دو نوع استم استفاده می شود: استم بالارونده و استم غیر بالارونده.

عملگر

این قسمت توسط مجموعه استم و دیسک هدایت می شود. عملگرهای شیر کنترل ممکن است به صورت دستی یا به کمک موتور الکتریکی کار کنند.

فلکه

فلکه برای کنترل دستی باز و بسته شدن شیر استفاده می شود.

پکینگ

سیستم های آب بندی معمولا از مواد تغییر شکل پذیر مانند گرافیت، آزبست و غیره تشکیل شده اند. عمدتا به شکل حلقه های صلب یا شکاف دار هستند که در یک باکس آب بندی قرار می گیرند و در نتیجه از نشتی بین استم و کلاهک جلوگیری می کنند.

طرز کار شیر کنترل جریان

جریان سیال را می توان با تغییر محل عبور آن کنترل کرد. در این حالت، افت فشار رخ می دهد و این باید در هنگام انتخاب شیر کنترل جریان در نظر گرفته شود.

در یک مدار هیدرولیک، فشار در سراسر بار در نوسان است (گاهی اوقات تا حدودی). فشار ورودی ثابت است، پمپ سیال را با فشار ثابت تحویل می دهد، اما فشار خروجی می تواند متفاوت باشد.

برای جلوگیری از این نوسان در بار، می‌توان به راحتی شیرهای حساس به تغییرات فشار را نصب کرد. با استفاده از این شیر کنترل جریان می توان دبی را حتی تحت بارهای متغیر ثابت نگه داشت.

این شیرها دارای اسپول هستند و با تغییر موقعیت اسپول می توان جهت مسیر را تنظیم کرد. بنابراین می توان جریان مورد نیاز را در طول عبور سیال از شیر کنترل حفظ کرد.

انواع شیر کنترل جریان

1. شیر دروازه ای (Gate valve)

2. شیر سماوری (Plug valve)

3. شیر سوزنی (Needle valve)

4. شیر یک طرفه (Non-return valve)

5. شیر پروانه ای (Butterfly valve)

6. شیر حساس به تغییرات فشار (Pressure compensated flow control valves)

7. شیر گلویی یا پینچ (Pinch valve)

8. شیر کروی (Globe valve)

9. شیر دیافراگمی (Diagram valve)

10. شیر توپی (Ball valve)

شیر دروازه ای

این شیر با حرکت دادن یک صفحه تخت به نام دیسک یا دروازه، جریان سیال را در لوله کنترل می کند. دروازه عمود بر طول لوله ساخته می شود.

این مکانیزم با اتصال دروازه به فلکه ای که از طریق یک اسپیندل رزوه شده در بدنه شیر می چرخد به دست می آید. مزیت شیر دروازه ای این است که وقتی کاملا باز است مقاومت کمی در برابر جریان دارد یا اصلا مقاومت نمی کند. معمولا از آلیاژ توپ ساخته می شود.

شیر سماوری

شیر سماوری یک شیر چرخشی ربع گرد است که از یک پلاگ مخروطی یا استوانه ای برای شروع یا توقف جریان استفاده می کند. دریچه پلاگ دارای گذرگاهی برای عبور جریان است.

در حالت باز، این گذرگاه در راستای جریان است. وقتی پلاگ از حالت باز 90 درجه بچرخد، قسمت صلب آن جریان را مسدود می کند.

در جایی که نیاز به عملکرد سریع است، به جای شیر دروازه ای استفاده می شود. می توان از این شیر در دما و فشار بالا استفاده کرد.

شیر سوزنی

شیر سوزنی نام خود را به دلیل پلاگ مخروطی باریک و پورت اش گرفته است. شیر سوزنی اندازه کوچکی دارد و کنترل جریان سیال را می توان با دقت انجام داد.

در صورتی که لازم باشد هد فشار یا دبی به طور ایمن کاهش یابد و کنترل شود می توان از شیرهای سوزنی استفاده کرد.

شیرهای سوزنی شیرهایی با حرکت خطی هستند که از آن ها در سیستم های ابزاری برای فشارشکنی حجم های کم استفاده می شود.

این شیرها قادر به کنترل حجم هستند، جریان سنج های ظریف که در اثر موج ناگهانی سیال تحت فشار ممکن است آسیب ببینند را می توان با شیر سوزنی کنترل کرد. شیرهای سوزنی در جاهایی که نیاز به کنترل دقیق جریان و یا دبی کم است استفاده می شود.

شیر یک طرفه

شیر یک طرفه جریان را در یک جهت جاری می کند و آن را به طور کامل در یک جهت متوقف می کند. این شیر از بدنه سوپاپ، پاپت، فنر و نشیمنگاه تشکیل شده است.

هنگامی که نیروی سیال در پورت ورودی از نیروی فنر و فشار معکوس سیال بیشتر می شود به پاپت فشار می آورد و دریچه باز می شود تا سیال در آن جریان یابد. هنگامی که جریان سیال معکوس می شود، پیستون شیر به عقب رانده می شود و به طور کامل جریان را مسدود می کند.

شیر پروانه ای

مکانیزم بسته شدن شیر پروانه ای یک دیسک گرد دوار است که می تواند یک دور کامل بچرخد. قطر دیسک گرد برابر با قطر یک لوله است.

دو وجه این شیر توسط دو لوله و فلنج متصل می شود. دیسک گرد برای چرخش حول محوری که از قطر عمودی دیسک می گذرد ساخته شده است. این نوع شیر برای کنترل جریان متوسط استفاده می شود.

شیر حساس به تغییرات فشار

شیر حساس به تغییرات فشار، یک دبی حجمی یکنواخت مستقل از افت فشار در سراسر شیر فراهم می کند. از طرف دیگر، شیرهای غیر حساس به تغییرات فشار دارای دبی متغیری هستند که با نوسانات فشار در شیر تغییر می کند.

شیر گلویی یا پینچ

شیر پینچ از انواع شیرهای کنترل جریان است که تقریبا در تمام صنایع مورد استفاده قرار می گیرد و ارزان است. از المان های انعطاف پذیر مانند لوله های لاستیکی تشکیل شده است. این شیرها به گونه ای طراحی شده اند که با فشردن بخش انعطاف پذیرشان (لوله های لاستیکی) به یکدیگر یک آب بندی ایجاد می کند.

شیرهای پینچ برای مایعاتی که حاوی مقادیر زیادی جامدات معلق هستند عالی هستند. بدنه شیر به عنوان یک عملگر داخلی عمل می کند و نیاز به اپراتورهای گران قیمت مانند اپراتورهای پنوماتیک، هیدرولیک یا الکتریکی را کاهش می دهد.

شیر کروی

شیر کروی یکی از رایج ترین انواع شیر کنترل است.

این شیرها بدنه ای کروی شکل دارند. در داخل شیر، یک بافل دو نیمه را از هم جدا می کند. این ساختار داخلی مسیر جریان متفاوتی را نسبت به شیرهای توپی و سایر شیرهای نوع چرخشی ایجاد می کند.

شیرهای کروی در حرکت خطی کاربرد دارند. تولیدکنندگان نفت و گاز از آن ها برای کنترل جریان، فشار و دمای سیال فرآیند، آب یا گاز استفاده می کنند. تولیدکنندگان می توانند شیرهای کروی را با نیروی مکانیکی، پنوماتیکی یا الکتریکی کنترل کنند. بسته به نوع، شیر می تواند برای شروع/توقف یا اختناق  به کار رود.

شیر دیافراگمی

شیر دیافراگمی یک شیر با حرکت خطی است که برای قطع و وصل و تنظیم جریان از آن استفاده می شود. نام دیافراگمی برای این شیر به علت انعطاف پذیری دیسک آن است. دیسک این شیر روی نشیمنگاه واقع بر بالای بدنه‌ی شیر قرار دارد.

میزان نشتی شیرهای دیافراگم به دلیل ساختاری که دارند تقریبا صفر است. به همین علت برای انتقال سیالات خورنده و سمی، سیالات حاوی ذرات جامد، سیالات رادیواکتیوی و همه سیالاتی که می ‌توانند آلودگی ایجاد کنند استفاده می ‌شوند. تجهیزات داخلی این شیرها در معرض سیال درون لوله قرار نمی‌گیرد و سیالات ویسکوز و چسبنده نمی ‌توانند به داخل کلاهک شیر نفوذ کنند. سیالاتی که باعث انسداد، خوردگی و چسبیدن قطعات در دیگر شیر ها می ‌شوند، می ‌توانند به راحتی و بدون هیچ مشکل و نشتی از شیر دیافراگم عبور کنند.

شیر توپی

شیرهای توپی به دلیل هزینه کم، دوام و قابلیت بسته شدن عالی، معمولا در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این شیرها شبیه شیر پروانه ای هستند، برای کاربردهای کنترل جریان مناسب نیستند زیرا به دقت و کنترل بالایی نیاز دارند.

این به این دلیل است که برای باز و بسته کردن یک شیر توپی به سطح بالایی از گشتاور نیاز است که از انجام تنظیمات دقیق توسط اپراتور جلوگیری می کند. شیر توپی برای پر کردن مخزن با دقت معمولی استفاده می شود. طراحی شیر توپی با پورت V یا ترانیون (Trunnion) معمولا بهترین نوع است.