سه نوع شیر چیست؟

هنگامی که مهندسان و تکنسین ها به جستجوی "سه نوع شیر چیست" می پردازند، اغلب از این که هیچ پاسخ جهانی واحدی وجود ندارد شگفت زده می شوند. حقیقت بیشتر از یک لیست سه دسته ای ساده است. طبقه بندی شیرها کاملاً به زمینه عملیاتی بستگی دارد، چه با سیستم های قدرت هیدرولیک کار کنید، چه لوله کشی فرآیند صنعتی یا یکپارچه سازی محرک مکانیکی.

این پیچیدگی یک اشکال در اصطلاحات مهندسی نیست - این یک ویژگی است. رشته‌های صنعتی مختلف چارچوب‌های طبقه‌بندی خود را توسعه داده‌اند، زیرا ویژگی‌های مختلف شیر را در اولویت قرار می‌دهند. یک طراح سیستم هیدرولیک بر عملکردهای کنترل تمرکز می کند، در حالی که یک مهندس کارخانه فرآیند به وظیفه خدمات اهمیت می دهد، و یک تکنسین تعمیر و نگهداری باید انواع حرکت مکانیکی را برای انتخاب محرک و برنامه ریزی فضایی درک کند.

در این راهنمای جامع، ما سه چارچوب طبقه‌بندی معتبر را که انواع شیرها را در زمینه‌های مهندسی مختلف تعریف می‌کنند، بررسی می‌کنیم. هر فریم ورک نشان دهنده یک پاسخ قانونی به سوال "سه نوع" است که توسط استانداردهای صنعت و الزامات برنامه های کاربردی در دنیای واقعی پشتیبانی می شود.

چارچوب اول: طبقه بندی عملکردی در سیستم های قدرت سیال

در سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک، شیرها به عنوان مجری منطقی مدارهای انتقال قدرت عمل می کنند. سه نوع شیر اصلی در این چارچوب بر اساس عملکرد کنترل است: شیرهای کنترل جهت، شیرهای کنترل فشار و شیرهای کنترل جریان. این طبقه بندی بر مهندسی اتوماسیون غالب است و به صراحت در استانداردهای ISO 1219 (نمادهای قدرت سیال) و NFPA T3.10.19 شناخته شده است.

شیرهای کنترل جهت

شیرهای کنترل جهت (DCV) پایه و اساس منطقی هر سیستم قدرت سیال را ایجاد می کنند. وظیفه اصلی آنها مسیریابی، منحرف کردن یا مسدود کردن مسیرهای جریان سیال در یک مدار است و بدین وسیله جهت حرکت محرک ها مانند سیلندرهای هیدرولیک (بسط، جمع کردن، یا نگه داشتن) یا موتورهای هیدرولیک (در جهت عقربه های ساعت، خلاف جهت عقربه های ساعت یا توقف) را تعیین می کنند.

معماری داخلی DCV ها به دو فلسفه طراحی غالب تقسیم می شود: سوپاپ های قرقره ای و دریچه های پاپت. دریچه‌های قرقره از یک عنصر استوانه‌ای دقیقاً ماشین‌کاری شده (قرقره) با زمین‌ها و شیارهایی تشکیل شده‌اند که درون یک سوراخ منطبق می‌لغزند. همانطور که قرقره به صورت محوری حرکت می کند، پورت های بدنه شیر را می پوشاند یا باز می کند و مسیرهای سیال را تغییر مسیر می دهد. این طراحی در اجرای منطق سوئیچینگ پیچیده عالی است - یک بدنه سوپاپ می‌تواند به پیکربندی‌های 3 حالته 4 طرفه یا 2 موقعیتی 5 طرفه دست یابد. با این حال، دریچه های قرقره دارای یک ویژگی فیزیکی ذاتی به نام آب بندی ترخیص کالا هستند. برای اجازه دادن به حرکت لغزشی صاف، باید فاصله شعاعی چند میکرومتری بین قرقره و سوراخ وجود داشته باشد. این امر باعث ایجاد نشت داخلی اجتناب ناپذیر (بای پس قرقره) تحت فشار می شود و دریچه های قرقره را برای نگهداری طولانی مدت بار بدون شیرهای چک کمکی نامناسب می کند.

دریچه‌های پاپت، در مقابل، از یک عنصر بسته‌کننده متحرک (مخروط، توپ یا دیسک) استفاده می‌کنند که روی صندلی عمود بر جریان فشار می‌آورد. این یک مهر و موم تماس یا مهر و موم صورت ایجاد می کند. هنگامی که بسته است، فشار سیستم در واقع به فشار دادن محکم‌تر عنصر به صندلی کمک می‌کند و به نشت آب‌بندی مثبت و نزدیک به صفر کمک می‌کند. این باعث می شود شیرهای پاپت برای نگهداری بار، قطع ایمنی و کاربردهای جداسازی فشار بالا ایده آل باشند. سکته مغزی معمولاً کوتاه است و در نتیجه زمان‌های پاسخ بسیار سریع را به همراه دارد و عمل باز کردن یک اثر خود تمیز شوندگی ایجاد می‌کند که به طرح‌های پاپت در مقایسه با قرقره‌ها تحمل آلودگی بالاتری می‌دهد.

مشخصات DCV ها از یک سیستم نشانه گذاری استاندارد بر اساس "راه ها" (تعداد پورت های سیال) و "موقعیت ها" (تعداد حالت های قرقره پایدار) پیروی می کند. به عنوان مثال، یک شیر 3 حالته 4 طرفه (4/3)، دارای چهار پورت - فشار (P)، مخزن (T) و دو درگاه کاری (A, B) - و سه موقعیت پایدار است. وضعیت مرکزی شیرهای 3 موقعیت برای رفتار سیستم بسیار مهم است. یک مرکز بسته نوع O همه پورت ها را مسدود می کند و محرک ها را در موقعیت خود قفل می کند اما باعث افزایش فشار پمپ می شود. یک مرکز شناور نوع H، A، B و T را در حالی که P را مسدود می کند، متصل می کند و به محرک اجازه می دهد آزادانه شناور شود. یک مرکز پشت سر هم نوع Y، P و T را در حالی که A و B را مسدود می کند، تخلیه می کند، پمپ را به مخزن تخلیه می کند و تولید گرما را کاهش می دهد و در عین حال قفل محرک را حفظ می کند.

شیرهای کنترل فشار

در فیزیک هیدرولیک، فشار برابر است با نیرو در واحد سطح ($$P = F/A$$). بنابراین، کنترل فشار سیستم اساساً کنترل نیروی خروجی محرک است. شیرهای کنترل فشار حداکثر فشار سیستم را محدود می کنند یا فشار مدار موضعی را برای حفظ شرایط عملیاتی ایمن و دستیابی به اهداف کنترل نیرو تنظیم می کنند.

شیر تسکین به عنوان سنگ بنای ایمنی عمل می کند - یک شیر معمولاً بسته که به موازات سیستم متصل می شود. هنگامی که فشار سیستم از آستانه نیروی فنر تجاوز می کند، دریچه باز می شود و مایع اضافی را به مخزن منحرف می کند و در نتیجه حداکثر فشار سیستم را محدود می کند. این امر از خرابی فاجعه بار شیلنگ ها، مهر و موم ها و محرک ها در شرایط اضافه بار جلوگیری می کند. شیرهای تسکین مستقیم به سرعت پاسخ می دهند اما فشار قابل توجهی را از خود نشان می دهند (تفاوت بین فشار ترک خوردگی و فشار جریان کامل). شیرهای کمکی که توسط پایلوت کار می‌کنند از یک شیر پایلوت کوچک برای کنترل دهانه قرقره اصلی استفاده می‌کنند که منحنی مشخصه فشار-جریان صاف‌تری را ارائه می‌کند که فشار سیستم را در محدوده‌های جریان وسیع‌تری حفظ می‌کند. طراحی‌هایی که توسط خلبان کار می‌کنند همچنین تنظیم فشار از راه دور و عملکردهای تخلیه سیستم را تسهیل می‌کنند.

شیرهای کاهنده فشار علیرغم شباهت بصری بر اساس اصولی متفاوت عمل می کنند. اینها معمولاً دریچه های باز هستند که به صورت سری در یک مدار نصب می شوند. آنها جریان گاز را برای کاهش فشار خروجی کاهش می دهند و از بازخورد فشار خروجی برای حفظ فشار کاهش یافته ثابت بدون توجه به نوسانات فشار ورودی استفاده می کنند. این زمانی ضروری است که یک منبع هیدرولیک منفرد باید مدارهای متعددی را با فشارهای مورد نیاز متفاوت ارائه دهد - به عنوان مثال، یک سیستم اصلی که به 20 مگاپاسکال (2900 psi) برای نیروی سیلندر نیاز دارد در حالی که یک مدار گیره کمکی تنها به 5 مگاپاسکال (725 psi) نیاز دارد.

شیرهای ترتیبی ترتیب عملیات را با بسته ماندن تا زمانی که فشار ورودی به نقطه تنظیمی برسد، کنترل می کنند، سپس به طور خودکار باز می شوند تا جریان به مدارهای پایین دست جریان یابد. برخلاف شیرهای کمکی که مایع را به مخزن می ریزند، شیرهای متوالی جریان خروجی را به مدارهای کاری هدایت می کنند و بنابراین معمولاً برای رسیدگی به نشتی محفظه کنترل بدون آلوده کردن سیگنال پورت کار، به یک اتصال تخلیه خارجی نیاز دارند.

شیرهای ضد تعادل برای سیستم های بالابر و حرکت عمودی حیاتی هستند. آنها در خط برگشت یک سیلندر نصب می شوند و کمی بالاتر از فشاری که بار از طریق گرانش ایجاد می کند قرار می گیرند. آنها با ایجاد فشار برگشتی، از سقوط آزاد بار تحت نیروی گرانشی جلوگیری می‌کنند و از فرود کنترل‌شده صاف اطمینان می‌دهند. دریچه‌های تعادل مدرن یک سوپاپ برگشتی را یکپارچه می‌کنند که جریان معکوس آزاد را برای عملیات بلند کردن اجازه می‌دهد.

شیرهای کنترل جریان

دریچه های کنترل جریان حجم سیال را در واحد زمان از طریق شیر تنظیم می کنند و در نتیجه سرعت محرک (سرعت امتداد / عقب نشینی سیلندر یا سرعت چرخش موتور) را کنترل می کنند. معادله اصلی جریان از طریق یک روزنه است$$Q = C_d A \\sqrt{2\\Delta P/\\rho}$$، که در آن Q سرعت جریان، A منطقه روزنه، و ΔP اختلاف فشار در سراسر دهانه است.

ساده ترین کنترل جریان یک شیر سوزنی است که به عنوان غیر جبرانی طبقه بندی می شود. از معادله بالا، جریان Q نه تنها به سطح باز A بلکه به جذر دیفرانسیل فشار ΔP نیز بستگی دارد. اگر بار تغییر کند، ΔP تغییر می کند و باعث ناپایداری سرعت می شود. برای حل این مشکل اساسی، دریچه‌های کنترل جریان جبران‌شده با فشار، یک شیر کاهنده فشار دیفرانسیل داخلی (تعادل کننده) را به صورت سری با روزنه دریچه گاز ترکیب می‌کنند. این جبران کننده به طور خودکار دهانه خود را بر اساس فشار بار تنظیم می کند تا ΔP را در سرتاسر دهانه اصلی ثابت نگه دارد. با ثابت نگه داشتن ΔP، جریان Q تنها تابعی از ناحیه باز شدن A می شود و به کنترل سرعت ثابت مستقل از بار دست می یابد.

موقعیت مدار شیرهای کنترل جریان، روش کنترل سرعت را مشخص می کند. کنترل کنتور، شیر کنترل کننده جریان ورودی به محرک را قرار می دهد. این برای برنامه‌هایی با بارهای ثابت و مقاومتی مناسب است، اما نمی‌تواند فشار معکوس ایجاد کند—هنگامی که با بارهای بیش از حد مانند حرکت گرانشی مواجه می‌شوید، محرک فرار می‌کند. کنترل کنتور خروجی، شیر کنترل کننده جریان خروجی از محرک را قرار می دهد. با ایجاد فشار برگشتی در سمت برگشت، این امر باعث ایجاد تکیه گاه هیدرولیکی سفت و سخت‌تر می‌شود که به طور موثری از فرار بیش از حد بار جلوگیری می‌کند و نرمی حرکت فوق‌العاده‌ای را فراهم می‌کند. با این حال، فشار معکوس می تواند باعث تشدید فشار در محفظه ورودی شود، که نیاز به تأیید دقیق درجه بندی فشار در طول طراحی دارد.

چارچوب دوم: طبقه بندی وظایف خدمات در لوله کشی فرآیند

وقتی زمینه را از مدارهای قدرت سیال به کارخانه‌های فرآیند صنعتی تغییر می‌دهیم - شامل نفت و گاز، پردازش شیمیایی، تصفیه آب و تولید برق - سه نوع شیر بر اساس وظیفه خدماتی آنها در سیستم لوله‌کشی طبقه‌بندی می‌شوند. این چارچوب، شیرهای ایزوله، شیرهای تنظیم و شیرهای بدون بازگشت را به عنوان سه گانه اساسی می شناسد. این طبقه بندی بر توسعه P&ID (نمودار لوله کشی و ابزار دقیق) غالب است و در استانداردهای لوله کشی مانند ASME B31.3 و API 600 منعکس شده است.

شیرهای جداسازی

شیرهای جداسازی (همچنین دریچه های بلوک یا شیرهای قطع کننده نامیده می شوند) به گونه ای طراحی شده اند که جریان کامل یا انسداد کامل را فراهم کنند. آنها در موقعیت های کاملا باز یا کاملا بسته عمل می کنند و هرگز نباید برای سرویس دریچه گاز استفاده شوند. کارکرد طولانی مدت در موقعیت‌های نیمه باز باعث فرسایش سیال با سرعت بالا از طریق پدیده‌ای به نام سیم کشی می‌شود که عملکرد آب‌بندی را از بین می‌برد و منجر به نشت فاجعه‌بار می‌شود.

شیرهای دروازه ای طراحی کلاسیک خاموش کننده خطی را نشان می دهند. یک دیسک گوه ای شکل عمود بر جهت جریان حرکت می کند تا جریان را قطع کند. هنگامی که به طور کامل باز می شود، مسیر جریان یک مجرای مستقیم با حداقل افت فشار را تشکیل می دهد و شیرهای دروازه ای را برای خدماتی که مقاومت کم حیاتی است، ایده آل می کند. شیرهای دروازه ای در دو پیکربندی ساقه با ویژگی های عملیاتی متفاوت هستند. دریچه‌های دریچه ساقه بلند شونده (OS&Y—Outside Screw and Yoke) دارای رزوه‌های خارجی هستند که باعث می‌شوند در هنگام چرخش چرخ دستی، ساقه بلند شود. این نشان‌دهنده موقعیت بصری است - ساقه کشیده به معنای باز است - و نخ‌ها را از تماس با رسانه‌های فرآیند دور نگه می‌دارد و از خوردگی جلوگیری می‌کند. اینها در سیستم های حفاظت آتش و خطوط فرآیند حیاتی که در آن دید موقعیت از نظر ایمنی بسیار مهم است، استاندارد هستند. دریچه‌های دریچه ساقه بدون افزایش (NRS) دارای ساقه چرخان هستند اما به صورت عمودی ترجمه نمی‌شوند و رزوه‌های مهره داخلی درون گوه تعبیه شده‌اند. این طراحی فضای عمودی مورد نیاز را به حداقل می‌رساند، و آنها را برای خطوط لوله مدفون یا فضاهای محدود مناسب می‌سازد، اما فاقد نشان‌دهنده موقعیت بصری است و نخ‌ها را در معرض خوردگی رسانه قرار می‌دهد.

شیرهای دروازه ای نیاز به عملکرد چند دور دارند، یعنی باز و بسته شدن آهسته. در حالی که این امر از چکش آب جلوگیری می کند، آنها را برای خاموش کردن اضطراری نامناسب می کند. سطوح آب بندی نیز مستعد گال شدن (جوشکاری سرد سطوح فلزی تحت فشار و اصطکاک) هستند.

شیرهای توپی نشان دهنده استاندارد مدرن برای خاموش کردن چرخشی هستند. یک کره با سوراخ عبوری به عنوان عنصر بسته عمل می کند. چرخش 90 درجه باعث می شود تا عملیات باز یا بسته کامل با سرعت و کارایی انجام شود. دریچه های توپی تمام پورت دارای قطر سوراخ مطابق با لوله هستند که در نتیجه مقاومت جریان ناچیزی دارند. مکانیسم آب بندی بین توپ های شناور و طرح های نصب شده بر روی بند تفاوت اساسی دارد. در شیرهای توپی شناور، توپ فقط توسط نشیمنگاه‌ها پشتیبانی می‌شود و در داخل بدنه شناور می‌شود. فشار رسانه توپ را به سمت صندلی پایین دست فشار می دهد و آب بندی محکمی ایجاد می کند. این طرح برای فشارهای کم تا متوسط ​​و قطرهای کوچک کار می کند، اما در کاربردهای با سوراخ بزرگ با فشار بالا، گشتاور عملیاتی بسیار زیاد می شود و صندلی ها تحت فشار تغییر شکل می دهند. دریچه های توپی نصب شده بر روی تراننیون به طور مکانیکی توپ را بین شاخه های بالا و پایین ثابت می کنند و از حرکت توپ جلوگیری می کنند. فشار رسانه، صندلی های فنری را به سمت توپ فشار می دهد تا به آب بندی برسد. این طراحی به طور چشمگیری گشتاور عملیاتی را کاهش می دهد و عملکرد دوبل بلوک و خونریزی (DBB) را فعال می کند و آن را به گزینه API 6D برای انتقال خط لوله و کاربردهای فشار بالا تبدیل می کند.

شیرهای تنظیم

شیرهای تنظیم (همچنین دریچه‌های کنترل یا دریچه‌های دریچه گاز نیز نامیده می‌شوند) برای تعدیل مقاومت جریان و در نتیجه کنترل نرخ جریان، فشار یا دما طراحی شده‌اند. برخلاف شیرهای ایزوله، آنها باید در برابر سرعت بالا، تلاطم و حفره یا چشمک زدن که در باز شدن جزئی رخ می دهد مقاومت کنند. آنها هرگز به سادگی باز و بسته نمی شوند - آنها در منطقه گاز زندگی می کنند.

دریچه های گلوب معیاری را برای کنترل دقیق تعیین می کنند. یک دیسک پلاگین شکل در امتداد خط مرکزی جریان حرکت می کند. مسیر جریان داخلی یک شکل S را تشکیل می دهد و سیال را مجبور به تغییر جهت شدید می کند. این مسیر پرپیچ و خم مقادیر زیادی از انرژی سیال را از بین می برد و مدولاسیون جریان خوب را امکان پذیر می کند. با تغییر کانتور دیسک (خطی، درصد برابر، باز شدن سریع)، مهندسان می توانند مشخصه جریان ذاتی شیر را تعریف کنند. مشخصه‌های درصد مساوی در کنترل فرآیند رایج‌ترین هستند زیرا تغییرات افت فشار غیرخطی سیستم را جبران می‌کنند و بهره حلقه کنترل نسبتاً ثابتی را در سراسر محدوده ضربه کامل حفظ می‌کنند. سوپاپ‌های گلوب دقت دریچه‌گیری عالی و خاموشی محکم را ارائه می‌دهند (دیسک و نشیمنگاه در تماس موازی)، اما مقاومت جریان بالا باعث کاهش فشار قابل توجهی می‌شود.

شیرهای پروانه ای از دیسکی استفاده می کنند که در جریان جریان می چرخد ​​تا جریان را کنترل کند. شیرهای پروانه ای متحدالمرکز سنتی به سیستم های آب کم فشار ساده خدمت می کنند، اما شیرهای پروانه ای غیرعادی وارد عرصه کنترل با کارایی بالا شده اند. طرح‌های دو افست دارای محور ساقه از مرکز دیسک و خط مرکزی لوله هستند. این اثر بادامک باعث می شود که دیسک به سرعت از روی صندلی پس از باز شدن بلند شود و اصطکاک و سایش را کاهش دهد. طرح‌های افست سه‌گانه، سومین افست زاویه‌ای را بین محور مخروط صندلی و خط مرکزی لوله اضافه می‌کنند. این امر به عملکرد واقعی "بدون اصطکاک" دست می یابد، و امکان آب بندی سخت فلز به فلز را فراهم می کند که به نشت صفر حباب می رسد و دما و فشار شدید را تحمل می کند. دریچه‌های پروانه‌ای با پایه فلزی سه‌گانه بر کاربردهای شدید بخار سرویس و هیدروکربن غالب هستند.

လျှပ်စစ်ဓာတ်အားလျော့နည်းသွားခြင်းကအပူထုတ်လုပ်ခြင်း, သေးငယ်သည့် solenoid အိမ်များနှင့်ပိုမိုရိုးရှင်းသောအပူထုတ်လုပ်မှုကိုလျှော့ချရန်ဘာသာပြန်ဆိုသည်။ မြင့်မားသောစီးဆင်းမှုရှိသော application များအတွက် Pilot-operated designs များသည်စွမ်းဆောင်ရည်နှင့်စီးပွားရေးရှုထောင့်နှစ်ခုစလုံးမှလိုအပ်သော်လည်းလိုအပ်သောဒီဇိုင်းများဖြစ်သည်။$$C_v$$) گالن در دقیقه آب 60 درجه فارنهایت را که با افت فشار 1 psi از شیر عبور می کند، تعریف می کند. این به عنوان معیار جهانی ظرفیت سوپاپ عمل می کند. فرمول اندازه گیری$$C_v = Q\\sqrt{SG/\\Delta P}$$نرخ جریان Q، وزن مخصوص SG و افت فشار ΔP را به هم مربوط می کند.

برای سرویس مایع شدید، درک فلش و کاویتاسیون حیاتی است. با شتاب گرفتن مایع از طریق ورید انقباض دریچه (حداقل سطح)، سرعت به اوج می رسد و فشار به پایین ترین حد خود می رسد. در پایین دست، فشار تا حدی بهبود می یابد. چشمک زدن زمانی اتفاق می‌افتد که فشار پس از انقباض ورید نتواند از فشار بخار مایع بازگردد - مایع به طور دائم به جریان دو فازی تبخیر می‌شود و مخلوط بخار و مایع با سرعت بالا باعث آسیب شدید فرسایشی می‌شود. کاویتاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که فشار منقبض ورید به زیر فشار بخار می‌رسد (تشکیل حباب)، اما فشار پایین دست بالاتر از فشار بخار بازمی‌گردد. حباب‌ها منفجر می‌شوند و ریز جت‌های موضعی شدید و موج‌های ضربه‌ای ایجاد می‌کنند که باعث ایجاد صدای فاجعه‌بار، لرزش و حفره شدن مواد می‌شود. ضریب بازیابی فشار ($$F_L$$) مقاومت حفره ای دریچه را مشخص می کند. دریچه های گلوب معمولاً بالا هستند$$F_L$$مقادیر (بازیابی کم)، ارائه مقاومت کاویتاسیون برتر در مقایسه با شیرهای توپی و پروانه ای (کم$$F_L$$، بهبودی بالا).

شیرهای غیر برگشتی

شیرهای چک (شیرهای بدون برگشت) وسایلی هستند که با جریان رو به جلو باز می شوند و با جریان معکوس بسته می شوند. آنها در درجه اول از پمپ ها در برابر آسیب چرخش معکوس محافظت می کنند و از تخلیه سیستم جلوگیری می کنند. برخلاف سایر انواع شیرها، آنها بدون سیگنال های کنترل خارجی کار می کنند - تکانه سیال و گرانش نیروی محرک را فراهم می کند.

سوپاپ های چرخشی دارای یک دیسک هستند که به دور یک پین لولا می چرخد. آنها مقاومت جریان پایینی را ارائه می دهند اما در شرایط جریان با سرعت کم یا ضربان دار مستعد ایجاد صدای دیسک هستند. در کاربردهایی با برگشت سریع جریان، چکش‌های نوسانی می‌توانند در هنگام بسته شدن دیسک، چکش آب مخرب ایجاد کنند. شیرهای چک بالابر دارای دیسکی هستند که به صورت عمودی حرکت می کند، از نظر ساختاری مشابه شیرهای گلوب. آنها آب بندی محکمی را ایجاد می کنند و فشار بالا را تحمل می کنند، اما مقاومت جریان بالا و حساسیت به انسداد توسط زباله را نشان می دهند. شیرهای چک دیسکی کج کننده راه حلی عالی برای ایستگاه های پمپاژ بزرگ (کنترل سیل، تامین آب) هستند. محور محوری دیسک در نزدیکی سطح نشیمنگاه قرار می گیرد و یک ساختار ایرفویل متعادل ایجاد می کند. حرکت کوتاه، بسته شدن بسیار سریع با عملکرد بالشتک را امکان پذیر می کند، و به طور چشمگیری افزایش فشار چکش آب را کاهش می دهد.

چارچوب سوم: طبقه بندی حرکت مکانیکی برای ادغام محرک

سومین چارچوب طبقه بندی اصلی، دریچه ها را بر اساس مسیر حرکت فیزیکی عنصر بسته شدنشان دسته بندی می کند. این دیدگاه برای انتخاب محرک (پنوماتیک، الکتریکی، هیدرولیک)، برنامه ریزی چیدمان فضایی و توسعه استراتژی نگهداری ضروری است. این سه نوع شیرهای حرکتی خطی، شیرهای حرکتی چرخشی و شیرهای خود فعال هستند.

شیرهای حرکت خطی

دریچه‌های حرکت خطی دارای عناصر بسته‌کننده هستند که در یک خط مستقیم، عمود یا موازی با جهت جریان حرکت می‌کنند. نمونه های معرف شامل دریچه های دروازه، دریچه های گلوب، دریچه های دیافراگمی، و شیرهای پینچ هستند. حرکت خطی معمولاً گشتاور چرخشی را به رانش خطی عظیم از طریق ساقه های رزوه ای تبدیل می کند و نیروی آب بندی عالی (تنش نشستن واحد بالا) را فراهم می کند. پاسخ دریچه گاز خطی تر است و برای کاربردهای کنترلی با دقت بالا مناسب است. با این حال، طول سکته مغزی معمولاً طولانی است و در نتیجه ارتفاع سوپاپ بلند است (نیاز به فضای سر قابل توجه).

دریچه های دیافراگمی و شیرهای پینچ به دلیل ویژگی منحصر به فرد "ایزوله سازی رسانه" در طراحی شیرهای خطی شایسته توجه ویژه هستند. این دریچه ها با فشرده کردن یک دیافراگم انعطاف پذیر یا غلاف الاستومری جریان را قطع می کنند و مکانیزم عملیاتی را به طور کامل از رسانه های فرآیند جدا می کنند. این مزیت های حیاتی را در کاربردهای بهداشتی (دارویی، غذایی و آشامیدنی) که در آن پیشگیری از آلودگی بسیار مهم است، و در کاربردهای دوغاب (معدن، فاضلاب) که ذرات ساینده به سرعت اجزای برش فلز را از بین می برند، فراهم می کند. انتخاب مواد دیافراگم یا آستین (PTFE، EPDM، لاستیک طبیعی) به جای متالورژی بدنه، توجه اولیه به سازگاری است.

شیرهای حرکتی چرخشی

دریچه‌های حرکت چرخشی دارای عناصر بسته‌کننده هستند که حول یک محور، معمولاً 90 درجه برای رسیدن به ضربه کامل می‌چرخند. نمونه های نماینده شامل شیرهای توپی، شیرهای پروانه ای و شیرهای پلاگین هستند. این طرح ها ساختار فشرده، وزن سبک و عملکرد سریع را ارائه می دهند. آنها در تاسیسات و کاربردهای محدود به فضا که نیاز به فعال سازی سریع دارند، برتری دارند. آزمایش گواهینامه ایمن در برابر آتش برای API 607 ​​یا API 6FA برای شیرهای چرخشی در خدمات هیدروکربنی معمول است، و تأیید می کند که در صورت سوختن صندلی های نرم در هنگام آتش سوزی، آب بندی پشتیبان فلز به فلز درگیر می شود.

مشخصات گشتاور دریچه‌های دوار در طول سکته مغزی ثابت نیست. حداکثر گشتاور در زمان باز شدن (غلبه بر اصطکاک استاتیک و دیفرانسیل فشار) و در انتهای بسته (فشرده کردن صندلی ها به نشیمنگاه نهایی) رخ می دهد. گشتاور میانی در درجه اول گشتاور سیال دینامیکی است. اندازه محرک باید بر اساس حداکثر گشتاور با فاکتورهای ایمنی مناسب باشد، معمولاً 1.25 تا 1.50 برای سرویس عادی و حداکثر تا 2.00 برای برنامه های خاموش کردن اضطراری. محرک‌های پنوماتیکی برای شیرهای دوار معمولاً از مکانیزم‌های rack-and-pinion یا scotch-yoke استفاده می‌کنند. طرح‌های یوغ اسکاچ منحنی خروجی گشتاور U شکل را تولید می‌کنند که به طور طبیعی با گشتاور بالا در نقاط انتهایی مشخصه شیرهای توپی و پروانه‌ای مطابقت دارد و در نتیجه راندمان بالاتری دارد و امکان اندازه‌گیری کوچک‌تر محرک را فراهم می‌کند.

دریچه های خود فعال

شیرهای خود فعال نیازی به منبع تغذیه خارجی ندارند - برقی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی. آنها صرفاً از انرژی درون خود رسانه فرآیند عمل می کنند. شیرهای چک از انرژی جنبشی سیال استفاده می کنند، شیرهای اطمینان و اطمینان از نیروی فشار ساکن و تنظیم کننده فشار خود کار از بازخورد تعادل فشار استفاده می کنند. عدم وجود نیروی خارجی باعث می شود که این شیرها برای برخی کاربردهای حیاتی به طور ذاتی ایمن از کار بیفتند.

با این حال، دریچه‌های خود فعال به دلیل تعادل فیزیکی بین نیروی سیال و نیروی فنر مکانیکی همراه با اصطکاک، ویژگی‌های پسماند و باند مرده را نشان می‌دهند. هیسترزیس به این معنی است که فشار باز و فشار مجدد متفاوت است - شیر حالت قبلی خود را "به یاد می آورد". Deadband محدوده ورودی است که در آن هیچ تغییری در خروجی رخ نمی دهد. باند مرده بیش از حد باعث بی ثباتی کنترل می شود، در حالی که پسماند مناسب (مانند دمیدن در شیرهای کمکی - تفاوت بین فشار تنظیم شده و فشار مجدد) برای جلوگیری از صدای سوپاپ (دوچرخه سریع که به صندلی ها آسیب می زند و نوسانات فشار خطرناک ایجاد می کند) ضروری است. استانداردهایی مانند ASME Section VIII Division 1 (کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار) الزامات عملکرد خاصی را برای دستگاه های ایمنی و امداد خود به کار می بندند.

انتخاب چارچوب طبقه بندی مناسب برای برنامه شما

درک اینکه کدام یک از این سه چارچوب باید اعمال شود بستگی به زمینه مهندسی خاص و اولویت های تصمیم گیری شما دارد. اگر در حال طراحی یک سلول تولید خودکار با سیلندرهای هیدرولیک هستید و نیاز به برنامه ریزی توالی حرکت دارید، طبقه بندی عملکردی توان سیال (جهت، فشار، جریان) ساختار منطقی مورد نیاز شما را ارائه می دهد. نمودارهای مدار شما از نمادهای ISO 1219 استفاده می کنند که مستقیماً با این دسته بندی های عملکردی مطابقت دارند و رویکرد عیب یابی شما بر روی عملکرد کنترلی که از کار افتاده است تمرکز می کند.

اگر در حال راه‌اندازی یک کارخانه یا پالایشگاه فرآیند شیمیایی و توسعه P&ID هستید، طبقه‌بندی وظایف خدمات (ایزوله، تنظیم، بدون بازگشت) با نحوه تفکر مهندسان فرآیند در مورد کنترل جریان مواد مطابقت دارد. اسناد برنامه زمانی سوپاپ شما، شیرها را بر اساس وظیفه سرویس دسته بندی می کند و مشخصات مواد شما (API 6D برای شیرهای توپی خط لوله، IEC 60534 برای شیرهای کنترل، API 594 برای شیرهای کنترل) طبیعتاً از این چارچوب پیروی می کند. تمایز برای خرید مهم است - یک شیر توپی ایزوله ممکن است مواد تزئینی، کلاس نشتی صندلی و اندازه محرک متفاوت از یک شیر توپی با اندازه یکسان داشته باشد.

اگر یک تکنسین تعمیر و نگهداری مکانیکی هستید که برای تعویض شیر در یک اتاق تجهیزات شلوغ برنامه ریزی می کنید، یا در حال انتخاب بسته های محرک هستید، طبقه بندی حرکت مکانیکی (خطی، چرخشی، خودگردان) تصمیمات عملی شما را هدایت می کند. باید بدانید که آیا فاصله عمودی برای ساقه بالارونده دارید یا خیر، آیا الگوی نصب محرک موجود شما متناسب با شیرهای چرخشی یک چهارم چرخشی است و آیا می توانید در حین کار به شیر دسترسی داشته باشید یا خیر. این طبقه‌بندی همچنین بر استراتژی موجودی قطعات یدکی شما تأثیر می‌گذارد - ساقه‌ها و بسته‌بندی سوپاپ‌های حرکتی دارای الگوهای سایش و روش‌های جایگزینی متفاوتی در مقایسه با یاتاقان‌ها و صندلی‌های شیر دوار هستند.

واقعیت این است که مهندسان باتجربه بسته به سوالی که به آن پاسخ داده می شود، به طور سیال بین این چارچوب ها حرکت می کنند. یک شیر کنترل در یک پالایشگاه ممکن است به طور همزمان به عنوان یک شیر کنترل جریان (عملکرد توان سیال)، یک شیر تنظیم (وظیفه خدمات فرآیند)، و یک شیر حرکت خطی (اجرای مکانیکی) توصیف شود. هر توصیف در زمینه خود صحیح است و هر یک اطلاعات تصمیم گیری متفاوتی را ارائه می دهد. نکته کلیدی تشخیص این است که طبقه بندی دریچه ها یک طبقه بندی سفت و سخت نیست، بلکه یک مجموعه ابزار انعطاف پذیر از دیدگاه ها است.

استانداردهای مدرن شیر اغلب چارچوب های متعددی را پل می کنند. به عنوان مثال، IEC 60534 شیرهای کنترلی را پوشش می‌دهد و به نیازهای عملکردی (ویژگی‌های جریان، محدوده‌پذیری) و ملاحظات مکانیکی (اتصال محرک، طراحی ساقه) رسیدگی می‌کند. API 6D دریچه‌های خط لوله را پوشش می‌دهد و عملکرد خدمات (کلاس‌های جداسازی و دریچه گاز) را مشخص می‌کند و در عین حال ویژگی‌های مکانیکی را نیز توضیح می‌دهد (ساقه بالارونده در مقابل ساقه بدون بالا آمدن، الزامات نصب برش). این ادغام متقابل چارچوبی نشان می‌دهد که چگونه پروژه‌های مهندسی واقعی به جای دانش طبقه‌بندی مجزا، به درک جامع نیاز دارند.

نتیجه گیری: زمینه طبقه بندی را تعیین می کند

وقتی کسی می پرسد "سه نوع شیر چیست"، پاسخ صحیح فنی با یک سوال شروع می شود: سه نوع بر اساس کدام سیستم طبقه بندی؟ پاسخ مهندس قدرت سیال - کنترل جهت، کنترل فشار و کنترل جریان - در زمینه اتوماسیون هیدرولیک و پنوماتیک کاملاً معتبر است. پاسخ مهندس فرآیند - جداسازی، تنظیم و عدم بازگشت - به طور دقیق وظایف خدمات لوله کشی صنعتی را تشریح می کند. پاسخ مهندس مکانیک - حرکت خطی، حرکت چرخشی و خود محرک - به درستی پیاده‌سازی فیزیکی و رابط‌های محرک را دسته‌بندی می‌کند.

این تعدد پاسخ‌های معتبر، شکست استانداردسازی نیست، بلکه بازتابی از عمق و وسعت مهندسی سوپاپ است. سوپاپ ها در تقاطع مکانیک سیالات، علم مواد، طراحی مکانیکی و تئوری کنترل عمل می کنند. رشته های فنی مختلف به طور طبیعی سیستم های طبقه بندی را توسعه می دهند که با رویکردهای حل مسئله و اولویت های تصمیم گیری آنها هماهنگ است.

برای مهندسانی که در رشته‌های مختلف کار می‌کنند - مانند کسانی که سیستم‌های کنترل فرآیند یکپارچه را طراحی می‌کنند یا برنامه‌های قابلیت اطمینان دارایی را مدیریت می‌کنند - درک هر سه چارچوب مزیت استراتژیک را به همراه دارد. این امکان ارتباط موثر با متخصصان با پیشینه های مختلف را فراهم می کند، از تصمیمات انتخاب تجهیزات با اطلاعات بهتر پشتیبانی می کند و تجزیه و تحلیل جامع خرابی را تسهیل می کند. هنگامی که یک سوپاپ از کار می افتد، پرسیدن اینکه آیا در عملکرد کنترل جهت خود، وظیفه سرویس جداسازی یا فعال سازی مکانیکی آن شکست خورده است، جنبه های مختلف علت اصلی را نشان می دهد و اقدامات اصلاحی متفاوتی را هدایت می کند.

همانطور که فناوری سوپاپ با موقعیت‌ساز دیجیتال، نظارت بی‌سیم و الگوریتم‌های نگهداری پیش‌بینی‌کننده پیشرفت می‌کند، این چارچوب‌های طبقه‌بندی اساسی همچنان مرتبط هستند. یک شیر هوشمند با عیب‌یابی تعبیه‌شده همچنان نقش عملکردی (کنترل فشار) را انجام می‌دهد، یک وظیفه فرآیندی (گسست)، و از طریق یک حالت حرکت مکانیکی (دوار) عمل می‌کند. لایه هوش دیجیتال عملکرد و قابلیت اطمینان را افزایش می دهد اما نیاز به درک این دسته بندی های اساسی را جایگزین نمی کند. فرقی نمی‌کند دریچه‌ها را برای تأسیسات جدید مشخص کنید، عیب‌یابی یک سیستم خراب، یا بهینه‌سازی یک کارخانه موجود، وضوح در مورد اینکه کدام نوع طبقه‌بندی در زمینه خاص شما اهمیت دارد، اولین گام به سوی برتری مهندسی است.