دریچه گاز برای چیست؟

اگر تا به حال شیر آشپزخانه را طوری تنظیم کرده اید که جریان آب مناسبی داشته باشد، از همان اصل استفاده کرده اید که دریچه های گاز صنعتی هر روز در سیستم هایی که همه چیز از روغن هیدرولیک گرفته تا گاز طبیعی را مدیریت می کنند، استفاده کرده اید. دریچه گاز وسیله ای مکانیکی است که نرخ جریان سیال و فشار سیستم را با ایجاد محدودیت متغیر در مسیر جریان کنترل می کند. برخلاف شیرهای عایق روشن و خاموش ساده، دریچه‌های دریچه گاز طوری طراحی شده‌اند که به طور مداوم در دهانه‌های جزئی کار کنند و انرژی فشار سیال را به مقاومت کنترل‌شده تبدیل کنند.

وقتی به آنچه در داخل بدنه سوپاپ می گذرد نگاه می کنیم، تعریف فنی واضح تر می شود. هنگامی که سیال به دریچه گاز نزدیک می شود، با یک عنصر متحرک - معمولاً یک دیسک، دوشاخه یا سوزن - مواجه می شود که تا حدی مسیر جریان را مسدود می کند. این محدودیت سیال را مجبور می کند تا از طریق سطح مقطع کاهش یافته شتاب بگیرد، به دنبال معادله پیوستگی (Q = A × v، که در آن Q نرخ جریان، A مساحت و v سرعت است). طبق اصل برنولی، این افزایش سرعت به قیمت فشار استاتیک است. انرژی فشار سیال در نقطه محدود به انرژی جنبشی تبدیل می شود که به آن ورید منقبض می شود. پس از عبور از این گلوگاه باریک، جت با سرعت بالا وارد گذرگاه بزرگتر پایین دست می شود که در آن تلاطم، اصطکاک و جدایی جریان مانع از بازیابی کامل فشار می شود. این افت فشار برگشت ناپذیر مکانیزم اساسی است که به شیرهای دریچه گاز قابلیت کنترل آنها را می دهد.

آنچه دریچه‌های دریچه گاز را از سایر دستگاه‌های کنترل جریان متمایز می‌کند، توانایی آن‌ها در حفظ عملکرد پایدار تحت اختلاف فشارهای مختلف و در عین حال ارائه ویژگی‌های جریان قابل پیش‌بینی است. مهندسان دریچه‌های دریچه گاز را زمانی مشخص می‌کنند که به مدولاسیون دقیق جریان به جای خاموش کردن ساده نیاز دارند، و آنها را در کاربردهایی از کنترل ورودی هوای موتور خودرو گرفته تا مدیریت تولید چاه نفت در آب‌های عمیق به اجزای حیاتی تبدیل می‌کنند.

فیزیک پشت عملیات دریچه گاز

درک اینکه چرا سوپاپ‌های دریچه گاز کار می‌کنند مستلزم بررسی تحولات انرژی است که در طول فرآیند دریچه گاز رخ می‌دهد. نقطه شروع اصل بقای انرژی است که از طریق معادله برنولی برای جریان تراکم ناپذیر ثابت بیان شده است:

در یک فرآیند برگشت پذیر ایده آل، مجموع انرژی فشار، انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل ثابت می ماند. با این حال، درگیری در دنیای واقعی ذاتاً برگشت ناپذیر است. هنگامی که سیال از منقبض ورید خارج می شود و وارد ناحیه انبساط پایین دست می شود، انرژی جنبشی سازمان یافته جت با سرعت بالا به حرکت آشفته تصادفی، جریان های گردابی و اصطکاک مولکولی کاهش می یابد. این اتلاف انرژی آشفته به‌عنوان گرما و نویز صوتی به جای فشار بازیابی شده ظاهر می‌شود. این افت فشار دائمی یک نقص طراحی نیست، بلکه مکانیزم مورد نظر است که به شیرهای گاز اجازه می دهد تا جریان را تنظیم کنند.

برای سیالات تراکم پذیر مانند گازها، گاز پیچیدگی ترمودینامیکی اضافی را از طریق اثر ژول-تامسون ایجاد می کند. در یک فرآیند دریچه گاز آدیاباتیک که در آن تبادل حرارتی با محیط اطراف رخ نمی دهد، سیال تحت یک انبساط ایزنتالپی قرار می گیرد. بیشتر گازهای صنعتی ضرایب ژول تامسون مثبت را در دمای محیط نشان می دهند، به این معنی که در هنگام دریچه گاز خنک می شوند. این افت دما مبنای عملیاتی برای دریچه‌های انبساط تبرید است که مبرد مایع فشار بالا را به یک مخلوط سرد کم فشار تبدیل می‌کند. با این حال، هیدروژن، هلیوم و نئون ضرایب منفی را در دمای اتاق نشان می‌دهند، به این معنی که در هنگام دریچه گاز گرم می‌شوند - یک ملاحظه ایمنی حیاتی در سیستم‌های سوخت هیدروژنی که در آن گرمایش موضعی می‌تواند باعث احتراق شود.

کمی سازی ظرفیت دریچه گاز از ضریب جریان استفاده می کند که به صورت Cv در واحدهای امپریال یا Kv در واحدهای متریک بیان می شود. مقدار Cv نشان دهنده نرخ جریان حجمی آب 60 درجه فارنهایت بر حسب گالن در دقیقه است که افت فشار 1 psi را در سراسر شیر ایجاد می کند. برای کاربردهای مایع، رابطه به شرح زیر است:

این معادله ماهیت غیرخطی رفتار سوپاپ دریچه گاز را نشان می دهد: دو برابر کردن جریان از طریق یک دهانه ثابت مستلزم چهار برابر کردن افت فشار است. این مشخصه نیاز به اندازه دقیق سوپاپ دارد زیرا یک شیر بزرگ که با باز شدن 5 تا 10 درصد کار می کند، کنترل ناپایدار با حساسیت بیش از حد ایجاد می کند، در حالی که یک شیر کم اندازه خطر رسیدن به شرایط جریان خفه را دارد که در آن سرعت به محدودیت های صوتی می رسد و کاهش فشار بیشتر نمی تواند سرعت جریان را افزایش دهد.

برنامه های اصلی در سراسر صنایع

دریچه‌های دریچه گاز عملکردهای متمایزی را در بخش‌های صنعتی انجام می‌دهند که هر کدام از اصل کاهش فشار اساسی به روش‌های خاص کاربرد بهره می‌برند.

مدیریت موتور خودرو:موتورهای بنزینی مدرن از سیستم‌های کنترل الکترونیکی دریچه گاز (ETC) استفاده می‌کنند که در آن یک سوپاپ پروانه‌ای در منیفولد ورودی جریان هوا را به داخل محفظه‌های احتراق تنظیم می‌کند. برخلاف دریچه گازهای قدیمی با کابل که مستقیماً به پدال گاز متصل می شوند، سیستم های ETC از سنسورهای موقعیت پدال گاز دوگانه (APP) سیگنال های تغذیه واحد کنترل موتور (ECU) استفاده می کنند. ECU به یک موتور DC دستور می دهد تا صفحه دریچه گاز را بر اساس منطق یکپارچه که شامل کنترل کشش، کروز کنترل و استراتژی های آلایندگی است، قرار دهد. این سیستم شامل سنسورهای موقعیت دریچه گاز دو مسیره (TPS) با خروجی‌های ولتاژ است که در جهت مخالف حرکت می‌کنند - اگر هر دو سیگنال با تلرانس مطابقت نداشته باشند، ECU وارد حالت لنگی می‌شود و سرعت موتور را برای جلوگیری از شرایط فرار محدود می‌کند. یکی از پدیده‌های عجیب در سیستم‌های ETC شامل انباشت کربن از گازهای تهویه مثبت میل لنگ (PCV) است که رسوباتی در اطراف لبه‌های سوراخ دریچه گاز تشکیل می‌دهند و به تدریج جریان هوای بیکار را محدود می‌کنند. ECU با افزایش تطبیقی ​​باز شدن در حالت آرام از 3% به 5% در طول زمان جبران می کند. هنگامی که تکنسین‌ها بدنه دریچه گاز را تمیز می‌کنند و این رسوبات را از بین می‌برند، باز شدن 5 درصدی که به یاد می‌آید اکنون باعث جریان هوای بیش از حد می‌شود و باعث می‌شود تا سرعت بیکاری افزایش یابد تا زمانی که یک روش یادگیری مجدد دریچه گاز، ECU را مجبور به کشف مجدد موقعیت بسته فیزیکی و برقراری مجدد ویژگی‌های جریان هوای پایه می‌کند.

سیستم های قدرت هیدرولیک:در مدارهای هیدرولیک متحرک و صنعتی، شیرهای دریچه گاز - که در این زمینه اغلب دریچه های کنترل جریان نامیده می شوند - مستقل از خروجی پمپ بر سرعت محرک نظارت می کنند. محل قرارگیری سوپاپ در مدار مشخصه های حمل بار را تعیین می کند. دریچه گاز ورودی متر، جریان ورودی به سیلندر را محدود می کند، مناسب برای بارهای مقاومتی که در آن بار با حرکت مخالف است (مانند بلند کردن). با این حال، پیکربندی‌های کنتور با بارهای زیاد (کاهش وزن معلق) خطرناک می‌شوند، زیرا گرانش می‌تواند پیستون را سریع‌تر از ورود جریان منبع بکشد و شرایط خلاء ایجاد کند و کنترل را از دست بدهد. دریچه گاز خروجی متر با محدود کردن جریان برگشتی، ایجاد فشار معکوس در محفظه سمت میله که به عنوان یک ترمز هیدرولیکی در برابر بار اضافی عمل می کند، این مشکل را برطرف می کند. این پیکربندی پایداری حرکتی فوق‌العاده‌ای را فراهم می‌کند و از افت بار جلوگیری می‌کند، اگرچه مهندسان باید تشدید فشار را در سیلندرهای تک میله‌ای در نظر بگیرند که در آن نسبت مساحت بین محفظه‌های انتهایی و انتهایی میله‌ای می‌تواند فشارها را فراتر از تنظیمات دریچه تخلیه چند برابر کند، و اگر به درستی با استفاده از فرمول نسبت فشار محاسبه نشود، بالقوه باعث خرابی آب‌بند می‌شود A_rod.

تبرید و تهویه مطبوع:دریچه‌های انبساط در سیکل‌های تبرید فشرده‌سازی بخار، عملکرد بحرانی دریچه گاز را انجام می‌دهند که خنک‌سازی را ممکن می‌سازد. دریچه‌های انبساط ترموستاتیک (TXV) از طریق بازخورد مکانیکی ظریف با استفاده از تعادل سه نیرو عمل می‌کنند: فشار حباب حسگر که دریچه را باز می‌کند (در پاسخ به دمای خروجی اواپراتور)، در مقابل فشار اواپراتور و پیش‌بار فنر که هر دو برای بستن شیر عمل می‌کنند. این سیستم کاملاً مکانیکی گرمای بهینه را حفظ می کند - حاشیه دمایی بالاتر از حد اشباع که تضمین می کند فقط بخار وارد کمپرسور می شود. سیستم‌های مدرن جریان مبرد متغیر (VRF) به طور فزاینده‌ای از شیرهای انبساط الکترونیکی (EEV) استفاده می‌کنند که توسط موتورهای پله‌ای که دستورات پالس را از میکروکنترلرها دریافت می‌کنند، به کار می‌گیرند. اینها موقعیت سوزن در سطح میکرومتر را با زمان پاسخ میلی ثانیه ای فراهم می کنند، نوسانات شکار که TXV ها را در بارهای کم آزار می دهند را از بین می برد و استراتژی های کنترل پیشخور پیچیده ای را امکان پذیر می کند.

نفت و گاز بالادست:دریچه های خفه کننده سر چاه در درختان کریسمس نرخ تولید را از چاه های نفت و گاز کنترل می کنند که با فشار سازند به 10000 تا 15000 psi می رسد. اینها احتمالاً با سخت‌ترین شرایط خدمات در مهندسی سوپاپ مواجه هستند: جریان چند فازی (نفت خام، گاز طبیعی، آب سازند) حاوی ذرات ماسه ساینده با سرعت‌هایی که ماسه را به یک جت برش تبدیل می‌کند. تزئینات دریچه خفه کننده از کاربید تنگستن یا سرامیک های تخصصی استفاده می کند، با طرح هایی که جریان با سرعت بالا را به سمت خط مرکزی لوله هدایت می کند تا از فرسایش بدنه جلوگیری شود. تمایز بین استانداردهای API 6A (تجهیزات سر چاه) و API 6D (دریچه‌های خط لوله) بسیار مهم است - استفاده از شیر توپی API 6D برای دریچه‌گیری سر چاه منجر به سوراخ شدن سریع فرسایش می‌شود، زیرا دریچه‌های خط لوله برای وظیفه ایزوله در تاسیسات افقی طراحی شده‌اند، نه گذرگاه‌های عمودی با گذرگاه‌های مختلف با سر چاه.

انواع رایج دریچه گاز و انتخاب آنها

طرح‌های مختلف دریچه گاز ویژگی‌های جریان متمایز، پروفایل‌های افت فشار و مناسب بودن برای شرایط خدمات خاص را ارائه می‌دهند. درک این تفاوت ها برای انتخاب مناسب برنامه ضروری است.

دریچه های گلوب استاندارد صنعتی برای دریچه گاز دقیق هستند. مسیر جریان داخلی آنها سیال را از طریق یک گذرگاه S یا Z شکل با چرخش با زاویه راست در صندلی عبور می دهد و باعث کاهش فشار قابل توجهی می شود. پلاگ سوپاپ عمود بر نشیمنگاه حرکت می کند و یک رابطه تقریبا خطی بین موقعیت ساقه و ناحیه جریان برقرار می کند. این هندسه مدولاسیون دقیق جریان را با پاسخ قابل پیش بینی امکان پذیر می کند. دریچه‌های گوی کنترلی مدرن از تریم هدایت‌شونده قفس استفاده می‌کنند که در آن دوشاخه درون یک قفس استوانه‌ای با دهانه‌های ماشین‌کاری شده می‌لغزد. این قفس دارای اهداف دوگانه است: هدایت مکانیکی کامل را ارائه می دهد که از ارتعاش جانبی ناشی از نیروهای نامتعادل جلوگیری می کند، و هندسه بازشو مشخصه های جریان (خطی، درصد مساوی، باز شدن سریع) را بدون تغییر بدنه شیر یا محرک تعیین می کند. به سادگی تعویض قفس ها با الگوهای پورت های مختلف امکان اصلاح مشخصه را فراهم می کند.

شیرهای سوزنی با استفاده از یک سوزن مخروطی بلند به عنوان عنصر بسته، اصول شیر گلوب را تا دبی بسیار کوچک گسترش می دهند. مخروطی ریز به چندین چرخش ساقه نیاز دارد تا تغییرات کوچکی در ناحیه جریان ایجاد کند و نسبت کاهش مکانیکی ایجاد کند که تنظیم میکروجریان را ممکن می‌سازد. این شیرها معمولاً کاربردهای ابزار دقیق و مدارهای میرایی هیدرولیکی را انجام می دهند که در آن نرخ جریان بر حسب میلی لیتر در دقیقه اندازه گیری می شود. با این حال، گذرگاه‌های کوچک آنها استفاده را برای تمیز کردن مایعات محدود می‌کند و اندازه‌ها معمولاً زیر 2 اینچ باقی می‌مانند.

شیرهای توپی پورت V طرح استاندارد شیرهای توپی را با ماشینکاری یک بریدگی V شکل در توپ تغییر می دهند. این دهانه منحنی باعث افزایش تدریجی جریان در مقایسه با توپ های استانداردی می شود که موج سریع جریان را در زوایای باز شدن کوچک ایجاد می کنند. پورت V ویژگی‌های تقریباً درصدی را ارائه می‌کند که در آن هر افزایش از حرکت ساقه، تغییر جریانی متناسب با نرخ جریان فعلی به جای تغییر ثابت ایجاد می‌کند. هندسه شکاف V نیز عملکرد برشی را برای خدمات فیبری یا دوغابی که لبه تیز می‌تواند مواد جامد معلق را برش دهد، مفید است.

نحوه کنترل جریان دریچه گاز در سیستم های هیدرولیک

طراحی مدار هیدرولیک سوپاپ های گاز را به صورت استراتژیک برای دستیابی به اهداف کنترلی خاص قرار می دهد. موقعیت سوپاپ نسبت به محرک پاسخ سیستم به بارهای مختلف را تعیین می کند و ویژگی های ایمنی را مشخص می کند.

دردریچه گاز متر دردر تنظیمات، شیر کنترل جریان بین پمپ و ورودی سیلندر نصب می شود. این ترتیب ورود سیال به محرک را محدود می کند و مستقیماً سرعت گسترش را محدود می کند. متر در با بارهای مقاومتی که در آن نیروهای خارجی مخالف جهت حرکت مورد نظر هستند، به طور قابل قبولی کار می کند - برای مثال، یک سیلندر هیدرولیک که وزنه ای را در برابر گرانش بلند می کند. فشار بار به حفظ فشار مثبت در سراسر مدار کمک می کند.

با این حال، در هنگام جابجایی بارهای بیش از حد، در جایی که گرانش یا سایر نیروها در همان جهت حرکت مورد نظر عمل می کنند، متر-in خطرناک می شود. جرثقیل را در نظر بگیرید که بار معلق را پایین می آورد. اگر کنترل جریان در سمت ورودی باشد، گرانش بار را به سمت پایین می کشد می تواند پیستون را مجبور کند سریعتر از سیال تحت فشار وارد سیلندر حرکت کند. این باعث ایجاد خلاء در محفظه گسترش می شود، که باعث می شود هوای محلول از محلول خارج شود، به طور بالقوه سیال هیدرولیک را تبخیر می کند (کاویتاسیون)، و در نتیجه با سقوط آزاد بار، کنترل حرکت را از دست می دهد. این سناریو زمانی که اپراتورها به طور ناآگاهانه مدارهایی را با کنتور برای پایین آوردن عملیات پیکربندی می کنند، باعث بروز حوادث صنعتی شده است.

دریچه گاز کنتورمشکلات بار بیش از حد را با قرار دادن شیر کنترل جریان در خط برگشت سیلندر حل می کند. جریان تغذیه بدون محدودیت وارد سیلندر می شود در حالی که جریان برگشتی باید از محدودیت دریچه گاز عبور کند. این باعث ایجاد فشار معکوس در محفظه تخلیه می شود و یک نیروی ترمز هیدرولیکی ایجاد می کند که با بار بیش از حد مخالفت می کند. سیال به دام افتاده از نظر فیزیکی از کشیده شدن پیستون سریعتر از ورود روغن به داخل جلوگیری می کند و کنترل مثبت را حتی با بارهای معلق سنگین به سمت پایین حفظ می کند.

مزیت ایمنی کنتور، خطر تشدید فشار را به همراه دارد که نیاز به محاسبه در طول طراحی دارد. در سیلندرهای تک میله ای، ناحیه انتهای درپوش (سمت پیستون) از ناحیه انتهای میله (حلقه) بیشتر است. هنگام جمع شدن تحت کنترل کنتور با بار کمکی، فشار در محفظه انتهای میله کوچکتر را می توان با توجه به نسبت مساحت تقویت کرد. اگر فشار منبع 2000 psi باشد که وارد یک منطقه کلاهک 10 اینچ مربعی می شود، و سطح میله فقط 2 اینچ مربع است، فشار انتهای میله از نظر تئوری می تواند در هنگام تحمل بار به 10000 psi برسد. اگر شیر تسکین سیستم فقط از سمت منبع تغذیه در 2500 psi محافظت می کند، محفظه انتهایی میله ممکن است فشارهایی بسیار فراتر از حد مطمئن را تجربه کند، به طور بالقوه باعث پارگی مهر و موم یا شکستگی لوله سیلندر شود. طراحی مناسب مستلزم حفاظت تسکینی مستقل برای مدار انتهای میله یا تأیید دقیق این است که حداکثر فشار تشدید شده در محدوده رتبه بندی قطعات باقی می ماند.

خفه کردن خوننشان دهنده پیکربندی سوم است که در آن شیر گاز در یک شاخه موازی نصب شده است که جریان اضافی پمپ را مستقیماً به مخزن می ریزد. فقط جریان مورد نیاز محرک وارد مدار کار می شود. از آنجایی که جریان استفاده نشده با فشار کم به مخزن باز می گردد و حداقل انرژی را هدر می دهد، این امر بازده بالایی را به دست می آورد. با این حال، سرعت محرک بسیار وابسته به بار می شود زیرا فشارهای بار متغیر، افت فشار را در سرتاسر دهانه تخلیه تغییر می دهد و نسبت تقسیم جریان را تغییر می دهد. Bleed-off فقط در مواردی کاربرد دارد که بارها نسبتاً ثابت می مانند و کنترل دقیق سرعت لازم نیست.

زمانی که نباید از دریچه گاز استفاده کنید

درک محدودیت های دریچه گاز از اشتباهات پرهزینه و شرایط ناایمن جلوگیری می کند. چندین برنامه کاربردی رویکردهای جایگزین را می طلبند.

ممنوعیت شیر ​​دروازه به دلیل استفاده نادرست مداوم تکرار می شود. دریچه های دروازه منحصراً دستگاه های ایزوله هستند که برای خدمات کاملاً باز یا کاملاً بسته مهندسی شده اند. مسیر جریان مستقیم آنها در حالتی که کاملاً باز است حداقل افت فشار را ایجاد می کند و آنها را برای خاموش کردن خط اصلی ایده آل می کند. اما هر تلاشی برای دریچه گاز با باز شدن جزئی دروازه را در معرض فرسایش با سرعت بالا و ارتعاش شدید مخرب قرار می دهد. هزینه های تعمیر و نگهداری ناشی از تعویض قطعات داخلی شیر دروازه ای که زودتر از موعد فرسوده شده اند، بسیار بیشتر از هزینه نصب یک دریچه گاز مناسب به صورت موازی است.

کاربردهایی که نیاز به نشتی صفر مطلق در موقعیت بسته دارند، از قابلیت های دریچه گاز فراتر می رود. بیشتر دریچه‌های دریچه گاز صنعتی از صندلی‌های فلز به فلز استفاده می‌کنند که رتبه‌بندی نشتی FCI کلاس IV (0.01٪ ظرفیت) را به دست می‌آورند که برای کنترل فرآیند کافی هستند اما برای ایزوله‌سازی محیطی کافی نیستند. هنگامی که مقررات، انتشار صفر را در حین خاموش کردن الزامی می کند - برای مثال، ترکیبات آلی فرار (VOCs) یا خدمات سمی - مدار نیاز به یک دریچه جداسازی محکم بسته جداگانه (توپ یا پروانه با صندلی های نرم) به صورت سری با دریچه گاز دارد. دریچه ایزوله وظیفه خاموشی را بر عهده دارد در حالی که دریچه گاز مدولاسیون جریان را در حین کار فراهم می کند.

خدمات مستعد کاویتاسیون به جای دریچه‌های دریچه گاز استاندارد، نیازمند توجه ویژه هستند. هنگامی که فشار سیستم مایع به زیر فشار بخار سیال در حین دریچه گاز کاهش می یابد، حفره رخ می دهد - مایع به حباب های بخار تبدیل می شود که متعاقباً با بازیابی فشار در پایین دست منفجر می شود و امواج ضربه ای و میکرو جت هایی با فشار محلی بیش از 100000 psi ایجاد می کند. این ضربه های مکرر به سرعت سطوح فلزی را فرسایش می دهد و بافت خشن و حفره ای مشخص را ایجاد می کند. شاخص کاویتاسیون (σ) حساسیت را پیش بینی می کند:

وقتی σ به زیر مقدار بحرانی شیر می‌رسد، کاویتاسیون اجتناب‌ناپذیر است. مهندسان باید به جای استفاده از یک دریچه گاز استاندارد تک مرحله‌ای، تریم کاهش فشار چند مرحله‌ای (طرح‌های قفس لابیرنت یا سوراخ حفر شده) را مشخص کنند که افت فشار کل را به چندین مرحله کوچک تقسیم می‌کند و از رسیدن به فشار بخار در هر مکانی جلوگیری می‌کند.

خدمات حاوی ذرات جامد به مواد مقاوم در برابر فرسایش فراتر از ساخت شیر ​​گاز معمولی نیاز دارند. به عنوان مثال، آب تولید شده از چاه های نفت، ماسه ای را حمل می کند که به عنوان یک جت برش ساینده در سرعت های گاز عمل می کند. تریم استاندارد فولاد ضد زنگ ممکن است در عرض چند هفته خراب شود. این برنامه‌ها به صندلی‌های کاربید تنگستن یا سرامیکی و شاخه‌های سخت شده یا طراحی مجدد کامل با استفاده از دریچه‌های خفه‌کننده که به‌طور خاص برای خدمات فرسایشی مهندسی شده‌اند، نیاز دارند.

نوع اتصال پایانی بر انعطاف‌پذیری نصب و دسترسی به تعمیر و نگهداری تأثیر می‌گذارد. دریچه های فلنجی برای نصب دائمی در اندازه های بزرگتر (2 اینچ به بالا) مناسب هستند و امکان جداسازی آسان برای سرویس را فراهم می کنند. اتصالات رزوه ای برای دریچه های کوچکتر (زیر 2 اینچ) در کاربردهای کم لرزش کار می کنند، اگرچه درزگیر رزوه و درگیری مناسب با رزوه بسیار مهم است. اتصالات جوش سوکت یا جوش لب به لب نصب دائمی ضد نشتی را برای خدمات مهم ارائه می دهند اما هرگونه امکان حذف بدون برش لوله ها را از بین می برند.

انتخاب شیر دریچه گاز مناسب: محاسبات مهندسی و استانداردها

انتخاب صحیح دریچه گاز به جای تعیین اندازه اصولی نیاز به تجزیه و تحلیل کمی دارد. فرآیند انتخاب با محاسبه ضریب جریان مورد نیاز آغاز می شود.

برای سرویس مایع، ابتدا Cv لازم را با استفاده از شرایط عملیاتی واقعی در نقطه کنترل معمولی شیر (معمولاً 50-70٪ باز) تعیین کنید.

به عنوان مثال، یک سیستم آبی که به جریان 100 GPM با افت فشار 25 psi نیاز دارد: Cv = 100 × √(1.0/25) = 20. مهندس اندازه دریچه ای را انتخاب می کند که این مقدار Cv در وسط محدوده شیر قرار گیرد و از قدرت کنترل کافی در شرایط بالاتر و پایین تر اطمینان حاصل کند.

در یک فرآیند برگشت پذیر ایده آل، مجموع انرژی فشار، انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل ثابت می ماند. با این حال، درگیری در دنیای واقعی ذاتاً برگشت ناپذیر است. هنگامی که سیال از منقبض ورید خارج می شود و وارد ناحیه انبساط پایین دست می شود، انرژی جنبشی سازمان یافته جت با سرعت بالا به حرکت آشفته تصادفی، جریان های گردابی و اصطکاک مولکولی کاهش می یابد. این اتلاف انرژی آشفته به‌عنوان گرما و نویز صوتی به جای فشار بازیابی شده ظاهر می‌شود. این افت فشار دائمی یک نقص طراحی نیست، بلکه مکانیزم مورد نظر است که به شیرهای گاز اجازه می دهد تا جریان را تنظیم کنند.

محاسبات سرویس گاز باید تراکم پذیری و جریان خفه بالقوه را در نظر بگیرد. هنگامی که سرعت گاز به شرایط صوتی (1 ماخ) در ورید انقباض می رسد، جریان خفه می شود - کاهش بیشتر فشار پایین دست نمی تواند سرعت جریان را افزایش دهد. نسبت فشار بحرانی این حد را مشخص می کند:

مقدار دقیق به نسبت گاز گرمای ویژه و ضریب بازیابی فشار شیر (FL) بستگی دارد. اندازه‌گیری برای سرویس گاز خفه‌شده به نرم‌افزار سازنده نیاز دارد که این روابط پیچیده را محاسبه کند.

طبقه بندی نشتی سفتی دریچه بسته را بر اساس استاندارد ANSI/FCI 70-2 با شش کلاس از کلاس I (بدون آزمایش) تا کلاس VI (صندلی های نرم حبابدار) تعریف می کند. انتخاب بستگی به الزامات فرآیند دارد:

صندلی‌های فلزی (کلاس IV) بهترین سازش را برای اکثر کاربردهای دریچه گاز ارائه می‌کنند و نرخ نشتی قابل قبولی را ارائه می‌کنند و در عین حال در برابر دماهای بالا، فرسایش و دوچرخه‌سواری مکرر مقاومت می‌کنند. صندلی‌های نرم به کلاس VI خاموش می‌شوند اما قابلیت دما (PTFE حدود 400 درجه فارنهایت را محدود می‌کند) و مقاومت در برابر سایش را قربانی می‌کنند. فرآیندهای با کارایی بالا ممکن است صندلی‌های فلزی کلاس V را به‌عنوان حد وسط مشخص کنند، اگرچه تلرانس‌های سخت‌تر هزینه شیر را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

انتخاب مواد باید به شیمی فرآیند خاص، محدوده دما و الزامات فشار مربوط باشد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی (316/316L) به عنوان پیش فرض برای خدمات عمومی آبی و خورنده خفیف عمل می کنند. سیستم های بخار با دمای بالا از ضد زنگ مارتنزیتی (410) برای سختی، آلیاژهای کروم-مولیبدن یا حتی چدن برای کاربردهای کم فشار استفاده می کنند. تریم سرویس شدید ممکن است آلیاژهای کبالت-کروم (Stellite) یا کاربید تنگستن را برای مقاومت در برابر فرسایش و گاز سوزی مشخص کند. مواد بدنه سوپاپ باید طبق استانداردهای ASME B16.34، با اتصالات فلنج مطابق با استانداردهای ابعادی ASME B16.5، دارای درجه بندی فشار-دما باشد.

نوع اتصال پایانی بر انعطاف‌پذیری نصب و دسترسی به تعمیر و نگهداری تأثیر می‌گذارد. دریچه های فلنجی برای نصب دائمی در اندازه های بزرگتر (2 اینچ به بالا) مناسب هستند و امکان جداسازی آسان برای سرویس را فراهم می کنند. اتصالات رزوه ای برای دریچه های کوچکتر (زیر 2 اینچ) در کاربردهای کم لرزش کار می کنند، اگرچه درزگیر رزوه و درگیری مناسب با رزوه بسیار مهم است. اتصالات جوش سوکت یا جوش لب به لب نصب دائمی ضد نشتی را برای خدمات مهم ارائه می دهند اما هرگونه امکان حذف بدون برش لوله ها را از بین می برند.

انتخاب محرک مشخصات دریچه گاز را کامل می کند. چرخ های دستی برای تنظیم نادر کافی هستند، اما برنامه های کاربردی کنترل فرآیند نیاز به فعال سازی خودکار دارند. محرک‌های دیافراگم برگشت فنر پنوماتیک عملکرد ایمن (بازگشت به موقعیت مشخص در هنگام تلفات هوا) را برای شیرهای کنترل در سیستم‌های ایمنی فرآیند ارائه می‌کنند. محرک‌های الکتریکی (موتور محور) موقعیت‌یابی دقیقی را ارائه می‌کنند و نیازهای هوای فشرده را حذف می‌کنند، اما فاقد رفتار ایمنی ذاتی بدون اضافه کردن ماژول‌های فنری یا باتری هستند. محرک های هیدرولیک حداکثر نیروی رانش را برای دریچه های بزرگ یا کاربردهای دیفرانسیل فشار بالا ایجاد می کنند که در آن سیلندرهای پنوماتیکی نمی توانند نیروی ساقه مناسب ایجاد کنند.

مستندات انتخاب دریچه مهندس باید شامل Cv محاسبه شده، نوع تریم و مواد مشخص شده، توجیه کلاس نشتی، نوع محرک با حالت ایمن خرابی، و انطباق با استانداردهای قابل اجرا (ASME، API، ISA) باشد. این رویکرد منضبط تضمین می‌کند که سوپاپ دریچه گاز با الزامات فنی واقعی برنامه مطابقت دارد نه اینکه اندازه دلخواه یا بیش از حد مشخص شود.