[] اصول کار شــیرهای کنترلی []

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مقدمه
مطابق تعريف مندرج در استانداردISA-S75.05 : شير كنترل وسيله اي است کـه بـا اعمـال نيرويي غير از نيروي دست عمـل مـينمايـد و ميـزان جريـان سـيال را در يـك سيـستم كنتـرل فراينـدي تنظـيم مـي كنـد، شـير كنتـرل شـامل يـك شـير اسـت كـه بـه يـك مكـانيزم محركـه (actuator)که توانائي تغيير عنصر کنترل کننده سيال را دارد متـصل مـي باشـد.ايـن تغييـر بـرمبناي سيگنالي است كه از سيستم كنترل دريافت ميشود.
شير كنترل نقش مهم و اساسي در يك صنعت فرايندي ايفا مـينمايـد و قـسمت زيـادي ازهزينه ها ي خر يد قطعات و دستگاهها در صنايع مربوط به شير كنتـرل و سيـستمهاي جـانبي آنمي باشد.
رشد شيرهايRotary از سال ١٩٥٠ تا سال ١٩٨٠ از ١% كل شيرهاي كنترل به ٥٠% رسـيدهاست و كاربرد آن بيشتر و بيشتر شده است. اولين نوع از شيرهاي Rotary نوع پروانه اي آن بود.
شيرهايRotary از لحاظ هزينه و همچنين عملكرد مزايايي را نـسبت بـه شـيرهاي خطـي ازخودشان نشان دادند.
شيرهاي معروف بهStraight-through داراي ظرفيت جريـاني (Cv) بيـشتر مـيباشـند ولـي جزء شيرهاي High Recovery بوده و مستعد به ايجـادChocking و Cavitation مـي باشـند .
ولي از لحاظ وزن و ابعاد موقعيـت مناسـبي دارنـد. شـيرهايRotary داراي دامنـه محـدودترفشار و دما نسبت به شيرهاي Globe مي باشند.
انتخاب شيرهاي كنترل قبلا بـر مبنـاي پارامترهـاي اوليـه اي نظيـرPressure rating ، دامنـهجريان افت فشار و... بود ول ي اکنون تاکيد بر هزينه ها مي باشد بنا بر اين شيرهاي كنترل بايداز لحاظ هزينه ها ي اول يه و هزينه هاي تعم يراتي مناسب باشند ضـمن اينكـه مـيبايـست خـواصكنترلي خوبي داشته باشند.
پارامترهاي ثانويه در انتخاب شير كنترل شامل نشتيهاي مجاز، خصوصيات جرياني، دما، لزجتو سايش مي باشد.
همچنين بايد مساله Noise را در نظر گرفت و نيز بايد محرك مناسب انتخاب گردد و نيـازبه موقعيت دهنده شير (Positioner) مشخص گردد.
مشخص كردن سايز شير كنترل كه به آنValve Sizing مي گويند بستگي به پارامتر متغيري به نام Cv دارد. پارامترهاي مورد نياز جهت انتخـاب شـير كنتـرل در اسـتانداردISA مـشخصشده است.



فصل اول:تعاريف و اصطلاحات
تاريخچه شير کنترل
تعاريف و اصطلاحات
طبقه بندي شيرهاي کنترل
خصوصيات شير حرکت خطي
خصوصيت شير حرکت دوراني​

اهداف فصل اول
١-آشنائي با تعاريف و اصطلاحات شير کنترل
٢-آشنائي باخصوصيات شيرهاي حرکت خطي و حرکت دوراني


فصل دوم:بدنه
شير کنترل
بدنه شيرهاي حرکت خطي
شير کره اي
شير ديافراگمي
بدنه شيرهاي حرکت دوراني
شير پروانه اي
شير توپي
شير توپي قطائي
شير پلاگ​

اهداف فصل دوم
• آشنائي با نحوه عملکرد شيرهاي کر ه اي انواع بدنه شيرهاي کر ه اي و کاربرد آن
• آشنائي با نحوه عملکرد شيرها ي ديافراگمي و کاربرد آن
• آشنائي با نحوه عملکرد شيرهاي پروانه اي و انواع و کاربرد آن
• آشنائي با نحوه عملکرد شيرهاي توپي و کاربرد آن
• آشنائي با نحوه عملکرد شيرهاي پلاگ و کاربرد آن

فصل سوم:اتصالات به لوله
اتصالات پيچي
اتصالات فلنجي
شيرهاي بدون فلنج
اتصالات جوشي
فلنجهاي جدا شونده​

اهداف آموزشي فصل سوم
• آشنائي با روشهاي اتصال شير به خط لوله


فصل چهارم:ساقه و آب بند
اتصالات ساقه
ساقه کشيده
سيلهاي از نوع بلوز
آب بندها
جنس مواد آب بند​

اهداف آموزشي فصل چهارم
• آشنائي با کاربرد هاي ساقه شير کنترل -انواع آن
• آشنائي با اهميت آب بند هاي ساقه و انواع آن
• شناخت جنس مواد آب بند


فصل پنجم : تريم شير
تعريف تريم
مشخصات جرياني
هدايت کننده ها
نشتي نشيمنگاه
 ​
اهداف آموزشي فصل پنجم
• آشنائي با تريم شير و اهميت آن در تعيين خصوصيات و مشخصات جريان ي شير کنترل
• آشنائي با نحوه عملکرد هدايت کننده ها ي ميله شير
• آشنائي با استانداردها و حدود مجاز نشت ي نشيمنگاه شير


فصل ششم:محرک
فنر و ديافراگم
پيستون​
الکترو مکانيکال
الکترو هيدروليک
تجهيزات جانبي​

اهداف آموزشي فصل ششم
١-آشنائي با انواع محرکهاي شير کنترل- نحوه عملکرد آن وتعاريف مربوطه
٢-شناخت تجهيزات جانبي شير کنترل نظير موقعيت دهنده شير –چرخ دستي و... نحوه عملکرد آنها


فصل هفتم : سا يزينگ شيرها ي کنترل
مقدمه​
تعريفCv شير
فرمولهاي سايزينگ
کاويتاسيون
فلاشينگ
حل مسئله​
اهداف آموزشي فصل هفتم
• تعريف پا رامترهاي لازم در محاسبه سايز شير کنترل
• معرفي فرمولهاي محاسبه سايز شير کنترل
• آشنائي با پديده ها ي کاويتاسيون و فلاشينگ و تشرح چگونگ ي ايجاد آنها وتشريح خسارتهاي ناشي از ايجاد آ نها
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
تاريخچه شير كنترل
استفاده از شير كنترل حداقل به زمان روميان بر مي گردد، زماني كه آنها از شيرهاي سماوري برنزي استفاده ميكردند ولي استفاده از شير كنترل اتوماتيك ابتدا توسط جيمز وات در اواخر قرن ١٨ ميلادي انجام شد. وي در ماشين بخار خود جهت کنترل سرعت از شيرهاي کنترل استفاده نمود.
اجداد شيرهاي كنترل امروزي در قرن نوزدهم ميلادي همزمان بـا كـاربرد بيـشتر بخـارگسترش يافتند . در اواخر قرن نوزدهم رگلاتورهاي فشار و ارتفاع (Self-Contained) به بـازارآمدند. در سال ١٨٨٠، ويليام فيشر (William Fisher) - مهندسي در ايالت آيواي آمريكا- در پي راهي جهت كنترل فشار خروجي پمپهاي آب آتش نـشاني بـود . بـا تـلاش وي تنظـيم کننـدههائي(governor) جهت پمپها ساخته شد و پس از آن شركتFisher تاسيس گرديـد. در سـال١٩٠٧ اين تنظ يم کننده ها(governor) در نيروگاههاي ايـالات متحـده، كانـادا و انگلـيس نـصبشدند.
در سال ١٨٨٢ آقاي ويليام ماسون (William Mason) شركت ماسون رگلاتور را تاسيس نمود. اين شركت در قسمتي از شهر بوسـتون از ايالـت ماساچوسـت قـرار داشـت. وي سـپس تنظيم کننده هاي ديگري براي كشتي هاي بخار توليد نمود.
در سال ١٨٩٠ رگلاتورها در كشتيهاي نيروي دريايي آمريكا مورد استفاده قـرار گرفتنـد.
شركتهاي ديگري نيز در اواخر قرن نوزدهم جهت ساخت شير كنترل شروع به فعاليت نمودند.
با رشد صنايع نفت و گاز نياز به رگلاتورهاي بزرگ بيشتر گرديد و بنابراين رگلاتورهـاي عمل کننده با پايلوت به بازار عرضه شدند.
در سالهاي ١٩٢٠ و ١٩٣٠ شركت هانلون - واترز (Hanlon-Waters) ابـداعاتي در زمينـهساخت شيرهاي كنترل به عمل آورد. اين شركت در ايالت اوكلاهماي آمريكا قرار داشت. تا سال ١٩٣٠ جهت تعيين سايز شـيرهاي كنتـرل از نمودارهـاي شـركتFisher اسـتفادهمي شد تا اينكه آقاي راكول (Ralph Rockwell) و آقاي دكتـر ماسـون از شـركت فـاكس بـرو(faxboro) فرمولهايي را جهت تعيين اندازه شيرهاي كنترل ارائـه نمودنـد، در ايـن فرمولهـاياوليه اثري از Cv نبود.
در س الهاي ١٩٤٣ تا ١٩٤٥ شـركت National Steam Specially Club شروع به استانداردسازي جهت ابعاد شيرهاي كنترل (Face-To-face) نمـود . استانداردسـازي نهايتـا بـه وسـيله گروهـي متـشكل از Paul Elfers از شـركت Ralph Rockwell،Fisher از شـركت Mason-Neilan و... تكميل گرديد.
اولين نوع شيرهاي Rotary در سال ١٩٣٠ توسط شركت Mason-Neilan ساخته شد.
در سال ١٩٥٤ شـيرهاي از نـوع سـاندرز (Saunders) و پـروانه اي (Butterfly) توليـد شـد.
در بـين سـالهاي ١٩٨٠ و ١٩٩٥ شـيرهاي هوشـمند (Smart Valve) گـسترش يافتنـد.
شيرهاي هوشمند شيرهايي هستند كه از ترانـسميترهاي هوشـمند درPositioner هـاي خـوداستفاده نموده اند.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
١-٢ تعاريف و اصطلاحات در شير كنترل

Actuator: ١-٢-١
قسمتي از شير كه به وسيلة جريان الكتريكي يا فشار سيال به عضو مسدودكنندة شـير نيـرو و حركت اعمال مي كند.

Air Set: ٢-٢-١
به آن Supply Pressure Regulator نيز مي گويندوسـيله اي اسـت کـه جهـت كـاهش فـشارهواي واحد جهت استفاده درPositioner و ديگر وسايل كنترل استفاده مـيشود. معمـولا فـشار حدود 20-35 Psi مي باشد.

Av: ٣-٢-١
ضريب جريان شير در سيستم بين الملل (SI)
Av = 2.4 ×10[SUP]-5[/SUP] Cv

ANSI Class: ٤-٢-١
معرف و نمايشگر ميزان تحمل شير در اثر فشار سيال مي باشد. براي اين منظور جـداوليتوسط انجمن مهندسي مكانيك آمريكا براي هر آليـاژ تهيـه شـده كـه در آن جـداول حـداكثر فشاري كه شير ميتواند در هر دماي بخصوص تحمل نمايد، درج شده اسـت. معمـولا از كلمـة
[SUP]Class[/SUP] و يك عدد جهت نمايش [SUP]ANSI Class[/SUP] استفاده ميشود. مثلا Class150

Body
: ٥-٢-١
بدنة شير اصليترين قسمتي از شير است كه تحت فشار ميباشد. اين قسمت شامل اتصالات
به لوله (Connecting end) و مسير جريان ميباشد. اين قسمت همچنين محل لازم بـرايSeat و Plugرا فراهم ميآورد (نشيمنگاه و بندآور).

Bonnet
: ٦-٢-١
ساقه قسمتي از شير است كه ميلة شير (Stem) در آن حركـت مـيكنـد و بـه عنـوان يـكهدايت كننده (Guid) براي ميلة شير ميباشد. ساقة شـير همچنـين در برگيرنـدة جعبـة آببنـد وآب بندها مي باشد. ساقه مي تواند يكپارچه، پيچي يا فلنجي باشد.

Booster:
٧-٢-١
تقويت كننده، يك رلة نيوماتيك اسـت كـه جهـت كـاهش تـاخير زمـاني (Time Lag) در مدارهاي نيوماتيك به وسيلة توليد سيگنالهاي خروجي حجم بالا و يا فشار بالا استفاده مـيشود. از اين وسيله مي توان به عنوان تقويت كننـدة حجـم (Volume Booster) و يـا تقـويت كننـدة فـشاراستفاده نمود.

Cage:
٨-٢-١
عضوي سيلندر مانند توخالي است كه قسمتي از تريم شير محسوب ميگردد. از اين عـضوميتوان به عنوان يك هدايت كننده جهت هدايت بندآور بر روي نـشيمنگاه اسـتفاده نمـود. در بعضي از انواع شيرها،Cage ممكن است داراي حفره اي با اشکال مختلف باشد كـه خـصوصياتجرياني شير كنترل را تعيين ميكنـد . Cage همچنـين مـيتوانـد بـه عنـوان كاهنـدة سـر و صـدا(Noise) و نيز به عنوان يك وسيلة ضد كاويتاسيون Anti-Cavitation استفاده شود.

Control Valve Gain: ٩-٢-١
رابطة بين حركت و ميزان جريان عبوري از شير كه بـه وسـيلة منحنـيهـايي در روي يـكنمودار به صورت منحني هاي مشخصه شير بيان ميشود.
Untitled1.png


:Diaphragm ١٠-٢-١
عضو انعطاف پذيري است که نسبت به فشار اعمال شده به آن واكنش ميدهـد و نيـرو را به صفحة دياگرام و سپس ميلة شير (Stem) انتقال مي دهد.

: Face-To-Face ١١-٢-١
فاصلة بين سطح مربوط به ورودي تا سطح مربوط به خروجي شير است. اين ابعاد توسط استاندارد ANSI/ISA مشخص شده است.

High Recovery Valve ١٢-٢-١
طرح ي از شـير ك ه مقـدار كمـي از ان رژي جريـان را از دس ت م يده د و اغت شاش
(Turbulency) كمي در جريان به وجود مـيآورد. در ايـن شـيرها فـشار بعـد از ناحيـةVena Contracta با درصد بالايي نسبت به مقدار اوليه آن بازيافت ميشود. شيرهاي Rotary از ايـندسته مي باشند.


Low Recovery Valve ١٣-٢-١
طرحي از شير كه مقدار قابل توجهي از انرژي سيال را به علت ايجـادTurbulency هـدرميدهد و اين مساله به علت وجود مسير پيچ در پيچ در جريان ميباشد. همچنين بازيافت فـشاربعد از نقطة Vena Contracta كمتر از شيرهاي High Recovery مي باشد. شيرهاي Globe از اين دسته مي باشد.

Nominal Pipe Size (NPS): ١٤-٢-١
قطر لوله بر حسب اينچ كه به وسيلة نوشتن كلمة NPS و سپس يك عدد مشخص ميشود.
: NPS 10مثال

Nominal Size (DN): ١٥-٢-١
علامت متريك سايز لوله (بر حسب ميليمتر) كه جهت نمايش آن با حـروفDN و سـپسيك عدد مشخص ميشود.
DN 5 : مثال

Plug: ١٦-٢-١
يك عضو استوانهاي شكل كه در مسير جريان با حركت خطـي جهـت تنظـيم جريـان سـيالحركت ميكند. اين عضو همچنين ميتواند يك استوانه يا مخروط ناقص باشد كه جريان سـيال ازدرون آن عبور مي كند و با حركت دوراني خود جريان سيال را تنظيم مينمايد.

Rangeability: ١٧-٢-١
Range مربوط به شير كنترل، كه در آنRange شير عمـل كنتـرل را انجـام مـيدهـد وعبارت است از نسبت حداكثر به حداقل جريان كنترل شوند. دامـنه پـذيري شـير را معمـولا در١٠% و ١٠٠% حركت شير در نظر مي گيرند.

Reverse Acting Valve:
١٨-٢-١
شير كنترلي كه موقعي كه سيگنال اعمالي روي محرك افزايش مييابد، باز مي نمايد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
١-٣ انواع شير از لحاظ نوع حرکت
شيرهاي کنترل از لحاظ نوع حرکت بند آور به دو دسته تقسيم ميشوند
١-شير با حرکت خطي
٢-شير با حرکت دوراني

١
-٣-١ خصوصيات شيرحرکت خطي (Linear Motion)
1. مسير جريان پيچ و خم داراست.
2. از نوع شيرهاي Low Recovery است (از لحاظ بازيافت فشار).
3. مي تواند Flow Rateهاي كم را نيز كنترل كند.
4. داراي طراحي هاي مختلفي از trim مي باشد.
5. براي فشارهاي بالا مناسب مي باشد.
6. معمولا به صورت فلنجي يا پيچي ساخته مي شود.
7. Bonnet آن قابل جدا شدن است.


Untitled1.png
شکل ١-١ شير خطي​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
١-٣-٢ خصوصيات شيرحرکت دوراني (Rotary Valve)
1. مسير جريان Stream Lined مي باشد

Untitled1.png

شکل ١-٢شير دوراني​


2. از نوع شيرهاي High Recovery مي باشد (از لحاظ بازيافت فشار).
3. ظرفيت بيشتري نسبت به نوع Linear دارد.
4. سايش Racking در آن كمتر است.
5. ميتواند سيالهاي ساينده و غليظ و دوغ آبها را Handle كند.
6. مي تواند بدون Flange طراحي شود.
7. معمولا Bonnet آن يكپارچه مي باشد.
8. .بالايي دارد Rangeability
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
بدنه شير کنترل

Body يك شير كنترل قسمتي از آن است كه در معرض فشار سيال قرار دارد كه اين شـاملمحلهاي اتصال به لوله ها (Connecting ends) نيز مي شود.
شيرها اصولا به دو دسته كلي تقسيم ميگردند و طبقه بندي بر مبناي اين است كه بندآورشير چگونه حركت مينمايد. اين دو دسته عبارتند از: .1 Linear Motion Valve
.2 Rotary Motion Valve

٢-١ شير حرکت خطي

(
Globe Valve) شير کره اي ١-١-٢

نامglobe يك نام كلي است كه تعداد زيادي از شيرها را شامل ميگردد. در ايـن شـيرها يـك plug كه بهstem وصل شده است با حركـت بـالا و پـايين درون يـك حفـره (نـشيمنگاه ) عمـلكنترل را انجام مي دهد.


Untitled1.jpg

شکل ٢-١ شير کره اي​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
شيرهاي globe خود از لحاظ تعداد نشيمنگاهها به دو دسته تقسيم ميشوند:


يك نشيمنگاهي- Single Seat (Single Port) .الف
در اين حالت شيرتنها يك عددplug دارد كه عمل كنترل را انجـام مـي دهـد. ايـن نـوع بـرايجاهايي كه Tight Shut بالا نياز مي باشد، استفاده ميشود.



Untitled1.jpg
شکل٢-٢ :شير يک نشيمنگاهي​
دو نشيمنگاهي -Double Seat (Double Port) .ب
در اين نوع از شيرها دو عددplug و طبيعتا دو عددSeat موجود است. شكل قرار گـرفتنplugها به گونه اي است كه جريان سيال تمايل دارد يكplug را به سمت بسته شـدن هـدايتكند وplug ديگر را به سمت باز شدن براند و بنابراين در اين حالت نيروي وارده بر دوplug به يك حالت تعادل ميرسد و بنابراين ميتوان ازActuator كوچكتري استفاده نمود. ايـن نمونـهاز شيرهاي كنترل ظرفيـت بـالاتري نـسبت بـه نـوعSingle Port دارنـد ولـيSealing آنهـابخصوص در دماهاي بالا خوب نميباشد.


Untitled1.jpg
شکل٢-٣ :شير دونشيمنگاهي​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
انواع بدنه شيرهاي خطي
1. Angle valve -يك نمونه ديگـر از شـكل بدنـه شـيرهاAngle Valve هـا مـيباشـند . در شيرهاي از نوع angle جريان از يك طرف وارد شـده و بـا ٩٠ درجـه چـرخش از جهـت ديگـرخارج ميگردد كه استفاده از اين شيرها نياز به بعضي از Fittingها را نيز كم مينمايد مثلا شـايدنياز به استفاده از Bend در سيستم كمتر گردد.(شکل ٢-٥)


Untitled1.jpgشکل٢-٤ :شير زاويه اي​

2. -Split body يكي ديگر از حالتهايي كه بدنه شير ميتواند داشـته باشـد حالـتSplit بودن و يا دو تكه بودن بدنة شير ميباشـد معمـولا شـيرهاي بـا بدنـةSplit جهت تعميرات راحتتر و تعويض راحت تر plug به اين شكل ساخته ميشوند.




Untitled1.jpg
شکل٢-٥ :چند نمونه شير دو تکه​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٣ -شير سه راهه- يكي ديگر از حالتهاي بدنه شير، شيرهاي سه راهه ميباشد. شيرهاي سه راهه خود به دو حالت ميباشند:
Diverting
Combining


- در حالت diverting يك جريان وارد شير شده و به دو جريان ديگر تقسيم مي گردد و نوع قرار گرفتن plug ها به نوعي است كه جريان ورودي نيرويي به سمت باز شدن هر دو plug ايجاد مي نمايد.

Untitled1.jpg
شکل٢-٦: شير سه راهه​

- در نوع combining دو جريان وارد شير كنترل شده و يك جريان خروجي را توليد مي كنند در اين حالت نيز نيروي جريانهاي ورودي به سمت باز كردن plugها مي باشد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
(Diaphragm Valve) شير ديافراگمي ٢-١-٢
ديافراگم ولو نيز جزء گروه شيرهاي Linear Motion مي باشد. ولي بندآور آن به جـاي يـك plug فلزي، يك ديافراگم انعطاف پذير م ي باشد
در اين شيرها قسمت پايين بدنه بـه شـكلي اسـت كـه يـك سـد (Weir) را در بدنـه بوجـودميآورد: وقتي كه ديافراگم كاملا به سمت پايين جركت ميكند و روي اينWeir مينشيند جريانكاملا قطع مي شود.



Untitled1.jpg
شکل٢-٧ وضعيت عبور جريان در شير ديافراگمي

اين شيرها عموما براي دوغآب و مايعات غليظ مناسب هستند. ديافراگم ولوهـا شـيرهايي بـاظرفي ت ب الا و هزينه پايين ميباش ند. ولي عمل كنترل آنهـا چندان مناسب نيست وRangeability آنها نيز پايين مي باشد. نام مصطلح ايـن نـوع شـيرها سـاندرز ولـو (Saunders Valve) مي باشد.

يك نمونة ديگر از شيرهاي ديافراگمي نوع Straight way ميباشد. در اين مدل، Weir وجود ندارد و ديافراگم طوري طراحي شده كه در كل لوله قرار ميگيرد و به وسيله مكـانيزمي از دوطرف فشرده ميشود. اين فشردگي باعث مسدود شدن مجـراي جريـان شـده بـه نحـوي كـه مي تواند كلا جريان سيال را قطع نمايد. به اين نوع شيرها پينچ ولو (Pinch Valve) يا كلمپ ولو (Clamp Valve) مي گويند.
شيرهاي ديافراگمي جهت مناطقي كه مواد خورنده وجود دارد مورد استفاده قرار مـيگيـرد .
محدوديت اين شيرها در دما و فشار بالا ميباشد.


Untitled1.jpg
شکل٢-٨ وضعيت عبور جريان در شير ديافراگمي از نوع سمت چپ clamp:سمت راست:straight through​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
-٢ شيرهاي حرکت دوراني

(
Butterfly Valve) شير پروانه اي ١-٢-٢
شيرهاي پروانه اي يکي از رايج ترين و مهم ترين شيرهاي کنترل ازنوع Rotary Motion مي باشند. شيرهايي كه قبلا بررسي شد همه از نوع Linear Motion بودند. از مزاياي اين شير مقاومت كمتر در مقابل جريان و ظرفيت بالاتر آن ميباشد.
شيرهاي پروانه اي دارا ي تنوع زياد از لحاظ طراحي م ي باشند . اين شيرها از لحـاظ اقتـصاديبخصوص در سايزهاي بالا، به علت ساختمان و طراحي ساده و ظرفيت بـالا مناسـب مـيباشـند .
براي نصب آنها فضاي كمي نياز ميباشد و به علت افت فشار كم دو طرف شير هزينههاي پمپاژكاهش مييابد.



Untitled1.jpg
شکل ٢-٩ شير پروانه اي​

شيرهاي پروانه اي از سايز [SUP]”[/SUP] 2 و بالاتر ساخته ميشوند. از معايب اين نوع شيرها Torque زيـادمورد نياز جهت باز كردن شير ميباشد. در طـراحي هـاي جديـد بـا تغييراتـي در شـكلdisc ايـنمشكل تا حد قابل توجهي كمتر شده است.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٢-٢-١-١ بدنة شيرهاي پروانه اي
1. Wafer Body: به اين حالت بدنة بدون فلنج (Flangless) نيز مـي گوينـد . در ايـن حالـتشير مانند يك ساندويچ در بين فلنجهاي لوله قرار گرفته وfit مي شود. جهت نگهـداري شـيراز پيچهاي بلندي (Stud) استفاده ميگردد. اين شيرها به علت فضاي كمي كه اشغال ميكننـد درنقاطي كه محدوديت فضا وجود دارد كاربرد خوبي دارند.




Untitled1.jpg
شکل ٢-١٠ شير پروانه اي​

2. Flanged Body: در اين حالت بدنه شير به اندازه كافي طول دارد كه امكان نصب پيچ و مهره در دو طرف شير در محل اتصال فلنجهاي شير به فلنج هاي لوله را فراهم ميآورد.


Untitled1.jpgشکل ٢-١١ شير پروانه ا ي فلنجي​

٣- بدنه شيرهاي پروانه اي ميتواند با مواد الاسـتومري پوشـانده شـودكه ايـن عمـل باعـث دسترسي به يك آببندي خوب و مناسب ميگردد. علاوه بر اينكه باعث ايجاد مقاومـت در برابـر خوردگي لوله نيز ميگردد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٢-٢-١-٢ انواع ديسكهاي مورد استفاده در شيرهاي پروانه اي
شكل ديسكهاي شير پروانهاي و نيز نحوة اتصال آنها حالتهاي مختلفي ميتواند داشته باشـد كـهدر شكل زير چند حالت آن مـشخص شـده اسـت. ايـن حالتهـا هـر كـدامSealing وTorque بخصوصي دارند.
بعضي از ديسكها به رينگهاي فلزي مجهز ميباشند. ميتوان جهت آب بندي بهتر ازPTFE تـادماي حدود ºF 350 استفاده نمود.
طراحي شير با مواد الاستومري مشكلي ايجاد ميكند و آن گشتاورزياد هنگام باز شدن به علتاصطكاك بينDisc و Seat مي باشد.



Untitled1.jpg
شکل ٢-١٢انواع ديسكهاي مورد استفاده در شيرهاي پروانه اي​

(Ball Valve) شير توپي ٢-٢-٢
شيرهاي توپي نيز يکي ديگر از انواع شـيرهايRotary Motion مـي باشـد كـه در آن بنـدآورشير يك كرة توخالي ميباشد.



Untitled1.jpg
شکل ٢-١٣ شير توپي​

از اين شـيرها جهـت كنتـرل جريـان مـيتـوان اسـتفاده نمـود ولـي اسـتفادة بيـشتر آنهـا درفرايندهايي است كه به صورت On/Off عمل مي نمايند مانند سيستمهاي PLC.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
(Segmented Ball Valve) شير توپ ي قطائي ٣-٢-٢
در اين حالت به جاي يك شير توپيFull Bore و Full Sphere از يك قطاع دايـره اي جهـت باز و بسته كردن جريان استفاده ميشود.



Untitled1.jpgشکل ٢-١٤ شير توپي قطائي معروف به camflex​

(Plug Valve .) شير پلاگ ٤-٢-٢
Plug Valve ها شيرهايي هستند كه جريان سيال را با يك Plug كنترل يا قطع و وصل مي كنند و با نود درجه چرخش Plug عمل باز و بسته شده جريان صورت ميپذيرد.



Untitled1.jpgشکل ٢-١٥ شير پلاگ


شكل Plug ميتواند حالتهاي مختلفي مانند Conical (مخروطي) يا Cylindrical (استوانه اي) و يا Segmental (قطاعي) داشته باشد. همة اين موارد از نوع شيرهاي Rotary Motion مي باشند. انواع مخروطي و استوانهاي به گونه اي ساخته مي شوند كه محل عبور جريان به اندازة كافي برقرار باشد و علاوه بر كاهش وزن روي ظرفيت شير نيز اثري نداشته باشد. در حالتهاي ديگر قسمتي از يك استوانه درون Valve قرار ميگيرد و علاوه بر كاهش وزن، محل كافي براي عبور جريان نيز به وجود ميآورد كه از اين نوع ميتوان Eccentric Cylindrical Plug را نام برد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
اتصالات لوله

(
اتصالات پيچي) Threaded Connections ١ -٣
شيرهاي كنترل در سايزهاي2 ميتواند به صورت پيچي از نوعFemale بر روي لوله نـصب شوند. براي شيرهاي كوچكتر از1 حالت Threaded Connections استاندارد ميباشد. استفاده از اتصال پيچي براي سايزهاي پايين مناسب ميباشد ولـي در بعـضي نقـاط نبايـد از آن اسـتفادهكرد مانند:
الف) نقاطي كه دما بالاست يا نوسانات دمايي وجود دارد.
ب) نقاطي كه در معرض Vibration قرار دارند.
استفاده از اتصالات پيچي از جنسStainless Steel اغلب رايج نميباشد و علت آن تمايـل ايـنآلياژ نسبت به ساييده شدن ميباشد.

(اتصالات فلنجي ) Flanged Connections ٢ -٣
معمولا در صنعت براي اتـصال شـيرهاي كنتـرل و سـاير شـيرها از اتـصالات فلنجـي اسـتفادهميگردد. شايد علت اصلي آن راحتي نـصب و بخـصوص راحتـي بـاز كـردن و سـرويس كـردنشيرها باشد.
البته بايد توجه داشت كه ابعاد فلنجها و استانداردهاي آنهـا بـراي مـواد و آلياژهـاي مختلـفمتفاوت مي باشد. مثلا اسـتانداردها بـراي چـدن (Cast Iron) و فـولاد (Carbon Steel) بـا هـممتفاوت مي باشند.
هنگامي كه جنس شير از يك نوع و جنس لوله از نوع ديگر است بايـد در هنگـام نـصب كـاملادقت شود. مثلا در نظر بگيريد يك فلنج از نوع Cast Iron را مـي خـواهيم بـا يـك فلـنج از نـوعCarbon Steel با هم جفت كنيم.
به عنوان مثـال فلنجهـ اي Class 125 ،Cast Iron نيـز دارنـد ولـي فلنجهـايCarbon Steel كلاس 125 ندارند و داراي Class 150 مي باشند. در اين حالت سـوراخهاي فلـنج بـا هـم جفـتمي شوند ولي مشكلي كه وجود دارد اين است كه سطح فلـنجCast Iron از نـوع مـسطح (Flat Face) مي باشد (اين به خاطر حالت شكنندگي آن مي باشد) ولي سـطح فلـنجStainless Steel از نوع برآمده (Raised Face) مي باشد در اين حالت اگر دو فلـنج بـا هـم متـصل شـوند احتمـال خرابي فلنج Cast Iron وجود دارد. بنابراين تنها يك راه وجود دارد و آن هم ماشينكاري سـطح مي باشد Flat Face و تبديل آن به Carbon Steel فلنج.


(شير بدون فلنج)Flangeless Valve ٣ -٣
بعضي از شيرها بدون ف لنج ساخته ميشوند و جهت نصب بين فلنجهاي لوله قرار ميگيرند و بهوسيله پيچهاي بلندي درون فلنجها محكم ميگردند. اين وضعيت بيشتر براي شيرهاي پروا نه اي در نظر گرفته ميشود.



Untitled1.jpgشکل ٣-١:اتصال بدون فلنج​

(اتصالات جوشي) Welded Ends ٤ -٣
اتصالات جوشي براي دماها و فشارهاي بالا استفاده ميگردند بخصوص در نيروگاههـاي بخـار. اتصالات از نوعSocked Weld تا سايز2 استفاده مـي گـردد و اتـصالات از نـوعButt Weld در سايزهاي بالاتر استفاده ميگردد.

Separable Flanges ٥ -٣
بعضي از شيرها باFlange هاي قابل جدا شدن همراه هستند اين عمل مزايـاي چنـدي در بـردارد:
اول اينكه به علت اينكه سطح فلنج با سيال فرايندي در تماس نمـي باشـد نيـازي بـه اسـتفاده ازآلياژهاي گران قيمت را ندارد.
دوم اينكه ميتوان از يـك شـير كـه بـراي فـشارهاي تـا حـدودClass 600 طراحـي شـده درفرايندهايي با فشار پايينتر و بنـابراين فلـنج ارزانتـر اسـتفاده نمـود. يعنـي اگـر از آن شـير درفرايندهايي كه نياز به Class 150 دارند استفاده كنـيم ديگـر لزومـي بـه اسـتفاده از فلنجهـايضخيم و پر هزينه ندارد.
سوم اينكه انعطاف پذيري فلنج جهت تنظيم و بستن شير را زياد مينمايد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
ساقه و آ ب بند ميله

٤
- ١ Bonnet Connections (اتصالات ساقه) Bonnet يا ساقة شير قسمتي از شير اسـت كـه شـامل آببنـدهاي ميلـه (Stem Seal) يـاpacking gland مي باشد. اين قسمت مي تواند طوري باشد كه باز شـود و بـا بـاز شـدن آن بـهقسمتهاي داخلي شير دسترسي پيدا كنيم و يا ميتواند يك قسمتي از بدنة شير باشد (يكپارچه).

ضروري است كه نحوة اتصال و وصل كردن Bonnet از لحاظ تراز بودن در ميان Stem، packingها وplug به نحوة مطلوبي باشد و نيز بايد آنقدر محكم باشـد كـه تـوان فـشارهايوارده بر روي خود از طرف Actuator (محرك) را داشته باشد.
براي شيرهاي كوچك تا حدود2،Bonnet ميتواند به صورت پيچي باشد ولي بـراي اكثـرموارد Bonnet Connectins به صورت فلنجي بـوده و بـين فلـنج نيـزGasket (لايـي ) نـصبمي گردد.

٤- ٢ Extension Bonnets ( ساقة كشيده)
Bonnet هاي استاندارد تنها به اندازه اي بلند مي باشند كه Packing Box را در خود جـايدهند. ولي در مواقعي كه دماي سيال عبوري از شير كنترل خيلي پايين است براي جلـوگيري ازيخزدگيPacking ها و اطـراف آن، جلـوگيري از مـايع شـدن رطوبـت بـر رويStem از يـكBonnet لوله اي شكل طويل استفاده مي شود و در اين حالت Packing Box به انـدازه كـافي ازسيال دور ميباشد كه سيال قبل از رسيدن به Packing در اثر گرم شدن با دماي محـيط اثـريبر روي Packing نمي گذارد. براي Cryogenic Service حتي Bonnet ممكن است از حالتهـايقبل نيز بلندتر باشد.






Untitled1.jpg
شکل ٤-١: ساقه کشيده​

هنگامي كه دما بسيار بـالا اسـت ازFinned Bonnet اسـتفاده مـي گـردد . ايـن يـك نـوع ازExtension Bonnet با Extended Surface (سطح گسترش يافته) مي باشد. هـدف از ايـن كـارپايين آوردن دماي سيال ميباشد. با افزايش سطح استفاده از فينها عمل پايين آوردن دما انجـاممي پذيرد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
(آب بند از نوع بلوز) Bellows Stem Seal ٣ -٤
آب بندهاي Stem از نوع Bellows در واقع Bellowsهاي بلند و انعطافپـذيري هـستند كـه ازيك قسمت بهStem متحرك وصل هستند و از سمت ديگر بهBonnet ثابت . طراحي مـيتوانـدطوري باشد كه سيال فرايندي داراي فشار واردBellows گردد و در اين حالـت ديگـر نيـازي نيست كه جهت ساخت Extension Bonnet از مواد Corrosion Resistance (مقاوم در برابر خوردگي) استفاده شود . همچنين سيال فرايندي ميتواند خارج ازBellows قرار گيرد. البتـه بـاتوجه به طراحي هاي جديد Packing Box و استفاده از موادPacking مناسب، ديگر اسـتفاده ازBellows Seal رايج نمي باشد .
عيب استفاده از Bellows Sealها محدوديت استفاده از آنها در دما و فشار پايين ميباشد و عمر مفيد آنها نيز مشخص نيست و نميتوان زمان خاصي را به آن نسبت داد.


Untitled1.jpg
شکل ٤-٢:آب بند بلوز​

هدف اصلي استفاده از Bellows Sealها در فرايندهايي است كـه مـواد سـمي در آنهـا درجريان است و با اينكه ماده جرياني بسيار با ارزش ميباشد و هـدف جلـوگيري از نـشت آن بـهبيرون مي باشد، نظر به اينكه نقص در Bellows Sealها قابل پيش بيني نميباشد و در صـورتبه وجود آمـدن نقـص خطـرات بـسيار زيـادي را بـه دنبـال خواهـد داشـت، بنـابراين بايـد از Packing هاي پشتيبان جهت ايمني بيشتر استفاده نمود.
يكي از راههاي با ايمني بيشتر و موثرتر استفاده از double Packing مي باشد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
Packing ٤ -٤
در اكثر شيرهاي كنترل جهت آببندي از مـواد انعطـاف پـذيري بـه نـامPacking اسـتفادهمي گردد كه اين مواد در يك محفظه به نام Packing Box قرار مي گيرند.
يك Packing ايده ال بايد خواص زير را داشته باشد:
الف) به اندازة كافي حالت الاستيك داشته باشد كه تغييراتي كه در آن در اثر حركـتStem به وجود ميآيد با حالت ارتجاعي خود جبـران سـازد. همچنـين آنقـدر محكـم دورStem قـرارگرفته باشد كه سيال از لابلاي آنها به بيرون جريان نيابد.
‌ب) حداقل اصطكاك ممكنه را داشته باشد بخصوص Static Friction
‌ج) از لحاظ شيميائي خنث ي باشدآنها نبايد رو ي س يال تاث ير داشته باشند، همچنـين سـيال نبايـدروي آنها تاثير داشته باشد.
بعضي ازPacking ها با توجه به جنس آنها نياز بـه روغنكـاري دارنـد و در غيـر ايـن صـورتاصطكاك Stem و Packingها زياد مي شود. در اين حالـت از يـك سيـستم روغنكـاري اسـتفادهمي گردد. جهت توزيع روغن از يك Lantern Ring استفاده ميشود.
دستگاه روغنكاري در اصل يك شير يك طرفة فنردار مـي باشـد كـه معمـولا يـك شـير ايزولـه كننده نيز دارد كه روغن در اثر فشار فرايند به بيرون نريزد.
روغن بايد به نحوي انتخاب شود كه با دماي سيستم سازگاري داشته باشد، باعـث خـوردگيدر سيستم نشود و باعث آلودگي سيال نگردد، در سيال حل نشود و با آن واكنش ندهد.
براي سيالات ي كه در غلظت كم خطرناك و كشنده مـيباشـند، از نـوع خاصـي از پكينـگ دوبـل استفاده ميشود و در اين حالت Packingها بايد قابل اعتماد باشند و هر كدام از آنها جداگانـهفشرده شده و با فاصله قرار گيرند. فاصله دو Packing مي توانـد بـه وسـيله مـسيري بـه يـكمحل امن هدايت شود تـا در صـورت نـشت ازPacking اول مـشكلي ايجـاد نـشود. همچنـينميتوان از يك سيال خنثي و با فشار بالا استفاده كرد كه در صورت نشتي سـيال خنثـي بـه درونفرايند هدايت شود و از نشت سيال فرايند جلوگيري ميكند.
يكي ديگر از راههاي ايجاد ايمني پر كردن فاصلة بين دوPacking با يـك سـيال بـاViscosity بالا مي باشد. مانند گريسهاي سيليكون.

(مواد آببند)Packing Materials ٥ -٤
عرضة Packing هاي تفلوني تحولي در طراحـي Packing شـيرها بـه وجـود آورد و سـاليانسال است كه به عنوان يك مادة بسيار مناسب كاربرد دارد. تفلون از لحاظ شيميايي خنثي است،ضريب اصطكاك پاييني دارد و از لحاظ الكتريكي عايق ميباشد. از لحاظ دمايي تـا حـدودºC 230 )º F 450) قابليت تحمل دارد ولي كمـي از لحـاظ انعطـافپـذيري و خاصـيت الاستيـسيته ضـعيفمي باشد.
هنگامي كه ازPacking هاي تفلوني به تنهايي استفاده ميشود آنها را به شكل رينگهايV شـكلمي سازند
استفاده از V Ring چند خاصيت دارد: اول، اينكه به علت بالا بـودن ضـريب انبـساط حرارتـيتفلون اين حالت امكان انبساط مناسب را به آن ميدهد. در ضمن هر چه فـشار سـيال فراينـديبيشتر شود با توجه به شكل Packingها عمل Seal کنندگي آنها بيشترميگردد.
براي مسيرهاي خلا بايد V Ringها به صورت وارونه نصب شوند.
براي مسيرهايي كه هم خلا است و هم فشار دارد بايد بعضي از Packingها بـه صـورتUp ward (رو به بالا) و بعضي Down ward (رو به پايين) نصب شوند.
ضمنﹰا Packingهاي تفلوني به خاطر اصطكاك كم احتياج به روانكاري ندارند.
سطح داخلي Packing Box نيز بايد صيقلي باشد (كمتر از١٦µin ) همچنين سطح Stem نيز بايد حداقل µin 6-8 باشد.




Untitled1.jpgشکل ٤-٣:انواع آب بند و نحوه قرار گرفتن آنها​




Untitled1.jpgشکل ٤-٤: نحوه قرار گرفتن آب بندها​

آب بندها ي از نوع آزبست نيز هنوز در صنايع استفاده مـيشود، آنهـا نيـز از لحـاظ شـيميايي خنثي هستند و خاصيت الاستيك و تغيير شكل خوبي دارند و در دمـاي بـالا مقـاوم هـستند ولـي اصطكاك زيادي توليد ميكنند. بنابراين بايد روان كاري شوند. ميتوان از تركيبي ازAsbestos وgraphite يا Mica و يا Teflon استفاده نمود.
گرافيت خالص نيز يكي ديگر از موادPacking ميباشد. گرافيـت از لحـاظ شـيميايي خنثـي ميباشد جز در واكنشهاي اكسيدكنندگي قوي. ضريب اصطكاك آن كم ميباشد ولي مانند تفلون نيست. ولي عيب گرافيت اين است كه رساناي الكتريكي ميباشد و موقعي كه در تماس با فلزاتي مانند نقره و يا بعضي از Stainless Steelها قرار گيرد به علت اينكه پتانسيل احياء آن بـا آنهـاتفاوت دارد و پايدارتر است باعث ايجاد Galvanic Corrosion مي گـردد . جهـت جلـوگيري ازاين امر از واشرهاي روي به عنوان آندهاي فداشونده استفاده مي شود.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٥-١ تريم چيست؟

Trim شير شامل كليه قطعاتي از شير است كه در تماس با سيال فرايندي ميباشد، به جـزبدنة شير، Bonnet، فلنجهاي بدنـه وGasket ، بنـابراين بـراي يـكGlobe Valve تـريم شـيرشامل plugها، Seatها، Guide Bushing ،Stem وcage مي باشد. قـسمتهايي از Packing Box كه به عنوان Trim محسوب مي شوند شامل فنر، Packing Follower ،Lantern Ring مي باشد.
براي يك شير از نوع Rotary Motion قسمتهايي كه بـه عنـوانTrim محـسوب مـي شوند عبارتنـد از: عـضو مـسدودكنندة جريـان (Bushing ، Stem ،Seat ،(Closure memberهـا و Bearingها.
غير از عمل كنترل و باز و بسته كردن مسير جريان كه توسطTrim انجام مـيشود، اصـولاTrimها طوري طراحي ميشوند كه يك رابطه بين حركت شير و ميزان جريان برقرار باشد.
فاكتورهــاي ديگــر در طراحــيTrim عبارتنــد از اثــرات ســايش،flashing ، Cavitation و خوردگي.

(مشخصات جرياني) Flow Characteristic ٢-٥
رابطه بين حركت شير و ميزان جريان كه به صورت نمودار نمايش داده ميشود را Flow Characteristic شير گويند.
دو نوع Flow Characteristic تعريف مي شود :

1) Inherent Flow Characteristic
هنگامي است كه ظرفيت شير در افـت فـشار ثابـتدر نظر گرفته شود.
2) Installed Flow Characteristic
هنگامي است كـه شـير د رعمـل بـه همـراه پمـپ،Fittingها و غيره نصب شده است. در اين حالت افت فشار شير با حركتStem تغيير مينمايد.
در اين حالت اگر نمودار حركت شير در مقابل جريان كـشيده شـود بـه آنInstalled Flow
Characteristicمي گويند.

پارامتري كه روي Flow Characteristic شيرهاي كنتـرل اثـر مـي گـذارد شـكلPlug هـا،Seatها يا Cageها مي باشد كه باعث ايجاد نمودارهاي مختلفي چـونLinear (خطـي )، Quick
Opening (باز شدن سريع)، Equal Percentage (درصد مساوي) و... مي گردد.


Untitled1.jpgشکل ٥-١:مشخصات جرياني​


الف. منحنيLinear : زماني است كه ظرفيت جريان (Cv) بـه صـورت خطـي بـا حركـت شير تغيير مينمايد. اين حالت عموما براي Level Control و نقاطي كه افت فشار ثابـت اسـت،استفاده مي شود.

ب. منحني Equal Percentage : منحني است كه در آن Flow Capacity بـه صـورتExponentially با حركت شير تغيير مينمايد، به اين معني كه بـا افزايـشات يكـسان در حركـتشير ميزان تغيير جريان برابر است با درصد ثابتي از جريان قبل از تغيير. اين خصوصيت عمومـابراي كنترل فشار استفاده ميشود.
اگرP∆ در دامنة كنترل متغير باشد از خصوصيت Equal Percentage استفاده مي شود.
علت استفاده از يك Flow Characteristic خاص ايجـاد و توليـد يـكnon-linearity در شير كنترل جهت جبران non-linearityهاي ديگر در Loopكنترل مي باشد. بنابراين اگـرnon- linearity قابل توجهي وجود نداشته باشد بهتر است از حالتLinear استفاده شـود. (هـدف ازCharacterizing ايجاد پايداري در Loop كنترل در محدودة عمليات مي باشد).

ج. Quick Opening: معمــولا بــراي ،Blow Down و Pressure ReliefسيــستمهايSurging كه ناگهان ظرفيت بالايي لازم مي باشد استفاده ميگردد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٥-٣ هدايت کننده ها
راههاي مختلفي جهت هدايت عضو مسدودكننده جريـان (Flow Closure member) وجـوددارد.هدايت کننده ها به شدت در راندمان شير موثر است و هر چه كه افت فشار در دو سـرشير بيشتر باشد اهميت هدايت کننده بيشتر ميگردد. كاربرد آنهـا تنهـا جهـت ايجـاد پايـداريمكانيكي نمي باشد بلكه باعث نشستن درست Plug روي Seat و جلوگيري از سايش ميگردند.



Untitled1.jpg
شکل ٥-٢:نمائي از شير کنترل با هدايت کننده هاي بالا و پائين​

شيرهاي از نوع Linear Motion ممكن است Top Guided باشـند كـه در ايـن حالـت يـك Guide Bushing به عنوان عضو ثابت استفاده ميشود. قسمت متحرك Guide Post است كـه جزئي ازPlug ميباشد كه با يكTolerance (رواداري) مناسب قرار گرفتـه اسـت. اگـرStem اين كار را انجام دهد، به آن Stem Guided ميگويند.
مي تون از Top & Bottom Guide نيز استفاده كرد. در اين حالت يك Guide Bushingديگر در پايين و زير Plug نصب مي گردد. اين نوع ساخت امكان معكوس كردن Plug را فراهم مي سازد و مي توان يك شير را از fail open به fail close تبديل نمود و يا بالعكس.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٥-٤ نشتي نشيمنگاه

اين قسمت در رابطه با آببنـديClosure member و Seat مـي باشـد . اسـتانداردANSI B16.104 1976 در رابطه با Leakage شيرهاي كنترل ميباشد. البته اين استاندارد در رابطه با شيرهايي ميباشد كه C[SUB]v[/SUB] آنها از 0.1 و بيشتر است.
اين استاندارد دستورالعملها وTolerance را براي ششClass مختلف ارائه مـي نمايـد . البتـهبايد مدنظر داشت كه اين استانداردها براي ايجاد يك رويه واحـد در توليـد و كيفيـت شـيرهاميباشد. اين بدان معني نيست كه اين دستورالعملها بـرايLeakage شـير در شـرايط واقعـيتخمين زده ميشود و همچنين نميتوان انتظار داشت كه اين Leakageها پس از در سرويسآمدن شيرها ثابت باقي بمانند (طبيعي است كه مسائل مختلفي ميتواند روي شـير اثـر گـذارباشد كه شايد خوردگي و سايش يكي از مهمترين آنها باشد).

٥-٥ طبقه بندي شيرهاي كنترل از لحاظ نشتي مجاز
:Class Π ١-٥-٥
براي شيرهاي double port و balanced single port يـاPiston Ring Seal و metal-to-metal seal مي باشد- در اين حالت سيال تست هوا يا آب با فشار 45 تـا60 Psig مـي باشـد ونشتي مجاز در اين Class برابر با 0.5 درصد Rated Capacity مي باشد. ورودي شير به فشار ذكر شده وصل ميشود و خروجي شير به اتمسفر.

:ClassΠΙ ٢-٥-٥
اين حالت براي شيرهاي با همـان شـرايطCalss Π مـي باشـد ولـي از لحـاظSealing بهتـرمي باشد. نشتي حدود 0.1 درصدRated Value Capacity مي باشد (فشار تست و سيال تست مانند Class Π مي باشد)

:ClassΙv ٣-٥-٥
Extra tight ها از نـوعpiston seal با balanced single port و single port براي شيرهاي
و metal-to-metal seat مي باشد. نشتي مجـاز در ايـن حالـت 0.01 درصـد Rated Capacity ميباشد (به عبارت ديگر فشار تست و سيال تست مانند حالتهاي قبل ميباشد).

:Class I ٤-٥-٥
مشابه كلاسهاي IIوIII وIV مي باشد حتـي در سـاخت و طراحـي ولـي در ايـنClass عمـلShop Test انجام نميگيرد. در اين Class هيچ مقدار حداكثر نشتي مجاز تعريف نمـيشـود وتوليدكننده و خريدار در اين زمينه با هم به توافق نميرسند.
Class V مشابه Class IV مي باشـد بـا ايـن تفـاوت كـه Sealingبهتـري دارد. سـيال مـوردآزمايش آب با فشار بيش از 100psig يا حتي operating pressure شير مي باشد و دماي 50-125 ºF و نشتي ml 4-10× 5 مجاز در دقيقه به ازاء هـرinch از قطـرorifice و بـه ازاء psi differentialمي باشد.

: ClassVІ ٥-٥-٥
براي شيرهاي باSeating با حالت الاستيك و ارتجاعي ميباشد. سيال آزمايش هوا يا نيتروژنبوده و فشار تست 50 psig و يا حتي فشار عملياتي ميباشد (هر كدام كـه كمتـر بـود). حـدودنشتي براي هر سايز از شير از ’’1 تا ’’8 بين 0.15 تا 6.75 ml/min تغيير مي كند.


Nominal (inch)Port diameter
(mm)
Leak rate
ml per minuteBubbles per minute
1 25 0.15 1
1.5 38 0.3 2
2 51 0.45 3
2.5 64 0.60 4
3 76 0.90 6
4 102 1.70 11
6 152 4.00 27
8 203 6.75 45
جدول سايزهاي مختلف ClassVI​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٦-١ محرکها
محرك يكي از قسمتهاي اساسي و مهم در شيرهاي كنترل مي باشد. كار آن اعمال نيرو و فشار به ميلة شير و حركت آن جهت تغيير وضعيت عضو مسدود كننده مي باشد. با حركت عضو مسدودكننده جريان سيال تنظيم و يا قطع و وصل مي گردد. محركها داراي انواع مختلفي مي باشند.
در بسياري از كتب طبقه بندي محركها به شكل آنچه در استاندارد ISA ذكر شده نمي باشد و بعضي از موارد به علت كاربرد كم آنها ذكر نمي گردد. عموما محركها به صورت زير طبقه بندي مي گردند.
-1 Diaphragm Actuators
-2 Piston Actuators
-3 Electro-Mechanical Actuators
-4 Electro-Hydraulic Actuators



تعاريف مربوط به Actuatorsها مطابق (بخش هفت استاندارد ISA-S75.05) محرك از اجزاء مختلفي كه جهت عملكرد شير لازم ميباشد، تشكيل شده است.

Power Unit ١-١-٦
قسمتي از محرك كه انرژي سيال يا الكتريـك يـا مكانيـك را بـه حركـت ميلـه شـير تبـديلمي نمايد.

Pneumatic ٢-١-٦
وسيله اي كه انرژي يك سيال تراكمپذير معمولا هوا را به حركت تبديل ميكند.

Diaphragm Type ٣-١-٦
وسيلهاي كه بـا فـشار سـيال عمـل مـينمايـد و در ايـن وسـيله سـيال بـر روي يـك عـضو انعطافپذير (ديافراگم) عمل مينمايد و باعث حركت ميلة شير ميگردد.

piston Type ٤-١-٦
وسيلهاي كه در آن سيال بر روي يك عضو قابل حركـت پيـستون شـكل عمـل مـينمايـد وباعث حركت خطي ميلة شير ميگردد.

Electric ٥-١-٦
وسيله اي كه انرژي الكتريكي را به حركت تبديل مينمايد.

Electro Mechanical type ٦-١-٦
وسيله اي كه از يك موتور الكتريكي جهت حركت ميلة شير استفاده مينمايـد . ايـن محركهـامي تواند در پاسخ به يك سيگنال آنالوگ يا ديجيتال الكتريكي عمل نمايد.

Diaphragm Actuator ٧-١-٦
به اين نوع محركها، ديافراگم و فنر نيز مي گويند. قسمتهاي مختلف يك محرك ديافراگم وفنر روي شكل ٦-١ مشخص شده است.
وضعيت قرار گرفتن فنر در نوع محرك موثر ميباشد. اصولا شـيرهاي كنتـرل بـا محـركديافراگم و فنر به دو دستة (ATO) Air-to-Open و(ATC) Air-To-Close تقسيم ميشوند. در شيرهاي از نوعATO فنر به قسمي در محرك قرار گرفته كه در حالـت طبيعـي ميلـةشير را پايين نگه داشته و باعث بسته شدن مسير جريان ميگردد. فشار سـيال از زيـر محفظـةديافراگم به قسمت تحتاني ديـافراگم فـشار اعمـال مـينمايـد . نيـروي حاصـله باعـث حركـتديافراگم به سمت بالا شده و نهايتا ميلة شير را نيز بـه سـمت بـالا حركـت مـيدهـد و بـدينصورت مسير جريان باز ميگردد. اين شيرها به دليل اينكه اعمال فشار هـوا بـر روي ديـافراگمباعث باز شدن ميگردد به نامAir-to-Open نامگذاري شدهاند.
شيرهايATC عكس حالتATO مي باشند، در اين شيرها وضـعيت و نحـوة قـرار گـرفتنفنر به قسمي است كه در حالت عادي و بدون اعمال نيرو بر روي ديافراگم شير در حالت بـازميباشد. هوا از قسمت بالايي محفظه به سمت فوقاني ديافراگم نيرو اعمال مينمايد و باعـثحركت ميلة شير به سمت پايين شده و باعث محـدود كـردن جريـان سـيال و نهايتـا قطـع آنمي شود.



Untitled1.png

Air-to close Air-to-open شکل ٦-١:محرک فنر وديافراگم


نكته اي كه در شيرهاي كنترل از نوع ديافراگم و فنر مهم ميباشد در نظـر گـرفتن وضـعيت Failing شير ميباشد. در طراحي شيرهاي كنترل Failing آنها بسيار حايز اهميت ميباشد.
Failing ش ير بدين معني است كه اگر هواي ديافراگم به هر دليل قطع شود، شـير در چـهوضعيتي قرار ميگيرد. اين موضوع (Fail Safe) در انتخاب شير براي يـك فراينـد خـاص بـسيارحايز اهميت ميباشد. چرا كه در بعضي موارد لازم است كه شير در صورت از دست دادن هواكاملا باز نمايد تا به سيستم آسيبي وارد نشود و يا بالعكس. اين موضوع از بعد ايمنـي دسـتگاههامهم مي باشد. اهميت موضوع به نحوي است كه در نقشههاي P& ID در كنار شيرهاي كنتـرل وضعيتFail كردن شير را مشخص ميكند. معمولا از شكل يك شير كنتـرل بـا علامـتFC يـاFO جهت نشان دادن اين مساله استفاده مي گردد.
عموما شيرهايي كه از نوع Air-to-Open مـي باشـندFC) Fail Close ) هـستند و بـالعكسشيرهايي كه از نوع Air-To-Close مي باشند FO) Fail Open) هستند.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
Piston Actuator ٨-١-٦
در اين نوع محرك هم ميتوان از هواي فشرده و هم از روغن استفاده نمـود. مزيـت ايـننوع محركهاStroke بيشتر آنها نسبت به شيرهاي با محرك ديافراگم مـيباشـد . همچنـين در فشارهاي بالا كاربرد اين شيرها بيشتر ميباشد.
پيستون در حالت نيوماتيك ميتواند Spring Opposed باشد يعني يك فنـر پـشت پيـستوننصب شود يا اينكه ميتواند پشت سيلندر با يك فشار ثابت بارگذاري شود
(air spring) يا اينكه از فشار هوا و يك فنر توام استفاده شود در اين حالت بـه فنـرhelper spring ميگويند. در صورت استفاده از فنر شير ميتواند به صورت fail safe عمل نمايد. اگر فشار هوا در دو طرف پيستون اعمال شود، محرك Double acting piston ناميده ميشود.



Untitled1.jpg
شکل ٦-٢:محرک پيستوني​

Electro Mechanical Actuator ٩-١-٦
در اين حالت يك الكتروموتور كه به يك سيستم چرخ دنده ياScrew متصل ميباشـد باعـثموقعيت دادن ميلة شير ميشود. يكي از مزاياي اينActuator ها حذف سيستم هـوا مـيباشـد .
مواردي كه بايد در اين سيستم در نظر گرفت گشتاور، سرعت و هزينه ميباشد. بـه ايـن نـوع محركها Motor gear Train نيز ميگويند. از معايب ايـن نـوع محـرك قيمـت بـالا، پيچيـدگي بيشتر نسبت به نوع ديافراگم و فنر و عدم fail safe بودن شير ميباشد.

Electro Hydraulic Actuator ١٠-١-٦
محركي كه به يك سيگنال الكتريكي واكنش داده و يك Pilot Value را تنظيم نموده تـا سـيال هيدروليك تحت فشار پيستون يا بلوز يا ديافراگم موجود را به جهت تغيير وضعيت ميلة شير به حركت در آورد.
به علت هزينههاي بالا معمولا از اين نوع محرك استفاده نميگردد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٦-٢ تجهيزات جانبي

Hand Wheel Actuators ١-٢-٦
براي اينكه بتوان در زماني كه برق يا هوا قطع شده يا زماني كه به نـوعي شـير دچـار مـشكلگرديده آن را باز و بسته نماييم از Hand Wheel استفاده ميگردد. از اين وسايل ميتـوان بـهعنوان يك Mechanical limit stop جهت جلوگيري از حركت شير از يك حـد مجـاز اسـتفادهشود.
جهت نصب Hand Wheel شيرهاي كنترل دو حالت وجود دارد:
الف- نصب بر روي سر case كه به آن Top-Mounted مي گويند، بـه ايـن حالـت ازHand Hand jack ، Wheel نيز مي گويند.
ب- نصب در كنار شير كنتور كه بـهSide Mounted معـروف اسـت، در ايـن حالـتHand Wheel رويyoke شير كنترل نصب ميگردد و مانند يـك اهـرم عمـل مـينمايـد . ايـن نـوعميتواند حركت شير را در هر جهتي محدود نمايد ولي هر دفعه تنها در يك جهت ايـن كـار راانجام مي دهد.

(رلة تقويت كننده) Booster Relays and Amplifier ٢-٢-٦
يك Booster Relay وسيله اي است كه سيگنال نيوماتيك را دريافت نموده و يك خروجي هم فشار ولي با حجم بالا توليد مينمايد. اين نوع 1:1 Repeater نيـز ناميـده مـيشـود . ايـن نـوعتقويت كننده مي تواند سرعت سيستم نيوماتيك را بـالا ببـرد. و بـدين وسـيلهTime lag را در سيستم نيوماتيك كم نمايد. استفاده ازBooster زماني كه فاصـلة بـين Controller وValve زياد است و يا حجم Actuator بالاست، پيشنهاد مي گردد.
يك Amplifying Relay سيگنال نيوماتيك را دريافت نموده و آن را به يك سيگنال بـا فـشاربالا تبديل مينمايد. به عنوان مثـال يـك سـيگنال 3-15 psig را گرفتـه و آن را تبـديل بـه يـكسيگنال 6-30 يا 9-45 psig مي نمايد.

٦-٢-٣ Valve Positioner (موقعيت دهندة شير)
Positioner دستگاهي است كه ميلة متحرك شير(stem) را دقيقا در وضـعيت مناسـب بـاپيغام فرستاده شده از كنترلر قرار ميدهد.
در شرايطي كهstem شير كنترل به دلايل مختلف سفت و محكم شـده باشـد و در برابـرحركت مقاومت نشان ميدهد،Positioner آنق در فشار هواي ديافراگم را افزايش ميدهد تـاstem به حركت درآيد. يكي ديگر از مزايـايPositioner افـزايش سـرعت عمـل شـير كنتـرلميباشد. به خصوص براي سيستمهاي نيوماتيك وقتي فرمـان از راه دور فرسـتاده مـيشـود ووارد ديافراگم ميشود، به علت فشار كم و كندي انتقال پس از مدت زمان طولاني شير كنتـرلعمل ميكند وليPositioner با ارسال هواي با فشار بالا روي ديافراگم به شير كنترل سـريعترفرمان عم ل مي دهد.
مي توان نياز بهPositioner را با يـك مثـال مـشخص كـرد: فـرض كنيـد در يـكHeater ميخواهيم دماي يك سيال را به وسيلة تنظيمstem ورودي روي 80ºF ثابت نگـه داريـم. حـالفرض كنيد دما به80.2 ºF مي رسد و بنابراين كنترلر يك فرمان خروجي معادل 0.5 psi صـادرميكند تا شير كنترل را حدودا 0.1 اينچ ببندد. ولي به علت اصطكاك و مقاومتهايي كه علاوه بـرSpring در سيستم وجود دارد اين فشار قادر نخواهد بود تا شير را حركت دهد . بنابراين دمـاباز هم افزايش مييابد. فرض كنيد نيروي 300 پوند نيرو لازم است تا بر همـة مقاومتهـا غلبـهكند و اگر سطح ديافراگم 100 اينچ مربع باشد آنگـاه فـشاري معـادل 3psi لازم مـيباشـد تـاstem حركت كند در اين اثناء دما به 83 ºF مي رسد و فشار 3psi نيز بـرا ي حركـتstem بـهميزان خيلي كم خواهد بود و اين عمل در حركت برگشت نيز ادامه خواهد داشت بنـابراين دراين شرايط يك كنترل مناسب نداريم . در چنـين شـرايطيPositioner مـيتوانـد ايـن نقـص رابرطرف كند.

Positioner اصول كار ١-٣-٢-٦
مطابق شكل ٦-٣ بعد هوايSupply به درون يكRelay فر ستاده ميشود كـه يـك روزنـه (Restrication) نيز در آن وجود دارد، قطرRestrication طوري اسـت كـه از قطـرnozzel كمتر مي باشد.
موقعي كه هواي ورودي از كنترلر افزايش يابدBellows افـزايش طـول مـيدهـد و باعـثميشود كهBeam حركت كـرده و بـهnozzel نزديـك شـود و در ايـن حالـت فـشارnozzel افزايش مييابد و باعث حركت ديـافراگمRelay شـده و باعـث بـاز شـدن شـيرSupply آنمي گردد و بنابراين فشار روي ديـافراگمControl Valve افـزايش مـي يابـد و باعـث حركـتstem به سـمت پـايين مـي شـود. حركـتstem بـه وسـيلة يـكCam بـهBeam مربـوط بـهPositioner پس خور ميشود و باعث مي شود كهFlapper ازnozzel فاصله بگيرد و بنـابراينهواي خروجي ازPositioner كمتر ميگردد و اين وضعيت باعث ميشـود كـهPositioner در يك موقعيت جديد در حالت تعادل باقي بماند.
در موقعي كه هواي فرستاده شده به وسيلة فرمان كنترلـر كـم مـيشـودBellow منقـبضشده و باعث دور شدنFlapper ازnozzel مـيگـردد . ايـن عمـل موجـب بـسته شـده شـيرSupply مربوط بهRelay مي گردد در اين حالت مازاد هواي روي ديـافراگم از طريـق مـسيرExhaust به خارج از سيستم فرستاده ميشود و فشار را از روي ديافراگم برميدارد. و باعـثبالا رفتنstem مي گردد. حركتstem به وسيلةCam بهBeam پس خور ميشـود و در ايـنحالت positioner در يك حالت تعادل باقي ميماند و شير Exhaust نيز بسته مـيشـود تـا ازكاهش بيشتر فشار روي ديافراگم جلوگيري به عمل آيد.


Untitled1.jpgشکل ٦-٣:محرک پيستوني​

Air Lock (Lock up Relay) ٤-٢-٦
در بعضي مواقع لازم است كه در هنگام ايجاد مشكل در فرمانهاي شير يا air failure موقعيت شير كنترل در آخرين وضعيت خود باقي بماند، در اين شرايط از Air Lock استفاده ميگردد.
يك Air Lock از يك شير ديافراگمي بارگذاري شده يا فنر تشكيل شده است. (به نوعي يـكنوع ريگلاتور ميباشد) و زماني كه فشار هواي Supply ورودي به آن پايينتر از Set Point فنر ميرسد آنگاه شير قطع مينمايد و مسير خروجي بهactuator بسته ميگـردد و اجـازة تخليـةهواي Actuator را نميدهد و بنابراين موقعيت شير را در يك شرايط ثابت نگه مي دارد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
٧- ١ مقدمه
انتخاب خصوصيات مناسب براي شيريكي از قسمتهاي مهم در طراحي لوپ كنتـرل مـيباشـد .
تنها كافي نيست كه بگوييم يك فرايند پايدار با باند تناسبي با پهناي زياد و همراه با انتگرال كليـةناهماهنگيهاي بين فرايند و شير كنترل را پوشش ميدهد. در حالي كه يك همـاهنگي كامـل ودقيق بين شير و فرايند نيازمند يك شيراست كـه خـصوصيات و مشخـصات جريـاني آن خـوبطراحي شده باشد. بهتر است كه در حالـت اسـتاندارد Linearو equal percentage بهتـرينحالت و بهترين شير را انتخاب نمود. و اين مساله مهـم اسـت، چـرا كـه عـدم همـاهنگي باعـثناپايداري سيستم و كنترل دشوار فرايند خواهد شد.

٧- ٢ ظرفيت شير كنترل
پارامتري كه توانايي يك را براي عبور جريان نـشان مـيدهـدC[SUB]v [/SUB] يـا بـه عبـارتيC[SUB]v[/SUB] Rating ميباشد. همة سازندگان شيرهاي كنترل مقادير C[SUB]v[/SUB] شيرهاي خود را منتشر مي نمايند.
تعريف C[SUB]v[/SUB]: تعداد گالنهاي (آمريكايي) آب در دقيقه (در شرايط اسـتاندارد ) كـه از درون يـكشير كنترل كاملا باز عبور مي نمايد زماني كه افـت فـشاري معـادل1psi در دو طـرفValve وجود دارد را C[SUB]v[/SUB] شير مينامند.
بنابراين هر چهC[SUB]v [/SUB] كوچكتر باشد سايزValve نيز كوچكتر خواهـد بـود و ظرفيـت عبـور آنكمتر خواهد شد و برعكس.


Valve Sizing ٣ -٧
sizing شيرهاي كنترل از دو بعد اساسي قابل بحث و بررسي است.

٧-٣-١ مسايل اقتصادي
اگر Valve به صورت over size طراحي شـود فقـط در يـك محـدوده از موقعيـتSeat & plug خود عمليات كنترل را انجام ميدهد و بنابراين در محدودههاي ديگر كارايي ندارد و اينامر باعث تحميل هزينههاي زياد ميشود. و همچنين اگر شير كوچك طراحي شود نمـيتوانـدجريان را در حالت كاملا باز از خود عبور دهـد و بنـابراين بايـد آن را بـا يـك Valve مناسـبجايگزين كرد.

Control از بعد ٢-٣-٧
اگر شير كوچك باشد نمـي توانـد جريانـاتMax را از خـود عبـور دهـد و باعـث محـدوديتمي گردد و همچنين اگر over size باشد عمليات throttling در نزديكي محدودة بسته شدن Valve اتفاق ميافتد و اين خود باعث افزايش سرعت (به علت كوچك شدن تنگنا) ميگردد وافزايش سرعت نيز باعث ايجاد خسارتهايي نظير افزايش سايش بندآور ميگردد.
بهترين روش براي sizing يك Control Valve استفاده از محاسبة C[SUB]v[/SUB] مي باشد. سه فرمـولمهم و پايه براي C[SUB]v[/SUB] وجود دارد كه براي مايعات، گازها و بخار ميباشد.

Untitled1.jpg
Untitled1.jpg

يكي از محدوديتهايي كـه در ايـن محاسـبات بـراي گـاز و بخـار وجـود دارد مربـوط بـهP ∆ مي باشد. اين مقدار نمي تواند بيش از [SUB]1[/SUB]1/2 P باشد (نصف فشار مطلق ورودي).
اگـر مقـدارP ∆ بـيش از 1/2 P1 باشـد آنگـاه بايـد بـه جـايP ∆ و [SUB]2[/SUB]P مقـدار1/2 P1 را در محاسبات قرار داد و Specific Volume خروجي را نيز بر مبناي [SUB]1[/SUB]1/2 P محاسبه نمود.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
Cavitation and Flashing ٣-٣-٧

در شرايط نرمال، جريان سيال درون شير كنترل دچار افت فشار ميگردد كه در يك نقطه ازشير، سيال داراي كمترين فشار ميباشد كه به آن نقطة Vena Contracta گفته ميشود. بعـداز ناحيـة Vena Contracta فـشار سـيال مجـددا تـا حـدودي بازيافـت مـيشـود (بـا كـاهشسرعت).نمودار زير وضعيت فوق را نشان ميدهد.




Untitled1.jpg
Cavitation and Flashing ١-٧ شکل​

در شرايط شكل بالا سيال به صورت مايع وارد شده (با فشا ر [SUB]1[/SUB]P ) و به صورت مايع نيز خـارجمي شود (با فشار [SUB]2[/SUB] P).
موقعي كه سيال به صورت مايع وارد Valve مي شودو افت فشار در ناحيه Vena Contracta به نحوي است كه فشار سيال زير فشار بخار سيال ميافتد در اين حالت سيال شروع بـه بخـارشدن ميكند. حال اگر بعد از خروج ازValve نيز فشار سيال زير فشار بخار خود باشـد سـيالبه صورت بخار ازValve خارج ميشود و به اين شرايطFlashing ميگويند. به عبـارت ديگـرسيال به صورت مايع وارد شده و به صورت بخار خارج ميگردد، مانند شكل زير.
Untitled1.jpg

اگر فشار ورودي به Valve در Vena Contracta زير فشار بخار برود مقداري بخـار توليـدميگردد و اگر در خروجي فشار بازيافت شود و فشار سيال بالاتر از فـشار بخـار بيايـد در ايـنحالت حبابهاي بخار شروع به تركيدن ميكنند و باعث صدمه و خسارت در ناحيه بعد از Vena Contracta مي گردد. به اين حالت Cavitation مي گويند.
در طراحي Control Valve مسائل مطرح شده يعني Flashing و Cavitation بايد مـدنظرقرار گيرد. به همين خاطر است كه افت فشار در Control Valve بسيار حايز اهميت است.
اگر اثرات Cavitation و Flashing در نظر گرفته نشود Valve ممكـن اسـت under size طراحي شود و اين باعث صدمات زيادي بهValve ميشود. چونكه در حضور دو فـاكتور فـوقValve بايد از حالت عادي خود بالاتر در نظر گرفته شود.


به طور كلي ميتوان گفت كه در انتخاب يك شير فاكتورهاي زيادي دخيل هـستند كـه ازآن جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1. محيط و شرايط محيطي مانند خوردگي، سايش، دما و فشار
2. خصوصيات جرياني Valve
3. Size شير (بايد كاملا با توجه به شرايط فرايند در نظر گرفته شود)
4. Class شير(بايد با شرايط فشار مطابقت داشته باشد)
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مثال ١: Valve Sizing

در نظر بگيريد كه يك شير كنترل جهت كنترلlevel يك تانك مطابق شكل بكـار مـيرود.
ارتفاع آب برابر25feet ورودي به تانك از 0-120 گالن در دقيقه متغير است. سـايزValve رامشخص نماييد.
حل:
براي يك حالتsteady جريان ورودي به تانك بايد برابر با جريان خروجي باشد. بنـابراينمراكز جريان خروجي 120 gpm مي باشد.
يك فوت آب فـشاري معـادل0.433 Psi بوجـود مـيآورد. بنـابراين بـاlevel ، '25 خـواهيمداشت.
Untitled1.jpg
مطابق جدول با Cv معادل 36.5 كوچكترين سايز Valve بـا خـصوصياتequal percentage معادل ''2 مي باشد.


Untitled1.jpg
 
Similar threads
بالا