شير كنترل

[faridbensaeed]

1- شيرهاي كنترل[1]
1-1-‌ مقدمه
عناصر كنترل نهايي زيادي وجود دارند كه براي كنترل جريان سيال بكار مي­روند. اين عناصر مي­توانند به اشكال مختلفي مثل پمپ­هاي اندازه­گيري، دمپرها، پره­هاي فن يا حتي تنظيم­كننده­هاي سرعت موتور باشند اما رايجترين عنصر كنترل نهايي، شير كنترل است.
شير كنترل، همانند يك مقاومت متغير عمل مي­كند و افت فشاري در خط لوله ايجاد مي­كند كه به آن گلوگاه يا كنترل دريچه[2] گفته مي­شود.
اغلب شيرهاي كنترل، به منظور كنترل دريچه، درصد مشخصي باز مي­شوند اما هنگاميكه جريان قطع مي­شود، شير كنترل بايد قادر باشد شرايط كاملاً بسته[3] را فراهم آورد.
يادآوري مي­شود كه موضوع شيرهاي كنترل و رفتار سيال عبوري از آن، خودش يك علم شده است. كتابهاي زيادي توسط سازندگان شير و انتشارات مستقل، تأليف شده است كه تمامي جنبه­هاي ساخت شير، مشخصات شير، رفتار سيال، اندازه شير، نويز شير و غيره را مي­پوشاند. بنابراين بايد كاملاً درك شود كه اين مجموعه، تنها مقدمه­اي بر موضوع است.
در اكثر سيستمهاي كنترل، شير كنترل، بيشتر از ساير اجزاء، در معرض شرايط شديد، دما، فشار، خوردگي و آلودگي قرار دارد، اما بايد حداقل مقدار تعميرات بر روي آن انجام شود و جريان سيال پروسه را كنترل كند.
دياگرام زير، يك شير كنترل نيوماتيكي را نشان مي­دهد. توجه شود كه شير كنترل از دو جزء عمده تشكيل مي­شود: بدنه شير[4]و اكچويتور[5]. اين نوع شير، از نوع
شيرهاي Sliding Stemاست (گروههاي ديگر شيرها، از نوع شيرهاي با محور چرخان[6] مي­باشند).
عملكرد شير كنترل، نسبتاً ساده است. اعمال فشار هوا به بالاي ديافراگم قابل ارتجاع، نيرويي در جهت پايين ايجاد مي­كند. اين نيرو، ميله[1] شير را به طرف پايين، خلاف جهت عمل فنر مهاركننده، حركت مي­دهد. اين حركت تا آنجا ادامه مي­يابد كه پلاگ[2] به جايگاه[3] برسد يا نيروي در جهت بالاي فنر (و فشار سيال عبوري، اگر شير در سرويس است) با نيروي در جهت پايين اكچويتور[4] برابر شود. در اين نقطه، جايگاه شير، حركت را متوقف مي­كند.

1. Stem

2. Plug

3. Seat

4. Actuator



- اصطلاحات فني[1] شير كنترل
اصطلاحات فني شير كنترل خيلي وسيع است و بهترين روش يادگيري آنها، استفاده از هندبوك­ها و كاتالوگ­هاي سازندگان است. قسمتي از اين اصطلاحات به صورت زير است:‌
2-1- بدنه[2] شير
قسمتي از شير كه به لوله­كشي پروسه متصل است و از درون آن سيال عبور
مي­كند، بدنه شير ناميده مي­شود. بدنه شير بايد همانند لوله­هاي پروسه، در مقابل دماها و فشارها، مقاوم باشد.
شيرهاي كوچك از طريق پيچ­هاي رزوه­اي[3] و شيرهاي بزرگ از طريق فلنج­ها[4] و اتصالات انتهايي جوشي[5] به لوله­هاي پروسه متصل مي­شوند. اتصال به هرگونه كه برقرار شود، بايد بدون نشت باشد و شير طوري قرار گيرد كه هنگام تعميرات، دسترسي به آن آسان باشد.
2-2- درپوش[6] شير
مجموعه درپوش يا كلاهك شير، يك پوشش فلزي است كه به بالاي بدنه شير رزوه يا پيچ شده است. كلاهك، ميله پلاگ را هدايت مي­كند، قسمت درزبند، ميله را در خود جاي مي­دهد و مجموعه اكچويتور را نگه مي­دارد. در سرويس­هاي با دماي زياد، كلاهك­هاي بزرگتر به منظور جلوگيري از آسيب­رساندن دماي زياد به مواد درزبندي، استفاده مي­شوند. در سرويس­هاي با دماي زياد، شيرها، پره­هاي
سردكننده­اي دارند كه به كلاهك شير متصل مي­شوند.
2-3- مجموعه جعبه بسته­بندي[7]
اين، قسمتي از مجموعه كلاهك شير است كه براي كمك به جلوگيري از نشتي اطراف ميله پلاگ بكار مي­رود و به ميله شير اجازه مي­دهد با حداقل نشتي جريان پروسه، بالا و پايين برود.
چون تمامي اتصالات ديگر بدنه شير به لوله­كشي پروسه و بدنه شير به كلاهك شير، ثابت يا بدون حركت است، به سادگي مي­تواند درزبندي شود. اما ميله شير بايد بالا و پايين برود. حلقه­هاي بسته­بندي شده درون جعبه بسته­بندي، سيال پروسه را درزبندي مي­كند و به ميله شير اجازه مي­دهد با حداقل اصطكاك حركت كند.
حلقه­هاي بسته­بندي، معمولاً از يك ماده نرم و قابل فشرده­شدن نظير پنبه­نسوز، تفلون و غيره ساخته مي­شوند.
عمل بسته­بندي، گلند فشاري يا فلنج و فشردن حلقه­هاي بسته­بندی بطور محكم اطراف ميله شير، جهت ايجاد يك درزبندي ضدنشتي است. اما در شرايط عادي كار شير كنترل، ديدن نشتي اطراف ميله شير، غيرطبيعي نيست. با تعميرات منظم،
پيچ­هاي بسته­بندي مي­توانند جهت تصحيح فشار تنظيم شوند. اين پيچها بايد آنقدر محكم شوند كه نشتي را حداقل كنند نه آنقدر كه سبب خم شدن ميله شير گردند.
-2- تريم[1] شير
در حالت كلي، تريم شير به تنظيم سيت پلاگ برمي­گردد. اما بطور كلي، تريم به همه قسمتهاي داخلي شير كه با سيال پروسه در تماس است، مربوط مي­شود كه عبارتند از: ميله شير، پلاگ شير (وسيله­اي كه به ميله شير وصل مي­شود و دبي سيال را كنترل مي­كند)، حلقه درزبندي (حلقه­اي كه درگاه بدنه شير را شكل مي­دهد)، گايدهاي شير و بوش­ها، اما شامل بدنه شير و مجموعه bonnetنمي­شود.
سازندگان شير، اغلب مجموعه تريم­هاي مختلفي را فراهم مي­كنند بطوريكه
مي­توانند در يك بدنه شير مشخص جاي گيرند. بر اين اساس، مي­توان بدون تغيير كل شير، مشخصات شير را تغيير داد.
2-5- يــوغ[2]
ساختار بالايي شير است كه مجموعه قاب اكچويتور را حمايت مي­كند. معمولاً يوغ، توسط يك مهره قفل بزرگ به بونت شير محكم مي­شود. با بازكردن فريم آن، دسترسي به تنظيم كننده كشش فنر، ميله شير و اتصال­دهنده ميله امكان­پذير است. بايد توجه نمود كه يوغ بايد آنقدر قوي باشد كه در برابر هر نيرويي كه توسط اكچويتور، هنگاميكه سعي مي­كند ميله شير را در جاي مناسب قرار دهد، به اندازه كافي مقاومت كند. در ساحل دريا، آب نمك باعث خوردگي آن مي­شود بطوريكه تحت فشار كار عادي، خم شده يا مي­شكند.
2-6- اكچويتور[3] (محرك)
در صنايع، انواع مختلفي از اكچويتورها استفاده مي­شوند (گاهي به عنوان جزئي از موتور به آن اشاره مي­شود). در يك كاربرد مشخص، نوع اكچويتور استفاده شده، به فاكتورهاي مختلفي بستگي دارد كه عبارتند از:‌
P پروسه­اي كه بايد كنترل شود
P عملي كه بايد انجام شود
P سرعتي كه عمل بايد رخ دهد
هر چند امروزه اكچويتورهاي هيدروليكي و الكتريكي وجود دارند اما از ديرباز اكچويتورهاي فنري و ديافراگمي بعنوان شايع­ترين نوع اكچويتور در سيستمهاي كنترل اتوماتيك استفاده شده­اند. اكچويتورهاي نيوماتيكي از هوا يا گاز براي توليد حركت مكانيكي استفاده مي­كنند. حركت ايجاد شده توسط اكچويتور، در صورتيكه در محدوده حركت[4] اكچويتور باشد، براي قراردادن عنصر كنترلي در هر مكان موردنظر، استفاده مي­شود.
3- خطا ـ ايمن (Fail Safe)
اولين مهم در هر كارخانه­اي، ايمني است. بنابراين كلمه خطا ـ‌ ايمن بايد در ذهن هر كسي كه با كارخانه و توليد سر و كار دارد، حك شود. اغلب شيرهاي كنترل نيوماتيكي و شيرهاي توقف[5] اتوماتيك، اكچويتورهاي با فنر بارشده[6] دارند. هرگاه فشار بار رها شود، فنر، عنصر كنترل نهايي (شير) را به يكي از موقعيت­هاي منتهي­اليه كاملاً باز يا كاملاً بسته حركت مي­دهد. موقعيت، براساس ساختار شير كنترل تعيين مي­شود شير كنترل ”نرمال ـ بسته[1]“، وقتي باز بسته است كه فشار ديافراگم به فشار اتمسفر كاهش يابد (شكل 3-2).
بنابراين، شير نرمال ـ بسته، يك شير خطا ـ بسته[2] يا هوا به بازشدن[3] است. يك شير نرمال ـ باز، يك شير خطا ـ باز[4] يا هوا به بسته­شدن[5] است. معيار[6] انتخاب يكي از اينها، به اين بستگي دارد كه كدام عمل باعث مي­شود پروسه ايمن باشد. اگر شرايطي نظير افت هواي تغذيه، آسيب به اكچويتور مانند پارگي ديافراگم و غيره رخ دهد، شير بايد به موقعيت نرمال يا خطا ـ ايمن كاملاً باز يا كاملاً بسته برگردد.
هر اپراتور پروسه، بايد خودش را با عمل خطا ـ ايمن آشنا كند تا در حوادث اضطراري، در صورت نياز، واكنش درستي نشان بدهد.
4- انواع شير
4-1- شيرهاي تك­ورودي[7]
اصطلاح ”تك­ورودي“ به اين حقيقت برمي­گردد كه براي عبور سيال از درون شير، يك مسير وجود دارد. دياگرام صفحات بعدي، دو شكل شيرهاي تك­ورودي را نشان مي­دهد كه دو حالت كاملاً مشابه دارند (شكل 4-1 و 4-2). اما يك اختلاف قابل مشاهده، معكوس بودن پلاگ آنها نسبت به يكديگر است.
توجه شود كه در يك شير، حركت رو به پايين پلاگ، باعث بسته شدن شير (شكل 4-1) مي­شود، در حاليكه در ديگري، حركت رو به پايين پلاگ، موجب بازشدن شير (شكل 4-2) مي­شود. شيري كه حركت رو به پايين براي بسته شدن دارد، يك شير با عملكرد مستقيم است و شيري كه حركت رو به پايين براي بازشدن دارد، يك شير با عملكرد معكوس مي­باشد.
بطور كلي شيرهاي تك­ورودي در مقايسه با شيرهاي دو ورودي، از نظر خريد، ارزانتر و به علت ناحيه تك پلاگ و درزبند، در مقابل نشتي (هنگاميكه نوع كاملاً بسته موردنياز باشد) مقاومت بيشتري دارند. اشكال عمده شيرهاي تك­ورودي در زماني است كه با فشارهاي بالاي سيال سر و كار داشته باشند. در اين حالت، نيروهاي نامتعادلي[8] در عرض پلاگ، موقعي ايجاد مي­شوند كه شير در موقعيت بسته شدن است. براي غلبه بر اين نيروها، از اكچويتورهاي بزرگتر استفاده مي­گردد.
شيرهاي تك­ورودي، معمولاً طوري نصب مي­شوند كه فشار سيال تمايل دارد نيرويي به پلاگ وارد كند و آنرا از درزبند دور نمايد. اين نتايج، موجب يك عملكرد آرام­تر شير و كاهش تمايل پلاگ به بسته شدن[9] محكم و با صدا در مقابل درزبند مي­شود.
-2- شيرهاي دو ورودي[1]
شيرهاي دو ورودي به اين منظور توسعه يافته­اند كه شيري با نيروي كمتر، براي قراردادن پلاگ در هر موقعيتي بين كاملاً باز و كاملاً بسته، نسبت به آنچه در طرح تك­ورودي موردنياز بود، ايجاد كنند (شكل 4-3).
در طرح دو ورودي، نيروهاي ديناميكي، تمايل زيادي به ايجاد تعادل دارند، زيرا حريان عبوري از شير دو ورودي، يك ورودي را باز مي­كند و ورودي ديگر را
مي­بندد. اين خاصيت باعث مي­شود نيروهاي ديناميكي كاهش داده شده، به شير اجازه كنترل بهتري داده شود و اكچويتور كوچكتري نسبت به آنچه در شير
تك­ورودي با همان ظرفيت وجود دارد، انتخاب گردد.
خيلي از شيرهاي دو ورودي، معكوس­پذيرند (مانند حركت رو به پايين پلاگ براي بستن يا حركت رو به پايين پلاگ براي بازكردن). اشكال عمده اين شير اين است كه نمي­تواند همانند شير تك­ورودي، كاملاً ببندد[2]. علت اين اشكال، تنظيم يكسان و فرسودگي[3] دو مجموعه پلاگ­ها و درزبندها است.
-3- پلاگ متعادل­شده و بدنه­هاي قفسه­اي شكل
اين نوع شير يك شير تك­ورودي است كه در آن تنها از يك حلقه درزبندي استفاده شده اما مزاياي مربوط به شيرهاي دو ورودي را فراهم مي­كند.
تريم نوع قفسه­اي به اين دليل استفاده مي­شود كه راهنمايي براي پلاگ شير باشد و حلقه درزبندي را در جايش نگه دارد و بتواند مشخصه جريان سيال را فراهم كند. توسعه مهم ديگر، اضافه­نمودن درزبند نوع حلقه پيستوني لغزشي بين بخش بالايي پلاگ شير و ديواره سيلندر قفسه است. اين درزبند، امكان نشتي را كاهش مي­دهد.
پلاگ به واسطه اينكه فشار پايين دستي اجازه مي­دهد كه بر هر دو طرف بالا و پايين پلاگ، اعمال شود متعال مي­گردد، بنابراين نيروي نامتعادل استاتيكي را كاهش داده، اجازه مي­دهد كه اكچويتور كوچكتري نسبت به آنچه در شير تك­ورودي عادي موردنياز است، انتخاب شود.
جهت استاندارد جريان سيال از داخل منافذ قفسه و سپس از درون حلقه درزبند است. منافذ قفسه يا وروديها، مي­توانند طوري شكل داده شوند كه مشخصات معين شير، نظير خطي[1]، بازنمودن سريع[2]، درصد مساوي[3] و غيره را ايجاد نمايند.
بعضي از بدنه­هاي شيرها، مي­توانند معكوس گردند تا اجازه دهند عملكرد شير از جهت پايين براي بسته­شدن، به جهت پايين براي بازشدن اصلاح گردند.
- شيرهاي با محور چرخان[1]
شيرهاي پروانه­اي، شيرهاي كره­اي و غيره، در اين مقوله هستند. عنصر تريم توسط اكچويتور چرخانده مي­شود.
5-1- شير پروانه­اي
شير پروانه­اي، اساساً يك ديسك فلزي دايره­اي است كه در يك لوله بدون فلنج كوتاه نصب مي­شود. ديسك با محوري كه بعنوان يك اكچويتور به آن متصل شده، چرخانده مي­شود.
دياگرام شكل 5-1 نصب شير پروانه­اي عملي را نشان مي­دهد. در اين شكل، شير بين دو فلنج نصب شده است.
شيرهاي پروانه­اي، به حداقل فضاي لازم براي نصب نياز دارند و حداكثر ظرفيت را با افت فشار كم ايجاد مي­نمايند. اما اغلب چون گشتاور كاري آنها زياد است، به اكچويتورهاي با ديافراگم بزرگتر نياز دارند.
استفاده از مواد درزبندي نرمي نظير تفلون (T.F.E)يا Nitrile، سرويس بسته شدن خوبي را براي شير فراهم مي­كند.
ديسك­هاي عادي، كنترل گلوگاهي[2] را تا °60 چرخش فراهم مي­كند و مشخصه درصد مساوي را براي جريان سيال نشان مي­دهد.
5-2- شير توپي[1]:
شير توپي، يك كره يا توپ را نگه مي­دارد و شامل يك ورودي دايره­اي است كه معمولاً از نظر اندازه با سوراخ[2] لوله پروسس يكسان است.
توپ مي­تواند °90 از موقعيت كاملاً باز تا موقعيت كاملاً بسته توسط محور درايو متصل شده به يك اكچويتور بچرخد. توپ، بطور پيوسته، برای تأمين حالت كاملاً بسته، در تماس با يك حلقه درزبندي است.
شيرهاي توپي بطور رايج بعنوان شيرهاي مسدودكننده[3] بكار مي­روند و كاملاً باز يا كاملاً بسته هستند. اما يك شير توپي اصلاح شده با برش Veeشكل به داخل ورودي دايره­اي، مشخصه جريان سيال درصد مساوي را فراهم مي­كند و براي كنترل جريان سيالات چسبنده كه شامل ذرات جامد يا فيبرها و ... می­باشند ايده­ال است.
جريان سيال، تمايل دارد كه توپ را به موقعيت بسته بچرخاند، بنابراين اكچويتور بايد در جهت كاهش[4] اين اثر عمل كند.


عملكرد اين شير، براساس چرخش مركزي پلاگ كروي، درون بدنه شير است. پلاگ به محور درايو، طوري متصل شده كه تا °50 توسط يك اهرم[6] متصل به اكچويتور، چرخانده مي­شود.
هنگام عبور از موقعيت باز به موقعيت بسته، لبه پيشين پلاگ با فاصله خيلي نزديك به درزبند عبور مي­كند. با ادامه چرخش، لبه خزنده با درزبند تماس پيدا
مي­كند. در اين نقطه، لبه پيشين تقريباً در تماس با درزبند است اما نه بطور كامل. چرخش بيشتر و عملكرد گشتاور ميله توسط اكچويتور باعث مي­شود بازوهاي پلاگ، لبه پيش­رونده ديسك را خم كنند و براي تماس با درزبند، به آن نيرو وارد كنند.
عبور جريان سيال از شير مي­تواند در هر جهتي باشد اما بايد توجه شود كه با توجه به جهت جريان سيال، نيروهاي ديناميكي تمايل به بازكردن يا بستن شير خواهند داشت. بنابراين، جهت عبور جريان سيال از شير با توجه به نيازهاي خطا ـ ايمن آن تعيين مي­شود مثلاً اگر مناسب است كه خطا ـ باز باشد، جريان سيال در جهتي است كه تمايل دارد شير باز شود.



1. Ball Valve

2. Bore

3. Shut down

4. Counteract

1. Rotary Eccentric Plug

2. Lever



1. Rotary Shaft

2. Throttling



1. Linear

2. Quick Opening

3. Equal Percentage




1. Double- Ported

2. Tight Shut- off

3. Wear



1. Normally Close

2. Fail Close

3. Air to Open

4. Fail Open

5. Air to Close

6. Criteria

1. Single ported

2. Unbalanced Forces

1. Slam Shut



1. Trim

1. Yoke

2. Actuator

1. Limits of Travel

2. Shut down

3. Spring Loaded



5. Terminology

6. Body

7. Screwed threads

8. Flanges

9. Welded end

1. Bonnet

2. Packing Box Assembly



1. Control Valves

2. Throttling

3. Tight Shut off

4. Valve Body

5. Actuator

1. Rotary Shaft

[10011370]

با تشکر فراوان

آیا شیرهای کنترل اتوماتیک وارداتی تحریم شده اند؟
شنیده ام صنعت پتروشیمی کشور نیاز ضروری ب این نوع شیرها دارد درسته؟؟