مقالات

شیر کشویی چیست؟

شیرهای کشویی به‌جای آنکه برای تنظیم جریان استفاده شوند،‌ برای قطع جریان مایعات استفاده می‌شوند. هنگامی‌که که یک شیر کشویی معمولی به‌طور کامل باز شود، مانعی در مسیر جریان وجود ندارد، که موجب مقاومت بسیار پایین در جریان ‌شود. اندازه‌ی مسیر جریان به‌طورکلی در حالت غیرخطی با حرکت شیر ورودی تغییر می‌کند. این بدان معناست که مقدار جریان با حرکت محور شیر به‌طور یکنواخت تغییر نمی‌کند. دروازه‌ی نیمه‌باز، می‌تواند با جریان سیال تکان بخورد.
شیرهای کشویی اغلب با قطر بالا( از قطر۲ تا بزرگ‌ترین خطوط لوله‌ای) استفاده می‌شوند، زیرا ساخت آن‌ها نسبت به دیگر انواع شیرهای بزرگ پیچیدگی کمتری دارد.
در فشارهای بالا، اصطکاک می‌تواند مشکل‌ساز شود. هر چه فشار محیطی دروازه را برخلاف ریل هدایت‌شونده‌ی خود هل دهد، شیر سخت‌تر بکار می‌افتد. گاهی در کنار شیرهای کشویی بزرگ مسیری فرعی که با شیری کوچک‌تر کنترل می‌شود گنجانده می‌شود تا به کمک آن بتوان میزان فشار را پیش از بکار افتادن خود شیر کشویی کاهش داد.
شیرهای کشویی که فاقد حلقه‌ی آب‌بندی روی دروازه یا نشیمن‌گاه هستند در مواقعی کاربرد‌ دارند که نشت جزئی شیر مسئله‌ی مهمی نباشد مثلاً در مدارهای گرمایشی یا لوله‌های فاضلاب.
می‌توان شیر کشویی را به‌عنوان نوعی از شیر تعریف کرد که از یک دروازه یا دیسک گوه‌ای شکل استفاده می‌کند و این دیسک به‌صورت عمودی روی جریان حرکت می‌کند یا جریان سیال را در لوله‌کشی متوقف می‌کند.
یک شیر کشویی رایج‌ترین نوع شیر است که در هر فرایند کارگاهی از آن استفاده می‌شود. شیری با حرکت خطی که برای قطع و وصل کردن جریان سیال استفاده می‌شود. این شیرها در هنگام استفاده، یا در وضعیت کاملاً باز و یا کاملاً بسته هستند.
وقتی شیر کشویی کاملاً باز است،‌دیسک شیر کشویی کاملاً از روی جریان برداشته می‌شود. درنتیجه هیچ مقاومتی به معنای واقعی روی جریان وجود ندارد. به همین سبب وقتی سیال از درون شیر کشویی جاری می‌شود، افت فشار بسیار کمی اتفاق می‌افتد.
به‌منظور عایق‌بندی مناسب در زمانی که شیر کاملاً بسته است، لازم است که سطح تماس ۳۶۰ درجه‌ای بین دیسک و نشیمن‌گاه‌ها وجود داشته باشد.
نباید از شیرهای کشویی برای تنظیم یا ممانعت از جریان استفاده کرد، زیرا امکان کنترل دقیق میسر نیست. سرعت اولیه‌ی زیاد جریان در شیر نیمه‌باز می‌تواند موجب سایش دیسک و سطوح نشیمن‌گاه شده و همچنین لرزش و نویز ایجاد کند.

از شیرهای کشویی زمانی استفاده می‌شود که حداقل افت فشار و/ یا سرویس روشن و خاموش دوجهته مورد نیاز است. کاربردهای متداول آن از این قرار است:

آب
مواد شیمیایی
مواد شیمیایی نفتی
بخار
گازها
گازهای مایع(در تأسیسات برودتی)

 

جزئیات ساخت

بدنه

هندسه‌ی بدنه حاصل از محاسبات بار است به این منظور که باقاعده‌ترین توزیع نیروهای داخلی به موجب فشار اعمال شده ایجاد شود. جنس بدنه از فولاد ریخته‌گری با کیفیت بالا است. سطح نشیمن‌گاه‌ها پوشیده از فولاد ضدزنگ ضد سایش است که پوشش جوشکاری با اختلاف سختی HB ۵۰+ در مقایسه با نشیمن‌گاه‌های گوه‌ای شکل دارد. در صورت لزوم، سطح نشیمن‌گاه می‌تواند با آلیاژهای سخت یا دیگر مواد پوشش دهنده‌ی خاص پوشانده شود.

بونِت(کلاهک، سرپوش)

کلاهک از نوع پیچی یا نوع آب‌بندی فشاری (برای فشارهای بالا)است که برای ایجاد حداقل جریان گردابی و مقاومت جریان طراحی شده است. جنس کلاهک از همان جنس بدنه است. علاوه ‌بر این کلاهک به این منظور طراحی و تولید شده که از آب‌بندی اطمینان حاصل شده و همچنین مونتاژ و مونتاژ مجدد را راحت‌تر سازد.

گوِه

تمام شیرهای کشویی ما از نوع «سوراخ کامل »( full core) هستند و در وضعیت باز گوه‌ی آن‌ها کاملاً فرو می‌رود تا کمترین افت فشار حاصل شود. شیر کشویی می‌تواند با مسدود کننده‌های زیر تأمین شود:
گوه‌ی شکافدار(گوه‌ی دو دیسکی): این نوع بهترین راه‌حل برای شیرهای کوچک پرکاربرد است و به خاطر آنکه دوام بالاتری داشته باشد، قطعات داخلی آن از فولاد ضدزنگ ساخته می‌شود. فرسایش معمولی اغلب با تطبیق خودکار دو دیسک به‌راحتی ترمیم می‌شود و با گشتاور پیچشی کمی می‌توان به‌خوبی آن را محکم کرد. در تأسیسات دارای دمای بالا و پایین،‌ این گُوه با جبران کردن تغییر شکل بدنه، به بهترین شکل عمل می‌کند. گوه‌ی شکافدار همیشه در مواردی که شیر با محور افقی نصب می‌شود به کار می‌رود.
گوه‌ی انعطاف‌پذیر(کشسان): این نوع گوه بیش از همه شناخته شده و مورد استفاده است. این گوه به خاطر وزن کمی که دارد و انعطاف‌پذیر بودنش با توجه به ساختار مخصوص آن می‌تواند در شیرهایی با اندازه‌ی متوسط و بزرگ مورد استفاده باشد و در تأسیساتی با دماهای بالا و پایین نتایج خوبی حاصل می‌شود.
گوه‌ی صلب: به‌طورکلی، این نوع گوه در اندازه‌ی بزرگ‌تر در جایی که به خاطر فضای کوچک بین دو نشیمن‌گاه بدنه نمی‌توان از انواع دیگر گوه‌ها استفاده کرد( به‌خصوص در شیرهای کوتاه رودررو) کاربرد دارد. همچنین در مواقعی که از شیرها برای سیالاتی که به خاطر نوسانات دمایی سفت می‌شوند باید از این گوه استفاده کرد. لطفاً جهت استفاده به اوراق فنی که استاندارد لازم برای هر اندازه و نوع نوشته شده مراجعه کنید.

یوک و فلکه‌ی دستی

شیرهای استاندارد جهت عملکرد دستی دارای غلاف دوشاخه‌ای(یوک) شکل و فلکه‌ی دستی می‌باشند. در صورت لزوم، یوک را می‌توان طبق استاندارد ISO 5210 با یک فِلَنج استاندارد تهیه کرد که مونتاژ کردن دیگر وسایل اجرایی(مانند محرک و جعبه دنده و غیره) را میسر می‌سازد. در شیرهای فشار قوی یا سایز بزرگ، غلاف یوک با دو یاتاقان غلتشی پیشران حمایت می‌شود. غلاف یوک برای ممانعت از گریپاژ و خورندگی به کار می‌رود. یک کلید محرکه، گشتاور پیچشی را از سرفلکه به غلاف یوک منتقل کرده و دِمونتاژ قطعات را سریع و آسان می‌سازد. فلکه‌ی دستی توسط یک حلقه‌ی نگه‌دارنده(سیگر) نگه‌داشته می‌شود و بالارونده نیست.

محور

محور در تمام شیرهای رزوه‌ بیرونی(رو پیچ)، دارای یک نشیمن‌گاه پشتی کامل است که به‌عنوان ابزاری اضطراری در مواقعی که درزبندی دچار خرابی شده باشد به کار می‌رود. محور به‌منظور دوام و مقاومت بالا با ماشین‌آلات تراشکاری خاصی تولید می‌شود. شیار محور طبق استاندارد ISO 2910 از نوع متریک با مقطع ذوزنقه‌ای می‌باشد. شیار از نوع چپ‌گرد و به صورتی است که شیر به‌صورت ساعت‌گرد سر فلکه را باز می‌کند. برای ممانعت از هر نوع نشتی، محور دارای میزان پرداخت‌کاری بالا و یک فضای قطری آزاد و محدود است.

واشر آب‌بندی(گسکِت)

واشر آب‌بندی استاندارد از گرافیت خالص ضدزنگ و مستحکم ساخته شده است. این نوع واشر آب‌بندی کاربردهای بسیار متعددی دارد. می‌توانیم برای کاربرد‌های خاص( گازهای برودتی، اسیدهایی با خورندگی بالا و غیره) از واشرهای آب‌بندی ویژه‌ای که برای کاربردهای خاص یا طبق سفارش مشتریان طراحی شده‌اند استفاده کنیم. طبق استاندارد در تمامی شیرهای دارای بدنه‌ی گرد، از واشرهای آب‌بندی حفره‌دار استفاده می‌شود.

درزبندی

درزبندی استاندارد با استفاده از بیش از چهار حلقه‌ی گرافیتی با مقطع مربعی شکل انجام می‌شود. نخستین و آخرین حلقه با فولاد ضدزنگ مستحکم شده تا مانع از انفصال آن‌ها شود. در صورت نیاز می‌توان از مواد دیگری همچون PTFE بهره جست. گرافیت همیشه با بازدارنده‌های خورندگی عمل‌آورده می‌شود تا مانع از خورندگی محور فولادی ضدزنگ فریتیک(آهن‌دار) در اثر کنش پیل گالوانی شود. می‌توان برای کاربردهای خاص( نظیر گازهای برودتی، اسیدهایی با خورندگی بالا و غیره) از درزبندی‌های ویژه‌ای استفاده کنیم که برای کاربردهای خاص یا طبق سفارش مشتریان طراحی شده‌اند. می‌توان جهت شرایط لازم در TA-Luft شیرهایی با طراحی محور و درزبندی ویژه تولید کنیم. محفظه‌های آب‌بندی با میزان پرداخت‌کاری بالا و فضای خالی محدود جهت درزبندی و محکم و بی‌نقص تولید می‌شوند.

 

راه‌اندازی و نصب

وضعیت نصب استاندارد برای شیر‌های کشویی با محور عمودی و راست است(که عملگر آن در قسمت بالا قرار دارد). این شکل قرارگیری، مانع از بسیاری از فشارها و تأثیرات هنگام کاربرد شیر می‌شود. تنها شیرهای کشویی با گوه‌ی شکافدار می‌تواند به‌صورت افقی نیز نصب شود. شیر کشویی با چرخاندن ساعت‌گرد سر فلکه بسته می‌شود. برای نصب صحیح و آسان لطفاً به راهنمای نصب مراجعه کرده و طبق دستور‌العملی که در آنجا آمده عمل کنید.

هشدارها

– شیرهای کشویی برای کنترل و تنظیم طراحی نشده‌اند. استفاده‌ی طولانی‌مدت در وضعیت نیمه‌باز بدون شک موجب آسیب می‌شود.
– شیرهای کشویی مناسب محیطی که تمایل به رسوب زیاد یا پوسته شدن دارد، نمی‌باشد، همچنین برای سیالاتی که شامل اجسام جامد ناجور هستند، به دلیل سختی، خطر آسیب دیدن سطح نشیمن‌گاه را به همراه دارد.
– در نصب‌های افقی برای سایزهای بیش از mm ۲۰۰، شیرها باید همیشه همراه با گوه‌‌ی شکافدار باشند و یوک باید با وسایل مناسبی تقویت شود.
– گوه‌ی صلب همیشه برای محیطی مورد نیاز است که در معرض انجماد است.
– در مورد محیطی که به خاطر گرادیان دما، می‌تواند فاز فیزیکی خود را از مایع به گاز تغییر داده یا تبخیر شود، شیر کشویی باید همراه با یک وسیله‌ی حمایتی مناسب باشد.

انواع شیرهای کشویی

شیرهای کشویی به سه روش دسته‌بندی می‌شوند.
۱ . نوع دیسک
۱. گوه‌ای نوک‌تیز صلب
۲. گوه‌ای انعطاف‌پذیر
۳. گوه‌ای شکافدار یا شیر با دیسک‌های موازی
۲ . انواع اتصال کلاهک بدنه
۱. کلاهک رزوه‌ای
۲. کلاهک پیچی
۳. کلاهک جوشی
۴. کلاهک آب‌بندی پرسی
۳. انواع حرکت محور
۱. محور بالارونده یا از نوع OS & Y(محور بیرونی و نوع رزوه‌ای)
۲. محور نوع غیر بالارونده

شیر کشویی گوه‌ای صلب

گوه‌ای صلب به دلیل ساده‌ و قدرتمند بودنش، متداول‌ترین و پراستفاده‌ترین نوع دیسکی است. شیری با گوه‌ی صلب را می‌توان در هر وضعیتی نصب کرد و تقریباً برای تمامی سیالات مناسب است. در جریان متلاطم نیز می‌توان از آن استفاده کرد.
بااین‌حال این شیر برای تغییرات در هم‌ترازی نشیمن‌گاه به دلیل بار یا انبساط حرارتی، ساخته نشده است. بنابراین این نوع از طراحی دیسکی بیش از همه به نشت حساس است. گوه‌ی صلب اگر در تأسیسات دارای دمای بالا استفاده شود، در معرض قفل حرارتی قرار می‌گیرد.
قفل حرارتی پدیده‌ای است که در آن گوه به خاطر انبساط آهن بین نشیمن‌گاه‌ها گیر می‌افتد. شیرهای کشویی گوه‌ای صلب به‌طورکلی در کاربردهای گرمایی فشاری متوسط و پایین استفاده می‌شوند.

شیر کشویی گوه‌ای انعطاف‌پذیر

گوه‌ی انعطاف‌پذیر یک دیسک یک تکه است با برشی در پیرامون محیط آن. این برش‌ها ازنظر سایز، شکل و عمق متفاوت هستند. یک برش کم‌عمق، باریک روی محیط گوه‌ انعطاف‌پذیری را کمتر می‌کند اما قدرت را حفظ می‌کند. یک برش ریخته‌گری تو رفته و عمیق‌تر و وسیع‌تر روی محیط گوه،‌انعطاف‌پذیری را زیاد اما قدرت را کاهش می‌دهد.
این طراحی سبب هم‌ترازی نشیمن‌گاه شده و بهتر جلوی نشتی را می‌گیرد. همچنین عملکرد را در موقعیت‌هایی که احتمال اتصال حرارتی می‌رود، بهبود می‌بخشد. شیرهای کشویی گوه‌ای انعطاف‌پذیر، در سیستم‌های بخارآب استفاده می‌شوند.
انبساط حرارتی خط بخار آب،‌گاهی موجب تغییر شکل بدنه‌ی شیر‌ها می‌شود که ممکن است به اتصال حرارتی منجر شود. یک دروازه‌ی انعطاف‌پذیر با به هم فشرده شدن نشیمن‌گاه شیر در اثر انبساط حرارتی خط لوله‌ی بخار آب، به دروازه امکان خم شدن می‌دهد و مانع از اتصال حرارتی می‌شود.
اِشکال دروازه‌های انعطاف‌پذیر آن است که سیال خطی در دیسک جمع می‌شود. این می‌تواند موجب خورندگی شده و درنهایت دیسک را ضعیف می‌کند.
دیسک گوه‌ا‌ی شکافدار متشکل از دو قطعه‌ی صلب است و با کمک مکانیسم بخصوصی کنار هم نگه داشته می‌شوند. در موردی که نیمی از دیسک تَراز نیست، دیسک آزادانه خود را با سطح نشیمن‌گاه تطبیق می‌دهد. دیسک شکافدار می‌تواند به شکل گوه‌ای یا از نوع دیسک موازی باشد.
دیسک‌های موازی با فنر بارگذاری شده، در نتیجه آن‌ها همیشه با نشیمن‌گاه در تماس هستند و آب‌بندی دوجهته دارند. گوه‌ی شکافدار برای جابه‌جایی گاز‌های غیر متراکم و مایعات در دماهای معمولی و بالا مناسب می‌باشند.
آزادی حرکت دیسک، مانع از اتصال حرارتی می‌شود،‌ حتی اگر شیر هنگام سرد شدن خط ‌بسته‌شده باشد. این بدان معناست که وقتی یک خط با سیالی گرم و منبسط می‌شود، اتصال حرارتی ایجاد نمی‌کند.

انواع شیر‌های کشویی بر اساس بدنه،‌کلاهک و اتصال

1. نخست کلاهک رزوه‌‌ای است: که ساده‌ترین طراحی موجود است و برای شیرهای ارزان‌قیمت استفاده می‌شود.
2. دوم کلاهک پیچی است: که متداول‌ترین نوع طراحی را داشته و در تعداد زیادی از شیرهای کشویی استفاده می‌شود. این کلاهک نیاز به یک واشر آب‌بندی دارد تا محل اتصال بین بدنه و کلاهک را آب‌بندی کند.
3. سوم کلاهک جوشی است:‌که وقتی که نیازی به دِمونتاژ کردن نباشد، محبوب‌ترین طراحی را دارد. این کلاهک‌ها از مشابه پیچی خود وزن کمتری دارند.
4. چهارم کلاهک فشاری است: که این نوع موارد مصرف زیادی در دماها و فشار‌های بالا دارد. هر چه فشار محفظه‌ی خالی بدنه بالاتر باشد، نیروی واشر آب‌بندی در شیر فشاری قوی‌تر می‌شود.

شیرهای کشویی OS & Y یا محور بالارونده (محور بیرونی و نوع رزوه‌ای)

محور برای یک شیر با محور بالارونده، موقع باز کردن شیر بالا رفته و موقع بستن شیر پایین می‌آید. در طراحی رزوه‌ای داخلی، بخش شیاردار محور در تماس با محیط جریان است و وقتی شیر را باز می‌کنیم، سرفلکه با محور بالا می‌رود.
در حالی‌که در طراحی رزوه‌ای خارجی، تنها بخش صاف در معرض محیط جریان است و محور در بالای سرفلکه بالا می‌رود. به این نوع شیر نیز شیر OS & Y گفته می‌شود. OS & Y به معنای بخارآب بیرونی و یوک است.

محور غیر بالارونده یا شیر رزوه‌ای داخلی

در این نوع محور غیر بالارونده، محور هیچ حرکت رو به بالایی ندارد. شیر از داخل، شیاردار است. وقتی محور می‌چرخد،‌ دیسک مانند مهره‌ای در امتداد محور حرکت می‌کند. در این نوع شیر، شیارهای محور در معرض محیط جریان می‌باشند.
درنتیجه،‌ وقتی فضای محدودی داریم از این طراحی استفاده می‌شود تا به محور خطی اجازه‌ی حرکت بدهد، و محیط جریان موجب فرسودگی،‌خوردگی یا سایش و فرسایش جنس محور نمی‌شود. این نوع از شیر را با نام شیر رزوه‌ای داخلی نیز می‌شناسیم.

کاربرد‌های شیر کشویی

– از شیرهای کشویی تقریباً در تمامی تأسیسات سیال نظیر هوا، سوخت گازی، آب رسیده به دیگ بخار، بخارآب،‌ روغن روان‌سازی(علوم هوایی)، هیدروکربن، و بسیاری از تأسیسات دیگر استفاده می‌شود.
– از برخی از شیرهای کشویی مخصوص در محصولات آبکی و پودری نظیر شیر کشویی چاقویی نیز استفاده می‌شود.

مزیت‌های شیر کشویی

– شیر کشویی به‌خوبی در دسترس است.
– افت فشار در هنگام کار بسیار کم است.
– بیشتر شیرهای کشویی را می‌توان به‌صورت دوجهته استفاده کرد.
– شیرهای کشویی برای فشار و دمای بالا به کار می‌روند و تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارند.

معایب شیر کشویی

– نمی‌توان از آن برای کنترل کردن جریان استفاده کرد.
– شیر کشویی بسیار کند عمل می‌کند. باز و بسته کردن آن زمان‌بر است که از این نظر که امکان چکش‌کاری را کاهش می‌دهد خوب است.
– شیر کشویی نیمه‌باز لرزش و نویز ایجاد می‌کند.
– تعمیراتی نظیر آب‌بندی و سمباده زدن نشیمن‌گاه‌ها به دلیل دسترسی محدود به آن‌ها دشوار است.

نظرات