شیر دیافراگمی چیست؟
شیر دیافراگمی، که به نام دیافراگم ولو نیز شناخته می شود، یکی از انواع شیر های صنعتی است که برای کنترل جریان سیالات مختلف استفاده می شود. تولید کنندگان امروزی این شیرها را با استفاده از انواع مختلف تنظیمات و مواد اولیه تولید می کنند. این شیر ها در حال حاضر بسیار بهتر ساخته می شوند، قابل اعتماد تر هستند و در انواع مختلفی برای کاربرد های مختلف عرضه می شوند.
تاریخچه شیر دیافراگمی
در گذشته، شیر های دیافراگمی تنها به صورت دستی قابل استفاده بودند. این محدودیت باعث می شد که استفاده از آنها در بسیاری از کاربرد های صنعتی مشکل باشد. برای بهبود عملکرد و افزایش اطمینان در استفاده از این شیر ها، تولیدکنندگان به تدریج این شیر ها را به عملگر های خودکار مجهز کردند. امروزه، شیر های دیافراگمی هم به صورت دستی و هم خودکار موجود هستند، که این امر موجب افزایش کاربرد های این شیر ها در صنایع مختلف شده است.
استفاده از مواد پیشرفته در ساخت شیر دیافراگمی
با پیشرفت فناوری، استفاده از مواد جدید و پیشرفته در ساخت شیر های دیافراگمی رایج شده است. به عنوان مثال، استفاده از الاستومر های پیشرفته و پلاستیک های بهبود یافته، این امکان را فراهم کرده که این شیر ها در سیستم های مختلف با شرایط عملیاتی متفاوت استفاده شوند. این مواد جدید باعث افزایش عمر مفید شیر ها و بهبود عملکرد آنها در شرایط مختلف می شوند.
عملکرد و ساختار شیر دیافراگمی
شیر دیافراگمی، شیری با حرکت خطی است که برای باز و بسته کردن مسیر سیال، تنظیم میزان جریان و ایجاد آب بندی مورد استفاده قرار می گیرد. علت نامگذاری این شیر، وجود یک دیسک انعطاف پذیر درون آن است که برای ایجاد آب بندی مناسب با نشیمنگاه شیر در قسمت بالای آن قرار دارد و به عنوان اصلی ترین بخش شیر دیافراگمی عمل می کند. دیافراگم برای انجام آب بندی خوب به انعطاف پذیری بالایی نیاز دارد، به همین دلیل سازندگان آن را از الاستومر های مختلفی مانند پلی اتیلن، پروپیلن و سایر مواد مشابه تولید می کنند.
در این نوع شیر، یک بخش فشار دهنده وجود دارد که به وسیله پیچ و مهره به محور متصل شده و با فلکه شیر به همراه محور به بالا و پایین حرکت می کند. زمانی که فشار دهنده به سمت پایین حرکت می کند، باعث بسته شدن مسیر جریان می شود و آب بندی کامل ایجاد می کند که از نشتی در قسمت درپوش یا محور جلوگیری می کند.
انواع شیر دیافراگمی
شیر های دیافراگمی از نظر مکانیزم و ساختار داخلی به دو دسته کلی تقسیم‌بندی می شوند:
1-شیر های دیافراگمی سوپاپی
این نوع شیر ها دارای یک برآمدگی درون محفظه هستند که دیافراگم روی آن قرار می گیرد و مسیر جریان را متوقف می کند. این دسته از شیر های دیافراگمی به دلایلی همچون آب بندی مؤثرتر، کنترل بهتر جریان سیال و عمر طولانی تر دیافراگم، در بین مصرف کنندگان محبوبیت زیادی دارند.
2-شیر های دیافراگمی مستقیم
در این نوع شیر ها، دیافراگم به شکل گوه ای طراحی شده و محفظه شیر به صورت کاملاً صاف و مستقیم است. این نوع شیر ها برای سیستم هایی با شرایط دما و فشار بالا مناسب هستند، زیرا مجرای شیر باز است و افت فشار کمتری دارد.
مکانیزم عملکرد شیر های دیافراگمی
شیر های دیافراگمی از لحاظ مکانیزم عملکرد و ساختار داخلی به دو دسته کلی تقسیم بندی می شوند:
1-شیر های دیافراگمی غیر تراز یا سوپاپی
این نوع شیر دارای یک برآمدگی در داخل محفظه شیر است که به عنوان نشیمنگاه عمل می کند. دیافراگم روی این برآمدگی قرار می گیرد و مسیر جریان را مسدود می کند. این نوع طراحی به دلایلی مانند آب بندی مؤثرتر، کنترل بهتر جریان سیال و طول عمر بیشتر دیافراگم، محبوبیت بیشتری دارد.در این شیر ها، دیافراگم به کمک کمپرسور و محور به سمت پایین فشار داده می شود تا بر روی برآمدگی نشسته و عبور جریان را متوقف کند. این مکانیزم باعث آب بندی کامل و جلوگیری از نشتی می شود.
2-شیر های دیافراگمی تراز یا خط مستقیم
این نوع شیرها دارای محفظه ای صاف و مستقیم هستند که دیافراگم به شکل گوه ای درون آن قرار می گیرد. این نوع طراحی اجازه می دهد که سیال به راحتی و بدون موانع از داخل شیر عبور کند.شیر های دیافراگمی تراز برای سیستم هایی با شرایط دما و فشار بالا مناسب هستند، زیرا افت فشار کمتری دارند و میزان رسوب گذاری در آنها کمتر است. این ویژگی ها باعث می شود که این نوع شیر ها در سیستم هایی که نیاز به تمیزکاری مکرر دارند، بسیار موثر باشند.
اجزای اصلی شیر دیافراگمی
شیر های دیافراگمی از چندین جزء اصلی تشکیل شده اند که هر یک نقش مهمی در عملکرد شیر دارند:
- دیافراگم: اصلی ترین جزء شیر دیافراگمی است که برای ایجاد آب بندی استفاده می شود. دیافراگم ها معمولاً از مواد الاستومری مانند پلی‌اتیلن و پروپیلن ساخته می شوند.
- کمپرسور (Compressor): بخشی از شیر است که فشار را به دیافراگم منتقل می کند و باعث حرکت آن به سمت بالا و پایین می شود.
- محور (Stem): محوری است که کمپرسور را به بالا و پایین حرکت می دهد و با استفاده از فلکه شیر کنترل می شود.
- نشیمنگاه (Seat): قسمتی از شیر است که دیافراگم روی آن قرار می گیرد تا آب‌بندی کامل ایجاد شود.
- بدنه شیر (Body): قسمت اصلی شیر است که تمامی اجزا را در بر می گیرد و مسیر عبور سیال را تشکیل می دهد.
استاندارد ها و ویژگی های فنی شیر های دیافراگمی
شیر های دیافراگمی بر اساس استاندارد های مختلفی طراحی و ساخته می شوند تا عملکرد بهینه و طول عمر بالایی داشته باشند. یکی از مهم‌ترین استاندارد ها در این زمینه MSS SP-88 است که به ویژگی های فنی و عملکردی این نوع شیرها اشاره دارد.
- خاصیت نشتی صفر (Zero Leakage)
- بر اساس استاندارد MSS SP-88، شیر های دیافراگمی باید خاصیت نشتی صفر داشته باشند. این ویژگی باعث می‌شود که نشت سیال از اجزا به حداقل برسد و عمر مفید شیر افزایش یابد.
- محدودیت دما و فشار
- شیر های دیافراگمی معمولاً با ابعاد ¼ اینچ تا 12 اینچ ساخته می شوند و برای دما و فشار های مشخصی طراحی می شوند. بیشتر مواد الاستومری استفاده شده در ساخت دیافراگم ها در دما های زیر 65 درجه سانتیگراد (150 درجه فارنهایت) بهترین عملکرد را دارند.
انواع شیر های دیافراگمی از لحاظ شکل ظاهری
شیر های دیافراگمی بر اساس شکل بدنه به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:
دیافراگم ولو با برآمدگی داخل بدنه (Weir Type)
- این نوع شیر رایج ترین نوع شیر دیافراگمی است. در داخل بدنه این شیر، یک برآمدگی تعبیه شده است که هنگام بسته شدن شیر، دیافراگم با کمک کمپرسور و محور بر روی این برآمدگی نشسته و عبور جریان را محدود می کند.
- این نوع طراحی به دلیل شکل داخلی شیر، سرعت تخلیه را افزایش می دهد و از ایجاد رسوب جلوگیری می کند. این ویژگی باعث می شود که این شیر ها برای سیستم های گاز، مایعات و سیالات خورنده مناسب باشند.
دیافراگم ولو بدون برآمدگی داخل بدنه یا مستقیم (Straight-Through Type)
- در این نوع شیر، دیافراگم به شکل یک گوه ساخته شده است و محفظه شیر به صورت صاف و مستقیم طراحی شده است.
- این نوع طراحی باعث می شود که سیال به راحتی و بدون موانع از داخل شیر عبور کند. شیر های دیافراگمی مستقیم خود به دو نوع تقسیم می شوند:
- شیر دیافراگمی با قطر گذرگاه مستقیم (Full-Bore):
- این نوع شیر ها برای شرایط دما و فشار بالا مناسب هستند، زیرا افت فشار کمی دارند و میزان رسوب گذاری در آنها کمتر است.
- شیر دیافراگمی با قطر گذرگاه باریک (Reduced-Bore):
- این نوع شیر ها برای کنترل دقیق‌تر جریان سیال طراحی شده اند.
جنس شیر های دیافراگمی
شیر های دیافراگمی علاوه بر جنس چدنی که کاربرد فراوانی در صنعت دارد، در جنس های مختلفی مانند استیل 304، استیل 316، استیل 304L و استیل 316L موجود می باشند. هر یک از این جنس ها ویژگی های خاص خود را دارند و در صنایع مختلفی کاربرد دارند:
- استیل 304 و 316:این جنس ها مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند و به همین دلیل در صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند.
- استیل 304L و 316L:این جنس ها علاوه بر مقاومت بالا در برابر خوردگی، مقاومت بیشتری در برابر حرارت دارند و برای شرایط دما و فشار بالا مناسب هستند.
شیر دیافراگمی پنوماتیک
یکی از انواع شیر های دیافراگمی، مدل پنوماتیکی آن است که برای کنترل این شیر نیازی به حضور اپراتور برای قطع و وصل جریان نداریم. این شیر به وسیله سیستم باد و از طریق فرمان گیری از سیستم باعث باز و بسته شدن شیر می شود.
مزایا:
- سرعت بالای باز و بست یکی از مهم ترین ویژگی های این شیرآلات است.
- در شرایطی که سیال اسیدی یا مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار کارآمد است.
- در صنایع شیمیایی، صنایع غذایی و صنایع دارویی کاربرد فراوان دارند.
برند های معروف شیر دیافراگمی
برخی از برند های معروف و معتبر در زمینه تولید شیر های دیافراگمی عبارتند از:
- ساندرز (Saunders):یکی از برند های قدیمی و معتبر در زمینه تولید شیر های دیافراگمی.
- جیسون (Jason):این برند نیز به خاطر کیفیت بالا و طراحی های نوآورانه اش شناخته شده است.
- جورج فیشر (Georg Fischer):برند سوئیسی که به تولید شیر های دیافراگمی با کیفیت معروف است.
- کیتز (Kitz):برند ژاپنی که این نوع شیر ها با کیفیت بالا و دوام طولانی تولید می کند.
- رینکور (Ringor):برند دیگری که به خاطر تولید شیر های دیافراگمی با ویژگی های منحصر به فرد شناخته شده است.
- متسو (Metso):برند معروفی که در زمینه تولید تجهیزات صنعتی از جمله این نوع شیر ها فعالیت می کند.
- پتر ولو (Petro-Valve):برند تخصصی در زمینه تولید شیر های دیافراگمی برای صنایع نفت و گاز.
- پنتیر (Pentair):این برند نیز در زمینه تولید شیر های دیافراگمی با کیفیت بالا فعالیت می کند.
- خنبره (Genebre):برند اسپانیایی که به خاطر تولید شیر های دیافراگمی با کیفیت و مقرون به صرفه شناخته شده است.
مزایای شیر های دیافراگمی
شیر های دیافراگمی مزایای بسیاری دارند که آن ها را در بسیاری از کاربرد های صنعتی منحصر به فرد و بسیار مفید می سازد. برخی از این مزایا عبارتند از:
- نشتی صفر (Zero Leakage):این نوع شیر ها به دلیل طراحی منحصر به فرد خود، فاقد پکینگ آب بندی هستند و در نتیجه نشتی در اطراف محور (Stem) آن ها به صفر می رسد. این ویژگی به خاطر عدم تماس سیال با قسمت های متحرک شیر است.
- تعمیرات آسان:این شیر ها را می توان به راحتی درون خط برای تعویض دیافراگم با باز کردن پرچ های بونت (Bonnet) تعمیر کرد. این ویژگی باعث کاهش زمان توقف خط و صرفه جویی در هزینه ها می شود.
- مقرون به صرفه بودن:با توجه به ساختار شیر های دیافراگمی و تجهیزاتی که دارند، این شیر ها برای انواع سیستم ها بسیار مقرون به صرفه هستند.
- عبور آسان سیالات چسبنده و ذرات مضر:به دلیل طراحی خاص، سیالات چسبنده و ذرات مضر که باعث مسدود شدن خطوط و شیرآلات دیگر می شوند، به راحتی از شیر دیافراگمی عبور می کنند.
- محافظت از تجهیزات:بخش دیافراگم این شیر ها باعث جلوگیری از آسیب رساندن ذرات و جلوگیری از سایش تجهیزات فوقانی شیر می شود.
- نصب در زوایای مختلف:نصب این شیرآلات محدود به زاویه خاصی نیست و امکان نصب در زوایای مختلف وجود دارد.
- کاربری و قابلیت باز و بست آسان:این شیر ها به راحتی قابل باز و بست هستند و قابلیت کنترل جریان های محدود را دارند.
- تعویض آسان لاینر:لاینر این شیر ها را می توان به راحتی توسط اپراتور تعویض کرد.
کاربرد شیر های دیافراگمی
شیر های دیافراگمی به دلیل مزایای خاص خود، در صنایع و کاربرد های مختلفی استفاده می شوند. برخی از کاربرد های مهم این شیر ها عبارتند از:
- صنایع نفت و گاز:برای کنترل جریان سیالات مختلف در صنایع نفت و گاز استفاده می‌شوند.
- صنایع مواد غذایی:به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و جلوگیری از ورود ذرات خارجی، در صنایع غذایی کاربرد دارند.
- صنایع دارویی و شیمیایی:برای کنترل سیالات خورنده و مواد شیمیایی خطرناک در صنایع دارویی و شیمیایی استفاده می شوند.
- تصفیه‌خانه های آب و فاضلاب:برای کنترل جریان آب و فاضلاب در تصفیه خانه ها استفاده می شوند.
- سرویس های مایعات رادیواکتیو و مواد شیمیایی خطرناک:برای کنترل مایعات رادیواکتیو و مواد شیمیایی خطرناک در محیط های صنعتی استفاده می شوند.
- سیستم های با سیال چسبنده، لغزنده و دوغاب:برای کنترل جریان سیالات چسبنده، لغزنده و دوغاب در سیستم های مختلف استفاده می شوند.
- صنایع برق:برای کنترل جریان سیالات مختلف در صنایع برق استفاده می شوند.