شیر فشار شکن برای نگه داشتن سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک زیر فشار معین ضروری است. با توجه به نوع نصب، آن ها میتوانند:
- فشار پایین دست را هر زمان که از یک آستانه فراتر رفت تا یک سطح ثابت کاهش دهید.
- فشارهای پایدار در پایین یا بالادست شیر را حفظ کنید.
- برای محافظت از تجهیزات پایین دست، پیک ها یا پالس های فشار را کاهش دهید.
این مقاله مروری جامع بر شیرهای فشار شکن است که طراحی، اصل عملکرد، کاربردها و نحوه نصب آن ها در یک سیستم را توضیح میدهد.
طراحی و عملکرد شیر فشار شکن
- شیر تخلیه فشار مستقیم
- شیر کاهش فشار خلبانی
- شیر تخلیه فشار از راه دور
- شیر کاهش فشار الکتریکی
شیر تخلیه فشار شکن مستقیم
همانطور که در شکل 2 (سمت چپ) مشاهده میشود، یک شیر فشار شکن مستقیم دارای یک ورودی، خروجی، و یک مکانیسم کنترل جریان (به عنوان مثال، توپ، توپ، یا دیافراگم) است که توسط یک فنر قابل تنظیم پشتیبانی میشود. شیرهای فشار شکن دارای دو طرح خارجی و داخلی برای تنظیم فنر هستند.
طراحی خارجی امکان تنظیم فنر را با دستگیره یا دستگیره ای که به بیرون دریچه میپیچد را میدهد. یک طرح داخلی دارای یک مهره یا پیچ در محفظه شیر است که در هر جهت میچرخد تا فنر را شل یا سفت کند. طراحی داخلی نیاز به جداسازی جزئی دریچه برای تنظیم سفتی فنر دارد.
یک شیر تخلیه فشار مستقیم، فشار را در سیستمی که از حد معین بالاتر میرود، محدود میکند. فنر (شکل 2 با برچسب A) در شیر، که یا قابل تنظیم است یا نه، حد را تعیین میکند. اگر فشار رسانه سیستم به اندازه کافی بالا نباشد، مکانیسم باز کردن شیر (شکل 2 با برچسب B) که معمولا یک دیسک یا پاپت است باز نمیشود.
مکانیزم باز شدن زمانی شروع به باز شدن میکند که فشار رسانه به فشار ترک خوردگی شیر میرسد. شیر تسکین مقداری از مواد را در هوا تخلیه میکند، در مورد کمپرسورهای هوا یا مخزن، در مورد سیستم های هیدرولیک. این امر سرعت ایجاد فشار در سیستم را کاهش میدهد.
در نهایت، زمانی که فشار سیستم به حد مجاز فشار معین شیر تخلیه رسید، شیر کاملاً باز است و تمام رسانه ها از طریق شیر تخلیه میشوند. این کار هر یک از اجزای پایین دست را متوقف میکند تا زمانی که فشار به اندازه کافی برای شروع بستهشدن شیر کاهش یابد. که به عنوان افزایش فشار شناخته میشود، تفاوت بین فشار ترک خوردگی شیر و تنظیم واقعی شیر تخلیه معمولا حداقل 200 psi است.
شکل 2: نمودار شیر تخلیه فشار (سمت چپ). نمودار بزرگنمایی مکانیسم سوپاپ (راست): فنر (A)، دیسک یا پاپپت (B).
شیر فشار شکن متعادل که توسط خلبان کار میکند.
یک شیر کمکی متعادل که با پایلوت کار میکند، دارای یک ورودی، خروجی، و دو پاپت است: پاپت اصلی و یک پایه خلبان پیچدار. هر دو پاپت از فنر پشتیبانی میکنند. یک فنر نرم و غیر قابل تنظیم از پاپت اصلی پشتیبانی میکند و یک فنر بسیار سفت تر و قابل تنظیم از پاپت پایلوت پشتیبانی میکند.
یک سوراخ پیلوت به رسانه اجازه میدهد از ورودی به بالای پاپت اصلی و به پاپت خلبان جریان یابد. همچنین، رسانه از ورودی به زیر پاپت اصلی جریان دارد. هنگامی که پاپت اصلی بالا میرود، رسانه از پایین به سمت خروجی جریان مییابد.
به دلیل قرار گرفتن مدیا در بالا و زیر پاپت اصلی و سطح بالا و پایین پاپت، فشار روی هر طرف برابر است. به این ترتیب فنر نرم میتواند پاپت را در برابر فشارهای بالای سیستم بسته نگه دارد.
پاپپت پایلوت یک پاپت مستقیم است که تنظیم فشار شیر تخلیه را تعیین میکند. هنگامی که فشار سیستم به اندازهای افزایش مییابد که پاپ پیلوت را ترک کند، رسانههای بالای پاپت اصلی میتوانند از کنار پاپت خلبان به سمت خروجی جریان پیدا کنند. این باعث افت فشار در بالای پاپت اصلی میشود و به آن اجازه میدهد تا باز شود تا رسانه های زیر آن بتوانند به خروجی شیر جریان پیدا کنند.
مزیت یک شیر فشارشکن متعادل که توسط پایلوت کار میکند این است که غلبه بر فشار (تفاوت بین محدودیتهای فشار و ترک خوردگی شیر) بسیار کمتر از یک شیر فشار شکن مستقیم است. کاهش فشار کمتر از ایجاد گرمای غیر ضروری جلوگیری میکند و مصرف انرژی را در یک سیستم هیدرولیک کاهش میدهد.
شیر تخلیه فشار از راه دور
یک شیر فشار شکن که از راه دور کار میکند، به جز یک تفاوت، همان شیر تخلیه فشاری است که توسط پایلوت کار میکند. این شیر تسکین دارای دریچه ای است که از طریق یک شلنگ بلند و باریک به یک شیر کمکی مستقیم متصل میشود. شیر کمکی مستقیم معمولاً در فاصله قابل توجهی قرار دارد و به راحتی در کنسول اپراتور قرار دارد.
رسانه ها در یک سیستم همیشه مسیر کمترین مقاومت را طی میکنند. بنابراین، هنگامی که اپراتور تنظیم فشار شیر تسکین دهنده از راه دور را به زیر فشار پاپپ پیلوت پیچ شده تنظیم میکند، شیر از راه دور کنترل تنظیم حداکثر فشار سیستم را بر عهده میگیرد. هنگامی که اپراتور تنظیم فشار شیر تسکین دهنده از راه دور را روی بالاتر از پاپت خلبان تنظیم میکند، کنترل به پاپ پیلوت باز میگردد.
شیر کاهش فشار الکتریکی
یک سیستم شیر تخلیه فشار الکتریکی از یک شیر تخلیه از راه دور استفاده میکند که به چندین شیر تخلیه مستقیم وصل میشود. هر شیر تسکین دهنده مستقیم به یک شیر برقی متصل میشود که کنترل میکند که آیا رسانه میتواند به شیر کمکی جریان یابد یا نه.
شیرهای تخلیه مستقیم دارای تنظیمات فشاری هستند که کمتر از شیر فشار شکن اصلی است. به عنوان مثال، سه شیر تسکین مستقیم ممکن است دارای تنظیمات فشار به ترتیب 1000، 2000 و 3000 psi باشند. شیر اصلی فشار شکن ممکن است دارای تنظیم فشار 4000 psi باشد.
هنگامی که یک شیر برقی روشن و باز میشود، رسانه مسیر کمترین مقاومت را دنبال میکند و به سمت شیر کمکی با کمترین تنظیم جریان مییابد. این تنظیم به یک سیستم اجازه میدهد تا به سرعت در تنظیمات فشار چندگانه بچرخد - به عنوان مثال، یک ماشین پرس در یک کارخانه تولیدی.
کاربردهای شیر فشار شکن
اجتناب از کاویتاسیون
کاویتاسیون زمانی اتفاق میافتد که فشار یک مایع به سرعت از فشار بخار پایین میآید. اگر یک پمپ گریز از مرکز در حال پمپاژ بر روی یک سیستم بسته باشد، فشار بیش از حد باید در محفظه پمپ تخلیه شود. این باعث ایجاد نواحی کم فشار میشود که به طور بالقوه باعث ایجاد حفره میشود.
با باز شدن متناسب با افزایش فشار، شیرهای کمکی از محفظه عبور میکنند. این به آرامی فشار اضافی را تخلیه میکند. و با اجتناب از کاویتاسیون باعث افزایش طول عمر پمپ میشود. با مطالعه راهنماهای ما در مورد کاویتاسیون و فلاشینگ و کاویتاسیون در پمپ ها، شیرها و لوله ها بیشتر بیاموزید.
مدارهای سرمایش/گرمایش
جریان ممکن است با بارهای متناوب یا در هنگام راه اندازی یا خاموش شدن به طور قابل توجهی متفاوت باشد. واکنشهای بویلرها یا راکتورهای متصل ممکن است باعث افزایش یا کاهش فشار نامتناسب با ورودی تجهیزات کنترلشده توسط کاربر (مانند پمپها و مبدلهای حرارتی) شود. شیرهای کاهش فشار به جلوگیری از تغییرات فشار غیرمنتظره در مدارهای گرمایش کمک میکنند.
سیستم هایی با تجهیزات حساس
به طور مشابه، در سیستم های پنوماتیکی با اجزای متعدد، فشار بیش از حد ممکن است به تجهیزات آسیب برساند. یک شیر فشارشکن میتواند از خرابی زودرس تجهیزات جلوگیری کند و میتواند بخشی از یک برنامه تعمیر و نگهداری پیشگیرانه باشد.
تفاوت بین شیر فشار شکن و شیر ایمنی
شیرهای فشار شکن دارای عملکرد پیوسته و متناسب هستند (شکل 3 با برچسب 1)، در حالی که شیرهای اطمینان اینگونه نیستند (شکل 3 با برچسب 2). شیرهای فشارشکن بخش عملیاتی سیستم های سیال هستند و نه تنها یک ویژگی ایمنی. در طول عملکرد عادی، طبیعی است که یک شیر تخلیه/فشار سرریز به طور مداوم باز شود تا به سیستم کمک کند تا تعادل را به شرایط کاری عادی بازگرداند.
از سوی دیگر، شیرهای ایمنی باید تمام انرژی را که ممکن است وارد سیستم شود حذف کنند تا از خرابی سیستم جلوگیری شود. پس از بلند کردن اولیه دیسک، ناحیه ای که روی آن فشار وارد میشود بزرگ میشود و نیروی وارد به فنر به میزان قابل توجهی افزایش مییابد. نیروی قابل توجه باعث میشود که مشخصه ترکیدن سوپاپ اطمینان ایجاد شود.
دریچه های ایمنی به جای تخلیه در ناحیه کم فشار مدار، به اتمسفر تخلیه میشوند و حتی برای مدت کوتاهی پس از بازگشت فشار سیستم به فشار آستانه، به این کار ادامه میدهند. با توجه به اینکه شیرهای ایمنی از مخازن تحت فشار محافظت میکنند، تا رسیدن به وضعیت ایمن، تخلیه را متوقف نمیکنند.
تفاوت عملکرد بین یک شیر تسکین و یک شیر اطمینان در مشخصات فشار مربوطه قابل مشاهده است. این شیرها به طور متناوب بین کاملاً باز (شکل 3 با برچسب A) و کاملاً بسته (شکل 3 با برچسب B) تغییر میکنند.
Blowdown:
دمش یک شیر تسکین (شکل 3 با برچسب F) بسیار باریکتر از یک شیر اطمینان (شکل 3 با برچسب G) است. این بدان معنی است که بین فشار تنظیم شده و فشار بسته شدن تفاوت بسیار کمتری وجود دارد، به این معنی که سریعتر بسته میشود.
فشار مجدد:
فشار مجدد (شکل 3 با برچسب C)، همچنین به عنوان فشار بسته شدن معرفی میشود، فشاری است که در آن شیر مسدود میشود. دریچههای کمکی به طور متناسب، نزدیک فشار معین مسدود میشوند (شکل 3 با برچسب D). در حالی که شیرهای اطمینان بیشتر از فشار معین مسدود میشوند.
حداکثر فشار تخلیه:
شیرهای کمکی نزدیک به حداکثر فشار کاهش دهنده شروع به مسدود شدن میکنند (شکل 3 با برچسب E)، در حالی که شیرهای اطمینان بسیار دورتر از حداکثر فشار کاهش دهنده مسدود میشوند.
جوشیدن:
سوپاپهای ایمنی دارای مقدار دمکردن گستردهای هستند (شکل 3 با برچسب H)، که تجمعی است که دریچه باز میشود.
شکل 3: جریان تخلیه برای شیرهای تسکین (1) و شیرهای اطمینان (2). این شیرها به طور متناوب بین کاملاً باز (A) و کاملاً مسدود (B) قرار میگیرند. سایر ویژگی های مهم عبارتند از: فشار مجدد (C)، فشار تنظیم شده (D)، حداکثر فشار کاهش دهنده (E)، دمیدن (F و G)، و مقدار جوشیدن (H).
معیارهای انتخاب شیر فشار شکن
هنگام انتخاب شیر فشار شکن، معیارهای زیر را در نظر بگیرید.
حداقل/حداکثر فشار کاری:
اطمینان حاصل کنید که شیر تسکین دهنده با محدودیت های فشار سیستم سازگار است.
مواد بدنه و مهر و موم:
اطمینان حاصل کنید که اجزای شیر کمکی با رسانه سازگار هستند.
جریان تخلیه:
اطمینان حاصل کنید که شیر تسکین اندازه مناسبی دارد تا در یک سناریوی شدید به اندازه کافی تخلیه شود.
قابل تنظیم/غیر قابل تنظیم:
در صورتی که فشار تنظیمی مورد نظر ناشناخته باشد یا احتمالاً در طول عمر شیر تغییر کند، یک شیر تسکین قابل تنظیم سودمند است.
نصب شیر فشار شکن
شیرهای کاهش فشار در پایین دست مناطق پرفشار در یک سیستم بهترین عملکرد را دارند. یک کاربرد متداول نصب یک شیر تخلیه در نزدیکی تخلیه پمپ است.
سوالات متداول شیر فشار شکن
آیا شیر فشارشکن را کاهش میدهد؟
بله، اما این تنها زمانی اتفاق میافتد که فشار از فشار تنظیمی بیشتر شود. در حین کار عادی، فشارها نباید از سطح معین تجاوز کنند و شیر تسکین بسته باقی میماند.
هنگام انتخاب شیر فشارشکن باید به چه نکاتی توجه کنید؟
حداکثر جریان، حداکثر فشار و ماهیت محیط. رسانه های خورنده ممکن است به مهر و موم، دیافراگم یا بدنه متفاوتی نیاز داشته باشند. اطمینان حاصل کنید که شیر تأییدیه های مورد نیاز برای درخواست شما را دارد.
آیا شیرهای فشار شکن میتوانند از چکش آب جلوگیری کنند؟
بله - مدل های خاصی میتوانند. برای اجتناب کامل از چکش آبی، از مدل خاصی استفاده کنید که بتواند هم اختلاف جریان بالا و هم اختلاف فشار را که در یک سناریوی چکش آبی رایج است، در خود جای دهد.
آیا استفاده از شیرهای فشار شکن/سرریز در بای پس مضراتی دارد؟
بزرگترین عیب از هدر رفتن انرژی است. هر چیزی که از طریق شیر پمپاژ میشود، طبق تعریف در پایین دست استفاده نمیشود. برای انفجارهای کوتاه، این معمولاً مشکلی نیست.
منبع
