valves (شیرآلات صنعتی)

Valves در صنعت نفت و گاز برای لوله های که در آنها سیال جاریست، لازم است تا شدت جریان ، فشار و دمای جریان کنترل شود. در این موارد با توجه به مسایلی که گفته خواهد شد از شیر های مختلفی استفاده می شود. یک شیر باعث به وجود آمدن مقداری مقاومت بر سر راه جریان خواهد شد که البته مقاومت یک شیر ایده آل صفر است که وظایف عمده ولوها موارد زیر است:

- قطع و وصل کردن جریان سیال
- تنوع در مقدار جریان سیال
- کنترل کردن جهت جریان سیال
- تنظیم کردن جریان پشتی یا فشار سیستم
- آزاد کردن قطعات و پایپینگ از فشار اضافه

ولو ها دارای ساختمانی متفاوت با یکدیگد هستند و بر حسب کاربردشان در شرایط ها مختلف و نوع سیال و انتظاراتی که از آنها میرود طبقه بندی میشوند. اما در حالت کلی می توان قطعاتی را که به طور عمومی در آنها وجود دارد را بررسی کرد در ادامه به معرفی اجزای مختلف ولو عمومی پرداخته می شود :

1- بدنه یا Body

بدنه همان پوسته خارجی ولو است که اجزای ولو درون آن قرار داده میشوند. در واقع نمای ظاهری و کلی از ولو که دیده میشود همان پوسته است. جنس پوسته میتواند پلاستیک و یا از فلز باشد. برنز ، چدن ، برنج، فولاد ، خصوصا" فولاد Stainless Steal فلزاتی هستند که در ساخت بدنه ولو کاربرد دارند.

بدنه، اولین جایی از ولو است که تحت فشار قرار می گیرد، در جایی که به پایپینگ وصل می شود در برابر بارهای فشاری مقاومت از خود نشان می دهد . ابتدا و انتهای بدنه ممکن است بوسیله پیچ شدن (threaded) یا از طریق جوش به پایپینگ وصل شود. بدنه ولو در اشکال مختلف توسط ماشین کاری و یا توسط ریخته گری ساخته میشود. اگرچه شکل کره ای یا استوانه ای بدنه ولو برای مقاومت ولو در برابر فشار از لحاظ اقتصادی به صرفه ترین هست، اما ملاحضات دیگری نیز وجود دارد. بسیاری از ولوها به یک قسمت برای نگهداری seat ولو احتیاج دارند که اریفیس است.در ولو بسته، اندازه گیری مقدار بارهای فشاری وارد بر بدنه ولو بسیار سخت است. اتصالات انتهایی در ولوها ، بارها را از حالت عادی خود در بدنه های کره ای یا اشکال پیچیده تر خارج می کند. ساخت آسان ، اسمبلی کردن و قیمت از دیگر ملاحضات مهم است. بنابراین شکل اصلی بدنه ولو کروی نیست، اما از شکل ساده و بسته تا شکل پیچیده و ترکیبی که بستگی به سرپوش (bonnet) دارد که دارای قسمت جداشونده است و برای مقاومت برای فشارهای بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد، وجود دارد.

تنگ شدگی مسیر سیال (اثر ونتوری) معمولا یک روش قابل قبول برای کاهش اندازه و قیمت یک ولو است. در نمونه های دیگر قسمت انتهایی برای اتصال ولو به خطوط بزرگتر به ولو اضافه می شود.

2- سرپوش یا bonnet

پوششی برای باز کردن ولو . در بعضی طراحی ها بدنه خود به دو قسمت شکافته می شود که به هم دیگر پیچ می شوند. مانند بدنه ها، سرپوش ها نیز در طراحی ها بسیار متنوع هستند.بعضی از سرپوش ها به عنوان یک پوشش ساده ولو عمل می کنند، در حالیکه سرپوش های دیگر اجزای داخلی و فرعی نظیر stem ، دیسک و عملگر را تحمل می کنند. سر پوش ولو دومین جایی از ولو است که تحت فشار قرار می گیرد. سرپوش از همان جنس بدنه است و به صورت ماشین کاری یا به صورت ریخته گری ساخته می شود و بوسیله پیچ یا جوش به بدنه متصل می شود. در تمام موارد محل اتصال سرپوش و بدنه به عنوان کرانه فشاری در نظر گرفته می شود. پیچها و جوشهایی که بدنه و سرپوش را بهم متصل میکنند به عنوان اجزایی که که در برابر فشار مقاومت میکنند و محکم هستند شناخته می شوند. سرپوش ولو در اکثر ولو ها یک قسمت مهم محسوب می شوند. سرپوش ولوها می توانند فرایند ساخت آنها را پیچیده تر کنند، اندازه ولو را افزایش دهند، به عنوان قسمت گران ولو شناخته شوند. و همچنین به عنوان جایی که پتانسیل نشتی را دارند شناخته می شوند.

3- Trim

اجزای داخلی ولو را مجموعا تریم (trim) ولو می گویند. تریم معمولا شامل دیسک، سیت seat ، stem و sleeve ها می باشد. عملکرد یک ولو توسط مجرای بین دیسک و seat اندازه گیری می شود و در واقع به موقعیت دیسک نسبت به seat بستگی دارد. به خاطر وجود تریم (trim) حرکت پایه ای و کنترل جریان امکان پذیر است. در جاهایی که تریم (trim) برای حرکت چرخشی طراحی شده است دیسک به دقت دور seat می چرخد تا در مقدار جریان تغییر ایجاد کند. در جاهایی که تریم (trim) برای حرکتهای خطی طراحی شده است دیسک به طور عمودی در بالای seat حرکت می کند، تا اینکه یک سوراخ حلقه ای بوجود آید.

4- دیسک

در یک ولو که دارای سرپوش (bonnet) است، دیسک سومین قسمتی است که تحت فشار قرار می گیرد. دیسک این قابلیت را فراهم می کند که اجازه عبور را به سیال بدهیم یا آن را از عبور منع کنیم. وقتی که دیسک بسته است تمام فشار سیستم بر روی صفحه دیسک است اگر در طرف خروجی دیسک فشاری نداشته باشیم. بنابراین دیسک به عنوان یک قسمت محکم در برابر فشار شناخته می شود. دیسک ها معمولا ماشین کاری می شوند و گاهی آنها را سطح سختی نیز می کنند تا قابلیت بالایی در مقابل فرسایش و خوردگی داشته باشند. یک سطح خوب برای دیسک در جایی که با سیت در تماس است لازم می باشد تا بتواند وقتی که ولو بسته است کار آب بندی را خوب انجام دهد.

5-سیت Seat

سیت (seat) ها یا رینگهای آب بند (seal ring) محل نشیمنگاه (جایی که دیسک باید قرار بگیرد) را برای دیسک مهیا می کنند. در بعضی از طراحی ها بدنه برای اینکه به عنوان seat مورد استفاده قرار گیرد ماشین کاری می شود در این مواقع دیگر نیازی به استفاده از seal ring نیست. در تعدادی دیگر از طراحی ها ، seal ring ها ماشین کاری می شوند و به وسیله پیچ (threaded) یا جوش به بدنه وصل می شوند و با این کار سطح نشیمنگاه مهیا می شود. برای افزایش مقاومت سایشی seal ring ها ، سطحی که در تماس است توسط جوش کاری و ماشین کاری، سخت کاری می شود. یک سطح خوب برای seat در مواقع که ولو بسته است بسیار ضروری است تا بتواند آب بندی را به خوبی انجام دهد Seal ringها معمولا به عنوان اجزایی که در مقابل فشار محافظ ولو هستند شناخته نمی شوند چون ضخامت بدنه به اندازه ای است که بدون در نظر ضخامت seal ring نیز بتواند در برابر فشارها مقاوم باشد.

5- عملگر actuator

عملگر باعث عمل کردن stem و دیسک می شود. یک actuator ممکن است به صورت یک هندویل دستی، اهرم دستی، موتور الکتریکی، عملگری سلنوئیدی، پناموتیک و یاهیدرولیکی باشد. در بعضی از طراحی ها عملگر (actuator) به وسیله سرپوش (bonnet) نگه داشته می شود.
در طراحی های دیگر yoke در بالای درپوش (bonnet) تعبیه شده است که برای نگه داشتن عملگر (actuator) از آنها استفاده می شود. به جز در برخی ولوهای هیدرولیکی در بقیه آنها عملگر (actuator) در منطقه ای که فشار در آن وجود دارد مورد استفاده قرار نمی گیرد.

6- Stem

Stem که عملگر (actuator) را به دیسک وصل می کند، مسئول تعیین مکان دیسک ولو می باشد. Stem معمولا ماشین کاری شده است و توسط ترد (threaded)یا جوش به دیسک وصل می شود. برای اینکه از نشتی در اطراف stem جلوگیری شود نیاز به پکینگ است و جلوگیری از نشتی در stem بسیار ضروری است. Stem نیز به عنوان یک قسمتی که از ولو در برابر فشارها محافظت می کن در نظر گرفته نمی شود.

اتصال دیسک به stem می تواند شامل مقداری لقی و چرخش باشد برای اینکه قرارگیری آن بر روی seat بهترانجام شود. و stem ممکن است به اندازه ای انعطاف پذیر باشد که به دیسک این اجازه را بدهد که روی seat قرار گیرد. به هر حال لرزش ثابت یا چرخش انعطاف پذیر یا لرزش دسک متصل شده می تواند باعث از بین رفتن دیسک و یا اتصال آن به stem شود. دو نوع stem وجود دارند یکی stem بالارونده و یکی stem غیر بالارونده. همانطور که در شکل 2 و 3 نشان داده شده است با نگاه کردن به اشکال می شود این دو نوع stem را از هم تشخیص داد. برای stem بالارونده stem در هنگام باز شدن ولو از بالای عملگر (actuator) به بالا می رود و از آن خارج می شود. و این به دلیل رزوه بودن stem است که با bushing که ترد شده و بر روی yoke وجود دارد همگام شده است.

7- پکینگ packing

اکثر ولوها از پکینگ برای جلوگیری از نشتی ناشی از فضای موجود بین stem و bonnet استفاده می کنند. پکینگ معمولا دارای مواد الیافی و یا مواد ترکیبی مانند تفلون استفاده می شود که این باعث ایجاد آب بندی بین قطعات داخلی و خارجی ولو می شود. پکینگ ولو باید به درستی و دقت فشرده شود تا هم از اتلاف سیال جلوگیری کند و هم باعث آسیب دیدن stem نشود. اگر پکینگ بیش از اندازه شل و سست باشد باعث نشتی در ولو می شود که این از لحاظ ایمنی یک خطر است. اگر پکینگ زیادی سفت باشد باعث سخت تر شدن حرکت می شود و همچنین ممکن است به خرابی stem نیز منجر شود.

8- Port

مسیر ورودی و خروجی ولو است که معمولا به لوله یا درام و یا تجهیزی وصل می شود.

9- Gasket

به منظور جلوگیری از نشتی، در محل ورود استم stem به بانت bonnet ، لازم است در فاصله بین استم و بانت تمهیداتی اتخاذ شود. با قرار دادن Gasket در این قسمت ضمن اینکه استم قادر به حوکت می باشد، آب بندی نیز انجام می شود.