صمامات الفراشة الهيدروليكية: أين تُستخدم ولماذا

صمامات الفراشة الهيدروليكية تُستخدم هذه الصمامات في الصناعات التي تتطلب تشغيلًا عالي العزم بربع دورة. وتُستخدم بشكل رئيسي في توليد الطاقة، والبتروكيماويات، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وشبكات الحماية من الحرائق، وذلك نظرًا لمحدودية المساحة أو التكلفة. 

وهي مفيدة في هذه الصناعات ذات الخطوط ذات الأقطار الكبيرة للتحكم السريع في السوائل وعزلها. 

تتناول هذه المقالة كيفية عمل صمامات الفراشة الهيدروليكية، ومؤشرات أدائها، ولماذا يختارها المهندسون للتحكم الحرج في التدفق

ما هو صمام الفراشة الذي يعمل بالهيدروليك؟

صمام الفراشة الهيدروليكي هو نوع من الصمامات التي تستخدم الضغط الهيدروليكي للتشغيل. يمكنه الدوران ربع دورة. يُركّب هذا الصمام على أنبوب.

يتم توفير الطاقة للصمام بواسطة أسطوانة هيدروليكية أو مشغل ريشي. وهذا يولد عزم دوران أعلى بكثير مقارنة بعزم الدوران الذي تنتجه المحركات الكهربائية.

عادةً ما يكون جسم الصمام مصنوعاً من الفولاذ المصبوب أو الحديد المطاوع أو الفولاذ المقاوم للصدأ. وهذا النوع من الفولاذ يتحمل الضغوط العالية ودرجات الحرارة المرتفعة والبيئات المسببة للتآكل.

مبدأ عمل نظام التشغيل الهيدروليكي

ال مشغل هيدروليكي يعتمد النظام على مبدأ عمل بسيط يعتمد على الضغط. يُضخ الزيت الهيدروليكي إلى الأسطوانة، ثم يؤثر هذا الزيت على المكبس. بعد ذلك، يُحوّل المكبس حركته الخطية إلى حركة دورانية عبر ذراع التدوير أو آلية التروس. ونتيجة لذلك، يؤدي دوران ساق الصمام إلى دوران قرص الفراشة.

يمكن للمهندسين الاختيار من بين تكوينين رئيسيين:

1. مفعول مزدوجيتحكم الضغط الهيدروليكي في كل من الفتح والإغلاق. وهذا يوفر تحديدًا دقيقًا ومتكررًا للمواقع في جميع الزوايا.
2. عودة الربيعيُثبّت نابض الصمام في وضعية معينة، بينما يُحرّكه الضغط الهيدروليكي في الاتجاه المعاكس. وفي حال انقطاع الطاقة الهيدروليكية، يُعيد النابض الصمام إلى وضعه الآمن.

تقوم وحدة الطاقة الهيدروليكية (HPU) بتوفير ضغط الزيت. وهي تتضمن مضخة وخزان زيت وصمامات تحكم وأجهزة تخفيف الضغط.

يمكن تركيب وحدة الطاقة الهيدروليكية محليًا أو توصيلها عن بُعد عبر خطوط التحكم. وهذا يدعم التشغيل الكامل الأتمتة الصناعية التكامل مع أنظمة PLC و SCADA.

المزايا الرئيسية مقارنةً بالمشغلات الكهربائية والهوائية

السبب الرئيسي لاختيار المهندسين للتشغيل الهيدروليكي هو عزم الدوران. يمكن لهذا النوع من المشغلات توليد قوة كبيرة حتى في وحدة هيكلية صغيرة الحجم. 

هذا الأمر بالغ الأهمية بالنسبة لـ صمام فراشة كبير المقاسات. يتطلب صمام DN1200 أو DN2000 في مخرج محطة الضخ عزم دوران هائل للتشغيل ضد ضغط التدفق العالي.

فيما يلي خمس مزايا عملية يقدرها المهندسون:

1. عزم دوران عاليتنتج الأنظمة الهيدروليكية معدلات عزم دوران لا تستطيع المشغلات الكهربائية مجاراتها عند نفس الحجم.
2. التحكم الدقيق في التدفقلا ينضغط الزيت الهيدروليكي. وهذا يمنح القرص وضعًا ثابتًا ومستقرًا عند أي زاوية، بما في ذلك إعدادات الفتح الجزئي للتحكم في التدفق.
3. استجابة سريعةتنتقل تغيرات الضغط في الزيت الهيدروليكي بسرعة عالية. يفتح الصمام أو يغلق في ثوانٍ عندما تتطلب حماية النظام ذلك.
4. آمن في المناطق الخطرة: لا يحتوي النظام الهيدروليكي على كهرباء في مشغله. وهذا يسمح باستخدام النظام في بيئات قابلة للاشتعال مثل مصانع البتروكيماويات.
5. عمر خدمة طويل: تتمتع المكابس والأختام الهيدروليكية عموماً بعمر أطول من عمر ملفات المحركات الكهربائية.

يقارن الجدول أدناه بين أنواع المشغلات المختلفة:

جدول مقارنة المحركات

التطبيقات الصناعية للصمامات الفراشية التي يتم التحكم فيها هيدروليكيًا

تُستخدم صمامات الفراشة التي يتم التحكم فيها هيدروليكيًا في الصناعات التي تكون فيها خطوط الأنابيب كبيرة، أو الضغوط عالية، أو يجب أن يكون الإغلاق الطارئ سريعًا.

محطات الضخ وأنظمة إمداد المياه

أ مشغل هيدروليكي يوجد في محطات الضخ البلدية حيث تتدفق كميات كبيرة من المياه يوميًا عبر أنابيب يتراوح قطرها من 600 إلى 2000 ملم. 

يجب أن تفتح صمامات المخرج ببطء لمنع ارتفاع الضغط المفاجئ، وأن تغلق بسرعة عند تعطل المضخات بشكل غير متوقع. يوفر المشغل حركة ثنائية السرعة مضبوطة: فتح بطيء، وإغلاق طارئ سريع للسماح بحدوث ذلك. 

يحمي هذا تركيبات الأنابيب والمعدات الموجودة في اتجاه مجرى المياه وغلاف المضخة من أضرار الطرق المائية.

محطات حفظ المياه والطاقة الكهرومائية

تستخدم هياكل مآخذ الطاقة الكهرومائية صمامات الفراشة كصمامات عزل أساسية على أنابيب التوربينات.

تعمل هذه الأنابيب تحت ضغوط تتراوح من 50 إلى أكثر من 200 متر. يجب أن يتحمل الصمام الضغط الساكن الكامل عندما تكون التوربينة خارج الخدمة.

أثناء بدء تشغيل التوربين، يقوم المهندسون أولاً بفتح صمام جانبي صغير لمعادلة الضغط عبر القرص. ثم يفتح صمام الفراشة الرئيسي الذي يتم التحكم فيه هيدروليكيًا بالكامل.

يُعد الإغلاق على مرحلتين إجراءً قياسياً: حركة أولية سريعة، ثم إغلاق نهائي بطيء ومتحكم فيه لمنع ارتفاعات الضغط المفاجئة.

خطوط أنابيب البتروكيماويات والنفط والغاز

تتطلب خطوط نقل النفط الخام الرئيسية، وأنظمة نقل غاز البترول المسال، وأنابيب عمليات التكرير صمامات تتعامل مع الهيدروكربونات بأمان.

غالباً ما يتم استبعاد المشغلات الكهربائية من المناطق المصنفة من الفئة 1 والفئة 2 ما لم يتم توفير حماية خاصة لها.

لا تشكل المشغلات الهيدروليكية أي خطر لحدوث شرارة عند الصمام. وهي تتكامل مع وحدات الطاقة الهيدروليكية المقاومة للانفجار الموجودة في مناطق آمنة.

تستخدم صمامات القطاعات الآلية في خطوط الأنابيب الطويلة صمامات هيدروليكية للعزل السريع أثناء تمزق خطوط الأنابيب أو الصيانة المجدولة.

محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية

غالباً ما تصل بوابات مدخل الصرف الصحي الرئيسية وخطوط أنابيب معالجة الحمأة إلى DN800 إلى DN1600 في المنشآت الكبيرة.

تُعرّض ظروف التشغيل هذه الصمامات للمواد الصلبة الكاشطة والغازات المسببة للتآكل والتشغيل المتكرر.

صمامات الجسم المصنوعة من الحديد الزهر أو الحديد المطاوع مع بطانات المقعد المصنوعة من مادة EPDM أو NBR تتحمل هذه البيئة بشكل جيد.

يوفر المحرك الهيدروليكي عزم الدوران اللازم لتثبيت الجهاز على المواد الصلبة دون إجهاد المشغل بشكل مفرط.

أنظمة توليد الطاقة ومياه التبريد

تقوم محطات الطاقة الحرارية والنووية بتدوير كميات كبيرة من مياه التبريد عبر صمامات الدخول والخروج للمكثف.

على الرغم من أن تشغيل هذه الصمامات قد لا يكون متكرراً، إلا أن إغلاقها أثناء عمليات الإغلاق الطارئ هو شرط أساسي.

يمكن تحقيق ذلك باستخدام مشغلات الإرجاع الزنبركية الهيدروليكية.

سيناريو المشروع: تحديث محطة ضخ تابعة لهيئة مياه بلدية

إليكم مثالاً على كيفية تعامل شركة TG Valve مع متطلبات المشاريع المعقدة من خلال تقديم مجموعة كاملة من مشغلات هيدروليكية.

مشكلة:

احتاجت هيئة مياه إقليمية إلى تحديث خمس محطات ضخ عالية الرفع تغذي خط نقل رئيسي بقطر 1400 مم. تطلبت كل محطة صمامات عزل جديدة للمخرج قادرة على تحمل ضغط تشغيل يصل إلى 2.5 ميجا باسكال وعزم فصل يصل إلى 1.8 ميجا نيوتن متر. كما طلبت الهيئة نظام تحكم آلي لفتح وإغلاق الصمامات مدمج مع نظام سكادا الخاص بها.

دقة:

قام الفريق الهندسي لشركة TG Valve بمراجعة بيانات التدفق، وهندسة الأنابيب، وبنية التحكم. وأوصى الفريق باستخدام صمامات فراشة مزدوجة الحواف بقطر 1400 مم مصنوعة من الحديد المطاوع مع أقراص من الفولاذ المقاوم للصدأ ومقاعد من مادة EPDM.

كل صمام مزود بمشغل أسطواني هيدروليكي مزدوج الفعل، ولوحة تحكم محلية لوحدة الطاقة الهيدروليكية، وجهاز إرسال موضع 4-20 مللي أمبير لتغذية نظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA) بالمعلومات. وتحتوي لوحات التحكم لوحدة الطاقة الهيدروليكية على مُجمِّع يسمح بثلاث دورات فتح وإغلاق كاملة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

تولت شركة TG Valve مسؤولية تحديد حجم الصمامات، وحسابات عزم دوران المشغلات، ومواصفات وحدة الضغط الهيدروليكي، ودعم التركيب الميداني.

صمام الفراشة ذو الحافة المزدوجة والإزاحة الثلاثية

أنواع اتصال العملية: نوع الشفة المزدوجة
أبعاد الشفة: ANSI B16.5A

عرض المنتج

حصيلة:

دخلت المحطات الخمس حيز التشغيل ضمن الجدول الزمني للمشروع. ويقوم المشغلون الآن بفتح وإغلاق كل صمام من محطة عمل نظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA) المركزية في أقل من 30 ثانية.

لم تتكرر حوادث الطرق المائية التي ألحقت الضرر بالصمامات السابقة منذ بدء التشغيل.

خاتمة

صمامات الفراشة الهيدروليكية تُستخدم هذه الصمامات في محطات الضخ، ومآخذ الطاقة الكهرومائية، والبنية التحتية للبتروكيماويات، حيث يكون عزم الدوران العالي عند بدء التشغيل والتشغيل الآمن في حالة الأعطال أمراً ضرورياً. يُنصح باستخدام هذا النوع من الصمامات كلما كان تعطل التحكم في التدفق أمراً بالغ الأهمية.

يوفر التشغيل الهيدروليكي نسب عزم دوران إلى حجم أعلى، وأوقات استجابة أسرع، وتحديد مواقع دقيق مقارنة بالبدائل الكهربائية أو الهوائية.

تقوم شركة TG Valve بتصنيع صمامات ذات أقطار كبيرة،, صمام عزم دوران عالي نُصمّم حلولاً متكاملة للتشغيل الهيدروليكي. نستخدم آلات CNC خماسية المحاور للحفاظ على دقة تصنيع تصل إلى ±0.01 مم وتشطيب Ra0.4. يضمن ذلك إحكامًا تامًا ومنعًا للتسرب، بالإضافة إلى أداء مثالي للصمامات تحت ضغط عالٍ ودورات تشغيل متكررة. 

تم تصميم جميع الصمامات واختبارها وفقًا لمعايير AWWA C504 أو API 609 للتحكم في التدفق ذي القطر الكبير.