شیرهای پروانهای هیدرولیکی در صنایعی که به تحریک ربعچرخشی با گشتاور بالا نیاز است، استفاده میشوند. این شیرها عمدتاً در تولید برق، پتروشیمی، تهویه مطبوع و خطوط لوله آتشنشانی به دلیل محدودیتهای فضا یا هزینه استفاده میشوند.
آنها در این صنایع با خطوط با قطر بزرگ برای کنترل سریع و جداسازی مایعات مفید هستند.
این مقاله به بررسی نحوه عملکرد شیرهای پروانهای هیدرولیکی، معیارهای عملکرد آنها و اینکه چرا مهندسان آنها را برای کنترل جریان بحرانی انتخاب میکنند، میپردازد.
شیر پروانهای هیدرولیکی چیست؟
شیر پروانهای هیدرولیکی نوعی شیر است که از فشار هیدرولیک برای کار استفاده میکند. این شیر میتواند یک چهارم دور بچرخد. این شیر روی یک لوله نصب میشود.
نیروی این شیر توسط یک سیلندر هیدرولیک یا محرک پره تأمین میشود. این امر گشتاور بسیار بالاتری در مقایسه با گشتاور تولید شده توسط موتورهای الکتریکی ایجاد میکند.
بدنه این شیر معمولاً از جنس فولاد ریختهگری، چدن داکتیل یا فولاد ضد زنگ است. این جنس میتواند در برابر فشار، دما و مواد خورنده بالا مقاومت کند.
اصول کار سیستم محرک هیدرولیکی
The محرک هیدرولیک این سیستم دارای یک اصل کار ساده با فشار است. روغن هیدرولیک به سیلندر پمپ میشود و سپس این روغن روی پیستون عمل میکند. سپس پیستون از طریق مکانیزم میل لنگ یا چرخ دنده، حرکت خطی را به حرکت چرخشی تبدیل میکند. در نتیجه، چرخش ساقه سوپاپ، دیسک پروانهای را میچرخاند.
مهندسان میتوانند از بین دو پیکربندی اصلی یکی را انتخاب کنند:
- دوکارهفشار هیدرولیک هم باز و هم بسته شدن را کنترل میکند. این امر موقعیتیابی دقیق و قابل تکرار را در تمام زوایا فراهم میکند.
- بازگشت بهاری: یک فنر، شیر را در یک موقعیت نگه میدارد. فشار هیدرولیک آن را در جهت مخالف حرکت میدهد. اگر نیروی هیدرولیک از کار بیفتد، فنر شیر را به حالت ایمن برمیگرداند.
یک واحد نیروی هیدرولیک (HPU) فشار روغن را تأمین میکند. این واحد شامل یک پمپ، مخزن روغن، شیرهای کنترل و دستگاههای کاهش فشار است.
HPU را میتوان به صورت محلی نصب کرد یا از راه دور از طریق خطوط کنترل متصل کرد. این قابلیت از پشتیبانی کامل برخوردار است. اتوماسیون صنعتی قابلیت اتصال به PLC و سیستمهای SCADA.
مزایای کلیدی نسبت به عملگرهای برقی و پنوماتیکی
دلیل اصلی انتخاب محرک هیدرولیکی توسط مهندسان، گشتاور است. این نوع محرک میتواند نیروی زیادی حتی در یک واحد مسکونی جمع و جور تولید کند.
این بیشترین اهمیت را دارد شیر پروانه ای بزرگ اندازهها. یک شیر DN1200 یا DN2000 در خروجی ایستگاه پمپاژ برای کار در برابر فشار جریان بالا به گشتاور عظیمی نیاز دارد.
در اینجا پنج مزیت عملی که مهندسان برای آن ارزش قائلند، آورده شده است:
- خروجی گشتاور بالاسیستمهای هیدرولیک گشتاور نامی تولید میکنند که عملگرهای الکتریکی با اندازه معادل نمیتوانند با آن برابری کنند.
- کنترل دقیق جریانروغن هیدرولیک فشرده نمیشود. این امر به دیسک موقعیتی پایدار و ثابت در هر زاویهای، از جمله تنظیمات نیمهباز برای تنظیم جریان، میدهد.
- پاسخ سریعتغییرات فشار در روغن هیدرولیک با سرعت بالا حرکت میکنند. شیر در صورت نیاز به حفاظت سیستم، در عرض چند ثانیه باز یا بسته میشود.
- ایمن در مناطق خطرناک: سیستم هیدرولیک در محرک خود الکتریسیته ندارد و این امکان را فراهم میکند که سیستم در محیطهای انفجاری مانند کارخانه پتروشیمی مورد استفاده قرار گیرد.
- عمر طولانی: پیستونها و آببندهای هیدرولیک عموماً طول عمر بیشتری نسبت به سیمپیچهای موتورهای الکتریکی دارند.
جدول زیر انواع مختلف محرکها را با هم مقایسه میکند:
جدول مقایسه محرکها
| ویژگی | هیدرولیک | برقی | پنوماتیک |
|---|---|---|---|
| خروجی گشتاور | بسیار بالا | متوسط | متوسط |
| سرعت پاسخ | سریع | آهسته تا متوسط | سریع |
| اندازه لوله مناسب | قطر بزرگ | کوچک تا متوسط | کوچک تا متوسط |
| منطقه امن خطرناک | بله (بدون جرقه) | محدود | بله |
| کنترل دقیق | بالا | بالا | متوسط |
| گزینهی ایمن در برابر خرابی | بازگشت بهاری | بازگشت بهاری | بازگشت بهاری |
| نیاز به تعمیر و نگهداری | متوسط | کم | کم |
کاربردهای صنعتی شیر پروانهای کنترلشده هیدرولیکی
شیرهای پروانهای کنترلشده با هیدرولیک در صنایعی کاربرد دارند که خطوط لوله بزرگ، فشار بالا یا نیاز به بستن سریع در مواقع اضطراری دارند.
ایستگاههای پمپاژ و سیستمهای آبرسانی
الف محرک هیدرولیک در ایستگاههای پمپاژ شهری یافت میشود که حجم زیادی از آب در روز از طریق لولههای DN600 تا DN2000 جریان مییابد.
شیرهای خروجی باید به آرامی باز شوند تا از افزایش ناگهانی فشار جلوگیری شود و در صورت از کار افتادن غیرمنتظره پمپها، سریع بسته شوند. محرک، حرکت دو سرعته کنترلشدهای را فراهم میکند: باز شدن آهسته، بسته شدن اضطراری سریع برای اینکه این اتفاقات رخ دهد.
این امر اتصالات لوله، تجهیزات پاییندستی و محفظه پمپ را از آسیب ناشی از ضربه قوچ محافظت میکند.
ایستگاههای حفاظت از آب و برق آبی
سازههای آبگیر نیروگاههای آبی از شیرهای پروانهای به عنوان شیرهای ایزوله اصلی روی لولههای پنستاک استفاده میکنند.
این لولهها تحت فشار ۵۰ تا بیش از ۲۰۰ متر کار میکنند. شیر باید در هنگام خاموش بودن توربین، فشار استاتیک کامل را حفظ کند.
در هنگام راهاندازی توربین، مهندسان ابتدا یک شیر بایپس کوچک را برای متعادل کردن فشار در سراسر دیسک باز میکنند. سپس شیر پروانهای اصلی که توسط هیدرولیک کنترل میشود، کاملاً باز میشود.
بسته شدن دو مرحلهای استاندارد است: حرکت اولیه سریع، سپس یک آببندی نهایی آهسته و کنترلشده برای جلوگیری از افزایش ناگهانی فشار.
خطوط لوله پتروشیمی و نفت و گاز
خطوط لوله نفت خام، سیستمهای انتقال گاز مایع (LPG) و لولهکشی فرآیندهای پالایشگاهی، همگی به شیرهایی نیاز دارند که هیدروکربنها را با خیال راحت جابجا کنند.
محرکهای الکتریکی اغلب از مناطق طبقهبندیشدهی منطقهی ۱ و منطقهی ۲ مستثنی هستند، مگر اینکه بهطور ویژه محافظت شده باشند.
عملگرهای هیدرولیکی هیچ خطر جرقهای در شیر ندارند. آنها با واحدهای حرارتی ضد انفجار (HPU) که در مناطق امن قرار دارند، ادغام میشوند.
شیرهای قطعهای خودکار در خطوط لوله طولانی از شیرهای هیدرولیکی برای جداسازی سریع در هنگام پارگی خط لوله یا تعمیر و نگهداری برنامهریزیشده استفاده میکنند.
تصفیهخانههای فاضلاب شهری
دریچههای ورودی فاضلاب و خطوط لوله انتقال لجن اغلب در تأسیسات بزرگ به قطر ۸۰۰ تا ۱۶۰۰ میلیمتر میرسند.
این شرایط سرویس، شیرها را در معرض مواد جامد ساینده، گازهای خورنده و چرخههای مکرر قرار میدهد.
شیرآلات با بدنه چدنی یا چدن داکتیل با آستر نشیمنگاه EPDM یا NBR به خوبی از پس این محیط بر میآیند.
درایو هیدرولیکی، گشتاور مورد نیاز برای قرار گرفتن در برابر مواد جامد را بدون ایجاد فشار بیش از حد بر محرک، فراهم میکند.
سیستمهای تولید برق و آب خنککننده
نیروگاههای حرارتی و هستهای مقادیر قابل توجهی از آب خنککننده را از طریق شیرهای ورودی و خروجی کندانسور به گردش در میآورند.
اگرچه ممکن است عملکرد این شیرها مکرر نباشد، اما بسته بودن آنها در حین عملیات خاموش کردن اضطراری یک الزام مطلق است.
این کار را میتوان با محرکهای هیدرولیکی فنر برگشتی انجام داد.
سناریوی پروژه: ارتقاء ایستگاه پمپاژ برای سازمان آب شهری
در اینجا مثالی از چگونگی رویکرد TG Valve به یک الزام پیچیده پروژه با ارائه ... آورده شده است. بسته کامل محرک هیدرولیکی.
مسئله:
یک سازمان آب منطقهای نیاز به ارتقاء پنج ایستگاه پمپاژ با بالابر بالا که یک خط انتقال DN1400 را تغذیه میکنند، داشت. هر ایستگاه به شیرهای ایزوله خروجی جدید نیاز داشت که بتوانند فشار کاری 2.5 مگاپاسکال و گشتاور جداشونده 1.8 میلیون نیوتن متر را تحمل کنند. این سازمان همچنین به کنترل خودکار باز/بسته شدن یکپارچه با سیستم SCADA خود نیاز داشت.
وضوح تصویر:
تیم مهندسی TG Valve دادههای جریان، هندسه لوله و معماری کنترل را بررسی کرد. این تیم شیرهای پروانهای دو فلنجه DN1400 از جنس چدن داکتیل با دیسکهای فولادی ضد زنگ و نشیمنگاههای EPDM را توصیه کرد.
هر شیر با یک محرک سیلندر هیدرولیکی دو طرفه، یک پنل HPU محلی و یک فرستنده موقعیت 4-20 میلی آمپر برای بازخورد SCADA جفت شده است. پنلهای HPU شامل یک انباره بودند تا در طول قطع برق، سه چرخه کامل باز و بسته شدن را فراهم کنند.
TG Valve اندازه گیری شیر، محاسبات گشتاور محرک، مشخصات HPU و پشتیبانی نصب میدانی را انجام داد.
ابعاد فلنج: استاندارد ملی آمریکا (ANSI) - B16.5A
نتیجه:
پنج ایستگاه طبق برنامه پروژه به صورت آنلاین راهاندازی شدند. اکنون اپراتورها میتوانند هر شیر را از ایستگاه کاری مرکزی SCADA در کمتر از 30 ثانیه باز و بسته کنند.
حوادث مربوط به ضربه قوچ که به شیرهای قبلی آسیب رسانده بودند، از زمان راهاندازی تکرار نشدهاند.
نتیجهگیری
شیرهای پروانهای هیدرولیکی برای ایستگاههای پمپاژ، ورودیهای برق آبی و زیرساختهای پتروشیمی که در آنها گشتاور جدایش بالا و عملکرد ایمن در برابر خرابی الزامی است، مشخص شدهاند. این نوع شیر باید هر زمان که خرابی کنترل جریان بحرانی باشد، استفاده شود.
عملگرهای هیدرولیکی در مقایسه با جایگزینهای الکتریکی یا پنوماتیکی، نسبت گشتاور به اندازه بالاتر، زمان پاسخ سریعتر و موقعیتیابی دقیقتری را فراهم میکنند.
TG Valve شیرهایی با قطر بزرگ تولید میکند،, شیر گشتاور بالا طرحها و راهحلهای کامل تحریک هیدرولیکی. ما از CNC های پنج محوره برای حفظ تلرانس ±0.01 میلیمتر و پرداخت Ra0.4 استفاده میکنیم. این امر باعث ایجاد آببندی ضد نشت و عملکرد مناسب شیر در فشار بالا و چرخه کاری بالا میشود.
تمام شیرها مطابق با استانداردهای AWWA C504 یا API 609 برای کنترل جریان با قطر بزرگ طراحی و آزمایش شدهاند.
