صمامات التحكم

تشرح هذه الوحدة بإيجاز المكونات الأساسية للأنواع المختلفة من صمامات التكم ذات الحركة الخطية والدوّارة المتاحة للاستخدام في أنظمة البخار والمياه.

الوحدة 6 من حلقة البخار والمكثف تنظر في الجوانب العملية للتحكم، موضوعًا نظرية التحكم الأساسية المُناقَشة في الوحدة 5 موضع التنفيذ.

يتكون نظام التحكم الأساسي عادةً من المكونات التالية:

• صمامات التحكم.
• المُنشِّئات.
• المُنشِّئات (المتحكمات).
• أجهزة الاستشعار. جميع هذه المصطلحات عامة ويمكن أن يتضمن كل منها العديد من التغيرات والخصائص. مع تقدم التكنولوجيا، الخط الفاصل بين الأجهزة الفردية وتعريفاتها يصبح أقل وضوحًا. ومع ذلك، لأسباب التوضيح، كل جهاز يُناقَش على حدة.

صمامات التحكم

بينما توجد مجموعة متنوعة من أنواع الصمامات، ستركز هذه الوثيقة على تلك الأكثر استخدامًا في التحكم الآلي في البخار والسوائل الصناعية الأخرى. تشمل:

• أنواع الصمامات ذات حركة المحور الخطية والدوّارة.
• الأنواع الخطية تشمل صمامات الكرة وصمامات الانزلاق.
• الأنواع الدوّارة تشمل صمامات الكرة وصمامات الفراشة وصمامات السدادة ومتغيراتها. أول خيار يجب اتخاذه هو بين صمامات ثنائية وثلاثية المنفذ.
• صمامات ثنائية المنفذ “تقيّد” (تُضيّق) السائل المتدفق عبرها.
• صمامات ثلاثية المنفذ يمكن استخدامها “لخلط” أو “تحويل” السائل المتدفق عبرها.

صمامات ثنائية المنفذ

صمامات الكرة تُستخدم صمامات الكرة بشكل متكرر لتطبيقات التحكم بسبب ملاءمتها لتقييد التدفق وسهولة إعطائها “خاصية” محددة تربط فتحة الصمام بالتدفق. يُوضَّح نوعان نموذجيان من صمامات الكرة في الشكل 6.1.1. مُنشِّئ مُقترن بمحور الصمام سيوفر حركة الصمام.

المكونات الرئيسية لصمامات الكرة هي:

• الجسم.
• الغطاء.
• مقعد الصمام وسدادة الصمام، أو الغلاف.
• محور الصمام (الذي يتصل بالمُنشِّئ).
• ترتيب الختم بين ساق الصمام والغطاء. الشكل 6.1.2 هو تمثيل مخطط لصمام كرة ثنائي المنفذ بمقعد واحد.

الفرق في الضغط بين المدخل (P1) والمخرج (P2) للصمام، الذي يجب أن يُغلق الصمام ضده، يُعرف بفرق الضغط (ΔP). أقصى فرق ضغط يمكن للصمام الإغلاق ضده سيعتمد على حجم ونوع الصمام والمُنشِّئ الذي يشغله.

بشكل عام، يمكن تحديد القوة المطلوبة من المُنشِّئ باستخدام المعادلة 6.1.1.

في نظام بخار، يُفترض أن أقصى فرق ضغط هو نفسه الضغط المطلق الصاعد. هذا يسمح بظروف تفريع محتملة في مصب الصمام عند إغلاقه.

إذا استُخدم صمام أكبر بفوهة أكبر لتمرير أحجام أكبر من الوسيط، فسيزداد أيضًا القوة التي يجب أن يبذلها المُنشِّئ لإغلاق الصمام. حيث يجب تمرير سعات كبيرة باستخدام صمامات كبيرة، أو حيث توجد فروق ضغط عالية جدًا، ستصل إلى نقطة يصبح فيها توفير قوة كافية لإغلاق صمام تقليدي بمقعد واحد غير عملي. في مثل هذه الظروف، الحل التقليدي لهذه المشكلة هو صمام ثنائي المنفذ بمقعد مزدوج. كما يوحي اسمه، الصمام ذو المقعد المزدوج له سدادتان على محور مشترك، مع مقعدي صمام.

ومع ذلك، توجد مشكلة محتملة مع أي صمام ذي مقعد مزدوج. بسبب تسامحات التصنيع ومعاملات التمدد المختلفة، قليل من الصمامات ذات المقعد المزدوج يمكن ضمان إحكام إغلاقها.

إحكام الإغلاق

يُصنَّف تسريب صمام التكم بالنسبة لكمية تسريب الصمام عند إغلاقه بالكامل. معدل التسريب عبر صمام ذي مقعد مزدوج قياسي هو على الأفضل من الدرجة الثالثة (تسريب 0.1% من التدفق الكامل).

صمامات ذات مقعد واحد متوازنة

بسبب مشكلة التسريب المرتبطة بالصمامات ذات المقعد المزدوج، عندما يُشترط إحكام إغلاق، يجب تحديد صمام بمقعد واحد. القوى المطلوبة لإغلاق صمام كرة بمقعد واحد تزداد بشكل كبير مع حجم الصمام.

صمامات الانزلاق، ذات المحور

تميل صمامات الانزلاق إلى أن تأتي بتصميمين مختلفين؛ نوع البوابة المُخروطية ونوع الانزلاق المتوازي. كلا النوعين مناسبان جدًا لعزل تدفق السائل.

الصمامات الدوّارة

الصمامات الدوّارة، تُسمى غالبًا صمامات الربع لفة، تشمل صمامات السدادة وصمامات الكرة وصمامات الفراشة. جميعها تتطلب حركة دوّارة للفتح والإغلاق.

صمامات السدادة المُتداخلة

يُظهر الشكل 6.1.6 صمام سدادة مُتداخل نموذجي.

صمامات الكرة

يُظهر الشكل 6.1.7 صمام كرة يتكون من كرة كروية موضحة بين حلقتين ختم في شكل جسم بسيط.

صمامات الكرة وسيلة اقتصادية لتوفير تحكم مع إحكام إغلاق للعديد من السوائل.

صمامات الفراشة

الشكل 6.1.8 مخطط تخطيطي بسيط لصمام فراشة، يتكون من قرص يدور في محامل.

تقليديًا، كانت صمامات الفراشة محدودة بضغوط ودرجات حرارة منخفضة. حاليًا، تتوفر صمامات بمقاعد درجة حرارة أعلى أو مقاعد معدنية ذات جودة عالية ومُصنَّعة بشكل خاص.

الخيارات

هناك دائمًا عدد من الخيارات للنظر فيها عند اختيار صمام تحكم. لصمامات الكرة، تشمل خيار مادة حشو غلاف المحور وتكوينات حشو الغلاف.

لدى الصمامات أيضًا طرق مختلفة لتوجيه سدادة الصمام داخل الجسم.

ملخص صمامات ثنائية المنفذ المستخدمة للتحكم الآلي

النوع الأكثر استخدامًا لصمامات التحكم الآلي لعمليات وتطبيقات البخار هو صمام الكرة. من السهل تشغيله نسبيًا، وهو متعدد الاستخدامات، ولديه خصائص متأصلة مناسبة لاحتياجات التحكم الآلي في البخار.

صمامات ثلاثية المنفذ

يمكن استخدام صمامات ثلاثية المنفذ إما لخدمة الخلط أو التحويل حسب ترتيب السدادة والمقعد داخل الصمام.

صمامات المكبس

هذا النوع من الصمامات لديه مكبس أجوف (الشكل 6.1.12)، يُحرَّك لأعلى ولأسفل بواسطة المُنشِّئ.

صمامات الكرة ثلاثية المنفذ (تُسمى أيضًا ‘رفع ووضع’)

هنا، يدفع المُنشِّئ قرصًا أو زوجًا من سدادات الصمام بين مقعدين (الشكل 6.1.13).

ملاحظة: تُحقَّق خاصية خطية عن طريق تشكيل تنورة السدادة (انظر الشكل 6.1.14).

صمام ثلاثي المنفذ بالحذاء الدوّار

هذا النوع من الصمامات يستخدم حذاءً دوّارًا يتحرك عبر أسطح المنافذ.

استخدام صمامات ثلاثية المنفذ

ليست جميع الأنواع يمكن استخدامها لكل من خدمات الخلط والتحويل. يُظهر الشكل 6.1.16 التطبيق الخاطئ لصمام كرة مُصنَّع كصمام خلط لكن مُستخدم كصمام تحويل.

التدفق الداخل إلى الصمام عبر المنفذ AB يمكن أن يخرج من أي من مخرجي A أو B، أو قد يخرج جزء من كل. مع فتح المنفذ A وإغلاق المنفذ B، يُطبَّق فرق الضغط على جانب واحد من السدادة.

عندما يُغلق المنفذ A، يُفتح المنفذ B، ويُطبَّق فرق الضغط عبر الجانب الآخر من السدادة.

في الدوائر المغلقة، من الممكن استخدام صمامات خلط أو تحويل، حسب تصميم النظام.