منوی دسته بندی

بیشترین مشکلات شیر کنترل ها

مشکلات شیر کنترل

عمده ترین مشکلات در شیرکنترل ها

شیرکنترل ها ممکن است با مشکلات متعددی روبرو شوند که بیشتر آنها قابل پیشگیری یا تعمیر هستند. این مشکلات می تواند شامل چسبندگی اصطکاکی، چشمک زدن،  کاویتاسیون،  جریان خفه،  نویز صوتی،  فرسایش و خوردگی شیمیایی باشد.

شیرهای کنترل در معرض برخی از مشکلات رایج هستند. در این مقاله  به بررسی مشکلات شیر کنترل و راه حل های پیشگیری و حل این مشکلات می پردازیم.

اصطکاک مکانیکی در شیرکنترل 

شیرهای کنترلی دستگاه‌های مکانیکی یا قطعات متحرکی هستند و به همین دلیل در معرض اصطکاک بیشتر ما بین میل سوپاپ و بسته‌بندی میل هستند. نوعی از این اصطکاک ها در بسته بندی سوپاپ، اجتناب ناپذیر است. در برخی از انواع تریم که در آن اجزا باید در سراسر محدوده کامل حرکت ساقه سوپاپ،  از کنار یکدیگر حرکت کنند (مثلاً دریچه های گلوب هدایت شونده با قفس، شیرهای توپی چرخشی) خود تریم اصطکاک بیشتری را فراتر از آن اضافه می کند. که توسط بسته بندی تحمیل می شود.

در فیزیک، اصطکاک در دو دسته بندی  استاتیک و دینامیک طبقه بندی می شود.

  • اصطکاک استاتیک :به عنوان نیروی اصطکاکی که دو جسم ثابت را در کنار هم نگه می دارد. تعریف می شود.
  • اصطکاک دینامیک: به عنوان نیروی اصطکاک تعریف می شود. که از حرکت دو جسم که از کنار یکدیگر می لغزند جلوگیری می کند.
  •  

نکته : اصطکاک استاتیک همیشه از نظر بزرگی بیشتر از اصطکاک دینامیکی است. هر کسی که تا به حال سورتمه را از میان برف یا یخ کشیده است، می‌داند که برای «شکستن» سورتمه از حالت سکون (اصطکاک استاتیک) نیروی بیشتری نسبت به حفظ حرکت آن (اصطکاک دینامیکی) لازم است.

همین امر در مورد اصطکاک در شیر کنترل نیز صدق می کند.  مقدار نیروی مورد نیاز برای غلبه بر اصطکاک استاتیک اولیه (یعنی شروع حرکت ساقه سوپاپ) معمولاً از مقدار نیروی لازم برای حفظ میل سوپاپ در حرکت بیشتر است.

اصطکاک در حرکت سوپاپ Friction in valve movement در شیرکنترل

وجود اصطکاک در یک شیرکنترل نیروی لازم محرک را ، برای ایجاد حرکت سوپاپ افزایش می دهد. اگر محرک الکتریکی یا هیدرولیکی باشد. تنها مشکل واقعی افزایش نیرو، انرژی اضافی مورد نیاز از محرک برای حرکت شیر ​​است. (به یاد بیاورید که کار مکانیکی حاصل زور و جابجایی موازی است) با این حال، اگر محرک پنوماتیک باشد. مشکل جدی تری از اثرات ترکیبی اصطکاک استاتیک و دینامیک ایجاد می شود.

 با یک  مثال از یک “آزمایش فکری” ساده مشکل را شرح  می دهیم.  تصور کنید یک شیر کنترلی هوا به باز و با ساقه کشویی با فشار پایینی که روی محرک پنوماتیک اعمال می شود.

این باید مقدار فشاری باشدکه دریچه در حال باز شدن از حالت کاملاً بسته است. حال تصور کنید به آرامی فشار هوای اعمال شده به محرک را افزایش دهید. این شیر باید چه کار کند؟

اگر کشش فنر به درستی تنظیم شده باشد و اصطکاک ناچیزی در شیر وجود داشته باشد، ساقه باید به آرامی از حالت کاملا بسته بالاتر  برود زیرا فشار بیش از فشار تنظیم شده، روی میز افزایش می یابد.

نکته: اگر اصطکاک قابل توجهی در مجموعه شیر وجود داشته باشد، تفاوت عملکرد را در نظر بگیرید.

Mechanical friction

برای  اینکه ساقه به آرامی و بلافاصله به دلیل اینکه فشار،  از مقدار تعیین شده روی میز بالاتر نرود، این شیر کاملاً بسته می ماند. تا زمانی که فشار اضافی کافی در محرک جمع شود تا نیرویی به اندازه کافی بزرگ برای غلبه بر کشش فنر و اصطکاک دریچه ایجادشود. 

سپس، هنگامی که ساقه از اصطکاک استاتیک “رها می شود” و شروع به حرکت می کند، ساقه شروع به شتاب گرفتن می کند. زیرا نیروی محرک اکنون از مجموع کشش فنر و اصطکاک بیشتر است، زیرا اصطکاک دینامیکی کمتر از اصطکاک استاتیک است. هوای فشرده حبس  شده در محرک  مانند فنرجمع شده رفتار می کند و انرژی ذخیره شده  درون خود را آزاد می کند.

اما با حرکت ساقه، حجم محفظه در دیافراگم یا محرک پیستون افزایش می‌یابد و باعث کاهش فشار شده که باعث کاهش نیروی محرک می‌شود. هنگامی که نیرو به اندازه کافی کاهش یابد، ساقه از حرکت می ایستد و اصطکاک ایستا دوباره آن را چاپ می کند.

ساقه ثابت می ماند تا زمانی که فشار اعمال شده دوباره به اندازه کافی افزایش یابد تا بر اصطکاک استاتیک غلبه کند.  سپس چرخه “لغزش چسب” تکرار می شود.

در مثالی ساده دو سرنگ را به طول لوله وصل کنید، یک سرنگ کاملاً بسته و دیگری باز باشد،مثالی ساده از توضیحات بالاست. به آرامی سرنگ باز را فشرده کنید و فشار هوا برای باز کردن سرنگ دیگر را تماشا کنید.

با افزایش فشار، پیستون حرکت می‌کند، یک پله متوقف می‌شود و فشار برابر می‌شود، سپس دوباره افزایش می‌یابد تا به حرکت بعدی منجر شود.

اگر پاسخ مکانیکی یک محرک پنوماتیکی را با اصطکاک قابل توجه ساقه ترسیم کنیم، چیزی شبیه به زیر می بینیم:
عمده ترین مشکلات شیر کنترل

آنچه که باید یک خط صاف و صاف باشد به یک سری “پله پله” کاهش می یابد زیرا اثر ترکیبی اصطکاک ایستا و دینامیکی، به علاوه اثرات دینامیکی یک محرک پنوماتیکی، باعث می شود که موقعیت دقیق ساقه تقریبا غیرممکن شود. که این عمل را،  stiction می نامند.

وقتی جهت تغییر فشار را معکوس می کنیم، تأثیر اصطکاک بر موقعیت سوپاپ حتی بدتر می شود. فرض کنید پس از رسیدن به موقعیت جدید دریچه در جهت باز شدن، شروع به افزایش فشار پنوماتیک به سمت پایین می کنیم.

به دلیل اصطکاک استاتیک (دوباره)، شیر بلافاصله با حرکت در جهت بسته پاسخ نمی دهد. در عوض، تا زمانی که فشار کافی برای کاهش نیروی محرک تا جایی که نیروی فنر نامتعادل کافی برای غلبه بر اصطکاک ساکن در جهت رو به پایین وجود داشته باشد، ثابت می ماند.

هنگامی که اصطکاک استاتیک غلبه کرد. ساقه شروع به شتاب به سمت پایین می کند زیرا اصطکاک دینامیکی (کمتر) جایگزین اصطکاک استاتیک (بزرگتر) خواهد شد. با این حال، با حرکت ساقه، حجم هوا در داخل دیافراگم محرک یا محفظه پیستون کاهش می‌یابد و باعث افزایش فشار هوای موجود می‌شود.

 هنگامی که این فشار به اندازه ای افزایش یافت که ساقه حرکت به سمت پایین را متوقف کرد. اصطکاک استاتیک دوباره ساقه را گرفته و ثابت نگه می دارد. تا زمانی که تغییر فشار کافی به محرک اعمال شود تا بر اصطکاک استاتیک غلبه کند.

آزمایش فکری 

چیزی که ممکن است بلافاصله در این دومین “آزمایش فکری” آشکار نباشد.  میزان تغییر فشار لازم برای ایجاد معکوس در حرکت ساقه در مقایسه با مقدار تغییر فشار لازم برای تحریک ادامه حرکت ساقه در همان جهت است. به منظور معکوس کردن جهت حرکت ساقه، نه تنها باید اصطکاک استاتیک از آخرین حرکت “آرام” شود، بلکه قبل از اینکه ساقه بتواند به آن سمت حرکت کند. باید بر اصطکاک استاتیک اضافی در جهت مخالف غلبه کرد. 

ما ممکن است این مفهوم را با استفاده از راهبرد حل مسئله اضافه کردن مقادیر عددی به آزمایش فکری روشن کنیم.

فرض کنید یک شیر کنترلی با اصطکاک بسته بندی ایستا ۵۰ پوند در هر جهت و یک دیافراگم با قطر ۱۲ اینچ (۱۱۳.۱ اینچ مربع مساحت) داریم. طبق فرمول نیرو/فشار/مساحت  (f=pa) فشار اعمالی ۰.۴۴۲ PSI برای غلبه بر این اصطکاک ساکن در هر جهت مورد نیاز است.

به این معنا که هنگام حرکت در جهت بالا، باید ۰.۴۴۲ PSI فشار بیشتری نسبت به حالت ایده‌آل برای رسیدن به هر موقعیت سوپاپ وارد کنیم. اگر پس از رسیدن به این موقعیت ساقه، بخواهیم شیر را به سمت پایین به موقعیت ساقه جدید حرکت دهیم، نه تنها باید فشار را ۰.۴۴۲ PSI کاهش دهیم تا کشش روی بسته بندی کاهش یابد، بلکه باید آن را ۰.۴۴۲ PSI دیگر نیز کاهش دهیم تا بر اصطکاک بسته بندی غلبه کنیم.

در جهت پایین قبل از اینکه سوپاپ از آخرین موقعیت خود حرکت کند. بنابراین، معکوس فشار ۰.۸۸۴ PSI (یعنی دو برابر مقدار معادل اصطکاک بسته بندی) برای وادار کردن شیر جهت معکوس کردن، جهت حرکت مورد نیاز است.

دراصل این شیر کنترل است که رفتار کنترل را کاهش می دهد.

اثر اصطکاک بر روی شیر کنترل

بنابراین، اثرات اصطکاک بر روی یک محرک شیرکنترل پنوماتیکی ممکن است. با قرار دادن شیر در معرض عملکرد های کم معکوس در فشار اعمال‌شده محرک و اندازه‌گیری موقعیت ساقه اندازه‌ گیری شود.  بزرگترین افزایش معکوس فشار محرک که منجر به حرکت ساقه صفر می شود، نشان دهنده مقدار کل اصطکاک درون مکانیزم شیر است.

نمودار زیر چنین آزمایشی را نشان می دهد که فشار محرک را در طول زمان و همچنین موقعیت میل سوپاپ را در طول زمان ترسیم می کند.

همانطور که فشار محرک در فواصل متوالی کوچکتر بالا و پایین می شود.  موقعیت ساقه شیر کنترل با حرکت کمتر و کمتری پاسخ می دهد تا زمانی که اصلاً پاسخ ندهد.

جلوگیری و حل مشکل دریچه های چسبنده 

صرف نظر از بازسازی یک شیرکنترل چسبنده برای جایگزینی اجزای آسیب دیده یا فرسوده، کار زیادی برای بهبود چسبندگی دریچه به جز روانکاری معمولی بسته بندی (در صورت لزوم) انجام نمی شود. روغن کاری با استفاده از یک دستگاه روان کننده مخصوص که به درب دریچه رزوه می شود روی بسته بندی اعمال می شود.

شیر کنترل

از آنجایی که یکی از منابع رایج اصطکاک بیش از حد بسته بندی، سفت کردن بیش از حد مهره های بسته بندی توسط پرسنل تعمیر و نگهداری است. که مشتاق جلوگیری از نشت مایع فرآیند هستند. ممکن است با آموزش کارکنان تعمیر و نگهداری در مورد “مراقبت و تغذیه” از مشکلات زیادی جلوگیری شود.

بسیاری از موقعیت‌دهنده‌های دیجیتال مدرن توانایی نظارت بر نیروی محرک اعمال شده توسط یک محرک بر روی میل سوپاپ را دارند و این نیرو را با حرکت ساقه مرتبط می‌کنند. در نتیجه، حداقل با توجه به اصطکاک، می‌توان آزمایش‌های تشخیصی بسیار آموزنده را روی «سلامت» مکانیکی شیر کنترل انجام داد.

حل مشکل چسبندگی در محرک های پنوماتیکی و هیدرولیکی

 برای محرک‌های پنوماتیکی و هیدرولیکی، نیروی محرک تابعی ساده و مستقیم از فشار سیال است که به پیستون یا دیافراگم اعمال می‌شود. برای محرک های الکتریکی، نیروی محرک تابعی غیرمستقیم از جریان موتور الکتریکی است. یا ممکن است مستقیماً با استفاده از لودسل یا فنرها و سنسورهای جابجایی در مکانیزم دنده اندازه گیری شود.

امضای سوپاپ زیر نوعی «ممیزی» تشخیصی را نشان می‌دهد که ممکن است از یک موقعیت‌دهنده شیر کنترل دیجیتال بر اساس نیروی محرک (فشار هوای پنوماتیک) و حرکت ساقه به دست آید.

همین ابزار تشخیصی برای تشخیص مشکلات نشیمنگاه در طرح‌های سوپاپ که در آن تماس لغزشی بین عنصر دریچه گاز و نشیمنگاه نزدیک به موقعیت بسته شدن کامل وجود دارد. (مانند شیرهای دروازه، شیرهای توپی، دریچه‌های پروانه‌ای، شیرهای پلاگین و غیره مفید است.)  نیروی مورد نیاز برای “قرار دادن” شیر در موقعیت کاملا بسته طبیعتاً بیشتر از نیروی مورد نیاز برای حرکت عنصر دریچه گاز در طول بقیه حرکت آن خواهد بود. اما این نیروی اضافی باید صاف و ثابت در نمودار باشد.

نمودار نیرو/مسیر در نزدیکی موقعیت کاملا بسته، تداخل بین عنصر متحرک و صندلی ثابت را نشان می دهد و اطلاعات ارزشمندی را برای پیش بینی طول عمر باقیمانده شیر قبل از بازسازی بعدی ارائه می دهد.

نویز سوپاپ

نویز سوپاپ یک پدیده دردسرساز در شیر کنترل هاست که می توان آن را صدای قابل شنیدن و تولید شده توسط تلاطم سیال ها در هنگام حرکت در شیر کنترل نامید.

خروجی نویز برای سرویس‌های گازی که جریان صوتی (بحرانی) را تجربه می‌کنند و برای سرویس‌های مایعی که کاویتاسیون را تجربه می‌کنند بدتر است، اگرچه ممکن است یک شیر کنترل حتی در صورت اجتناب از این شرایط عملیاتی نویز قابل توجهی تولید کند.

سر و صدای تولید شده توسط یک شیر کنترل نیز به ارتعاش وارد شده به لوله کشی تبدیل می شود که ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی مانند شل شدن بست های رزوه ای در طول زمان شود.

یکی از راه‌های کاهش صدای خروجی، استفاده از تریم دریچه‌ای است که شبیه تریم مورد استفاده برای کاهش کاویتاسیون است. طراحی معمولی دریچه گلوب هدایت قفس برای کاهش نویز از یک قفس ویژه طراحی شده با سوراخ‌های متعدد و کوچک برای عبور گاز استفاده می شود.

یکی از راه‌هایی که این سوراخ‌های کوچک باعث کاهش نویز شنیداری می‌شوند، تغییر فرکانس آن نویز به سمت بالا است. این افزایش فرکانس صدا را خارج از محدوده‌ای قرار می‌دهد که گوش انسان به آن حساس‌تر است، و همچنین به کاهش جفت شدن نویز به لوله‌کشی کمک می‌کند و بیشتر «قدرت» نویز را به حجم داخلی سیال فرآیند محدود می‌کند.

فیشر یک سری از تریم های کاهش نویز را برای خدمات گاز با نام  Whisper trim تولید کرده است در عکس زیر این محصول فیشر را قرار داده ایم:

راه حل مشکل نویز کنترل ولو

در برخی از مدل ها ، سوراخ ها فقط مستقیماً از دیوار قفس عبور می کنند. در نسخه‌های پیچیده‌تر ویسپر تریم به ویژه مدل WhisperFlo سوراخ‌های کوچک به مسیرهای زیادی از گذرگاه‌ها منتهی می‌شوند که برای اتلاف انرژی با مجبور کردن مایع به چرخش تند در هنگام عبور از دیواره قفس طراحی شده‌اند. این اجازه می دهد تا افت فشار نسبتا بزرگ بدون سرعت بالای سیال ایجاد شود، که عامل اصلی ایجاد نویز در شیرهای کنترل است.

یکی دیگر از این “خاموش کننده” برای جریان لوله ای فیشر، تضعیف کننده “WhisperTube” است. در کاهش نویز آکوستیک، درجه بندی اغلب بر حسب دسی بل ارائه می شود، که نشان می دهد چقدر صدا توسط گاز یا مایع عبوری از تضعیف کننده کاهش می یابد.

فرسایش

یک مشکل رایج برای کنترل شیرهای مورد استفاده در سرویس دوغاب  این است که در سیالی که از شیر کنترل عبور می کند مقدار زیادی ذرات جامد وجود دارد. فرسایش  در بدنه شیر در اثر عبور این ذرات ، باعث فرسوده شدن شیر می شود .فرسایش برخی از بارزترین نمونه های آسیب در  دریچه است، همانطور که در عکس های زیر نشان داده شده است:

روش جلوگیری از فرسایش کنترل ولو
حل مشکل فرسایش کنترل ولوها

در اینجا سوراخ‌های بزرگی را می‌بینیم که در دوشاخه سوپاپ گلوب پوشیده شده و آسیب قابل توجهی به صندلی نیز وارد شده است. خدمات فرآیند در این مورد، آب با “کک ریز” (ذرات کوچک کک، یک فرآورده نفتی جامد) بود. حتی اجزای نشیمن شیر سرامیکی نیز از آسیب ناشی از سرویس دوغاب مصون نیستند، همانطور که در این عکس از یک صندلی سوپاپ با یک بریدگی که در اثر جریان دوغاب ساییده شده است، نشان داده شده است:

جلوگیری از مشکلات کنترل ولو

واقعاً هیچ راه خوبی برای کاهش اثرات آسیب فرسایش ناشی از جریان های دوغاب وجود ندارد، به جز استفاده از مواد تزئینی فوق العاده سخت دریچه. حتی در این صورت، شیر کنترل باید به عنوان یک جزء سریع سایش در نظر گرفته شود. (همراه با پمپ ها و هر جزء دیگری که به جریان دوغاب آسیب می رساند)، که برای بازسازی یا تعویض در فواصل زمانی منظم طراحی شده است. 

یکی دیگر از دلایل فرسایش در شیرهای کنترل، بخار مرطوب است، جایی که بخار حاوی قطرات آب مایع است که با سرعت بالا توسط جریان بخار به حرکت در می آید. یک مثال چشمگیر از آسیب بخار مرطوب در این عکس بعدی ظاهر می شود، جایی که قفس شیر فیشر به معنای واقعی کلمه از جریان به نصف بریده شده است:

حل مشکل فرسودگی در کنترل ولو
حل مشکل پوسیدگی کنترل ولو

بخار اگر نشت کند ممکن است قسمت‌های دیگر شیر را نیز بریده، بریده کند.

در بالا، ما یک کاپوت سوپاپ را می بینیم که آسیب قابل توجهی ناشی از نشت بخار از قسمت بیرونی پکینگ، بین حلقه های بسته بندی و سوراخ کاپوت ایجاد کرده است. 

هر سیالی با سرعت کنترل نشده یا کنترل شده  ممکن است باعث آسیب شدید به اجزای شیر شود.

سوراخ های کوچکی که در بدنه یک دریچه ایجاد می شوند ممکن است به مرور زمان به سوراخ های بزرگ تبدیل شوند، زیرا مایع از سوراخ عبور می کند. علت اولیه سوراخ ممکن است یک نقص ساخت (مانند تخلخل در ریخته‌گری فلز) یا آسیب وارد شده توسط کاربر (مثلاً شکاف در بدنه شیر ناشی از برخی رویدادهای آسیب‌زا) باشد. نمونه ای از چنین سوراخی در بدنه سوپاپ که با گذشت زمان بدتر می شود در این عکس بعدی که از شیر کنترلی برداشته شده پس از ۴۰ سال کار مداوم گرفته شده است، نشان داده شده است:

جلوگیری از فرسایش کنتر ل ولو

یک عکس نزدیک از همین سوراخ، مسیر نشتی را نشان می‌دهد که با عبور سیال ها، بزرگ‌تر شده است و به سیال اجازه می‌دهد حتی با دریچه در حالت کاملاً بسته، از صندلی عبور کند:

راه حل بر طرف کردن مشکلات کنترل ولو

در خدمات فرآیندی شدیدتر، چنین حفره‌هایی به سرعت بزرگ می‌شوند. این عکس  یک نمونه نسبتاً شدید از یک سوراخ در نزدیکی محل قرارگیری بدنه شیر را نشان می‌دهد، بزرگ‌تر شده تا جایی که دریچه به سختی قادر به محدود کردن جریان سیال است.

خوردگی شیمیایی

اگر اجزای شیر کنترل با دقت بیشتری و برای کارایی مناسب خود انتخاب نشوند ممکن است مواد شیمیایی مضر به قطعه های فلزی شیر کنترل آسیب بزنندیک عکس نزدیک از یک پلاگ دریچه دارای حفره شیمیایی، ویژگی حفره‌ای یک حمله شیمیایی را نشان می‌دهد:

خوردگی شیمیایی در کنترل ولو

همانطور که قبلا در این مقاله  ذکر شد، اثرات خوردگی زمانی که با اثرات کاویتاسیون ترکیب می شود، چند برابر می شود. بیشتر فلزات در پاسخ به حمله شیمیایی لایه غیرفعال سازی را ایجاد می کنند. لایه بیرونی فلز خورده می شود، اما محصول جانبی این خوردگی یک ترکیب نسبتاً بی اثر است که از بقیه فلز در برابر حمله بیشتر محافظت می کند.

 زنگ روی فولاد، یا اکسید آلومینیوم روی آلومینیوم، هر دو نمونه‌های رایج لایه‌های غیرفعال در پاسخ به اکسیداسیون فلز هستند. با این حال، وقتی کاویتاسیون در داخل یک دریچه اتفاق می‌افتد، فشارهای بسیار زیاد ناشی از میکروجت‌های مایع، هرگونه حفاظتی را که لایه غیرفعال ایجاد می‌کند، از بین می‌برد و به حمله شیمیایی اجازه می‌دهد دوباره شروع شود. نتیجه تخریب سریع اجزای شیر است.

چگونه می توان از آسیب شیرکنترل جلوگیری کرد؟

همانطور که در مقاله ذکر شد شما می توانید با انتخاب شیرکنترل مناسب، با نیاز خود، باعث کاهش آسیب های جدی به شیرکنترل شوید و همکاران ما در شهباز صنعت ، شمارا در انتخاب  شیر کنترل مناسب راهنمایی می کنند.

شما می توانید برای تعمیر شیر کنترل های آسیب دیده نیز از همکاران ما در شهباز صنعت کمک بگیرید.

همچنین شما می توانید مقالات انتخاب سایز مناسب کنترل ولو، شات آف ولو، آن/آف ولو، اختلاف فشار ترانسمیتر، شیرهای سه راهه ، نیدل ولو را مطالعه کنید .

‫4 نظر

  • maryam گفت:

    ممنون از مقاله خوبتون میشه درباره مشکلات نویز کنترل ولو هم راهکار بدید؟

  • mohamad imami گفت:

    مطالبتون مفید بود.میشه راجع به فرسوده شدن کنترل ولو ها هم صحبت کنید؟

  • دیدگاهتان را بنویسید

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *