دریچه (والو): فرمانده کوچک دنیای سیالات
دریچه چیست و چگونه کار میکند؟
یک دریچه در سادهترین تعریف، یک وسیله مکانیکی است که مسیر عبور یک سیال6 را باز، بسته یا میزان عبور آن را تنظیم میکند. برای درک بهتر، به شیر آب آشپزخانه خود فکر کنید. وقتی دسته شیر را میچرخانید، در واقع یک مکانیزم داخل شیر را حرکت میدهید که مسیر عبور آب را میبندد یا باز میکند.
عملکرد اغلب دریچهها بر اساس مسدود کردن مسیر جریان است. درون بدنه دریچه، یک یا چند قطعه متحرک وجود دارد که به آن دیسک، گوی یا صفحه میگویند. این قطعه متحرک با فرمان اپراتور (دستی، برقی، پنوماتیکی7) روی یک نشیمنگاه8 مینشیند و مسیر را میبندد یا از آن فاصله میگیرد و مسیر را باز میکند.
بررسی انواع اصلی دریچهها و ویژگیهای آنها
دریچهها بر اساس طراحی، کاربرد و نحوه عملکرد به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. هر نوع برای یک وظیفه خاص بهینهسازی شده است. انتخاب نوع صحیح دریچه بستگی به عواملی مانند نوع سیال، فشار، دما و میزان کنترلی که نیاز داریم دارد.
| نوع دریچه (معادل انگلیسی) | نحوه عملکرد | کاربردهای رایج | مزایا و معایب کلیدی |
|---|---|---|---|
| شیر دروازهای3 | دیسک عمود بر جریان حرکت کرده و مانند یک دروازه مسیر را کاملاً باز یا بسته میکند. | خطوط اصلی انتقال آب و نفت، شبکههای آبرسانی، جایی که فقط قطع و وصل کامل جریان لازم است. |
مزیت: افت فشار10 بسیار کم در حالت کاملاً باز.
عیب: برای تنظیم دقیق جریان مناسب نیست. |
| شیر سماوری4 | یک گوی سوراخدار با چرخش 90 درجه، جریان را کنترل میکند. | خطوط گاز خانگی، سیستمهای گرمایشی، صنایع غذایی و دارویی. |
مزیت: آببندی11 عالی، قطع و وصل سریع.
عیب: طراحی پیچیدهتر و هزینه بیشتر. |
| شیر پروانهای5 | یک دیسک دایرهای حول یک محور در مرکز لوله میچرخد تا جریان را تنظیم کند. | تهویه مطبوع، خطوط انتقال آب با قطر بزرگ، سیستمهای آبیاری. |
مزیت: سبک، فشرده، مناسب برای لولههای با قطر زیاد.
عیب: ممکن است برای آببندی کامل در فشارهای خیلی بالا مناسب نباشد. |
| شیر یکطرفه12 | به جریان اجازه میدهد فقط در یک جهت حرکت کند و در صورت معکوس شدن جریان، به طور خودکار بسته میشود. | پمپها، خطوط لوله برای جلوگیری از بازگشت سیال، سیستمهای فاضلاب. |
مزیت: عملکرد کاملاً خودکار، جلوگیری از آسیبهای ناشی از جریان معکوس.
عیب: افت فشار بیشتری نسبت به برخی انواع دیگر ایجاد میکند. |
دریچهها در عمل: از بدن انسان تا صنایع بزرگ
دریچهها تنها در لولههای فولادی صنعتی یافت نمیشوند. آنها در اطراف ما و حتی در درون بدنمان وجود دارند. دریچههای قلبی (مانند دریچه میترال13) مثالهای زیبایی از سیستم کنترل جریان طبیعی هستند که با هر تپش قلب، جریان خون را در مسیر صحیح هدایت کرده و از بازگشت آن جلوگیری میکنند.
در زندگی روزمره، وقتی دوش میگیرید، از یک شیر مخلوطکن14 استفاده میکنید که در واقع ترکیبی از دو شیر (برای آب گرم و سرد) است تا دبی و دمای دلخواه شما را تنظیم کند. در خودروی شما، دریچههای مختلفی در موتور (دریچههای ورودی و خروجی) وجود دارند که زمانبندی ورود سوخت و هوا و خروج دود را کنترل میکنند.
در مقیاس صنعتی، اهمیت دریچهها صدچندان است. کنترل جریان نفت خام در یک پالایشگاه، تنظیم فشار بخار در یک نیروگاه برق، یا توزیع گاز طبیعی در یک شهر، همگی با شبکهای پیچیده و دقیق از دریچههای بزرگ و کوچک امکانپذیر است. یک اشتباه در طراحی یا انتخاب دریچه در این سیستمها میتواند به فاجعه منجر شود.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم درباره دریچهها
پاسخ: خیر. این یک اشتباه رایج است. برای مثال، شیرهای دروازهای برای تنظیم جرارد طراحی نشدهاند. اگر از آنها برای این کار استفاده شود، لبه تیز دیسک در مقابل جریان با سرعت بالا قرار میگیرد و باعث ایجاد لرزش، سایش سریع و در نهایت خرابی شیر میشود. برای تنظیم دقیق، از شیرهای خاصی مثل شیرهای کروی15 یا سوزنی16 استفاده میشود.
پاسخ: این پدیده که اغلب «چکش آبی»17 نامیده میشود، میتواند به دلیل بسته شدن ناگهانی یک شیر (مثلاً شیر ماشین لباسشویی) ایجاد شود. وقتی جریان آب به طور ناگهانی متوقف میشود، انرژی جنبشی آن به یک موج فشار قوی در لوله تبدیل میشود که به دیوارهها ضربه زده و باعث لرزش و صدا میشود. برای جلوگیری از این مشکل، از شیرهایی با زمان بسته شدن آهستهتر یا وسایل مخصوص میراکننده موج فشار استفاده میکنند.
پاسخ: جنس دریچه باید با سیال درون آن سازگار باشد تا دچار خوردگی18 نشود. برای آب آشامیدنی از برنج یا چدن با پوشش اپوکسی، برای آب دریا از فولادهای ضدزنگ خاص، برای اسیدهای قوی از پلاستیکهای مقاوم مانند پلیوینیلیدن فلوراید19 یا فلزات گرانبهایی مانند تیتانیم استفاده میشود. انتخاب نادرست جنس، میتواند به نشتی و آلودگی سیال منجر شود.
پاورقی
1 دریچه (Valve)
2 کنترل سیال (Fluid Control)
3 شیر دروازهای (Gate Valve)
4 شیر سماوری (Ball Valve)
5 شیر پروانهای (Butterfly Valve)
6 سیال (Fluid): مادهای که جاری میشود، مانند مایعات و گازها.
7 پنوماتیکی (Pneumatic): سیستمهایی که با هوا یا گاز فشرده کار میکنند.
8 نشیمنگاه (Seat): سطحی که دیسک بر روی آن مینشیند تا آببندی ایجاد کند.
9 دبی (Flow Rate): حجم سیالی که در واحد زمان از مقطع مشخصی عبور میکند.
10 افت فشار (Pressure Drop): کاهش فشار سیال هنگام عبور از یک مانع یا قطعه.
11 آببندی (Sealing): جلوگیری از نشت سیال.
12 شیر یکطرفه (Check Valve or Non-Return Valve - NRV)
13 دریچه میترال (Mitral Valve)
14 شیر مخلوطکن (Mixing Valve)
15 شیر کروی (Globe Valve)
16 شیر سوزنی (Needle Valve)
17 چکش آبی (Water Hammer)
18 خوردگی (Corrosion)
19 پلیوینیلیدن فلوراید (Polyvinylidene Fluoride - PVDF)
