כיצד פועלת עבודת שסתום שער מקבילי?

שסתומי שער מקבילים הם הציוד המרכזי במערכות צינורות תעשייתיות לשליטה בזרימת הדיאלקטרי. הוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיות חשמל, נפט, כימיקלים וחשמליים. במאמר זה, עיקרון העבודה של שסתומי שער מקבילים מנותח באופן שיטתי משלושה היבטים: תהליך פתיחה וסגירה, מנגנון איטום ועקרון תנועת השער. בשילוב עם נתונים טכניים מוסמכים ודוגמאות הנדסיות, מאמר זה מספק לקוראים פרשנות טכנית מקיפה ומעמיקה-.

תהליך פתיחת שסתום שער מקביל מתממש על ידי הגזע המניע את השער לעלות אנכית. ניתן לחלק את שלבי הליבה שלו לשלושה שלבים: הפעלת המכשיר, הרמת שער והולכת נוזלים.
1. הפעלה של התקן כונן: נקודת ההתחלה להעברת כוח
ניתן להפעיל שסתומי שער מקבילים באופן ידני, חשמלי או פנאומטי. בהפעלה ידנית, גלגל היד מסתובב נגד כיוון השעון, והופך את תנועת הסיבוב לתנועת קו ישר דרך תמסורת הברגה של גזע השסתום. פלט ישיר של מפעילים חשמליים או פנאומטיים המניעים את גזע השסתום דרך דחף ליניארי של המנוע או הצילינדר. לדוגמה, בצינור קיטור בלחץ נמוך-, מפעילים חשמליים יכולים להגיב במהירות לאותות בקרה, מה שמאפשר פתיחה וסגירה של שסתומי שער מרחוק.
2. פותחן דלת: קישור מכני מדויק
הקשר בין גזע לשער מתחלק לשני סוגים של גזע עולה וגזע לא- עולה:
גבעולים: גבעולים חוטים חשופים. שער ההינע הסיבובי עולה אנכית לאורך מסלול ההברגה ויש לו מהלך ברור. זה חל על יישומים הדורשים בקרות פתוחות מדויקות.
גזע ללא זרימת הרמה: תנועה בקו ישר של הגבעול לתוך השער על ידי סיבוב דרך גלגלי שיניים פנימיים או הצמדה. מבנה קומפקטי זה מתאים לרשתות צנרת תת קרקעיות עם שטח מוגבל.
לדוגמה, כאשר הגבהה מסתובבת, השער המונע-מהחוט עולה בקצב אחיד, ופתיחתו חופפת בהדרגה לקוטר הפנימי של הצינור. לדוגמה, בשסתום שער מקבילי DN500, השער הוא בדרך כלל פי 1.1 מקוטר הצינור כדי להבטיח זרימת נוזלים מלאה.
3. זרימת נוזלים: היווצרות תעלות התנגדות נמוכה
כאשר השער מורם במלואו, המדיום בצינור יכול לעבור ישירות דרך תעלת גוף השסתום, ובשלב זה התנגדות הנוזל היא מינימלית. נתונים ניסיוניים מראים שמקדם התנגדות הזרימה של שסתומי שער מקבילים הוא רק 0.5-1.2, שהוא נמוך בהרבה מזה של 5-10 שסתומי שער. לדוגמה, בצינורות הנושאים מוצרים פטרוכימיים קלים, מאפייני נפילת המתח הנמוכה של שסתומי שער מקבילים יכולים להפחית במידה ניכרת את צריכת האנרגיה.

האיטום של שסתום שער מקביל תלוי במבנה הצמדה מכני ובהתקני פיצוי עזר. הוא מחולק לשני סוגים: איטום מאולץ ואיטום-עצמי, המבטיחים איטום אמין בלחץ גבוה, בטמפרטורה גבוהה או במדיום מאכל.
1. איטום מאולץ: טכניקת הליבה של הידוק מכני
(1) טריז עליון: שערים כפולים הרחבה סינכרונית
התקן טריזים בין השערים של שסתומי שער מקבילים. כשהוא סגור, גזע השסתום דוחף את הטריז כלפי מטה, מייצר דחיפה לרוחב דרך זווית הטריז, מה שמאלץ את השער להתרחב הצידה ולקרב לאטם מושב השסתום. לדוגמה, במבנה טריז בחלק העליון, מבנה כתב היתדות מחובר לגזע השסתום. כאשר גזע השסתום נלחץ למקומו, המשטח המשופע של הטריז הופך כוחות אנכיים לכוחות אופקיים, וכתוצאה מכך לחץ מגע בין השער למושב השסתום של פי 1.5 עד 2 מערך התכנון (בדרך כלל לחץ בינוני).
(2) עומס מקפיץ: מנגנון פיצוי לחץ מתמשך.
בין השערים יותקנו קפיצי דיסק או קפיצים גליליים. כשהוא סגור, הקפיץ נדחס, ומספק לחץ קבוע כדי להבטיח שהאטם מתאים. לדוגמה, שסתום שער מקביל- חדש טעון קפיץ, על ידי אופטימיזציה של מקדם קשיחות הקפיץ, עדיין עומד בתקני API 6D לאיטום לאחר 10,000 מחזורי פתיחה של מחזורי סגירה (דליפה פחות או שווה ל-0.1 מ"ל/דקה). מנגנון העומס הקפיץ מתאים במיוחד לתנודות טמפרטורות גבוהות ויכול לפצות על שינוי מרווח האיטום הנגרם מהתפשטות חמה והתכווצות קרה.
2.איטום עצמי-: פונקציית עזר של לחץ בינוני.
בלחץ גבוה, הלחץ הדיאלקטרי לוחץ את השער לצד יציאת מושב השסתום, ויוצר אטימה חד צדדית. לדוגמה, בצינור גז טבעי של 10MPa, לחץ בינוני יכול להגביר את לחץ המגע בין השער למושב השסתום ל-15MPa, ולשפר מאוד את האיטום. עם זאת, בלחץ נמוך (למשל לחץ בינוני<0.5MPa), spring or wedge compensation required; otherwise, inadequate contact pressure may lead to leakage.

מאפייני התנועה של השער משפיעים ישירות על ביצועי הפתיחה והסגירה של השסתום ועל אפקט האיטום. העיצוב שלו חייב לקחת בחשבון את דיוק התנועה, החוזק המבני ויכולת פיצוי האיטום.
1. כיוון התנועה: תנועת קו ישר בניצב לקו מרכז הצינור
השער נע בקו ישר בניצב למרכז הצינור, במקביל לכיוון הזרימה של המדיום. זה יכול להפחית את השפעת הנוזל על השער ולהאריך את חיי השער. לדוגמה, בשסתום שער מקבילי DN800, מהירות תנועת השער נשלטת בדרך כלל ב-0.1-0.3 מ'/שניה כדי למנוע שחיקה של משטח האיטום עקב מהירות מופרזת.
2. סיווג מבני: עיצוב מובחן לדלת אחת וכפולה
(1) דלת יחידה מקבילה: מבנה פשוט, איטום תלוי בלחץ בינוני.
מבנה השער היחיד מורכב משער ומושב שסתום, אטומים בלחץ דיאלקטרי או חומרי איטום רכים (למשל גומי או PTFE). יש לו את היתרונות של מבנה קומפקטי ועלות נמוכה, אך ביצועי האיטום מושפעים מלחץ דיאלקטרי. זה מתאים ללחץ נמוך וקוטר גדול (כגון צינור טיפול במים מעל DN1000).
(2) דלתות כפולות מקבילות: תנועה סינכרונית, פיצוי אטימה.
השער הכפול מורכב מהשער הראשי ומהשער המשנה, הנעים בסנכרון באמצעות מנגנון טריז, קפיץ או מוט חיבור. לדוגמה, מבנה כפול-משופע-מישור, השער הראשי ושער העזר נפתחים יחד עם הרמפה. כאשר גזע השסתום נלחץ כלפי מטה, שיפוע הטריז ממיר את הכוח האנכי לכוח הרכיב האופקי, ומאפשר לשני השערים להתרחב החוצה ולסמוך למושב השסתום באופן סינכרוני. מבנה זה מפצה על שגיאות ייצור ועיוות תרמי ומתאים לתנאי לחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה (למשל, צינורות קיטור בטמפרטורה גבוהה של 600 מעלות).
3. שיטת נהיגה: תרחישים ישימים של סוגי גזע עולים ולא-
(1) סוג גזע עולה: מהלך גלוי עם דיוק פתיחה וסגירה גבוה.
הרם את גזע שסתום הגזע עם חוט חשוף. כאשר מסובבים, הוא מאפשר לשער לעלות אנכית לאורך מסלול החוט, והמכה נראית בבירור, מה שמקל על צפייה בפתח השסתום. לדוגמה, בצינור הזנה של כור כימי הדורש בקרת זרימה מדויקת, ניתן לווסת את הפתיחה של שסתום שער מקביל עם מוטות הרמה על ידי דרגת גלגל יד עם דיוק של ± ± 1%.
(2) עמודות לא-אנכיות: מבנה קומפקטי וניצול שטח גבוה.
הסיבוב של הגזע הלא-עולה הופך לתנועה ליניארית של השער באמצעות גלגלי שיניים פנימיים או מנגנון קישור. אין חוטים חשופים, ולכן המבנה קומפקטי. לדוגמה, ברשתות צינורות תת-קרקעיים בתי זיקוק לנפט עם ציוד צפוף, שסתומי שער מקבילים שאינם שקועים- יכולים לחסוך במקום התקנה תוך הימנעות מבעיות קורוזיה הנגרמות כתוצאה מחשיפת חוטים.

לסיכום, עקרון העבודה של שסתומי שער מקבילים משלב ידע בתמסורת מכנית, מדעי החומרים ומכניקת נוזלים. שליטה מדויקת בתהליך הפתיחה והסגירה של השסתומים, תכנון אמין של מנגנון האיטום ואופטימיזציה של תנועת השער מהווים את הבסיס לפעולת הביצועים הגבוהים-של השסתום. מצינורות קיטור בלחץ- נמוך לצינורות גז טבעי-בלחץ גבוה, מפעולות ידניות ועד בקרה חכמה, שסתומי שער מקבילים משרתים את התעשייה המודרנית בצורה יעילה ובטוחה יותר. בעתיד, עם התפתחות מדעי החומרים וטכנולוגיית בקרה חכמה, שסתומי שער מקבילים יתפתחו לקראת רמות לחץ גבוהות יותר, חיי שירות ארוכים יותר ואינטליגנציה רבה יותר, ויספקו פתרונות טובים יותר לבקרת נוזלים תעשייתיים.