شیر سوزنی

شیر سوزنی چیست؟

شیر سوزنی (Needle Valve)، یکی از انواع کاربردی شیرآلات ابزار دقیق است که جهت تنظیم و کنترل دقیق جریان سیالات با نرخ جریان های نسبتآ پایین به طور خودکار و دستی به کار می رود.

شیر سوزنی شامل یک پیستون باریک و نوک تیز (سوزنی شکل) است که به انتهای استم شیر متصل است. پیستون نیز در یک سیت مخروطی قرار می گیرد و یک روزنه قابل تنظیم را تشکیل می دهد که سیال از طریق آن جریان می یابد. با چرخاندن استم شیر سوزنی می توان موقعیت سوزن را در داخل سیت تنظیم کرد و امکان کنترل دقیق سرعت جریان را فراهم می کند.

شیر سوزنی از لحاظ ظاهری مشابه شیرهای گلوب (Globe Valve) هستند و تفاوت اصلی آنها در نوع دیسک می باشد. در واقع شیر سوزنی بر خلاف شیر گلوب با دیسک صفحه ای دارای دیسک سوزنی است.

عملکرد شیر سوزنی

نیدل ولو دارای رزوه‌ های ریزی روی استم شیر میباشد که به این شیر خاصیت کنترلی بسیار دقیقی میدهد. این شیر ها به علت خاصیت کنترل کنندگی خوب و دقیقی که دارند و همچنین سهولت در باز و بسته شدن و عملکرد آنها برای شیر های گیج بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. این امر به این دلیل میباشد که با چرخش چندین دور فلکه شیر، مجرای آن به تنها مقدار کمی باز می شود.

شیرهای سوزنی جزء شیرهای خطی می باشند زیرا حرکت سیال در دریچه آن به صورت رفت و برگشتی است. علت نامگذاری شیرهای سوزنی به دلیل دیسک کوچک سوزنی شکل آن است که از طریق بالا و پایین رفتن مسیر جریان سیالات را باز و بسته می کند.

شیرهای سوزنی معمولاً برای کاربردهای با جریان کم تا متوسط طراحی شده ‌اند و در اندازه ‌ها و متریال مختلف متناسب با شرایط فرآیندی موجود می باشند. این شیرها معمولاً از متریالی مانند فولاد ضد زنگ، برنج یا سایر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی ساخته می شوند تا از دوام و سازگاری با طیف گسترده ای از سیالات اطمینان حاصل شود.

این شیرها عموما دارای دبی کم و افت فشار نسبتا قابل توجهی از ورودی به خروجی می باشند. اندازه پورت استاندارد برای شیرهای سوزنی از “1/8 تا “2 (2 تا 12 میلی متر) متغیر است.

در ادامه این مقاله به معرفی، نحوه عملکرد، کاربرد، مزایا و سایر ویژگی های شیر سوزنی می پردازیم.

استانداردهای شیر سوزنی

شیرهای سوزنی بر اساس استانداردهای صنعتی مختلف طراحی و تولید می شوند تا از عملکرد، قابلیت اطمینان و سازگاری آنها با کاربردهای مختلف اطمینان حاصل شود.

در ادامه برخی از استانداردهای طراحی رایج برای شیرهای سوزنی ذکر شده است:

1.استاندارد متریال بدنه شیرها شامل 6ASTM A 182 Type F31 و ASTM A 576 Grade 1214 و ASTM B 564 Alloy No4400 و 0ASTM B 238 Alloy C3770 می شود.

2.فشار کاری مطابق با استاندارد EN 12266-1 تا 414 بار است.

3.استاندارد بازرسی شیر سوزنی BS EN 12266-1 و BS EN 10204 و BS 6755-1 و BS EN 1092 می باشد.

4.اتصالات مطابق با استانداردهای EN ISO8434-1 و ASME B1.20.1 و DIN 19207 (G ½) و DIN 3852 و ASME B16.9 و EN 12627 خواهد بود.

استانداردها هنگام انتخاب یا خرید شیر سوزنی یکی از پارامترهای مهم محسوب می شوند بنابراین استانداردها و مشخصات مربوط به نیازها و الزامات خاص پروژه را مورد توجه قرار دهید.

اجزای شیر سوزنی

شیر سوزنی از اجزای مختلفی تشکیل می شود و به وسیله آنها میتواند جریان سیالات را به طور دقیق و کارآمد کنترل نماید. در ادامه اجزای اصلی شیر سوزنی به شرح زیر است:

بدنه (Body): بدنه شیر سوزنی محفظه اصلی است که اجزای داخلی شیر را در بر می گیرد و نقاط اتصال ورودی و خروجی را فراهم می کند. بدنه از متریال با دوام بالا ساخته می شود تا فشارهای ناشی از سیال را در خود نگه دارد.

پیچ تنظیم (Set Screw): اهرم شیر را به استم متصل می کند.

استم (Stem): وظیفه انتقال حرکت چرخشی از فلکه شیر به دیسک سوزنی را بر عهده دارد. استم شامل یک پیچ قدرت است که حرکت چرخشی فلکه شیر را به حرکت عمودی تبدیل می کند و در نهایت دیسک را در سیت قرار می دهد تا جریان سیال را کنترل کند.

دسته (Handle): دسته یک جزء است که به صورت دستی کار می کند و امکان کنترل شیر را از خارج از بدنه شیر فراهم می کند.

سیت (Seat): سیت دارای طراحی ویژه است که در داخل بدنه شیر قرار دارد. هنگامی که شیر بسته است با دیسک سوزنی یک آب بندی محکم تشکیل می دهد و از عبور سیال از آن جلوگیری می کند.

دیسک سوزنی (Needle): پیستون که به آن سوزن نیز می گویند قسمتی مخروطی یا نوک تیز است که در سیت شیر قرار می گیرد. به استم متصل می شود و به سمت بالا یا پایین حرکت می کند تا جریان سیال را از طریق شیر کنترل کند. این دیسک سوزنی مخروطی امکان تنظیم دقیق و کنترل دقیق جریان را فراهم می کند.

کلاهک (Bonnet): کلاهک دهانه بالای بدنه شیر را می پوشاند و به عنوان بخش نگهدارنده فشار یک شیر، کلاهک و اتصال آن به بدنه در معرض سیال فرآیندی به کار می رود. در نتیجه باید بتواند در برابر فشار فرآیندی و اثرات خورنده سیال مقاومت کند.

انواع شیر سوزنی

شیرهای سوزنی در سه مدل از جمله مستقیم، زاویه ای و چند پورت طراحی و ساخته می شوند. علاوه بر این می توانند با توجه به نوع محرک (actuator) به صورت دستی، الکتریکی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی عمل کنند. انواع شیر سوزنی بر اساس شکل ظاهری و نوع اکچویتور در موارد زیر بیان شده است:

1. شیر سوزنی بدنه مستقیم (Straight Needle Valve)

شیر سوزنی بدنه مستقیم یکی از انواع شیرهای دستی می باشد که عمدتا در سایزهای کوچک حداکثر تا DN25 تولید می شود. یک شیر سوزنی مستقیم دارای پورت های ورودی و خروجی است و در یک خط مستقیم (180 درجه از یکدیگر) قرار گرفته اند که منجر به جریان مستقیم سیال می شود.

اما یک شیر سوزنی زاویه دار دارای درگاه های ورودی و خروجی با زاویه 90 درجه است. شیر سوزنی مستقیم یک مسیر جریان پر پیچ و خم با افت فشار بیشتر دارد که آن را مستعد کاویتاسیون و flashing می کند، در حالی که شیر سوزنی زاویه ای افت فشار را کاهش می دهد و برای کاربردهای خاص مناسب است.

2. شیر سوزنی زاویه ای (Angle Needle Valve)

نیدل ولو با زاویه 90 درجه یا 45 درجه (Angle Needle Valve) همانند گلوب ولو های زاویه دار بوده و سیال فرآیندی هنگام عبور مسیری را با چرخش 90 درجه ای در طول ورود تا خروج شیر طی می کند. نیدل ولو های زاویه ای نسبت به مدل مستقیم از کنترل بهتر و راحت تری برای سیال عبوری برخوردار هستند.

3. شیر سوزنی چند پورت (Multiport needle valve)

شیر سوزنی چند پورت دارای پورت ورودی استاندارد و درگاه های خروجی متعدد هستند. معمولاً دارای دو درگاه خروجی می باشند اما با توجه به کاربرد بیشتر می شوند. پورت های خروجی اضافی امکان نصب ابزارهای مختلف را می دهد.

تفاوت های شیر سوزنی مستقیم و زاویه ای

1. مسیر جریان

یک شیر سوزنی مستقیم دارای مسیری است که به عنوان مسیر جریان پر پیچ و خم شناخته می شود، به این معنی که جریان چندین بار بین ورودی و خروجی می چرخد. مسیر جریان شیر سوزنی زاویه دار پر پیچ و خم نیست و از ورودی به خروجی تقریباً 90 درجه می چرخد.

2. افت فشار و کاویتاسیون

شیر سوزنی مستقیم افت فشار قابل توجهی نسبت به شیر سوزنی زاویه دار دارد. بنابراین شیرهای سوزنی مستقیم نسبت به شیرهای زاویه ای بیشتر در معرض کاویتاسیون و فلاشینگ هستند.
این دو پدیده زمانی اتفاق می ‌افتند که ناحیه ‌ای از فشار کمتر از فشار بخار مایع تشکیل می ‌شود و بخشی از فازهای مایع به گاز تبدیل می ‌شوند.
در هر دو پدیده پتانسیل پارگی حباب های گاز و ایجاد امواج ضربه ای وجود دارد که اگر در نزدیکی اجزا یا دیواره های شیر باشد، می تواند در طول زمان باعث آسیب شدید شود.

3. نصب و راه اندازی

همانطور که در بالا توضیح داده شد شیرهای سوزنی کوچک هستند و فضای نصب زیادی را اشغال نمی کنند. انتخاب بین این دو شیر به سیستم مورد نیاز آنها بستگی دارد. یک شیر زاویه ای دارای عملکرد اضافی برای کار به عنوان یک زانویی است.

متریال مورد استفاده در ساخت شیر سوزنی

شیرهای سوزنی با استفاده از متریال مختلفی نظیرفولاد ضد زنگ، برنز، برنج یا آلیاژهای فلزی مختلف تولید می شوند که هر کدام مزایا و ویژگی های گوناگونی را ارائه می دهند.

شیرهای سوزنی ساخته شده از جنس برنج برای مدیریت آب آشامیدنی، سیستم های هیدرولیک و کاربردهای با دمای بالا مناسب هستند. اما برای کاربردهایی که شامل آب نمک، اسیدها، کلریدها یا آب مقطر می شوند باید از آنها اجتناب شود.

در مقابل شیرهای سوزنی ساخته شده از فولاد ضد زنگ به دلیل مقاومت شیمیایی بالایی که دارند از محبوبیت زیادی برخوردار هستند و می توانند در برابر سیالات خورنده و تهاجمی مقاومت کنند، به شرطی که به طور مداوم در معرض سیال نباشند، زیرا قرار گرفتن در معرض طولانی مدت ممکن است منجر به خوردگی شود.

تعمیر و نگهداری شیر سوزنی

روش ‌های تعمیر و نگهداری برای شیرهای سوزنی معمولاً ثابت می باشند اما ضروری است که برای دستورالعمل ‌های خاص به دفترچه راهنمای شیر یا سازنده آن مراجعه نمایید و پیامدهای بالقوه را در نظر بگیرید.

قبل از انجام هر گونه تعمیر و نگهداری برای جلوگیری از بروز حوادث و اطمینان از ایمنی همیشه شیر را کم فشار کنید. اگر شیر دارای مواد قابل اشتعال یا خطرناک است شستن سیستم با گاز بی اثر مانند نیتروژن قبل از جداسازی بسیار مهم است. تعمیر و نگهداری را روی یک میز کار مناسب نه روی زمین انجام دهید تا از آلودگی اجزای شیر جلوگیری شود.

بازرسی ها به کیفیت سیال، شرایط محیطی و عملکرد سیستم بستگی دارد. هنگام بازرسی شیر نصب شده، به دنبال ترک، خراش، تغییر رنگ یا تغییر شکل باشید. ترک‌ های کوچک در پورت ‌های شیر گاهی قابل تعمیر هستند اما ترک ‌های روی بدنه شیر ممکن است نیاز به تعویض کل شیر داشته باشند.

خراش های روی شیر باید به سرعت برطرف شوند زیرا می توانند منجر به خوردگی شوند. تغییر رنگ ممکن است نشان دهنده آسیب بیشتر باشد و بازرسی کامل شیر را تضمین کند. همچنین تغییر شکل می تواند یکپارچگی شیر را به خطر بیندازد و معمولاً نیاز به تعویض شیر سوزنی دارد.

برای شیرهایی که از اتصالات فلنجی استفاده می کنند مجموعه خاصی از بررسی ها برای حفظ عملکرد مناسب شیر الزامی است. در وهله اول اطمینان از اینکه فلنج ها به درستی و ایمن نصب شده اند تا اتصالی بدون نشتی حفظ شود بسیار مهم است.

در مرحله بعد بررسی کنید که هم شیر و هم اکچویتور آن به خوبی کار می کنند زیرا هر گونه مشکل در عملکرد آنها می تواند بر عملکرد کلی سیستم تأثیر بگذارد.

در نهایت تمام اجزا را به دقت بررسی کنید و اگر مشخص شد که قطعات کمی شل شده است در صورت نیاز آنها را سفت کنید. نگهداری اجزای شیر در شرایط ایمن و پایدار برای ادامه عملکرد قابل اعتماد و عمر طولانی آن ضروری است.

مشکلات رایج شیر سوزنی

مشکلات رایج در شیرهای سوزنی می تواند عملکرد آنها را مختل کند اما اغلب دلایل قابل شناسایی و راه حل های عملی نیز وجود دارند. برخی از مشکلات شیرهای سوزنی عبارتند از:

نشت سیال:

شیر سوزنی باید یک آب بندی محکم در موقعیت کاملا بسته ایجاد کند تا از نشت سیال جلوگیری شود. هنگامی که این آب بندی به خطر بیفتد ممکن است نشت سیال رخ دهد که در نهایت منجر به مشکلات بالقوه می شود.
دلیل نشت سیال در حالت کاملا بسته اغلب فرسودگی و پارگی پلاگ ناشی از سیال فرآیندی است. برای حل این مشکل توصیه می شود حداقل استم شیر سوزنی را تعویض نمایید. اگر مشکل ادامه داشت یک راه حل جامع تر پیشنهاد می شود که شامل تعویض کل شیر سوزنی برای اطمینان از آب بندی قابل اعتماد و محکم در موقعیت کاملا بسته است.

تجمع ذرات جامد:

باز ماندن شیر در درجه اول به دلیل تجمع ذرات جامد درون شیر است. در واقع هنگامی که یک شیر سوزنی در موقعیت باز گیر می کند می تواند منجر به جریان کنترل نشده سیال و عدم کنترل شود.
جهت رفع این مشکل شیر باید جدا شود و ذارت جامدی که باعث انسداد می شوند باید با دقت حذف شوند تا شیر به حالت عادی بازگردد.

کاربرد شیر سوزنی

شیرهای سوزنی برای کنترل دقیق نرخ جریان گازها یا مایعات در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. در واقع شیرهای سوزنی به ویژه در کاربردهایی که کنترل دقیق جریان برای آنها بسیار مهم است از جمله آزمایشگاه ها، سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک و فرآیندهای صنعتی که در آنها حتی کنترل نرخ جریان کم از اهمیت ویژه ای برخوردار است بهترین گزینه می باشند. برخی از کاربردهای شیر سوزنی عبارتند از:

• ابزار دقیق: شیرهای سوزنی معمولاً در سیستم های ابزار دقیق و کنترل برای تنظیم دقیق جریان سیالات به کار می روند.

• کنترل جریان: آنها در کاربردهایی که نیاز به تنظیم دقیق جریان و مدیریت نرخ جریان پایین دارند بهترین گزینه می باشند. شیرهای سوزنی در صنایع مختلف برای کنترل جریان بخار، هوا، گاز، نفت، آب و سیالات مشابه به کار می روند و آنها را به اجزای ارزشمندی در سیستم ها و فرآیندهای متعدد تبدیل می کنند.

• سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک: شیرهای سوزنی در سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک برای کنترل جریان مایعات یا گازها استفاده می شوند. آنها به تنظیم سرعت و فشار جریان سیال در این سیستم ها کمک می کنند و امکان کنترل و تنظیم دقیق را فراهم می کنند.

علاوه بر موارد فوق شیرهای سوزنی جهت کنترل سیالات در صنایع نفت و گاز، شیمیایی، پتروشیمی، غذایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایای شیر سوزنی

شیرهای سوزنی دارای مزیت های متعددی می باشند به همین منظور در طیف گسترده ای از صنایع استفاده می شوند. در ادامه مزایای شیر سوزنی در موارد زیر ذکر شده است:

• دقت بالا در کنترل جریان یکی از مهمترین مزیت های شیر سوزنی است.

• شیرهای سوزنی بسیار فشرده هستند بنابراین در کاربردهایی با محدودیت فضا مفید می باشند.

• شیرهای سوزنی می توانند دما و فشار بالا را تحمل کنند.

• آنها کنترل دقیق جریان را برای کاربردهای با دبی پایین سیال ارائه می دهند واستم را می توان با دست یا به وسیله اکچویتور چرخاند تا اندازه اوریفیس و سرعت جریان را تنظیم کند.

• شیرهای سوزنی آب بندی بسیار خوبی دارند بناربراین احتمال نشتی در شیرهایی که به خوبی نگهداری می شوند را به حداقل می رساند.

• شیرهای سوزنی برای کاربردهایی که نیاز به تنظیم مکرر و جزئی جریان دارند مانند کالیبراسیون و اندازه گیری مناسب می باشند.

معایب شیر سوزنی

شیرهای سوزنی علاوه بر مزیت های فوق دارای معایبی به شرح زیر می باشند:

• شیرهای سوزنی عملکرد ضعیفی در جریان با دبی های بالا دارند.

• شیرهای سوزنی زمان پاسخگویی نسبتاً کندی دارند.

• شیرهای سوزنی مستعد گرفتگی و آسیب پذیری در برابر زباله های موجود در سیال هستند.

• آنها افت فشار نسبتا زیادی در سراسر شیر دارند به این معنی که انرژی بیشتری مصرف می کنند و بازده سیستم را کاهش می دهند.

• شیرهای سوزنی نیز برای کاربردهایی که نیاز به پاسخ سریع و دقیق دارند مانند کنترل دینامیک توصیه نمی شوند.

پارامترهای مهم در خرید شیر سوزنی

هدف استفاده از شیر سوزنی کنترل و تنظیم دقیق جریان سیالات مختلف است. شیرهای سوزنی برای کاربردهایی طراحی شده‌اند که در آن کنترل دقیق و دقیق نرخ جریان یا فشار ضروری است. این تجهیزات معمولاً در شرایطی مانند آزمایشگاه ها، سیستم های هیدرولیک و کاربرد با نرخ جریان پایین استفاده می شوند که کنترل دقیق مایعات حیاتی است.

پارامترهای گوناگونی جهت خرید شیر سوزنی مناسب با کاربردهای مختلف باید در نظر گرفته شود که در ادامه ذکر می شود:

1. سایز شیر:

در نظر گرفتن اندازه شیر و گزینه های اتصال انتهایی از نکات مهم هنگام خرید شیر سوزنی است. همچنین می توانید با اتصالات نر و مادگی به درجه فشار بالاتر دست یابید. انتخاب سایز مناسب شیر کنترل جریان بدون نشتی را تضمین می کند.

ضرایب جریان (Cv) برای هر شیر در کاتالوگ ها منتشر می شود. به عبارت دیگر مقادیر Cv که با آزمایش تعیین می شوند و محاسبات مطابق با روش ها و فرمول های مشخص شده توسط انجمن بین المللی اندازه گیری و کنترل (ISA) درج می شوند.

2. نوع اتصالات شیر:

شیرهای سوزنی با انواع اتصالات مختلف رزوه ای و فلنجی در دسترس می باشند. اتصالات رزوه ای معمولاً برای سیستم هایی با محدوده قطر لوله کم و فشار کاری کمتر نسبت به سایر اتصالات استفاده می شود و در فشارهای بالا مستعد نشتی می باشد.

3. متریال و جنس شیر:

اجزای مختلف و قسمت های در تماس با سیال در شیر سوزنی از متریال های گوناگونی تولید می شوند. توجه داشته باشید که انتخاب متریال بر اساس نوع سیال، دما و فشار فرآیندی خواهد بود.

4. دمای فرآیندی:

محدوده دمایی است که شیر سوزنی در آن محدوده عملکرد بهینه ای دارد. به عبارت دیگر شیر سوزنی برای عملکرد در دمای بالا با شیر سوزنی برای کاربردهای برودتی یکسان نیست. به عنوان مثال از فولاد ضد زنگ SS316 / 316L برای شیرهای برودتی استفاده می شود. برای کاربرد برودتی، شیر هرگز نمی تواند از متریال فولاد کربنی باشد، زیرا فولاد کربنی خواص خود را در دماهای پایین تغییر می دهد و در نهایت می تواند شکسته شود.

5. برند سازنده:

برندهای مختلفی شیرهای سوزنی را تولید می کنند باید در نظر داشته باشید که برندهای معتبر با توجه به کیفیت محصول و کارایی از قیمت بالاتری نیز برخوردار می باشند.

6. فشار فرآیندی:

شیرهای سوزنی با یک آب بندی محکم در محدوده های فشارهای بالا به خوبی عمل می کنند و دلیل اینکه شیر سوزنی می تواند فشار زیادی را تحمل کند به دلیل اندازه و شکل آنها است.
انواع مختلفی از شیرهای سوزنی با محدوده فشارهای کاری مختلف طراحی می شوند و باید به گونه ای شیر سوزنی را انتخاب کنید که بتواند فشار کاری مورد نظر را تحمل کند.

7. استاندارد و تاییدیه ها:

برخی از کاربردها به گواهینامه های ویژه نیاز دارند تا اطمینان حاصل شود که شیر سوزنی استانداردها و مقررات مربوط به آن کاربرد را برآورده می کند. از رایج ترین استانداردهای مرتبط با شیرهای سوزنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• سرویس اکسیژن (Oxygen service): چربی زدایی و پاکسازی ویژه مطابقASME برای سازگاری با خطوط اکسیژن است.

• سرویس هیدروژن (Hydrogen service): به طور ویژه برای جلوگیری از نشت هیدروژن و با متریال سازگار با هیدروژن ساخته می شود.

• استاندارد ضد انفجار (ATEX): شیر سوزنی که به طور ویژه برای کار در اتمسفرهای انفجاری ATEX طراحی و ساخته شده است.

• API 598: گواهی تست فشار پنوماتیک و هیدرواستاتیک است.

• Firesafe: شیر سوزنی ضد حریق مطابق با استاندارد ISO 10497 تولید می شود.

تجهیز صنعت با بیش از دو دهه سابقه درخشان، یکی از شرکت های فعال در تامین تجهیزات و واردات قطعات صنعتی در حوزه تجهیزات برق و ابزار دقیق، اتوماسیون صنعتی، شیرآلات صنعتی و پایپینگی، تجهیزات آزمایشگاهی و آنالایزرهای شیمیایی، تجهیزات کالیبراسیون و تست و اندازه گیری پرتابل است.

این فروشگاه بزرگ انواع شیر سوزنی را در سایزها، متریال و برندهای مختلف با بهترین کیفیت و قیمت مناسب به فروش می رساند. جهت کسب اطلاعات بیشتر و استعلام قیمت شیر سوزنی با کارشناسان فروش ما در تماس باشید.