صمامات تحكم ثنائية الاتجاه

من المحتمل أن يكون صمام التحكم هو أهم مكون في نظام توزيع السوائل لأنه ينظم تدفق السائل إلى العملية قيد السيطرة. في أنظمة HVAC ، تُستخدم صمامات التحكم في المقام الأول للتحكم في تدفق المياه المبردة والماء الساخن وماء المكثف ، موضوع هذا القسم. تتشابه السيطرة على السوائل الأخرى بما في ذلك البخار والبرامج المبردات والغازات والزيت في العديد من الجوانب ولكن لا يتم معالجتها على وجه التحديد هنا لأن لديهم متطلبات محددة للتصميم بما في ذلك قضايا السلامة والمواد.

أنماط ومبادئ التشغيل

شكل 1. دوائر صمام ثنائية الاتجاه وثلاث اتجاهات

مع التكوين ثنائي الاتجاه ، يكون التدفق عبر نظام الدورة الدموية متغيرًا. في التكوينات الثلاثية ، يظل التدفق ثابتًا نسبيًا من خلال الحلقة التي تتضمن المضخة وتختلف في الحلقة التي تحتوي على الملف. هذا يعمل بشكل جيد للأنظمة التي يتطلب فيها تزويد الحرارة ، عادةً غلاية ، أو إمدادات التبريد ، عادةً ما يكون مبردًا ، تدفقًا ثابتًا. في أنظمة أخرى ، قد يكون التدفق المستمر في الملف مهمًا ، ربما لمنع التجمد. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون المضخة في حلقة الملف.

عادة ما تأتي صمامات التحكم في ثلاثة أنماط صمام: Globe ، Butterfly ، والكرة. كانت صمام Globe من النوع الأكثر شيوعًا لسنوات عديدة ، لكن صمامات الكرة المميزة أصبحت شائعة جدًا وبدأت تصبح جزءًا مهمًا من سوق العمل. أقل من حجم 2 بوصة ، عادة ما يكون لها عرق (لحام) أو اتصالات مشدودة ، في حين أن أعلى من 2 بوصة عادة ما تكون حادة.

الشكل 2يظهر صمام تحكم واحد في اتجاهين من نوع واحد في اتجاهين. وهو يتكون من جسم ومقعد واحد وقابس. يتم توصيل القابس بساق ، والذي بدوره متصل بالمشغل ، يسمى أيضًا المحرك أو المحرك. تحريك الجذع لأعلى ولأسفل يتحكم في التدفق. يتم تحقيق الإغلاق الكامل عندما يكون القابس أسفل المقعد.

الشكل 2. صمام واحد في اتجاهين أحادي المقعد (يترك تدفق السوائل إلى اليمين)

يتم توصيل الجسم بنظام الأنابيب بأي طريقة مناسبة (مشدودة ، حافظة ، ملحومة ، لحام ، وما إلى ذلك) ، ولكن من المهم أن يتم توفير النقابات أو شيء مماثل بحيث يمكن إزالة الصمام بسهولة للإصلاح أواستبدال. تأكد من أن اتجاه التدفق صحيح مع السهم على جسم الصمام. يجب توفير صمامات الخدمة (يدوي) لعزل صمامات التحكم الفردية أو الأنظمة الفرعية للأنابيب.

مشغل تم نشره لرفع ساق الصمام عند فقدان الطاقة مع صمام العالم الموضح فيالشكل 2سوف تنتج مجموعة صمام مفتوحة عادة. يكون الصمام مفتوحًا عند إزالة الطاقة من المشغل.

تشير الأرقام إلى أن التدفق من خلال الصمام يجب أن يحدث في الاتجاه الذي يظهره السهم. جميع صمامات التحكم سيكون لها سهم فيخارج الجسم للإشارة إلى اتجاه التدفق. والسبب في ذلك هو كما يلي: في أي صلة بين ساق المحرك والصمام سيكون هناك بعض الركود ، حركة حرة صغيرة من جذع الصمام. عندما يحدث التدفق في الاتجاه الصحيح ، يميل ضغط السرعة للسائل والضغط التفاضلي للسوائل عبر الصمام إلى فتح الصمام. لذلك ، يجب أن يضغط المحرك بإحكام لإغلاقه ، مع تناول أي حركة حرة. إذا حدث التدفق في الاتجاه الخاطئ ، يميل ضغط السرعة إلى إغلاق الصمام (الضغط لأسفل فوق قابس الصمام فيالشكل 2). عندما يخنق الصمام نحو وضعه المغلق ، قد يكون الضغط كافياً لدفع القابس إلى الموضع المغلق ، مع الاستفادة من حركة حرة أو الركود في جذع الصمام. عندما يحدث هذا ، يتوقف التدفق ، ثم يختفي مكون ضغط السرعة ، ويسمح حرية الحركة للصمام بالفتح. يبدأ التدفق ، ويظهر مكون السرعة مرة أخرى ، ويتكرر الدورة إلى أجل غير مسمى. في كل مرة يتوقف فيها التدفق ويبدأ ، فإن القوة بالقصور الذاتي للسائل في الأنبوب تسبب صدمة معروفة باسممطرقة الماء. إلى جانب كونها صاخبة ومزعجة ، يمكن أن يسبب فشل نظام الأنابيب. لذلك ، من المهم أبدًا تثبيت صمام التحكم للخلف.

الشكل 4يظهر صمام مزدوج الجمل ، يسمى أيضا صمام متوازن. كما يوحي الاسم ، فإنه يحتوي على مقابس ومقاعد مرتبة بحيث يكون الضغط التفاضلي للسوائل متوازنة ولا يتعين على المشغل محاربة الضغط التفاضلي لإغلاق الصمام ، كما هو الحال في الصمامات ذات الجمل الواحد الموضحة فيالشكل 2. هذا يقلل من حجم المشغل. لكن الصمام بطبيعته لا يمكن أن يوفر إغلاقًا ضيقًا. هذا يقلل من قابلية تطبيقه على أنظمة HVAC ، حيث يكون الإغلاق الضيق مطلوبًا عادة ، لتقليل تكاليف الطاقة (لمنع التسرب والتدفئة والتبريد في وقت واحد).

الشكل 4. صمام الكرة الأرضية ثنائية الاتجاه في اتجاهين

يتم تعديل صمامات التحكم من نوع Globe مع نوعين أساسيين من المقابس: المكونات الخطي (V-PORT) (انظرالشكل 5) ونسبة مئوية متساوية (انظرالشكل 6). العديد من الشركات المصنعة لها اختلافات في هذين التصميمين (تسمى نسبة متساوية أو معدلة معدلة) ، والتي عادة ما تكون خصائصها مماثلة لتلك الموضحة هنا.

الشكل 5. قابس صمام خطي (V-Port)

الشكل 6. نسبة مئوية متساوية قابس صمام

قابس لوحة مسطحة (انظرالشكل 7) يستخدم في بعض الأحيان لموضعين ، واجب افتتاح سريع.

الشكل 7. قابس صمام سريع الافتتاح (لوحة مسطحة)

الرسم البياني فيالشكل 8يوضح العلاقة بين تدفق النسبة المئوية برفع المكونات في المئة لكل نوع قابس ، على افتراض انخفاض الضغط المستمر عبر الصمام. يتم تعريف رفع المكونات على أنه صفر مع إغلاق الصمام ، وصول إلى 100 ٪ عندما يتم فتح الصمام إلى النقطة التي لا تحدث بعدها في التدفق. يوفر قابس اللوحة المسطحة حوالي 60 ٪ من التدفق الكامل عند فتح 20 ٪ فقط. وبالتالي ، فهي مناسبة فقط للسيطرة على وضعين.

الشكل 8. خصائص صمام التحكم

خصائص صمام التحكم هي دراسة معقدة للخصائص المطلوبة من نظام HVAC وملفه ، وكيف تم تصميم الصمام للعمل والوظيفة. يمكن أن ينتج عن اختيار هذه الخصائص بشكل صحيح صمام تحكم تم دمجه بشكل صحيح لتطبيقه. مثال بسيط للغاية على ذلك مصور فيالشكل 9.

الشكل 9. مزيج من خصائص صمام الملف والتحكم

كما هو موضح فيالشكل 10، يحتوي القابس الخطي على خاصية خطية بشكل أساسي بينما يتم تشكيل المكونات المئوية المتساوية بحيث تكون زيادة التدفق وظيفة أسي لزيادة الرفع. هذا يعني أنه عندما يتم إغلاق الصمام تقريبًا ، يلزم تغيير كبير في النسبة المئوية للرفع لتغيير بسيط في التدفق.

الشكل 10. خصائص الصمام النموذجية عند انخفاض الضغط المستمر

مع وصول المكونات إلى آخر زيادة صغيرة من الإغلاق حتى تغلق بالكامل ، ينخفض ​​التدفق بسرعة كبيرة. هذا الحد الأدنى لمعدل التدفق قبل الإغلاق هو وظيفة البناء المادي للصمام ، والتوصيل ، والمقعد. وتسمى نسبة الحد الأدنى للمعدل إلى الحد الأقصى للمعدل عند انخفاض الضغط نفسه عبر الصمام قدرة النطاق أو نسبة الانخفاض. بالنسبة لصمام التحكم في HVAC نموذجي ، ستكون هذه النسبة حوالي 20: 1 ، وهو ما يعادل تدفق 5 ٪ عندما يكون الصمام مفتوحًا بالكاد مفتوحًا. هذا عادة ما يكون كافيًا لأعمال التحكم في HVAC. تتوفر الصمامات ذات النسب الأكبر ولكنها أكثر تكلفة.

الشكل 11يظهر صمام فراشة ، وهو في الأساس قرص مستدير يدور داخل جسم الصمام لتعديل التدفق. على الرغم من أنه غير مناسب دائمًا لتعديل الرسوم (كما تمت مناقشته في القسم التالي) ، إلا أنه يمكن استخدام صمامات الفراشة للإغلاق والموازنة والموضعين والموضعين الثلاثي. يحتوي صمام الفراشة على خاصية تقع بين النسبة المئوية المتساوية وخصائص التوصيل الخطية ، انظرالشكل 10، في حين أن صمام الكرة لديه خاصية خطية تقريبا. خصائص التدفق المختلفة مطلوبة في تطبيقات مختلفة.

الشكل 11. صمام فراشة

يظهر صمام الكرة (في الأساس كرة بالملل التي تدور في جسم الصمام) فيالأشكال 12 و 13. تُستخدم صمامات الكرة في المقام الأول كصمامات إغلاق وموازنة على أنظمة الأنابيب الصغيرة (حجم الأنابيب الاسمية 2 بوصة وأقل) ، ولكن تم تكييفها مؤخرًا لتطبيقات التحكم التلقائي ، بشكل أساسي للملفات الصغيرة مثل الملفات المحددة. لا ينبغي استخدام صمامات الكرة ، بدون سدادة مناسبة ، في أغراض التحكم في التدفق الكبيرة ؛ عادةً ما تكون المقاومة ، عندما تكون مفتوحة ، منخفضة للغاية وتضفي نفسها للسماح بصمام الحجم الأصغر بكثير فيما يتعلق بالأنبوب ، وعدم تحكمه غير مستقر.

الشكل 12. تخطيط صمام الكرة

الشكل 13. تتميز صمام الكرة

يمكن استخدام صمامات الكرة ذات "التوصيل المميز" في بعض تطبيقات التحكم في HVAC النموذجية كما هو موضح فيالشكل 13.

يتم عرض خصائص التدفق لهذه المقابس القياسية في صمام الكرة والمقاطع المميزة فيالشكل 14.

الشكل 14. صمام الكرة

الأنواع الثلاثة من الصمامات التي تم النظر فيها - Globe ، Butterfly ، والكرة - كلها تحتاج إلى القيادة مع محرك. ينقل مشغل صمامات Globe صمام الجذعية والخارج كما هو موضح فيالشكل 15. يجب على المحركات الخاصة بصمامات الكرة والفراشة تدوير جذع الصمام مع مشغل كما هو موضح فيالشكل 16.

الشكل 15. محركات الصمامات - تحرك صعودًا وهبوطًا

الشكل 16. Actuator Valve - Rotary (مجاملة هانيويل)

يوفر استخدام صمامات ثنائية الاتجاه العديد من المزايا على صمامات ثلاثية ، بما في ذلك:

الصمام أقل تكلفة للشراء والتثبيت. يتم تعويض هذا جزئيًا من قبل المحركات التي تكلفها عادةً أكثر بسبب الضغط التفاضلي العالي عبر الصمام.

تؤدي الصمامات ثنائية الاتجاه إلى تدفق متغير من شأنه أن يقلل من طاقة الضخ. هذا صحيح بشكل خاص عند استخدام محركات السرعة المتغيرة على المضخات.

يمكن تقليل فقدان الحرارة في الأنابيب وكذلك طاقة المضخة باستخدام الصمام لتدفق الإغلاق إلى لفائف غير نشطة أثناء تقديم لفائف نشطة ؛ هذه ميزة عندما يقدم مصنع مركزي العديد من الملفات التي تعمل على جداول مختلفة.

يمكن أن يؤخذ التنوع في الحمل في الاعتبار عند تحديد حجم أنظمة الضخ والتوزيع ، مما قد يقلل من تكاليفها.

يتم تقليل الحاجة إلى توازن النظام أو القضاء عليها في معظم التطبيقات. نظرًا لأن الصمامات ستستخدم فقط أكبر قدر من الماء البارد أو الساخن كما هو مطلوب في الحمل ، فإن نظام الصمام ثنائي الاتجاه يتوازن ذاتيًا في ظل ظروف التشغيل العادية. مع الصمامات ثلاثية الاتجاه ، يحدث التدفق عبر الدائرة في جميع الأوقات (إما من خلال الملف أو الالتفافية) ، لذلك يجب موازنة التدفق لضمان تسليم التدفق المطلوب إلى كل ملف.

من ناحية أخرى ، يمكن أن يكون لاستخدام الصمامات ثنائية الاتجاه عيوب:

لا يمكن لبعض المبردات والغلايات التعامل مع معدلات تدفق متفاوتة على نطاق واسع. يعد استخدام الصمامات الثلاثية بدلاً من الصمامات ثنائية الاتجاه إحدى الطرق لحل هذه المشكلة. (قد لا يزال يتم استخدام الصمامات في اتجاهين في الملفات ، ولكن يجب تضمين بعض الوسائل الأخرى للحفاظ على التدفق عبر المعدات ، مثل الالتفافية المفعمة بالضغط ، VSD ، أو نظام ضخ أولي/ثانوي. يتم إحالة القارئ إلىكتيب Ashrae - أنظمة ومعدات HVACومصادر أخرى لمزيد من المعلومات حول هذه التصميمات البديلة.)

تتسبب الصمامات في اتجاهين في زيادة الضغوط التفاضلية عبر صمامات التحكم ، خاصةً عندما يتم التحكم في المضخات. هذا يقلل من قابلية التحكم في النظام وقد يتسبب في فتح الصمامات بسبب ضغط الماء. عادةً ما تكون المحركات أكبر حجمًا للتعامل مع الإغلاق الأكبر بكثير.

نظرًا للمزايا التي يقدمونها ، يوصى بشكل عام باستخدام الصمامات ثنائية الاتجاه ، ويستخدم مع التصميم الالتفافي المناسب أو VSD ، وخاصة بالنسبة للأنظمة الكبيرة حيث تكون مزايا طاقتها ومزايا التكلفة الأولى مهمة. لكن تصميم النظام واختيار الصمام (الذي تمت مناقشته في القسم التالي) يجب أن يكون قادرًا على التخفيف من هذين العيبين للنظام للعمل بنجاح.