شیر دیافراگمی Diaphragm Valve یک شیر خطی است که برای بازکردن، بستن یا کنترل جریان سیال استفاده می شود. علت نام گذاری شیر دیافراگمی به خاطر وجود یک دیسک انعطاف پذیر است که سیت (Seat) در بالای بدنه شیر در تماس بوده و یک آب بندی را شکل می دهد.
دیافراگم یک قطعه انعطاف پذیر و حساس به فشار است که نیرو را برای بازکردن، بستن یا کنترل شیر انتقال می دهد. شیرهای دیافراگمی شبیه به شیرهای سوزنی هستند اما به جای استفاده از بوش الاستومتری در بدنه شیر از یک دیافراگم الاستومتری (Elastomeric Liner) استفاده می کنند تا جریان سیال را از قطعه مسدودکننده جدا کنند.
روش کنترل شیر دیافراگمی
شیرهای دیافراگمی از یک دیافراگم انعطاف پذیر استفاده می کنند که توسط یک میله یکپارچه به کمپرسور وصل شده است. به جای تنگ کردن بوشن برای انسداد جریان سیال، دیافراگم در تماس با کف بدنه شیر قرار می گیرد و به این ترتیب جریان سیال را قطع می کند.
شیرهای دیافراگمی دستی انتخابی ایده آل برای کنترل جریان سیال هستند زیرا مجرایی متغیر و دقیق برای کنترل افت فشار در درون شیر ایجاد می کنند. دسته (فلکه) شیر چرخانده می شود تا میزان مطلوب سیال عبوری از شیر تنظیم گردد. برای باز و بسته کردن، دسته شیر چرخانده می شود تا کمپرسور دیافراگم را به سمت کف بدنۀ شیر فشار دهد و جریان سیال را مسدود کند یا از کف شیر به سمت بالا حرکت کرده و سیال را از درون شیر عبور دهد.
کارکرد شیر دیافراگمی
دیافراگم به وسیلۀ میله ای که به صورت یکپارچه داخل آن قالب گیری شده است به کمپرسور وصل می شود. کمپرسور توسط دستۀ شیر به بالا رانده می شود تا جریان سیال را برقرار کرده یا آن را افزایش دهد. برای توقف یا کاهش جریان سیال، کمپرسور به پایین رانده می شود و دیافراگم به کف بدنۀ شیر فشرده می شود.
شیرهای دیافراگمی برای کنترل جریان سیال های حاوی ذرات جامد معلق عالی هستند و می توانند در هر حالتی نصب شوند. شیرهای دیافراگمی از نوع زینی Weir-type diaphragm valves عملکرد بهتری نسبت به شیرهای دیافراگمی یکراست Straight Through Type Diaphragm Valves برای کنترل جریان سیال دارند زیرا طراحی بخش انسدادی بزرگ در راستای سیت (Seat) امکان بازشدن سریع را به شیر می دهد. دیافراگم به عنوان یک درزبند (واشر) عمل می کند و از نشت سیال بین بدنۀ شیر و پوشش بیرونی جلوگیری می کند.
انواع شیرهای دیافراگمی
شیرهای دیافراگمی جز شیرآلات صنعتی محسوب می شوند و در دو نوع اصلی موجود هستند:
نوع زینی Weir-Type Diaphragm Valves و نوع یکراست Straight Through Type Diaphragm Valves
هر دو نوع شیر دارای ساختار پایۀ مشابهی هستند اما بدنه و دیافراگم متفاوتی دارند.
طرح زینی شکل پرطرفدارترین نوع شیر دیافراگمی است و برای کاربردهای عمومی یا سرویس های خورنده و ساینده بسیار مناسب است. بهترین کاربرد آن ها در کنترل جریان های کوچک است. بدنه شیرهای دیافراگمی زینی دارای یک لبۀ برجسته است که در تماس با دیافراگم قرار می گیرد. شیرهای زینی دارای دیافراگم کوچک تر هستند زیرا نیاز به کشیدگی زیاد قطعه نیست.
قطعه می تواند سنگین تر باشد و بنابراین شیر را می توان برای سرویس های فشار بالا و خلاء استفاده کرد. طرح زینی از یک کمپرسور دو تکه تشکیل شده است. برای ایجاد یک مجرای نسبتاً کوچک در مرکز شیر، اولین چرخش استم (Stem) شیر باعث بالارفتن یک کمپرسور داخلی می شود و به جای اینکه کل دیافراگم در هنگام بازشدن شیر، زین را بلند کند فقط بخش مرکزی دیافراگم بلند می شود. وقتی کمپرسور داخلی باز شد، کمپرسور خارجی نیز همراستا با کمپرسور داخلی بلند می شود و کنترل جریان اضافی نیز شبیه کارکرد کنترلی در شیرهای دیگر است. مقاله شیر توپی چیست نیز میتواند مفید باشد.
بدنه های نوع زینی دارای پوشش هایی هستند که برای مایعات یا گازهای خطرناک توصیه می شود زیرا در صورت خراب شدن دیافراگم، مواد خطرناک به سیستم های مجاور نشت نمی کنند. این شیرها برای صنایع فرآوری غذایی نیز توصیه می‌شوند زیرا دارای بدنۀ خود تخلیه گر هستند.
شیر دیافراگمی نوع زینی Weir-Type Diaphragm Valves
نوع یکراست را می توان در موقعیت هایی استفاده کرد که جهت جریان در درون سیستم تغییر می کند. کف بدنۀ این شیرها صاف است و با جریان سیال موازی است. این طراحی باعث می شود که سیال بدون ممانعت از درون شیر عبور کند. دیافراگم باید از ماده ای انعطاف پذیر ساخته شود تا این مکانیزم بتواند به کف بدنۀ شیر برسد؛ این مسئله می تواند باعث کوتاهی عمر دیافراگم شود. استفاده از این شیرها برای لجن، دوغاب و دیگر سیالات چسبناک بسیار عالی است اما برای سیالات با دمای بالا مناسب نیستند.
شیر دیافراگمی یکراست Straight Through Type Diaphragm Valves
هر دو نوع شیر مسیر ساده و کارآمدی برای جریان سیال ایجاد می کنند به طوری که حداقل افت فشار در شیر رخ می‌دهد.
نوع اتصال
شیرهای دیافراگمی به انواعی از سیستم های لوله کشی وصل می شوند. نوع اتصال آن ها بایستی براساس الزامات موجود سیستم و نوع آب بندی مناسب انتخاب شود. چندین نوع اتصال در دسترس هستند:
- رزوه شده Threaded: انتهای رزوه شدۀ شیرهای دیافراگمی دارای رزوه های داخلی و خارجی است به طوریکه لوله را می‌توان درون شیر یا روی آن پیچ کرد. این یک طراحی ساده و پرطرفدار برای بسیاری از سیستم های لوله کشی است.
- اتصالات فشرده سازی Compression fitting: اتصالات فشرده سازی بدون استفاده از لحیم یا رزوه، اتصالات لوله را آب بندی می‌کنند. همزمان با سفت کردن یکی از مهره ها، آب بندی شکل می گیرد و واشر دور لوله دوم فشرده شده و یک اتصال آب بندی شده ایجاد می شود.
- فلنج پیچ و مهره Bolt flange: فلنج های پیچ و مهره اتصالاتی هستند که می توانند در ورودی یا خروجی شیر مورد استفاده قرار گیرند.
- فلنج گیره Clamp flange: فلنج های گیره از نوع فلنج های لولایی فنری هستند که دور لوله می پیچند تا تشکیل اتصال دهند.
- اتصالات لوله Tube fitting: با استفاده از اتصالات لوله، امکان اتصال مستقیم لوله به شیر فراهم می شود.
- جوش لب به لب Butt weld: جوش لب به لب یک اتصال لب به لب (یعنی اتصال بین دو صفحه، میله یا بخش) را نگه می‌دارد. دو قطعه در کنار هم قرار می گیرند اما هم پوشانی نمی کنند و در هم چفت نمی شوند.
- جوش ساکتی/لحیم Socket weld/Solder : اتصالات جوش ساکتی بین دو قطعه به یکدیگر لحیم می شوند به طوری که جدا کردن آن ها بسیار دشوار می شود.
- فیس سیل فلزی Metal face seal: فیس سیل های فلزی از یک واشر فلزی استفاده می کنند که بین دو قطعۀ متصل ساندویچ شده است. واشر در هر دو طرف اتصال یک فیس سیل ایجاد می کند.