لماذا يصعب فتح وإغلاق الصمامات ذات التجويف الكبير؟ ما هي الحلول؟

غالبًا ما يبلغ مستخدمو الصمامات الكروية ذات التجويف الكبير في التطبيقات اليومية عن مشكلة معينة: عندما يتم استخدام هذه الصمامات مع وسائط تخضع لفروق ضغط كبيرة —مثل البخار أو الماء عالي الضغط—، غالبًا ما يكون من الصعب إغلاقها. بغض النظر عن مقدار القوة المطبقة، يتم ملاحظة التسرب دائمًا، مما يجعل من الصعب تحقيق ختم محكم. تنبع هذه المشكلة من التصميم الهيكلي للصمام وحقيقة أن الحد الأقصى لعزم الدوران الذي يمكن للشخص أن يمارسه غير كافٍ.
تحليل أسباب صعوبة تشغيل الصمامات ذات التجويف الكبير
تتراوح القوة الأفقية القصوى التي يمكن أن يمارسها الشخص البالغ العادي من 60 إلى 90 كجم، اعتمادًا على الحالة البدنية الفردية.
تم تصميم الصمامات الكروية القياسية بمسار تدفق من المنخفض إلى العالي. عند إغلاق الصمام، يطبق المشغل قوة أفقية لتدوير العجلة اليدوية، مما يتسبب في تحرك القرص إلى الأسفل لتحقيق الإغلاق. في هذه المرحلة، يجب على المشغل التغلب على مجموعة من ثلاث قوى، وهي:
1) الدفع المحوري Fa؛
2) قوة الاحتكاك Fb بين الحشوة وساق الصمام؛
3) احتكاك التلامس بين ساق الصمام ونواة قرص الصمام Fc
عزم الدوران الإجمالي هو ∑M = (Fa + Fb + Fc)R
ويمكن ملاحظة أنه كلما كان القطر الاسمي أكبر، كلما كان الدفع المحوري أكبر. عندما يكون الصمام مغلقًا تقريبًا، يقترب الدفع المحوري من الضغط الفعلي لشبكة خطوط الأنابيب (نظرًا لأنه أثناء الإغلاق، P1 – P2 ≈ P1، وP2 = 0)
على سبيل المثال، يتمتع صمام الكرة الأرضية DN200 المستخدم في أنبوب بخار مقاس 10 بار بقوة دفع محورية Fa للإغلاق وحده تبلغ 10 × πr² = 3140 كجم. إن القوة المحيطية الأفقية المطلوبة للإغلاق قريبة بالفعل من الحد الأقصى لما يمكن أن يمارسه الإنسان العادي، لذلك من الصعب للغاية على شخص واحد إغلاق هذا الصمام بالكامل في ظل ظروف التشغيل هذه.
وبطبيعة الحال، توصي بعض المصانع بتركيب مثل هذه الصمامات في الاتجاه المعاكس لحل صعوبة إغلاقها، ولكن هذا يؤدي بعد ذلك إلى مشكلة صعوبة فتح الصمام بعد إغلاقه.
تحليل أسباب التسرب الداخلي في الصمامات الكروية ذات التجويف الكبير
تُستخدم الصمامات الكروية ذات التجويف الكبير عمومًا في مواقع مثل منافذ الغلايات وأسطوانات توزيع البخار الرئيسية وأنابيب البخار الرئيسية، حيث توجد المشكلات التالية
1) يكون فرق الضغط عند منافذ الغلايات مرتفعًا بشكل عام، مما يؤدي إلى سرعات أعلى لتدفق البخار وزيادة التآكل والتلف لأسطح الختم. علاوة على ذلك، نظرًا لأن كفاءة احتراق الغلاية لا يمكن أن تصل إلى 100%، فإن البخار عند مخرج الغلاية يحتوي على نسبة عالية من الرطوبة، مما قد يتسبب بسهولة في حدوث تجويف وتآكل في أسطح إغلاق الصمام.
2) بالنسبة للصمامات الكروية الموجودة بالقرب من منافذ الغلاية وموزعات البخار، فإن البخار الخارج مباشرة من الغلاية يُظهر ارتفاعًا متقطعًا في درجة الحرارة. أثناء عملية التشبع، إذا كانت معالجة تليين مياه الغلاية غير كافية، فقد تترسب مواد حمضية أو قلوية، مما يسبب تآكل وتآكل أسطح الختم؛ علاوة على ذلك، قد تلتصق بعض المواد البلورية بأسطح ختم الصمام وتتبلور عليها، مما يمنع الصمام من تحقيق ختم محكم.
3) بالنسبة للصمامات الموجودة عند مدخل ومخرج موزعي البخار، يتقلب الطلب على البخار أسفل الصمام بشكل كبير بسبب متطلبات الإنتاج وعوامل أخرى. في ظل ظروف التغيرات الكبيرة في سرعة التدفق، من المحتمل أن تحدث ظواهر مثل التبخر السريع والتجويف، مما يتسبب في تآكل وتلف تجويف مقعد الصمام.
4) عند فتح خطوط الأنابيب ذات القطر الكبير، من الضروري عمومًا تسخين خط الأنابيب مسبقًا. تتطلب عملية التسخين المسبق عادةً معدل تدفق منخفض جدًا للبخار للسماح بتسخين خط الأنابيب ببطء وبشكل متساوٍ إلى درجة حرارة معينة قبل فتح الصمام الكروي بالكامل. ويمنع هذا الارتفاع السريع في درجة الحرارة في خط الأنابيب، مما قد يتسبب في تمدد مفرط وتلف بعض نقاط الاتصال. ومع ذلك، أثناء هذه العملية، غالبًا ما تكون فتحة الصمام صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى معدل تآكل أكبر بكثير من ذلك الذي يحدث أثناء التشغيل العادي، مما يقلل بشكل كبير من عمر خدمة أسطح إغلاق الصمام.
حلول لصعوبة فتح وإغلاق الصمامات الكروية ذات القطر الكبير
1) أولاً، يوصى باختيار صمام كروي محكم الغلق، والذي يتجنب مقاومة الاحتكاك المرتبطة بصمامات المكبس وصمامات التعبئة، مما يجعل التشغيل أسهل.
2) يجب أن يكون سدادة الصمام والمقعد مصنوعين من مواد ذات مقاومة ممتازة للتآكل والتآكل، مثل كربيد الأسمنت الستلايت.
3) يوصى بتصميم صمام مزدوج القرص لمنع التآكل المفرط الناجم عن زوايا الفتح الصغيرة، مما قد يؤثر على عمر الخدمة وأداء الختم.