شیر سوزنی (Needle Valve) چیست؟ نحوه کارکرد آنها

شیر سوزنی (Needle Valve) برای کنترل دقیق نرخ جریان گازهای تمیز یا سیالات استفاده می شود. تنظیمات شیر برای تنظیم نرخ جریان تدریجی و ملایم است. از این شیرها می توان به عنوان شیرهای انسدادی قابل اطمینان نیز استفاده کرد. با این حال، این شیرها عموماً فقط برای نرخ پایین جریان استفاده می شوند و نسبتاً افت فشار زیادی از ورودی تا خروجی شیر ایجاد می کنند. اندازه پورت های معمول برای شیرهای سوزنی از 1.8 تا 2 اینچ متغیر است. بیشترین کاربرد شیر سوزنی برای کنترل جریان گاز (مانند پروپان) است.

نحوه کارکرد شیر سوزنی (Needle Valve)

شیرهای سوزنی مجرایی را باز و بسته می کنند که دارای یک انتهای مخروطی است و با چرخش عملگر بالا و پایین می رود. شکل 2 نمایی از سطح مقطع، طراحی و اجزای یک شیر سوزنی را نشان می دهد. عملگر (A) به یک پلانجر وصل است که استم (F) نیز نامیده می شود. وقتی عملگر را می‌چرخانید، پلانجر روی رزوه ها (C) به بالا یا پایین حرکت می کند. مهره قفل شونده (B) مانع از بازشدن کامل پلانجر می شود. وقتی پلانجر به پایین حرکت می کند، انتهای مخروطی و تیز (I) در تماس با سیت (Seat) شیر قرار می گیرد و مجرا (H) را کاملاً می بندد. سیت (Seat) شیر نیز اغلب مخروطی شکل است. طرح ها و اندازه های مختلفی برای اتصال شیر سوزنی به لوله یا شیلنگ از طریق اتصال پورت (G) در ورودی و خروجی وجود دارد. کلاهک (D) به غلاف شیر وصل است که می تواند از مواد مختلفی مانند برنج یا فولاد ضدزنگ ساخته شود.

شکل 2. سطح مقطع و اجزای شیر سوزنی

شما می توانید با توجه به رزوه ها، فاصله بین انتهای مخروطی پلانجر و سیت (Seat) شیر را به دقت مشخص کنید تا نرخ جریان را به درستی تنظیم نمایید. بنابراین، با تغییر مکان پلانجر، شما می توانید نرخ جریان را بین صفر و حداکثر تنظیم کنید.

انواع مختلف شیر سوزنی (Needle Valve)

شکل 3. شیر سوزنی زاویه ای

شیر سوزنی رزوه ای دستی (که در بالا توصیف شد) متداول ترین نوع شیر سوزنی است. با این حال، دو گونه دیگر نیز وجود دارد: موتوری و زاویه ای.

• شیرسوزنی موتوری: این شیرهای سوزنی عملگر دستی ندارند اما در عوض از یک عملگر الکتریکی یا پنوماتیک برای چرخاندن و اتصال به پلانجر استفاده می کنند. این ها را می توان از راه دور کنترل کرد، در یک سیستم حلقه بسته مورد استفاده قرار داد و/یا به یک تایمر وصل کرد و نرخ جریان را به درستی از راه دور کنترل کرد.
• شیرسوزنی زاویه ای: این شیرها جریان خروجی را به میزان 90 درجه نسبت به ورودی می‌چرخانند. همان مفهوم عملیاتی مشترک در مورد این نوع شیر نیز صادق است اما زاویه 90 درجه ای امکان یکپارچگی بهتر سیستم را فراهم می آورد. شکل 3 نمونه ای از شیر سوزنی زاویه ای را نشان می دهد.

انتخاب شیر سوزنی (Needle Valve)

در هنگام انتخاب شیر سوزنی چهار ویژگی اصلی و الزامات کارکردی را باید مدنظر قرار داد: جنس، فشار، اندازه، دما.

جنس

جنس غلاف شیر سوزنی (شکل 2 قسمت E) بر اساس کاربرد مشخص شده است. متدوال ترین مواد سازندۀ غلاف شیر سوزنی، برنج و فولاد ضدزنگ است زیرا دامنه مقاومت شیمیایی گسترده ای دارند. با این حال، مواد دیگری نیز هستند که برای کاربردهای خاص استفاده می شوند.

برنج

شیرهای سوزنی برنجی برای سیستم های هیدرولیک، آب شرب، کاربردهای دمای بالا، و لوله کشی گاز مناسب هستند. این شیرها برای سیالات خنثی و غیرخورنده مناسب هستند و بیشترین کاربرد آن ها برای آب شرب است. با این حال، نباید از این شیرها برای آب شور (آب دریا)، آب مقطر، اسیدها یا کلریدها استفاده کرد.

فولاد ضدزنگ

شیرهای سوزنی از جنس فولاد ضدزنگ مقاومت شیمیایی خیلی خوبی در برابر بسیاری از سیالات دارند. این ماده بسیار بادوام است و در برابر دما و فشار بالا مقاوم است. فولاد ضد زنگ برای سیالات سخت و خورنده مثل آب دریا مناسب است.

فشار

انتخاب یک شیر سوزنی مناسب وابسته به شناخت الزامات کاربردی برای فشار در سیستم است. شیرهای سوزنی قدرتمند می توانند فشار 4000 تا 5000 psi (معادل 275 تا 413 bar) را در دمای 100 فارنهایت (38 درجه سانتی گراد) تحمل کنند. برای فشارهای بالاتر مانند کاربردهای هیدرولیکی فشار بالا، شیرهایی با کارایی بالا وجود دارند که می توانند تا فشار (10000 psi 689 bar) را در دمای 100 درجه فارنهایت (38 درجه سانتی گراد) تحمل کنند. طراحی های خاصی نیز برای شیر سوزنی وکیوم برای فشار پایین وجود دارد.

اندازه پورت و مجرا

شیرهای سوزنی دارای اندازه پورت و مجرای بسیار متنوعی هستند. پورت های اتصال نیز می توانند انتهای نری یا مادگی داشته باشند. استانداردهای رزوه متداول این شیرها: NPT (رزوه لوله ملی آمریکا)، BSP (لوله استاندارد بریتانیا) یا metric (استانداردهای ایزو) هستند. متداول ترین شیرهای سوزنی بین 2 تا 12 میلی متر (1.8 تا 2 اینچ) هستند. استفاده از اندازه مناسب پورت و مجرا به عملکرد موثر سیستم و جریان کمک می کند و احتمال خوردگی و نشت کاهش می یابد.

دما

شیرهای سوزنی برای کاربردهای دمای کم و زیاد مناسب هستند. لازم است که جنس غلاف و جنس ماده آببندی را به خصوص برای دماهای بسیار بالا به درستی انتخاب کنید تا شیر بتواند دوام لازم را در آن شرایط داشته باشد. دوتا از متداول ترین مواد آببندی: PTFE (تفلون) برای دامنه دمایی منفی 65 تا 450 درجه فارنهایت (54- تا 232 درجه سانتی گراد) و PEEK (پلی اتر اتر كتون) برای افزایش مقاومت دمایی تا 600 درجه فارنهایت (315 درجه سانتی گراد) می باشد.

کاربردهای شیرسوزنی (Needle Valve)

شیرهای سوزنی به علت توانایی کنترل دقیق نرخ جریان در تمامی کاربردهای کنترل سیال مورد استفاده قرار می گیرند. با انتخاب اندازه و جنس متناسب با دما و فشار، می توان از این شیرها تقریبا برای هر نوع گاز تمیز یا سیال استفاده کرد. یکی از متداول ترین کاربردهای شیرسوزنی پایش جریان گاز (مانند پروپان) در یک سیستم است. شیر سوزنی پروپان می تواند به درستی جریان گاز را قطع و/یا نرخ جریان و نرخ فرسایش کاربردها را به طور موثر کنترل کند.

نماد شیر سوزنی  

اگر به نمای شماتیک نگاه کنید، شکل 4 نماد یک شیرسوزنی را نشان می دهد. این شماتیک دارای یک نماد شیر استاندارد دوراهه با یک پیکان است که نشان می دهد این یک شیر سوزنی است.