تكنولوجيا منظمات الضغط والصمامات
توفر المنظمات والصمامات والأنظمة مجموعة واسعة من حلول التحكم في الضغط الدقيقة القياسية والمصممة حسب الطلب لسوق عالمية متنوعة.

أساسيات منظم الضغط

تُستخدم منظمات الضغط في العديد من التطبيقات المنزلية والصناعية الشائعة. على سبيل المثال، تُستخدم منظمات الضغط في الشوايات الغازية لتنظيم البروبان، وفي أفران التدفئة المنزلية لتنظيم الغازات الطبيعية، وفي المعدات الطبية وطب الأسنان لتنظيم غازات الأكسجين والتخدير، وفي أنظمة التشغيل الآلي الهوائية لتنظيم الهواء المضغوط، وفي المحركات لتنظيم الوقود وفي خلايا الوقود لتنظيم الهيدروجين. وكما توضح هذه القائمة الجزئية، هناك العديد من التطبيقات لمنظمات الضغط، ولكن في كل منها، يوفر منظم الضغط نفس الوظيفة. تعمل منظمات الضغط على تقليل ضغط الإمداد (أو المدخل) إلى ضغط مخرج أقل وتعمل على الحفاظ على ضغط المخرج هذا على الرغم من التقلبات في ضغط المدخل. إن تقليل ضغط المدخل إلى ضغط مخرج أقل هو السمة الأساسية لمنظمات الضغط.

عند اختيار منظم الضغط، يجب مراعاة العديد من العوامل. تشمل الاعتبارات المهمة: نطاقات ضغط التشغيل للمدخل والمخرج، ومتطلبات التدفق، والسائل (هل هو غاز أم سائل أم سام أم قابل للاشتعال؟)، ونطاق درجة حرارة التشغيل المتوقعة، واختيار المواد لمكونات المنظم بما في ذلك الأختام، بالإضافة إلى قيود الحجم والوزن.

المواد المستخدمة في منظمات الضغط

تتوفر مجموعة واسعة من المواد للتعامل مع مختلف السوائل وبيئات التشغيل. تشمل المواد الشائعة لمكونات المنظم النحاس والبلاستيك والألمنيوم. تتوفر أيضًا درجات مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ (مثل 303 و304 و316). عادةً ما تكون النوابض المستخدمة داخل المنظم مصنوعة من سلك الموسيقى (الفولاذ الكربوني) أو الفولاذ المقاوم للصدأ.

يُعد النحاس مناسبًا لمعظم التطبيقات الشائعة وعادةً ما يكون اقتصاديًا. غالبًا ما يتم تحديد الألومنيوم عندما يكون الوزن هو الاعتبار. يتم أخذ البلاستيك في الاعتبار عندما يكون انخفاض التكلفة هو الشاغل الأساسي أو عندما تكون هناك حاجة إلى عنصر يمكن التخلص منه. غالبًا ما يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ للاستخدام مع السوائل المسببة للتآكل، أو للاستخدام في البيئات المسببة للتآكل، عندما يكون نظافة السائل أمرًا مهمًا أو عندما تكون درجات حرارة التشغيل مرتفعة.

من المهم بنفس القدر توافق مادة الختم مع السائل ومع نطاق درجة حرارة التشغيل. Buna-n هي مادة مانعة للتسرب نموذجية. تقدم بعض الشركات المصنعة أختامًا اختيارية وتشمل: الفلوروكربون، وEPDM، والسيليكون، والإيلاستومر المشبع بالفلور.

السائل المستخدم (غاز، سائل، سام، أو قابل للاشتعال)
يجب مراعاة الخصائص الكيميائية للسائل قبل تحديد أفضل المواد لتطبيقك. كل سائل له خصائصه الفريدة، لذا يجب توخي الحذر عند اختيار مواد الجسم والختم المناسبة التي ستتلامس مع السائل. تُعرف أجزاء المنظم التي تتلامس مع السائل بالمكونات "المبللة".

من المهم أيضًا تحديد ما إذا كان السائل قابلًا للاشتعال أو سامًا أو متفجرًا أو خطيرًا بطبيعته. يُفضل استخدام منظم غير قابل للتخفيف مع الغازات الخطرة أو المتفجرة أو الباهظة الثمن لأن التصميم لا ينفث الضغط الزائد في اتجاه مجرى الهواء. وعلى النقيض من المنظم غير القابل للتخفيف، فإن المنظم القابل للتخفيف (المعروف أيضًا باسم المنظم القابل للتخفيف الذاتي) مصمم لتنفيس الضغط الزائد في اتجاه مجرى الهواء. عادةً ما يكون هناك فتحة تهوية في جانب جسم المنظم لهذا الغرض. في بعض التصميمات الخاصة، يمكن تثبيت فتحة التهوية ويمكن تهوية أي ضغط زائد من جسم المنظم عبر الأنابيب وإخراجه في منطقة آمنة. إذا تم اختيار هذا النوع من التصميم، فيجب تهوية السائل الزائد بشكل مناسب ووفقًا لجميع لوائح السلامة.

درجة الحرارة
لا ينبغي للمواد المختارة لمنظم الضغط أن تكون متوافقة مع السائل فحسب، بل يجب أيضًا أن تكون قادرة على العمل بشكل صحيح في درجة حرارة التشغيل المتوقعة. والاهتمام الأساسي هو ما إذا كان الإيلاستومر المختار سيعمل بشكل صحيح أم لا طوال نطاق درجة الحرارة المتوقعة. بالإضافة إلى ذلك، قد تؤثر درجة حرارة التشغيل على سعة التدفق و/أو معدل الزنبرك في التطبيقات القصوى.

ضغوط التشغيل
تعتبر ضغوط المدخل والمخرج من العوامل المهمة التي يجب مراعاتها قبل اختيار أفضل منظم. الأسئلة المهمة التي يجب الإجابة عليها هي: ما هو نطاق التقلب في ضغط المدخل؟ ما هو ضغط المخرج المطلوب؟ ما هو الاختلاف المسموح به في ضغط المخرج؟

متطلبات التدفق
ما هو الحد الأقصى لمعدل التدفق الذي يتطلبه التطبيق؟ ما مدى اختلاف معدل التدفق؟ تعد متطلبات النقل أيضًا أحد الاعتبارات المهمة.

الحجم والوزن
في العديد من تطبيقات التكنولوجيا العالية، تكون المساحة محدودة والوزن عامل مؤثر. تتخصص بعض الشركات المصنعة في المكونات المصغرة ويجب استشارتها إذا كان الحجم والوزن الإجماليين مهمين. سيؤثر اختيار المواد، وخاصة مكونات جسم المنظم، على الوزن. ضع أيضًا في اعتبارك بعناية أحجام المنافذ (الخيوط) وأنماط التعديل وخيارات التركيب لأن هذه ستؤثر على الحجم والوزن.

منظمات الضغط في التشغيل

يتكون منظم الضغط من ثلاثة عناصر وظيفية

* عنصر تخفيض أو تقييد الضغط. غالبًا ما يكون صمامًا زنبركيًا محملاً.
* عنصر استشعار. عادةً ما يكون عبارة عن غشاء أو مكبس.
*عنصر قوة مرجعية. وهو في أغلب الأحيان زنبرك.

أثناء التشغيل، تعمل القوة المرجعية التي يولدها الزنبرك على فتح الصمام. ويطبق فتح الصمام ضغطًا على عنصر الاستشعار الذي يغلق الصمام بدوره حتى يصبح مفتوحًا بما يكفي للحفاظ على الضغط المحدد. يوضح الرسم التخطيطي المبسط "رسم تخطيطي لمنظم الضغط" ترتيب توازن القوة هذا.

(1) عنصر تخفيض الضغط (صمام القفاز)
في أغلب الأحيان، تستخدم المنظمات صمام "قفاز" محمل بنابض كعنصر تقييدي. يتضمن القفاز ختمًا مطاطيًا أو، في بعض التصميمات عالية الضغط، ختمًا من البلاستيك الحراري، والذي تم تكوينه لعمل ختم على مقعد الصمام. عندما تحرك قوة النابض الختم بعيدًا عن مقعد الصمام، يُسمح للسائل بالتدفق من مدخل المنظم إلى المخرج. مع ارتفاع ضغط المخرج، تقاوم القوة التي يولدها عنصر الاستشعار قوة النابض ويُغلق الصمام. تصل هاتان القوتين إلى نقطة توازن عند نقطة الضبط لمنظم الضغط. عندما ينخفض ​​الضغط في اتجاه مجرى النهر إلى ما دون نقطة الضبط، يدفع النابض القفاز بعيدًا عن مقعد الصمام ويُسمح للسائل الإضافي بالتدفق من المدخل إلى المخرج حتى يتم استعادة توازن القوة.

(2) عنصر الاستشعار (المكبس أو الحجاب الحاجز)
غالبًا ما تُستخدم تصميمات نمط المكبس عندما تكون هناك حاجة إلى ضغوط مخرج أعلى، أو عندما تكون الصلابة مصدر قلق أو عندما لا يتعين الحفاظ على ضغط المخرج عند حد تسامح ضيق. تميل تصميمات المكبس إلى أن تكون بطيئة، مقارنة بتصميمات الحجاب الحاجز، بسبب الاحتكاك بين ختم المكبس وجسم المنظم.

في التطبيقات ذات الضغط المنخفض، أو عندما تكون هناك حاجة إلى دقة عالية، يفضل استخدام نمط الحجاب الحاجز. تستخدم منظمات الحجاب الحاجز عنصرًا رفيعًا على شكل قرص يستخدم لاستشعار تغيرات الضغط. وعادة ما تكون مصنوعة من مادة مرنة، ومع ذلك، يتم استخدام معدن ملتوي رقيق في تطبيقات خاصة. تعمل الأغشية بشكل أساسي على إزالة الاحتكاك المتأصل في تصميمات نمط المكبس. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لحجم منظم معين، غالبًا ما يكون من الممكن توفير مساحة استشعار أكبر بتصميم الحجاب الحاجز مما قد يكون ممكنًا إذا تم استخدام تصميم نمط المكبس.

(3) عنصر القوة المرجعية (الزنبرك)
عادةً ما يكون عنصر القوة المرجعية عبارة عن زنبرك ميكانيكي. يمارس هذا الزنبرك قوة على عنصر الاستشعار ويعمل على فتح الصمام. تم تصميم معظم المنظمات بتعديل يسمح للمستخدم بضبط نقطة ضبط ضغط المخرج عن طريق تغيير القوة التي يمارسها الزنبرك المرجعي.

دقة وسعة المنظم
يتم تحديد دقة منظم الضغط من خلال رسم بياني لضغط المخرج مقابل معدل التدفق. يوضح الرسم البياني الناتج انخفاض ضغط المخرج مع زيادة معدل التدفق. تُعرف هذه الظاهرة بالترهل. تُعرف دقة منظم الضغط بمدى الترهل الذي يظهره الجهاز على مدى مجموعة من التدفقات؛ كلما قل الترهل زادت الدقة. تشير منحنيات الضغط مقابل التدفق المقدمة في الرسم البياني "خريطة تشغيل منظم الضغط المباشر" إلى القدرة التنظيمية المفيدة للمنظم. عند اختيار منظم، يجب على المهندسين فحص منحنيات الضغط مقابل التدفق للتأكد من أن المنظم يمكنه تلبية متطلبات الأداء اللازمة للتطبيق المقترح.

تعريف الترهل
يُستخدم مصطلح "الانخفاض" لوصف الانخفاض في ضغط المخرج، إلى ما دون نقطة الضبط الأصلية، مع زيادة التدفق. يمكن أن يحدث الانخفاض أيضًا بسبب تغييرات كبيرة في ضغط المدخل (من القيمة عند ضبط خرج المنظم). مع ارتفاع ضغط المدخل عن الضبط الأولي، ينخفض ​​ضغط المخرج. وعلى العكس من ذلك، مع انخفاض ضغط المدخل، يرتفع ضغط المخرج. كما هو موضح في الرسم البياني "خريطة تشغيل منظم الضغط المباشر"، فإن هذا التأثير مهم للمستخدم لأنه يوضح قدرة التنظيم المفيدة للمنظم.

حجم الفتحة
قد يؤدي زيادة فتحة الصمام إلى زيادة سعة تدفق المنظم. قد يكون هذا مفيدًا إذا كان تصميمك قادرًا على استيعاب منظم أكبر حجمًا، ولكن احرص على عدم الإفراط في التحديد. سيؤدي المنظم ذو الصمام كبير الحجم، في ظل ظروف التطبيق المقصود، إلى زيادة الحساسية لتقلبات ضغوط المدخل، وقد يتسبب في حدوث ترهل مفرط.

قفل الضغط
"ضغط القفل" هو الضغط فوق نقطة الضبط المطلوبة لإغلاق صمام المنظم تمامًا والتأكد من عدم وجود تدفق.

التخلفية نزعة المادة الممغنطة إلي البقاء في حالة مغناطيسية
يمكن أن يحدث التباطؤ في الأنظمة الميكانيكية، مثل منظمات الضغط، بسبب قوى الاحتكاك الناتجة عن النوابض والأختام. ألق نظرة على الرسم البياني وستلاحظ أنه بالنسبة لمعدل تدفق معين، سيكون ضغط المخرج أعلى مع انخفاض التدفق مقارنة بما سيكون عليه مع زيادة التدفق.

منظم أحادي المرحلة
تعتبر منظمات الضغط أحادية المرحلة خيارًا ممتازًا لتخفيضات الضغط الصغيرة نسبيًا. على سبيل المثال، تولد ضواغط الهواء المستخدمة في معظم المصانع أقصى ضغوط في نطاق 100 إلى 150 رطل/بوصة مربعة. يتم نقل هذا الضغط عبر المصنع ولكن غالبًا ما يتم تقليله باستخدام منظم أحادي المرحلة لخفض الضغوط (10 رطل/بوصة مربعة، 50 رطل/بوصة مربعة، 80 رطل/بوصة مربعة وما إلى ذلك) لتشغيل الآلات الآلية وحوامل الاختبار وأدوات الآلات ومعدات اختبار التسرب والمحركات الخطية والأجهزة الأخرى. لا تعمل منظمات الضغط أحادية المرحلة بشكل جيد عادةً مع التقلبات الكبيرة في ضغط المدخل و/أو معدلات التدفق.

منظم ثنائي المرحلة
منظم الضغط ثنائي المرحلتين مثالي للتطبيقات ذات الاختلافات الكبيرة في معدل التدفق، أو التقلبات الكبيرة في ضغط المدخل، أو انخفاض ضغط المدخل كما يحدث مع الغاز المزود من خزان تخزين صغير أو أسطوانة غاز.

في أغلب منظمات الضغط أحادية المرحلة، باستثناء تلك التي تستخدم تصميمًا معوضًا للضغط، فإن الانخفاض الكبير في ضغط المدخل سيؤدي إلى زيادة طفيفة في ضغط المخرج. ويحدث هذا لأن القوى المؤثرة على الصمام تتغير، بسبب الانخفاض الكبير في الضغط، من وقت ضبط ضغط المخرج في البداية. وفي التصميم ذي المرحلتين، لن تخضع المرحلة الثانية لهذه التغييرات الكبيرة في ضغط المدخل، بل التغيير الطفيف فقط من مخرج المرحلة الأولى. ويؤدي هذا الترتيب إلى ضغط مخرج مستقر من المرحلة الثانية على الرغم من التغييرات الكبيرة في الضغط المزود للمرحلة الأولى.

منظم ثلاثي المراحل

يوفر منظم الضغط ثلاثي المراحل ضغط مخرج ثابتًا مشابهًا لمنظم الضغط ثنائي المراحل ولكن مع القدرة الإضافية على التعامل مع ضغط مدخل أقصى أعلى بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، تم تصنيف منظم الضغط ثلاثي المراحل من سلسلة Beswick PRD4HP للتعامل مع ضغط مدخل يصل إلى 3,000 رطل/بوصة مربعة وسيوفر ضغط مخرج ثابتًا (في نطاق 0 إلى 30 رطل/بوصة مربعة) على الرغم من التغييرات في ضغط الإمداد. يعد منظم الضغط الصغير والخفيف الوزن الذي يمكنه الحفاظ على ضغط مخرج منخفض مستقر على الرغم من ضغط المدخل الذي سينخفض ​​بمرور الوقت من الضغط العالي مكونًا أساسيًا في العديد من التصميمات. تشمل الأمثلة الأجهزة التحليلية المحمولة وخلايا وقود الهيدروجين والطائرات بدون طيار والأجهزة الطبية التي تعمل بالغاز عالي الضغط المزود من خرطوشة غاز أو أسطوانة تخزين.

الآن بعد أن قمت باختيار المنظم الذي يناسب تطبيقك بشكل أفضل، من المهم أن يتم تثبيت المنظم وضبطه بشكل صحيح للتأكد من أنه يعمل كما هو مقصود.  

يوصي معظم المصنعين بتركيب فلتر في اتجاه مجرى الهواء قبل المنظم (بعض المنظمات تحتوي على فلتر مدمج) لمنع الأوساخ والجسيمات من تلويث مقعد الصمام. قد يؤدي تشغيل المنظم بدون فلتر إلى تسرب إلى منفذ المخرج إذا كان مقعد الصمام ملوثًا بالأوساخ أو المواد الغريبة. يجب أن تكون الغازات المنظمة خالية من الزيوت والشحوم والمواد الملوثة الأخرى التي قد تلوث أو تتلف مكونات الصمام أو تهاجم أختام المنظم. لا يدرك العديد من المستخدمين أن الغازات الموردة في الأسطوانات وخراطيش الغاز الصغيرة يمكن أن تحتوي على آثار زيوت من عملية التصنيع. غالبًا ما لا يكون وجود الزيت في الغاز واضحًا للمستخدم وبالتالي يجب مناقشة هذا الموضوع مع مورد الغاز الخاص بك قبل تحديد مواد الختم لمنظمك. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون الغازات خالية من الرطوبة الزائدة. في التطبيقات ذات معدل التدفق العالي، يمكن أن يحدث تجمد المنظم إذا كانت الرطوبة موجودة.

إذا كان من المقرر استخدام منظم الضغط مع الأكسجين، فكن على دراية بأن الأكسجين يتطلب معرفة متخصصة لتصميم النظام بشكل آمن. يجب تحديد زيوت التشحيم المتوافقة مع الأكسجين، وعادةً ما يتم تحديد التنظيف الإضافي لإزالة آثار زيوت القطع القائمة على البترول. تأكد من إبلاغ مورد المنظم بأنك تخطط لاستخدام المنظم في تطبيق الأكسجين.

لا تقم بتوصيل منظمات الضغط بمصدر إمداد بضغط أقصى أكبر من ضغط المدخل المقدر للمنظم. لا يُقصد استخدام منظمات الضغط كأجهزة إيقاف. عندما لا يكون المنظم قيد الاستخدام، يجب إيقاف تشغيل ضغط الإمداد. 

التركيب

الخطوة 1
ابدأ بتوصيل مصدر الضغط بمنفذ الدخول وخط الضغط المنظم بمنفذ الخروج. إذا لم تكن المنافذ مميزة، فتحقق من الشركة المصنعة لتجنب التوصيلات غير الصحيحة. في بعض التصميمات، قد يحدث تلف للمكونات الداخلية إذا تم توصيل ضغط الإمداد عن طريق الخطأ بمنفذ الخروج.

الخطوة 2
قبل تشغيل ضغط الإمداد للمنظم، قم بإيقاف تشغيل مقبض التحكم في الضبط لتقييد التدفق عبر المنظم. قم بتشغيل ضغط الإمداد تدريجيًا حتى لا "تصدم" المنظم باندفاع مفاجئ من السائل المضغوط. ملاحظة: تجنب لف مسمار الضبط بالكامل داخل المنظم، لأنه في بعض تصميمات المنظم، سيتم توصيل ضغط الإمداد الكامل إلى منفذ المخرج.

الخطوة 3
اضبط منظم الضغط على ضغط المخرج المطلوب. إذا كان المنظم غير قابل للتخفيف، فسيكون من الأسهل ضبط ضغط المخرج إذا كان السائل يتدفق بدلاً من "التوقف" (عدم التدفق). إذا تجاوز ضغط المخرج المقاس ضغط المخرج المطلوب، فقم بتنفيس السائل من الجانب السفلي للمنظم وخفض ضغط المخرج عن طريق تدوير مقبض الضبط. لا تقم أبدًا بتنفيس السائل عن طريق فك التركيبات، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث إصابة.

مع منظم الضغط من النوع الذي يعمل على تخفيف الضغط، يتم تنفيس الضغط الزائد تلقائيًا إلى الغلاف الجوي من الجانب السفلي للمنظم عند تدوير المقبض لخفض إعداد الإخراج. لهذا السبب، لا تستخدم منظمات الضغط من النوع الذي يعمل على تخفيف الضغط مع السوائل القابلة للاشتعال أو الخطرة. تأكد من تنفيس السائل الزائد بأمان ووفقًا لجميع اللوائح المحلية والولائية والفيدرالية.

الخطوة 4
للحصول على ضغط المخرج المطلوب، قم بإجراء التعديلات النهائية عن طريق زيادة الضغط ببطء من أسفل نقطة الضبط المطلوبة. يُفضل ضبط الضغط من أسفل الضبط المطلوب بدلاً من ضبطه من أعلى الضبط المطلوب. إذا تجاوزت نقطة الضبط أثناء ضبط منظم الضغط، فقم بإرجاع الضغط المحدد إلى نقطة أقل من نقطة الضبط. ثم، مرة أخرى، قم بزيادة الضغط تدريجيًا إلى نقطة الضبط المطلوبة.

الخطوة 5
قم بتشغيل وإيقاف ضغط الإمداد عدة مرات أثناء مراقبة ضغط المخرج للتأكد من عودة المنظم إلى نقطة الضبط باستمرار. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا تشغيل وإيقاف ضغط المخرج لضمان عودة منظم الضغط إلى نقطة الضبط المطلوبة. كرر تسلسل ضبط الضغط إذا لم يعد ضغط المخرج إلى الإعداد المطلوب. 

تتخصص شركة Jewellok في تركيبات السوائل والهوائية المصغرة، والوصلات السريعة، والصمامات، والمنظمات. لدينا فريق من مهندسي التطبيقات الحاصلين على درجات علمية، وهم على استعداد لمساعدتك في الإجابة على أسئلتك. تتوفر التصميمات المخصصة عند الطلب.