مبدأ إحكام الصمام

توجد أنواع عديدة من الصمامات، لكن وظيفتها الأساسية واحدة، وهي توصيل أو قطع تدفق السوائل. ولذلك، تبرز مشكلة إحكام إغلاق الصمامات بشكل كبير.

لضمان قدرة الصمام على قطع تدفق السائل ومنع التسرب، من الضروري التأكد من سلامة مانع التسرب. تتعدد أسباب تسرب الصمامات، منها التصميم الهيكلي غير المناسب، وعيوب أسطح التلامس المانعة للتسرب، وأجزاء التثبيت غير المحكمة، وعدم إحكام الربط بين جسم الصمام وغطائه، وغيرها. كل هذه المشاكل قد تؤدي إلى عدم إحكام غلق الصمام، مما يتسبب في التسرب. لذا،تقنية إحكام غلق الصماماتتُعد تقنية مهمة تتعلق بأداء وجودة الصمامات، وتتطلب بحثًا منهجيًا ومتعمقًا.

منذ اختراع الصمامات، شهدت تقنية منع التسرب الخاصة بها تطوراً كبيراً. وحتى الآن، تتجلى تقنية منع التسرب في الصمامات بشكل رئيسي في جانبين أساسيين، وهما منع التسرب الثابت ومنع التسرب الديناميكي.

يشير مصطلح "الختم الساكن" عادةً إلى الختم بين سطحين ساكنين. وتعتمد طريقة الختم الساكن بشكل أساسي على استخدام الحشيات.

يشير ما يسمى بالختم الديناميكي بشكل أساسي إلىإحكام غلق ساق الصماميمنع هذا النظام تسرب المادة الموجودة داخل الصمام مع حركة ساق الصمام. وتعتمد طريقة الإحكام الرئيسية في نظام الإحكام الديناميكي على استخدام صندوق حشو.

1. مانع تسرب ثابت

يشير الإحكام الثابت إلى تكوين مانع تسرب بين جزأين ثابتين، وتعتمد طريقة الإحكام هذه بشكل أساسي على الحشيات. توجد أنواع عديدة من الحلقات المعدنية، منها الحلقات المسطحة، والحلقات على شكل حرف O، والحلقات الملفوفة، والحلقات ذات الأشكال الخاصة، والحلقات المتموجة، والحلقات الحلزونية. ويمكن تصنيف كل نوع منها وفقًا للمواد المستخدمة.
①غسالة مسطحةالحلقات المسطحة هي حلقات توضع بشكل مسطح بين جزأين ثابتين. وبشكل عام، يمكن تقسيمها، حسب المواد المستخدمة، إلى حلقات مسطحة بلاستيكية، وحلقات مسطحة مطاطية، وحلقات مسطحة معدنية، وحلقات مسطحة مركبة. ولكل مادة نطاق استخدام خاص بها.
٢- حلقة مانعة للتسرب. الحلقة المانعة للتسرب هي حشية ذات مقطع عرضي على شكل حرف O. وبسبب شكل مقطعها العرضي، تتمتع بخاصية إحكام ذاتي، مما يجعل تأثير منع التسرب أفضل من الحشية المسطحة.
③ تشمل الحلقات المعدنية. يُقصد بالحشية الملفوفة الحشية التي تُغلف مادة معينة بمادة أخرى. تتميز هذه الحشية عمومًا بمرونة جيدة، مما يُحسّن من فعالية الإحكام. ④ حلقات معدنية ذات أشكال خاصة. تُشير الحلقات المعدنية ذات الأشكال الخاصة إلى الحشيات ذات الأشكال غير المنتظمة، بما في ذلك الحلقات البيضاوية، والحلقات المعينية، والحلقات المسننة، والحلقات المتداخلة، وما إلى ذلك. تتميز هذه الحلقات عمومًا بخاصية الإحكام الذاتي، وتُستخدم غالبًا في صمامات الضغط العالي والمتوسط.
⑤ حشوة مموجة. الحشوات المموجة هي حشوات ذات شكل مموج فقط. تتكون هذه الحشوات عادةً من مزيج من المواد المعدنية وغير المعدنية. وتتميز عمومًا بقوة ضغط منخفضة وتأثير إحكام جيد.
٢- لفّ الحلقة. تُشير الحشيات الملفوفة إلى الحشيات المُشكّلة من خلال لفّ شرائح معدنية رفيعة وشرائح غير معدنية بإحكام معًا. يتميّز هذا النوع من الحشيات بمرونة عالية وخصائص إحكام ممتازة. تشمل المواد المُستخدمة في صناعة الحشيات ثلاث فئات رئيسية، وهي: المواد المعدنية، والمواد غير المعدنية، والمواد المركبة. بشكل عام، تتميّز المواد المعدنية بقوة عالية ومقاومة قوية للحرارة. تشمل المواد المعدنية الشائعة الاستخدام النحاس والألومنيوم والفولاذ، وغيرها. هناك أنواع عديدة من المواد غير المعدنية، بما في ذلك المنتجات البلاستيكية والمطاطية ومنتجات الأسبستوس ومنتجات القنب، وغيرها. تُستخدم هذه المواد غير المعدنية على نطاق واسع، ويمكن اختيارها وفقًا للاحتياجات المحددة. كما توجد أنواع عديدة من المواد المركبة، بما في ذلك الصفائح والألواح المركبة، وغيرها، والتي يتم اختيارها أيضًا وفقًا للاحتياجات المحددة. بشكل عام، تُستخدم الحلقات المموجة والحلقات الملفوفة حلزونيًا في أغلب الأحيان.

2. مانع تسرب ديناميكي

يشير مصطلح "مانع التسرب الديناميكي" إلى مانع تسرب يمنع تسرب السائل من الصمام أثناء حركة ساق الصمام. تُعد هذه مشكلة في منع التسرب أثناء الحركة النسبية. تعتمد طريقة منع التسرب الرئيسية على صندوق الحشو. يوجد نوعان أساسيان من صناديق الحشو: نوع الغدة ونوع صامولة الضغط. يُعد نوع الغدة هو الأكثر شيوعًا في الوقت الحالي. بشكل عام، يمكن تقسيم الغدة، من حيث الشكل، إلى نوعين: النوع المركب والنوع المتكامل. على الرغم من اختلاف كل نوع، إلا أنهما يشتركان في استخدام مسامير للضغط. يُستخدم نوع صامولة الضغط عادةً في الصمامات الصغيرة، حيث تكون قوة الضغط محدودة نظرًا لصغر حجمه.
في صندوق الحشو، ونظرًا لتلامس الحشو المباشر مع ساق الصمام، يُشترط أن يتمتع الحشو بإحكام جيد، ومعامل احتكاك منخفض، وقدرة على التكيف مع ضغط ودرجة حرارة الوسط، ومقاومة للتآكل. تشمل الحشوات الشائعة الاستخدام حاليًا حلقات مطاطية دائرية، وحشوات مضفرة من متعدد رباعي فلورو الإيثيلين، وحشوات من الأسبستوس، وحشوات بلاستيكية مصبوبة. لكل حشو ظروفه ونطاقه الخاص، ويجب اختياره وفقًا للاحتياجات المحددة. يهدف الإحكام إلى منع التسرب، لذا تُدرس أيضًا مبادئ إحكام الصمامات من منظور منع التسرب. هناك عاملان رئيسيان يُسببان التسرب: الأول هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على أداء الإحكام، وهو الفجوة بين أزواج الإحكام، والآخر هو فرق الضغط بين جانبي زوج الإحكام. كما يُحلل مبدأ إحكام الصمامات من أربعة جوانب: إحكام السوائل، وإحكام الغازات، ومبدأ إحكام قنوات التسرب، وزوج إحكام الصمام.

منع تسرب السوائل

تتحدد خصائص منع التسرب للسوائل بلزوجتها وتوترها السطحي. فعندما تمتلئ الشعيرة الدموية لصمام متسرب بالغاز، قد يدفع التوتر السطحي السائل أو يدفعه إلى داخل الشعيرة، مما يُنشئ زاوية مماسية. عندما تكون هذه الزاوية أقل من 90 درجة، يُدفع السائل إلى داخل الشعيرة، فيحدث التسرب. ويعود سبب التسرب إلى اختلاف خصائص الوسط، حيث تُعطي التجارب التي تستخدم أوساطًا مختلفة نتائج متباينة في ظل الظروف نفسها. يمكن استخدام الماء أو الهواء أو الكيروسين، إلخ. وعندما تكون الزاوية المماسية أكبر من 90 درجة، يحدث التسرب أيضًا، وذلك لارتباطها بطبقة الشحم أو الشمع الموجودة على سطح المعدن. فبمجرد ذوبان هذه الطبقات السطحية، تتغير خصائص سطح المعدن، فيتبلل السائل الذي كان يُدفع في الأصل السطح، فيحدث التسرب. بالنظر إلى الوضع المذكور أعلاه، ووفقًا لصيغة بواسون، يمكن تحقيق الغرض من منع التسرب أو تقليل كمية التسرب عن طريق تقليل قطر الشعيرات الدموية وزيادة لزوجة الوسط.

إحكام الغاز

وفقًا لمعادلة بواسون، يرتبط إحكام الغاز بلزوجة جزيئاته ولزوجته. يتناسب التسرب عكسيًا مع طول الأنبوب الشعري ولزوجة الغاز، وطرديًا مع قطر الأنبوب الشعري وقوة الدفع. عندما يتساوى قطر الأنبوب الشعري مع متوسط ​​درجة حرية جزيئات الغاز، تتدفق جزيئات الغاز إلى داخل الأنبوب الشعري بحركة حرارية حرة. لذلك، عند إجراء اختبار إحكام الصمام، يجب أن يكون الوسط المستخدم هو الماء لتحقيق الإحكام المطلوب، بينما لا يمكن للهواء، أي الغاز، تحقيق ذلك.

حتى لو قللنا قطر الأنبوب الشعري إلى ما دون مستوى جزيئات الغاز عن طريق التشكيل اللدن، فلن نتمكن من إيقاف تدفق الغاز. والسبب هو أن الغازات لا تزال قادرة على الانتشار عبر الجدران المعدنية. لذلك، عند إجراء اختبارات الغاز، يجب أن نكون أكثر دقة من اختبارات السوائل.

مبدأ إحكام إغلاق قناة التسرب

يتكون مانع تسرب الصمام من جزأين: عدم انتظام سطح الموجة وخشونة هذه الموجة في المسافة بين قممها. في ظل انخفاض مرونة معظم المعادن في بلدنا، يتطلب تحقيق حالة إحكام عالية رفع متطلبات قوة الضغط للمادة المعدنية، أي أن تتجاوز قوة الضغط مرونتها. لذا، عند تصميم الصمام، يُراعى وجود فرق معين في الصلابة بين جزئي مانع التسرب. وتحت تأثير الضغط، ينتج عن ذلك تشوه لدني بدرجة معينة تُحقق إحكامًا فعالًا.

إذا كان سطح الإحكام مصنوعًا من مواد معدنية، فستظهر النتوءات غير المستوية عليه مبكرًا. في البداية، يكفي تطبيق حمل صغير لإحداث تشوه لدن في هذه النتوءات. مع ازدياد مساحة التلامس، يتحول عدم استواء السطح إلى تشوه لدن مرن. عندئذٍ، ستظهر خشونة على جانبي التجويف. عند الحاجة إلى تطبيق حمل يُحدث تشوهًا لدنًا كبيرًا في المادة الأساسية، ويجعل السطحين متلامسين تمامًا، يمكن تقريب هذه المسارات المتبقية على طول الخط المتصل وفي الاتجاه المحيطي.

زوج من أختام الصمامات

يُعدّ زوج منع التسرب للصمام جزءًا من مقعد الصمام وعنصر الإغلاق، حيث ينغلقان عند تلامسهما. أثناء الاستخدام، يتعرض سطح منع التسرب المعدني للتلف بسهولة بفعل الوسائط العالقة، وتآكل الوسائط، وجزيئات التآكل، والتجويف، والتآكل. على سبيل المثال، إذا كانت جزيئات التآكل أصغر من خشونة السطح، فإن دقة السطح ستتحسن بدلًا من أن تتدهور عند تآكل سطح منع التسرب. على العكس من ذلك، ستتدهور دقة السطح. لذلك، عند اختيار جزيئات التآكل، يجب مراعاة عوامل شاملة مثل موادها، وظروف التشغيل، والتشحيم، والتآكل على سطح منع التسرب.

تمامًا كما هو الحال مع جزيئات التآكل، عند اختيار موانع التسرب، يجب مراعاة جميع العوامل التي تؤثر على أدائها بشكل شامل لمنع التسرب. لذا، من الضروري اختيار مواد مقاومة للتآكل والخدوش والتلف. وإلا، فإن عدم استيفاء أي من هذه الشروط سيؤدي إلى انخفاض كبير في كفاءة منع التسرب.