شیر دیافراگمی (Diaphragm Valve)
شیر دیافراگمی یک شیر با حرکت خطی است که برای قطع و وصل و تنظیم جریان از آن استفاده میشود. نام دیافراگمی برای این شیر به انعطاف پذیری دیسک آن اشاره دارد. دیسک این شیر روی نشیمنگاه واقع بر بالای بدنه‌ی شیر جای گرفته است.
میزان نشتی شیرهای دیافراگمی به علت ساختاری که دارند، تقریباً صفر است. به همین علت برای انتقال سیالات خورنده و سمی، سیالات حاوی ذرات جامد، سیالات رادیواکتیوی و کلیه‌ی سیالاتی که می‌توانند موجب آلودگی شوند استفاده می‌شوند. تجهیزات داخلی شیر دیافراگمی در معرض سیال درون لوله قرار نمی‌گیرد و سیالات ویسکوز و چسبنده نمی‌توانند داخل بانت (Bonnet) شیر نفوذ کنند. سیالاتی که باعث انسداد، خوردگی و چسبیدن قطعات دیگر شیرها می‌شوند، می‌توانند به راحتی و بدون هیچ مشکل و نشتی از شیر دیافراگمی عبور کنند.
در شیرهای دیافراگمی استم (Stem) حرکت چرخشی ندارد و این شیرها دارای انواع استم پنهان و استم آشکار هستند. شیرهای استم آشکار و استم پنهان تقریباً مشابه هم هستند با این تفاوت که در شیرهای استم آشکار یک استم بلندتر از داخل اهرم شیر بالا می‌آید و آشکار میشود.
بسیاری از شیرهای دیافراگمی در سرویس های خلأ استفاده می‌شوند. به این منظور باید از شیرهای با بانت (Bonnet) سایز ۴ اینچ و بزرگتر استفاده کرد. بانت شیرهای دیافراگمی در حالت استم پنهان توسط یک بوش آب بندی، و در حالت استم آشکار توسط یک بوش آب بندی به همراه یک O-ring پوشش داده میشود.
از آن جایی که شیرهای دیافراگمی معمولاً برای مواد خطرناک و سمی استفاده می‌شوند، زمان خراب شدن اتفاقی شیر دیافراگمی باید توجه داشت که مواد خطرناک به داخل محیط نفوذ نکنند. اگر مواد عبوری از شیر دیافراگمی خیلی خطرناک باشد باید شرایطی فراهم شود تا از طریق سیستم های کنترلی بتوان از راه دور شیر را تنظیم و باز و بسته کرد.
نحوه عملکرد شیر دیافراگمی
دیسک ارتجاعی منعطف در شیر دیافراگمی به یک عضو فشاری یا اصطلاحاً کمپرسور متصل شده است. کمپرسور با استم (Stem) شیر بالا و پایین می‌رود و دیافراگم نیز به صورت هم جهت با آن ها حرکت میکند. با پایین آمدن کمپرسور، دیافراگم به قسمت زیرین محفظه‌ی شیر فشرده شده و مسیر جریان سیال را مسدود میکند.
طراحی شیر دیافراگمی به گونه‌ای است که هنگام باز شدن شیر به جای آنکه کمپرسور، دیافراگم را کاملاً از کف نشیمنگاه جدا کند، استم را به آرامی درون کمپرسور بالا برده و توسط استم که به قسمت مرکزی دیافراگم متصل است، دیافراگم را از جای خود بلند میکند تا جریان به تدریج برقرار شود و بتوان دبی سیال را تنظیم کرد.
شیرهای دیافراگمی با یک چرخش ۹۰˚ در اهرم آنها، از حالت کاملاً باز به حالت کاملاً بسته تغییر می‌کنند. عملگر (اکچویتور) شیرهای دیافراگمی بسته به اندازه و کاربرد می‌تواند از نوع دستی، الکتریکی، هیدرولیک و پنوماتیک باشد.
جنس دیافراگم
دیافراگم ها می‌توانند از مواد مختلفی تولید شوند و عمر یک دیافراگم وابسته به دما، فشار و فرکانس کاری شیر می‌باشد. برخی از دیافراگم ها که از مواد الاستومری (Elastomeric Materials) ساخته می‌شوند، می‌توانند مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی با دماهای بالا داشته باشند.
با این حال اگر این دیافراگم در دماهای بالا کار کنند، هنگامی که فشار جریان هم بالا رود ممکن است تخریب شوند. در نتیجه هنگامی که قرار است این شیرها در دماهای بالا استفاده شوند باید حتماً با شرکت سازنده‌ی شیر مشورت شود.
همه‌ی مواد الاستومری زیر دمای ۶۵˚C (150˚F) عملکرد مناسبی دارند و برخی از آنها در دماهای بالاتر به خوبی عمل کرده و برخی دیگر ممکن است تخریب شوند. برای مثال ماده‌ی ویتون (Viton) مقاومت شیمیایی بالایی دارد و در دماهای بالا هم پایدار است. اما اگر به عنوان دیافراگم در شیر قرار بگیرد ممکن است در دماهای خیلی بالا مقاومت کششی آن کم شود و دچار گسیختگی شود. به همین علت باید از آن در دمای مناسب استفاده کرد تا به شرایط بحرانی نرسد.
مزایا و معایب شیر دیافراگمی
مزایا
قابلیت استفاده برای تمام سیالات سمی و دوغابی
امکان نصب به صورت افقی و عمودی در خط لوله
عدم احتیاج به آب بندی و میزان نشتی نزدیک به صفر
تعمیرات راحت و امکان تعویض دیافراگم در صورت خرابی
اغتشاشات و تلاطم کمتر در مسیر جریان
معایب
عدم امکان استفاده در شرایط دما و فشار زیاد به علت احتمال خرابی دیافراگم
ایجاد افت فشار در مسیر جریان برای شیر دیافراگمی از نوع زینی (Weir Type Diaphragm Valve)
انواع شیر دیافراگمی (Diaphragm Valves Types)
شیر دیافراگمی نوع زینی (Weir Type Diaphragm Valve)
شیرهای دیافراگمی اصولاً برای تنظیم جریان سیال استفاده می‌شوند. نوع زینی شیر دیافراگمی (Weir Type Diaphragm Valve) برای تنظیم دبی مناسب‌تر است اما دارای یکسری محدودیت ها می‌باشد. این نوع از شیر برای جریان های ضعیف و کم فشار مناسب است و از یک کمپرسور دوجزئی استفاده میکند.
در این نوع از شیرها برای جلوگیری از کشیدگی و ایجاد فشار زیاد بر دیافراگم، در قسمت پایین نشیمنگاه شیر یک برآمدگی یا انحنای زینی شکل ایجاد شده تا هنگام بسته شدن شیر، دیافراگم به مقدار کمتری کشیده شود. در این نوع شیر، عمر دیافراگم بالاتر است اما باید توجه داشت که این کاهش ناگهانی سطح مقطع شیر باعث افت فشار بالا در جریانات پر فشار میشود. همچنین در صورت عبور سیالات دوغابی از این نوع شیر امکان لخته شدن سیال در مسیر شیر وجود خواهد داشت.
شیر دیافراگمی صاف (Straight Type Diaphragm Valve)
در این نوع از شیرها هیچگونه انحنا در نشیمنگاه شیر وجود ندارد و ساختار نشیمنگاه کاملاً صاف است. با توجه به این ساختار، هنگام بسته شدن شیر لازم است تا دیافراگم مقدار زیادی کشیده شده و فشار زیادی را متحمل شود. با این وجود در مواردی که دبی و فشار سیال بالا باشد لازم است تا از این نوع شیر دیافراگمی استفاده شود تا مسیر جریان سیال کاملاً باز باشد. همچنین استفاده از شیر دیافراگمی صاف سبب میشود تا جریان های دوغابی رسوب نکنند. همچنین در مواردی که لازم است شیر مورد شستشو قرار گرفته و درون آن تمیز شود، استفاده از شیرهای دیافراگمی صاف توصیه می‌گردد.
برای انتخاب یک شیر دیافراگمی مناسب باید توجه داشت که در صورت پرفشار یا دوغابی بودن جریان استفاده از شیرهای دیافراگمی نوع صاف بهتر است که دارای افت فشار کمتر هستند و از لخته شدن و رسوب جریان جلوگیری می‌کنند. چنانچه جریان کم فشار باشد و تنظیم دبی جریان مسأله‌ی مهمی باشد استفاده از شیر دیافراگمی نوع زینی توصیه می‌گردد. همچنین جنس دیافراگم باید با توجه به شرایط دما و فشار و همچنین میزان دفعات باز و بسته کردن شیر، انتخاب گردد.