با توجه به اهمیت بالای این شیر، به ریه‌ها (سیستم تنفسی) خطوط آبرسانی و سیستم‌های لوله کشی تشبیه می‌شود. شیر هوا، شیری است که قابلیت تخلیه هوا در زمان پر کردن خطوط لوله، ورود هوا در زمان تخلیه جریان سیال از خطوط لوله، و در انواع دو محفظه تخلیه حباب‌های هوا حین بهره‌برداری را به صورت خودکار دارا می باشد. این شیر به عنوان تجهیزی جهت دم و بازدم خطوط لوله عمل می‌کند و نقش ایمنی و تعیین کننده‌ای را در عملکرد ایمن خط لوله برای پیشگیری از افزایش فشار یا بروز خلاء در خط ایفا می کند.
لزوم تخلیه هوا از خط لوله :
يک خط انتقال آب بايد در شرایط هیدرودینامیکی در يک وضعيت پايدار و ثابت قرار گيرد. وجود هوا می‌تواند تاثيرات منفي زيادی را در سيستم ايجاد نمايد. مانند:
- كاهش جريان عبوری
- تغييرات فشار
- ضربات آبی
- ایجاد اختلال در کار کردن پمپ‌ها
لزوم تزریق هوا به خط لوله :
در اثر خروج سريع آب از داخل سيستم، خلاء ايجاد مي‌شود. خروج سريع آب مي‌تواند ناشي از شكستگي لوله و يا باز شدن سريع يك شير تخليه باشد. همچنین خاموش شدن پمپ نیز می‌تواند باعث ايجاد خلاء و در نتيجه جدا شدن ستون آب گردد. در اين وضعيت، براي جلوگيري از ايجاد آسیب به خط لوله، بایستی به اندازه كافی هوا وارد سیستم شود.
نحوه عملكرد:
در این نوع از شیرها عمل هوادهی و تخلیه هوا به شكل خودكار در خطوط اصلی و فرعی شبكه‌های آبرسانی صورت می‌گیرد. جهت اطلاع بیشتر عملکرد یکی از انواع شیرهای هوا که دارای کابرد بسیار زیاد می‌باشد توضیح داده می‌شود:
شیر هوای تک محفظه شرکت میراب دارای دو روزنه، یکی کوچک و دیگری بزرگ می باشد. حباب‌های ریز هوا از روزنه کوچک و حجم هوای زیاد از روزنه بزرگ طبق توضیحات زیر وارد و خارج می‌شود:
شکل 1، الف) تزریق هوا به داخل خط در زمان تخلیه آب:
زمانیکه فشار داخل خط لوله کمتر از فشار بیرون (اتمسفر) شود (بطور مثال بر اثر تخلیه خط)، شناور شیر هوا بر اثر وزن خود پایین افتاده و هوا از طریق اوریفیس بزرگ وارد خط لوله می‌شود تا از مچاله شدن لوله به علت بروز فشار منفی جلوگیری شود.
ب) تخلیه هوا در زمان پر کردن خط:
هوا از روزنه بزرگ خارج می‌شود و زمانیکه محفظه شیر هوا از آب خط لوله پر شود شناور به سمت بالا حرکت کرده و شیر را می‌بندد.
شکل 2 و 3:
با پر شدن لوله و بالا آمدن سطح آب داخل محفظه شیر هوا، شناور بالا می آید و شیر بسته می‌شود.
شکل 4:
تخلیه هوا در زمان بهره‌برداری:
در حین بهره‌برداری به تدریج هوا در داخل شیر جمع می‌شود، با افزایش حجم هوا و نیز کاهش جرم حجمی آب به علت وجود حباب‌های داخل آب در این تست سطح آب و شناور پایین آمده و هوا با سرعت زیاد از روزنه کوچک خارج می‌شود. پس از خارج شدن حباب های هوا، مجددا شناور تحت نیروی فشاری آب بالا آمده و شیر بسته می‌شود.
توصیههای لازم در کاربرد شیرهای هوا:
- مورد استفاده عمومی برای سیالاتی با فشار كاری حداقل 3 bar تا دمای 70°C می‌باشد.
- بر اساس استاندارد DIN-DVGW W 334در مرحله‌ی پر کردن خط حداکثر سرعت پر کردن خط نباید از m/s 25 تجاوز نماید ضمن اینکه در این حالت موج فشاری ضربه‌ی قوچ احتمالی نباید از 3 bar بیشتر شود.
- حداکثر سرعت خروج هوا در هنگام پرکردن خط لوله تا 80 m/s توصیه می‌شود که این سرعت بستگی به سطح مقطع خروجی شیرهوا دارد.
قرارگیری شیرهای هوا در طول خط لوله:
امروزه محل نصب و اندازه‌ی شیرهای تخلیه هوا با توجه به موقعیت جغرافیایی خطوط انتقال و آبرسانی از طریق نرم افزارهای تخصصی تعیین می‌گردد. نمونه‌هایی از موقعیت‌های رایج محل نصب شیر هوا در زیر آورده شده است.
نقاط متداول محل نصب شیر هوا خط لوله:
مکان صحیح شیرهای دمش، مکش و ترکیبی هوا و اندازه سایز صحیح شیرهای هوا درخط لوله دارای اهمیت زیاد می‌باشد. انتخاب مکان غیر صحیح موجب غیر موثر بودن شیرهای مزبور می‌گردد. راهنمایی‌هایی که در ادامه آورده می‌شود برای قرارگیری عمومی و انواع متناظر شیرهای هوا توصیه می‌گردد. در هر حال، ممکن است نقاط دیگری نیز وجود داشته باشد که پس از آنالیزهای هیدرولیکی نصب شیرهای هوا در آن ها ضرورت پیدا می‌کند. در اینجا یک نمونه پروفیل خط لوله که نشان دهنده مکان‌های رایج نصب شیرهای هوا است. محور افقی نشان دهنده پروفیل طولی خط لوله‌ی اجرا شده است که معمولا در گره‌ها مشخص می‌شود. محور عمودی نشان دهنده ارتفاع هندسی هر گره است. شیرهای هوا معمولا در خطوط لوله‌ی انتقال آب خام و یا آب تصفیه شده به یک سیستم توزیع و یا در کاربردهای مشابه مورد استفاده قرار میگیرند.
نمایش پروفیل خط با جانمایی شیرهای هوا
توضیحات تصویر فوق:
- Air-Release Valve: شیر جهت تخلیه هوا (دمش هوا)
- Air/Vacuum Valve: شیر جهت ورود هوا (مکش هوا)
جدول راهنمای جانمایی شیرهای هوا
مکان و انواع شیرهای هوای پیشنهادی قابل نصب در پروفیل خط :
- نقاط بالایی: شیرهای هوای ترکیبی را باید به منظور فراهمسازی امکان خروج هوا در هنگام پر شدن خط لوله، هنگام عملیات عادی خط لوله، وبرای جریان ورودی هوا و ممانعت از ایجاد خلاء در حین تخلیه خط، در نقاط بالایی نصب نمود. یک نقطه بالایی توسط گرادیان هیدرولیکی تعریف شده و انتهای بالایی هر بخش از لوله که شیب آن موازی و یا بیشتر از گرادیان هیدرولیکی می‌شود برای این منظور در نظر گرفته می‌شود.
- مکان‌های با تغییر شیب ناگهانی صعودی یا نزولی در خط : یک شیر هوای ترکیبی باید در افزایش ناگهانی شیب رو به بالا یا رو به پایین، در نظر گرفته شود.
- مکان‌های در طول لوله به طور عموم: یک شیر هوا/مکش یا یک شیر ترکیبی هوا در بازه‌های 400 تا 800 متری در طول قطعات صعودی ، نزولی و مستقیم یکنواخت خط لوله باید در نظر گرفته شود.
- چاه عمیق و پمپهای توربین عمودی: شیرهای هوا درخطوط لوله‌ی پمپاژ چاه‌های عمیق باید به صورت افقی و بعد از سر تخلیهی چاه نصب شوند، وظیفهی این شیر تخلیهی هوای موجود در لوله‌ی عمودی چاه حین راه‌اندازی پمپ و اجازه ورود مجدد هوا به آن در زمان خاموش نمودن پمپ می‌باشد.
نحوه نصب شیر هوا در خطوط
- بدلیل اینکه هوای موجود در سیال تمایل به بالا رفتن و رسیدن به نقاط با بیشترین ارتفاع را دارد، بنابراین همواره بهترین و مناسب ترین روش نصب بدین صورت است که شیر هوا (4) طبق تصویر مقابل در ارتفاعی بالاتر از خط لوله و در انتهای انشعابی که از آن گرفته شده نصب شود تا عملکرد مناسبی داشته و هوا بطور کامل از آن خارج شود.
- همچنین حتما بایستی یک شیر قطع و وصل مانند شیر پروانه‌ای ویفری (یا شیر کشویی) به عنوان شیر ایزوله در زیر شیر هوا نصب شود تا امکان سرویس و تعمیرات برای شیر هوا وجود داشته باشد.
- مقادیر قطر و ارتفاع انشعاب، طبق دو حالت زیر پیشنهاد می‌گردد:
- سایز خط اصلی (1) کوچکتر از 600 میلیمتر باشد (DN<600) : در اینصورت سایز انشعاب (2) معادل نصف سایز خط اصلی و ارتفاع انشعاب برابر با سایز خط اصلی در نظر گرفته شود.
dn = 0.5 DN , H = (DN)
- سایز خط اصلی (1) 600 میلیمتر یا بزرگتر باشد (DN≥600): در اینصورت انشعاب (2) با قطر و ارتفاع حداقل 600 میلیمتر مناسب می‌باشد.
dn ≥600 , H = (600)
- شیر هوا لازم است حتما در وضعیت کاملا عمودی و رو به بالا نصب شود (مطابق تصویر فوق) در غیر اینصورت عملکرد صحیح و بدون اشکال توسط سازنده قابل تضمین نمی باشد. حتی در صورتیکه خط لوله دارای شیب تند باشد بایستی انشعابی که از آن گرفته می شود عمود بر خط افق باشد تا فلنج شیر هوا در ترازی کاملا افقی روی فلنج این انشعاب قرار گیرد.
- در صورتیکه شیر هوا بعد از پمپ نصب می‌شود توصیه می‌گردد انشعاب شیر هوا در فاصله حداقل 3 تا 5 برابر قطر خط لوله اصلی از محل زانویی و سه راهی قرار گیرد.
نتیجه گیری
شیرهای هوا شرکت میراب به عنوان تجهیزی جهت دم و بازدم خطوط لوله عمل می‌کند و نقش ایمنی و تعیین کننده‌ای را در عملکرد ایمن خط لوله برای پیشگیری از افزایش فشار یا بروز خلاء در خط ایفا می‌کند در مقالات بعدی به بررسی انواع شیرهای هوا و کاربرد آن‌ها در خطوط مختلف خواهیم پرداخت.
واحد فنی و مهندسی شرکت میراب
