صفيحة الفتحة المقيدة هي عنصر بسيط البنية ولكنه بالغ الأهمية في أنظمة التحكم في السوائل الصناعية. تُستخدم بشكل أساسي للتحكم في معدل تدفق السوائل، أو تقليل ضغط السوائل، أو تحقيق توصيل السوائل بشكل كمي.
بفضل مزاياها مثل التكلفة المنخفضة، والبنية المدمجة، وسهولة الصيانة، يتم تطبيقها على نطاق واسع في العديد من المجالات الصناعية بما في ذلك البترول والهندسة الكيميائية والطاقة الكهربائية والمعادن ومعالجة المياه.
01 المفاهيم الأساسية ومبدأ العمل
صفيحة الفتحة المقيدة هي جهاز خنق يتم تركيبه في نظام خط الأنابيب، وعادة ما يتكون من صفيحة معدنية بها فتحة تمرير بحجم معين. هيكلها الأساسي هو صفيحة الفتحة نفسها. يتم تصميم شكل وحجم صفيحة الفتحة وطريقة توصيلها بخط الأنابيب بناءً على ظروف العمل وخصائص السوائل المحددة.
مبدأ الفتحة
بالنسبة لصفيحة فتحة بقطر ثقب معين، عندما يكون هناك فرق ضغط معين عبر صفيحة الفتحة، يزداد معدل تدفق السائل المار عبر صفيحة الفتحة مع زيادة فرق الضغط. ومع ذلك، عندما يتجاوز فرق الضغط قيمة معينة (أي، فرق الضغط الحرج) وتصل سرعة التدفق إلى سرعة الصوت، فإن معدل التدفق عبر صفيحة الفتحة لن يزداد بعد الآن مع زيادة فرق الضغط. بناءً على هذا المبدأ، تحد صفيحة الفتحة المقيدة من معدل تدفق السائل وتقلل الضغط.
02 مزايا وعيوب صفائح الفتحة المقيدة
المزايا
بنية بسيطة: تتميز صفيحة الفتحة المقيدة ببنية بسيطة نسبيًا، وتتكون من عدد قليل فقط من المكونات. عملية التصنيع الخاصة بها واضحة، والتكلفة منخفضة.
سهولة التركيب والصيانة: طريقة التركيب الخاصة بها بسيطة. سواء كان ذلك اتصالًا بالشفة أو اتصالًا باللحام، فإن البناء مريح. أثناء الصيانة، إذا حدثت مشاكل، فإن الاستبدال أو الإصلاح سهل نسبيًا، دون الحاجة إلى أدوات وتقنيات معقدة.
نطاق تطبيق واسع: يمكن تطبيقه على وسائط سائلة مختلفة (سوائل، غازات، بخار، إلخ) ونطاقات ضغط ودرجة حرارة عمل مختلفة، ويمكن أن يعمل في سيناريوهات صناعية مختلفة.
لا توجد أجزاء متحركة: على عكس الصمامات، لا تحتوي صفيحة الفتحة المقيدة على أجزاء متحركة. لذلك، لا توجد مشاكل فشل ناتجة عن تآكل المكونات، والتشويش، وما إلى ذلك. تتمتع بموثوقية عالية وعمر خدمة طويل.
العيوب
نطاق تعديل التدفق المحدود: قطر ثقب صفيحة الفتحة المقيدة ثابت. بمجرد تصميمها وتصنيعها، يتم تحديد نطاق التدفق الذي يمكنها التحكم فيه بشكل أساسي. لا يمكنها إجراء تعديل مستمر للتدفق مثل صمام التحكم، لذا فهي تتمتع بقدرة ضعيفة على التكيف مع ظروف العمل مع تغيرات التدفق الكبيرة.
فقدان ضغط كبير: نظرًا لتأثير الخنق المتولد عندما يمر السائل عبر صفيحة الفتحة المقيدة، سيحدث فقدان ضغط معين. في بعض الأنظمة الحساسة لفقدان الضغط، قد يؤدي ذلك إلى زيادة استهلاك الطاقة.
الحساسية لخصائص السوائل: عندما تتغير خصائص السائل (مثل اللزوجة والكثافة وما إلى ذلك)، سيتأثر تأثير تقييد التدفق لصفيحة الفتحة المقيدة إلى حد معين، مما قد يتسبب في انحراف معدل التدفق عن القيمة المتوقعة.
سهولة الانسداد: بالنسبة للسوائل التي تحتوي على العديد من الجسيمات الصلبة والشوائب، فإن فتحة المرور الخاصة بصفيحة الفتحة المقيدة تنسد بسهولة، مما يؤثر على تشغيلها العادي ويتطلب تنظيفًا وصيانة متكررين.
03 تطبيقات صفائح الفتحة المقيدة
الوظائف الرئيسية لصفيحة الفتحة المقيدة هي تحديد معدل التدفق وتقليل الضغط، لذلك يمكن استخدامها في المناسبات التالية:
مناسبات تقليل ضغط مادة المعالجة
عندما تتدفق مواد المعالجة من منطقة ضغط مرتفع إلى منطقة ضغط منخفض، يمكن لصفيحة الفتحة المقيدة التحكم في انخفاض الضغط. عن طريق تركيب صفيحة الفتحة المقيدة، يمكن تقليل ضغط المادة خطوة بخطوة لتلبية متطلبات ضغط التشغيل. تعتبر صفيحة الفتحة المقيدة بسيطة نسبيًا وموثوقة ومنخفضة التكلفة، لذا فهي تتمتع بمزايا أكثر من بعض أجهزة تقليل الضغط المعقدة في مثل هذه المناسبات.
مناسبات حماية الصمام
عندما يكون هناك انخفاض ضغط كبير مطلوب بين المنبع والمصب للصمام في خط الأنابيب، سيتسبب السائل في تآكل شديد للصمام. إذا لم يؤدي الخنق من خلال صفيحة الفتحة إلى توليد طور غازي، فإن توصيل صفيحة الفتحة على التوالي في المنبع من الصمام يمكن أن يقلل بشكل فعال من تأثير السائل على الصمام.
مناسبات الدوران المستمر للتدفق الصغير
(1) خط أنابيب تنظيف المضخة: في المعدات الكيميائية، تتطلب بعض الأجزاء مثل الختم الميكانيكي للمضخة سائل تنظيف مستمر لمنع تسرب الوسط وتلف الختم. يمكن لصفيحة الفتحة المقيدة أن تضمن الإمداد المستقر لسائل التنظيف بمعدل تدفق صغير. بعد تركيب صفيحة الفتحة المقيدة، يمكن توفير كمية مناسبة من سائل التنظيف، والذي لا يضمن فقط تأثير التبريد والتنظيف للختم ولكنه لا يؤثر سلبًا على تشغيل المضخة.
(2) خط أنابيب تجاوز المضخة الاحتياطية الساخنة: في نظام به مضخة احتياطية، يلزم تدفق تجاوز معين للحفاظ على المضخة الاحتياطية في حالة استعداد ساخن. يمكن لصفيحة الفتحة المقيدة التحكم في تدفق التجاوز هذا لضمان إمكانية استخدام المضخة الاحتياطية في أي وقت.
(3) أنبوب أخذ العينات التحليلية: عند تحليل تركيبة سائل المعالجة، يتطلب أنبوب أخذ العينات التحليلية تدفق عينة صغير ومستمر. يمكن لصفيحة الفتحة المقيدة التحكم بدقة في معدل تدفق العينة.
مناسبات تقليل الضغط وتقليل الضوضاء أو تقليل التآكل
في نظام التهوية، قد يؤدي الانخفاض المفاجئ في الضغط إلى ضوضاء هائلة. عن طريق تركيب صفيحة الفتحة المقيدة، يمكن تقليل ضغط السائل خطوة بخطوة، مما يمكن أن يقلل بشكل فعال من الضوضاء والتآكل.
يمكن الرجوع إلى المعايير المتعلقة بصفائح الفتحة المقيدة: HG/T 20570.15 إعداد صفائح الفتحة المقيدة لخطوط الأنابيب, GB/T 2624.2-2006 قياس تدفق السوائل في القنوات المغلقة باستخدام أجهزة فرق الضغط المثبتة في القنوات ذات المقطع العرضي الدائري - الجزء 2: صفائح الفتحة, و ISO 5167.
04 مقارنة بين صفائح الفتحة المقيدة ومعدات التحكم في التدفق الأخرى
المقارنة مع صمامات التحكم
الجانب
صفيحة الفتحة المقيدة
صمام التحكم
البنية والتكلفة
بنية بسيطة وتكلفة منخفضة
بنية معقدة (بما في ذلك جسم الصمام، وقرص الصمام، والمشغل، وما إلى ذلك) وتكلفة عالية
أداء التعديل
لا يمكنها تحقيق سوى تقييد التدفق الثابت؛ أداء تعديل ضعيف
يمكنها إجراء تعديل مستمر للتدفق وفقًا لإشارات التحكم؛ دقة تعديل عالية ونطاق تطبيق واسع
تكلفة الصيانة
لا توجد أجزاء متحركة؛ تكلفة صيانة منخفضة
يحتوي على أجزاء متحركة؛ عرضة للتآكل والتسرب وما إلى ذلك؛ تكلفة صيانة عالية
المقارنة مع صفائح الفتحة الخانقة
تتشابه صفائح الفتحة المقيدة وصفائح الفتحة الخانقة في البنية، حيث يتحكم كلاهما في السائل عن طريق تغيير المقطع العرضي للتدفق. ومع ذلك، تختلف أغراض تصميمها: تركز صفائح الفتحة المقيدة بشكل أساسي على تحديد معدل التدفق وتقليل الضغط، بينما تُستخدم صفائح الفتحة الخانقة بشكل أكبر لقياس التدفق، وحساب معدل تدفق السائل عن طريق قياس فرق الضغط عبر صفيحة الفتحة.
بالإضافة إلى ذلك، من حيث التصميم الهيكلي ومتطلبات الدقة، تكون صفائح الفتحة الخانقة عادةً أكثر تطلبًا من صفائح الفتحة المقيدة لضمان دقة القياس.
