גישות חדשות בתכנון מגופי בקרה לתחום ספיקות רחב

תקציר הרצאה מיום עיון בנושא שסתומי ויסות ובקרה של העמותה למכשירנות ובקרה

ההרצאה נפתחה בסקירה של נקודות ציון בהיסטוריה של מגופי הבקרה וסוגי המגופים המשמשים אותנו כיום (מתוך Borden, 1998 ):
 

* בצבע כחול המגופים הנפוצים יותר באספקת מים.
ההרצאה התמקדה במגופים עם הפעלה עצמית שכן "שימוש נבון במגופי הפעלה עצמית יכול להחליף לפחות 25% מהמגופים בתעשייה ורק חוסר הכרות של המתכננים מונע זאת" (Baumann, 1994).
יתרונות מגופים עם הפעלה עצמית:
מערכת אחת הכוללת את הרגש (סנסור), הבקר והמגוף, אין צורך באנרגיה חיצונית, תחום ספיקות ולחצים גדול, אין נזילות מהציר, חיסכון במקום, לא יקר.
הסיבות העיקריות להחלפת מגופי בקרה על-פי Baumann:
קוויטציה (מעור), ארוזיה, חוסר יציבות, קורוזיה, חוסר אטימה ונזילות, רעידות, מהירות תגובה.

בהתאם לנתונים אלה קבעה שיא מגופים, בשנת 1995 את עקרונות התכנון למגוף M1ואביזרי הוויסות והבקרה:
- מפעיל הנע במקביל לזורם וסוגר כנגד כיוון הזרימה.
- תחום ספיקות ולחצים גדול.
- NC ו- NO מובנה (ללא לולאות פיקוד).
- מגוף דו-נפחי עם הגברת כוח, אפשרות פיקוד באמצעות מדיום שונה מהזורם בקו ויכולת לעבודה עצמית.
- חומרי מבנה עם עמידות טובה בקורוזיה, ארוזיה ומיעור.
- אטימה מלאה.
- מגוף מהיר תגובה.
- אופיין פתיחה וסגירה שיאפשר ויסות יציב בכל התחומים עם בלימה לקראת סוף הסגירה.
- השמת כל אביזרי הפיקוד על סעפת המתחברת למגוף.
- מחיר תחרותי עם ביצועים משופרים.

בשנת 1998 התחילה החברה לשווק את המגוף והאביזרים הנלווים לו.
 

M1 הוא מגוף בוכנה דו נפחי בקטרים "4 ו "6 הבנוי כך שצמד הבוכנות שלו (צבועות בירוק) ממוקמות במרכז המוצר ונעות בעזרת כוח הנוצר מהפרשי שטחים, הסגירה מבוצעת כנגד כיוון הזרימה בכוח פוחת לקראת הסיום
(מניעת הלמים), למגוף תצורת NC (סוגר כאשר אין לחץ פיקוד) ו- NO. המגוף בנוי מחומרים פלסטיים מרוכבים (50% סיבי זכוכית) וכונסי נירוסטה ומיועד ללחצי עבודה עד 25 בר. סעפת הפיקוד, המכילה ברזון תלת דרכי, נווטים, סולונואיד וכל הנדרש לביצוע היישום המבוקש, מאפשרת החלפת יישומים ותחזוקה פשוטה ומהירה. סמן מצב מאפשר לראות את אחוז הפתיחה של המגוף, לקבל מגעים למצב פתוח או סגור ולשדר אות אנלוגי על מיקום המפעיל. המגוף מתחבר לקו בעזרת חיבורים מחורצים (quikcoup) וצינורות לריתוך או מתאמים לאוגן.
 

לאחר פיתוח מגוף M1 החלה חברת "שיא מגופים" לפתח סדרה של נווטים למגופי NC ו- NO. נווטים אלו מאפשרים לבצע את מגוון היישומים המקובלים (מקטיני לחץ, שומרי ופורקי לחץ, וסתי ספיקה, מגופי משאבה, מגופי בריכה ושילובים שלהם) ברמה גבוהה מהמקובל בשוק. בתהליך הפיתוח נבחנה השיטה הנפוצה של ניווט דו דרכי: זרימה רציפה ממעלה הזרם למורד מועברת דרך נחיר קבוע שלאחריו נווט. בעת לחץ גבוה במורד, יצמצם הנווט את מעבר המים ויגרום לעלית הלחץ בתא הפיקוד ולסגירת המגוף. לחץ נמוך במורד יגרום לפתיחת המעבר בנווט ולשחרור מים מתא הפיקוד של הנווט. בלחץ הנדרש ישחרר הנווט ספיקה זהה לספיקת הנחיר.
יתרונות: יציבות ודיוק.
חסרונות: סינון של 200-400 ליטר/שעה – סתימת המסנן גורמת לפתיחת המגוף, בלאי של ברז המחט והנווט, ניתן לשימוש רק במגופים מסוג NO, אין פתיחה מלאה, תגובה איטית, כיוון ואיתור תקלות מורכבים (השפעה הדדית בין ברז המחט והנווט), לחץ המעלה משפיע על לחץ המורד.
 

ועבור ספיקות נמוכות פותח מגוף M2 – "2, "3 הבנוי כולו מחומרי פלסטיק מרוכבים ללחצים עד 25 בר.
 

בחינת ביצועי המגוף ביחס לסוגי המגופים הנפוצים באספקת מים לפי קריטריונים מקובלים:

מפאת קוצר היריעה לא ניתן להביא ניתוח מפורט של כל הקריטריונים ולכן אתייחס רק לנושאים המדגימים את היתרונות הנובעים מהטכנולוגיה החדשה:
ספיקה גבוהה והפסד עומד נמוך – המבנה ההידרודינמי של מגוף שיא נותן ספרת זרימה גבוהה מהמקובל: במגוף M1 "4 KV=475 (CV=555) לעומת KV של כ- 200 במגופי הגלוב, יחס דומה קיים גם במגוף M2. המבנה הסימטרי מאפשר למגוף לעבוד גם במהירויות זרימה של 20 מטר לשנייה ללא רעידות ונזקי מיעור (600 מק"ש במגוף "4).
לחץ גבוה – השימוש בניילון 12 עם 50% סיבי זכוכית במבנה של שני גלילים התומכים זה את זה מאפשר להגיע ללחץ עבודה של 16 בר (בדיקה ב- 50 בר) עם מגוף פלסטי, וללחץ עבודה של 25 בר (בדיקה ב- 90 בר) עם מגוף פלסטי מעוטה מתכת ועם מגוף M2(ללא חיזוק מתכת).
עמידות במיעור ועבודה שקטה – למגוף עמידות גבוהה בהרבה מהמקובל במגופים הקיימים. עמידות גבוהה זו נובעת משתי סיבות עיקריות: המבנה ההידרודינמי של המגוף היוצר מקדם השבה (Fl) גבוה ומונע במקרים רבים את ירידת הלחץ המקומית (Vena contracta) מתחת ללחץ האדים; חומרי המבנה (פלסטיק) שיכולתם לספוג את האנרגיה של קריסת הבועות גבוהה בהרבה גם מהמתכות הטובות והיקרות ביותר.
במקרה שלאחר מספר שנות שרות יש צורך בשיפוץ מתבצעת החלפה של חלק שאינו יקר- ציפה (אין פגיעה בגוף).
מהירות תגובה – נפח פיקוד קטן (פחות מרבע ליטר בדגם NC), המבנה הקווי של המגוף ומעברי פיקוד גדולים במגוף ובנווטים מאפשרים מהלך מלא בפחות משתי שניות (כתלות בלחץ). במקרה של הקטנת לחץ, מגוף NC מאפשר גם ביצועים ייחודיים של בלימת מעבר הלמי מים ממעלה הזרם למורד. מגוף NO מאפשר פריקת הלם, באמצעות נווט בודד(!) ללא צורך במקדם הלם הידראולי או חשמלי ברוב האתרים.
מגוף דו-נפחי עם אטימה קשיחה – מאפשר לפקד על המגוף עם מדיום שונה מהזורם, לעבוד בלחצים נמוכים (כולל ריק). למגוף הגברת כוח של כ- 20% כך שגם ירידה חלקית בלחץ הפיקוד לא פוגעת בתפקודו. בנוסף, פגיעה באטם אינה גורמת למעבר של יותר מכמה מאות ליטרים לשעה.
ויסות – אופיין הפעולה של המגוף בשילוב נווטי שיא מספק ויסות מדויק (כ- 50 ס"מ הסטרזיס). ויסות יציב מאפס ספיקה ללא מעקף (By-Pass) גם ביחסי ויסות הגבוהים בהרבה מהמקובל (1:10) ומאפשר פתיחה מלאה כשלחץ המעלה יורד מתחת ללחץ המכוון.
 

Home