شیرهای سوزنی از جمله شیرهای پرکاربرد در صنعت خلأ می‌باشد. این شیرها بمنظور کنترل دقیق جریان گاز به داخل محیط خلأ مورد استفاده قرار می‌گیرند. شیرهای سوزنی خلأ را گاها Dosing valve یا Variable leak valve نیز می‌نامند. اجزاء مختلف شیر سوزنی در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل 1- شماتیک شیر سوزنی خلأ

در شیرهای سوزنی یک سوزن داخل یک آببند سوزنی شکل حرکت می‌کند. جریان گاز با حرکت سوزن در داخل نشیمن مخروطی و از فاصله اندک بین دو سطح مخروطی سوزن و آببند سوزنی انجام می‌گیرد. از آنجا که این فاصله با تغییر موقعیت سوزن در نشیمن تغییر می‌کند، دبی جریان نیز تغییر کرده و می‌توان جریان گاز را تنظیم نمود. طول سوزن و میزان زاویه مخروطی آن بر دقت کنترل جریان در شیر تاثیر گذار است.

شکل 2- انواع مختلف نشیمن شیر سوزنی

علاوه بر شکل مخروطی ساده(a در شکل 2)، می‌توان برای افزایش دقت از ترکیب شکل استوانه و مخروط نیز استفاده نمود(b  تا d در شکل 2) تا دقت مخصوصا در محدوده بستن کامل شیر افزایش یابد.

جنس سوزن معمولا فلزی(عمدتا استیل) و جنس نشیمن ممکن است فلزی(از آلیاژی نرم‌تر از سوزن) یا الاستومری و تفلونی باشد(e در شکل 2).

راستای دهانه ورودی با خروجی شیرهای سوزنی معمولا 90 درجه است اما این راستا  می‌تواند 45 درجه یا همراستا( 0 درجه مانند f در شکل 2) باشد.

در برخی از انواع شیرهای سوزنی، از سوزن استوانه‌ای ساده استفاده می‌شود اما بر روی سوزن استوانه‌ای شیاری قرار داده می‌شود که جریان از این شیار عبور می‌کند. اندازه شیار در طول متغیر است و بدین صورت با تغییر موقعیت سوزن، میزان دبی جریان تغییر می‌کند.

شکل 3- شیار روی سوزن شیر سوزنی

بدنه شیرهای سوزنی معمولا از جنس استیل و یا آلومینیوم ساخته می‌شوند. سایز دهانه‌های این نوع شیرها معمولا کوچک و عمدتا DN10 یا DN16 هستند. نوع سیلینگ بدنه ممکن است الاستومری و یا تمام فلزی باشند. دهانه‌ها نیز بسته به محدوده خلأ مورد استفاده ممکن است KF و یا CF باشند(جهت آشنایی با دهانه‌های استاندارد خلأ این مقاله را مطالعه نمایید).

آببندی شفت شیر به روشهای مختلفی انجام می‌گیرد. این آببندی ممکن است با استفاده از ارینگ الاستومری باشد و یا آببندی با استفاده از بلوز فلزی و یا سایر روشهای متداول. در تصویر زیر انواع روشهای آببندی شفت شیرهای سوزنی نشان داده شده است.

شکل 4- انواع آببندی بدنه و شفت در شیر سوزنی خلأ

شیرهای سوزنی ممکن است دارای محرک دستی باشند و یا دارای محرکهای الکترومگنت و یا بصورت موتورایز کنترل شوند. در سیستم‌های موتورایز بمنظور کنترل دقیق فشار یا جریان گاز ورودی، از یک مجموعه سیستم کنترل و سنسورهای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌نمایند تا میزان دبی شیر سوزنی را به مقدار مورد نیاز بصورت اتوماتیک تنظیم نمایند.(شکل 5)

شکل 5- سیستم کنترل اتوماتیک فشار مخزن

برخی از نکات مهم در مورد شیرهای سوزنی عبارتند است:

در هنگام بستن شیرهای سوزنی دستی باید مراقب باشیم تا از سفت کردن بیش از حد شیر جلوگیری نماییم، زیرا سفت کردن بیش از حد آن باعث آسیب به سوزن شیر می‌شود. برخی از شیرهای سوزنی دارای یک شیر باز و بسته(shut off) مجزا هستند که بر روی شیر سوزنی تعبیه شده است تا برای بستن کامل شیر از آن استفاده شود. در شکل زیر دو نمونه از این نوع شیرها را ملاحظه می‌کنید.

شکل 6- شیر سوزنی دارای شیر باز/بسته

توجه کنید که دقت تنظیم دبی گاز برای شیرهای مختلف متفاوت است. در دفترچه هر شیر یک نمودار ارائه می‌شود که در آن میزان نشتی شیر براساس چرخش دسته شیر را نشان داده است. با کمک این نمودار می‌توان شیر مناسب را انتخاب نمود.

شکل 7- نمودار دبی شیر سوزنی براساس تعداد دور چرخاندن پیچ تنظیم شیر

ورود آلودگی به داخل شیرهای سوزنی ممکن است بر عملکرد آنها تاثیر بگذارد. به همین دلیل معمولا در ورودی شیرهای سوزنی از فیلتر استفاده می‌شود.

برای کاربردهای خلأ خیلی بالا بهتر است از شیرهای سوزنی تمام فلزی با دهانه‌های CF استفاده نمایید.

هنگام نصب شیرهای سوزنی، به دهانه ورود گاز و دهانه اتصال به محفظه توجه نمایید.(شکل 1) نصب صحیح دهانه ها دارای اهمیت است.

بسیاری از شیرهای سوزنی دارای صفحات مدرج هستند تا تنظیم دبی جریان با کمک آنها قابل تکرار باشد. با این حال تکرار پذیری به شرایط گاز ورودی و عوامل دیگری نیز وابسته است.

با بستن دو شیر سوزنی بصورت سری می‌توان دقت تنظیم فشار مخزن را افزایش داد. کافی است یک شیر را با دبی کمی بالاتر از مقدار مورد نیاز تنظیم و سپس با شیر دوم دبی را بصورت دقیق تنظیم نمایید.

مراقب فشار ورودی شیرهای سوزنی باشید. شیرهای سوزنی خلأ معمولا فشار ورودی بالایی را تحمل نمی‌کنند. فشار بالا ممکن است موجب آسیب به سوزن شیر شود. در این مورد حتما دفترچه فنی شیر را بررسی کنید.

شرکت پایاصنعت خلأ، ارائه دهنده خدمات تخصصی در زمینه انواع شیرهای خلأ. جهت مشاوره و یا سفارش انواع شیر خلأ، با ما تماس بگیرید.