مکانیسم عملکرد کارتریج (مغزی) شیرالات اهرمی

همگی ما در منزل یا محل کار خود روزانه چندین بار با انواع شیرالات بهداشتی سر و کار داریم. اما آیا هیچ وقت به مکانیسم عملکرد کارتریج (مغزی) در آنها دقت داشته ایم؟ در این مقاله به بررسی مکانسیم عملکرد شیرآلات اهرمی و بهداشتی پرداخته خواهد شد. برای کسب اطلاعات کلی مقاله انواع شیرآلات اهرمی را مطالعه بفرمائید.

تاریخچه

از دید مکانیکی شیرآلات دریچه ای برای انتقال مایعات (آب) بوسیله لوله از مخزنی به محلی دیگر هستند. اجزای اصلی یک شیر در یک دید کلی عبارتند از بدنه شیر، دسته ای که میزان خروج و شدت آن را کنترل می کند و به سوپاپ یا کارتریج متصل است، دهانه ای که آب از طریق آن جریان می یابد. تنها وظیفه ای که شیر بر عهده دارد کنترل جریان خروجی آب است و بر اساس اندازه و سایز و نوع شیر می توان میزان خروجی را از چند قطره تا میزان چندصد لیتر در ثانیه مدیریت کرد.

شکل شماتیک عملکرد یک شیر در تصویر فوق نمایش داده شده است.

اگرچه موضوع شیرآلات بسیار ساده به نظر می آید ولی لازم به ذکر است که بشر تنها 150 سال است که توانسته شیر را به داخل خانه های مسکونی بیاورد. زیرا ساخت شیری که کار کردن با آن ساده، مقرون به صرفه و مطمئن باشد بسیار زمان برده است. با نگاهی به چند سال قبل (شاید تنها یک یا دو نسل گذشته) متوجه خواهید شد که وجود شیر آب در خانه چقدر از مرارت و رنج های کشیدن آب و انتقل آب به داخل خانه را کاهش داده است.

نکته ای که در شیرآلات بهداشتی حائز اهمیت است آن است که اگرچه ظاهر یک شیر در استفاده کردن از آن مهم به نظر می رسد لکن باید توجه داشت که اگر یک شیر ظاهر زیبایی نداشته باشد مثلا لک زدگی داشته باشد یا قسمتی از آن خورده شده باشد یا پوسته پوسته شده باشد ولی بازهم نقش انتقال دهندگی خود را ایفا خواهد نمود.

آنچه یک شیر را قابل استفاده می کند همان مغزی یا کارتریج آن است که تضمین کننده عمر استفاده از یک شیر است. اگر کارتریج شیر دچار مشکل باشد و نتواند میزان خروجی لازم یا آب بندی لازم را فراهم کند دیگر شیر قابل استفاده نخواهد بود. بنابراین برای خرید یک شیر اطمینان از کیفیت کارتریج آن نقش بسیار مهمی را ایفا خواهد نمود.

مکانیسم عملکرد کارتریج (مغزی) شیرآلات بهداشتی

یک کارتریج از دو قسمت تشکیل شده است یک قسمتی متحرک است که به دسته متصل شده و به آن (ساقه) گفته می شود و دیگری قسمت ثابت است که به (جایگاه) معروف است. برای بستن شیر آب قسمت ثابت به متحرک فشار وارد می کند که جلوی خروج آب گرفته شود.

در شیرهای پیچی عادی که به پیچ های فشاری نیز شناخته می شوند سوپاپ توسط چرخش باعث بستن یا باز شدن شیر خواهد شد. حرکت عمودی سوپاپ همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است سبب باز و بسته شدن شیر خواهد شد. اما در شیرهای جدیدتر که به شیرهای اهرمی معروف هستند نوع دیگری از سوپاپ به نام کارتریج استفاده می شود که نحوه حرکت آنها عمودی نیست بلکه به صورت افقی است. در این شیرهای جدید ساییدگی بر خلاف شیرهای فشاری و پیچی در بدنه شیر اتفاق نمی افتد بلکه در کارتریج اتفاق خواهد افتاد و این باعث سالم ماندن بدنه شیر از آسیب می شود همچنین باعث می شود که در صورت از آب بندی خارج شدن شیر تنها با تعویض یک قطعه، شیر به همان شرایط اولیه خود باز گردد.

در شیرهای معمولی و قدیمی در صورتیکه بدنه آسیب می دید یا باید کل شیر عوض می شد یا دو مرتبه باید قطعات ماشین کاری می شدند احتمالا در گذشته به یاد دارید که برخی از شیرها به اصطلاح هرز می شدند و هر چه چرخانده می شدند تغییری در آنها ایجاد نمی شد!

در شیرهای قدیمی شیر آب سرد و گرم هر یک جدا بودند و شیر جداگانه ای داشتند که پس از اینکه هر دو باز می شدند در اثر اختلاط با یکدیگر در خود لوله شیر دمای مناسب را شکل می دادند جالب است بدانید که اختراع این مدل از شیرها مربوط به سال 1880 میلادی در کانادا می باشد. قبل از اختراع این مدل از شیرها وضعیت فاجعه بارتر بود! و شیر آب سرد و گرم به طور کلی از هم جدا بودند. این نوع از شیرها سپس در 1960 ارتقا یافته و توسط واشرهای پلیمری و سیلیکونی آب بندی می شدند که عمر این واشرها حداکثر تا 5 سال خواهد بود. اما نوع جدیدتر کارتریج ها از کارتریج های سرامیکی استفاده می شود که عمر بسیار بالاتری نسبت به سایر شیرها دارند.

کارتریج های سرامیکی بر اساس نوع شیر دارای مدلهای متفاوتی هستند. چنانچه در تصویر زیر نشان داده شده است نوع جدیدی از کارتریج ها استفاده شده است. چنانچه ملاحظه می شود مکانیسم کارکرد مغزی این نوع از شیرها با شیرهای قبل از آن متفاوت می باشد.

نوع کارتریجی که برای این مدل از شیرها به کار می رود به صورت زیر است:

تفاوت بین مکانیسم عملکرد کارتریج های سرامیکی و کارتریج های با واشر پلیمری و سیلیکونی در تصویر زیر نشان داده شده است:

ساخت این مدل از کارتریج های سرامیکی مربوط به سال 1972 می شود در جایی که شرکت های تولید کننده از خطر خوردگی و اختلاط فلز با آب و عدم آب بندی مناسب ترس داشتند. و استانداردهایی را برای استفاده از سرامیک آلومینا که مقاوم به خوردگی و سایش بود را وضع کردند.

در ادامه کارتریج های پیشرفته تری اختراع شد که این کارتریج ها به صورت تخت بودند و از دو سطح صاف تشکیل شده بودند که فاصله آنها از اندازه یک مولکول آب کوچکتر بود و همچنین از کانیهایی که در آب وجود دارند سخت تر هستند و بسیار مقاوم به خوردگی می باشند. و بر خلاف آب بندی هایی که با واشر انجام می گرفت افزایش دمای آب بر روند آب بند کردن آنها تاثیر نداشتن زیرا دمای پخت این سرامیک ها حدود 2000 درجه سانتیگراد است و دمای آب خانگی نهایتا در بدترین شرایط به 70 درجه سانتیگراد خواهد رسید.

کارتریج های جدید که هم اکنون نیز مورد استفاده قرار می گیرند بر اساس روش ساخت خود متفاوت هستند عمر مفید آنها بین 5 تا 10 سال تخمین زده می شود. برخی از شرکت ها برای افزایش استحکام این نوع از کارتریج ها روی آنها پوششی قرار می دهند که می تواند عمر مفید آنها را تا 550 سال نیز افزایش دهد.

نتیجه ‌گیری

اما کارتریج های سرامیکی بدون مشکل هم نیستند. دیسک ها آنقدر به هم نزدیک هستند که در واقع مانند دو آهنربا در اثر کشش سطحی یکدیگر را جذب می کنند و حرکت دادن آنها بر روی یکدیگر سخت است. برای سهولت حرکت بین آن دو دیسک را با یک روانکار با دوام نا محلول در آب پر می کنند تا حرکت بین آن دو به سهولت انجام شود. اما با این وجود با گذشت زمان و در اثر اصطکاک این روان کننده می تواند از بین برود و شیر آب سفت شود. اگرچه شرکت ها و تولید کنندگان کارتریج ها روی تولید انواع با دوام تر روانکارها فعالیت می کنند ولی بازهم این روانکار ها در اثر اصطکاک و تماس با آب از بین خواهند رفت لذا تحقیقات فعلی روی کارتریج هایی است که بدون استفاده از روانکارها کار کنند و مشکلات چسبندگی بین دو دیسک سرامیکی و از بین رفتن روانکار بین آن دو را نداشته باشند.

یکی از رویکردهایی که هم اکنون تحقیقات بر روی آن در حال انجام است، پوشش دهی کربن های الماسی مانند (DLS) است که با بالا بردن سختی و صافی سطوح باعث عدم چسبندگی بین سطوح دیسکها نیز می شود و سطحی لغزنده و روان و بدون نیاز به روانکار در آن استفاده می شود.