طرز کار شیر پروانه ای چگونه است؟

شیر پروانه ای یا Butterfly Valve

از شیر های پروانه ای میتوان بعنوان خانواده ای از شیرهای یک چهارم چرخشی نام برد. یکی از ویژگی های بارز این شیر ها عملکرد بسیار مشابه به شیرهای توپی است. دیسکی که به میله متصل است همان پروانه شیر میباشد. زمانی که دریچه باز می شود، دیسک دچار چرخش میشود تا مایع از آن عبور کند. هنگامی که میله دیسک را با یک چهارم چرخش در موقعیتی عمود بر جهت جریان می چرخاند، بسته می شود. شاید دلیل محبوبیت این شیرها برای شما سوال باشد؟ شیر های پروانه ای به دلیل وزن سبک، جای نصب کوچک، هزینه کمتر، عملکرد سریع و در دسترس بودن در اندازه های بزرگ، برای سرویس های روشن و یا تعدیل محبوب هستند. شیرهای پروانه ای می توانند با دستگیره، چرخ دنده یا محرک های اتوماتیک کار کنند.

حتما بخوانید: آشنایی با انواع شیرآلات صنعتی

اصول عملکرد شیر پروانه ای

شیر های پروانه ای دارای ساختار نسبتاً ساده ای هستند. اجزای اصلی یک شیرپروانه ای شامل بدنه، مهر و موم، دیسک و ساقه است. همانطور که در شکل ذیل مشاهده می کنید. (شکل با برچسب B) که به یک محرک یا دسته (شکل با برچسب C) در قسمت بیرونی شیر متصل است. در حالت بسته، دیسک عمود بر جریان است. همانطور که در شکل نشان داده شده است. توسط نشیمنگاه شیر آب بندی می شود (شکل با برچسب D). ساقه نیز با استفاده از حلقه اورینگ (شکل با برچسب E) مهر و موم می شود. هنگامی که محرک یا دستگیره ساقه شیر پروانه ای را 90 درجه به عقب می چرخاند. دیسک از صندلی شیر پروانه ای دور می شود و خود را موازی با جریان قرار می دهد. چرخش جزئی باعث می شود تا جریان متناسب باشد.

قطعات دریچه پروانه ای؛ A: دیسک، B: ساقه، ج: دسته، D: مهر و موم، E: حلقه O ، F: بدنه شیر

شکل: قطعات شیرپروانه ای؛ A: دیسک، B: ساقه، ج: دسته، D: مهر و موم، E: حلقه O ، F: بدنه شیر

معمولا زمانی که حرف از خدمات تعدیل پیش می آید نام شیر های پروانه ای نیز در میان است. چرا که برای خدمات تعدیل از آنها استفاده می شود. می توان به گونه ای طراحی کرد که یک مشخصه خطی یا درصد برابر داشته باشد. در ادامه گریزی بر هر یک میزنیم.

خطی:

اگر دبی با مقداری که دیسک طی می کند رابطه خطی داشته باشد. به این معنی است که در X% باز شدن دیسک، دبی همان X% دبی حداکثر خواهد بود. برای مثال اگر دیسک 1/3 دور (30 درجه) باز شود، سرعت جریان 33.3 درصد حداکثر خواهد بود.

برابر:

هنگامی که یک شیرپروانه ای مشخصه درصد برابری داشته باشد. افزایش مساوی از حرکت سوپاپ باعث تغییرات درصدی برابر در نرخ جریان می شود. مثلا اگر سفر از 30 به 40 درجه باز شدن، دبی جریان را از 100 به 170 متر مکعب در ساعت (70 درصد) افزایش داد. در این صورت حرکت از 40 به 50 درجه، دبی را از 170 به 289 متر مکعب در ساعت (70 درصد) افزایش می دهد. این منجر به یک رابطه لگاریتمی بین حرکت دیسک و سرعت جریان می شود.

نماد شیر پروانه ای در نقشه های اتوماسیون صنعتی به شکل زیر است:

انواع شیر پروانه ای

شیر های پروانه ای در انواع و طرح های مختلف و متنوع ارائه می شوند که هر کدام ویژگی ها کاربرد و… مختلفی دارند. شیرهای پروانه ای بر اساس طراحی بسته شدن دیسک، طراحی اتصال و روش فعال سازی آنها و سایر موارد دسته بندی میشوند.

حتما بخوانید: انواع پمپ های صنعتی کدامند؟

انواع شیر پروانه ای از نظر طراحی بسته شدن دیسک

چیزی که در طراحی به آن توجه ویژه ای شده است دریچه های پروانه ای است. بسته به محل قرار گیری ساقه نسبت به دیسک و زاویه سطح نشیمن گاهی که دیسک روی آن بسته می شود می توانند متحدالمرکز یا خارج از مرکز باشند.

1. متحدالمرکز

ابتدایی ترین نوع طراحی شیر پروانه ای، شیرپروانه ای مرکز یا متحدالمرکز است. در این نوع شیرها ساقه از خط مرکزی دیسک که در مرکز سوراخ لوله است عبور می کند. نشیمن گاه حاشیه قطر داخلی بدنه شیر است (شکل 4 در سمت چپ). به این طراحی سوپاپ با افست صفر، حالت ارتجاعی نیز می‌گویند. زیرا به انعطاف‌پذیری لاستیک صندلی برای آب‌بندی مؤثر جریان در هنگام بسته متکی است. در این نوع شیر، دیسک ابتدا با چرخش 90 درجه در حدود 85 درجه با صندلی تماس پیدا می کند. شیرهای پروانه ای متحدالمرکز معمولاً برای محدوده های فشار کم استفاده می شوند.

شکل 4: یک شیرپروانه ای افست صفر با یک دسته اهرمی در سمت چپ و یک شیرپروانه ای غیرعادی با یک چرخ دستی در سمت راست

2. غیر عادی

دریچه پروانه ای غیر عادی به این معنی است که ساقه از خط مرکزی دیسک عبور نمی کند. بلکه از پشت آن (برعکس جهت جریان)، همانطور که در شکل 4 (راست) مشاهده می شود، عبور می کند. هنگامی که ساقه درست در پشت خط مرکزی دیسک قرار می گیرد دریچه تک افست نامیده می شود. این طرح به منظور کاهش تماس دیسک با مهر و موم قبل از بسته شدن کامل سوپاپ ایجاد شده است تا عمر مفید شیر بهبود یابد. امروزه شیرهای پروانه ای دو افست و سه افست به جای شیرهای تک افست مورد استفاده قرار می گیرند.

3. شیرپروانه ای دو افست

در شیر پروانه ای دو افست یا دوبرابر خارج از مرکز، ساقه در پشت دیسک با یک افست اضافی به یک طرف قرار دارد (شکل 5). این خروج از مرکز دوگانه ساقه، دیسک چرخان را قادر می‌سازد تا حدود یک تا سه درجه روی صندلی بچرخد.

4. شیرپروانه ای افست سه گانه

شیرپروانه ای افست سه گانه (TOV یا TOBV) اغلب در کاربرد های حیاتی استفاده می شود و به طور مشابه با شیر پروانه ای افست دوگانه طراحی می شود. سومین افست محور تماس دیسک-صندلی است. سطح نشیمنگاه شکل مخروطی به خود می گیرد که همراه با همان شکل در برآمدگی دیسک، حداقل تماس را قبل از بسته شدن کامل دریچه ایجاد می کند. شیر پروانه ای افست سه گانه کارآمدتر است و سایش کمتری را امکان پذیر می کند.

صندلی های فلزی امکان استفاده از شیرهای پروانه ای را در محدوده دمایی بالاتر فراهم می کند. طرح های شیر پروانه ای با کارایی بالا از فشار در خط لوله برای افزایش تداخل بین نشیمنگاه و لبه دیسک استفاده می کنند. این شیرهای پروانه ای دارای درجه فشار بالاتری هستند و مستعد سایش کمتر هستند.

شکل 5: شماتیک نمای بالا یک دریچه پروانه ای غیرعادی

انواع روش های اتصال آن

شیر های پروانه ای را می توان به روش های مختلف به یک سیستم لوله کشی متصل کرد. متداول‌ ترین روش‌ها عبارتند از: نوع ویفر، نوع لوگ و اتصال فلنجی.

شکل 6: انواع اتصالات شیر پروانه ای. الف: شیر پروانه ای نوع ویفر، ب: شیر پروانه ای فلنج دار و ج: شیرپروانه ای به سبک لوگ

اتصال به سبک ویفر

شیر پروانه ای ویفری مقرون به صرفه ترین نسخه است و بین دو فلنج لوله قرار می گیرد. این شیر ممکن است دارای سوراخ های فلنج در خارج از بدنه شیر یا نداشته باشد (شکل 6 با برچسب A). فلنج های لوله از طریق پیچ و مهره های بلندی که از کل بدنه شیر عبور می کنند به هم متصل می شوند. آب بندی بین فلنج های شیر و لوله از طریق واشر، حلقه های O و سطح شیر صاف در دو طرف شیر انجام می شود.

اتصال به سبک لوگ

دریچه پروانه ای به سبک لوگ دارای درج های رزوه ای در خارج از بدنه شیر است (شکل 6 با برچسب C). دو مجموعه پیچ، فلنج های لوله را بدون مهره به هر طرف درج های پیچ وصل می کند. این طراحی امکان قطع ارتباط یک طرف را بدون تأثیرگذاری روی طرف دیگر برای سرویس بن بست فراهم می کند. شیرهای پروانه ای لاگ که در خدمات بن بست استفاده می شوند عموماً دارای درجه فشار پایین تری هستند. شیرهای پروانه ای لوگ، بر خلاف ویفری، وزن لوله را از طریق بدنه شیر حمل می کنند.

روش فعال سازی شیر پروانه ای

شیر های پروانه ای را می توان به صورت دستی توسط دستگیره ها و چرخ دنده ها یا به صورت خودکار توسط محرک های الکتریکی، پنوماتیک یا هیدرولیک کار کرد. این دستگاه ها امکان چرخش دقیق دیسک را در موقعیت های مختلف از کاملاً باز تا کاملا بسته فراهم می کنند. در زیر به انواع روش های تحریک شیر های پروانه ای اشاره شده است.

حتما بخوانید :

پنوماتیک چیست؟ مزایا و معایب

تجهیزات و متعلقات پنوماتیک

شیر پروانه ای دستی

دریچه‌ های پروانه‌ای دستی از لحاظ قیمتی ارزان هستند و کار با آن‌ها نیز آسان است. دو روش رایج در زیر مورد بحث قرار می گیرند:

اهرم دستی: شیر پروانه ای با اهرم دستی برای شیرهای پروانه ای کوچک رایج است. دسته دریچه پروانه ای شیر را قادر می سازد تا در حالت باز، نیمه باز یا بسته قفل شود. یک مثال را می توان در شکل 4 (سمت چپ) مشاهده کرد.

چرخ دنده: اینها برای شیرهای پروانه ای کمی بزرگتر طراحی شده اند و از گیربکس برای افزایش گشتاور به قیمت کاهش سرعت باز و بسته شدن استفاده می کنند. دریچه های دنده ای نیز قفل شونده هستند (نمی توان آنها را به عقب هدایت کرد) و می توانند به نشانگرهای موقعیت مجهز شوند. یک مثال در شکل 4 (سمت راست) قابل مشاهده است.

شکل 7: شیرهای پروانه ای دستی

فعالسازی شیر پروانه ای

محرک های برقی یک روش قابل اعتماد برای کنترل شیرهای پروانه ای از یک مکان دور هستند. محرک‌های شیرپروانه‌ای نیز عملکرد سریع دریچه‌ های بزرگ‌تر را ممکن می‌سازد. این عملگرها را می توان به گونه ای طراحی کرد که باز شوند (در صورت خرابی محرک باز بمانند)، بسته شوند (در صورت خرابی محرک بسته بمانند) و اغلب با یک روش فعال سازی دستی در صورت خرابی (همانطور که در شکل 8 مشاهده میشود) طراحی شوند.) سه نوع محرک اتوماتیک در ادامه ذکر شده است.

شیرپروانه ای برقی (موتوری):

برای چرخاندن میل شیرپروانه ای از موتور الکتریکی استفاده کنید.

دریچه پروانه ای پنوماتیکی:

همانطور که در شکل 8 مشاهده می شود، برای حرکت دادن پیستون یا دیافراگم برای باز کردن/بستن شیر، به هوای فشرده نیاز دارد.

شیرپروانه ای هیدرولیک:

برای حرکت دادن پیستون یا دیافراگم برای باز/بستن شیر به فشار هیدرولیک نیاز دارد.

شکل 8: شیرهای پروانه ای پنوماتیک با چرخ دستی

برنامه های کاربردی

شیر های پروانه ای در صنایع و راه اندازی خطوط تولید و اتوماسیون صنعتی کاربرد دارند. از جمله این موارد می توان به کاربرد های مختلف آن در صنایع دارویی، شیمیایی و نفت، مواد غذایی، تامین آب، تصفیه فاضلاب، حفاظت در برابر آتش، تامین گاز، جابجایی سوخت و اتصالات بهداشتی نام برد. دریچه های پروانه ای برای آب به عنوان دریچه های کنترلی در خطوط لوله برای قطع جریان آب استفاده می شوند. این شیر ها در اندازه های بزرگ موجود هستند و برای جابجایی دوغاب ها و مایعات با مقادیر نسبتاً زیاد مواد جامد در فشار های پایین مناسب هستند. شیرهای پروانه ای از جنس استنلس استیل در کاربرد های خورنده و محیطی دریایی استفاده می شوند زیرا این ماده بسیار با دوام و مقاوم در برابر خوردگی است.

مقایسه شیر توپی با شیر پروانه ای

به طور معمول، یک شیرپروانه ای با ویژگی های مشابه ارزان تر است. نصب آسان تر است و در مقایسه با شیر های پروانه ای جای نصب کمی دارد. با این حال، به دلیل وجود دیسک در شیرهای پروانه ای، نمی توان آنها را برای اهداف تمیز کردن پیگ کرد. شیر های توپی برای کاربرد های با فشار بالا با قطر کوچک مفید هستند. زیرا برای فشار های دیفرانسیل بالاتر مناسب تر هستند و کمترین افت فشار را روی سیستم ایجاد می کنند. شیرهای پروانه ای طراحی نسبتاً ساده ای دارند.

مطلب مرتبط : شیر توپی یا بال ولو چیست؟

به این معنی که قطعات متحرک کمتر و جیب/تله کمتری برای محیط دارند که در نتیجه تعمیرات آسان تر و هزینه های تعمیر و نگهداری ارزان تر است. برای قطر لوله های کوچک، گشتاور و استفاده از مواد دریچه های توپی نسبتا کم است. به طور معمول، گشتاور و مزایای هزینه شیرهای پروانه ای از حدود DN 50 میلی متر و به بالا شروع می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید با مشاورین متخصص ما در ارتباط باشید.

سوالات متداول

شیر پروانه ای برای چه مواردی استفاده می شود؟

دریچه های پروانه ای برای کنترل روشن و خاموش یا مدوله شده سیال در یک اتوماسیون صنعتی استفاده می شود.

شکل 9: شیرپروانه ای (سمت چپ) و شیر توپی (راست)

آیا می توانید از شیر پروانه ای برای گاز استفاده کنید؟

بله، شیرهای پروانه ای را می توان برای مایعات و گازها استفاده کرد، اما نه برای جامدات حجیم.

مزیت شیر پروانه ای چیست؟

شیرهای پروانه ای سبک وزن هستند. و می توانند هم برای کنترل خاموش و هم برای کنترل سیال مدوله شده استفاده شوند.

توجه: گروه صنعتی سپیانی در زمینه خط تولید و ساخت شیر پروانه ای فعالیتی ندارد.