شیر پروانه ای ( Butterfly Valve )

شیر پروانه ای ( Butterfly Valve )

شیروسیله‌ای معمولاً فلزی است که برای بازوبست، تنظیم و کنترل جریان مایعات یا گازها در لوله‌کشی به کار میرود. امروزه انواع بسیاری از شیرها طراحی، ساخته و تولید می شوند که در صنایع و ساختمانها به کار می روند. بنا به کاربرد، نحوه کارکرد به زیرگروهای مختلف دسته بندی میشود.

ساختمان شیر:

اغلب شیرها در ساختمان دارای اجزایی هستند که بین آنها مشترک است:

1- بدنه (Body)

2- دیسک (Disc) که در شیرهای توپی و مخروطی همان توپی یا استوانه مخروطی است.

3- نشیمنگاه (Seat) محل نشستن دیسک و یا واسط بدنه و دیسک است. اغلب از جنس نرمی ساخته می‌شود تا کار آب بندی را انجام دهد.

4- شفت (Stem) و فلکه (Hand wheel) ، فلکه توسط شفت به دیسک وصل می‌شود، معمولاً با چرخاندن فلکه شیر باز یا بسته می‌شود.

نکات مهم در طراحی و ساخت شیرها عبارتند از:

1- نیروی راه انداز وتجهیزات خاص راه اندازی

2- ارتعاش شیر

3- کاویتاسیون

4- تاثیر در جریان

5- میزان تحمل فشار

6- آب بندی وموادمصرفی درآب بندها

7- سهولت تعمیرو نگهداری ونصب و تنظیم آنها

جنس و مواد:

بنا به کاربرد، مصالحی که در ساخت شیر بکار برده می‌شود، مختلف است. در ساختمانها شیرهای چدنی، برنزی، برنجی و گاهی استیل (SS) استفاده می‌شود. در صنایع مانند، نیروگاهها، کارخانه‌های پتروشیمی، پالایشگاهها، کشتی سازی و صنایع دارویی / غذایی، بسته به نوع سیالی که از شیر عبور می‌کند ویا محیطی که شیر در آن قرار دارد، بدنه و دیگر اجزای آنرا از فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ(Stainless Steel)میسازند.

شیرها یا به‌ وسیله اهرم یا عملگر خودکار (Actuator) باز و بست می‌شوند.

وظایف اصلی شیرهای صنعتی عبارتند از :

• قطع و وصل کامل جریان

• جلوگیری از بازگشت مایعات و گازهای عبور کرده

• تنظیم عبور مقدار مورد نیاز مایعات و گازها

• تنظیم و کنترل مقدار و فشار مایعات و گازها

• کنترل و ایمن نگه داشتن دستگاه های تحت فشار

• اصولا شیرها در مواردی به کار می روند که برای جریان سیال (اعم از مایع و گاز) اختلاف فشار وجود داشته باشد.

انواع شیرآلات پروانه ای ( Butterfly valve ) از نظر نوع اتصال به فلنج و خط لوله به دسته های زیر تقسیم می شوند :

1- ولو پروانه ای با بدنه ویفری ( Wafer type butterfly valve )

2- ولو پروانه ای با بدنه لاگ تایپ (Lug type butterfly valve )

3- ولو پروانه ای فلنجدار ( Flanged butterfly valve )

انواع شیر پروانه ای ( Butterfly Valve ) از نظر متریال :

1- شیر پروانه فولادی فلنج دار

2- شیر پروانه ای ویفری تمام تفلون ( شیر پروانه سیت تفلون ، بدنه چدن و دارای سیت و دیسک تفلون )

3- شیر پروانه ای دیسک استیل ( شیر پروانه ای ویفری سیت استیل ، شیر پروانه زبانه استیل )

4- شیر پروانه ای ویفری بدنه آلومینیوم ، دیسک برنز ( شیر پروانه ای آلومینیوم برنز )

5- شیر پروانه ای دیسک کروم ( شیر پروانه ای ویفری سیت کروم )

6- شیر پروانه ای ویفری تمام استیل

شیرآلات پروانه ای ویفری ( شیر پروانه ای بدون فلنج ) :

ویفر به معنای قرارگیری در بین دو چیز می باشد. ساختار ولوهای ویفری این امکان را برای آن ها ایجاد می کند تا ما بین دو فلنج محکم بسته شوند. بال ولوها، چک ولو ها و همچنین شیرآلات پروانه ای می توانند ساختار ویفری داشته باشند. از جمله مزایای ولوهای ویفری (Wafer) این است که نیازی به پیچ کردن مستقیم و جداگانه آن ها به فلنج ها وجود ندارد بلکه پیچ های اتصال فلنج را بزرگتر می گیرند تا از گوشواره های بالای ولو و سوراخ های مربوطه فلنج مقابلش نیز عبور کند. بنابراین در هنگام نصب این قبیل از ولوها از پیچ و اتصالات کمتری استفاده می شود.

فلنجهای نصب شده در دو طرف ولو پروانه ای ویفری تمامی تنش های منتقل شده به آن را به خود جذب می کنند. ولو های پروانه ای ویفری سبک تر از شیرآلات پروانه ای لاگ تایپ و فلنجی می باشند. ولوهای پروانه ای ویفری تنها در وسط خط بسته می شوند و در انتهای خط لوله نمی توان از آن ها استفاده کرد.

شیر پروانه ای ویفری که مابین دو تا فلنج قرار گرفته و با چهار تا پیچ بسته می شود، لازم بذکر است شیر پروانه ای ویفری برای فشار بالا بدلیل نقاط اتصال کمتر استفاده نمی شود، شیر پروانه ای ویفری با توجه به نوع سیال و شرایط کاری در متریال بدنه چدن، بدنه فولاد، بدنه استیل وبدنه آلومینیوم برنز تولید می شود.

شیر پروانه ای (Butterfly Valve ) نوعی از شیرآلات چرخشی می باشد که با دوران دیسکی در مرکز ولو شیر باز یا بسته می شود. این دیسک مسدود کننده می تواند با چرخش ما بین زاویه های صفر(حالت کاملاً بسته) تا 90 درجه ( حالت کاملاً باز ) شیر را باز و بسته کند.

چندین ساختار متفاوت براي دیسک این نوع شیر آلات وجود دارد. نوع دیسک و شکل آن در مقدار ظرفیت، کاویتاسیون و گشتاور اعمال شده به شیر اثرات مستقیم دارد. به سبب نوع حرکت دیسک در شیرهاي پروانه اي، از آنها در سامانه هاي انتقال سیالات کثیف و حاوي ذرات معلق نیز استفاده می شود. در هنگام استفاده از شیرهاي پروانه اي بعنوان کنترل کننده جریان باید مراقب شرایط بروز کاویتاسیون بود. همچنین اگر هنگام بستن شیر با سرعت زیاد بسته شود، پدیده ضربه قوچ می تواند در سیستم ایجاد گردد.

اجزای مختلف شیرهای پروانه ای:

بدنه ولو پروانه ای:عضو اصلی ولو پروانه ای بدنه آن می باشد که سایر اجزا مانند دیسک، سیت، شفت، عملگر و ... بر روی آن سوار می شوند.

دیسک: مجرابند ولو پروانه ای که عامل باز یا بسته شدن مسیر عبور سیال می باشد دیسک نام دارد. مجرابند ولو پروانه ای به صورت صفحه گردی می باشد که 90 درجه حول محور شفت ولو می چرخد. دیسک شیرآلات پروانه ای می تواند از جنس استنلس استیل، فولادی، آلومینیوم برنزی، PVC،PVDF ، چدن داکتیل، چدنی با روکش Epoxy، تفلونی (PTFE ) و ... باشد که هرکدام برای سیال خاصی مورد استفاده قرار می گیرند.

دیسک در شیرهای پروانه‌ای می‌تواند به صورت دایره‌ های هم‌ مرکز (Concentric) یا خارج از مرکز (Eccentric) با بدنه باشد.

سیت: سیت یا نشیمنگاه ولو (Seat ) لایه ای است که مابین بدنه و دیسک قرار دارد و در واقع دیسک شیرپروانه ای بر روی آن چفت شده و آب بندی کاملی را به وجود می آورد. سیت در شیرآلات پروانه ای می تواند جنس های مختلفی داشته باشد. بسیاری از شیرآلات دارای سیت های الاستومری می باشند. بسیاری از شیرآلات پروانه ای بصورت آب بند فلز به فلز بوده و سیت آن ها به صورت یک رینگ فلزی از استنلس استیل، کربن استیل، اینکونل و ... می باشد.

سیت شیر پروانه ای که به اصطلاح آببند نیز گفته میشود با توجه به شرایط نوع سیال ،فشار و در جه حرارت در متریال های EPDM, FPM, NBR, VITON, Buna-N, PTFE اشاره نمود، از شیر پروانه ای با سیت EPDMمعمولا برای سیال آب و فاضلاب و تا دمای 80 درجه سانتی گراد و از شیر پروانه ای با سیت PTFEبرای سیال که خوردگی دارند مانند اسید و از سیر پروانه ای با سیت NBR معمولا برای سیال هایی همانند آب با درصد کمی بازهای اسیدی باشند می توان استفاده کرد.

محرک: محرک یا اکچویتور (Actuator) در شیرآلات پروانه ای به نحوه باز یا بسته شدن ولو توسط اپراتور اشاره می کند. بسیاری از ولوهای پروانه ای به صورت دستی (Manual) می باشند. مدل های گیربکسی به صورت سرفلکه از بقل یا از رو نیز بسیار پرکاربرد هستند. شیرآلات پروانه ای می توانند با عملگر اکچویتور بادی (Pneumatic actuator) و با عملگر برقی (Motor actuator) نیز انتخاب شوند.

شیرآلات پروانه ای بر اساس فشار کاری به دو گروه A و B تقسیم بندی می شوند:

گروه A : در گروه A که به ولوهای پروانه ای Concentric معروف می باشند محور تقارن دیسک و محور ولو بر یکدیگر منطبق می باشند. از این رو در حالت باز ولو، جریان سیال به وسیله دیسک به دو بخش تقسیم شده، به گونه ای که خود دیسک در وسط و موازی با خط جریان قرار می گیرد. به این نوع از شیرآلات پروانه ای شیرهای کم فشار و یا ولو پروانه ای با مصرف عمومی (General Butterfly valve) نیز اطلاق می شود. عمدتاً این نوع از شیرآلات داری نشیمنگاه (Seat) از الاستومرهای نرم می باشند که از جمله آن ها می توان به EPDM، NBR، VITON، FPM، PTFE، Silicon، Nitrile و ... اشاره کرد. این نوع از شیرآلات پروانه ای عمدتاً دارای بدنه های چدنی می باشند.

گروه B: این گروه از ولوهای پروانه ای به نام High performance butterfly valve یا ولو پروانه ای با عملکرد بالا معروف می باشند. در این نوع از شیرآلات به دلیل دمای کاری زیاد نمی توان از مواد الاستومری نرم در نشیمنگاه استفاده کرد. در این نوع از شیرآلات لازم است تا از مواد سخت و صلب برای ساخت اجزای مختلف استفاده شود. این نوع از شیرآلات پروانه ای فشار بالا عمدتاً دارای بدنه های فلزی از استنلس استیل یا کربن استیل می باشند. از ولوهای پروانه ای گروه A ارزان تر می باشند و قابلیت تحمل دما و فشار بسیار بالایی را دارا می باشند.

شیرآلات پروانه ای لاگ تایپ (Lug Style Butterfly Valve):

در این تایپ از شیرآلات، بدنه ولو به صورت یک فلنج می باشد که دور تا دور آن بست ها ( Lug ) یا سوراخ هایی به منظور وصل کردن پیچ و مهره تعبیه شده است که ولو را به فلنج روبرو با استفاده از پیچ و مهره متصل کند. شیرآلات لاگ تایپ را می توان در انتهای خط نیز وصل کرد که از مزایای این طرح این است که می توان در صورت نیاز ولو را از انتهای لاین جدا نموده و بر روی ادامه لاین جدا شده، تعمیرات و اصلاحات مورد نیاز را انجام داد.

در طراحی خطوط پایپینگ که عدم فضایی کافی و فشار بالاتر از 25بار باشد وآببند کردن مورد نظر باشد از شیر پروانه ای لاگ استفاده میشود.

این نوع از شیرها دور بدنه خود لاگ‌هایی برآمده دارند که محل اتصال پیچ‌های خط لوله و بدنه است و نسبت به نوع ویفری اتصال بهتر و در نتیجه آب بندی بیشتری را فراهم می‌کنند. شیر پروانه ای لاگ بدلیل تعداد سوراخ اتصال بالاتر نسبت به شیر پروانه ای ویفری برای فشار بالاتری استفاده می شود.

مشخصات شیر پروانه ای فلنج دار:

شیر پروانه ای فلنج دار به طور کلی دارای عملگرهای مختلفی است که به طور کلی به سه دسته تقسیم کی شود. دسته اول شیر پروانه ای فلنج دار دستی است و دسته دوم و سوم به ترتیب شیرهای پنوماتیکی و هیدرولیکی هستند. شیر پروانه ای فلنج دار به طور کلی در سایزهای بزرگ بیشترین میزان فروش را به خود اختصاص می دهد. یکی از بخش های بسیار مهم در ساختار شیر پروانه ای فلنج دار مربوط به دیسک آن است. دیسکی که برای این محصول کار می رود می تواند از جنس های مختلفی باشد که جنس استیل در دو مدل ۳۱۶ و ۳۰۴ مدل های بسیار پرفروش محسوب می شوند. بدنه شیر فلنج دار پروانه ای از جنس فولاد، چدن و یا استیل است که با توجه به نوع کاربرد آن گزینه مناسب انتخاب می شود. بین بدنه و دیسک شیر پروانه ای فلنج دار یک لاستیک وجود دارد که برای آب بندی استاندارد تعبیه شده است. این لاستیک در مدل های EPDM و NBR عرضه می شود.

یکی از مدل های پر فروش شیر فلنج دار پروانه ای به این صورت طراحی شده است که فلکه دستی به بخشی از میله گرداننده به طور دقیق اتصال دارد. مکانیزم به کار رفته برای این محصول به طور کامل در یک چرخ دنده قرار گرفته است. در صورتی که گرداننده اصلی از کار بیفتد، اهرم خلاصی آزاد می شود و در فلکه دستی در حالت صحیح از مجرابند قرار می گیرد. در این مدل از شیر پروانه ای فلنج دار گرداننده اصلی می تواند هوا و یا هیدرولیک باشد.

ویژگی شیر پروانه ای فلنج دار:

یکی از مهم ترین ویژگی های شیر پروانه ای فلنج دار به حداکثر رساندن سرعت جریان سیال است. در نظر داشته باشید که این گزینه در وضعیتی است که سیال در حداقل زمان ممکن منتقل می شود و حرکت شیر نیز بسیار سریع و البته استاندارد است.

چنین ویژگی برای کنترل فشار سیالات بسیار دیده می شود و در برج های تحت فشار نیز استفاده می شود. این مدل از شیر فلنج دار پروانه ای برای حجم زیادی از سیال بسیار مناسب هستند. در نظر داشته باشید که اگر فشار وارده بسیار زیاد باشد شیر پروانه ای فلنج دار گزینه خوبی نخواهد بود.

از دیگری ویژگی های مهم شیر فلنج دار پروانه ای تعمیر آسان و ارزان آن است که سبب می شود در نهایت محصول برای شما بسیار مقرون به صرفه باشد.

توجه: شیر پروانه ای فلنج دار نیاز به گریس کاری به صورت دوره ای دارد.

Zero Offset Butterfly Valve

از این مدل باترفلای ولوها در سرویس‌هایی با دما و فشار پایین استفاده می‌‎کنند. در این طراحی، محور دیسک و شفت با بدنه شیر متحدالمرکز می‌باشند. در موقعیت باز، دیسک، جریان را به دو نیمه‌ی مساوی تقسیم می‌کند، به وسیله‌ی یک دیسک در مرکز و که موازی با جریان قرار دارد.

این مدل از شیر، نشیمن‌گاه مقاوم دارد. هنگامی که دیسک فرم نشیمن‌گاه نرم را تغییر می‌دهد، آب بندی صورت می‌گیرد. در حین عملیات باز و بسته کردن شیر بین دیسک و نشیمن‌گاه اصطکاک به وجود می‌آید که از معایب نوع Zero offset محسوب می‌شود.

Double Offset Butterfly Valve

دیسک در این نوع، از محور مرکزی شیر و بدنه آن انحراف دارد. این انحراف در زمان عملیات باعث بالا رفتن میزان آب‌ بندی می‌شود.

Double Offset باز و بسته کردن شیر را راحت‌تر می‌کند زیرا اصطکاک وارده تنها در چند درجه اول هنگام باز کردن و چند درجه آخر هنگام بستن (تقریبا 10 درجه) اعمال می‌شود.این مدل از شیر، نشیمن‌گاه مقاوم دارد. هنگامی که دیسک فرم نشیمن‌گاه نرم را تغییر می‌دهد، آب بندی صورت می‌گیرد. در حین عملیات باز و بسته کردن شیر بین دیسک و نشیمن‌گاه اصطکاک به وجود می‌آید که از معایب نوع Zero offset محسوب می‌شود.

Triple Offset Butterfly Valve

در طراحی هندسی نشیمن‌گاه این نوع از شیرهای پروانه‌ای سه انحراف وجود دارد. این طراحی فرایند چرخش بدون اصطکاک دیسک را تضمین می‌کند.

تماس فقط در نقطه نهایی بسته شدن با زاویه 90 درجه به عنوان یک توقف مکانیکی انجام می شود؛ این نوع طراحی معمولاً برای حالتی که Seat فلزی داشته باشیم استفاده می‌شود.

کاربرد شیرهای پروانه ای

در واحدهایی که فشار آنها حین کار کم باشد بعلت حداقل بودن افت فشار بسیار متداول می باشد ویژگی دیگر این شیرها به حداکثر رساندن سرعت جریان سیال در حداقل زمان و حرکت شیر می باشد مخصوصا درمورد کنترل فشار سیالات در مخازن یا برج های تحت فشار، همچنین این نوع شیرها در حجم زیاد انتقال سیالات مورد استفاده قرار می گیرد .

اهمیت و شهرت شیر پروانه ای به این جهات می باشد:

آسانی کاربرد، نداشتن قطعات لغزنده و کشویی ، کاهش افت فشار ، قابلیت کنترل و سبک بودن و...

موارد استفاده از شیرهای پروانه ای عبارتند از :

ایستگاه نیروی حرارتی ، ایستگاه نیروی هیدروالکتریکی ، صنایع به خصوص نفت و گاز ،لوله کشی آب و فاضلاب، صنایع داروئی،غذائی،شیمیائی امروزه این شیرها به سبب سبکی وزن، اندازه کوچک و فشرده، راندمان بالا و قیمت ارزان نسبت به بقیه انواع شیر آلات محبوبیت زیادي در سیستم هاي آبرسانی دارند. تولید و استفاده از شیرهاي پروانه اي به سبب ساختار ساده و متراکم داراي توجیه اقتصادي خوبی است .

مزایای شیر پروانه ای - باترفلای ولو

از مزاياي شير پروانه اي سبكي وزن، ارزاني قيمت ، نداشتن قطعات لغزنده و كشويي ، قابليت كنترل ، ساخت صفحه ديسك از موارد مختلف فلزي و غير فلزي مي باشد. و از ديگر مزاياي اين شيرها نداشتن محفظه اي براي به دام انداختن سيال و در نتيجه جلوگيري از خوردگي مي توان اشاره كرد.

شیر پروانه ای با کم ترین افت فشار سیال را عبور می دهد.

قطعات شیر پروانه ای مانند لاستیک آببند و... به راحتی قابل تعویض می باشد.

شیر پروانه ای را میتوان با توجه به شرایط خط پایپینگ به صورت عمودی، مایل و افقی نصب کرد.

از شیر پروانه ای یا همان باترفلای ولو برای کنترل و قطع وصل می توان استفاده کرد.