نگاه کلی به شیرهای پروانه ای Butterfly Valves
دریچه های پروانه ای شیرهای چرخشی یک چهارم چرخشی هستند که در آنها یک قطعه بسته کننده دیسکی شکل تا 90 درجه یا کمتر می چرخد تا گذر جریان را باز یا بسته یا تنظیم کند. شیرهای پروانه ای ممکن است برای جریان در هر دو جهت استفاده شوند. برخلاف شیر توپی، دیسک همیشه در جریان وجود دارد، بنابراین بدون توجه به موقعیت سوپاپ، همیشه افت فشار در جریان القا می شود.
از آنجایی که دیسک شیرهای پروانه ای با حرکت پاک کردن به داخل صندلی حرکت می کند، اکثر شیرهای پروانه ای قادر به جابجایی مایعات با مواد جامد در حالت تعلیق و بسته به استحکام نشیمنگاه، پودرها و گرانول ها نیز هستند. شیرهای پروانه ای معمولاً مورد پسند قرار می گیرند زیرا قیمت کمتری نسبت به سایر طرح های شیر دارند و وزن سبک تری دارند بنابراین به پشتیبانی کمتری نیاز دارند.
در شیرهای پروانه ای با کارایی بالا، خاموش شدن ممکن است با طراحی صندلی تداخلی یا طراحی صندلی با انرژی خط، که در آن از فشار در خط لوله برای افزایش تداخل بین نشیمنگاه و لبه دیسک استفاده می شود، ایجاد شود. ظهور الاستومرها، PTFE، صندلی‌های فلزی و غیره باعث توسعه سریع دریچه‌های پروانه‌ای بسته شد که در آن این عناصر به عنوان عنصر آب‌بندی بین لبه دیسک و بدنه شیر عمل می‌کنند.
استفاده اولیه از شیرهای پروانه ای بر روی کاربردهای آب متمرکز بود، اما طرح های جدید و مواد تشکیل دهنده این امکان را به آنها داده است تا در کاربردهای سیال صنعتی در حال رشد مورد استفاده قرار گیرند. در حال حاضر، دریچه های پروانه ای را می توان تقریباً در هر کارخانه شیمیایی یافت که انواع مایعات مختلف را مدیریت می کند.
شیر پروانه ای از خانواده ای از شیرها به نام شیرهای یک چهارم چرخشی است. شیرهای پروانه ای ساختار نسبتاً ساده ای دارند. اجزای اصلی شیر پروانه ای بدنه، دیسک، ساقه و نشیمنگاه است.
در حین کار، هنگامی که دیسک یک چهارم دور چرخانده شود، شیر کاملا باز یا بسته است. “پروانه” یک دیسک فلزی است که روی یک میله نصب شده است. دیسک در مرکز لوله قرار گرفته است. یک میله از دیسک به سمت خارج شیر عبور می کند. چرخش میله، از طریق چرخ دستی یا محرک، دیسک را موازی یا عمود بر جریان می‌چرخاند. هنگامی که صفحه دیسک در زاویه قائم یا عمود بر خط مرکزی لوله باشد، شیر پروانه ای بسته می شود. سپس هنگامی که دیسک یک چهارم دور چرخانده می شود تا صفحه دیسک در راستای خط مرکزی لوله باشد، دریچه پروانه ای کاملاً باز است و اجازه عبور تقریباً نامحدود سیال را می دهد. همچنین ممکن است دریچه به صورت تدریجی برای جریان دریچه گاز باز شود.
دریچه‌های پروانه‌ای معمولاً باید با ساقه افقی نصب شوند، زیرا این اجازه می‌دهد تا زباله‌های داخل لوله با بسته شدن دریچه پاک شوند. در جایی که ساقه عمودی است، مواد جامد می توانند در زیر دیسک در دوک قرار بگیرند و باعث آسیب به مهر و موم شوند. علاوه بر این، هنگام باز کردن دریچه، قسمت پایینی دیسک باید از مواد جامد که ممکن است در سمت بالادست دیسک جمع شده اند جدا شود. توجه به این نکته مهم است که خطوط لوله حاوی دریچه های پروانه ای را نمی توان برای تمیز کردن “خوک” کرد.
در زیر برخی از ویژگی های شیرهای پروانه ای در هنگام استفاده برای سرویس تعدیل آورده شده است. دریچه ای با ویژگی ذاتی بیان شده ممکن است به دلیل تعامل با سیستم، مشخصه نصب شده متفاوتی را ارائه دهد.
برای معرفی ویژگی های جریان، مقدمه ای بر ویژگی های جریان را بررسی کنید.
خطی – مشخصه جریان لاینر به این معنی است که نرخ جریان با مقدار حرکت دیسک نسبت مستقیم دارد. به عنوان مثال، در 50٪ باز، نرخ جریان 50٪ حداکثر جریان است.
درصد برابر – مشخصه جریان درصد برابر به این معنی است که افزایش مساوی از حرکت سوپاپ باعث ایجاد درصد برابر تغییرات در نرخ جریان می شود. برای مثال، اگر تغییر مسیر سوپاپ از 10 درصد باز به 20 درصد باز، 60 درصد تغییر در نرخ جریان ایجاد کند، آنگاه تغییر مسیر سوپاپ از 20 درصد باز به 30 درصد باز، 60 درصد تغییر دیگر در نرخ جریان ایجاد می کند.
باز شدن سریع – مشخصه جریان باز شدن سریع به این معنی است که سرعت جریان از طریق شیر برای تغییرات تدریجی در حرکت سوپاپ زمانی که موقعیت شیر نزدیک به بسته است، به سرعت افزایش می یابد. با بازتر شدن موقعیت سوپاپ، تغییرات نرخ جریان کاهش می یابد و تغییرات تدریجی در حرکت سوپاپ به تغییر صفر نزدیک می شود، زیرا موقعیت سوپاپ به باز شدن کامل نزدیک می شود.
انتخاب مشخصه شیر کنترل مناسب به نیازهای سیستم بستگی دارد. از آنجایی که چندین فاکتور وجود دارد که باید در نظر گرفته شود، تجزیه و تحلیل کامل سیستم برای تعیین دقیق مشخصه بهینه مورد نیاز است.
تلاش‌ها برای انطباق شیرهای پروانه‌ای با دامنه‌های دما و فشار وسیع‌تر منجر به توسعه خانواده‌ای از شیرهای پروانه‌ای شده است که ممکن است با صندلی‌هایی از انواع مصالح ساختمانی برای برآوردن نیازهای عملیاتی نصب شوند. چنین نشیمن‌گاه‌هایی ممکن است فلز به پلیمر یا فلز به فلز باشند و ممکن است برای برآوردن الزامات دریچه‌های آزمایش‌شده آتش طراحی شوند. انواع مختلفی از شیرهای پروانه ای وجود دارد که هر کدام برای فشارهای مختلف و کاربردهای متفاوت سازگار هستند.
طبق طراحی بسته شدن دیسک:
1-شیر پروانه ای متحدالمرکز
2-شیر پروانه ای غیرعادی
انواع شیر های پروانه ای :
1-شیر پروانه ای نوع ویفر
2-شیر پروانه ای نوع لوگ
3-شیر پروانه ای دو فلنج
آشنایی با شیر پروانه ای متحدالمرکز
Concentric Butterfly Valve
شیر پروانه ای متحدالمرکز که با نام شیر پروانه ای صفر افست نیز شناخته می شود، ابتدایی ترین نوع طراحی شیر پروانه ای است. ساقه از خط مرکزی دیسک عبور می کند که بیشتر در مرکز سوراخ لوله قرار می گیرد و نشیمنگاه حاشیه قطر داخلی بدنه شیر است. دیسک در تماس دائمی با صندلی است.
این طرح سوپاپ با انحراف صفر به نام «نصب ارتجاعی» یا «نصب لاستیکی» نیز نامیده می‌شود، زیرا به انعطاف‌پذیری لاستیک صندلی برای آب‌بندی مؤثر جریان در هنگام بسته متکی است. شیرهای پروانه ای متحدالمرکز معمولاً برای محدوده های فشار پایین استفاده می شوند. مزیت شیر پروانه ای متحدالمرکز این است که رسانه ای که از شیر عبور می کند با بدنه تماس پیدا نمی کند، زیرا نشیمنگاه به عنوان یک آستین یا کارتریج در داخل بدنه ساخته شده است.
آشنایی با شیر پروانه ای غیرعادی
Eccentric Butterfly Valve
در شیرهای پروانه ای غیرعادی، که به عنوان شیرهای پروانه ای با کارایی بالا نیز شناخته می شوند، ساقه از خط مرکزی دیسک عبور نمی کند، بلکه بر اساس دسته بندی شیرهای آفست دوگانه و سه گانه از مرکز قرار می گیرد.
هنگامی که ساقه درست در پشت خط مرکزی دیسک قرار می گیرد، دریچه شیر پروانه ای تک افست نامیده می شود. این طرح برای کاهش تماس دیسک با مهر و موم قبل از بسته شدن کامل دریچه با هدف بهبود عمر مفید دریچه ایجاد شده است. شیرهای پروانه ای تک افست جای خود را به شیرهای پروانه ای دو افست و سه افست داده اند.
در شیر پروانه ای دو افست، ساقه در پشت دیسک با یک افست اضافی به یک طرف قرار دارد. این برون‌مرکزی مضاعف ساقه، دیسک چرخان را قادر می‌سازد تا حدود یک تا سه درجه روی صندلی بمالد.
آفست اول: محور شفت پشت خط مرکزی نقطه آب بندی دیسک به نشیمنگاه است.
آفست دوم: محور شفت نسبت به مرکز خط شیر/لوله خارج از مرکز است.
شیر پروانه‌ای با افست سه‌گانه (TOV یا TOBV) اغلب در کاربردهای حیاتی استفاده می‌شود و شبیه به یک شیر پروانه‌ای افست دوگانه با یک افست بیشتر طراحی می‌شود. سومین افست محور تماس دیسک-صندلی است. سطح نشیمنگاه یک شکل مخروطی به خود می گیرد که همراه با همان شکل در برآمدگی دیسک، منجر به حداقل تماس قبل از بسته شدن کامل شیر می شود و به دیسک اجازه می دهد بدون اصطکاک در برابر صندلی ببندد. شیر پروانه ای افست سه گانه کارآمدتر است و سایش کمتری را امکان پذیر می کند. شیرهای پروانه ای افست سه گانه اغلب از نشیمنگاه های فلزی ساخته می شوند تا دریچه ای حباب دار ایجاد کنند. 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.
آشنایی با شیر پروانه ای نوع ویفر
Wafer Type Butterfly Valve
شیر پروانه ای ویفری مقرون به صرفه ترین نسخه است و بین دو فلنج لوله قرار گرفته و پیچ های فلنج بدنه شیر را احاطه کرده اند. 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 با استفاده از یک مهر و موم محکم مانند حلقه O، واشر، ماشینکاری دقیق، همراه با یک سطح شیر صاف در بخش های پایین دست و بالادست شیر انجام می شود. این نوع اتصال برای آب بندی در برابر فشارهای دیفرانسیل دو جهته و جلوگیری از جریان معکوس در سیستم های طراحی شده برای جریان جهانی طراحی شده است.
آشنایی با شیر پروانه ای نوع لوگ
Lug Type Butterfly Valve
شیر پروانه ای ویفر و لوگ نسبت به یکدیگر مزایا و معایب خاص خود را دارند.
شیر پروانه ای نوع ویفری قیمت کمتری نسبت به شیر پروانه ای نوع لوگ دارد.
شیر پروانه ای نوع ویفر وزن سیستم لوله کشی را مستقیماً از طریق بدنه شیر منتقل نمی کند. شیرهای پروانه ای لوگ، بر خلاف ویفری، وزن لوله را از طریق بدنه شیر حمل می کنند.
شیر پروانه ای نوع لوگ امکان سرویس دهی به بن بست یا حذف لوله های پایین دست را فراهم می کند. اگر ممکن است نیاز باشد که یک سوپاپ در هنگام برداشتن لوله از یک طرف برای یک عملیات موقت، در محل بسته باقی بماند، طراحی از نوع لوگ ترجیح داده می شود، برای اتصال به فلنج لوله در طرف دیگر باید فلنج شود.
آشنایی با شیر پروانه ای دو فلنج
Double Flange Butterfly Valve
ساخت صندلی شیر پروانه ای
توقف جریان با آب بندی دیسک سوپاپ در برابر نشیمنگاهی که در حاشیه قطر داخلی بدنه شیر قرار دارد، انجام می شود. تماس صمیمانه بین نشیمن‌گاه‌های دریچه‌های پروانه‌ای بسته‌کننده محکم ممکن است با روش‌های مختلفی حاصل شود. برخی از مواردی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
با صندلی تداخلی که نیاز به گیر کردن دیسک در صندلی دارد.
با فشار دادن دیسک به نشیمنگاه، باید دیسک را در حدود یک لولای افست مضاعف به روشی قابل مقایسه با شیرهای برگشتی دیسکی کج کرد.
با آب بندی تحت فشار با استفاده از عناصر آب بندی مانند حلقه های O، سیل های لبه، دیافراگم ها و شیلنگ های بادی.
اکثر شیرهای پروانه ای از نوع تداخلی هستند که در آن صندلی دارای آستر لاستیکی است. در مواردی که لاستیک با مایعی که قرار است آب بندی شود ناسازگار است، آستر ممکن است از PTFE ساخته شده باشد که توسط یک بالشتک الاستومری برای ایجاد انعطاف پذیری به صندلی پشتیبان می شود.
در طرح های اولیه، از یک دیسک فلزی برای آب بندی روی صندلی فلزی استفاده می شد. این ترتیب یک بسته نشتی فراهم نمی کند، اما در برخی از برنامه ها (به عنوان مثال، خطوط توزیع آب) بسته شدن کافی را فراهم می کند.
مزایا و معایب
مزایای:
دریچه های پروانه ای به راحتی و سریع باز و بسته می شوند.
شیرهای پروانه ای نسبتاً ارزان و مقرون به صرفه هستند.
شیرهای پروانه ای فضای کمتری برای نصب دارند.
شیرهای پروانه ای معمولاً با کاهش تعمیر و نگهداری همراه هستند زیرا تعداد قطعات متحرک حداقلی وجود دارد و هیچ جیب برای به دام انداختن مایعات وجود ندارد.
شیرهای پروانه ای مخصوصاً برای جابجایی دوغاب ها یا مایعات با مقادیر زیادی جامدات معلق مناسب هستند.
معایب:دیسک شیر پروانه ای همیشه در داخل جریان وجود دارد، بنابراین بدون توجه به موقعیت سوپاپ، همیشه افت فشار در جریان القا می شود.
هنگامی که به طور کامل باز است، دیسک شیر پروانه ای تلاطم یا مقاومت کمی در برابر جریان ایجاد می کند.
خدمات دریچه گاز محدود به فشار دیفرانسیل پایین است.
کاویتاسیون و جریان خفه دو نگرانی بالقوه هستند.
حرکت دیسک هدایت نشده و تحت تأثیر تلاطم جریان است.
