شیرهای پروانه ای(butterfly valve) شیرهای یک چهارم چرخشی هستند که برای نحوه انجام روشن و خاموش یا تعدیل محبوب هستند. آنها سبک وزن هستند، جای نصب کمی دارند، هزینه کمتری دارند، سریع کار می کنند و در اندازه های دهانه بزرگ موجود هستند. “پروانه” دیسکی است که به یک میله متصل است. هنگامی که دریچه باز می شود، دیسک می چرخد 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. در این مقاله می توانید، درباره نحوه عملکرد شیرهای پروانه ای و زمان استفاده از آنها برای کاربردهای مختلف بیشتر بدانید.
نحوه عملکرد butterfly valve
شیرهای پروانه ای ساختار نسبتاً ساده ای دارند. شکل 2 اجزای اصلی یک butterfly valve را نشان می دهد که عبارتند از بدنه، مهر و موم، دیسک و ساقه. دیسک (شکل 2، E) یک شیر پروانه ای با مرکز لوله های متصل قرار می گیرد و ساقه (شکل 2، B) به یک محرک یا دستگیره در قسمت بیرونی شیر متصل می شود. در حالت بسته، دیسک عمود بر جریان است، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است و در برابر نشیمنگاه شیر آب بندی می شود (شکل 2، D). یک حلقه اورینگ (شکل 2، C) در بسته بندی ساقه در برابر نشت در امتداد ساقه آب بندی می کند. هنگامی که محرک یا دسته، ساقه شیر پروانه ای را 90 درجه می چرخاند، دیسک نیز 90 درجه می چرخد تا موازی با جریان شود. چرخش جزئی اجازه می دهد تا جریان درنگ یا متناسب باشد.
دریچه‌های پروانه‌ای که برای فعالیت تعدیل‌کننده استفاده می‌شوند، می‌توانند یک مشخصه خطی یا درصد برابر داشته باشند.
- خطی: هنگامی که دیسک X% باز می شود، سرعت جریان در X% از حداکثر سرعت جریان است. به عنوان مثال، اگر دیسک 1/3 دور (30 درجه) باز شود، سرعت جریان 33.3 درصد حداکثر آن خواهد بود.
- برابری: بین سفر دیسک و سرعت جریان یک رابطه لگاریتمی وجود دارد. به عنوان مثال، اگر دیسک 10 درجه بچرخد و دبی از 100 به 170 متر مکعب در ساعت افزایش یابد که 70 درصد افزایش می یابد، چرخش 10 درجه بعدی باعث می شود سرعت جریان از 170 به 289 متر مکعب در ساعت افزایش یابد. که 70 درصد افزایش نیز داشته است. برای شیرهای پروانه ای پیشرفته این رابطه از 20 تا 90 درجه (کاملا باز) امکان پذیر است.
نماد butterfly valve در شکل زیر نشان داده شده است:
انواع butterfly valves
شیرهای پروانه‌ای در طرح‌های مختلفی وجود دارند که هر کدام کاربردها و محدوده‌های فشار خاصی دارند. شیرهای پروانه ای را می توان بر اساس طراحی بسته شدن دیسک، طراحی اتصال و روش فعال سازی آنها دسته بندی کرد.
طراحی بسته شدن دیسک
دریچه های پروانه ای بسته به محل قرارگیری ساقه در ارتباط با خط مرکزی دیسک و زاویه سطح نشیمنگاه سوپاپ می توانند متحدالمرکز یا خارج از مرکز باشند.
متحدالمرکز
ابتدایی ترین طراحی butterfly valve، شیر پروانه ای مرکز یا متحدالمرکز است. ساقه از خط مرکزی دیسک می گذرد و نشیمنگاه، قطر داخلی بدنه شیر است (شکل 4 در سمت چپ). این طراحی سوپاپ با افست صفر به عنوان نشسته ارتجاعی شناخته می شود زیرا آب بندی کارآمد به انعطاف پذیری صندلی لاستیکی متکی است. هنگام بسته شدن، دیسک ابتدا با چرخش 90 درجه در حدود 85 درجه با صندلی تماس پیدا می کند. شیرهای پروانه ای متحدالمرکز برای محدوده های فشار کم مناسب هستند.
شیرهای پروانه ای غیرعادی
همانطور که در شکل 4 (سمت راست) مشاهده می شود، ساقه دریچه پروانه ای غیرعادی از خط مرکزی دیسک عبور نمی کند، بلکه از پشت آن می گذرد (برعکس جهت جریان). ساقه دریچه پروانه ای تک افست مستقیماً در پشت خط مرکزی دیسک قرار دارد. این طراحی میزان تماس دیسک با آب بند را قبل از بسته شدن کامل شیر کاهش می دهد. تماس کمتر باعث بهبود طول عمر شیر می شود.
در butterfly valve دو افست یا دوبرابر خارج از مرکز، ساقه پشت خط مرکزی دیسک با یک افست اضافی به یک طرف قرار دارد (شکل 5). طراحی خارج از مرکز دوگانه ساقه، تماس دیسک و صندلی را تا 1-3 درجه آخر بسته شدن دیسک کاهش می دهد.
butterfly valve افست سه گانه (TOV یا TOBV) برای کاربردهای حیاتی مناسب است و طراحی مشابه شیر پروانه ای افست دوبل دارد. سومین افست محور تماس دیسک-صندلی است. سطح نشیمنگاه دارای شکل مخروطی است که با همان شکل در برآمدگی دیسک همراه می شود، قبل از بسته شدن کامل دریچه حداقل تماس را به همراه دارد. شیر پروانه ای سه گانه کارآمدتر است و سایش کمتری را تجربه می کند. دریچه های سه گانه اغلب از نشیمنگاه های فلزی برای بسته شدن محکم حباب ساخته می شوند. صندلی های فلزی شیرهای پروانه ای را برای محدوده دمای بالاتر مناسب می کند.
شیرهای پروانه ای با کارایی بالا از فشار موجود در خط لوله برای افزایش آب بندی بین نشیمنگاه و لبه دیسک استفاده می کنند. این شیرهای پروانه ای دارای درجه فشار بالاتری هستند و مستعد سایش کمتر هستند.
نحوه طراحی اتصالات
شیرهای پروانه ای می توانند به روش های مختلف به سیستم لوله کشی متصل شوند. متداول ترین اتصالات عبارتند از نوع ویفر، نوع لوگ و نوع فلنج.
butterfly valve به سبک ویفر
مقرون به صرفه ترین نسخه، یک butterfly valve به سبک ویفر است که بین دو فلنج لوله قرار گرفته است، پیچ های بلندی که از کل بدنه شیر عبور می کنند، فلنج های لوله را به هم متصل می کنند. این نوع اتصال برای آب بندی در برابر فشارهای دیفرانسیل دو جهته و جلوگیری از جریان برگشتی در سیستم های طراحی شده برای جریان جهانی مناسب است. برخی از نسخه های این شیر دارای سوراخ های فلنج در خارج از بدنه شیر هستند (شکل 6 ، A). واشرها، حلقه‌های اورینگ و صفحه‌های تخت دریچه در هر دو طرف شیر ترکیب می‌شوند تا آب‌بندی کارآمدی را انجام دهند.
شیر پروانه ای به سبک لوگ
دریچه پروانه ای به سبک لوگ دارای درج های رزوه ای در خارج از بدنه شیر است (شکل 6 ، C). دو مجموعه پیچ، بدون مهره، فلنج های لوله را به هر طرف درج های پیچ وصل می کنند. این طراحی امکان قطع اتصال یک طرف را بدون تأثیر بر عملکرد 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. و برخلاف شیرهای پروانه ای ویفری، شیرهای لوگ سبک وزن لوله را از طریق بدنه شیر حمل می کنند.
روش فعال سازی
شیرهای پروانه ای را می توان به صورت دستی توسط دستگیره ها و چرخ دنده ها یا به طور خودکار توسط محرک های الکتریکی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی کار کرد. این دستگاه ها امکان چرخش دقیق دیسک را در موقعیت های مختلف از کاملا باز تا کاملا بسته فراهم می کنند. شرح مختصری از انواع مختلف روش های فعال سازی در زیر آمده است.
butterfly valve دستی
شیرهای پروانه ای که به صورت دستی فعال می شوند، ارزان هستند و کار با آن آسان است. دو روش رایج عبارتند از:
- اهرم دستی: اهرم دستی برای شیرهای پروانه ای کوچک رایج است. دسته این امکان را فراهم می کند که دریچه در حالت باز، نیمه باز یا بسته قفل شود. یک مثال را می توان در شکل 4 (سمت چپ) مشاهده کرد. دریچه‌های پروانه‌ای دوکی کشیده دارای ساقه‌های بلند هستند که اجازه می‌دهند دریچه در زیر زمین یا درون یک گودال از راه دور کار کند.
- 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. شیرهای 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.
butterfly valve فعال(برقی)
محرک های برقی یک روش قابل اعتماد برای کنترل شیرهای پروانه ای از یک مکان دور هستند. محرک‌های شیر پروانه‌ای نیز عملکرد سریع دریچه‌های 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 می شود، طراحی شوند. سه نوع محرک اتوماتیک در زیر ذکر شده است:
- butterfly valve برقی (موتوری): از موتور الکتریکی برای چرخاندن میل شیر پروانه ای استفاده می کند.
- شیر پروانه‌ای پنوماتیک: برای حرکت دادن پیستون یا دیافراگم برای باز یا بستن شیر، همانطور که در شکل 8 مشاهده می‌شود، به هوای فشرده نیاز دارد.
- butterfly valve هیدرولیک: برای حرکت دادن پیستون یا دیافراگم برای باز یا بسته کردن شیر به فشار هیدرولیک نیاز دارد.
استانداردهای ISO برای شیرهای پروانه ای فعال(برقی)
- ISO 5211: ISO 5211 یک استاندارد بین‌المللی است که الزامات اتصال محرک‌های قسمتی (با یا بدون گیربکس) را به شیرهای صنعتی مشخص میکند. ISO 5211 ابعاد فلنج و ابعاد اجزای محرک عملگرهای قسمتی را که برای اتصال آنها به اجزای محرک لازم است، به همراه مقادیر مرجع برای گشتاور برای رابط ها و کوپلینگ ها مشخص می کند.
- ISO 5752: استاندارد ISO 5752 برای شیرهای پروانه ای، سری اصلی ابعاد رو به رو و رو به رو را برای شیرهای پروانه ای فلزی دو طرفه مشخص می کند.
- ISO 10631: ISO 10631 الزامات عمومی را برای طراحی، مواد (به عنوان مثال فولاد، چدن، چدن شکل پذیر، آلیاژ مس)، درجه بندی فشار و دما، و آزمایش برای شیرهای پروانه ای دارای بدنه فلزی برای استفاده در لوله های فلنجی یا لب به لب را مشخص می کند.
- ISO 16136: ISO 16136 الزامات طراحی، ویژگی‌های عملکردی، و ساخت شیرهای پروانه‌ای ساخته شده از مواد ترموپلاستیک را که برای جداسازی و خدمات کنترلی، اتصال آنها به سیستم لوله، مواد بدنه و درجه فشار/دمای آنها بین 40 است، مشخص میکند. درجه سانتیگراد و + 120 درجه سانتیگراد برای طول عمر 25 سال و همچنین آزمایشات آنها را مشخص می کند.
سیم کشی شیر پروانه ای
یک butterfly valve که به صورت الکتریکی فعال می شود دارای دو امکان سیم کشی است:
- محرک های کنترل 2 نقطه ای: سه سیم در محرک های کنترل 2 نقطه ای برای +، – و یک سیم کنترل هستند. سیم کنترل باید برای باز کردن شیر و بدون برق برای بستن شیر یا بالعکس برق داشته باشد. این عملکرد به ویژه در صورتی مفید است که شیر از راه دور قرار گرفته باشد. در صورت عدم تامین برق به کل واحد، شیر در آخرین موقعیت باقی می ماند.
- محرک های کنترل 3 نقطه ای: چهار سیم در محرک های کنترل 3 نقطه ای برای سیم های +، – و دو کنترل هستند. دو سیگنال کنترلی بسته به اینکه کدام یک تغذیه می شود، می توانند شیر را ببندند یا باز کنند. کنترل 3 نقطه ای امکان توقف های میانی (تا حدی باز) را فراهم می کند. هر دو سیم کنترل نباید به طور همزمان فعال شوند، در غیر این صورت ممکن است محرک آسیب ببیند.
نحوه به کار گیری
شیرهای پروانه ای در صنایع و کاربردهای متنوعی مانند دارویی، شیمیایی، نفت، غذا، تامین آب، تصفیه فاضلاب، حفاظت در برابر آتش، تامین گاز، جابجایی سوخت و اتصالات بهداشتی استفاده می شوند. دریچه های پروانه ای برای آب به عنوان دریچه های کنترلی در خطوط لوله برای قطع جریان آب استفاده می شوند. این شیرها در اندازه های بزرگ موجود هستند و برای جابجایی دوغاب ها و مایعات با مقادیر نسبتاً زیاد مواد جامد در فشارهای پایین مناسب هستند. شیرهای پروانه ای از جنس استنلس استیل در کاربردهای خورنده و محیطی دریایی استفاده می شوند زیرا این ماده بسیار بادوام و مقاوم در برابر خوردگی است.
