شیر پروانه ای

شیرآلات – شیرهای پروانه ای

شیرهای پروانه ای Butterfly Valves

شیر پروانه ای یک شیر ربع گرد Quarter Turn است که برای قطع و وصل و تنظیم جریان استفاده میگردد. شیرهای پروانه ای براحتی و سرعت باز و بسته میگردند. یک چرخش 90 درجه ای دسته Lever شیر یک باز و بست کامل و سریع را فراهم میکند. شیرهای پروانه ای بزرگ معمولا از 10 اینچ به بالا جهت سهولت باز و بست به عملگرهای گیربکسی دارای سرفلکه مجهز میباشند که این عملگر مستقیم به میل محور شیر متصل است. در شیرهای بسیار بزرگتر برای سهولت و سرعت بیشتر این شیرها به عملگرهای هیدرولیکی ، نئوماتیکی و برقی نیز مجهز میشوند

انواع شیرهای پروانه ای

شیرهای پروانه ای دارای یک بدنه کوتاه و گرد و یک دیسک گرد میباشند. همچنین سیستم آببندی آنها هم فلز روی فلز Metal to Metal و هم نوع نشیمنگاه نرم میباشد Soft Seat . شفت های بالا و پایین و یاتاقان و محفظه آببندی در بالای شیر قرار دارد. ساختار بدنه شیرهای پروانه ای با یکدیگر متفاوت میباشد. معمول ترین آن نوع ویفرWafer Body میباشد که بین دو فلنج قرار میگیرد و بوسیله پیچهای فلنج بدون اتصال به بدنه شیر محکم میگردد. نوع دیگر مدل لاگ Lug wafer body میباشد که بدنه آن سوراخ های رزوه داری است که پیچ ها به بدنه شیر محکم میگردند که معمولا برای استفاده انتهای خطوط لوله بکار میروند. همچنین شیرهای پروانه ای فلنج دار و رزوه ای و جوشی نیز طراحی و تولید میگردند

شیرآلات پروانه ای دارای مزیت های بیشتری نسبت به شیرهای دروازه ای ، سوپاپی ، شیرهای پلاگ ، و شیرهای توپی میباشد خصوصا نسبت به عملکرد شیرهای سایز بزرگ. صرفه جویی در وزن، فضا ، و هزینه از بدیهی ترین مزیت های شیرهای پروانه ای نسبت به سایر شیرآلات نامبرده میباشد. به دلیل وجود قطعات کم متحرک هزینه های تعمیر و نگهداری معمولا بسیار پایین است و عدم وجود حفره های اضافی دربدنه شیر موجب می شود که در راه عبور سیال تله ای بوجود نیاید و بدین شکل تلاطم سیال Fluid turbulence به حداقل ممکن میرسد. شیرهای پروانه ای برای جابجایی و انتقال زیاد سیال یا گازهای نسبتا با فشار پایین و جابجایی مایعات دوغابی شکل و یا مایعات محتوی جامدات معلق در سیال بسیار مناسب هستند. شیرهای پروانه ای بر اساس یک دمپر لوله ساخته شده است . در این شیرها قطعه کنترل جریان یک دیسک مدور میباشد که تقریبا به اندازه قطر داخلی لوله مجاورش میباشد که در محورخود بصورت عمودی و یا افقی دوران مینماید. هنگامی که دیسک بصورت موازی با ورودی لوله قرار میگیرد شیر بطور کامل باز میشود ولی هنگامی که دیسک بصورت عمود بر لوله قرارمیگیرد شیر کاملا بسته میشود. قرار گرفتن دیسک در موقعیت های میانی نیز برای تنظیم جریان بکار میرود . جهت جلوگیری از حرکات ناخواسته دیسک در برابر جریان در موقعیت های میانی از صفحاتی که در لبه آن دارای دنده میباشد استفاده میگردد. معمولا این صفحات بر روی شیر قرار گرفته و معمولا 0 تا 90 درجه را به 10 قسمت مساوی تقسیم مینمایند که برای تنظیم جریان میتوان ضامن دسته را در هر یک از دنده های مدرج قرار داد که با این عمل دیسک قفل شده و مانع از حرکات ناخواسته میگردد. شکل 1-2

 

ساختارنشیمنگاه های آببندی در شیرهای پروانه ای

انسداد جریان سیال بوسیله سطوح آببندی (فلزی و یا الاستومری ) نشیمنگاه و سطوح خارجی یک دیسک انجام میگیرد. بسیاری از شیرهای پروانه ای دارای نشیمنگاه الاستومری (لاستیکی) و یک دیسک فلزی از جنس چدن یا فولادهای زنگ نزن میباشد. ولی برخی دیگراز شیرها دارای رینگ آببندی میباشند که توسط یک بست حلقه ای و یک رینگ پشتیبان بر روی نشیمنگاه شیر پروانه ای عمل مینمایند

در طرح های اولیه ، یک دیسک فلزی برای آببندی در برابر یک نشیمنگاه فلزی استفاده میشد. این نوع موجب یک آببندی کامل و محکم نمی شد اما بقدرکافی در بعضی از موارد مانند سیال های با فشار پایین کارایی داشت. مثلا در خطوط انتقال آب

 

ساختار بدنه شیرهای پروانه ای

انواع و طرح های مختلفی از بدنه شیرهای پروانه ای موجود است که اقتصادی ترین آنها بدنه های "باریک" Wafer Type میباشد. که به سهولت در بین دو فلنج قرار گرفته و بدون تماس با پیچ های فلنج به سرعت نصب میگردد. نوع دیگر بدنه که به آن مدل لاگ Lug میگویند وجود دارد که توسط پیچ های فلنج که به رزوه های پوسته شیر لاگ محکم میشود. شیرهای پروانه ای متعارف با قسمت انتهایی فلنجی ، و ویفری و رزوه ای میباشد

 

 

نشیمنگاه دیسک و میل محور در یک شیر پروانه ای

میل محور و دیسک در یک شیر پروانه ای از مجزا از یکدیگر میباشد. دیسک برای اتصال به میل محور سوراخ میشود . دو روش برای اتصال مطمئن دیسک به میل محور وجود دارد تا اینکه با چرخاندن میل محور دیسک به گردش درآید. دراولین روش ، دیسک بطور کامل و عمودی سوراخ شده و میل محوربطور کامل از میان دیسک عبور کرده و بوسیله پین و یا پیچ به دیسک محکم میگردد.(1)

در روش جایگزین دیگر میل محور دو تکه میباشد و یک سر میل محورفوقانی بصورت چهار گوش ( یا شش گوش و یا هزارخاری) طراحی شده که در سوراخ چهارگوش گیت فرو رفته و از هرز گشتن آن ممانعت مینماید. و طرف پایین شیر نیز توسط یک میل محور که کوتاه تر از میل فوقانی میباشد داخل سوراخ گرد پایین دیسک جا رفته و دیسک را در یک محور برای دوران آماده میسازد. به منظورافزایش هر چه بیشتر قابلیت تعلیق دیسک و استقرار هر چه بیشتر در محل نشیمنگاه Liner میل محور باید از انتهای دیسک فراتر رفته و در بوش ته بدنه شیر قرار بگیرد. همچنین یک یا دو بوش در امتدارقسمت بالایی بدنه قرار میگیرد. توجه داشته باشید که این بوش ها یا باید در مقابل سیال مربوطه آنچنان مقاومت داشته باشند که از آسیب دور بمانند واینکه با یک آببندی مناسب مانع از برخورد سیال با این بوش ها شد. آببندی های میل محور با روش متعارف استفاده از مقر آببندی و یا بوسیله استفاده از O-Ring انجام میگیرد. برخی از تولید کنندگان شیرآلات صنعتی خصوصا آنهایی که در جابجایی سیالات خوردنده متخصص هستند مکانیسم آببندی را در داخل بدنه شیر طوری طراحی میکنند که میل محور در داخل بدنه شیر طوری قراربگیرد که هیچ گونه موادی جابجا شده توسط شیر با میل محور برخوردی نداشته باشد. در حالیکه در طراحی های متعارفی که از مقر آببندی و یا O-ring استفاده مینمایند عبور سیال از شیر، با میل محور شیر در تماس خواهد بود

(1) بنا به تجربه شخصی مترجم که سالها در ساخت شیرهای پروانه ای تجربه دارم این نوع از اتصال در فشار های بالا غیر قابل اعتماد است چون این روش احتمال نشت سیال از محل سورخ پین ها وجود دارد به همین دلیل از پین های کونیک استفاده میشود تا احتمال نشت را به حداقل برساند برای اطمینان بیشتر شرکت های تولید کننده معتبر هم از مزیت کونیک بودن پین استفاده مینمایند و هم با تجهیز پین ها به اورینگ موجب آببندی بیشتری را فراهم میکنند

 

کاربرد های معمول در شیرهای پروانه ای

یک شیر پروانه ای میتواند در بسیاری از سیالات سرویس خوبی ارائه دهد همچنین آنها در انتقال سیالات دوغابی و سیالات مخلوط با جامدات معلق در سیال عملکرد خوبی دارند. درزیر به برخی از عملکرد های شیرهای پروانه ای اشاره شده است

  • آب سرد و گرم، هوا، گازها، تجهیزات آتش نشانی و غیره
  • سرویس های سیالات دوغابی و مشابه
  • سرویس دهی در خلاء
  • سرویس های فشار بالا و حرارت بالا در سیالات آب و بخار

مزیت های شیرهای پروانه ای

  • طراحی جمع و جور شیرهای پروانه ای نیاز به فضای قابل توجه کمتری نسبت به سایر شیرآلات دیگر دارد
  • عملکرد سریع شیرهای پروانه ای نیاز به زمان کمتری برای باز و بسته شدن دارد
  • بسیار سبک تر از شیرآلات دیگر بوده و بار کمتری را به سیستم و خطوط لوله تحمیل میکند
  • در سایزهای بسیار بزرگ در دسترس میباشند
  • افت فشار اندک و بهبود در فشار های بالا

مضرات شیرهای پروانه ای

  • عملکرد انسداد دیسک محدود به تفاضل فشار پایین میباشد
  • کاویتاسیون(2) و خفه کردن جریان دو نگرانی بالقوه هستند
  • حرکات و جابجایی دیسک غیر هدایت شونده است و تحت تاثیر تلاطم جریان است

توضیحات نویسنده

گسکت ها و نصب شیرهای پروانه ای

در اردیبهست ماه 93 ایمیلی بدستم رسید که گفته بود پیشنهادی برایتان دارم که فکر نمیکنم در وب سایتتان به آن اشاره کرده باشید و یا شرح داده باشید که کدام نوع گسکت برای شیرهای پروانه ای مناسب است تیپ E یا تیپ F همچنین چه نوع فلنجی برای شیرهای پروانه ای مناسب است فلنج های RF یا فلنج های FF و همینطور در چه مواقعی گذاشتن گسکت برای یک شیر پروانه ضروری نیست زیرا یک شیر پروانه ای اصیل دارای گسکت داخلی میباشد

من دریافتم که اکثرا بر سر این مطلب دچار سردر گمی هستندد . اگر چه در کاتالوگ های این شرکت طریقه نصب و نگهداری بدقت توضیح داده شده است ولی اشاره ی مختصر به ضرروی به نظر میرسد

شیرهای پروانه ای طوری طراحی شده اند که مابین دو فلنج تخت FFو یا سطح برجسته Raised Face براحتی و بدون هیچ مشکلی نصب گردند

 

از گسکت استفاده نکنید!

طراحی عمومی شیرهای پروانه ای بگونه است که اصولا نیازی به گسکت ندارد و نیاز به گسکت در این شیرها حذف شده است. ولی بناچار آنهایی به گسکت احتیاج پیدا میکنند که اشتباها از ابتدا در طراحی خطوط لوله تاسیسات خود فاصله بیش از حد مجاز بین فلنج ها و بدنه شیر ایجاد نموده اند و برای پر کردن این فاصله غیر مجاز از گسکت استفاده میکنند آن هم نه برای آببندی بلکه برای پرکردن فضای اضافی بین شیر و فلنج. قویا توصیه میگردد از این کار اجتناب نمایید زیرا موجب اخلال در کارکرد صحیح و آببندی شیر میشوید

دقت کنیید که بیشتر شیرها احتمالا بر اثر سهل انگاری در هنگام مراحل نصب اولیه خراب شده و آببندی خود را از دست میدهند. برای پرهیز از این امر لطفا حتما کنترل نمایید که دهانه فلنج فضای کافی برای گردش آزادانه دیسک دارد و مراقب باشید که داخل دهانه ورودی فلنج ها مطابق با استاندارهای مرتبط باشد که با سطوح خارجی لبه آببندی دیسک برخورد نکند زیرا به احتمال زیاد موجب خارج شدن شیر از آببندی میگردد. برای این منظور در هنگام نصب ، شیر را در حالت باز قرار داده و آن را بین دو فلنج قرار داده و پیچ های فلنج را با دست سفت نمایید و بررسی نمایید که فضای کافی بین دیسک و فلنج موجود است. سپس شیر را در حالت 10 درجه باز قراردهید و پیچ های فلنج را به صورت ضربدری و به آرامی مطابق دستور العمل داده شده سفت نمایید و دسته شیر را به آرامی بگردانید و در هنگام گردش مراقب باشید که صدای برخود لبه های فلزی دیسک و لبه فلنج را نمی شنوید و یا حس نمیکنید. به محض احساس برخورد فلز با فلز پیچ های فلنج را شل نمایید و مجدد نسبت به تنظیم شیر در مرکز فلنج اقدام نمایید

 

 

جهت نسب شیرهای پروانه ای

به عنوان یک قانون کلی ، شیرهای پروانه ای بصورتی نصب میگردند که میل محور آنها در حالت عمودی قرارداشته باشد که عمگر بتواند بصورت افقب بر روی فلنج شیر نصب شود. اگر چه کاربردهایی وجود دارد که حسب نیاز میباید میل محور شیر بصورت افقی روی خطوط لوله نسب شود

فایل PDFدستور العمل کامل ، از مرحله حمل و نگهداری و انبارش تا نصب شیرهای پروانه ای

حُفره‌زایی(2) (Cavitation)نام‌های دیگر: حباب‌زایی، خوردگی حبابی، کاویتاسیون، حفره‌سازی، خلاءزایی

پدیده‌ای است که در آن کاهش فشار باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب‌هایی شود. این پروانهٔ کشتی‌ها،اژدرها و پمپ‌های سانتریفیوژ و سرریز سدها رخ می‌دهد

در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم به دلیل اختلاف فشار در مایع رخ می‌هد، فشار موضعی کم‌تر از فشار بخار مایع می‌شود. این امر باعث می‌شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی پیدا می‌کند در دماهایی پایین‌تر زودتر به صورت گاز درآید

حباب‌های گازی ایجاد شده زمانی که دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می‌شوند معمولاً منفجر می‌شوند. این ترکیدن حباب‌ها شوکی موج‌مانند ایجاد می‌کند که صدادار است و می‌تواند از طریق خوردگی حبابی به پروانه‌های کشتی آسیب برساند. هر نوع کشتی و هر نوع پروانه صدای حفره‌زایی ویژهٔ خود را تولید می‌کند و این باعث می‌شود تا خدمه زیردریایی‌ها بتوانند نوع کشتی‌های پیرامون خود را شناسایی کنند

 

 

حفره‌زایی همچنین یکی از دلایل اولیه لرزش در پمپ‌های سانتریفوژ است. تولید حباب در پروانه پمپ وقتی رخ می‌دهد که طول مکش خالص مثبت مجاز (NPSHa) کمتر از عمق مکش درخواستی (NPSHr) پمپ شود. به این ترتیب به دلیل مکش موجود در محفظه پمپ، فشار مایع درون محفظه کاهش می‌یابد. طول مکش خالص مثبت (NPSH) عبارتی است که درباره شرایط مرتبط با پدیده حباب زایی پمپ توضیح می دهد

چنانچه فشار محفظه پمپ از فشار بخار مایع در دمای عملیاتی کمتر شود، مایع درون محفظه پمپ تبخیر شده و بصورت حباب درمی‌آید. این حبابها در برخورد با پروانه‌های پمپ ترکیده و نه تنها باعث لرزش پمپ می‌شوند بلکه آسیبهای جدی از جمله خوردگی زیاد در لبه پروانه‌ها و بدنه ایجاد می‌کنند که به مرور زمان باعث کاهش راندمان پمپ می‌گردد. وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانویی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیرعادی بهره‌برداری از عوامل این مساله هستند

عمدتاً پدیده کاویتاسیون در سرریز سدها در سرعتهای بالا رخ می‌دهد گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت فشار منطقه‌ای کاسته شده و به حدی برسد که با فشار سیال در آن شرایط برابر شود، و یا در طول سرریز به دلیل ناصافی‌ها خطوط جریان از بستر خود جدا شده و در اثر این جداشدگی فشار موضعی در محل جداشدگی کاسته شود، و به فشار بخار سیال برسد، که در اثر این عوامل مایعی که در آن قسمت وجود دارد بالافاصله به جوشش درآمده و حباب‌هایی بوجود می‌آید که سرریز یا کانال در اثر ترکیدن این حبابها دچار صدمه و آسیب می‌شود، بطور معمول در سرعت‌های تقریباً ۲۰ متر بر ثانیه و بیشتر احتمال ایجاد پدیده کاویتاسیون وجود دارد، ولی کنترل این پدیده در سرعت ۱۵ متربرتانیه انجام می‌شود