شیر پروانه ای

شیر پروانه ای

شیر پروانه ای یا باترفلای ولو از پرمصرف ترین و ریج ترین انواع شیرآلات صنعتی میباشد. این شیر با بدنه دایره ای شکل که یک دیسک داخل آن وجود دارد و حول یک محور ثابت میچرخد مسیر جریان عبوری سیالات را قطع یا وصل میکند. شیر پروانه ای دارای سایز کوچکتر با وزن کمتری نسبت به سایر شیرآلات صنعتی در سایز های مشابه خود میباشد. به همین جهت در بسیاری از کاربری هایی که نیاز به قطع و وصل جریان سیال باشد از شیر پروانه ای استفاده میکنند.

همانطور که بالاتر نیز توضیح دادیم، شیر پروانه ای متشکل از یک بدنه، استم یا شفت شیر که دیسک حول آن میچرخد، لاینر یا آستری برای ایجاد آب بندی و یک عملگر دستی یا اتوماتیک میباشد که در ادامه به توضیج هر یک از اجزای این نوع اشاره خواهیم کرد:

شیر پروانه ای (Butterfly valve) چیست؟

یکی از ساده‌ترین شیر هایی که کاربرد صنعتی آن در واحد های نفت و پتروشیمی متداول است شیر پروانه‌ ای است، ساختمان آن از یک بدنه معمولی و یک صفحه مدور که تقریباً در وسط قرار دارد تشکیل شده است. 
این صفحه حول میله‌ای در حدود °90 می‌گردد و بوسیله اهرمی به قسمت حرکت دهنده شیر وصل می‌باشد، این محرک ممکن است دستی یا بوسیله فشار هوا یا برق باشد، شیرهای پروانه ای کوچک را در اندازه‌های 1 اینچ الی 24 اینچ می‌سازنند.

شیر پروانه ای و مشخصات فنی آن

شیر پروانه ای یا باترفلای ولو از نوع شیرآلات Quarter turn یا ربع گرد میباشد چرا که با یک چرخش 90 درجه ای دیسک یا مجرابند آن، کاملآ باز یا کاملا بست خواهد شد و مسیر جریان سیال را قطع یا وصل میکند. به همین جهت شیر پروانه ای را در دسته بندی شیرآلات قطع و وصل یا on/off طبقه بندی میکنیم. هرچند که این محصول برای سرویس هایی که علاوه بر قطع و وصل سیال نیاز به تنظیم یا کنترل سیالات نیز باشد (Throttling) با استفاده از عملگرهایی که جلوتر به معرفی هر یک از آنها میپردازیم هم مورد استفاده قرار میگیرند.

همچنین باید به این نکته نیز اشاره کنیم که شیرپروانه ای یک شیر دو جهته یا Bi-Directional میباشد به این معنی که جهت حرکت سیال روی آن تاثیری نداشته و درهر جهتی روی خطوط لوله میتوانند نصب بشوند و برخلاف شیرهایی مانند شیر کروی (گلوب ولو) محدودیتی برای نصب نداشته و یا به عبارتی دیگر مسیر حرکتی سیال روی آن با یک فلش مشخص نمیشود.

در ادامه این مقاله به توضیح عملکرد و اجزای تشکیل دهنده یک شیر پروانه ای، و همچنین انواع آن از نظر نوع اکچویتور (عملگر)، انواع جنس بدنه و آلیاژهای به کار رفته در این نوع شیر و انواع اتصالات این محصول خواهیم پرداخت و در آخر به مزایا و معایب باترفلای ولو و مقایسه آن با چند نوع دیگر از انواع شیرآلات صنعتی خواهیم پرداخت. با ما در ادامه این مطلب همراه باشید.

انواع محصولات Butterfly valve

جهت مشاهده اجزای شیر پروانه ای بر روی ویدئو زیر کلیک کنید.

ویژگی های شیر پروانه ای

همانطور که بالاتر نیز اشاره شد، شیر پروانه ای یکی از پرمصرف ترین انواع شیرها در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و پالایشگاهی محسوب میشود. این نوع شیر طبق استاندارد API609 در صنایع نفت و گاز طراحی و تولید میگردد. اما کاربرد آن تنها به این صنعت محدود نشده و در بیشتر صنایع فرآیندی مانند صنایع شیمیایی، صنایع آب و فاضلاب، صنایع نیروگاهی، صنایع غذایی و دارویی و سایر صنایع بسیار پرمصرف و کاربردی میباشد.

شیر پروانه ای یا Butterfly Valve از نوع شیرآلات Quarter turn یا ربع گرد میباشد چرا که با یک چرخش 90 درجه ای دیسک یا مجرابند آن، کاملآ باز یا کاملا بست خواهد شد و مسیر جریان سیال را قطع یا وصل میکند. به همین جهت Butterfly valve را در دسته بندی شیرآلات قطع و وصل یا on/off طبقه بندی میکنیم. هرچند که باترفلای ولو برای سرویس هایی که علاوه بر قطع و وصل سیال نیاز به تنظیم یا کنترل سیالات نیز باشد (Throttling) با استفاده از عملگرهایی که جلوتر به معرفی هر یک از آنها میپردازیم هم مورد استفاده قرار میگیرند.

همچنین باید به این نکته نیز اشاره کنیم که شیرپروانه ای یک شیر دو جهته یا Bi-Directional میباشد. به این معنی که جهت حرکت سیال روی آن تاثیری نداشته و درهر جهتی روی خطوط لوله میتوانند نصب بشوند و برخلاف شیرهایی مانند شیر کروی (گلوب ولو) محدودیتی برای نصب نداشته و یا به عبارتی دیگر مسیر حرکتی سیال روی آن با یک فلش مشخص نمیشود.

عملکرد شیر پروانه ای

در ادامه این مقاله به توضیح عملکرد و اجزای تشکیل دهنده یک باترفلای ولو، و همچنین انواع آن از نظر نوع اکچویتور (عملگر)، انواع جنس بدنه و آلیاژهای به کار رفته در این نوع شیر و انواع اتصالات شیر پروانه ای خواهیم پرداخت و در آخر به مزایا و معایب این محصول و مقایسه آن با چند نوع دیگر از انواع شیرآلات صنعتی خواهیم پرداخت. با ما در ادامه این مطلب همراه باشید.

اجزای شیر پروانه ای

باترفلای ولو دارای یک بدنه (Body)، دیسک (Disk)،آستری یا آب بند (Linear) و نشیمنگاه (Seat) و یک محور عمودی (Shaft) که دیسک شیر حول آن محور آزادانه میچرخد (Stem)، و یک عملگر (Actuator) میباشد. تمام اجزای یک شیر پروانه ای دارای انواع و مدل های گوناگونی میباشند.

دیسک شیر های پروانه ای با توجه به بدنه شیر به دو نوع هم مرکز (Centric) و دیسک غیر هم مرکز (Eccentric) نیز تقسیم می شوند.

لاینر یا آستری در شیر پروانه ای از جنس های فلزی یا غیر فلزی (PTFE) میباشد. در ادامه به معرفی انواع اجزای داخلی یک باترفلای ولو میپردازیم:

شکل زیر نمای داخلی یک شیرپروانه ای را نمایش میدهد.

همانطور که در شکل بالا ملاحظه میکنید با اعمال نیرو به عملگر، این نیرو به شافت شیر پروانه ای منتقل شده و باعث چرخش دیسک خواهد شد و نسبت به باز کردن یا بستن مسیر سیال پوزیشن خواهد گرفت. این نیرو میتواند از طریق نیروی انسانی و توسط یک عملگر دستی (اهرم یا فلکه) منتقل شود، یا حتی میتواند بصورت اتوماتیک به شیر اعمال شده و از نیروهای پنوماتیکی (بادی)، الکتریکی (موتوری) یا هیدرولیکی که هریک دارای ویژگی ها و مشخصات خاص خود میباشند اعمال شده و به دیسک شیر منتقل گردد.

بدنه، دیسک، لاینر و حتی عملگر در شیرهای پروانه ای میتوانند از متریال و جنس های مختلفی تولید شوند. هریک از این متریال ها با توجه به صنعت مورد استفاده، شرایط دمایی و فشاری فرآیند، کلاس نشتی و از همه مهمتر نوع سیال و سرویس باید انتخاب شوند. چرا که انتخاب متریال نامناسب در هر یک از موارد فوق باعث از بین رفتن شیر و صدمه های جبران ناپذیری میگردد.

در ادامه به معرفی انواع عملگرها در شیرپروانه ای خواهیم پرداخت و مزیت های هریک را مورد بررسی قرار خواهیم داد:

انواع شیرپروانه ای از نظر نوع عملگر (Actuator)

شیرپروانه ای را میتوان در انواع مختلفی از نظر نوع عملگر یا نیرویی که باعث حرکت دیسک و باز و بست شدن شیر میشود بررسی کرد.

عملگر دستی اهرمی (Wrench):

این نوع از عملگرها توسط یک اهرم کنترل میشوند و معمولا تا سایز 8 اینچ تولید میشوند. چراکه برای سایز های بالاتر از 8 اینچ استفاده از نیروی دست برای چرخاندن شیر کافی نبوده و عملآ غیر ممکن خواهد بود.

مکانیزم عملکرد در این نوع از عملگرها به این صورت میباشد که با فشار دادن اهرم و چرخاندن آن، میتوان زاویه دیسک شیر را طبق زاویه دلخواه تغییر داد و مسیر جریان سیال را کنترل کرد. این نوع از عملگرها در بازار به عنوان عملگرهای اهرمی یا کلاچ دار نیز معروف هستند.

عملگر گیربسکی (Gear-Box):

شیرپروانه ای با اکچویتور گیربکسی برای سایز های بالاتر از 8 اینچ مورد استفاده قرار میگیرد. مکانیزم عملکرد در آن به گونه ای میباشد که در آن شفت شیر پروانه ای که دیسک حول آن میچرخد، توسط یک سری چرخدنده به یک فلکه کوپل شده است.

هنگامیکه اپراتور فلکه را میچرخاند، نیروی این چرخش توسط چرخ دنده ها (گیربکس) به شافت این محصول انتقال یافته و باعث چرخش دیسک خواهد شد. از آنجا که استفاده از گیبرکس باعث افزایش گشتاور نیرو میشود. استفاده از شیر پروانه ای گیربکسی در جایی که نیروی اهرم قادر به باز و بست کردن شیر نباشد مورد استفاده قرار میگیرد.

عملگر پنوماتیکی (Pneumatic):

شیر پروانه ای با عملگر پنوماتیکی یکی از پرمصرف ترین و پرکاربرد ترین انواع عملگرها در شیرآلات میباشد. استفاده از این نوع عملگر دارای سرعت اکشن بسیار بالایی بوده و شیر به سرعت پوزیشن باز یا بسته خواهد گرفت. همچنین در جاهایی که محدودیتی بابت تامین هوای فشرده وجود نداشته باشد، این نوع اکچویتور بهترین انتخاب خواهد بود.

مکانیزم عملکرد در این نوع از عملگرها استفاده از نیروی هوای فشرده برای باز و بسته کردن شیر میباشد. عملگرهای پنوماتیکی در شیر پروانه ای پنوماتیکی از نوع عملگرهای پنوماتیکی چرخشی (rack and pinion) میباشند. این نوع عملگرها دارای یک سری چرخدنده و شفت هستند که نیروی هوا در یک مخزن کوچک باعث حرکت چرخ دنده ها خواهد شد. این حرکت به شفتی که به عملگر کوپل شده است منتقل میشود. این شافت نیز با چرخش باعث حرکت و تغییر زاویه دیسک در شیر خواهد شد.

برای بهینه کردن عملکرد شیر پروانه ای پنوماتیکی و مکانیزه کردن حرکت شیر، استفاده از یک شیر برقی یا سولنوئید ولو و یک سوئیچ باکس نیز همانند شکل فوق در این شیر توصیه میشود.

عملگر برقی (Motorized):

در جاهایی که امکان تآمین هوای ابزار دقیقی وجود ندارد یا محیط های خطرناکی داریم که در آنها باید استانداردهای ضدانفجار رعایت شود. استفاده از عملگرهای برقی یا موتوری motorized actuator توصیه میشود. این نوع از عملگر ها با استفاده از یک موتور الکتریکی به دیسک در شیر کوپل می شوند و نیروی لازم جهت چرخش دیسک را تامین میکند. با دریافت برق 24 ولت dc یا 240 ولت در موتور الکتریکی، شافت شیر پروانه ای که با آن کوپل می گردد دوران پیدا می کند. دیسک شیر حول محور آن شافت میچرخد و مسیر حرکت سیال را باز یا بست خواهد کرد.

باید خاطر نشان کرد که استفاده از عملگر برقی زمان بیشتری برای باز و بست شدن شیر نسبت به عملگر پنوماتیکی احتیاج خواهد داشت. و در جایی که زمان باز و بسته شدن شیر از اهمیت بالایی برخوردار باشد و شیر باید سریع اکشن بگیرد. فقط استفاده از عملگرهای پنوماتیکی پیشنهاد میگردد.

شیرپروانه ای با عملگر برقی دارای 2 نوع تدریجی و قطع و وصل میباشد. در عملگر برقی نوع تدریجی، سیگنال جریانی 4 تا 20 میلی آمپر یا سیگنال ولتاژی از اتاق کنترل دریافت خواهد کرد. و شیر نسبت به سیگنال دریافتی باز یا بست میشود (پوزیشن میگیرد). به عبارت دیگر میتوان شیر را بصورت تدریجی کنترل و تنظیم کرد.

اما در شیر پروانه ای با عملگر برقی نوع قطع و وصل برای تنظیم و کنترل جریان سیالات نمیتواند مورد استفاده قرار گیرد. به عبارت بهتر فقط اکشن 0 یا 1 یعنی کاملا باز یا کاملا بسته میگیرد.

عملگر هیدرولیکی (Hydraulic):

شیرپروانه ای با عملگر هیدرولیکی، در سایز های بسیار بزرگ که عملگر هیدرولیکی، بادی یا برقی جوابگو نمی باشد و گشتاور لازم جهت چرخاندن دیسک شیر پروانه ای را نتوانند تامین کند مورد استفاده قرار میگیرند.

صنایع راهسازی و سد سازی و صنایع نیروگاهی از جمله پرکاربرد ترین صنایعی هستند که استفاده از عملگرهای هیدرولیکی در آنها متداول و رایج میباشد. استفاده از نیروی سیالاتی مانند آب یا روغن و جک های هیدرولیکی در این نوع از عملگرها متداول بوده. و برای انتقال نیرو های بسیار بسیار بزرگ در این نوع از شیرآلات از عملگرهای هیدرولیکی استفاده میگردد.

انواع شیر پروانه ای از نظر نوع اتصال:

شیرپروانه ای در انواع اتصالات مختلفی از نظر کانکشن یا نوع اتصال در صنایع وجود داشته که هریک با توجه به شرایط و کلاس فشاری خط لوله، جنس لوله و ضخامت آن، شرایط نصب و راه اندازی Butterfly valve و … باید انتخاب شوند.

ویفری (Wafer type):

شیر پروانه ای با اتصال بین فلنجی یا ویفری یکی از مدل های این محصول میباشد که بین دو فلنج در خط لوله نصب و مهار میشود و در سایز های کمتر از 12 اینچ تولید میگردد.

شیرپروانه ای ویفری با 4 نقطه اتصال داخل خط نصب میگردد. به همین جهت برای فشارهای بالا نوع ویفری مورد استفاده قرار نمیگیرد.

فلنجی (Flanged type):

این نوع شیر پروانه ای دارای دو فلنج برای نصب میباشد که با بیشترین نقاط اتصال روی خط نصب می شوند و قرار میگیرند. به همین جهت دارای بهترین مهار و مقاومت در برابر لرزش و ارتعاشات خط لوله میباشد.

شیرپروانه ای فلنجی معمولا در سایز های بالای 8 اینچ تولید می شوند و معمولا به دلیل سایز های بزرگ با عملگرهای گیربکسی تولید میشوند.

لاگ (Lug type):

نوع دیگری از اتصالات در Butterfly valve نوع لاگ دار یا لاگ تایپ میباشد. که دارای 4 تا 20 گیره برای اتصال بین دو فلنج در خط لوله میباشد. نوع لاگ دار شیر پروانه ای به دلیل دارا بودن نقاط اتصال بیشتر نسبت به نوع ویفری در فشار های بالاتر مورد استفاده قرار میگیرد.

انواع متریال بدنه

شیرآلات صنعتی با توجه به شرایط فرآیند و نوع سیال در متریال ها و سایز های گوناگونی طراحی و تولید میشوند که این محصول نیز از این قاعده مستثنی نیست. شیر پروانه ای در انواع بدنه چدنی، انواع آلیاژی ها فولادی و شیر پروانه ای استنلس استیل و حتی انواع مواد پلیمری و شیمیایی تولید میشوند.

باترفلای ولو با انواع بدنه چدنی شامل چدن داکتیل (Ductile iron) و چدن خاکستری (Grey iron) در این بین از بیشترین کاربرد برخوردار هستند. بدنه چدن نسبت به بدنه فولاد دارای وزن کمتری میباشد و برای سیالاتی که دما و فشار بالایی نداشته و همچنین خورندگی ندارند بسیار مناسب میباشد. شیر پروانه ای چدنی بیشتر در صنایع آب و فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد.

باترفلای ولو استیل که با آلیاژهای استیل 316 یا 316L، تولید میشود در صنایع دارویی و غذایی بسیار پرمصرف و پراستفاده میباشد. انتخاب بدنه استیل در این نوع شیر پروانه ای به دلیل حساسیت های بهداشتی و میکروبی میباشد. که انواع آلیاژهای استیل بهترین متریال سازگار با این چنین شرایطی خواهد بود.

شیرپروانه ای صنایع غذایی با بدنه استنلس استیل

انواع متریال دیسک

انتخاب دیسک مناسب و لاینر یا آستری در شیر پروانه ای از مهمترین پارامترها و فاکتورها در خریداری یک باترفلای ولو محسوب میشوند. به همین دلیل انتخاب دیسک و لاینر نامناسب علاوه بر مشکلات نشتی، باعث خوردگی و آسیب دیدگی در شیر خواهد شد و آسیب ها و خسارات جبران ناپذیری را در شیر باعث میگردد.

دیسک در شیر پروانه ای همواره متناسب با شرایط فرآیندی و نوع سیال انتخاب میشود. دیسک و لاینر در این محصول بیشترین تماس با سیال را دارند به همین جهت متریال دیسک باید به گونه ای باشد که اگر سیال خواص خوردگی یا ساییدگی دارد موجب آسیب دیدن دیسک نشده. به همین خاطر برای دیسک شیر پروانه ای معمولآ متریال های SS316 و آلیاژ های کروم-نیکل مانند مونل یا حتی اینکونل استفاده میشود.

انواع متریال لاینر

برای سیالات اسیدی و سیالاتی که خاصیت خورندگی بسیار زیادی دارند معمولا از دیسک های پلیمری و ضد اسیدی استفاده میشود. همچنین توجه به نوع لاینر نیز از مهمترین عواملی میباشد که روی کلاس نشتی شیر تاثیر گذار است.

با توجه به اینکه بیشترین درصد از خرابی های شیر پروانه ای مربوط به سیت (لاینر) آن می باشد. همین دلیل علاوه بر اهمیت انتخاب متریال بدنه و دیسک، متریال سیت از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

برای سیالات اسیدی و سیالات خورنده تا دمای 130 درجه سانتی گراد از سیت تفلون (PTFE) و برای سیالات اسیدی دمای بالاتر از 130 درجه سانتی گراد از سیت فلز به فلز استفاده می شود. از سیت NBR برای آب تا دمای 90 درجه سانتی گراد و سیت EPDM برای آب تا دمای 120 درجه سانتی گراد استفاده می شود. در موارد دما بالاتر نیز از سیت استیل و فلزی استفاده می شود. که در موارد خاص نیز با مشخصات درخواستی مصرف کنندگان تولید و عرضه میگردد.

شیرپروانه ای تمام تفلون (PTFE) مناسب سیالات اسیدی و شیمیایی

تولیدکنندگان شیر پروانه ای

تولیدکنندگان بسیاری در دنیا انواع شیرآلات پروانه ای یا باترفلای ولو را با متریال ها و عملگرهای مختلف تولید میکنند. در ادامه به تعدادی از آنها اشاره میکنیم:

• شیر پروانه ای ابرو EBRO
• شیر پروانه ای فیشر FISHER
• شیر پروانه ای کیستون KEYSTONE
• شیر پروانه ای اینسترومیت INSTRUMATE
• شیر پروانه ای میراب

تجهیز صنعت تامین کننده و وارد کننده تجهیزات ابزار دقیق و انواع شیرآلات صنعتی و پایپینگ. برای استعلام قیمت و مشاوره فنی با کارشناسان (واحد) فروش ما تماس بگیرید.

[sp_easyaccordion id=”33975″]