شیر پروانه ای صنعتی یا باترفلای ولو نوعی از شیرآلات صنعتی می‌باشد که در آن از یک دیسک جهت کنترل و تنظیم مسیر جریان سیال استفاده می‌شود. شیرهای پروانه ای به عنوان شیر (¼) دور طبقه‌بندی می‌شوند که مانند شیرهای توپی برای توقف جریان سیال، سریع عمل می‌کنند اما برخلاف شیر توپی، می‌تواند به صورت تدریجی باز و بسته شود. این تفاوت به این معنی است که دیسک همیشه در مسیر جریان وجود دارد و باعث افت فشار سیال می‌شود. شیر پروانه ای نسبت به انواع دیگر شیرها به دلیل وزن سبک، قابلیت نصب و نگهداری آسان‌تری دارند و به همین دلیل در صنایع مختلفی نظیر استخر و جکوزی، صنایع فلزی و شیمایی، نفت و گاز و پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در ادامه به بررسی انواع شیر پروانه ای صنعتی خواهیم پرداخت.
انواع شیر پروانه ای صنعتی
شیر پروانه ای صنعتی را می‌توان بر اساس جنس، نوع اتصال و نوع عملگر تقسیم‌بندی کرد.
انواع شیر پروانه ای بر اساس جنس بدنه
متریال بدنه شیر ویفری بر اساس محیطی که در آن به کار گرفته می‌شود متفاوت است. بدنه شیرهای پروانه ای عمدتا به صورت چدنی، استنلس استیل، فولادی و یا پلیمری (UPVC) ساخته می‌شود. در جدول زیر ویژگی‌های بدنه‌های مختلف شیر پروانه ای بررسی شده است.
انواع شیر پروانه ای بر اساس نوع اتصال
4 نوع اتصال برای شیرهای پروانه ای وجود دارد: ویفری، لاگ‌دار، فلنجی، اتصال جوشی.
– شیر پروانه ای ویفری (Wafer)
بیشتر شیرهای پروانه‌ای ویفری معمولا با دو یا چهار سوراخ بدون رزوه طراحی شده‌اند که مابین دو فلنج در خطوط لوله‌کشی نصب می‌شوند. هنگام استفاده از شیر ویفری، از یک پیچ یا میله رزوه‌دار استفاده می‌شود که مستقیما از دو فلنج شیر عبور کرده و شیر را در جای خود ثابت نگاه می‌دارد. هدف استفاده از شیر پروانه ای ویفری، افزایش آب‌بندی جهت مقاومت در برابر اختلاف فشار دو سمت جریان سیال است.
– شیر پروانه ای لاگ (Lug)
شیر پروانه ای لاگ دار در اطراف بدنه دارای حفره‌هایی برای اتصال به خطوط لوله به وسیله پیچ و مهره است این نوع شیر بیشتر برای سیستم‌های فشار بالا طراحی شده است. شیر پروانه ای لاگ‌دار آب‌بندی بهتری نسبت به شیر ویفری دارد.
– شیر پروانه ای فلنجی (Flange)
این نوع شیر دارای دو فلنج در طرفین بوده که به فلنج خطوط لوله وصل شده و آب بندی کاملی را فراهم می‌کند.
– شیر پروانه ای جوشی (Grooved)
با توجه به اینکه این نوع شیر توسط اتصال جوشی نصب می‌شود به خوبی در سیستم‌های فشار بالا کاربرد دارد.
انواع شیر پروانه ای بر اساس عملگر
باترفلای ولوها از لحاظ نوع عملگر به 4 دسته تقسیم می‌شوند: اهرمی، گیربکسی، پنوماتیکی و برقی. در ادامه به بررسی انواع عملگرها می‌پردازیم.
– شیر پروانه‌ای اهرمی (دستی)
عملگر اهرمی ساده‌ترین نوع عملگر نصب شده روی شیرهای پروانه‌ای می‌باشد. شیر پروانه ای اهرمی دارای دسته ساده و متحرک بوده که با چرخاندن دسته متحرک می‌توان شفت متصل به دیسک را به راحتی تا ۹۰ درجه چرخاند و به سیال اجازه عبور داد.
– شیر پروانه ای گیربکسی
شیر پروانه ای گیربکسی از انواع پر کاربرد شیرآلات صنعتی است. از انجایی که ممکن است باز و بسته کردن شیرهای پروانه ای به ویژه در سایزهای بزرگ مشکل باشد، می‌توان از عملگر گیربکسی برای آن استفاده نمود. در این عملگرها نیرو با کمک گیربکس به دیسک وارد شده و سبب سهولت در باز و بست شیر می‌شود.
– شیر پروانه ای پنوماتیکی (بادی)
شیر پروانه ای پنوماتیکی در مکان‌هایی که حضور نیروی انسانی و یا اپراتور مقدور نباشد و نتوانیم از عملگر دستی استفاده کنیم کاربرد دارد. این نوع از شیرهای پروانه ای نیروی لازم برای باز و بسته کردن دیسک را از محفظه هوای فشرده تعبیه شده بر بدنه دریافت می‌کنند. از باترفلای ولو پنوماتیکی می‌توان در خطوطی که به نیروی زیادی برای باز و بسته شدن شیرها نیاز است نیز استفاده نمود.
– شیر پروانه ای برقی
شیر پروانه ای برقی جز سریع‌ترین شیرآلات صنعتی محسوب می‌شوند. شیر پروانه ای با عملگر برقی انرژی مورد نیاز برای چرخاندن دیسک را از طریق یک موتور الکتریکی که در بخش بالایی شیر نصب شده است، تامین می کند. ساختار این شیر به گونه‌ای است که امکان کنترل آن بدون نیاز به اپراتور فراهم است. شیر ویفری برقی در سیستم‌های حاوی سیالات سمی و اسیدی محیط‌های مخاطره‌آمیز کاربرد فراوانی دارند. با روشن شدن عملگر یا موتور برقی، انرژی الکتریکی توسط موتور تولید شده و با انتقال به ساقه شیر، به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود. این انرژی، ساقه و به دنبال آن، دیسک را می‌چرخاند و باعث باز و بسته شدن شیر می‌شود.
معرفی قطعات داخلی شیر پروانه ای صنعتی
اجزای داخلی شیر پروانه ای به 4 بخش اصلی تقسیم می‌شود:
– بدنه(Body): بدنه، بخش خارجی شیر است که اجزای اصلی درون آن قرار می‌گیرد. همانطور که بالاتر گفت شد، بدنه شیرهای پروانه‌ای در شکل‌های مختلفی تولید شده که متداول‌ترین آن مدل لاگ دار و ویفری است. جنس بدنه میزان استحکام و مقاومت باترفلای ولوها را نسبت به ضربه تعیین می‌کند. بدنه باترفلای ولو صنعتی از جنس فولادی، پلیمری، استنلس استیل و چدنی است که هریک ویژگی‌های منحصر به خود را دارا می‌باشند.
– دیسک(Disc): دیسک مهم‌ترین بخش در شیرهای پروانه ای است، که بیشترین تماس را با سیال داخل سیستم دارد. به همین دلیل انتخاب دیسک با توجه به نوع سیال، دما و فشار کاری اهمیت به سزایی دارد. حرکت دیسک سبب باز و بسته شدن شیر پروانه ای می‌شود. جنس دیسک‌های شیر پروانه‌ای در انواع PVC-U / PVC-C PP-H / PVDF / ABS تولید شده که با توجه به کاربرد آن انتخاب می‌شوند. برای مثال در محیط هایی با سیال اسید سولفوریک با غلظت 10 درصد باید از شیر پروانه ای با دیسک U-PVC استفاده کرد که برابر این اسید مقاومت شیمیایی دارد
– نشیمنگاه یا سیت (seat): سیت محل قرارگیری دیسک شیر پروانه ای در بدنه است که نقش مهمی در آب‌بندی مناسب شیرآلات صنعتی ایفا می‌کند. سیت می‌تواند فلزی یا لاستیکی باشد. متداول‌ترین مواد استفاده شده برای ساخت سیت، پلی تترا فلورو اتیلن (PTFE) یا تقویت شده (RTFE) است.
– شفت یا ساقه (Stem): شفت بخش میانی در وسط دیسک است که وظیفه انتقال نیرو از دسته به دیسک را بر عهده دارد. نیرو توسط شفت به دیسک منتقل شده و سبب چرخش 90 درجه ای آن و عبور جریان سیال می‌گردد. شفت شیر پروانه‌ای معمولا از جنس فولاد سخت ساخته شده تا در مقابل فشارهای بالا مقاومت داشته باشد. این بخش بر اساس نوع پوشش، به دو نوع wetted و non-wetted تقسیم می‌شود که مدل non-wetted در محیط‌های خورنده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاربردهای شیر پروانه ای صنعتی
همانطور که گفته شد شیرهای پروانه‌ای در انواع و جنس‌های مختلفی ساخته شده که طیف گسترده‌ای از کاربری‌ها را فراهم می‌آورد. مهم‌ترین وظیفه شیرهای پروانه ای قطع و وصل جریان سیال است اما در برخی سیستم‌ها برای جداسازی مواد، کنترل فشار، کنترل دما و.. نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. شیرهای پروانه ای پلیمری به طور گسترده در صنایع مختلف نظیر تصفیه‌‌خانه‌ها، نیروگاه‌ها، صنایع فلزی و شیمیایی، صنایع خودروسازی، تاسیسات استخر، صنایع نفت و گاز … استفاده می‌شود.
بررسی مزایا و معایب شیر ویفری صنعتی
مزایای شیر پروانه ای صنعتی
- شیرهای پروانه ای سایز بزرگ (10 اینچ)، نسبت به سایر شیرآلات صنعتی وزن کمتری داشته و فضای کمتری را اشغال می‌کنند.
- این شیرها سرعت عملکردی بالایی دارند به همین دلیل به زمان کمتری برای باز و بسته شدن نیاز دارند.
- افت فشار شیر پروانه ای بسیار کم است.
- در صورتی که نشیمنگاه یا سیت شیر پروانه ای لاستیکی یا غیرفلزی باشد می‌توان از آن‌ها به خوبی در انتقال سیالات خورنده استفاده کرد.
- شیرهای پروانه ای در مقایسه با سایر شیرآلات، هزینه تعمیر و نگهداری پایین‌تری دارند.
- به دلیل طراحی خاصی که دارند، متریال کمتری در ساخت آن‌ها استفاده می‌شود و از لحاظ اقتصادی بسیار به صرفه ای هستند.
معایب شیر پروانه ای صنعتی
- قسمتی از دیسک شیر پروانه ای همیشه در معرض جریان سیال قرار گرفته و منجر به تغییر فشار می‌شود.
- حرکت دیسک در شیرهای پروانه ای قابل کنترل نبوده و تحت تاثیر تلاطم جریان است.
- در جریان‌های پایین شیر مستعد کاویتاسیون است.
نکات فنی نصب و نگهداری شیر پروانه ای صنعتی
از آنجا که شیرهای پروانه ای نسبت به سایر شیرآلات صنعتی، اجزای داخلی کمتری دارند، به طور کلی نیاز کمتری به تعمیرات دارند. اما در نظر گرفتن چند نکته می‌تواند در نصب و نگهداری صحیح این نوع از شیرآلات صنعتی موثر باشد:
- در صورتی که به طور منظم از شیر استفاده نمی‌شود نیاز است، حداقل یک بار در ماه بررسی گردد. اگر شیر در بین موقعیت باز و بسته گیر کرده است عملکرد اکچویتور را بررسی کنید. در صورت لزوم اکچویتور را برداشته و به صورت دستی اقدام به باز و بسته کردن شیر کرده تا مشکل را پیدا کنید. (توجه داشته باشید که اعمال نیروی گشتاور بیش از اندازه توسط اکچویتور ممکن است باعث خسارت به اجزای داخلی شیر شود.)
- یکی از مشکلات رایجی که ممکن است برای شیر پروانه ای ایجاد شود، بروز نشتی در این شیر است.
- در صورتی که نشتی در محل اتصال فلنج بدنه شیر با فلنج خط لوله ایجاد شود، می توان با آچارکشی و محکم کردن پیچ و مهره‌های اتصال فلنج ها، مشکل را برطرف کرد. اگر نشتی برطرف نشد احتمالا مشکل از گسکت آب بندی است که لازم است تعویض شود. در حالی که اگر وجود نشتی در محل درپوش بدنه شیر باشد، ابتدا باید پیچ های درپوش را باز کرده و اورینگ مربوطه را تعویض نمود.
- اگر نشتی از محل لاستیک آب بند بین دیسک و نشیمنگاه باشد، نیاز است که لاستیک آب بندی تعویض شود. در این حالت باید ابتدا ساقه و دیسک را جدا کرده و پس از درآوردن دیسک، اقدام به تعویض لاستیک آب بندی نمود.
- یکی از دلایل نشتی شیر می تواند وجود جسم خارجی بین دیسک و نشیمنگاه شیر باشد. در این صورت نیاز است تا شیر را به میزان 10 تا 15 درجه باز کنید تا با فشار و سرعت بالای سیال، جسم مورد نظر خارج شود.
- پدیده ضربه قوچ یا افزایش فشار ناگهانی نیز یکی از آسیب‌های رایج به شیرآلات صنعتی در خطوط لوله می باشد.
