شیر پروانه ای چیست؟

شیر پروانه ای (butterfly valve) نوعی شیر سریع بازشو است که می تواند مسیر سیال را با یک چرخش 90 یا 180 درجه باز یا بسته کند. این شیر بیشتر به عنوان قطع یا وصل کننده و هم محدود کننده جریان استفاده می شود.

خرید انواع شیر پروانه ای

ساختمان شیر پروانه ای از یک بدنه معمولی و یک صفحه مدور که تقریباً در وسط قرار دارد تشکیل شده است. شیر پروانه ای یا باترفلای ولو (Butterfly valve) با طراحی هم مرکز و غیر هم مرکز شافت به راحتی و با دقت بالا با چرخش صفر تا 90 یا 180 درجه دیسک توسط اپراتور یا عملگر، جریان سیال عبوری را قطع و یا وصل می کند.

در شیر پروانه‌ای، دیسک حول محور خود که یک سر آن استم (Stem) و سر دیگر آن نشیمنگاه (Seat) است، دوران می‌­کند. شیر پروانه‌ای از لحاظ ظاهر و ساختار به شیر توپی (Ball valve) بسیار شبیه بوده و تفاوت آن ها را می­توان در شکل دیسک‌شان (Disc) مشاهده نمود.

دیسک شیرآلات پروانه ای با حرکتی پاک کننده به سمت نشیمنگاه حرکت می‌کند و با این عمل این شیرها قادر به مدیریت سیالاتی که حاوی مواد جامد هستند نیز می‌باشند. البته این موضوع به قدرت نشیمنگاه و پودرها و گرانول‌های موجود در جریان بستگی دارد.

در شیرهای پروانه ­ای بزرگ، اکچویتور (Actuator) شیر به وسیله چرخ دنده به استم (Stem) متصل می­شود تا باز و بسته کردن شیر با افزایش نیروی اعمالی توسط چرخ دنده راحت تر باشد، اما از طرفی دیگر زمان باز و بسته شدن شیر طولانی تر می گردد.

شیر پروانه ای مناسب برای کنترل دبی جریان در مسیر حرکت سیال است. این شیر می­تواند در حالت نیمه باز قرار گرفته و میزان سیال عبوری را کم و زیاد کند. استفاده از شیرهای پروانه‌­ای بسیار راحت است. این شیرآلات محبوبیت زیادی در بازار دارد چرا که قیمت آن ارزان‌تر از دیگر شیرهاست، وزن سبک‌تری داشته و همچنین نیاز به پشتیبانی کمتری دارد. شیرهای پروانه ای یکی از پرکاربرد­ترین شیرآلات در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی می باشند.

شیر پروانه ای

در نصب شیرهای پروانه ای باید این نکته را رعایت کرد که آن ها را حتما در حالت باز باید نصب نمود تا نشیمنگاه لاستیکی در حالت بسته، مانع باز شدن شیر نگردد. مهم ترین قسمت های شیر پروانه ای بدنه (Body)، دیسک (Disc)، نشیمنگاه (Seat) و شفت (Stem) هستند. نشیمنگاه این شیر ممکن است از جنس فلز یا لاستیک باشد. همچنین دیسک شیرهای پروانه ای می تواند با بدنه ی شیر هم مرکز یا غیر هم مرکز باشند.

شیرآلات پروانه ای در دسته شیرآلات صنعتی قرار می گیرد.

نمایش ویدیو درباره شیر پروانه ای

جنس شیرهای پروانه ای

کربن استیل lCarbon Stee

کربن استیل (lcarbon stee) آلیاژی است که از ترکیب درصد خاصی از کربن با آهن ساخته می شود. در شیر پروانه ای از کربن استیل در ساخت بدنه و دیسک شیر استفاده می شود. از آنجایی که کربن استیل نسبت به سایر متریال ها ارزان ترست شیرهای پروانه ای کربن استیل هم قیمت پایینی دارند. از انواع این آلیاژ می توان A۱۰۵ Aرا نام برد. کربن استیل مقاومت کمی در برابر خوردگی دارد پس نمی توان آن ها را در مسیر سیالات خورنده استفاده کرد.

استنلس استیل و آلیاژهای آن Stainless Steel

استنلس استیل آلیاژی از آهن است که با حداقل 10.5 درصد کروم ساخته می شود. کروم با ایجاد یک لایه از اکسید خود بر روی سطح آهن مانع از خوردگی آن می شود. این آلیاژها مقاومت خوبی نسبت به خوردگی دارند و برای سیالاتی با خوردگی بالا استفاده می شوند. از پرکاربردترین آلیاژهای استنلس استیل می توان 304L و 316L را نام برد.

مهم ترین آلیاژهای استنلس استیل

فریتیک

دارای یک ریزساختار فریتی مانند فولاد کربنی است که یک ساختار کریستالی مکعبی مرکز-بدنی (body-centered cubic) محسوب می‌شود و دارای ۱۰٫۵ تا ۲۷ درصد کروم و مقدار بسیار کمی نیکل یا بدون نیکل است. این ریزساختار به علت اضافه شدن کروم، در همه درجه حرارت‌ها وجود دارد و مانند استنلس استیل آستنیتگ با عملیات حرارتی سخت‌ کاری نمی‌شود. همچنین مانند فولاد ضدزنگ آستنیتی آن‌ها را نیز با کار سرد نمی‌توان تقویت کرد. این فولادها مانند فولاد کربنی مغناطیسی هستند.

مارتنسیتیک

به عنوان استنلس استیل مهندسی، ابزاری و فولاد مقاوم در برابر خزش استفاده می‌شود و در چهار گرید تقسیم بندی می شوند.۱- گریدهای آهن-کروم-کربن، ۲- گریدهای آهن-کروم-نیکل-کربن، ۳- گریدهای پیرسخت‌کاری شونده، ۴- گرید مقاوم دربرابر خزش

آستنیتیک

علاوه بر کروم و نیکل عناصر دیگری نیز دارد که باعث بالا رفتن سختی آن می شود. استنلس استیل (فولادهای زنگ‌نزن) آستنیتی را می‌توان به زیرگروه های سری 200 و سری 300 و سری 400 تقسیم کرد. این نوع بیشترین تولید و کاربرد استنلس استیل ها را داراست. به عنوان مثال می توان از انواع 304، 304L، 316 و 316L نام برد.

دوپلکس

اسنلس استیل دوپلکس دارای میکرو ساختار ترکیبی آستنیتیگ و فریتیگ است که هدف آن معمولاً تولید ترکیب ۵۰/۵۰ است، اگر چه در آلیاژهای تجاری این نسبت می‌تواند ۴۰/۶۰ باشد. آن‌ها با کروم بالا (۱۹–۳۲ درصد) و مولیبدن (تا ۵ درصد) و درصد نیکل پایین‌تر از اسنلس استیل آستنیتی مشخص می‌شوند. فولاد ضدزنگ دوپلکس در مقایسه با فولاد ضدزنگ آستنیتی تقریباً دو برابر استحکام دارد. گریدهای فولاد دوپلکس بر اساس مقدار آلیاژ و مقاومت به خوردگی آن‌ها در گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند.

آلیاژهای نیکل

آلیاژهای نیکل در سیستم هایی که نیاز به سختی بالا و مقاومت در برابر خوردگی باشد، استفاده می شوند. این آلیاژها بسیار گران و سنگین هستند.

آلیاژ تیتانیوم

آلیاژ تیتانیوم دارای وزن کم و مقاومت بالا هستند. روش محافظت از خوردگی همانند آلیاژ استنلس استیل است.

آلیاژ نیکل آلومینیوم

آلیاژ نیکل آلومینیوم از ۱۰ درصد آلومینیوم، ۵ درصد نیکل و ۵ درصد آهن تشکیل شده است. این آلیاژ به خصوص در آب دریا مقاومت بالایی دارند. تنها عیب این آلیاژ سرعت بالای خورده شدن آن به نسبت استنلس استیل است.

انواع جنس های دیگر شیر پروانه ای

چدنی

فولادی

UPVC

اغلب شیرآلات صنعتی از جنس های متفاوتی ساخته می شوند و انتخاب متریال مناسب می تواند به پارامترهای مختلفی مانند هزینه، طول عمر و شرایط سیستم بستگی داشته باشد.

موارد استفاده از شیرهای پروانه ای

ایستگاه نیروی حرارتی

ایستگاه نیروی هیدرولیکی

صنایع نفت، گاز، پتروشیمی

سیستم های پایپینگ و لوله کشی صنعتی

اغلب رشته‌های صنعتی

اجزای اصلی شیرهای پروانه ای

از اجزای مهم شیر پروانه ای می توان به بدنه، نشیمنگاه، ساقه و عملگر آن اشاره کرد. از اجزاء مهم دیگر شیر پروانه ای می توان به دیسک اشاره کرد که نقش اصلی را در تنظیم (در شرایط خاص) و توقف جریان دارد. جنس دیسک شیر پروانه ای به نوع کاربرد و سیال آن بستگی دارد.

اجزاء شیر پروانه ای

اجزاء اصلی تشکیل دهنده شیر پروانه ای

بدنه (body)

دیسک یا مجرابند(disc)

نشیمنگاه (seat)

محرک یا راه انداز (stem)

اجزای اصلی باترفلای ولو

بدنه شیر پروانه ای (Body)

بدنه با توجه به نوع سیال و فشار کاری و دما سیال انتخاب می شود.

بدنه چدن با توجه به شرایط عدم محیط خورنده و در دماهای زیر ۱۲۰ درجه سانتی گراد استفاده می شود.

بدنه فولادی با توجه به نوع آلیاژ فولاد در دماهای بالای ۱۲۰ درجه سانتی گراد تا ۹۰۰ درجه سانتی گراد در صنایع نفت و گاز استفاده می شود.

از بدنه استیل برای محیط های داری رطوبت و خوردگی مانند صنایع غذایی و پزشکی استفاده می شود.

جنس شیر پروانه ای

دیسک (Disc)

دیسک در شیر پروانه ای بیشترین تماس با سیال را دارد. به همین دلیل انتخاب دیسک شیر پروانه ای با توجه به شرایط نوع سیال، دما و فشار کاری اهمیت بسزایی دارد.

جنس انواع دیسک (Disc)

چدن نشکن

استیل ۳۰۴

استیل ۳۱۶

آلیاژ نیکل آلومینیوم برنز

آلیاژ کروم و غیره

دیسک باترفلای ولو

انواع دیسک شیرهای پروانه ای با توجه به بدنه هم مرکز و یا غیر هم مرکز

انواع دیسک باترفلای ولو

دیسک بدون انحراف (Zero offset)

دیسک بدون انحراف نوعی دیسک هم مرکز است که در آن دیسک و شفت با بدنه شیر هم مرکز هستند و جریان را به دو قسمت مساوی تقسیم می کند. از این دیسک برای سیستم های با دمای پایین و کم فشار استفاده می شود.

دیسک افست باترفلای ولو

دیسک دابل افست (Double Offset)

دیسک Double Offset از مرکز ثقل شیر پایین تر قرار دارد و اصطکاک فقط در ابتدا و انتها با زاویه 10 درجه رخ می دهد.

دیسک دابل افست باترفلای ولو

دیسک تریپل افست (Triple Offset)

شیر پروانه ای با دیسک Triple Offset به همراه نشمینگاه فلز در فلز می باشد که دارای حرکت بدون اصطکاک می گردد. سطح تماس این دیسک فقط در نقطه بسته شدن قرار می گیرد.

دیسک Triple Offset باترفلای ولو

نشیمنگاه یا سیت (Seat)

نشیمنگاه براساس تحمل دمایی و فشار کاری و نوع سیال در انواع مختلفی ساخته می شوند. سیت EPDM معمولا برای سیال آب و فاضلاب تا دمای 70 درجه سانتی گراد استفاده می شود. برای سیالات دارای خورندگی از قبیل اسید از سیت PTFE و تا دمای 70 درجه می توان از سیت NBR، تا دمای 120 درجه نیز از سیت EPDM می توان استفاده کرد.

نشیمنگاه یا سیت باترفلای ولو

محرک یا راه انداز (Stem)

استم که محور یا شافت نیز نامیده می شود، از طرف بالا به عملگر و از طرف پایین به دیسک متصل می باشد و با چرخش عملگر، نیرو توسط استم به دیسک انتقال داده شده و دیسک با چرخش ۹۰ یا ۱۸۰ درجه ای سیال را عبور می دهد. شافت شیر پروانه ای معمولا از جنس فولاد سخت ساخته می شود تا در مقابل فشار های کاری مقاومت داشته باشد. معمولا سر شافت شیر پروانه ای به صورت چهار گوش یا گرد است. در حالت چهار گوش برای کوپل کردن عملگر هیدرولیک، پنوماتیک یا برقی مشکلی ندارد در غیر این صورت باید سر شافت گرد با عملیات تراشکاری و فرزکاری به چهار گوش تبدیل شود.

استم یا ساقه باترفلای ولو

انواع شیر پروانه ای

شیر پروانه ای مطابق استاندارد طراحی می گردند و در چند مدل شیر پروانه ای ویفری، شیر پروانه ای لاگ ، شیر پروانه ای فلنج دار تولید می شود.

شیرهای پروانه ای را از چند منظر دیگر می توان تقسیم بندی نمود.

تقسیم بندی شیرهای پروانه ای براساس مرکز

هم مرکز (Centric)

خارج از مرکز (Eccentric)

تقسیم بندی شیرهای پروانه ای براساس دیسک

آفست (Disc offset)

دابل آفست (double offset)

تریپل آفست (Triple offset)

تقسیم بندی شیر پروانه ای براساس جنس

چدنی

کربن استیل

استنلس استیل و آلیاژهای آن

آلیاژهای نیکل

آلیاژ تیتانیوم

آلیاژ نیکل آلومینیوم

فولادی

UPVC

تقسیم بندی شیر پروانه ای براساس عملگر

عملگر اهرمی

عملگر گیربکسی

عملگر پنوماتیکی

عملگر هیدرولیکی

عملگر برقی

تقسیم بندی شیر پروانه ای براساس نوع تایپ بدنه

شیر پروانه ای ویفری

شیر پروانه ای لاگ

شیر پروانه ای فلنجی

شیر پروانه ای (butterfly valve) براساس تایپ بدنه

شیر پروانه ای ویفری Wafer butterfly valve

محل قرارگیری شیر پروانه ای ویفری بین دو فلنج لوله است و سپس فلنج ها به وسیله پیچ و مهره به هم متصل می شوند. این شیرها به سادگی نصب می شوند اما هیچ گاه نمی توانند یک شیر ایزوله کننده باشند.

خرید شیر پروانه ای ویفری Wafer butterfly valve

شیر پروانه ای لاگ Lug Butterfly Valve

شیر پروانه ای لاگ دار، تعدادی سوراخ بر روی بدنه خود دارد که امکان نصب فلنج را بر روی آن فراهم می آورد.

فروش شیر پروانه ای لاگ Lug Butterfly Valve

شیر پروانه ای فلنجی Flanged butterfly valve

شیر پروانه ای فلنج دار بر روی بدنه خود دو فلنج دارد که می تواند به راحتی به فلنج های لوله متصل شوند.

خرید شیر پروانه ای فلنجی Flanged butterfly valve

همچنین شیرهای پروانه ای جوشی به لوله جوش داده می شوند به همین دلیل در سرویس هایی که نیاز به فشار بالا وجود دارد، استفاده می شوند.

شیرهای پروانه ای بدن باریک نوع دیگری از این تقسیم بندی است که در بخش کشاوری و انواع کاربردهای صنعتی با انواع سیال ها اعم از آب دریا، آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد.

مهم ترین کاربرد شیر پروانه ای در سرویس های مختلف مانند قطع و وصل کردن سیالاتی مثل مایع، بخار، هوا و در سیستم های خلأ و آتش نشانی است.

کلاس های قابل ارائه شیر پروانه ای

کلاس های قابل ارائه برای شیر پروانه ای شامل موارد زیر می باشد:

کلاس ۱۵۰

کلاس ۳۰۰

کلاس ۶۰۰

کلاس ۹۰۰

کلاس ۱۵۰۰

کلاس ۲۵۰۰

کلاس pn6

کلاس pn10

کلاس pn16

کلاس pn25

نکات مربوط به نصب شیر پروانه ای

قبل از نصب، بدنه شیر، دیسک و نشیمنگاه را بررسی کنید تا مطمئن شوید خرابی یا مشکل خاصی وجود نداشته باشد همچنین بررسی کنید که فشار خطی که قرار است شیر در آن نصب شود در محدوده فشار کاری شیر مورد نظر باشد. دقت داشته باشید که مواد اضافی، ضایعات و جسم خاصی در لوله وجود نداشته باشد. در صورت وجود مواد اضافی می توانید با آب یا شوینده های ملایم لوله را تمیز کنید. سطح فلنج هایی که قرار است به شیر وصل شوند را نیز تمیز کنید تا از هرگونه مواد اضافی پاک شده باشد.

در هنگام نصب شیر بین دو فلنج لوله، باید توجه داشت که فاصله بین فلنج های لوله، کمی بیشتر از طول کلی بدنه شیر باشد تا گسکت های شیر به راحتی در جای خود قرار گیرند. شیرهای نوع ویفری، احتیاجی به واشرهای آب بندی ندارند و استفاده از واشر آب بندی عملکرد شیر را مختل می کند.

نکته: توجه داشته باشید که جهت جلوگیری از اعمل نیروی فلنج، پیچ ها به صورت ضربدری محکم شوند.

دقت کنید که هیچ گونه نا هماهنگی از لحاظ اتصال صحیح بین شیر و فلنج وجود نداشته باشد. علت بیشتر مشکلات شیرهای پروانه ای همین نا هماهنگی می باشد که شیر با فلنج ها یا لوله به درستی تنظیم نشده است و باعث گیر کردن دیسک هنگام باز و بسته شدن می شود. هنگام نصب شیر، دیسک را در موقعیت باز قرار دهید تا نشیمنگاه لاستیکی در حالت بسته، مانع باز شدن شیر نگردد.

در صورتی که شیر پروانه ای را مستقیما به یک پمپ یا شیر دیگری وصل می کنید، توجه داشته باشید که فضای کافی برای باز و بسته شدن شیر در نظر بگیرید. قبل از محکم کردن پیچ و مهره ها یک بار شیر را به طور کامل باز و بسته کنید تا از عملکرد روان شیر مطمئن شوید.

نکات مربوط به نصب شیر پروانه ای

نکات مربوط به تعمیر و نگهداری شیر پروانه ای

از آنجا که شیرهای پروانه ای نسبت به سایر شیرآلات صنعتی، اجزای داخلی کمتری دارند، به طور کلی نیاز کمتری به اقدام برای تعمیر و نگهدری دارند. در صورتی که از شیر به طور منظم استفاده نمی شود نیاز است تا حداقل یک بار در ماه از شیر بازدید شود. 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.

نکته: 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. این نشتی میتواند در نواحی مختلفی از شیر ایجاد شده و باعث هدر رفتن انرژی و آسیب به شیر شود.

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 مهره های اتصال فلنج ها، مشکل نشتی 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 آببند 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.

ساییدگی آب بند دیسک شیر پروانه ای

پدیده ضربه قوچ یا افزایش فشار ناگهانی نیز یکی از آسیب های رایج به شیرآلات صنعتی در خطوط لوله می باشد.

مزایا و معایب شیرهای پروانه ای یا باترفلای ولو

مزایای شیرهای پروانه ای

شیرهای پروانه ای سایز بزرگ، نسبت به بقیه شیرها سبک تر هستند و به نسبت فضای کمتری را اشغال می کنند.

این شیرها سرعت عملکرد 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 شیر پروانه ای لاستیکی یا از جنس غیرفلزی باشد، از آن ها می توان در انتقال سیالات خورنده استفاده کرد.

شیر پروانه ای برای تنظیم جریان سیالات و گازهای فشار پایین و سیالاتی مانند دوغاب که شامل مواد جامد معلق هستند مناسب است.

شیرهای پروانه ای در مقایسه با دیگر شیرها، هزینه تعمیر و نگه داری پایین تری دارند.

به دلیل طراحی خاصی که دارند، متریال کمتری در ساخت آن ها استفاده می شود و از لحاظ اقتصادی شیرهای بسیار به صرفه ای هستند.

معایب شیر پروانه ای

احتیاج به گشتاور بالا برای کنترل حرکت دیسک قابل هدایت نیست و تحت تاثیر تلاطم جریان است.

مستعد ابتلا به کاویتاسیون در جریان های پایین تر هستند.

قسمتی از دیسک همیشه در معرض جریان است و استفاده از شیر پروانه ای همیشه منجر به تغییر فشار می شود.

مقایسه شیر پروانه ای با شیر کشویی

ازآنجایی که شیرهای پروانه ای وزن و فضای اشغال شده کمتری نسبت به شیرهای کشویی دارند به راحتی نصب می شوند.

ابعاد کوچک تر شیرهای پروانه نسبت به شیرهای کشویی باعث می شود تا در فضاهای کوچک یک شیر ایده آل باشند.

شیرهای پروانه ای به سادگی با یک چرخش ۹۰ یا ۱۸۰ درجه باز یا بسته می شوند.

قیمت شیر پروانه ای بسیار کمتر از شیر کشویی (گیت ولو) است.

شیرآلات پروانه‌ای به طور گسترده در کارخانجات صنعتی و پالایشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از شیرهای پروانه‌ای برای انتقال مایعات با فشار کم، گاز و آب در فشارهای کم و جریان‌های دوغاب (Slurry) مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از مهم‌ترین وظایف شیر پروانه‌ای، افزایش جریان سیال در زمان بسیار کم است. استفاده از این شیر در فشارهای بالا به دلیل نشتی توصیه نمی شود.