شیرهای پروانه ای (Butterfly valve) از خانواده شیرهای چرخشی با محدوده گردش یک چهارم دور هستند و عمدتاً برای توقف، تنظیم و یا شروع جریان استفاده می شوند. اصطلاح “پروانه” در شیر پروانه ای در واقع برگرفته از دیسکی است که به یک میله متصل است و در این نوع از شیرها استفاده میشوند. هنگامی که از طریق این میله، دیسک ۹۰ درجه می چرخد، شیر پروانه ای باز یا بسته می شود. شیرهای پروانه ای (Butterfly valve) به دلیل سبک وزنی، عملکرد سریع و هزینه کم در صنعت بسیار مورد توجه هستند. این شیرها از دستگیره ها، چرخ دنده ها یا محرک های خودکار برای فعالیت، بر اساس نیاز استفاده می کنند.

دریچه های پروانه ای سایز کوچکتر معمولاً عملکرد دستی دارند. این در حالی است که دستگاه های بزرگتر معمولاً موتوری هستند. در جریان های با ظرفیت بالا، امکان استفاده از شیرهای پروانه ای کوچکتر فراهم است که وزن، هزینه و فضای مورد نیاز را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. شیرهای پروانه ای تنها با دو قسمت که در معرض جریان قرار دارد و طیف وسیعی از آسترها، بدنه شیر را از محیط سیال جدا می کنند که نیاز به مواد عجیب و غریب گران قیمت را از بین می برد.

دیسک صاف و بدون شکاف، گشتاور کمتری تولید می کند، در حالی که طراحی شیر های پروانه ای (Butterfly valve) به گونه ای است که نصب، نگهداری و سرویس آنها را آسان می کند.

برای مشاهده پست انواع شیرهای صنعتی (Valve) در پایپینگ اینجا کلیک کنید

فهرست مطالب

موارد استفاده از شیر پروانه ای (Butterfly valve)

استفاده از شیرهای پروانه ای (باترفلای ولو) بسیار گسترده است. برخی از کاربردهای معمولی شیرهای پروانه ای در تامین آب، تصفیه فاضلاب، فرآیندهای با سیالات دوغابی، حفاظت در برابر آتش، تامین هوا و گاز، خدمات خلاء، سیستم روانکاری، صنایع شیمیایی و نفت و گاز، سیستم های جابجایی سوخت، تولید برق، خدمات هوای فشرده و گاز، خدمات بخار، فرآوری مواد غذایی، داروسازی، سیستم های دریایی و کاربرد شیرهای بهداشتی میباشد. اساساً ولو های پروانه ای برای استفاده در کاربری های زیر مناسب هستند :

• کاربری های با فشار ثابت
• کاربری های با فضای محدود
• Throttling

اجزای یک شیر پروانه ای (Butterfly valve)

چهار جزء اصلی در شیر پروانه ای یا باترفلای ولو وجود دارد : بدنه (Body)، دیسک (Disk)، ساقه (Stem) و نشیمنگاه (Seat) که در شکل زیر میبینید.

بدنه شیر: بدنه شیرهای پروانه ای با دو فلنج به لوله متصل میشود، رایج ترین طراحی بدنه این نوع شیرها از نوع لوگ و ویفر است (شکل ۲).

دیسک ولو پروانه ای: دیسک (Disk) عنصری است که جریان را متوقف می کند. برای بهبود جریان، آب بندی و گشتاور عملیاتی، تغییراتی در طراحی و جهت گیری دیسک به وجود میاورند.

ساقه شیر: ساقه شیر پروانه ای از محور یک تکه یا دو تکه تشکیل شده است. طراحی ساقه باید از آسیب زدن به مواد مقاوم در برابر خوردگی جلوگیری کند.

نشیمنگاه شیر پروانه ای: در حین فعالیت، نشیمن شیر پروانه ای از تداخل بین لبه دیسک و بدنه جلوگیری می کند. نشیمنگاه ولو پروانه ای ممکن است به بدنه چسبیده، فشرده و یا قفل شده باشد.

نشیمن شیر پروانه ای محوطه ای است که بر اساس سازندگان طرح های مختلفی دارد. نشمن یک تکه انعطاف پذیر PTFE یک انتخاب محبوب میان سازندگان است. اهمیت این نوع نشیمن، این است که هیچ حلقه O یا فنر فلزی برای محدود کردن دما یا شرایط خورنده ای که نشیمن PTFE می تواند در معرض آن قرار گیرد وجود ندارد. با اعمال فشار خط، سطح مقطع کل نشیمنگاه تحت فشار قرار می گیرد و باعث می شود تغییرات طبیعی دیسک و نشیمنگاه تحت فشار باهم دیگر باشد.

مزایای نشیمن های فلزی در شیرهای پروانه ای

نشیمنگاه های فلزی در شیرهای پروانه ای دارای مزایای مختلفی هستند و باید موارد زیر را در خود داشته باشند:

• جذب بودن
• کنترل ساده شیر
• گشتاور کم
• محدوده دمایی گسترده
• امکان ایجاد حفره در جریان وجود نداشته باشد.
• مقاومت در برابر خوردگی خوب

وظایف شیرهای پروانه ای (Butterfly valve)

وظایف اصلی شیر پروانه ای عبارتند از:

• تنظیم جریان توسط شیرهای پروانه ای (Butterfly valve)

جریان را می توان به سادگی با چرخاندن چرخ شیر، کنترل یا تنظیم کرد. با استفاده از کنترل کننده جریان نیز می توان این فرآیند را خودکار کرد.

• جداسازی جریان با ولو های پروانه ای

• جلوگیری از جریان برگشتی

شیرهای پروانه ای را می توان برای جلوگیری از جریان برگشتی در برخی شرایط استفاده کرد. (همانند چک ولو ها یا شیرهای یک طرفه Check Valve)

انواع شیرهای پروانه ای

بسته به نوع بسته شدن دیسک، نحوه اتصال و روش فعال سازی، شیرهای پروانه ای را می توان به چند نوع دسته بندی کرد.

1. بر اساس نوع بسته شدن دیسک
   • شیر پروانه ای هم مرکز (Concentric Butterfly Valve)
   • شیر پروانه ای غیر هم مرکز (Eccentric Butterfly Valve)
     • تک افست
     • افست دوبل
     • افست سه گانه
2. بر اساس Piping Connection
   • شیر پروانه ای لاگ (Lug type)
   • ولو پروانه ای ویفر (Wafer Type)
   • شیر پروانه ای فلنج دار (Flanged Butterfly Valve)
   • شیر پروانه ای جوش لب به لب برای کاربردهای فشار بالا (But-welded butterfly valve)
3. بر اساس سیستم عملیاتی
   • فعال سازی دستی
     • اهرمی
     • چرخ دنده ای
   • فعال سازی خودکار
     • برقی
     • پنوماتیک
     • هیدرولیک
4. بر اساس جنس نشیمن
   • نشیمن نرم
   • نشیمن فلزی

شیر پروانه ای هم مرکز (Concentric Butterfly Valve)

شیر پروانه ای هم مرکز اساسی ترین نوع طراحی شیر پروانه ای است. در این طرح، ساقه ولو از خط مرکزی دیسک عبور می کند. این شیر با نام افست صفر نیز شناخته می شود. دریچه های پروانه ای هم مرکز برای سرویس های کم فشار استفاده می شود.

شیر پروانه ای غیر هم مرکز (Eccentric Butterfly Valve)

در یک شیر پروانه ای غیر هم مرکز، ساقه از خط مرکزی دیسک عبور نمی کند. سه نوع شیر افست وجود دارد.

• شیر تک افست شیر پروانه ای است که ساقه آن درست پشت خط مرکزی دیسک قرار دارد.
• در طراحی شیر پروانه ای دو افست، ساقه در پشت دیسک با یک افست اضافی به یک طرف قرار دارد.
• برای کاربردهای بسیار حیاتی، از شیر پروانه ای افست سه گانه استفاده می شود. آفست سوم بین محور تماس دیسک و صندلی است. این طراحی منجر به حداقل تماس با صندلی در نتیجه سایش بسیار کمتر و کارایی بالا می شود.

شیر پروانه ای نوع لاگ (Lug Type Butterfly valve)

این شیرهای پروانه‌ای (مطابق شکل قبل) دارای رزوه‌هایی در خارج از بدنه شیر هستند. با استفاده از دو مجموعه ناودانی، ولو پروانه ای با فلنج های لوله کشی پایپینگ متصل می شود. یک طرف خط لوله را می توان بدون تأثیر بر طرف دیگر جدا کرد زیرا هر فلنج پیچ های خاص خود را دارد.

شیر پروانه ای نوع ویفر (Wafer Type Butterfly Valve)

یک شیر پروانه ای از نوع ویفری بین دو فلنج لوله قرار گرفته و پیچ های فلنج بدنه شیر را احاطه کرده اند. این ولو، اقتصادی ترین نوع از ولو های پروانه ای میباشد. پیچ های بلند برای پوشش فلنج ها و بدنه شیر استفاده می شود. یک شیر پروانه ای ویفر آب بندی را در برابر اختلاف فشار دو جهته در جریان سیال فراهم می کند. نسخه ویفری ولوهای پروانه ای برای آب بندی محکم به علت اختلاف فشار دو طرف خط لوله طراحی شده است.

مقایسه ولو های پروانه ای لاگ و ویفر

تفاوت های مشخصی بین شیرهای پروانه ای نوع ویفر و لاگ وجود دارد. در پاراگراف های زیر در این باره توضیحاتی را خدمت شما می دهیم.

دریچه‌های پروانه‌ای لاگ از شیارهای رزوه‌ دار برای نصب شیر به فلنج‌های لوله‌کشی با استفاده از اتصالات پیچ‌دار استفاده می‌کنند. از سوی دیگر، شیرهای پروانه‌ای به سبک ویفری دارای بند اتصال نیستند. آنها معمولاً دارای چهار سوراخ، برای تراز ولو با لوله های متصل هستند. شیر بین دو فلنج لوله کشی محکم بسته شده است.

ولو پروانه ای لاگ برای کاربری پایان خط لوله مناسب هستند اما شیرهای پروانه ای ویفری را نمی توان برای پایان خطوط لوله استفاده کرد. در صورت نیاز به تعمیر و نگهداری در خط دارای شیر پروانه ای ویفر، کل خط باید خاموش شود.

شیرهای پروانه ای ویفری در مقایسه با شیرهای پروانه ای لاگ سبک تر و ارزان تر هستند.

برای مشاهده تصاویر انواع مختلف ولو های پروانه ای به تصاویر زیر مراجعه کنید.

سایزینگ شیر پروانه ای

اندازه ولوهای پروانه ای (Butterfly valve) که برای اهداف کنترلی استفاده می شوند توسط قطر اسمی لوله تعیین نمی شود. اندازه بر اساس ویژگی های عملیاتی و فرآیندی برای دستیابی به پارامترهای های کنترل صحیح سیال تعیین می شود. برای تعیین اندازه ولو، مشخصات زاویه باز شدن باید در نظر گرفته شود. به طور معمول، شیرهای پروانه ای با مشخصات تقریباً برابر، با زاویه باز شوندگی دهانه ۶۰درجه طراحی می شوند.

حداکثر ظرفیت ولو بر اساس ریتینگ بدنه شیر و یا توانایی شات آف نشیمن شیر مشخص میشود، هر کدام که کمتر باشد.

مزایای شیرهای پروانه ای

دریچه های پروانه ای در مقایسه با انواع دیگر شیرها مزایای بسیاری را به ما ارائه می دهند، از جمله:

• طراحی جمع و جور؛ فضای کم مورد نیاز
• سبک وزن؛ به راحتی توسط سیستم لوله کشی پشتیبانی می شود
• مواد اولیه کمتر و هزینه کمتر
• عملیات سریع؛ زمان باز یا بسته شدن کمتر
• نصب آسان
• عملکرد ساده به دلیل گشتاور عملیات کم
• موجود در سایزهای بسیار بزرگ
• بهره وری انرژی بهبود یافته است
• افت فشار کم و بازیابی فشار بالا
• طول عمر بالا
• ساخت نسبتاً ارزان
• تعداد قطعات کمتر؛ از این رو، تعمیر و نگهداری کاهش می یابد.
• شیرهای پروانه ای برای اهداف کنترلی با مشخصات جریان خطی،برای باز شدن بین ۳۰ تا ۷۰ درجه مناسب هستند.
• شیر پروانه ای نسبت کارکرد بسیار خوبی از ۳۰:۱ تا ۱۰۰:۱ ارائه می دهد. (نسبت جریان ماکسیمم شیر به مینیمم در شیرهای کنترلی (Control Valve))

معایب ولوهای پروانه ای (Butterfly valve)

با وجود مزایی که ذکر شد، معایب کمی نیز برای ولوهای پروانه ای وجود دارد که در زیر ذکر شده است:

• کاربرد Throttling به خاطر اختلاف فشار کم، محدود است
• حرکت دیسک تحت تاثیر تلاطم جریان است
• دیسک شیر همیشه تحت فشار است و می تواند جریان را حتی در حالت باز قطع کند
• احتمال کاویتاسیون و جریان خفگی وجود دارد
• عملکرد آب بندی ضعیف
• برای اختلاف فشارهای بالا مناسب نیست

مقایسه شیرهای پروانه ای (Butterfly valve) و شیرهای دروازه ای (Gate valve)

تفاوت های اصلی بین شیر پروانه ای و شیر دروازه ای در جدول زیر آورده شده است :

مقایسه شیرهای توپی (Ball valve) و شیرهای پروانه ای (Butterfly valve)

تفاوت های اصلی بین شیر پروانه ای و شیرهای توپی (Ball Valve) در زیر به صورت جدولی ارائه شده است.

نمادهای شیرهای پروانه ای (باترفلای ولو)

از نمادهای زیر به عنوان نماد شیر پروانه ای در نقشه های ایزومتریک و P&ID استفاده می شود.

استاندارد شیر پروانه ای

شیرهای پروانه ای صنعتی بر اساس استانداردهای شیر پروانه ای زیر طراحی می شوند:

• API 609
• MSS SP-67
• BS EN 593
• ISO 5752
• MSS SP-68
• AWWA C504

جنس شیر پروانه ای

مواد زیر معمولا برای اجزای شیر پروانه ای استفاده می شود:

انتخاب و خرید شیرهای پروانه ای (Butterfly Valve)

هنگام سفارش این نوع شیر باید داده های زیر در اختیار سازنده شیر پروانه ای قرار گیرد:

• فشار یا کلاس فلنج
• وزن مخصوص، ویسکوزیته، محتوای مواد، ترکیب سیال مورد استفاده.
• افت فشار یا Cv مورد نیاز (حداکثر)
• نرخ جریان
• دمای عملیاتی و طراحی
• مسیر خطوط لوله کشی
• جنس بدنه شیر، دیسک و نشیمن
• قطر شیر یا قطر لوله متصل

اصول کار شیر پروانه ای

شیر پروانه ای بر اساس اصل قطع سریع کار می کند. دیسک دایره ای (پروانه ای) شیر در مرکز لوله قرار می گیرد که به یک میله اجازه می دهد تا از طریق یک محرک در سمت بیرونی شیر، آن را بچرخاند. با استفاده از چرخ دستی، دیسک فلزی چرخانده می شود تا دیسک را موازی یا عمود بر جریان نگه دارد و جریان را باز یا بسته می کند. بنابراین، اصل عملکرد شیرهای پروانه ای نسبتاً ساده است. انیمیشن زیر توسط گروه GEMU آماده شده به وضوح عملکرد شیر پروانه ای را نشان می دهد.

منابع:

https://whatispiping.com

https://hardhatengineer.com