شیرهای پروانه‏ای

سابقه استفاده از شیرهای پروانه‏ای به سال‏های بسیار دور برمی‏گردد. این شیرها برای اولین بار در دهه 1930 میلادی معرفی شدند و از آن زمان تا کنون، برای کاربری‏های متنوعی در چندین صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند. نام این شیرها که اغلب چدنی هستند بر اساس نوع عملکرد دیسک داخل شیر انتخاب شده است. اگر چه چندین نوع مختلف از شیرهای پروانه‏ای وجود دارد، اما همه آنها به طور کلی در دو گروه اصلی طبقه‏بندی می‏شوند: مدل لاگ و مدل ویفری.

شیرهای پروانه‏ای در گروه شیرهای «ربع-گرد» قرار دارند. زمانی که دیسک فلزی که جزئی از طراحی شیر به شمار می‏رود به اندازه یک ربع دایره می‏چرخد، جریان را باز یا بسته می‏‏‏کند. این دیسک که به آن پروانه می‏گویند، به یک میله متصل شده است. زمانی که شیر پروانه‏ای کاملا باز است، دیسک می‏چرخد (به اندازه ربع دایره) و به جریان سیال اجازه عبور کامل را می‏دهد. علاوه بر آن، می‏توان به منظور کم کردن جریان، شیر را به تدریج نیز باز کرد. چرخاندن پروانه شیر (دیسک) به منظور بستن آن، جلوی عبور جریان را می‏گیرد؛ چرا که دیسک همیشه نسبت به جریان در وضعیت عمودی یا موازی قرار دارد و در نتیجه، بدون توجه به وضعیتی که دیسک دارد همیشه فشار کاهش پیدا می‏کند.

شیر پروانه‏ای ویفری

وظیفه شیر پروانه‏ای ویفری آن است که امکان درزبندی کامل را در برابر اختلاف فشار دو طرفه در جریان سیال به وجود آورد. به عبارت دیگر، مدل ویفری شیر پروانه‏ای با هدف ایجاد یک درزبندی محکم در مقابل اختلاف فشار جریان‏های دوطرفه و پیشگیری از امکان هر گونه برگشت جریان در سیستم‏هایی که برای جریان‏های یک طرفه تولید شده‏اند، طراحی شده است. این عمل با استفاده از یک عامل درزبند بسیار محکم مانند یک گسکت حلقه‏ای O شکل ماشین‏کاری شده دقیق، به همراه رویه مسطح شیر (FF) در بخش بالادستی و پایین دستی شیر صورت می‏گیرد.

هم شیرهای لاگ و هم شیرهای ویفری در بخش‏های صنعتی و در کاربری‏هایی مورد استفاده قرار می‏گیرند که شامل فرآوری مواد غذایی، مواد دارویی، مواد شیمیایی، نفت، آب، و مدیریت فاضلاب می‏شود. شیرهای به کار رفته در این صنایع به طور معمول با «استاندارد کیفی/تولید مواد دارویی» و دستورالعمل‏های راهنمای cGMP (فعالیت‏ها و روش‏های فعلی تولیدی کالا) مطابقت دارند. امروزه در بسیاری از صنایع، به جای شیرهای توپی از شیرهای پروانه‏ای استفاده می‏شود؛ به ویژه در صنایعی که با مواد نفتی سر و کار دارند، چرا که این شیرها کم هزینه‏تر هستند و نصب آنها نیز آسان‏تر است. باید به این نکته نیز توجه نمود که نمی‏توان برای تمیز کردن خطوط لوله‏ای که شامل شیرهای پروانه‏ای هستند از روش توپرانی استفاده کرد؛ توپرانی فرآیندی است که در آن با استفاده از وسایلی به نام پیگ، مجموعه عملیات مختلف تعمیر و نگهداری صورت می‏گیرد.

سابقه استفاده از شیرهای پروانه‏ای به سال‏های بسیار دور برمی‏گردد. این شیرها برای اولین بار در دهه 1930 میلادی معرفی شدند و از آن زمان تا کنون، برای کاربری‏های متنوعی در چندین صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند. نام این شیرها که اغلب چدنی هستند بر اساس نوع عملکرد دیسک داخل شیر انتخاب شده است. اگر چه چندین نوع مختلف از شیرهای پروانه‏ای وجود دارد، اما همه آنها به طور کلی در دو گروه اصلی طبقه‏بندی می‏شوند: مدل لاگ و مدل ویفری.

شیرهای پروانه‏ای در گروه شیرهای «ربع-گرد» قرار دارند. زمانی که دیسک فلزی که جزئی از طراحی شیر به شمار می‏رود به اندازه یک ربع دایره می‏چرخد، جریان را باز یا بسته می‏‏‏کند. این دیسک که به آن پروانه می‏گویند، به یک میله متصل شده است. زمانی که شیر پروانه‏ای کاملا باز است، دیسک می‏چرخد (به اندازه ربع دایره) و به جریان سیال اجازه عبور کامل را می‏دهد. علاوه بر آن، می‏توان به منظور کم کردن جریان، شیر را به تدریج نیز باز کرد. چرخاندن پروانه شیر (دیسک) به منظور بستن آن، جلوی عبور جریان را می‏گیرد؛ چرا که دیسک همیشه نسبت به جریان در وضعیت عمودی یا موازی قرار دارد و در نتیجه، بدون توجه به وضعیتی که دیسک دارد همیشه فشار کاهش پیدا می‏کند.

شیر پروانه‏ای لاگ

مدل لاگ از انواع شیرهای پروانه‏ای شبیه به یک شیر توپی سه تکه است که در آن، یک انتهای خط را می‏توان بدون آن که تاثیری بر سمت مقابل بگذارد جدا نمود. این عمل را می‏توان با استفاده از اجزای داخلی رزوه‏دار، فلنج‏ها، و نیز دو مجموهه از لاگ‏ها (پیچ‏ها) انجام داد؛ از آن جایی که هر فلنج پیچ‏های مخصوص به خود را دارد، در اینجا به مهره نیازی نخواهد بود. توجه به این نکته نیز مهم است که برای انجام عملیات تمیز کردن، بازرسی، تعمیر و یا جایگزین کردن یک شیر پروانه‏ای لاگ لازم نیست تمام سیستم متوقف شود (در حالیکه در مدل ویفری باید برای انجام اقدامات ذکر شده، کل سیستم را متوقف کرد).

شیر پروانه‏ای دوبل-آفست یا شیر پروانه‏ای با عملکرد و بهره‏وری بالا از یک دیسک و دو آفست تشکیل شده و می‏تواند تا فشار 1480 psi را نیز تحمل کند. در این شیر، مانند شیر تک-آفست (Single- Offset)، استم یا ساقه شیر پشت دیسک قرار گرفته است. در شیر پروانه‏ای با بهره‏وری بالا، استم آفست دوم یک بار دیگر از مرکز دیسک به یک طرف حرکت می‏کند. این تغییر محل قرارگیری آفست‏ها باعث می‏شود که دیسک به اندازه 90 درجه بچرخد و با یک تا سه بار چرخش 90 درجه‏ای، روی seat را بپوشاند.

شیر پروانه‏ای دوبل-آفست در سیستم‏هایی استفاده می‏شود که به مقاومت فشاری بالاتری نیاز دارند. در این شیر، دیسک در مرکز قطر داخلی لوله قرار می‏گیرد و میزان درزبندی را افزایش می‏دهد و احتمال سایش شیر را کم می‏کند. شیر پروانه‏ای با بهره‏وری بالا WKM، برای استفاده در فرآیندهای کنترل آب، نفت، بخار و گاز بسیار مناسب بوده و میزان هزینه‏ها را کاهش می‏دهد و از طراحی سبک وزنی نیز برخوردار است.

هم شیرهای پروانه‏ای با بهره‏وری بالا و هم شیرهای مقاوم می‏توانند با استفاده‏ از دسته‏ها، گیربکس ها و یا عملگرها کار کنند. این ابزار باعث حرکت کردن دیسک شیر تا نقطه بهینه مورد نظر می‏شوند و به این ترتیب، شیر به طور کامل بسته یا باز می‏شود. شیرهای پروانه‏ای مقاوم و با بهره‏وری بالا به طور عمده در صنایع پتروشیمیایی، شیمیایی و آبی استفاده می‏شوند، اما می‏توان از آنها در سیستم‏های کنترل سوخت، جریان برق و بسیاری از کاریری‏های دیگر نیز استفاده نمود.

آخرین نوع از شیرهای پروانه‏ای، شیر پرونه‏ای تریپل-آفست است. این شیر برای استفاده در کاربری‏های با شرایط دشوار که نیازمند عملکرد مطمئن تحت شرایط خاص و سخت هستند مناسب است. استم این شیر نیز دقیقا مانند شیر دوبل-آفست در پشت دیسک و به صورت آفست با یک طرف قرار گرفته است (دوبل-آفست). آفست سوم مربوط به محل قرارگیری سطح نشیمنگاه است. این سطح باعث ایجاد شکلی تقریبا مخروطی برای دیسک و seat می‏شود که تا زمانی که کاملا بسته شود، توسط یک اتصال خیلی ساده و کوچک بین سطوح نشیمن گاه، به صورت اتصال گوه‏ای در داخل seat جای می‏گیرد. به دلیل کاهش سطح تماس seat و دیسک، درزیندی بسیار محکم و کارآمد خواهد بود و طول عمر شیر نیز افزایش پیدا می‏کند.

آخرین نوع از شیرهای پروانه‏ای، شیر پرونه‏ای تریپل-آفست است. این شیر برای استفاده در کاربری‏های با شرایط دشوار که نیازمند عملکرد مطمئن تحت شرایط خاص و سخت هستند مناسب است. استم این شیر نیز دقیقا مانند شیر دوبل-آفست در پشت دیسک و به صورت آفست با یک طرف قرار گرفته است (دوبل-آفست). آفست سوم مربوط به محل قرارگیری سطح نشیمنگاه است. این سطح باعث ایجاد شکلی تقریبا مخروطی برای دیسک و seat می‏شود که تا زمانی که کاملا بسته شود، توسط یک اتصال خیلی ساده و کوچک بین سطوح نشیمن گاه، به صورت اتصال گوه‏ای در داخل seat جای می‏گیرد. به دلیل کاهش سطح تماس seat و دیسک، درزیندی بسیار محکم و کارآمد خواهد بود و طول عمر شیر نیز افزایش پیدا می‏کند.

مزایای شیرهای تریپل-آفست

- طراحی درزبندی مخروطی با «زاویه مناسب» و « عملکرد بادامکی (Cam-action)» این اطمینان را به وجود می‏آورد که اجزای فلزی درزبندی، تا قبل از آن که کاملا بسته شود به هیچ وجه در تماس با یکدیگر قرار نمی‏گیرند. در نتیجه این ویژگی می‏توان درزبندی را تکرار کرد و طول عمر شیر نیز افزایش پیدا می‏کند

- درزبندی فلز-به-فلز این اطمینان را به وجود می‏آورد که درزبندی به صورت کامل انجام شود و حتی یک قطره نشتی نیز وجود نداشته باشد. در نتیجه، عملکرد شیر بسیار کارآمد و بهینه خواهد بود.

- این شیرها برای استفاده در شرایط نامساعد مناسب هستند زیرا ساختار شیر به گونه‏ای طراحی شده که به طور معمول هیچ ماده یا الاستومری تحت تاثیر خوردگی قرار نمی‏گیرد.

- طراحی و جاگذاری قطعات در کل مجموعه به گونه‏ای صورت گرفته که در هیچ یک از اجزای شیر اصطکاک به وجود نمی‏آید. در نتیجه طول عمر شیر افزایش پیدا می‏کند و امکان استفاده از عملگر با گشتاور کمتر را فراهم می‏آورد.

- بین اجزای درزبندی هیچ گونه حفره‏ای وجود ندارد، در نتیجه میزان گرفتگی شیر و مسدود شدن آن به صفر رسیده، نیاز به عملیات تعمیر و نگهداری کاهش پیدا می‏کند و طول عمر شیر نیز بیشتر می‏شود