شیرهای پروانهای به دلیل طراحی جمع و جور و کنترل جریان کارآمد و مقرون به صرفه، به طور گسترده در صنایعی مانند تصفیه آب، نفت و گاز، HVAC و فرآوری شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرند.
با این حال، یکی از رایجترین مشکلات مربوط بهشیرهای پروانهاینشتی است. نشتی میتواند به صورت داخلی (از طریق نشیمنگاه شیر) یا خارجی (اطراف ساقه شیر یا بدنه شیر) رخ دهد. نشتیها میتوانند جزئی یا عمده باشند و منجر به کاهش راندمان سیستم، یا خطرات جدی ایمنی، مشکلات زیستمحیطی یا خرابیهای پرهزینه شوند.
بنابراین، درک علل ریشهای این نشتیها و اجرای راهحلهای مؤثر برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد شیرآلات بسیار مهم است.
---
انواع نشتی شیر پروانهای
قبل از پرداختن به علل و راهحلها، ابتدا نشتیهای رایج در شیرهای پروانهای را طبقهبندی میکنیم:
الف) نشتی داخلی: سیال هنگامی که شیر در حالت بسته است از آن عبور میکند و این نشان میدهد که نشیمنگاه یا دیسک شیر نمیتواند آببندی محکمی ایجاد کند.
ب. نشت خارجی: سیال از بدنه شیر، معمولاً از اطراف ساقه شیر، پکینگ یا اتصال فلنج، خارج میشود و آببندی را به خطر میاندازد.
هر دو نوع نشتی میتوانند ناشی از عوامل طراحی، نصب، بهرهبرداری یا نگهداری باشند.
در ادامه، دلایل اصلی و راهحلهای مربوط به هر نوع نشتی را بررسی خواهیم کرد.
---
۱. واشرهای فرسوده یا آسیب دیده
یکی از دلایل رایج نشت داخلی، تخریب اجزای آببندی شیر (مانند آسترهای الاستیک یا نشیمنگاههای فلزی) است.
۱.۱ علل
- تخریب مواد: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض مایعات خورنده، دمای بالا یا اشعه ماوراء بنفش میتواند باعث سخت شدن، ترک خوردن یا از بین رفتن خاصیت ارتجاعی درزگیرها شود.
- مواد ساینده: سیالات حاوی شن، ماسه یا سایر ذرات به مرور زمان باعث خوردگی آببندها میشوند.
- افزایش سن: حتی در شرایط کمفشارتر، آببندها به طور طبیعی با گذشت زمان خراب میشوند و توانایی آنها برای قرارگیری در دیسک شیر کاهش مییابد. این روند پیری طبیعی و اجتنابناپذیر است.
- گشتاور بیش از حد: گشتاور محرکهای الکتریکی، پنوماتیکی و سایر محرکهای انتخاب شده بسیار بزرگ است و دیسک شیر هنگام بسته شدن فشار زیادی به نشیمنگاه شیر وارد میکند و باعث تغییر شکل یا حتی پارگی نشیمنگاه شیر میشود. حتی در صورت کارکرد دستی، اعمال گشتاور بیش از حد به شیرهای پروانهای با قطر بزرگ ممکن است باعث تغییر شکل یا آسیب به نشیمنگاه شیر شود.
۱.۲ راهکارها
- انتخاب مواد: مواد آببندی را طوری انتخاب کنید که با سیال و شرایط عملیاتی سازگار باشند. به عنوان مثال، برای مقاومت شیمیایی از PTFE، برای کاربردهای آبی از EPDM و برای سیالات پایه روغنی از Viton استفاده کنید.
- نگهداری منظم: یک برنامه نگهداری پیشگیرانه برای بازرسی و تعویض آببندها قبل از خرابی آنها اجرا کنید. این امر به ویژه در محیطهای سخت اهمیت دارد.
- پوشش محافظ: در کاربردهای سایشی، استفاده از شیرهایی با نشیمنگاههای پوشش داده شده یا سخت شده را برای افزایش طول عمر آببندها در نظر بگیرید.
- بهینه سازی عملگر: طبق اطلاعات گشتاور شیر پروانه ای که توسط سازنده ارائه شده است، یک عملگر با گشتاور مناسب انتخاب کنید، یا یک عملگر با محافظ گشتاور انتخاب کنید. علاوه بر این، هنگام کار دستی، باید از نیروی بیش از حد اجتناب شود. Zfa توصیه می کند که اگر مطمئن نیستید، می توانید از یک عملگر دسته ای یا چرخ دنده حلزونی با محدودیت گشتاور استفاده کنید.
- ---
۲. نصب نادرست
نشتی اغلب در اثر خطاهای هنگام نصب شیر ایجاد میشود و بر آببندیهای داخلی و خارجی تأثیر میگذارد.
۲.۱ علل
- عدم همترازی: اگر شیر به درستی با لوله همتراز نباشد، ممکن است دیسک به درستی در جای خود قرار نگیرد و در نتیجه نشتی داخلی ایجاد شود.
- گشتاور ناکافی: سفت نکردن کافی پیچهای فلنج میتواند باعث نشتی خارجی در محل اتصال لوله شیر شود.
- سفت کردن بیش از حد: گشتاور بیش از حد میتواند باعث تغییر شکل بدنه یا نشیمنگاه شیر شود که میتواند از بسته شدن کامل دیسک جلوگیری کرده و باعث نشت داخلی شود.
۲.۲ راه حل
- بررسی همترازی: در حین نصب، از ابزار همترازی برای اطمینان از قرارگیری شیر در مرکز لوله استفاده کنید. همچنین لازم است تأیید شود که دیسک آزادانه و بدون تماس با دیواره لوله حرکت میکند.
- مشخصات گشتاور: برای پیچهای فلنج، مقدار گشتاور توصیه شده توسط سازنده را رعایت کنید و از یک آچار گشتاور کالیبره شده برای دستیابی به فشردگی یکنواخت واشر استفاده کنید.
- انتخاب واشر: از واشرهای باکیفیت و با خاصیت ارتجاعی بالا که با جنس شیر و لوله سازگار هستند استفاده کنید. همچنین مطمئن شوید که اندازه واشر مناسب است تا از فشردگی یا شکاف بیش از حد جلوگیری شود.
- ---
۳. تداخل دیسک
نشت داخلی ممکن است زمانی رخ دهد که دیسک به دلیل تداخل فیزیکی با لوله یا فلنج اطراف، نتواند به طور کامل بسته شود.
۳.۱ علت
- عدم تطابق قطر لوله: اگر قطر داخلی لوله خیلی کوچک باشد، ممکن است دیسک هنگام بسته شدن به دیواره لوله برخورد کند.
- طراحی فلنج: فلنجهای برجسته یا سطوح جفت شونده با اندازه نامناسب میتوانند مانع حرکت دیسک شوند.
- تجمع ذرات جامد: مواد جامد یا رسوبی که درون شیر جمع میشوند، میتوانند مانع از قرارگیری صحیح دیسک در جای خود شوند.
۳.۲ راه حل
- تأیید سازگاری: قبل از نصب، تأیید کنید که قطر دیسک شیر با قطر داخلی لوله سازگار است.
- تنظیم فلنج: برای اطمینان از فاصله دیسک، از استانداردهایی مانند ANSI یا DIN برای استفاده از فلنجهای تخت یا واشرها پیروی کنید.
- کار تمیزکاری: قبل از باز کردن شیر، سیستم را برای حذف رسوبات شستشو دهید و در صورت امکان فیلترهای بالادست را نصب کنید تا از تجمع بیشتر آنها جلوگیری شود.
۴. بستهبندی ناموفق ساقه
نشتی خارجی معمولاً در اطراف ساقه شیر رخ میدهد که به دلیل مشکلات مربوط به پکینگ یا آببندهایی است که از خروج سیال در امتداد محور جلوگیری میکنند.
۴.۱ علت
- سایش: با گذشت زمان، مواد پکینگ مانند PTFE یا گرافیت به دلیل حرکت یا فشار ساقه دچار سایش میشوند.
- نوسانات دما: بر اساس اصل انبساط و انقباض حرارتی، نوسانات مکرر دما میتواند باعث کوچک شدن، شل شدن و حتی پارگی پکینگ شود.
- تنظیم نادرست: اگر گلند پکینگ خیلی شل باشد، ممکن است سیال نشت کند؛ اگر خیلی سفت باشد، ممکن است به ساقه سوپاپ آسیب برساند یا حرکت آن را محدود کند.
۴.۲ راه حل
- نگهداری بستهبندی: مرتباً مواد بستهبندی فرسوده را بررسی و تعویض کنید.
- ملاحظات دمایی: مواد پکینگ مناسب برای محدوده دمایی سیستم، مانند مواد گرافیتی انعطافپذیر برای کاربردهای با دمای بالا، را انتخاب کنید.
- تنظیم گلند: گلند پکینگ را تا گشتاور مشخص شده توسط سازنده محکم کنید، پس از تنظیم، نشتی را بررسی کنید و از فشرده سازی بیش از حد خودداری کنید.
---
۵. فشار یا دمای بیش از حد
وقتی شرایط عملیاتی از حد طراحی شیر فراتر رود، ممکن است نشتی رخ دهد و بر آببندیهای داخلی و خارجی تأثیر بگذارد.
۵.۱ علل
- فشار بیش از حد: فشار بیش از حد مجاز شیر میتواند باعث تغییر شکل نشیمنگاه یا دیسک شیر شود و آببندی آن را غیرممکن سازد.
- انبساط حرارتی: دمای بالا میتواند باعث انبساط ناهموار اجزا شود و باعث فرسودگی، نرم شدن یا حتی کربنیزاسیون آببند شود که میتواند بر تناسب سطح آببندی تأثیر بگذارد، آببند را شل کند یا باعث نشتی خارجی در محل اتصال شود.
- شکنندگی در سرما: در شرایط زیر -10 درجه، ممکن است آببند شکننده شده و ترک بخورد و باعث نشتی شود.
۵.۲ راهکارها
- رتبهبندی فشار و دمای مناسب: شیرهایی با رتبهبندی فشار و دمایی که از حداکثر شرایط سیستم فراتر میروند را انتخاب کنید و حاشیه ایمنی را در نظر بگیرید.
- کاهش فشار: برای جلوگیری از فشار بیش از حد، یک شیر اطمینان یا تنظیم کننده فشار بالادست نصب کنید.
- عایقبندی/گرمایش: در آب و هوای سرد، برای جلوگیری از یخزدگی، از روکشهای عایق یا پوششهای حرارتی استفاده کنید.
۵.۳ جدول مقایسه دمای مواد
در زیر محیطها و محدودههای دمایی مربوط به آببندهای ساخته شده از مواد مختلف آمده است.
| نام | کاربردها | درجه بندی دما |
|---|---|---|
| ای پی دی ام | آب، آب آشامیدنی، آب دریا، الکلها، محلولهای نمکهای آلی، محلولهای اسید معدنی، بازهای معدنی قلیایی | -10℃ تا 110℃ |
| NBR | روغنهای معدنی و گیاهی، گاز، هیدروکربنهای غیر آروماتیک، چربیهای حیوانی، چربیهای گیاهی، هوا | -10℃ تا 80℃ |
| ویتون | اسیدها، چربیها، هیدروکربنها، روغنهای گیاهی و معدنی، سوختها | -15℃ تا 180℃ |
| لاستیک طبیعی | نمکها، اسید هیدروکلریک، محلولهای پوشش فلزی، کلر مرطوب. | -10℃ تا 70℃ |
| لاستیک سیلیکونی | مقاومت در برابر دمای پایین و بالا، گرید غذایی، هیدروکربنها، اسیدها، بازها، عوامل جوی | -10℃ تا 160℃ |
| PU | کاربردهای شیمیایی غیرتهاجمی مانند آب، فاضلاب و آب دریا | -29℃ تا 80℃ |
| اچ ان بی آر | آب، آب آشامیدنی، فاضلاب. | -53℃ تا 130℃ |
| هیپالون | انحلال اسیدهای معدنی، اسیدهای آلی و معدنی، مواد اکسیدکننده، | -10℃ تا 80℃ |
| PTFE | آب، روغن، بخار، هوا، دوغاب و سیالات خورنده | -30℃ تا 130℃ |
| گرافیت SS+ | محیطهای با دما و فشار بالا، مانند سیستمهای بخار، صنایع شیمیایی و نفتی. | -200 درجه سانتیگراد تا 550 درجه سانتیگراد |
| SS+استلایت | همه متوسط | -200 درجه سانتیگراد تا 600 درجه سانتیگراد |
---
۶. کاویتاسیون و خوردگی
۶.۱ کاویتاسیون چیست؟
کاویتاسیون در اثر افت ناگهانی فشار محیط مایع به فشار بخار مایع در قسمت خفه کننده شیر (مانند بین صفحه پروانه ای و نشیمنگاه شیر) ایجاد می شود و منجر به گاز شدن موضعی مایع و تشکیل حباب می شود. هنگامی که این حباب ها به همراه سیال به ناحیه پرفشار منتقل می شوند، به سرعت متلاشی می شوند و امواج ضربه ای و میکروجت هایی ایجاد می کنند که به نوبه خود باعث فرسایش و آسیب به سطح آب بندی شیر، نشیمنگاه شیر و بدنه شیر می شوند.
اگرچه کاویتاسیون و خوردگی در درجه اول یک مشکل عملکردی هستند، اما میتوانند به طور غیرمستقیم با آسیب رساندن به سطح آببندی باعث نشتی شوند.
۶.۲ خوردگی چیست؟
خوردگی در اثر واکنشهای شیمیایی یا الکتروشیمیایی روی سطح ماده شیر پروانهای به دلیل تماس طولانی مدت با محیطهای خورنده (مانند اسید، قلیا، محلول نمک یا بخار با دمای بالا) ایجاد میشود و در نتیجه به سطح آببندی شیر، ساقه شیر، نشیمنگاه شیر یا بدنه شیر آسیب میرساند.
۶.۳ علل
- افت فشار بالا: تغییرات سریع فشار باعث ترکیدن حبابها میشود که باعث خوردگی دیسک یا نشیمنگاه شیر میشود.
- جریان خورنده: محیط حاوی اسیدها، قلیاها، نمکها و غیره است که مستقیماً با سطح فلز واکنش میدهند و باعث میشوند سطح آببندی و بدنه شیر به تدریج حل شوند یا خورده و نازک شوند.
- مواد ساینده: سیالات پرسرعت حاوی ذرات، به مرور زمان لبه آببندی را ساییده میکنند.
۶.۴ راهکارها
- کنترل جریان: اندازه شیر را به درستی تعیین کنید تا افت فشار به حداقل برسد و از محاسبات ضریب جریان (Cv) برای برآورده کردن نیازهای سیستم استفاده کنید.
- ارتقاء مواد: مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ یا پوششهای سطح سخت را برای دیسکهای سوپاپ و نشیمنگاه سوپاپ انتخاب کنید.
- طراحی سیستم: با افزایش قطر لوله یا اضافه کردن یک وسیله کاهنده فشار در بالادست، دبی جریان را کاهش دهید.
جدول ارزش CV 6.5
| مقدار Cv - ضریب نرخ جریان DN50 تا DN1400 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| اندازه (میلیمتر) | ۱۰ درجه | ۲۰ درجه | ۳۰ درجه | ۴۰ درجه | ۵۰ درجه | ۶۰ درجه | ۷۰ درجه | ۸۰ درجه | ۹۰ درجه |
| 50 | ۰.۱ | 5 | 12 | 24 | 45 | 64 | 90 | ۱۲۵ | ۱۳۵ |
| 65 | ۰.۲ | 8 | 20 | 37 | 65 | 98 | ۱۴۴ | ۲۰۴ | ۲۲۰ |
| 80 | ۰.۳ | 12 | 22 | 39 | 70 | ۱۱۶ | ۱۸۳ | ۲۷۵ | ۳۰۲ |
| ۱۰۰ | ۰.۵ | 17 | 36 | 78 | ۱۳۹ | ۲۳۰ | ۳۶۴ | ۵۴۶ | ۶۰۰ |
| ۱۲۵ | ۰.۸ | 29 | 61 | ۱۳۳ | ۲۳۷ | ۳۹۲ | ۶۲۰ | ۹۳۰ | ۱۰۲۲ |
| ۱۵۰ | 2 | 45 | 95 | ۲۰۵ | ۳۶۶ | ۶۰۵ | ۹۵۸ | ۱۴۳۷ | ۱۵۷۹ |
| ۲۰۰ | 3 | 89 | ۱۸۸ | ۴۰۸ | ۷۲۷ عدد | ۱۲۰۲ | ۱۹۰۳ | ۲۸۵۴ عدد | ۳۱۳۶ عدد |
| ۲۵۰ | 4 | ۱۵۱ | ۳۲۰ | ۶۹۴ | ۱۲۳۷ | ۲۰۴۷ | ۳۲۴۰ | ۴۸۵۹ عدد | ۵۳۴۰ عدد |
| ۳۰۰ | 5 | ۲۳۴ | ۴۹۵ | ۱۰۷۲ | ۱۹۱۱ | ۳۱۶۲ عدد | ۵۰۰۵ | ۷۵۰۷ عدد | ۸۲۵۰ |
| ۳۵۰ | 6 | ۳۳۸ | ۷۱۵ عدد | ۱۵۴۹ | ۲۷۶۱ | ۴۵۶۸ عدد | ۷۲۳۰ عدد | ۱۰۸۴۴ | ۱۱۹۱۷ |
| ۴۰۰ | 8 | ۴۶۴ | ۹۸۳ | ۲۱۳۰ | ۳۷۹۷ عدد | ۶۲۸۲ | ۹۹۴۲ | ۱۴۹۱۳ | ۱۶۳۸۸ |
| ۴۵۰ | 11 | ۶۱۵ عدد | ۱۳۰۲ | ۲۸۲۲ | ۵۰۲۸ | ۸۳۲۰ عدد | ۱۳۱۶۸ | ۱۹۷۵۲ | ۲۱۷۰۵ |
| ۵۰۰ | 14 | ۷۹۱ | ۱۶۷۴ | ۳۶۲۸ عدد | ۶۴۶۵ عدد | ۱۰۶۹۸ | ۱۶۹۳۱ | ۲۵۳۹۶ | ۲۷۹۰۸ |
| ۶۰۰ | 22 | ۱۲۲۲ | ۲۵۸۷ عدد | ۵۶۰۵ | ۹۹۸۹ | ۱۶۵۲۸ | ۲۶۱۵۷ | ۳۹۲۳۶ | ۴۳۱۱۶ |
| ۷۰۰ | 36 | ۱۸۱۳ | ۳۶۳۹ | 6636 | ۱۰۰۰۰ | ۱۴۹۴۹ | ۲۲۷۶۹ | ۳۴۸۹۸ | ۴۹۵۰۰ |
| ۸۰۰ | 45 | ۲۳۸۷ عدد | ۴۷۹۱ | ۸۷۳۶ عدد | ۱۳۷۸۸ | ۲۰۶۱۳ | ۳۱۳۹۵ | ۴۸۱۱۷ | ۶۸۲۵۰ |
| ۹۰۰ | 60 | 3021 | 6063 | ۱۱۰۵۵ | ۱۷۴۴۹ | ۲۶۰۸۶ | ۳۹۷۳۱ | ۶۰۸۹۵ | ۸۶۳۷۵ |
| ۱۰۰۰ | 84 | ۴۱۸۳ | ۸۳۹۵ عدد | ۱۵۳۰۷ | ۲۴۱۵۹ | ۳۶۱۶۶ | ۵۵۰۸۴ | ۸۴۴۲۵ | ۱۱۹۷۵۰ |
| ۱۲۰۰ | ۱۰۶ | ۵۳۷۰ عدد | ۱۰۷۴۱ | ۱۹۶۴۱ | ۳۰۶۹۰ | ۴۶۰۶۵ | ۷۰۵۸۷ | ۱۰۷۵۶۸ | ۱۵۳۴۵۰ |
| ۱۴۰۰ | ۱۷۴ | ۸۵۸۵ عدد | ۱۷۱۷۱ | ۳۱۳۹۸ | ۴۹۰۶۰ | ۷۳۵۹۰ | ۱۱۲۸۳۸ | ۱۷۱۷۱۰ | ۲۴۵۳۰۰ |
---
۷. نقصهای تولیدی
گاهی اوقات، نشتیها از نقص در ساختار شیر سرچشمه میگیرند که میتوان آنها را در طول استفاده اولیه یا آزمایش تشخیص داد.
۷.۱ علل
- عیوب ریختهگری: تخلخل یا ترک در بدنه شیر میتواند باعث نشتی خارجی شود.
- مشکلات سطح آببندی: ماشینکاری ناهموار دیسک یا نشیمنگاه میتواند از آببندی مناسب جلوگیری کند و در نتیجه باعث نشت داخلی شود.
- خطاهای مونتاژ: نصب نادرست آببندها یا عدم تراز صحیح قطعات در حین ساخت میتواند باعث نشتی شود.
۷.۲ راهکارها
- تضمین کیفیت: از تولیدکنندگان معتبر دارای گواهینامههایی مانند ISO 9001 خرید کنید و برای تأیید عدم نشتی، گزارش تست فشار (مثلاً طبق API 598) درخواست کنید.
- آزمایش قبل از نصب: قبل از نصب، آزمایشهای نشت هیدرواستاتیک یا پنوماتیک را برای شناسایی نقصها انجام دهید و واحدهای معیوب را به تأمینکننده برگردانید.
- موارد گارانتی: مطمئن شوید که شیر دارای گارانتی است که نقصهای تولید را پوشش میدهد تا در صورت تشخیص زودهنگام نشتی، بتوان آن را تعویض کرد.
---
۸. نتیجهگیری
شیر پروانهاینشتی، حل این مشکلات نیازمند ترکیبی از انتخاب شیر مناسب، نصب دقیق، نگهداری منظم و بهینهسازی سیستم است. با انتخاب مواد مناسب برای کاربرد، پیروی از دستورالعملهای نصب و نظارت بر شرایط عملیاتی، کاربران میتوانند خطر نشتی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
نشتی شیر پروانهایمشکلات ممکن است ناشی از عوامل مختلفی باشند و برای انواع مختلف نشتی، راهحلهای متفاوتی مورد نیاز است. چه نشتی داخلی باشد و چه نشتی خارجی، معمولاً میتوان آن را به آببندهای فرسوده، خطاهای نصب، تداخل دیسک شیر، مشکلات پکینگ ساقه شیر، فشار/دمای بیش از حد، نقص در ساخت یا خوردگی نسبت داد. خطر نشتی شیرهای پروانهای را میتوان از طریق انتخاب معقول، نصب صحیح، نگهداری منظم و عملکرد بهینه به طور مؤثر کاهش داد. برای کاربردهای حیاتی، مشاوره با تولیدکنندگان شیر یا مهندسان سیستم میتواند عملکرد بدون نشتی را بیشتر تضمین کرده و ایمنی سیستم و راندمان عملیاتی را بهبود بخشد.