شیر پروانه‌ای فلنج‌دار: مروری جامع

در بخش کنترل سیالات صنعتی،شیرهای پروانه‌اینقش مهمی در تنظیم، هدایت و جداسازی جریان مایعات، گازها و دوغاب‌ها در خطوط لوله ایفا می‌کنند. شیر پروانه‌ای فلنج‌دار یکی از انواع اتصالات است که دارای فلنج‌های یکپارچه در دو انتهای بدنه شیر است و امکان اتصال پیچ و مهره‌ای ایمن به فلنج‌های لوله را فراهم می‌کند.

مکانیزم چرخش یک چهارم دور یکشیر پروانه ای فلنج دارآن را از شیرهای خطی مانند شیرهای دروازه‌ای یا کروی متمایز می‌کند و مزایایی در سرعت و بهره‌وری فضا ارائه می‌دهد.

این مقاله به جزئیات شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دار می‌پردازد و طراحی، انواع، مواد، کاربردها، مزایا و معایب، نصب، نگهداری، مقایسه با سایر شیرها و روندهای آینده آنها را پوشش می‌دهد.

۱. تعریف و اصل عملکرد

شیر پروانه‌ای فلنج‌دار، شیری با حرکت چرخشی ۹۰ درجه است که با دیسکی مشخص می‌شود که جریان سیال را از طریق چرخش ساقه کنترل می‌کند. بدنه شیر در هر دو انتها دارای فلنج برای اتصال مستقیم پیچ و مهره‌ای به خط لوله است. شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دار دارای فلنج‌های برجسته یا صاف با سوراخ‌های پیچ هستند که اتصالی محکم‌تر و پایدارتر را برای کاربردهای فشار کم، متوسط ​​و بالا و همچنین قطرهای کوچک، متوسط ​​و بزرگ فراهم می‌کنند.

اصل عملکرد ساده و مؤثر است. یک شیر از بدنه شیر، دیسک شیر، ساقه شیر، نشیمنگاه شیر و محرک تشکیل شده است. هنگامی که یک دسته یا چرخ دنده عمل می‌کند، یا ساقه شیر توسط یک محرک خودکار می‌چرخد، دیسک شیر از موقعیت موازی با مسیر جریان (کاملاً باز) به موقعیت عمود (کاملاً بسته) می‌چرخد. در موقعیت باز، دیسک شیر با محور خط لوله همسو می‌شود و مقاومت جریان و افت فشار را به حداقل می‌رساند. هنگامی که بسته است، دیسک شیر در مقابل نشیمنگاه داخل بدنه شیر آب‌بندی می‌شود.

این مکانیزم امکان عملکرد سریع شیر را فراهم می‌کند، که معمولاً فقط به چرخش ۹۰ درجه نیاز دارد و آن را سریع‌تر از شیرهای چند چرخشی می‌کند. شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دار می‌توانند جریان دو طرفه را کنترل کنند و معمولاً مجهز به نشیمنگاه‌های انعطاف‌پذیر یا فلزی هستند تا قطع و وصل محکم را تضمین کنند. طراحی آنها، آنها را به ویژه برای سیستم‌هایی که نیاز به تعویض مکرر دارند یا در جایی که فضا محدود است، مناسب می‌کند.

 

۲. اجزا

اجزای اصلی شامل:

- بدنه شیرمحفظه بیرونی، که معمولاً دارای ساختار دو فلنجی است، اتصالات سازه‌ای را فراهم می‌کند و اجزای داخلی را در خود جای می‌دهد. فولاد کربنی برای مصارف عمومی، فولاد ضد زنگ برای مقاومت در برابر خوردگی، برنز نیکل-آلومینیوم برای محیط‌های دریایی و فولاد آلیاژی برای شرایط سخت استفاده می‌شود.

- دیسک سوپاپ:عنصر چرخان، که در طرح‌های ساده یا مسطح موجود است، جریان را کنترل می‌کند. دیسک را می‌توان برای افزایش عملکرد، در مرکز یا خارج از مرکز قرار داد. فولاد ضد زنگ، برنز آلومینیومی یا روکش شده با نایلون برای مقاومت در برابر سایش بهبود یافته.

- ساقه: شفت متصل کننده دیسک شیر به محرک، نیروی چرخشی را منتقل می کند. فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای با استحکام بالا گشتاور را تحمل می کنند.

معمولاً از ساقه‌های دو تکه یا از میان شفت استفاده می‌شود که مجهز به آب‌بند برای جلوگیری از نشت هستند.

- صندلیسطح آب‌بندی از یک ماده الاستومری مانند EPDM یا PTFE ساخته شده است. EPDM (-20°F تا ۲۵۰°ف)، بونا-ن (0)°F تا ۲۰۰°F)، ویتون (-10°F تا ۴۰۰°F) یا PTFE (-100)°F تا ۴۵۰°F) برای آب‌بندهای نرم استفاده می‌شود؛ مواد فلزی مانند فولاد ضد زنگ یا اینکونل برای آب‌بندهای سخت در دمای بالا استفاده می‌شوند.

- محرک: به صورت دستی (دسته، چرخ دنده) یا با نیروی محرکه (پنوماتیک، برقی) کار می‌کند.

- بسته‌بندی و واشرهااز آب‌بندی‌های محکم و بدون نشت بین اجزا و اتصالات فلنج اطمینان حاصل کنید.

این اجزا با هم کار می‌کنند تا کنترل جریان قابل اعتمادی را فراهم کنند.

۳. انواع شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دار

شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دار را می‌توان بر اساس تراز دیسک، روش تحریک و نوع بدنه به صورت زیر دسته‌بندی کرد.

۳.۱ هم‌ترازی

- هم مرکز (آفست صفر): ساقه شیر از مرکز دیسک عبور می‌کند و دارای یک نشیمنگاه ارتجاعی است. این شیر برای کاربردهای فشار پایین با دمای تا 250 درجه سانتیگراد مناسب است.°F.

- آفست دوگانه: ساقه شیر در پشت دیسک و خارج از مرکز قرار گرفته است و باعث کاهش سایش نشیمنگاه می‌شود. این شیر برای کاربردهای فشار متوسط ​​و دماهای تا 400 درجه سانتیگراد مناسب است.°F.

- سه برابر شدن فاصله بین دو محور: زاویه نشیمنگاه مخروطی افزایش یافته، یک آب‌بندی فلز به فلز ایجاد می‌کند. این شیر برای فشار بالا (تا کلاس ۶۰۰) و دمای بالا (تا ۱۲۰۰) مناسب است.°و) کاربردها و الزامات نشت صفر را برآورده می‌کند.

۳.۲ روش فعال‌سازی

انواع محرک‌ها شامل دستی، پنوماتیکی، برقی و هیدرولیکی است که متناسب با نیازهای عملیاتی مختلف تنظیم می‌شوند.

۴. کاربردهای صنعتی

شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دار به طور گسترده در بخش‌های زیر استفاده می‌شوند:

- تصفیه آب و فاضلاب: برای تنظیم جریان در تصفیه‌خانه‌ها و سیستم‌های انحراف آب استفاده می‌شود. - فرآوری شیمیایی: کار با اسیدها، قلیاها و حلال‌ها نیاز به مواد مقاوم در برابر خوردگی دارد.

- نفت و گاز: لوله‌کشی برای نفت خام، گاز طبیعی و فرآیندهای پالایش.

سیستم‌های تهویه مطبوع: جریان هوا و آب را در شبکه‌های گرمایش و سرمایش کنترل می‌کند.

- تولید برق: مدیریت بخار، آب خنک‌کننده و سوخت.

- مواد غذایی و آشامیدنی: طراحی بهداشتی برای جابجایی مایعات به صورت آسپتیک.

- داروسازی: کنترل دقیق در محیط‌های استریل.

- صنایع دریایی و خمیر کاغذ و کاغذ: برای آب دریا، خمیر کاغذ و فرآوری شیمیایی استفاده می‌شود.

۵. مزایا و معایب شیرهای پروانه‌ای فلنجی

۵.۱ مزایا:

- جمع و جور و سبک، که هزینه‌های نصب و فضای مورد نیاز را کاهش می‌دهد.

- عملکرد سریع در یک چهارم چرخش و واکنش سریع.

- هزینه کمتر برای قطرهای بزرگتر.

- افت فشار کم در هنگام باز بودن، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و راندمان بالا.

- مناسب برای تعویض سیال با عملکرد آب‌بندی عالی.

- نگهداری آسان و سازگار با سیستم‌های اتوماسیون.

۵.۲ معایب:

- دیسک شیر هنگام باز بودن، مسیر جریان را مسدود می‌کند و منجر به مقداری افت فشار می‌شود. - ظرفیت محدود تنظیم فشار در کاربردهای فشار بالا، که به طور بالقوه باعث کاویتاسیون می‌شود.

- نشیمنگاه‌های نرم سوپاپ در محیط‌های ساینده سریع‌تر ساییده می‌شوند.

- بستن خیلی سریع ممکن است باعث ایجاد ضربه قوچ شود.

- برخی از طرح‌ها به گشتاور اولیه بالاتری نیاز دارند که مستلزم محرک‌های قوی‌تری است.

۶. نحوه نصب شیر پروانه‌ای

در حین نصب، فلنج شیر را با فلنج لوله تراز کنید و مطمئن شوید که سوراخ‌های پیچ‌ها با هم مطابقت دارند.

برای آب بندی، یک واشر قرار دهید.

با پیچ و مهره محکم کنید و به طور مساوی سفت کنید تا از اعوجاج جلوگیری شود.

شیرهای دو فلنجه نیاز به تنظیم همزمان هر دو طرف دارند؛ شیرهای نوع lug را می‌توان هر بار یک طرف پیچ کرد.

قبل از اعمال فشار، با چرخاندن شیر، میزان آزادی حرکت دیسک را بررسی کنید.

هنگام نصب عمودی، ساقه شیر باید به صورت افقی قرار گیرد تا از تجمع رسوب جلوگیری شود.

همیشه دستورالعمل‌های سازنده و استانداردهای آزمایش مانند API 598 را رعایت کنید.

۷. استانداردها و مقررات

شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دارباید با استانداردهای ایمنی و قابلیت همکاری مطابقت داشته باشد:

- طراحی: API 609, EN 593, ASME B16.34. - تست: API 598، EN 12266-1، ISO 5208.

- فلنج: ASME B16.5، DIN، JIS.

- گواهینامه ها: CE، SIL3، API 607‎‏‎ ‎‏ ...(ایمنی در برابر آتش).

۸. مقایسه با سایر شیرها

در مقایسه با شیرهای دروازه‌ای، شیرهای پروانه‌ای فلنج‌دار سریع‌تر عمل می‌کنند و قابلیت‌های تنظیم جریان را ارائه می‌دهند، اما در برابر جریان کمی مقاومت کمتری دارند.

در مقایسه با شیرهای توپی، این شیرها برای قطرهای بزرگتر اقتصادی‌تر هستند، اما در هنگام باز شدن، افت فشار بیشتری را تجربه می‌کنند.

شیرهای کروی (Globe Valves) دقت بهتری در تنظیم جریان دارند، اما بزرگتر و گران‌تر هستند.

به طور کلی، شیرهای پروانه‌ای در کاربردهایی که محدودیت فضا دارند و هزینه برایشان مهم است، برتری دارند.