تحلیل جامع شیرهای پروانه‌ای انعطاف‌پذیر

شیرهای پروانه‌ای انعطاف‌پذیرپرکاربردترین نوع شیر پروانه‌ای در خطوط لوله صنعتی هستند. آن‌ها از مواد الاستیک مانند لاستیک به عنوان سطح آب‌بندی استفاده می‌کنند و برای دستیابی به عملکرد آب‌بندی، به "انعطاف‌پذیری مواد" و "فشردگی ساختاری" تکیه دارند.
این مقاله نه تنها به معرفی ساختار، کاربردها و مواد می‌پردازد، بلکه آنها را از دانش عمومی تا منطق عمیق مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد.

۱. درک اولیه از شیرهای پروانه‌ای انعطاف‌پذیر (شرح مختصر)

۱.۱ ساختار پایه

بدنه شیر:معمولاً از نوع ویفری، نوع آویزی یا نوع فلنج‌دار.
دیسک سوپاپ:یک صفحه فلزی دایره‌ای که هنگام بسته شدن، نشیمنگاه لاستیکی را فشرده می‌کند تا آب‌بندی ایجاد شود.
صندلی شیر:ساخته شده از مواد الاستیک مانند NBR/EPDM/PTFE/Rubber Lined، که در کنار دیسک شیر کار می‌کند.
ساقه دریچه:بیشتر از طرح تک شافت یا دو شافت استفاده می‌کند.
محرک:دسته، چرخ دنده حلزونی، برقی، پنوماتیکی و غیره

۱.۲ ویژگی‌های مشترک

سطح آب‌بندی معمولاً به نشتی صفر می‌رسد.
کم هزینه و طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی.
بیشتر در سیستم‌های فشار کم تا متوسط ​​مانند آب، تهویه مطبوع، HVAC و صنایع شیمیایی سبک استفاده می‌شود.

۲. تصورات غلط در مورد شیرهای پروانه‌ای انعطاف‌پذیر

۲.۱ جوهره آب‌بندی، خاصیت ارتجاعی لاستیک است

بسیاری از مردم معتقدند: «صندلی‌های ارتجاعی برای آب‌بندی به خاصیت ارتجاعی لاستیک متکی هستند.»
جوهره واقعی آب بندی این است:
بدنه سوپاپ + فاصله مرکز ساق سوپاپ + ضخامت دیسک سوپاپ + روش تعبیه نشیمنگاه سوپاپ
با هم یک "منطقه فشرده سازی کنترل شده" ایجاد کنید.
به عبارت ساده:
لاستیک نمی‌تواند خیلی شل یا خیلی سفت باشد؛ این لاستیک به یک «ناحیه فشرده‌سازی آب‌بندی» متکی است که با دقت ماشینکاری کنترل می‌شود.
چرا این موضوع حیاتی است؟
کمپرس ناکافی: سوپاپ هنگام بسته شدن نشتی دارد.
فشرده سازی بیش از حد: گشتاور بسیار بالا، فرسودگی زودرس لاستیک.

۲.۲ آیا شکل دیسک ساده‌تر، از نظر انرژی کارآمدتر است؟

دیدگاه رایج: دیسک‌های شیر ساده می‌توانند افت فشار را کاهش دهند.
این موضوع طبق نظریه «مکانیک سیالات» درست است، اما به طور کامل در مورد کاربرد واقعی شیرهای پروانه‌ای ارتجاعی صدق نمی‌کند.
دلیل:
منبع اصلی افت فشار در شیرهای پروانه‌ای شکل دیسک شیر نیست، بلکه "اثر تونل میکروکانال" ناشی از انقباض لاستیک نشیمنگاه شیر است. دیسک شیر که خیلی نازک باشد، نمی‌تواند فشار تماس کافی را فراهم کند و به طور بالقوه منجر به ناپیوستگی خطوط آب‌بندی و نشتی می‌شود.
دیسک سوپاپ ساده می‌تواند نقاط فشار تیزی روی لاستیک ایجاد کند و طول عمر آن را کاهش دهد.
بنابراین، طراحی شیرهای پروانه‌ای با سیت نرم، «پایداری خط آب‌بندی» را بر ساده‌سازی آن در اولویت قرار می‌دهد.

۲.۳ شیرهای پروانه‌ای با سیت نرم فقط ساختار خط مرکزی دارند

اغلب در فضای آنلاین گفته می‌شود که شیرهای پروانه‌ای غیر هم‌مرکز باید از آب‌بندهای فلزی سخت استفاده کنند.
با این حال، تجربه مهندسی در دنیای واقعی نشان می‌دهد که:
خروج از مرکز مضاعف به طور قابل توجهی طول عمر شیرهای پروانه‌ای ارتجاعی را بهبود می‌بخشد.
دلیل:
خروج از مرکز دوگانه: دیسک سوپاپ فقط در ۲-۳ درجه آخر بسته شدن با لاستیک تماس پیدا می‌کند و اصطکاک را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
گشتاور کمتر، که منجر به انتخاب محرک اقتصادی‌تر می‌شود.

۲.۴ نکته اصلی در مورد نشیمنگاه لاستیکی، «نام جنس» آن است.*

بیشتر کاربران فقط روی موارد زیر تمرکز می‌کنند:
ای پی دی ام
NBR
ویتون (FKM)
اما آنچه واقعاً بر طول عمر تأثیر می‌گذارد عبارتند از:

۲.۴.۱ سختی ساحلی:

برای مثال، سختی Shore A EPDM به این معنی نیست که «هرچه نرم‌تر، بهتر.» معمولاً ۶۵ تا ۷۵ نقطه تعادل بهینه است که در فشار پایین (PN10-16) به نشتی صفر دست می‌یابد.
خیلی نرم: گشتاور کم اما به راحتی پاره می‌شود. در پیک‌های فشار بالا (>2 مگاپاسکال) یا محیط‌های متلاطم، لاستیک نرم بیش از حد فشرده می‌شود و باعث تغییر شکل اکستروژن می‌شود. علاوه بر این، دمای بالا (>80 درجه سانتیگراد) لاستیک را بیشتر نرم می‌کند.
خیلی سخت: آب‌بندی دشوار، به خصوص در سیستم‌های فشار پایین (کمتر از ۱ مگاپاسکال)، که در آن لاستیک نمی‌تواند به اندازه کافی فشرده شود تا یک رابط هوابند تشکیل دهد و منجر به ریزنشت می‌شود.

۲.۴.۲ دمای ولکانیزاسیون و زمان پخت

دمای ولکانیزاسیون و زمان پخت، اتصال عرضی زنجیره‌های مولکولی لاستیک را کنترل می‌کنند و مستقیماً بر پایداری ساختار شبکه و عملکرد طولانی مدت تأثیر می‌گذارند. محدوده معمول بین ۱۴۰ تا ۱۶۰ درجه سانتیگراد و به مدت ۳۰ تا ۶۰ دقیقه است. دمای خیلی بالا یا خیلی پایین منجر به پخت ناهموار و پیری سریع می‌شود. شرکت ما عموماً از ولکانیزاسیون چند مرحله‌ای (پیش پخت در ۱۴۰ درجه سانتیگراد و به دنبال آن پخت نهایی در ۱۵۰ درجه سانتیگراد) استفاده می‌کند. ۲.۴.۳ تنظیم فشار
مانایی فشاری به نسبت تغییر شکل دائمی اشاره دارد که لاستیک تحت تنش ثابت (معمولاً 25% تا 50% فشار، آزمایش شده در دمای 70 درجه سانتیگراد/22 ساعت، ASTM D395) متحمل می‌شود و نمی‌تواند به طور کامل بازیابی شود. مقدار ایده‌آل برای مانایی فشاری کمتر از 20% است. این مقدار "گلوگاه" برای آب‌بندی طولانی مدت شیر ​​است. فشار بالای طولانی مدت منجر به ایجاد شکاف‌های دائمی و تشکیل نقاط نشتی می‌شود.

۲.۴.۴ مقاومت کششی

الف. استحکام کششی (معمولاً >10 مگاپاسکال، ASTM D412) حداکثر تنشی است که لاستیک می‌تواند قبل از شکست کششی تحمل کند و برای مقاومت در برابر سایش و پارگی نشیمنگاه سوپاپ بسیار مهم است. میزان لاستیک و نسبت کربن سیاه، استحکام کششی نشیمنگاه سوپاپ را تعیین می‌کند.
در شیرهای پروانه‌ای، در برابر برش لبه دیسک شیر و ضربه سیال مقاومت می‌کند.

۲.۴.۵ بزرگترین خطر پنهان شیرهای پروانه‌ای، نشتی است.

در حوادث مهندسی، نشتی اغلب بزرگترین مشکل نیست، بلکه افزایش گشتاور است.
آنچه واقعاً منجر به خرابی سیستم می‌شود عبارت است از:
افزایش ناگهانی گشتاور → آسیب به چرخ‌دنده حلزونی → از کار افتادن عملگر → گرفتگی سوپاپ

چرا گشتاور ناگهان افزایش می‌یابد؟

- انبساط دمای بالای نشیمنگاه سوپاپ
- جذب آب و انبساط لاستیک (به خصوص EPDM با کیفیت پایین)
- تغییر شکل دائمی لاستیک به دلیل فشرده سازی طولانی مدت
- طراحی نامناسب فاصله بین ساقه سوپاپ و دیسک سوپاپ
- نشیمنگاه سوپاپ پس از تعویض به درستی نشکسته است.
بنابراین، «منحنی گشتاور» یک شاخص بسیار مهم است.

۲.۴.۶ دقت ماشینکاری بدنه شیر بی‌اهمیت نیست.

بسیاری از مردم به اشتباه معتقدند که آب‌بندی شیرهای پروانه‌ای با نشیمنگاه نرم عمدتاً به لاستیک متکی است، بنابراین الزامات دقت ماشینکاری بدنه شیر زیاد نیست.
این کاملاً اشتباه است.
دقت بدنه شیر تأثیر می گذارد:
عمق شیار نشیمنگاه شیر → انحراف فشار آب‌بندی، که به راحتی باعث ناهمراستایی در هنگام باز و بسته شدن می‌شود.
پخ ناکافی لبه شیار → خراشیدگی در حین نصب نشیمنگاه سوپاپ
خطا در فاصله مرکزی دیسک شیر → تماس بیش از حد موضعی

۲.۴.۷ هسته اصلی «شیرهای پروانه‌ای با آستر کاملاً لاستیکی/PTFE» دیسک شیر است.

هدف اصلی ساختار کاملاً لاستیکی یا PTFE این نیست که "سطح بزرگتری داشته باشد که در برابر خوردگی مقاوم به نظر برسد"، بلکه جلوگیری از ورود سیال به میکروکانال‌های داخل بدنه شیر است. بسیاری از مشکلات شیرهای پروانه‌ای ارزان قیمت به دلیل کیفیت پایین لاستیک نیست، بلکه به دلیل موارد زیر است:

«شکاف گوه‌ای شکل» در محل اتصال نشیمنگاه و بدنه سوپاپ به درستی برطرف نشده است.
فرسایش سیال طولانی مدت → ترک‌های ریز → تاول زدن و برآمده شدن لاستیک
مرحله آخر، خرابی موضعی نشیمنگاه سوپاپ است.

۳. چرا شیرهای پروانه‌ای انعطاف‌پذیر در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند؟

علاوه بر هزینه پایین، سه دلیل عمیق‌تر عبارتند از:

۳.۱ تحمل خطای بسیار بالا

در مقایسه با آب‌بندهای فلزی، آب‌بندهای لاستیکی به دلیل خاصیت ارتجاعی عالی، تحمل بالایی در برابر انحرافات نصب و تغییر شکل‌های جزئی دارند.
حتی خطاهای پیش ساخت لوله، انحراف فلنج و تنش ناهموار پیچ و مهره نیز توسط خاصیت ارتجاعی لاستیک جذب می‌شوند (البته این محدود و نامطلوب است و در درازمدت باعث ایجاد برخی آسیب‌ها به خط لوله و شیر خواهد شد).

۳.۲ بهترین سازگاری با نوسانات فشار سیستم

آب‌بندهای لاستیکی به اندازه آب‌بندهای فلزی «شکننده» نیستند؛ آنها به طور خودکار نوسانات فشار در خط آب‌بندی را جبران می‌کنند.

۳.۳ کمترین هزینه کل چرخه عمر

شیرهای پروانه‌ای با آب‌بندی سخت، دوام بیشتری دارند، اما هزینه و هزینه‌های محرک آنها بیشتر است.
در مقایسه، هزینه‌های کلی سرمایه‌گذاری و نگهداری شیرهای پروانه‌ای انعطاف‌پذیر اقتصادی‌تر است.

۴. نتیجه‌گیری

ارزششیرهای پروانه‌ای انعطاف‌پذیرفقط "آب‌بندی نرم" نیست
شیرهای پروانه‌ای با آب‌بندی نرم ممکن است ساده به نظر برسند، اما محصولات واقعاً عالی با منطق دقیق مهندسی پشتیبانی می‌شوند، از جمله:
طراحی دقیق ناحیه فشرده‌سازی
عملکرد لاستیک کنترل‌شده
تطبیق هندسی بدنه و ساقه شیر
فرآیند مونتاژ نشیمنگاه سوپاپ
مدیریت گشتاور
آزمایش چرخه عمر
اینها عوامل کلیدی تعیین کننده کیفیت هستند، نه «نام ماده» و «ساختار ظاهری».

توجه:* داده‌ها به این وب‌سایت اشاره دارند:https://zfavalves.com/blog/key-factors-that-determine-the-quality-of-soft-seal-butterfly-valves/