شیر پروانه ای – چگونه کار می کنند

شیر پروانه ای شیرهای یک چهارم چرخشی هستند که برای خدمات روشن و خاموش یا تعدیل محبوب هستند. آنها سبک وزن هستند، جای نصب کمی دارند، هزینه کمتری دارند، عملکرد سریع دارند و با اندازه های دهانه بزرگ در دسترس هستند. “پروانه” دیسکی است که به یک میله متصل است. هنگامی که دریچه باز می شود، دیسک می چرخد ​​تا مایع از آن عبور کند. هنگامی که میله دیسک را با یک چهارم چرخش در موقعیتی عمود بر جهت جریان می چرخاند، بسته می شود. درباره نحوه عملکرد شیرهای پروانه ای و زمان استفاده از آنها برای کاربردهای مختلف بیشتر بدانید.

جزئیات

این شیرها ساختار نسبتاً ساده ای دارند. شکل 2 اجزای اصلی یک شیر پروانه ای را نشان می دهد که عبارتند از بدنه، مهر و موم، دیسک و ساقه. دیسک (شکل 2 با برچسب E) یک شیر پروانه ای با مرکز لوله متصل شده و ساقه (شکل 2 با برچسب B) به یک محرک یا دستگیره در قسمت بیرونی شیر متصل می شود. در حالت بسته، دیسک عمود بر جریان است.

همانطور که

در شکل 2 نشان داده شده است و در برابر نشیمنگاه شیر آب بندی می کند (شکل 2 با برچسب D). یک O-ring (شکل 2 با برچسب C) در بسته بندی ساقه در برابر نشت در طول ساقه آب بندی می کند. هنگامی که محرک یا دسته، ساقه شیر پروانه ای را 90 درجه می چرخاند، دیسک نیز 90 درجه می چرخد ​​تا موازی با جریان شود. چرخش جزئی اجازه می دهد تا جریان درنگ یا متناسب باشد.

قطعات یک شیر: دیسک (A)، ساقه (B)، دسته (C)، مهر و موم (D)، حلقه (E)، بدنه شیر (F)

شکل 1: قطعات یک شیر: دیسک (A)، ساقه (B)، دستگیره (C)، مهر و موم (D)، حلقه اورینگ (E)، بدنه شیر (F)

شیرهایی که برای خدمات تعدیل استفاده می شوند می توانند دارای مشخصه خطی یا درصد برابر باشند.

خطی: هنگامی که دیسک X% باز می شود، سرعت جریان در X% از حداکثر سرعت جریان است. برای مثال، اگر دیسک 1/3 دور (30 درجه) باز شود، سرعت جریان 33.3 درصد حداکثر خواهد بود.

برابر: یک رابطه لگاریتمی بین حرکت دیسک و سرعت جریان وجود دارد. به عنوان مثال، اگر دیسک 10 درجه بچرخد و سرعت جریان از 100 به 170 متر مکعب در ساعت افزایش یابد که 70 درصد افزایش می یابد، چرخش 10 درجه بعدی باعث می شود که سرعت جریان از 170 به 289 متر مکعب افزایش یابد . h که 70 درصد افزایش نیز داشته است. برای شیرهای پروانه ای پیشرفته این رابطه از 20 تا 90 درجه (کاملا باز) امکان پذیر است.

نماد شیر پروانه ای در زیر نشان داده شده است:

شکل 2: نماد شیر پروانه ای

انواع شیر پروانه ای

این شیرها در طرح‌های مختلفی وجود دارند که هر کدام کاربردها و محدوده‌های فشار خاصی دارند. شیرهای پروانه ای را می توان بر اساس طراحی بسته شدن دیسک، طراحی اتصال و روش فعال سازی آنها دسته بندی کرد.

طراحی بسته شدن دیسک

دریچه های پروانه ای بسته به محل قرارگیری ساقه نسبت به خط مرکزی دیسک و زاویه سطح نشیمنگاه سوپاپ می توانند متحدالمرکز یا خارج از مرکز باشند.

متحدالمرکز

ابتدایی ترین طراحی شیر پروانه ای، شیر پروانه ای مرکز یا متحدالمرکز است. ساقه از خط مرکزی دیسک عبور می کند، و نشیمنگاه، حاشیه قطر داخلی بدنه شیر است (شکل 4 در سمت چپ). این طراحی سوپاپ با افست صفر به عنوان نشسته ارتجاعی شناخته می شود زیرا آب بندی کارآمد به انعطاف پذیری صندلی لاستیکی متکی است. هنگام بسته شدن، دیسک ابتدا با چرخش 90 درجه در حدود 85 درجه با صندلی تماس پیدا می کند. شیرهای پروانه ای متحدالمرکز برای محدوده های فشار کم مناسب هستند.

یک شیر پروانه ای افست صفر با دسته اهرمی (سمت چپ) و یک شیر پروانه ای غیرعادی با چرخ دستی (راست).

شکل 3: یک شیر پروانه ای افست صفر با دسته اهرمی (سمت چپ) و یک شیر پروانه ای غیرعادی با چرخ دستی (سمت راست).

عجیب و غریب

همانطور که در شکل 4 (راست) مشاهده می شود، ساقه دریچه پروانه ای غیرعادی از خط مرکزی دیسک نمی گذرد، بلکه از پشت آن (برعکس جهت جریان) عبور می کند. میل سوپاپ پروانه ای تکی مستقیماً در پشت خط مرکزی دیسک قرار دارد. این طراحی میزان تماس دیسک با آب بند را قبل از بسته شدن کامل شیر کاهش می دهد. تماس کمتر باعث بهبود طول عمر شیر می شود.

در شیر پروانه ای دو افست یا دوبرابر خارج از مرکز، ساقه در پشت خط مرکزی دیسک با یک افست اضافی به یک طرف قرار دارد (شکل 5). طراحی خارج از مرکز دوگانه ساقه، تماس دیسک و صندلی را تا 1-3 درجه آخر بسته شدن دیسک کاهش می دهد.

شیر پروانه ای افست سه گانه (TOV یا TOBV) برای کاربردهای حیاتی مناسب است و طراحی مشابه شیر پروانه ای افست دوبل دارد. سومین افست محور تماس دیسک-صندلی است. سطح نشیمنگاه دارای شکل مخروطی است که همراه با همان شکل در برآمدگی دیسک، حداقل تماس را قبل از بسته شدن کامل دریچه ایجاد می کند. شیر پروانه ای افست سه گانه کارآمدتر است و سایش کمتری را تجربه می کند. دریچه‌های افست سه‌گانه اغلب از صندلی‌های فلزی برای بسته شدن حباب‌دار ساخته می‌شوند. صندلی های فلزی شیرهای پروانه ای را برای محدوده دمای بالاتر مناسب می کند.

شیرهای با کارایی بالا از فشار موجود در خط لوله برای افزایش آب بندی بین نشیمنگاه و لبه دیسک استفاده می کنند. این شیرهای پروانه ای دارای درجه فشار بالاتری هستند و مستعد سایش کمتر هستند.

شماتیک نمای بالای یک دریچه پروانه ای غیرعادی

شکل 4: شماتیک نمای بالا یک دریچه پروانه ای غیرعادی

طراحی اتصال

شیرهای پروانه ای می توانند به روش های مختلف به سیستم لوله کشی متصل شوند. متداول ترین اتصالات عبارتند از نوع ویفر، نوع لگ و فلنج.

انواع اتصالات :  نوع ویفری (A)،  فلنج دار (B)، شیر پروانه ای (C).

شکل 5: انواع اتصالات شیر ​​پروانه ای:  نوع ویفری (A)،  فلنجی (B)، شیر پروانه ای شکل (C).

به سبک ویفر

مقرون به صرفه ترین نسخه، ساندویچ شیر پروانه ای به سبک ویفر بین دو فلنج لوله است. پیچ‌ های بلندی که از کل بدنه شیر عبور می‌کنند، فلنج‌های لوله را به هم متصل می‌کنند. این نوع اتصال برای آب بندی در برابر فشارهای دیفرانسیل دو جهته و جلوگیری از جریان برگشتی در سیستم های طراحی شده برای جریان جهانی مناسب است. برخی از نسخه های این شیر دارای سوراخ های فلنج در خارج از بدنه شیر هستند (شکل 6 با برچسب A). واشرها، حلقه‌ های اورینگ و صفحه‌های تخت دریچه در دو طرف شیر با هم ترکیب می‌شوند تا آب‌بندی کارآمدی را انجام دهند.

به سبک لوگ

دریچه پروانه ای به سبک لوگ دارای درج های رزوه ای در خارج از بدنه شیر است (شکل 6 با برچسب C). دو مجموعه پیچ، بدون مهره، فلنج های لوله را به هر طرف درج های پیچ وصل می کنند. این طراحی امکان قطع ارتباط یک طرف را بدون تأثیر بر عملکرد طرف دیگر برای سرویس بن بست فراهم می کند. شیرهای پروانه ای لاگ که در خدمات بن بست استفاده می شوند عموماً دارای درجه فشار پایین تری هستند. و برخلاف شیرهای پروانه ای ویفری، شیرهای لوگ سبک وزن لوله را از طریق بدنه شیر حمل می کنند.

روش فعال سازی

شیرهای پروانه ای را می توان به صورت دستی توسط دستگیره ها و چرخ دنده ها یا به طور خودکار توسط محرک های الکتریکی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی کار کرد. این دستگاه ها امکان چرخش دقیق دیسک را در موقعیت های مختلف از کاملاً باز تا کاملا بسته فراهم می کنند. شرح مختصری از انواع مختلف روش های فعال سازی در زیر آمده است.

شیر های دستی

شیرهای پروانه ای که به صورت دستی فعال می شوند، ارزان هستند و کار با آن آسان است. دو روش رایج عبارتند از:

اهرم دستی:

اهرم دستی برای شیرهای کوچک رایج است. دسته این امکان را فراهم می کند که دریچه در حالت باز، نیمه باز یا بسته قفل شود. یک مثال را می توان در شکل 4 (سمت چپ) مشاهده کرد. دریچه‌های پروانه‌ای دوکی توسعه‌یافته دارای ساقه‌های بلندی هستند که امکان کار از راه دور شیر را هنگامی که در زیر زمین یا درون یک گودال قرار دارد، می‌دهند.

چرخ دنده:

اینها برای شیرهای پروانه ای کمی بزرگتر طراحی شده اند و از گیربکس برای افزایش گشتاور به قیمت کاهش سرعت باز و بسته شدن استفاده می کنند. دریچه های دنده ای نیز قفل شونده هستند (نمی توان آنها را به عقب هدایت کرد) و می توانند به نشانگرهای موقعیت مجهز شوند. یک مثال در شکل 4 (سمت راست) قابل مشاهده است.

شکل 6: شیرهای پروانه ای دستی

شیر پروانه ای فعال

محرک های برقی یک روش قابل اعتماد برای کنترل شیرهای پروانه ای از یک مکان دور هستند. محرک‌های شیر پروانه‌ای نیز عملکرد سریع دریچه‌های بزرگ‌تر را ممکن می‌سازد. این عملگرها را می توان به گونه ای طراحی کرد که باز شوند (در صورت خرابی محرک باز بمانند)، بسته شوند (در صورت خرابی محرک بسته بمانند) و اغلب با یک روش فعال سازی دستی در صورت خرابی، همانطور که در شکل 8 مشاهده می شود، طراحی شوند. سه نوع محرک اتوماتیک در زیر ذکر شده است:

نوع برقی (موتوری): از موتور الکتریکی برای چرخاندن میل شیر پروانه ای استفاده می کند. درباره محرک های الکتریکی بیشتر بدانید .

شیر پروانه ای پنوماتیکی: همانطور که در شکل 8 مشاهده می شود، برای حرکت دادن پیستون یا دیافراگم به هوای فشرده نیاز دارد تا دریچه را باز و بسته کند .

نوع هیدرولیک: برای حرکت دادن پیستون یا دیافراگم برای باز/بستن شیر به فشار هیدرولیک نیاز دارد.

نوع پنوماتیک با چرخ دستی

شکل 7: شیرهای پروانه ای پنوماتیک با چرخ دستی