شیر پروانه ای چیست؟ اجزاء، انواع و کاربردها

الف شیر پروانه ای یک شیر دوار یک چهارم چرخشی است که جریان سیال را از طریق یک دیسک دایره ای که عمود بر جهت جریان می چرخد، کنترل می کند. دیسکی که بر روی میله ای در مرکز لوله نصب شده است، 90 درجه می چرخد تا مسیر را مسدود کند یا اجازه عبور دهد و آن را به یکی از بهترین ها تبدیل کند. مقرون به صرفه و فضا کارآمد راه حل های تنظیم جریان در سیستم های لوله کشی صنعتی

این طرح دریچه نام خود را از شباهت دیسک به بال های پروانه در حالت نیمه باز گرفته شده است. برخلاف شیرهای دروازه یا گلوب که برای کار کردن به چرخش های متعدد نیاز دارند، شیرهای پروانه ای تنها با یک چرخش 90 درجه به طور کامل بسته می شوند یا باز می شوند. زمان پاسخ سریع 2-6 ثانیه در سیستم های خودکار

اجزای اصلی و مکانیزم عملیاتی

شیر پروانه ای از چهار جزء اصلی تشکیل شده است که با هم کار می کنند تا جریان را تنظیم کنند:

• دیسک: عنصر بسته‌کننده دایره‌ای که برای کنترل جریان می‌چرخد، معمولاً از فولاد ضد زنگ، چدن یا مواد کامپوزیت ساخته می‌شود.
• ساقه: الف shaft passing through the disc center that connects to the actuator, available in one-piece or two-piece configurations
• بدن: واحد مسکونی، معمولا مطابق با مواد لوله و اندازه، از قطر 2 اینچ تا 120 اینچ
• صندلی/مهر: الفn elastomeric or metal ring creating a tight seal when closed, with materials selected based on temperature and chemical compatibility

مکانیسم عملکرد ساده است: وقتی ساقه 90 درجه می چرخد، دیسک نسبت به جهت جریان از موازی به عمود حرکت می کند. در 0 درجه (کاملا باز)، دیسک حداقل مقاومت جریان را با a ارائه می دهد افت فشار معمولاً 40 تا 60 درصد کمتر است نسبت به شیرهای کره ای با اندازه معادل.

انواع شیر پروانه ای

سه پیکربندی اصلی نیازهای فشار و عملکرد متفاوتی را برآورده می‌کنند:

شیرهای پروانه ای به سبک ویفر

دریچه های ویفر که برای قرار گرفتن بین دو فلنج لوله با استفاده از پیچ و مهره طراحی شده اند، فشرده ترین و مقرون به صرفه ترین گزینه هستند. آنها فشارها را تا حد 232 psi (16 بار) و برای کاربردهای کم فشار مانند سیستم های HVAC، تصفیه آب و فرآیندهای صنعتی عمومی ایده آل هستند. پروفیل نازک فضای نصب را تا 70 درصد در مقایسه با شیرهای دروازه ای کاهش می دهد.

شیرهای پروانه ای به سبک لوگ

طراحی‌های رزوه‌دار در دو طرف بدنه سوپاپ، امکان نصب با پیچ‌های جداگانه برای هر فلنج را فراهم می‌کنند. این پیکربندی را فعال می کند خدمات بن بست ، جایی که می توان یک طرف خط لوله را بدون ایجاد اختلال در کل سیستم قطع کرد. دریچه های لوگ معمولاً در فشارهای تا 285 psi (19.6 بار) و در فرآیندهای شیمیایی و سیستم های آب شهری رایج هستند.

شیرهای پروانه ای با کارایی بالا

این شیرها که با طرح‌های دیسک افست طراحی شده‌اند، به حباب بسته می‌شوند و فشار بیش از حد را تحمل می‌کنند. 740 psi (51 bar) . طراحی سه گانه افست اصطکاک را در حین کار از بین می برد و عمر سرویس را به بیش از 1 میلیون سیکل افزایش می دهد. آنها برای کاربردهای حیاتی در نفت و گاز، تولید برق و سیستم های بخار فشار بالا مشخص شده اند.

الفctuation Methods

شیرهای پروانه ای را می توان از طریق سیستم های محرک مختلف بسته به اندازه سوپاپ، فرکانس کار و نیازهای اتوماسیون کار کرد:

محرک های پنوماتیکی به دلیل وجود آنها بر سیستم های خودکار تسلط دارند پاسخ سریع و قابلیت های ذاتی ایمن خرابی . با مکانیزم های بازگشت فنر، آنها به طور خودکار به یک موقعیت ایمن از پیش تعیین شده در هنگام خرابی هوا منتقل می شوند، که برای سیستم های خاموش شدن اضطراری حیاتی است.

کاربردهای صنعتی و ویژگی های عملکرد

دریچه های پروانه ای در صنایع مختلفی استفاده می شوند که ترکیبی از هزینه کم، طراحی فشرده و عملکرد قابل اعتماد آنها مزایایی را ارائه می دهد:

تصفیه آب و فاضلاب

سیستم های شهری از شیرهای پروانه ای برای جداسازی و کنترل جریان در شبکه های توزیع استفاده می کنند. الف قیمت شیر پروانه ای 24 اینچی حدود 2500 تا 4000 دلار است. در مقایسه با 8000 تا 12000 دلار برای یک شیر دروازه ای معادل، که آنها را به انتخاب اقتصادی برای کاربردهای با قطر بزرگ تبدیل می کند. قابلیت آب بندی دو طرفه آنها امکان نصب را بدون توجه به جهت جریان می دهد.

پردازش شیمیایی

مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند بدنه‌های Hastelloy، تیتانیوم و PTFE، شیرهای پروانه‌ای را قادر می‌سازند تا مواد شیمیایی تهاجمی را از pH 1 تا 14 کنترل کنند. مسیر جریان صاف از مناطق مرده‌ای که در آن مواد تجمع می‌یابند، جلوگیری می‌کند که برای تولید پلیمر و تولید دارو ضروری است.

HVAC و حفاظت در برابر آتش

دریچه‌های پروانه‌ای با انتهای شیاردار، نصب سریع در سیستم‌های اطفاء حریق را به همراه مونتاژ کوپلینگ فراهم می‌کنند. کمتر از 5 دقیقه در هر شیر . ویژگی های افت فشار کم آنها کارایی سیستم را حفظ می کند و مصرف انرژی پمپ را 15-25٪ در مقایسه با شیرهای گلوب در سیستم های آب سرد کاهش می دهد.

نفت و گاز

دریچه های پروانه ای سه افست با کارایی بالا بخش های خط لوله را در عملیات های بالادستی، میانی و پایین دستی جدا می کنند. با استانداردهای API 609، آنها به طور قابل اعتمادی در دماهای مختلف عمل می کنند -50 درجه فارنهایت تا 750 درجه فارنهایت (46- تا 400 درجه سانتی گراد) و فشار تا کلاس 900.

الفdvantages and Limitations

درک نقاط قوت و محدودیت ها به مهندسان کمک می کند تا شیرهای پروانه ای را به درستی مشخص کنند:

مزایای کلیدی

• ساختار سبک وزن: الف 12-inch butterfly valve weighs approximately 85 pounds versus 380 pounds for a comparable gate valve, reducing structural support requirements
• حداقل فضای نصب: ابعاد رو در رو بدون توجه به اندازه دریچه به طور متوسط 2-3 اینچ است
• عملکرد سریع: طراحی ربع دور، باز و بسته شدن سریع را برای جداسازی اضطراری ضروری می کند
• تعمیر و نگهداری کم: قطعات متحرک کمتری نتیجه می دهند 30-50٪ هزینه های تعمیر و نگهداری کمتر بیش از 20 سال عمر مفید
• دریچه گاز عالی: ویژگی های جریان خطی را بین 20-70٪ موقعیت های باز ارائه می دهد

محدودیت های عملیاتی

• حساسیت به کاویتاسیون: جریان با سرعت بالا در اطراف دیسک می تواند باعث آسیب کاویتاسیون در سرویس مایع بالاتر از اختلاف فشار خاص شود
• تداخل دیسک: دیسک در هنگام باز شدن کامل در مسیر جریان باقی می ماند و باعث ایجاد انسداد دائمی می شود که برای عملیات pigging نامناسب است.
• پوشیدن صندلی: صندلی‌های الاستومری با چرخه دما و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی تخریب می‌شوند و در کاربردهای سخت هر 3 تا 7 سال یکبار نیاز به تعویض دارند.
• بازیابی فشار محدود: برای تنظیم فشار قابل توجه در جایی که بازیابی فشار پایین دست اهمیت دارد، توصیه نمی شود

معیارهای انتخاب و ملاحظات اندازه

انتخاب صحیح شیر مستلزم ارزیابی چندین فاکتور برای اطمینان از عملکرد بلند مدت قابل اعتماد است:

رتبه بندی فشار و دما

الفlways verify that the valve's pressure-temperature rating exceeds maximum system conditions. Elastomeric seats typically limit temperatures to 180 درجه فارنهایت (82 درجه سانتیگراد) ، در حالی که طراحی های فلزی این دما را تا 750 درجه فارنهایت (400 درجه سانتیگراد) افزایش می دهند. نوسانات فشار و چکش آب را در نظر بگیرید که می توانند فشارهای گذرا 2 تا 3 برابر سطوح عملیاتی معمولی ایجاد کنند.

محاسبه ضریب جریان (Cv).

ضریب جریان ظرفیت شیر را نشان می دهد. برای سرویس مایع، Cv مورد نیاز را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: Cv = Q × √(SG/ΔP)، که در آن Q نرخ جریان در GPM، SG وزن مخصوص و ΔP افت فشار در psi است. دریچه ای را انتخاب کنید که Cv از مقدار محاسبه شده بیشتر باشد 15-20٪ حاشیه ایمنی .

سازگاری مواد

مطابقت مواد دریچه با رسانه پردازش:

• چدن داکتیل یا فولاد کربنی برای خدمات آب و هوا خنثی
• فولاد ضد زنگ 316 برای مواد شیمیایی خورنده و آب دریا
• صندلی های PTFE یا EPDM برای اسیدها، بازها و عوامل اکسید کننده
• صندلی‌های فلزی برای کاربردهای بخار با دمای بالا و دوچرخه‌سواری حرارتی

استانداردهای اتصال پایان

انواع اتصالات رایج عبارتند از: ویفر (کلاس ANSI 150)، لگ (کلاس ANSI 150/300)، فلنجدار (ANSI B16.5) و شیاردار (AWWA C606). پروژه های بین المللی ممکن است به استانداردهای ISO، DIN یا JIS نیاز داشته باشند. بررسی کنید که رو به فلنج (صورت برآمده، صفحه صاف، یا اتصال حلقه ای) با لوله های موجود مطابقت دارد.

بهترین روش های نصب و نگهداری

نصب صحیح و تعمیر و نگهداری معمول عمر شیر را به حداکثر می رساند و از خرابی زودرس جلوگیری می کند:

دستورالعمل های نصب

1. سوپاپ را از نظر آسیب حمل بررسی کنید و قبل از نصب بررسی کنید که چرخه آن به خوبی انجام شود
2. دریچه را با ساقه افقی یا عمودی قرار دهید. از جهت گیری ساقه به سمت پایین که زباله ها را جمع آوری می کند، اجتناب کنید
3. برای دریچه‌های ویفری، دیسک را بین فلنج‌ها وسط قرار دهید قبل از اینکه پیچ‌ها را با الگوی ستاره‌ای سفت کنید. مقادیر گشتاور مشخص شده توسط سازنده
4. برای جلوگیری از اختلالات جریان، حداقل لوله های مستقیم با قطر 5-10 قطر بالادست و 2-3 قطر پایین دست را حفظ کنید.
5. برای جلوگیری از آسیب دیسک در حین تست فشار، شیر را در حالت باز نصب کنید

برنامه نگهداری پیشگیرانه

اجرای یک برنامه تعمیر و نگهداری بر اساس شرایط عملیاتی:

• فصلنامه: سوپاپ را از طریق سکته کامل چرخانده، سر و صدای غیر معمول یا اتصال را بررسی کنید، عملکرد محرک را بررسی کنید
• الفnnually: بررسی یکپارچگی صندلی از طریق آزمایش نشتی، روغن کاری یاتاقان های ساقه، بازرسی غده های بسته بندی
• هر 3-5 سال: صندلی های الاستومری را که مجموعه فشرده سازی بیش از 20% را نشان می دهند، تعویض کنید
• هر 7-10 سال: تعویض کامل شیر یا بازسازی جامع را برای خدمات حیاتی در نظر بگیرید

تمام فعالیت های تعمیر و نگهداری و تعداد چرخه های ردیابی را مستند کنید. دریچه های خودکار در سرویس های مکرر ممکن است جمع شوند 50000-100000 سیکل در سال ، تسریع سایش و نیاز به فواصل بازرسی فشرده تر.

تجزیه و تحلیل هزینه و منافع اقتصادی

هزینه کل مالکیت فراتر از قیمت خرید اولیه است و شامل نصب، مصرف انرژی و نگهداری چرخه عمر می شود:

برای یک شیر 8 اینچی معمولی در سرویس آب که 20 سال کار می کند:

• هزینه اولیه: شیر پروانه ای 800 تا 1500 دلار در مقابل شیر دروازه 2200 تا 3500 دلار
• کار نصب: 3-4 ساعت در مقابل 6-8 ساعت به دلیل وزن و پیچیدگی
• هزینه های انرژی: افت فشار کمتر سالانه حدود 150 تا 300 دلار در انرژی پمپاژ صرفه جویی می کند
• تعمیر و نگهداری: الفverage $600 over service life vs. $1,200 for gate valves

پس انداز تجمعی می رسد 8000 تا 12000 دلار برای هر شیر بیش از دو دهه، نشان می دهد که چرا شیرهای پروانه ای بر کاربردهای با قطر بزرگ و فشار کم تا متوسط تسلط دارند، جایی که مزایای طراحی آنها به مزایای اقتصادی قابل اندازه گیری تبدیل می شود.