Butterfly valve یا شیر پروانه ای چگونه کار می کند؟

اهمیت اطلاع از اینکه Butterfly Valve چیست بر انتخاب نوع شیر در پروژه های مختلف تاثیر زیادی می گذارد. Butterfly valve یک شیر مناسب برای کنترل دبی جریان در مسیر حرکت سیال است. این شیر می­تواند در حالت نیمه باز قرار گرفته و میزان سیال عبوری را کم و زیاد کند. این شیرها یکی از پرکاربرد­ترین شیرها در صنایع نفتی و پتروشیمی هستند. استفاده از شیرهای پروانه‌­ای بسیار راحت است زیرا اعمال یک چرخش ˚90 در دسته‌­ی شیر، می­تواند وضعیت شیر را از حالت کاملاً بسته به حالت کاملاً باز تغییر دهد. در این شیر، دیسک حول محور خود که یک سر آن استم (Stem) و سر دیگر آن نشیمنگاه است، دوران می‌­کند. Butterfly Valve از لحاظ ظاهر و ساختار به شیر توپی (Ball valve) بسیار شبیه بوده و تفاوت آن ها را می­توان در شکل دیسک‌شان مشاهده نمود. در شیرهای پروانه­ای بزرگ، اکچویتور (Actuator) شیر به وسیله چرخ دنده به استم متصل می­شود تا باز و بسته کردن شیر با افزایش نیروی اعمالی توسط چرخدنده راحت تر باشد.

Butterfly Valve مزایای بسیار زیادی به خصوص برای کاربرد در ابعاد بزرگ نسبت به شیرهای دروازه‌­ای (Gate Valves)، ساچمه­ ای (Globe Valves)، سماوری (Plug Valves) و توپی (Ball Valves) دارند. وزن کمتر و قیمت پایین‌­تر و اشغال فضای کم از جمله‌­ی این مزایا می­‌باشند. پایین بودن قیمت ساخت Butterfly Valve به این دلیل است که قطعات متحرک کمتری داشته و بدنه آن نسبتاً سبک است. شیرهای پروانه ‌ای برای عبور دوغاب ها یا مایعات با مقادیر زیادی از مواد جامد معلق و همچنین مایعات با گرانروی (ویسکوزیته) بالا مناسب می­‌باشند و به همین علت به صورت گسترده در صنایع نفتی استفاده می ­شوند. همچنین یکی دیگر از کاربردهای شیر پروانه ای عبور گاز­ها با فشار پایین است.

دیسک، عنصر کنترل جریان در باترفلای ولو است و قطر آن تقریباً برابر با قطر داخلی لوله­‌ی متصل به آن است و می­تواند حرکت دورانی هم در راستای محور افقی و هم در راستای محور عمودی داشته باشد. هنگامی که دیسک به طور موازی با مسیر جریان لوله قرار می‌­گیرد شیر به طور کامل باز می­شود. نشیمنگاه Butterfly Valve می تواند فلزی یا از جنس الاستومری باشد و دور دیسک آن هم به وسیله رینگ های فلزی و واشرهای لاستیکی آب بندی می­ شود. اتصال دیسک و استم (Stem) در این شیر معمولاً به وسیله­ ی پیچ و مهره یا پین است و در برخی موارد دیسک و استم به­ صورت یکپارچه ساخته می ­شوند که در این حالت شیر آب بندی مناسب تری نسبت به حالت قبل دارد.

انواع Butterfly Valve

Butterfly Valve از لحاظ نوع اتصال بدنه، جنس و نوع عملگر (اکچویتور) دارای انواع مختلفی هستند که هرکدام بسته به سیال عبوری و دما و فشار جریان و قیمت و شرایط محیطی در جاهای مختلف استفاده می‌­شوند.

انواع Butterfly Valve از لحاظ نوع اتصال بدنه

این شیرها از جهت اتصال بدنه به 4 گروه تقسیم می­‌گردند:

1. شیر پروانه ‌­ای ویفری Wafer Type Butterfly Valve

شیر Butterfly valve نوع ویفری (Wafer Butterfly Valve) به شیر بدون فلنج معروف بوده و بین دو فلنج در خط لوله نصب می­ گردد. این نوع از شیر از وزن کم و قیمت پایینی نسبت به سایر مدل ها برخوردار است و قابلیت نصب به حالت عمودی و افقی در مسیر خط لوله را دارد. تعمیر و تعویض قطعات این شیر ویفری راحت بوده و قابلیت نصب عملگر الکتریکی، هیدرولیکی و پنوماتیکی روی آن وجود دارد. از معایب این نوع شیر این است که نمی ­تواند در انتهای خط لوله قرار بگیرد و حتماً باید در مسیر لوله جای گیرد.

2. شیر پروانه ‌­ای لاگ Lug Type Butterfly Valve

شیر Butterfly valve نوع لاگ دور بدنه خود تعداد زیادی سوراخ دارد که از طریق این سوراخ ها به فلنج پیچ شده و دارای اتصال محکم‌تری نسبت به نوع ویفری هستند. این شیرها می­ توانند در انتهای خط لوله هم استفاده شده و آب بندی بهتری نسبت به نوع ویفری دارند.

3. شیر پروانه ‌­ای فلنجی Flange Type Butterfly Valve

این شیرها دارای صفحه‌­ی فلنجی در هر دو طرفشان هستند و در ابعاد بزرگ استفاده می­‌شوند. در مواردی که نیاز به استحکام بیشتر و آب بندی بهتر در مسیر خط لوله است از این نوع شیرها استفاده می­ شود.

4. شیر پروانه‌­ ای جوشی Welded Type Butterfly Valve

هنگامی که فشار جریان در خط لوله خیلی بالا باشد و یا اینکه لوله ها از جنس پلاستیک باشند، اتصال فلنجی مناسب نبوده و شیرهای با اتصال جوشی استفاده می­ شود.

مشخصات Butterfly Valve از لحاظ جنس

مشخصات Butterfly Valve ها از نظر جنس در جدول زیر قابل مشاهده است:

انواع Butterfly Valve از لحاظ نوع عملگر (اکچویتور)

در پروژه های پایپینگ برای باز و بسته کردن جریان در Butterfly Valve، نیرویی به اکچویتور وارد شده و این نیرو در بعضی موارد به طور مستقیم و در بعضی موارد دیگر به طور غیر مستقیم و از طریق گیربکس (Gearbox) به استم وارد شده و استم هم حرکت چرخشی در دیسک ایجاد کرده و از این طریق جریان سیال کنترل می ­شود.

1. شیر پروانه­ ای با اکچویتور دستی (اهرمی)

برای ابعاد نسبتاً کوچک که به نیروی اعمالی کم نیاز داشته و دقت عملکرد مورد انتظار از آن بالا نیست استفاده می ­شود. عملکرد Butterfly Valve به وسیله نیروی وارد شده توسط اوپراتور صورت می پذیرد.

2. شیر پروانه ­ای با اکچویتور هیدرولیک

در مواقعی که نیاز به نیروی بالا و جابجایی کم بوده و سرعت و دقت باز و بسته شدن شیر خیلی مهم نیست از عملگر هیدرولیکی استفاده شده و عملکرد Butterfly valve به وسیله نیروی هیدرواستاتیک اعمالی از طرف جک هیدرولیک به استم صورت گرفته و موجب چرخش دیسک و باز و بسته شدن شیر می‌­شود.

3. شیر پروانه ­ای با اکچویتور پنوماتیک

سیستم پنوماتیک عملگر از هوای فشرده برای ایجاد نیروی لازم جهت باز و بسته کردن شیر استفاده کرده و دقت میزان باز و بسته کردن و تنظیم دبی در شیر توسط آن، مانند عملگر هیدرولیک پایین است؛ اما نیروی اعمالی توسط آن بسیار بالا بوده و در بسیاری از کاربردها از آن ها استفاده می­گردد.

4. شیر پروانه­ ای با اکچویتور الکتریکی

در این نوع شیرها یک الکتروموتور به وسیله جریان الکتریسیته چرخیده و نیروی لازم جهت باز و بسته کردن شیر را به استم و دیسک اعمال می­کند. دقت این شیرها بسیار بالا بوده و سرعت عملکرد آن­ها هم مناسب است. فقط در مواقعی که به نیروی خیلی زیادی احتیاج است، ممکن است الکتروموتور عملگر نتواند نیروی لازم را ایجاد کند.

جداول و استانداردهای شیر پروانه ‌ای Butterfly Valve

شرکت چینی DieFei Valve از تولیدکنندگان انواع شیرآلات صنعتی است و استانداردهای زیر را برای باترفلای ولو ویفری (Wafer) و لاگ (Lug) ارائه کرده است

جمع بندی

شیر Butterfly Valve به عنوان یکی از مهمترین شیرآلات صنعتی به علت ساختار سبک، قیمت ارزان و گستره­‌ی وسیع کاربرد، از شیرهای پر طرفدار در صنعت هستند. شرکت Sure Flow در آمریکا، شرکت ژاپنی ASAHi AV ، شرکت Nibco آمریکا، شرکت DK Valve کره جنوبی و شرکت DieFei Valve چین، از بهترین برندهای تولید کننده Butterfly Valve در بازار هستند. انتخاب باترفلای ولو مناسب بستگی خیلی زیادی به کاربرد مورد انتظار از آن دارد. مثلاً در مواقعی که شیر می‌خواهد انتهای خط لوله نصب گردد بهترین گزینه برای انتخاب لاگ Lug است و اگر شیر تحت بار زیادی نباشد و بخواهد در بین خط لوله نصب گردد شیرهای ویفری Wafer توصیه می­گردند که ساختار ساده و قیمت کمتری دارند.

در مورد انتخاب جنس مناسب برای شیر Butterfly Valve هم حتماً باید به سیال عبوری از آن توجه ویژه ای داشت. مثلاً برای جایگاه های سوخت و عبور بنزین استفاده از جنس فولاد ضد زنگ توصیه می­‌گردد و برای ترکیبات اسیدی جنس EPDM؛ توضیحات کامل در این باره در جدول مربوط به انواع Butterfly Valve از لحاظ جنس داده شده است. اما برای انتخاب شیر بر اساس ساختار گیربکس و عملگر (اکچویتور) باید به دقت مورد انتظار از شیر و میزان نیروی لازم جهت باز و بسته کردن شیر توجه کرد. مثلاً برای شیرهای کوچک و سیال آب که دقت دبی عبوری از شیر خیلی مهم نیست استفاده از شیرهای با اکچویتور دستی مناسب است و زمانی که زاویه دیسک و دقت میزان دبی مورد انتظار بالا باشد بهتر است از عملگر (اکچویتور) الکتریکی استفاده گردد.