شیر پروانهای یا Butterfly Valve یکی از متداولترین شیرآلات صنعتی است که بهدلیل طراحی ساده، وزن سبک، هزینه اقتصادی و سرعت عملکرد بالا در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. مکانیزم عملکرد این شیر بر پایه یک دیسک مدور است که روی محور مرکزی میچرخد و با حرکت ۹۰ درجهای میتواند جریان سیال را قطع یا وصل کند. همین سادگی در طراحی باعث شده که شیر پروانهای جایگزین مناسبی برای بسیاری از شیرهای سنگینتر مانند دروازهای یا کشویی باشد.
کاربرد شیر پروانهای بسیار گسترده است: از سیستمهای آب و فاضلاب شهری گرفته تا صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاهها و حتی خطوط انتقال هوای فشرده. اما نکته کلیدی در استفاده از این تجهیز، انتخاب سایز و نوع مناسب است. سایزینگ اشتباه میتواند باعث افت فشار شدید، نشتی، کاویتاسیون یا حتی آسیب جدی به کل سیستم شود.
آشنایی با انواع شیر پروانهای
1. از نظر نوع اتصال
ویفری (Wafer): رایجترین نوع؛ بین دو فلنج لوله قرار میگیرد و با پیچها در جای خود محکم میشود.
لاگ (Lug): دارای سوراخهای رزوهدار برای نصب آسان بین فلنجها؛ امکان جداسازی یک سمت خط لوله را فراهم میکند.
فلنجی (Flanged): بدنه دارای فلنج کامل بوده و با پیچ و مهره به لوله متصل میشود؛ مناسب فشارهای بالاتر.
جوشی (Welded): برای شرایط خاص و سیستمهایی که نیاز به آببندی دائمی دارند.
2. از نظر نوع آببندی
الاستومری (Soft Seated): با آببندهایی از جنس EPDM، NBR یا PTFE؛ مناسب آب، هوا و سیالات غیرخورنده.
فلزی (Metal Seated): تحمل دما و فشار بالاتر؛ مناسب بخار و سیالات خورنده.
3. از نظر نوع عملگر
اهرم دستی (Lever): سادهترین و ارزانترین روش برای قطع و وصل سریع.
گیربکسی (Gearbox): برای سایزهای بزرگتر و فشارهای بالاتر، نیروی دستی بهوسیله گیربکس منتقل میشود.
پنوماتیک: عملگر با هوای فشرده؛ مناسب اتوماسیون صنعتی.
هیدرولیک: مخصوص فشارهای بسیار بالا و کاربردهای سنگین.
برقی (Actuator Electric): قابل اتصال به سیستمهای کنترلی و PLC برای کنترل خودکار جریان.
مشاهده و خرید مستقیم شیر پروانه ای
اصول سایزینگ شیر پروانهای
انتخاب سایز مناسب برای شیر پروانهای فقط به قطر لوله محدود نمیشود؛ بلکه مجموعهای از عوامل فنی باید در نظر گرفته شوند تا شیر در شرایط واقعی عملکرد درست داشته باشد.
1. قطر نامی (DN)
اولین معیار، قطر لولهای است که شیر روی آن نصب میشود.
در بسیاری از کاربردها (مثل انتقال آب)، DN شیر برابر با DN لوله انتخاب میشود.
اما در سیستمهای کنترلی ممکن است سایز کوچکتر از لوله انتخاب شود تا دقت کنترل جریان بالاتر رود.
2. فشار کاری (PN)
شیر پروانهای باید مطابق با فشار سیستم انتخاب شود.
استانداردهای معمول: PN10، PN16، PN25 و PN40.
انتخاب اشتباه میتواند باعث تغییر شکل بدنه، نشتی یا شکستگی شود.
3. نوع سیال
آب و هوای فشرده: معمولاً نیاز به بدنه چدنی با آببند EPDM دارند.
گازها و سیالات شیمیایی: نیازمند سیلینگ PTFE یا Viton هستند.
بخار یا دماهای بالا: استفاده از آببند فلزی توصیه میشود.
4. دما
هر نوع سیلینگ محدوده دمایی مشخصی دارد:
EPDM: تا حدود 120°C
NBR: تا حدود 80°C
PTFE: تا حدود 180°C
فلزی: بالای 300°C
انتخاب نادرست میتواند منجر به تخریب سریع آببند شود.
5. دبی و افت فشار (Kv یا Cv)
Kv یا Cv شاخصی است که ظرفیت عبور جریان از شیر را نشان میدهد.
سایزینگ باید به گونهای باشد که شیر در محدوده 20% تا 80% باز شدن دیسک بیشترین کارایی را داشته باشد.
اگر شیر بیش از حد بزرگ انتخاب شود، کنترل دبی سخت میشود.
اگر خیلی کوچک باشد، افت فشار و کاویتاسیون رخ میدهد.
6. نوع کاربرد
قطع و وصل سریع: معمولاً سایز برابر لوله انتخاب میشود.
کنترل دبی: سایز کوچکتر از لوله انتخاب میشود تا حساسیت بالاتر بر روی تغییرات جریان داشته باشد.
کاربردهای ایمنی (Shut-off): انتخاب PN بالاتر و آببند مقاوم اهمیت بیشتری دارد.
اصول سایزینگ شیر پروانهای
انتخاب سایز مناسب شیر پروانهای تنها با نگاه به قطر لوله کافی نیست؛ بلکه مجموعهای از پارامترهای فنی باید بررسی شوند.
قطر نامی (DN)
اولین معیار، قطر لولهای است که شیر روی آن نصب میشود.
در بسیاری از خطوط انتقال، DN شیر = DN لوله در نظر گرفته میشود.
در کاربردهای کنترلی، گاهی انتخاب سایز کوچکتر به دقت بالاتر کمک میکند.
فشار کاری (PN)
شیر باید مطابق با فشار کاری سیستم انتخاب شود.
محدودههای رایج: PN10، PN16، PN25 و PN40.
اگر فشار واقعی از استاندارد شیر بالاتر باشد، خطر نشتی و شکستگی وجود دارد.
نوع سیال
آب و هوا: بدنه چدنی با سیلینگ EPDM کافی است.
سیالات شیمیایی: نیازمند PTFE یا Viton.
بخار و دماهای بالا: سیلینگ فلزی بهترین انتخاب است.
دما
EPDM تا 120°C
NBR تا 80°C
PTFE تا 180°C
فلزی بیش از 300°C
دبی و افت فشار (Kv یا Cv)
Kv یا Cv نشاندهنده ظرفیت عبور جریان شیر است.
بهترین عملکرد وقتی است که شیر در محدوده 20% تا 80% باز باشد.
شیر بزرگ = کنترل سخت جریان.
شیر کوچک = افت فشار و احتمال کاویتاسیون.
نوع کاربرد
قطع و وصل سریع: سایز برابر لوله.
کنترل دبی: سایز کوچکتر برای کنترل دقیقتر.
ایمنی (Shut-off): انتخاب PN بالاتر و آببند مقاوم الزامی است.
مراحل انتخاب سایز مناسب شیر پروانهای
برای انتخاب درست سایز شیر پروانهای، باید فرآیند را مرحلهبهمرحله جلو برد. این کار باعث میشود خطاهای ناشی از انتخاب فقط بر اساس قطر لوله یا قیمت اتفاق نیفتد.
مرحله 1: تعیین قطر لوله سیستم
اولین قدم، اندازهگیری قطر داخلی لوله (DN) است.
در بیشتر سیستمهای انتقال ساده، DN شیر = DN لوله انتخاب میشود.
مرحله 2: محاسبه دبی عبوری (Q)
دبی مورد نیاز سیستم بر اساس فرمولهای هیدرولیکی یا اطلاعات طراحی مشخص میشود.
سپس دبی با ظرفیت عبور شیر (Kv یا Cv) مقایسه میگردد.
مرحله 3: بررسی فشار کاری (PN)
فشار کاری سیستم باید با کلاس فشار شیر هماهنگ باشد.
برای سیستمهای معمولی آب، PN10 یا PN16 رایج است.
برای خطوط صنعتی سنگین یا بخار، PN25 یا بالاتر توصیه میشود.
مرحله 4: انتخاب جنس بدنه و آببند
بدنه: چدن، فولاد کربنی یا استنلس استیل بسته به سیال.
آببند: EPDM، NBR، PTFE یا فلزی، بر اساس دما و نوع سیال.
مرحله 5: تعیین نوع عملگر
اهرم یا گیربکس دستی: برای قطرهای کوچک و متوسط.
عملگر پنوماتیک یا برقی: برای سیستمهای اتوماتیک یا سایزهای بزرگ.
عملگر هیدرولیک: مخصوص فشارهای خیلی بالا یا خطوط ویژه.
مرحله 6: بررسی شرایط خاص فرآیند
وجود لرزش یا ضربه قوچی (Water Hammer).
احتمال کاویتاسیون در دبیهای بالا.
نیاز به کنترل دقیق یا صرفاً قطع و وصل.
نکات کاربردی در سایزینگ شیر پروانهای
انتخاب سایز درست فقط به محاسبات محدود نمیشود؛ تجربهی عملی و شرایط واقعی هم نقش بزرگی دارند. در این بخش به نکات کلیدی و توصیههای تخصصی میپردازیم.
تناسب شیر با کاربرد
در خطوط انتقال آب و هوا، معمولاً DN شیر برابر DN لوله انتخاب میشود.
در کنترل جریان دقیق، انتخاب سایز یک یا دو شماره کوچکتر باعث افزایش دقت میشود.
در کاربردهای ایمنی (Shut-off)، همیشه PN بالاتر و سیلینگ مقاوم پیشنهاد میشود.
توجه به افت فشار
اگر شیر بیش از حد کوچک انتخاب شود، افت فشار سیستم افزایش پیدا میکند.
اگر بیش از حد بزرگ انتخاب شود، دیسک شیر در حالت نیمهباز عمل کرده و کنترل جریان ضعیف میشود.
جنس بدنه و سیلینگ
برای سیالات خورنده یا شیمیایی، استنلس استیل با سیلینگ PTFE بهترین انتخاب است.
برای آب خنک و فاضلاب، بدنه چدنی با آببند EPDM کفایت میکند.
برای بخار یا دماهای بالا، آببند فلزی الزامی است.
استانداردهای نصب
مطابقت فلنج شیر با استاندارد لولهکشی (DIN، ANSI، JIS) حتماً بررسی شود.
فاصله کافی برای چرخش دیسک داخل لوله وجود داشته باشد.
نکته طلایی
همیشه شیر پروانهای را بر اساس شرایط فرآیند واقعی سایز کنید، نه فقط بر اساس قطر لوله. بسیاری از خطاها دقیقاً از همین انتخاب سطحی به وجود میآیند.
جمعبندی و توصیههای نهایی
شیر پروانهای بهدلیل طراحی ساده، وزن کم، هزینه مناسب و عملکرد سریع، یکی از پرکاربردترین شیرآلات صنعتی در جهان است. اما ارزش واقعی این تجهیز زمانی آشکار میشود که انتخاب سایز و نوع آن متناسب با شرایط فرآیند انجام گیرد.
نکات کلیدی برای انتخاب صحیح
قطر نامی (DN): همیشه با قطر لوله مقایسه شود اما در کاربردهای کنترلی میتوان سایز کوچکتر انتخاب کرد.
فشار کاری (PN): انطباق با فشار سیستم برای جلوگیری از نشتی و آسیب جدی الزامی است.
نوع سیال و دما: تعیینکننده اصلی جنس بدنه و آببند (EPDM، PTFE، فلزی و …).
دبی و افت فشار: شیر باید طوری انتخاب شود که در محدوده 20 تا 80 درصد بازشدگی بیشترین راندمان را داشته باشد.
نوع عملگر: از اهرمی ساده تا پنوماتیک و برقی، بسته به نیاز سیستم.
نتیجهگیری
یک سایزینگ اصولی برای شیر پروانهای نه تنها از مشکلاتی مثل نشتی، کاویتاسیون یا افت راندمان جلوگیری میکند، بلکه موجب افزایش عمر تجهیزات و کاهش هزینههای نگهداری خواهد شد. در واقع، سایز درست یعنی تضمین ایمنی و کارایی کل سیستم.