شیر پروانه‌ای (Butterfly Valve) یکی از انواع پرکاربرد شیرهای صنعتی است که برای قطع، وصل و تنظیم جریان سیالات مختلف استفاده می‌شود. این نوع شیر به دلیل طراحی ساده، وزن کم، و قابلیت نصب در فضاهای محدود، در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، آب و فاضلاب و حتی صنایع غذایی کاربرد گسترده‌ای دارد. در این مقاله به بررسی شیوه عملکرد، اجزای تشکیل‌دهنده و کاربردهای شیر پروانه‌ای پرداخته‌ایم.
شیوه عملکرد شیر پروانه‌ای
شیر پروانه‌ای به واسطه دیسکی که در وسط لوله قرار گرفته و حول محور خود می‌چرخد، جریان سیال را کنترل می‌کند. این دیسک شبیه به یک بال پروانه است و به همین دلیل به این نوع شیر، “شیر پروانه‌ای” گفته می‌شود. زمانی که دیسک موازی با جریان سیال قرار گیرد، جریان برقرار می‌شود و زمانی که دیسک عمود بر جریان قرار گیرد، جریان قطع می‌شود.
شیر پروانه‌ای در حالت باز به طور کامل اجازه عبور سیال را می‌دهد و در حالت بسته، دیسک جریان را مسدود می‌کند. همچنین این شیر می‌تواند در حالت نیمه‌باز قرار گیرد تا جریان تنظیم شود. این ویژگی باعث می‌شود شیر پروانه‌ای برای کاربردهایی که نیاز به کنترل جریان دارند، مناسب باشد.
شیر پروانه‌ای را می‌توان به سه حالت مختلف کنترل کرد:
- دستی: با استفاده از یک دستگیره یا اهرم.
- اتوماتیک: از طریق محرک‌های برقی، پنوماتیک یا هیدرولیک.
- کنترلی: که می‌تواند به صورت خودکار بسته به فشار و جریان سیال کنترل شود.
اجزای تشکیل‌دهنده شیر پروانه‌ای
شیرهای پروانه‌ای از چندین بخش اصلی تشکیل شده‌اند که هر کدام نقش مهمی در عملکرد آن دارند. اجزای اصلی این شیر عبارتند از:
- بدنه (Body): بدنه شیر پروانه‌ای معمولاً از مواد مقاوم مانند چدن، فولاد ضد زنگ، یا آلیاژهای خاص ساخته می‌شود تا بتواند در برابر فشار، دما و خوردگی مقاومت کند.
- دیسک (Disc): دیسک مهم‌ترین بخش شیر پروانه‌ای است که جریان سیال را کنترل می‌کند. دیسک معمولاً از فولاد ضد زنگ یا مواد مقاوم دیگر ساخته می‌شود.
- شفت (Shaft): شفت یا محور، دیسک را به محرک متصل می‌کند و باعث چرخش دیسک می‌شود. این بخش نیز معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ یا مواد مقاوم در برابر فشار و سایش است.
- بوشینگ (Bushing): بوشینگ‌ها به عنوان محوری برای شفت عمل کرده و باعث کاهش اصطکاک بین شفت و بدنه شیر می‌شوند.
- آب‌بند (Seat): وظیفه آب‌بند ایجاد آب‌بندی مناسب بین دیسک و بدنه شیر است تا از نشتی سیال جلوگیری شود. مواد مورد استفاده در آب‌بندها از جنس لاستیک، تفلون یا مواد مشابه مقاوم در برابر خوردگی هستند.
- محرک (Actuator): محرک، بخشی است که نیروی لازم برای حرکت دیسک را فراهم می‌کند. این محرک می‌تواند دستی، پنوماتیک، هیدرولیک یا الکتریکی باشد.
انواع شیرهای پروانه‌ای
شیرهای پروانه‌ای به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
- شیر پروانه‌ای هم‌مرکز (Concentric): دیسک در این نوع شیر در مرکز لوله قرار دارد. این نوع طراحی باعث کاهش هزینه‌ها و افزایش سادگی در ساخت می‌شود و برای کاربردهای با فشار پایین تا متوسط مناسب است.
- شیر پروانه‌ای خارج از مرکز (Eccentric): در این نوع، دیسک از مرکز لوله فاصله دارد و به دلیل این طراحی، امکان استفاده از این شیرها در فشارهای بالا و شرایط سخت وجود دارد. این نوع شیرها به دلیل داشتن قابلیت آب‌بندی بهتر و دوام بیشتر، در محیط‌های صنعتی سخت‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربردهای شیر پروانه‌ای
به دلیل مزایای فراوان شیر پروانه‌ای، از آن در بسیاری از صنایع و کاربردها استفاده می‌شود. برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن عبارتند از:
- صنایع نفت و گاز: برای کنترل جریان مواد نفتی، گازها و فرآورده‌های پتروشیمی.
- صنایع آب و فاضلاب: در تصفیه‌خانه‌ها و سیستم‌های توزیع آب برای قطع و وصل جریان و همچنین تنظیم فشار آب.
- صنایع غذایی و دارویی: به دلیل سادگی طراحی و تمیزکاری آسان، در خطوط تولید مواد غذایی و دارویی استفاده می‌شود.
- نیروگاه‌ها: در سیستم‌های بخار و آب گرم، به دلیل قابلیت عملکرد در دما و فشار بالا.
- صنایع دریایی: برای کنترل جریان آب و دیگر سیالات در سیستم‌های دریایی.
مزایا و معایب شیر پروانه‌ای
مزایا:
- طراحی ساده و کم‌حجم: این ویژگی باعث نصب و نگهداری آسان در فضاهای کوچک می‌شود.
- وزن سبک: در مقایسه با سایر شیرها وزن کمتری دارد و به همین دلیل جابجایی و نصب آن ساده‌تر است.
- هزینه کم: به دلیل سادگی در طراحی و تولید، هزینه‌های آن نسبت به سایر شیرهای صنعتی کمتر است.
- کنترل دقیق: قابلیت تنظیم دقیق جریان سیال را دارد.
- مقاومت در برابر خوردگی: بسته به مواد سازنده، می‌تواند در برابر شرایط خورنده مانند مواد شیمیایی مقاوم باشد.
معایب:
- نشتی: در برخی موارد ممکن است در فشارهای بالا دچار نشتی شود.
- محدودیت فشار: برخی از انواع شیرهای پروانه‌ای در فشارهای بسیار بالا به درستی عمل نمی‌کنند.
جمع‌بندی
شیر پروانه‌ای یکی از پرکاربردترین و ساده‌ترین انواع شیرهای صنعتی است که به دلیل مزایایی مانند طراحی ساده، وزن کم، و هزینه پایین، در صنایع مختلف استفاده می‌شود. با توجه به نوع سیال و شرایط عملیاتی، می‌توان از انواع مختلف شیرهای پروانه‌ای با اجزای مختلف و روش‌های کنترل متنوع استفاده کرد. به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی که این شیرها دارند، آنها گزینه‌ای مناسب برای کنترل جریان سیالات در بسیاری از صنایع محسوب می‌شوند.