تفاوت شیر پروانه ای و شیر توپی و نحوه عملکردشان

شیرآلات صنعتی از نقطه نظر نحوه حرکت مجرابند به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند. شیر‌های صنعتی که حرکت استم Stem آن‌ها به صورت عمودی به سمت بالا و پایین می‌باشد یا شیر‌هایی که با چرخش شفت به اندازه ۹۰ درجه مجرابند باز یا بسته می‌شود. در اصطلاح به شیرآلات صنعتی مدل دوم شیر‌های ربع گرد، نود درجه و یا شیرآلات چرخشی نیز گفته می‌شود. از مهم‌ترین تایپ شیرآلات صنعتی چرخشی می‌توان به شیر‌های پروانه‌ای و یا بال ولو‌های صنعتی اشاره کرد. هر دو مدل از شیرآلات مذکور با چرخش محرک به اندازه ۹۰ درجه، شفت نود درجه دوران کرده و عضو مجرابند نیز با چرخشی هم جهت با استم مسیر را Open کرده یا می‌بندد.

شیر پروانه‌ای چیست؟

شیر پروانه‌ای یا باترفلای ولو (Butterfly Valve) یکی از انواع شیرآلات صنعتی است که بر اساس استاندارد API609  طراحی و ساخته شده است. شیر باترفلای برای کنترل جریان در صنایع مختلف مانند نفت، گاز، پتروشیمی، تاسیسات ساختمانی و صنایع غذایی به کار می‌رود. شیرهای پروانه‌ای به دلیل ساختار خاص خود، در بسیاری از صنایع مانند آب و فاضلاب، ایستگاه‌های تقویت فشار و پمپاژ، صنایع دریایی و نیروگاه‌ها کاربرد دارند.

شیرآلات باترفلای ولو یا Butterfly valve دارای مجرابندی به شکل دیسک گرد می‌باشند. این دیسک عمدتاً دارای ضخامت نازکی می‌باشد و از متریال‌هایی از جنس چدن داکتیل، استنلس استیل ۳۱۶، فولاد کربن استیل، آلومینیوم برنز و حتی به صورت لاستیکی تولید می‌شود. شیر‌های پروانه‌ای دارای انواع و اقسام مختلف هستند و از نقطه نظر‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. به طور مثال شیرآلات باترفلای ولو از نظر نحوه اتصال به فلنج روبرو و خط لوله به سه دسته کلی ویفر تایپ، لاگ تایپ و فلنجی تقسیم‌بندی می‌شوند.

ویژگی‌های طراحی و عملکرد

شیر پروانه‌ای با چرخش ۹۰ درجه‌ای دیسک خود، مسیر سیال را کاملاً باز یا بسته می‌کند. این نوع شیر به دلیل طراحی چهار زمانه خود، قادر است جریان سیال را به سرعت و به طور کامل کنترل کند. شباهت دیسک این شیر به بال‌های پروانه باعث شده تا نام "شیر پروانه‌ای" برای آن انتخاب شود. از آنجایی که این شیرها دو جهته (Bi-Directional) هستند، نصب آنها بر روی سیستم لوله‌کشی نیازی به جهت خاصی ندارد و می‌توان از هر دو طرف برای نصب استفاده کرد.

کاربرد شیر پروانه‌ای

شیرهای پروانه‌ای در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:

آب و فاضلاب: مدیریت جریان آب و فاضلاب.

ایستگاه‌های تقویت فشار و پمپاژ: تنظیم و کنترل فشار سیالات.

صنایع دریایی: مناسب برای شرایط سخت و مقاوم در برابر خوردگی.

نیروگاه‌ها: کنترل جریان سیالات در سیستم‌های تولید انرژی.

نفت و گاز: در فرآیندهای مختلف استخراج، پالایش و انتقال.

شیر توپی چیست؟

شیر توپی، که به نام شیر گازی یا بال ولو نیز شهرت دارد، یکی از مهم‌ترین انواع شیرآلات صنعتی است که برای کنترل و قطع و وصل جریان سیالات مختلف در سیستم‌های لوله‌کشی استفاده می‌شود. بال ولو‌ها می‌توانند به صورت فلنجی، جوشی، کلمپی، مهره ماسوره‌ای، دنده‌ای و... تولید شوند. شیر‌های توپی به دو روش فورج و ریختگی تولید می‌شوند که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند. شیرآلات توپی از نقطه نظر ساختمان ظاهری به یک تیکه One pieces، دو تیکه Two pieces و سه تیکه Three pieces تقسیم‌بندی می‌شوند.

بال ولو‌ها نیز مانند شیر پروانه‌ای می‌توانند با متریال‌های مختلفی تولید شوند. بال ولو فولادی، بال ولو استنلس استیل، بال ولو برنزی، بال ولو چدنی، بال ولو برنجی، بال ولو پلاستیکی UPVC، بال ولو PVDF بال ولو ضد اسید تفلونی از انواع شیر‌های توپی می‌باشند. در شیرآلات توپی همانطور که از نام آن‌ها مشخص است عضو مسدود‌کننده به شکل یک توپ کروی می‌باشد که حفره‌ای در و وسط آن است. از یک طرف این گوی کروی متصل به شفت شیر می‌باشد در بعضی از مدل‌ها آن طرف دیگر گوی متصل به شیر است که به این نوع از شیر‌های بال ولو اصطلاحاً بال ولو Trunnion اطلاق می‌شود.

نحوه عملکرد

عملکرد شیر توپی بر اساس چرخش ۹۰ درجه‌ای توپ درون بدنه شیر است. وقتی شیر باز است، سوراخ توپ هم‌راستا با مسیر جریان قرار می‌گیرد و اجازه عبور سیال را می‌دهد. در حالت بسته، توپ به گونه‌ای می‌چرخد که سوراخ آن عمود بر مسیر جریان قرار گرفته و آن را مسدود می‌کند.

مزایای شیر توپی

آب‌بندی با کیفیت بالا: استفاده از تفلون، باعث افزایش کیفیت آب‌بندی شده و عملکرد شیر را با گذشت زمان بهتر می‌کنند.

عملکرد سریع و آسان: چرخش ۹۰ درجه‌ای توپ باعث باز و بسته شدن سریع جریان می‌شود.

دوام و طول عمر بالا: به دلیل استفاده از مواد مقاوم و طراحی محکم، این شیرها دوام و عمر طولانی دارند.

مقاومت در برابر فشار و دماهای بالا: شیرهای توپی می‌توانند فشار و دماهای بالا را تحمل کنند.

اعتمادپذیری: ویژگی‌های فوق، این شیرها را به گزینه‌ای عالی برای کنترل جریان سیالات در سیستم‌های مختلف تبدیل کرده است.

کاربردها

شیرهای توپی به دلیل قابلیت اطمینان و عملکرد عالی، در بسیاری از سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و به عنوان جایگزین مناسبی برای شیرهای دروازه‌ای و گلوب شناخته می‌شوند. برخی از کاربردهای رایج این شیرها عبارتند از:

صنایع نفت و گاز: کنترل و قطع و وصل جریان در خطوط انتقال نفت و گاز.

صنایع پتروشیمی: استفاده در فرآیندهای شیمیایی و پتروشیمیایی.

آب و فاضلاب: مدیریت جریان و فشار در سیستم‌های آب و فاضلاب.

صنایع غذایی: استفاده در خطوط تولید و فرآوری مواد غذایی.

شباهت‌های شیر پروانه‌ای با شیر توپی

از شباهت‌هایی که پیش‌تر نیز به آن اشاره شده است می‌توان به ربع گرد بودن هر دو شیر فوق اشاره کرد. سرعت باز و بسته شدن در هر دو شیر بسیار زیادتر از سایر شیرآلات کشویی، گلوب ولو، دیافراگمی و... هست. شیرآلات پروانه‌ای و شیرآلات توپی همگی می‌توانند به صورت دستی، گیر بکسی Gearbox، پنوماتیک Pneumatic و همچنین الکتریکی Electrical فعالیت کنند. معمولاً برای سایز‌های زیر ۶ اینچ در هیچ کدام از این دو مدل از شیرآلات صنعتی از گیربکس استفاده نمی‌شود. اما عملگر پنوماتیکی و الکتریکی بسته به شرایط فرایندی قید شده در P&ID خط لوله از سایز‌های بسیار پایین مانند ½ اینچ تا سایز‌های بسیار بزرگ مانند ۴۸ اینچ قابل استفاده است.

تفاوت شیرآلات پروانه‌ای با شیرآلات توپی

اندازه فیس تو فیس شیر‌های پروانه‌ای بسیار کوچکتر از شیرآلات توپی می‌باشد؛ بنابراین استفاده از شیر‌های باترفلای ولو در نقاطی که محدودیت فضا در ابعاد Face to Face می‌باشد بسیار راحت‌تر است. گشتاور مورد نیاز جهت چرخاندن شفت شیر‌های پروانه‌ای بسیار کمتر می‌باشد. بنابراین در شرایطی که قیمت اکچویتر پنوماتیک و الکتریک اهمیت داشته باشد استفاده از شیر باترفلای ولو بر شیر توپی ارجحیت دارد. وزن شیرآلات پروانه‌ای در مقایسه با شیرآلات بال ولو کمتر می‌باشد. این مهم در سایز‌های بزرگ بسیار اهمیت دارد. بنابراین استفاده از شیرآلات باترفلای ولو برای خط لوله باعث کاهش وزن خطوط پایپینگ شده و هزینه نصب و ساخت ساپورت‌های پایپینگ را کاهش می‌دهد. شیرآلات پروانه‌ای لاستیکی دارای قیمت خرید کمتری نسبت به قیمت شیرآلات توپی می‌باشند.

از نظر تحمل حرارتی

شیرآلات پروانه‌ای لاستیکی با توجه به الاستومر استفاده شده در آن‌ها قابلیت تحمل دما‌های مختلفی را دارند. به طور مثال شیرآلات پروانه‌ای EPDM دارای قابلیت تحمل دما تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد را دارند. در واقع عضوی که عملکرد حرارتی شیرآلات پروانه‌ای لاستیکی را محدود می‌کند لانیر یا Linear آن‌ها می‌باشد. در صورتیکه آب بند‌های معمولی شیر‌های تفلونی قابلیت تحمل دمایی تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد را دارا می‌باشند.

شرایط تعمیر و نگهداری

معمولاً تعمیر و نگهداری شیر‌های پروانه‌ای راحت‌تر می‌باشد و هزینه کمتری نیز دارد. جدا کردن شیرآلات پروانه‌ای از خطوط پایپینگ آسان‌تر از قطع اتصال شیر‌های توپی می‌باشد. البته لازم است اشاره شود که بعضی از مدل‌های شیرآلات توپی مانند شیر‌های توپی سه تیکه ۳ pieces ball valve با نصب بودن دو قطعه انتهایی به خط لوله قادر به جدا کردن قسمت میانی شیر از خط هستند. قسمت میانی شیر توپی سه تیکه دارای پکینگ‌های قابل تعویض، مجرا بند کره‌ای و شفت می‌باشد.

آب‌بندی شیرآلات بال ولو عمدتاً با استفاده از پکینگ‌های نرمی ساخته شده از متریال‌های PTFE و یا PEEK انجام می‌شود. به همین دلیل استفاده از پکینگ‌های مقاومی مانند تفلون و نحوه قرار‌گیری گوی کروی بر روی آن‌ها، این شیرآلات دارای آب‌بندی صد درصدی هستند. مدل‌های از شیرآلات توپی نیز می‌باشند که به صورت متال تو متال هستند و آب‌بندی آن‌ها به دلیل فلزی بودن قابلیت تحمل دما تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد را دارا می‌باشد. از مهم‌ترین عیب‌های شیرآلات پروانه‌ای، قرار‌گیری DISC به صورت دایمی در سیال عبوری می‌باشد و این دلیل اصلی خرابی این تیپ از شیر‌های صنعتی می‌باشد. بدیهی است در نقاطی که سیال دارای خواص خورندگی می‌باشد این مهم باعث خرابی خیلی سریع دیسک می‌شود. در بسیاری از این نقاط از شیرآلات پروانه‌ای با دیسک تفلونی استفاده می‌کنند اما باز هم عمر این تیپ از شیر‌های پروانه‌ای در مقایسه با شیرآلات توپی ضد اسید، بسیار کمتر می‌باشد.

از نظر تحمل فشار

خطوطی که شیرآلات پروانه‌ای در آن‌ها نصب شده است قادر به پیگ رانی نیستند بنابراین در صورتیکه خط لوله نیاز به پیگ رانی داشته باشد از شیرآلات بال ولو استفاده می‌شود. به صورت کلی شیرآلات توپی قابلیت تحمل فشار‌های بالاتری دارند و در کلاس‌های ۱۵۰، ۳۰۰، ۶۰۰، ۹۰۰ و ۱۵۰۰ ساخته و تولید می‌شوند. شیرآلات پروانه‌ای از شیر‌های بسیار مناسب برای سیال‌هایی مانند آب هستند. همچنین استفاده از بال ولو برای سیال بخار یا Steam بسیار پرکاربردی و مقرون به صرفه می‌باشد.

جمع‌بندی

در مجموع می‌توان ادعا کرد که هر یک از شیرآلات باترفلای ولو و شیر بال ولو مزایا و معایب مخصوص به خود دارند و بسته به پارامتر‌های مختلفی قابل انتخاب برای خط لوله هستند. پارامتر‌هایی که از جمله آن‌ها می‌توان به میزان فشار، دما، نوع سیال، خورندگی سیال، لزجت و ویسکوزیته سیال، میزان خطرناک بودن سیال و مقدار نشتی مجاز، اهمیت پیگ رانی در خط لوله، وزن کلی خطوط پایپینگ، میزان خرابی به بار آمده توسط سیال عبوری و سیکل دوره‌ای بازرسی و تعمیرات شیرآلات، میزان گشتاور مورد نیاز و... اشاره کرد. بنابراین تغییر شرایط‌ها و پارامتر‌های اشاره شده باعث می‌شود که به طور مثال یکی از شیر‌های فوق الذکر برای آن شرایط عملکردی مناسب نباشد.

برای دریافت مشاوره رایگان جهت انتخاب هر کدام از شیرآلات صنعتی باترفلای ولو و یا شیرآلات توپی می‌توانید با کارشناسان مجموعه ولو سنتر تماس بگیرید.