شیر پروانهای اهرمی چیست و کارایی آن؟
برای اینکه بتوانیم تصور واضحی از شیر پروانهای یا باتر فلای ولو اهرمی داشته باشیم، بهتر است آن را به زبان کاملاً ساده تعریف کنیم. شیر پروانهای اهرمی یک وسیله کنترل جریان است که داخل لوله نصب میشود و با کمک یک اهرم دستی، مسیر عبور سیال را باز، بسته یا تا حدی تنظیم میکند. بخش اصلی این شیر، یک دیسک دایرهای شکل است که مانند یک صفحه وسط مسیر جریان قرار دارد.
وقتی اهرم را بچرخانیم، دیسک هم همراه با شفت میچرخد و بههمین دلیل، جریان باز یا بسته میشود. این چرخش معمولاً به اندازه ۹۰ درجه است، میتوان درجه های دیگر هم نگه داشت یعنی یک حرکت کوتاه کافی است تا وضعیت کامل شیر تغییر کند. همین ویژگی باعث شده این شیر بسیار سریع و راحت قابل استفاده باشد.

اصلا چرا به این شیر «پروانهای» میگویند؟
دلیل نامگذاری این شیر، رفتار دیسک و شفت آن است. این دیسک وقتی داخل مسیر سیال میچرخد، شکل و حرکتی شبیه بال پروانه دارد. مانند پروانهای که بالهایش را باز و بسته میکند، دیسک نیز در موقعیت باز موازی جریان میشود و در وضعیت بسته عمود بر جریان قرار میگیرد. همین مقایسه ساده، اسم این شیر را کاملاً توصیف میکند.
اجزای اصلی شیر پروانهای اهرمی
برای اینکه نحوه عملکرد شیر پروانهای بهتر درک شود، لازم است اجزای اصلی آن را بشناسیم. ساختار این شیر نسبت به مدلهای دیگر مثل شیر توپی یا دروازهای سادهتر است و همین سادگی یکی از دلایل محبوبیت آن محسوب میشود.
۱. بدنه
بدنه، بخش اصلی شیر است که سایر قطعات در آن قرار میگیرند. این بدنه معمولاً از چدن، فولاد، استنلس استیل یا سایر آلیاژهای صنعتی ساخته میشود. بدنه باید در برابر فشار سیستم و همچنین شرایط محیطی مقاوم باشد.
۲. دیسک
دیسک وسط یا پروانه، مهمترین بخش شیر است. این قطعه همان صفحهای است که مسیر خط را باز و بسته میکند. جنس دیسک باید با نوع سیال سازگار باشد. دیسکهای فلزی برای فشارهای بالا و سیالات خورنده مناسبترند، در حالی که دیسکهای روکشدار برای صنایع دارویی پتروشیمی و نیروگاه در سیال های آب و مواد سبک کاربرد بیشتری دارند.
۳. شفت یا محور
شفت آهنی یا استیل آن قطعهای است که دیسک را به اهرم متصل میکند. این قطعه هنگام چرخش اهرم میچرخد و دیسک را نیز میچرخاند. شفت باید استحکام بسیار خوبی داشته باشد زیرا فشار زیادی به آن وارد میشود.
۴. نشیمنگاه (Seat)
نشیمنگاه یا سیت از جنس های NBR و PTFE و آلیاژهای دیگر، قسمتی است که دیسک هنگام بسته شدن روی آن مینشیند. نقش اصلی آن جلوگیری از نشت است. انتخاب جنس مناسب برای این قطعه بسیار مهم است زیرا تأثیر مستقیمی بر آببندی شیر دارد.
۵. اهرم یا دسته دستی
اهرم یا گیره باز و بست کردن، وسیلهای است که کاربر با حرکت دادن آن، شیر را باز یا بسته میکند. اهرمها معمولاً دارای یک ضامن یا قفل کوچک هستند تا بتوانند در چند موقعیت ثابت بمانند.
نحوه عملکرد شیر پروانهای اهرمی
در شیر پروانهای اهرمی،همان طور که در اسم آن آمده اهرمی عملکرد به صورت دستی کنترل میشود. یعنی کاربر اهرم را در جهت عقربههای ساعت یا خلاف آن میچرخاند تا جریان کنترل شود. این شیر در سه حالت کلی استفاده میشود:
- حالت کاملاً باز
- حالت کاملاً بسته
- حالت نیمهباز (برای کنترل نسبی جریان)
وقتی دیسک کاملاً در راستای جریان قرار میگیرد، کمترین مقاومت در مسیر به وجود میآید یعنی باز بودن شیر پروانه ای و سیال بهراحتی عبور میکند. اما وقتی دیسک عمود شود، مسیر کاملاً مسدود میشود. در حالت نیمهباز، دیسک باعث ایجاد محدودیت در مسیر میشود و شدت جریان کاهش مییابد.
این عملیات ساده و سریع باعث شده شیر پروانهای یکی از محبوبترین شیرها در سیستمهای معمولی باشد.

مزایای شیر پروانهای اهرمی
در ادامه مهمترین مزایای این شیر را با زبانی ساده و بدون پیچیدگی توضیح میدهم.
۱. قیمت مناسب
یکی از اصلیترین دلایل خرید این شیر، قیمت ارزان تر از شیرآلات دیگر مانند بال ولو پس میتوان گفت اقتصادی تر آن است. نسبت به شیرهای توپی یا دروازهای، قیمت بسیار پایینتری دارد و همین موضوع باعث شده در پروژههای بزرگ مقرونبهصرفهتر باشد.
۲. وزن کم
بدنه ساده کم جا ، استفاده از متریال سبک و طراحی جمعوجور باعث شده وزن این شیر کم باشد. این ویژگی حملونقل، نصب و تعمیر آن را راحتتر میکند.
۳. نصب آسان
این شیر معمولاً بین دو فلنج قرار میگیرد و تنظیم و نصب آن پیچیدگی خاصی ندارد. برای بسیاری از سیستمها، فقط نیاز به سفت کردن پیچهاست که برای آن گذاشته شده.
۴. سرعت عملکرد
باز و بسته شدن شیر فقط با یک چرخش کوتاه و فشار دادن گیره آن انجام میشود. در شرایط اضطراری، این ویژگی بسیار کاربردی است.
۵. نگهداری و تعمیر ساده
به دلیل ساختار ساده، خرابیها معمولاً محدود به نشیمنگاه هستند که قابل تعویض هستند و تعمیر آنها هزینه زیادی ندارد.
۶. مناسب برای سایزهای بزرگ
در قطرهای بالا سایز های ۲۴ اینچ به بالا، شیرهای پروانهای یکی از بهترین انتخابها هستند زیرا هم قیمت مناسبی دارند و هم وزنشان قابلقبول است.
۷. افت فشار کم
وقتی شیر باز است، دیسک تقریباً موازی جریان قرار میگیرد و مقاومت کمی ایجاد میکند و وقتی بسته است شفت های قوی باعث مقاومت بیشتر آن میشود.
معایب شیر پروانهای اهرمی
همانطور که مزایا را گفتیم، لازم است به معایب این شیر هم اشاره کنیم.
۱. دقت کم در تنظیم جریان
اگر دقت بالا لازم باشد، این شیر بهترین گزینه نیست باید از شیرهای کنترل فشار استفاده کرد .
۲. احتمال آسیب در سیالات ساینده
ذرات جامد موجود در سیال میتوانند نشیمنگاه را زود خراب کنند باید از متریال مناسب استفاده کرد.
۳. نشتی در فشارهای بسیار بالا
مدلهای اهرمی برای فشارهای بسیار زیاد مناسب نیستند البته باید فشار مورد نظر را به شرکت تامین تجهیز اول اطلاع دهید تا با فشار مورد نظر شما شیر درست را ارسال نمایند.
۴. لرزش در حالت نیمهباز
در سرعتهای بالای جریان، لرزش میتواند باعث سایش بیشتر شود و باعث خرابی واشر ها شوند.
بررسی دقیق آلیاژهای مورد استفاده در شیر پروانهای اهرمی
انتخاب جنس بدنه، دیسک، شفت و نشیمنگاه یکی از مهمترین نکات در مهندسی شیرآلات صنعتی است. اگر جنس اشتباه انتخاب شود، شیر در مدت کوتاهی دچار خوردگی، نشتی، شکست یا افت عملکرد میشود. به همین دلیل، لازم است با مهمترین آلیاژهای مورد استفاده در ساخت شیر پروانهای اهرمی آشنا شویم.
1. چدن (Cast Iron)
چدن یکی از رایجترین جنسهای مورد استفاده در بدنه شیر پروانهای اهرمی است. زیرا:
- قیمت بسیار پایین و مناسب دارد
- قابلیت ریختهگری تمیز و شکل خوبی دارد
- برای فشارها و دماهای متوسط تا ۴۰ بار کاملاً مناسب است
- در خطوط آبرسانی شهری بهترین عملکرد را دارد
با این حال، چدن در برابر ضربه شدید مقاومت پایینی دارد و برای سیالات خورنده مناسب نیست باید آلیاژ بالاتر برای تنش های بیشتر استفاده کرد.
2. چدن داکتیل (Ductile Iron)

اگر بخواهیم نقطه ضعف چدن معمولی (شکنندگی) را برطرف کنیم، چدن داکتیل انتخاب بهتری است. این آلیاژ:
- مقاومت در برابر ضربه بیشتری دارد
- تحمل فشار بالاتر نسبت به چدن معمولی
- مناسب خطوط صنعتی پتروشیمی
امروزه بسیاری از شیرهای پروانهای با چدن داکتیل تولید میشوند.
3. فولاد کربنی (Carbon Steel)

وقتی فشار کاری سیستم بالا باشد یا سیال دمای زیادی داشته باشد، فولاد کربنی انتخاب مناسبی است.
این آلیاژ:
- مقاوم در برابر فشار زیاد
- مناسب صنایع نفت، گاز و بخار
- نسبت به چدن وزن بیشتری دارد
- در محیطهای مرطوب اگر پوشش مناسب نداشته باشد، زنگ میزند
4. استنلس استیل (Stainless Steel)

برای محیطهای خورنده و سیالات شیمیایی، استنلس استیل بهترین انتخاب است.
بخصوص گریدهای 304 و 316 که:
- در برابر زنگزدگی و خورندگی مقاوماند
- تحمل مواد اسیدی و قلیایی بالا را دارند
- مناسب صنایع غذایی، دارویی و لبنیات هستند
- قیمت بالاتری نسبت به چدن دارند
5. آلیاژهای خاص (Hastelloy، Monel و…)
این آلیاژها برای شرایط بسیار سخت بهکار میروند، مثل:
- سیالات بهشدت خورنده
- اسیدهای قوی
- محیطهای دریایی و خورندگی آب شور
- صنایع پتروشیمی نفت گاز سنگین
به دلیل قیمت بسیار بالا، فقط در کاربردهای ویژه استفاده میشوند.
جنس نشیمنگاه (Seat) و اهمیت آن
نشیمنگاه بخشی است که دیسک روی آن مینشیند و باعث آببندی شیر میشود. اگر نشیمنگاه مناسب انتخاب نشود، حتی بهترین شیر هم عملکرد خوبی نخواهد داشت.

رایجترین جنسهای نشیمنگاه:
- EPDM: بهترین گزینه برای آب آشامیدنی و هوا
- NBR: مناسب برای روغنها و سوخت
- PTFE (تفلون): مناسب مواد شیمیایی قوی
- Viton: مقاوم در برابر دمای بالا و مواد خورنده
انتخاب جنس نشیمنگاه، تأثیر بسیار زیادی در طول عمر شیر دارد.
کلاسها و ردههای فشاری شیر پروانهای اهرمی
هر شیر صنعتی باید بر اساس فشار کاری سیستم انتخاب شود. برای شیر پروانهای اهرمی، ردههای فشاری مختلفی تولید میشود که مهمترین آنها عبارتند از:
1. PN6
برای فشارهای سبک
- مناسب لولهکشیهای معمولی
- مصرف در پروژههای کمفشار
2. شیر پروانه ای PN10
یکی از پرکاربردترین استانداردها
- مناسب ساختمانها
- مناسب خطوط آب و تاسیسات سبک
3. شیر پروانه ای PN16
رایجترین استاندارد صنعتی
- مناسب شبکه آب، فاضلاب و آتشنشانی
- تحمل فشار مناسب برای اغلب پروژهها
4. شیر پروانه ایPN25
برای فشارهای متوسط رو به بالا
- مورد استفاده در واحدهای صنعتی
5. شیر پروانه ای کلاس ANSI (Class 150، 300 و…)
این استاندارد بیشتر در صنایع سنگین مثل نفت و گاز استفاده میشود.
- شیر پروانه ای Class 150 برای فشارهای متوسط
- شیر پروانه ای Class 300 برای فشارهای بالا
هرچه عدد بالاتر باشد، شیر مقاومتر است.
تفاوت Batterfly valve شیر پروانهای اهرمی با انواع دیگر شیرهای پروانهای
شیرهای پروانهای در مدلهای مختلفی تولید میشوند. مدل اهرمی سادهترین نوع است، اما مدلهای دیگری مانند:
- شیر پروانه ای Batterfly valve گیربکسی
- شیر پروانه ای Batterfly valve پنوماتیکی
- شیر پروانه ای Batterfly valve برقی
هم در شرکت تامین تجهیز استیل اول وجود دارند.
تفاوتهای اصلی:
- مدل اهرمی برای سایزهای کوچک تا متوسط مناسب است
- مدل گیربکسی برای سایزهای بزرگ
- مدل برقی یا پنوماتیک برای سیستمهای اتوماسیون
مدل اهرمی به دلیل سرعت عملکرد و قیمت پایین، محبوبترین مدل در بازار است.
بررسی عملکرد شیر پروانهای اهرمی در شرایط مختلف
1. عملکرد شیر پروانه ای در فشار پایین
شیر پروانهای در فشارهای پایین بهترین بازدهی را دارد. آببندی کامل، حرکت روان و سایش کم، از مزایای آن در این شرایط است.
2. عملکرد شیر پروانه ای در فشار متوسط
در این محدوده، استفاده از آلیاژهای مقاومتر مثل چدن داکتیل یا استیل اهمیت بیشتری پیدا میکند.
3. عملکرد شیر پروانه ای در فشار بالا
مدل اهرمی برای فشارهای بالا توصیه نمیشود، مگر اینکه بدنه و دیسک تقویتشده باشند. در این شرایط، معمولاً از مدلهای گیربکسی استفاده میشود.
4. عملکرد شیر پروانه ای در دمای بالا
اگر دما زیاد باشد، نشیمنگاههای لاستیکی مثل EPDM دیگر مناسب نیستند و باید از PTFE یا Viton استفاده شود.
نحوه نصب شیر پروانهای اهرمی
نصب صحیح شیر، تأثیر زیادی روی عملکرد و طول عمر آن دارد.
نکات مهم نصب شیر پروانه ای :
- شیر باید بین دو فلنج بدون فشار اضافی قرار بگیرد
- در هنگام سفت کردن پیچها، فشار باید متعادل باشد
- دیسک شیر نباید با فلنجها برخورد کند
- در سایزهای بزرگ، حتماً باید از نگهدارنده استفاده شود
نصب غلط میتواند باعث گیر کردن دیسک، نشتی یا خرابی نشیمنگاه شود.
نحوه نگهداری شیر پروانهای اهرمی
این شیر نیاز به نگهداری زیادی ندارد، اما یک سری نکات باعث افزایش عمر آن میشود:
- باز و بسته کردن دورهای شیر
- کنترل نشتی در اتصالات
- بررسی سلامت نشیمنگاه
- تمیز بودن سیال
سیالات دارای رسوب یا ذرات جامد، یکی از دلایل اصلی آسیبدیدن این شیرها هستند.
تست و بررسی عملکرد شیر
بعد از نصب، شیر باید تست شود تا از عدم نشتی و عملکرد صحیح اطمینان حاصل شود.
روش تست شیر پروانه ای :
- تست فشار هیدرواستاتیک
- تست نشتی نشیمنگاه
- تست حرکت دیسک
- بررسی آببندی کامل در وضعیت بسته
کاربردهای صنعتی شیر پروانهای اهرمی
شیر پروانهای اهرمی در بسیاری از صنایع بهکار میرود.
برخی از کاربردهای مهم:
- شبکه آبرسانی شهری
- پتروشیمی نفت و گاز
- نیروگاه صنعتی
- سیستمهای تصفیه آب
- سیستمهای گرمایشی و سرمایشی
- خطوط آتشنشانی
- صنایع غذایی
- صنایع شیمیایی
- مخازن ذخیرهسازی
- واحدهای تولیدی کوچک
این سطح از کاربرد گسترده نشان میدهد که این شیر با وجود سادگی، یک تجهیز بسیار کاربردی است.
مقایسه شیر پروانهای اهرمی با سایر انواع شیرآلات صنعتی
برای درک بهتر ارزش و جایگاه شیر پروانهای اهرمی، لازم است آن را با شیرهای دیگر مقایسه کنیم. این مقایسه کمک میکند بفهمیم چه زمانی استفاده از آن درست است و چه زمانی باید از گزینه دیگری استفاده کرد.
1. مقایسه شیر پروانه ای با شیر توپی (Ball Valve)
شیر توپی به دلیل آببندی بسیار قوی، در بسیاری از سیستمها محبوب است.
اما شیر پروانهای اهرمی نسبت به آن:
- وزن کمتر دارد
- قیمت پایینتر دارد
- برای سایزهای بزرگ مناسبتر است
- تعمیر سادهتری دارد
اما در مقابل، شیر توپی در موارد زیر بهتر است:
- فشار کاری بسیار بالا
- نیاز به آببندی کامل ۱۰۰ درصد
- نیاز به کنترل دقیق جریان
به همین دلیل، هر دو شیر جایگاه خود را دارند.
2. مقایسه شیر پروانه ای با شیر دروازهای شیر کشویی گیت ولو (Gate Valve)
شیر دروازهای برای مواقعی مناسب است که شیر باید مدت زیادی باز یا بسته باشد. اما:
- سرعت عملکرد بسیار پایینتری نسبت به شیر پروانهای دارد
- تعمیر آن سختتر است
- قیمت بالاتری دارد
- وزن بیشتری دارد
در مقابل، شیر پروانهای:
- سریع باز و بسته میشود
- برای کاربردهایی که نیاز به تغییر وضعیت سریع است، بهتر عمل میکند
- نصب آسانتری دارد
3. مقایسه شیر کشویی با شیر کروی شیر سوزنی گلاب ولو (Globe Valve)
شیر کروی برای کنترل جریان ایدهآل است. اما شیر پروانهای اهرمی، شیر کنترل دقیق نیست.بنابراین:
- اگر نیاز به تنظیم بسیار دقیق دارید → شیر کروی
- اگر نیاز به کارکرد اقتصادی و ساده دارید → شیر پروانهای
خطاهای رایج در انتخاب شیر پروانهای اهرمی
بسیاری از مشکلاتی که کاربران با شیر پروانهای تجربه میکنند، به دلیل انتخاب اشتباه یا نصب نادرست است. بنابراین لازم است رایجترین خطاها را بشناسیم.
خطای اول: انتخاب جنس نشیمنگاه نامناسب
نشیمنگاه اگر متناسب با سیال و دما انتخاب نشود، در مدت کوتاهی خراب میشود.
مثال:
- استفاده از EPDM در تماس با روغن → نشیمنگاه دچار تورم میشود
- استفاده از NBR در دمای بسیار بالا → نشیمنگاه خشک و شکننده میشود
- استفاده از PTFE در آب معمولی → هزینه اضافی و بدون نیاز
خطای دوم: انتخاب کلاس فشاری اشتباه
اگر شیر PN10 در سیستمی با فشار PN16 نصب شود، نشتی و تغییر شکل بدنه رخ میدهد.
خطای سوم: نصب نادرست
برخی مشکلات ناشی از نصب اشتباه عبارتند از:
- برخورد دیسک با لبه فلنج
- تراز نبودن لولهها
- فشار بیش از حد پیچها
- انتخاب فلنج نامناسب
خطای چهارم: استفاده در سیستمهای بسیار ساینده
اگر سیال دارای ذرات جامد باشد، نشیمنگاه به سرعت آسیب میبیند. در این موارد باید از مدلهای صنعتی با سیت فلزی استفاده شود.
خطای پنجم: استفاده از اهرم در سایزهای بزرگ
برای قطرهای بالا (مثلاً بالای DN200)، استفاده از گیربکس ضروری است.
زیرا:
- باز کردن شیر با اهرم سخت میشود
- نیروی زیادی به شفت وارد میشود
- احتمال ضربه و آسیب وجود دارد
معیارهای انتخاب درست شیر پروانهای اهرمی
برای اینکه انتخاب درستی داشته باشید، باید چند پارامتر مهم را در نظر بگیرید.
1. نوع سیال شیر پروانه ای
آب، هوا، روغن، مواد شیمیایی، دوغاب یا گاز؟
هر کدام نشیمنگاه و آلیاژ مخصوص خود را دارند.
2. دما شیر پروانه ای
باید دمای کاری و دمای لحظهای را در نظر گرفت.
مثال:
- EPDM → دماهای متوسط
- Viton → دماهای بالا
- PTFE → دماهای بسیار بالا
3. فشار کاری شیر پروانه ای
باید کلاس فشاری شیر با فشار سیستم هماهنگ باشد.
4. جنس بدنه شیر پروانه ای
- چدن → رایجترین
- داکتیل → مقاومتر
- فولاد → فشار بالا
- استیل → ضدخورندگی
5. نوع اتصال شیر پروانه ای
- ویفری (بین فلنجی)
- لاگدار
- فلنجی
هر نوع مزایای خود را دارد.
6. نوع محرک
- اهرمی → سایز کوچک و متوسط
- گیربکسی → سایز بزرگ
- پنوماتیک → سرعت زیاد
- برقی → سیستم اتوماسیون
عملکرد شیر پروانهای اهرمی در صنایع مختلف صنعت آب و فاضلاب
این شیر در این صنعت بیشترین کاربرد را دارد، زیرا:
- ارزان
- سبک
- ضد رسوب
- نصب سریع
صنعت تهویه و HVAC
در سیستمهای سرمایش و گرمایش استفاده میشود زیرا:
- نیاز به تغییر وضعیت سریع دارند
- سیال معمولاً آب است
- فشار زیاد نیست
صنایع غذایی و دارویی
در این صنایع، معمولاً از استیل 304 و 316 استفاده میشود.
مزیت:
- سطح صاف و بهداشتی
- مقاوم در برابر مواد خوراکی
- قابل شستشو
صنایع شیمیایی
در این صنایع، PTFE یا Viton ضروری است.
صنایع نفت و گاز
در فشار بالا، از مدلهای کلاس 150 یا 300 استفاده میشود.
در سیالات سنگین، مدلهای فلزی و بدون نشیمنگاه لاستیکی کاربرد دارند
آینده شیرهای پروانهای و تکنولوژیهای جدید
با پیشرفت فناوری، شیرهای پروانهای مدرنتر شدهاند. برخی روندهای جدید عبارتند از:
- پوششهای ضدخوردگی نانو
- شفتهای سبک و بسیار مقاوم
- سیستمهای برقی هوشمند
- سنسورهای تشخیص نشتی
- طراحی دیسکهای آیرودینامیک برای کاهش افت فشار
در دهه آینده، انتظار میرود شیرهای پروانهای هوشمندتر شوند و با اینترنت اشیا ادغام شوند
امیدواریم توانسته باشیم اطلاعات خوبی را ارائه داده باشیم شرکت تامین تجهیز استیل اول.
برای دیدن لیست قیمت شیر پروانه ای کلیک کنید
دیدگاه خود را بنویسید