نظرة عامة على صمامات الفراشة

April 21, 2023

آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة

من https://www.valvemagazine.com/

 

تتمثل الميزة الرئيسية لاختيار صمام الفراشة في تقليل المساحة والوزن لنظام مقارنة بالخيارات الأخرى مثل صمامات الكرة أو الفحص أو الكرة الأرضية أو البوابة.

 

 

ميتشل أندرسون

مدير ، هندسة الصمامات الثلاثية والصمامات الكروية ، شركة Bray International Inc.
Haley Ferner

هالي فيرنر

مهندس تسويق ، Bray International Inc.
تنتمي صمامات الفراشة إلى عائلة الصمامات الدورانية ذات ربع دورة ، والتي تم إنشاؤها واستخدامها لأول مرة في النماذج الأولية للمحركات البخارية في وقت مبكر من القرن الثامن عشر.نما استخدام صمامات الفراشة في الخمسينيات من القرن الماضي للتطبيقات في سوق النفط والغاز ، وبعد 70 عامًا استمر استخدامها على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية.
 
 
 

يمكن تجميع صمامات الفراشة بمقابض أو تروس يدوية أو تشغيل هوائي أو هيدروليكي.يتكون تكوين الصمام من ساق وقرص يدوران 90 درجة من الفتح إلى الإغلاق في اتجاه عقارب الساعة.تحظى صمامات الفراشة بشعبية في العديد من التطبيقات حيث أنها فعالة من حيث التكلفة للصيانة ، وتوفر التشغيل السريع وخفيفة الوزن مقارنة بأنواع الصمامات الأخرى.تستخدم معظم صمامات الفراشة نفس التكوين الأساسي ، مع جسم وجذع وقرص ومقعد وختم ساق ؛ومع ذلك ، قد تختلف الأجزاء الأخرى بين أنواع صمامات الفراشة المختلفة ، مثل الجلوس المرن ، والمبطن ، والإزاحة المفردة ، والإزاحة المزدوجة (غالبًا ما يشار إليها بالأداء العالي) والإزاحة الثلاثية.يتم تمييز هذه الأنواع من خلال هندسة القرص والساق والمقعد ومواد تصميمات المقاعد.

تتمثل الميزة الرئيسية لاختيار صمام الفراشة في تقليل المساحة والوزن لنظام مقارنة بالخيارات الأخرى مثل صمامات الكرة أو الفحص أو الكرة الأرضية أو البوابة.بالمقارنة مع صمام البوابة ، يكون تركيب صمامات الفراشة أقل صعوبة من حيث الحجم والوزن ، وبالمقارنة بالصمامات الكروية ، فإن تكلفة الاستبدال أو الإصلاح عادة ما تكون أقل.تكون صمامات الفراشة محدودة بناءً على تطبيقها نظرًا لأنها تحتوي على منفذ معرق ، حيث يواجه جزء من القرص دائمًا التدفق حتى عند فتحه بالكامل ولا يتم استخدامها عادةً في تطبيقات الملاط الثقيل حيث يفضل استخدام بوابة سكين أو صمام كروي شديد الخدمة.تعد صمامات الفراشة أيضًا منتجات متعددة الاستخدامات يمكن استخدامها في كل من خدمات العزل والتحكم في الضوء / الخنق.

 
آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة  1

 

مركزية ذات مقاعد مرنة

الصمامات ذات المقاعد المرنة متحدة المركز مع خط الأنابيب ، حيث يتم تثبيت القرص في وسط الصمام.هذا النوع من الصمامات مثبت في الموضع ، مع تداخل مستمر من قرص إلى مقعد.عادةً ما تكون التقييمات في ضغط العمل البارد (CWP) بدلاً من تصنيف الفئة ولكنها تناسب حواف فئة ASME Class 125 و Class 150.غالبًا ما يتم تصميم الصمامات ذات المقاعد المرنة تحت تصنيفات فئة الضغط ASME ، وبالتالي فهي أكثر فعالية من حيث التكلفة لتطبيقات الضغط المنخفض.يتكون ختم الجذع من سدادة أولية (مقعد مسطح إلى محور القرص) ، وختم ثانوي (قطر الجذع أكبر من فتحة في المقعد) وختم ثلاثي (ختم الجذع العلوي).

آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة  2

تشتمل مواد الجسم النموذجية على حديد الدكتايل وحديد الزهر والفولاذ الكربوني والألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ وبرونز الألومنيوم.تشمل مواد المقعد النموذجية EPDM و Buna-N و PTFE والمطاط الطبيعي والمزيد.تُستخدم صمامات الفراشة المرنة في الغالب في تطبيقات العزل والتحكم بما في ذلك HVAC ، والمواد الكيميائية والبتروكيماوية ، والأغذية والمشروبات ، وتوليد الطاقة ، والمياه ومياه الصرف ، والنفط والغاز ، والتعدين ، ومناولة المواد السائبة الجافة.يتم اختيارهم بناءً على التوافق مع الوسائط التي تمر عبر خط الأنابيب وظروف التدفق.

 
 

مركّز مبطن بالبوليمر

تتميز صمامات الفراشة المبطنة أيضًا بأنها متحدة المركز مع خط الأنابيب ومصممة للاستخدام مع الوسائط الكيميائية القاسية: توفر هذه المنتجات المبطنة بالبوليمر عمرًا أطول في الوسائط التي تحتوي على مستويات أعلى من الأحماض.تشمل الخيارات صمامات مبطنة بـ PTFE و PFA ، وكلاهما يستخدم في صناعة البتروكيماويات والأغذية والمشروبات مع الوسائط المسببة للتآكل.أحد الاختلافات الرئيسية بين البطانات هو أنه في النماذج الأولية للمحرك البخاري ، تظل بطانات PFA مرنة على عكس بطانات PTFE بمرور الوقت بناءً على طريقة تصنيعها.يتم ذوبان PFA وربطه كيميائيًا بينما يتم تلبيد PTFE.يؤدي الانصهار والربط الكيميائي إلى تكوين مادة أكثر كثافة ويقلل من الجيوب الهوائية ، مما يؤدي إلى مرونة وإغلاق محكم على المدى الطويل في التطبيقات الكيميائية الأكثر قسوة.عادة ما يستخدم صمام الفراشة المبطن بـ PTFE في الماء ، محلول ملحي ، مخزون اللب والتطبيقات الحمضية الضعيفة.يمكن أن تختلف مادة القرص أيضًا بناءً على التطبيق ، بين الفولاذ المقاوم للصدأ ، أو الفولاذ المقاوم للصدأ المبطن مع PTFE و PFA و UHMWPE (بولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي).

أداء عالي

تحتوي صمامات الفراشة عالية الأداء (وتسمى أيضًا الإزاحة المزدوجة) على إزاحتين: الإزاحة الأولى للجذع هي خارج المركز إلى أو خلف وجه جلوس القرص ، متبوعًا بالإزاحة الثانية ، والتي تزيح الجذع بعيدًا عن الخط المركزي لخط الأنابيب.هذا الإزاحة المزدوجة تخلق حركة الكاميرات ، وتحريك القرص بعيدًا عن المقعد بدلاً من عبره ، مما يقلل الاحتكاك بين القرص والمقعد كما يظهر في الصمامات متحدة المركز وصمامات الإزاحة الفردية.

 
 
آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة  3

تُستخدم الإزاحة المزدوجة بشكل شائع لتطبيقات العزل والتحكم ، بالإضافة إلى تطبيقات الدورة الأعلى عند مقارنتها بالتصميم المركز.يتم إجراء معظم التطبيقات لدرجة حرارة وضغط أعلى من الصمامات ذات القاعدة المرنة.تم تصميم المقاعد لتوفير قوة رد الفعل (إجهاد التلامس) للقرص عندما تكون في الوضع المغلق.يؤدي ضغط التلامس هذا إلى إنشاء الختم مع حافة القرص.يمكن أن تعتمد هذه التصميمات على الضغط ، بينما يستخدم البعض الآخر ملاءمة التداخل التي يوفرها جهاز تنشيط المقعد لنطاق الضغط هذا.تشمل مواد الجسم الشائعة الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ والبرونز الألومنيوم.تشمل مواد المقعد الشائعة PTFE و PTFE المقوى و TFM و UHMWPE و Inconel.

يمكن أن تتضمن تصميمات المقاعد الإضافية لاستخدامات محددة أيضًا مقاعد معدنية بالكامل وآمنة ضد الحريق (المقعد الناعم والمعدني).يمكن أن يتحمل التصميم المعدني المقعد قدرات درجة حرارة أعلى تصل إلى 900 درجة فهرنهايت في الخدمة المتسخة والخدمة الكاشطة وتطبيقات التحكم مع الخدمة الساخنة والقذرة.يتم استخدام تصميم الجلوس الآمن من الحريق في الخدمات المعرضة لخطر نشوب حريق ، وذلك باستخدام مادة ناعمة ذات مقاعد للعزل مع الاستمرار في توفير ختم احتياطي ثابت من المعدن إلى المعدن للقرص في حالة نشوب حريق.الهدف من تصميم الصمام في هذه التطبيقات هو توفير العزل لمنع تغذية اللهب.

 
 

يمكن تكوين تصميم الأوفست المزدوج للتطبيقات المبردة ؛غالبًا ما تستخدم في تطبيقات الغاز الصناعي مثل الأرجون والهيليوم والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين.يعتمد اختيار المواد على الخدمة ، مع التركيز على المتانة وقوة تأثير المواد الحدودية للضغط عند درجة حرارة العملية.تتضمن معايير هذه التطبيقات مواصفات المواد الصارمة إلى جانب متطلبات التنظيف للسلامة وتشغيل الصمامات أثناء الخدمة.

تعويض ثلاثي

تشترك صمامات الأوفست الثلاثية في مفهوم الإزاحة الأول والثاني مع صمامات الفراشة عالية الأداء وتتضمن إزاحة ثالثة إضافية ، مع أسطح الجلوس باستخدام سطح مخروطي مائل.يتيح هذا الإزاحة الثالثة لعنصر الختم (حلقة الختم) إشراك سطح المقعد فقط في النهاية

 
 
آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة  4

درجة الإغلاق (والفك الفوري من مقعد الصمام عند الفتح) مما يؤدي إلى عدم الاحتكاك بين مكونات الختم.هذا النوع من الصمامات قائم على عزم الدوران ، مما يعني أنه يتم تطبيق عزم الدوران لتحميل عناصر الختم وتوفير أداء الإغلاق.يمكن أن تكون حلقة الختم إما طبقات مغلفة من المعدن والجرافيت أو صفائح معدنية صلبة ، وكلاهما قابل للاستبدال في الحقل.يمكن تثبيت مقعد الصمام بمسامير (قابل للاستبدال في الحقل) أو جزء لا يتجزأ من جسم الصمام.صمامات الإزاحة الثلاثية هي بطبيعتها آمنة للحريق وقابلة للتطبيق على فئات الضغط من الفئة 150 حتى الفئة 1500. يمكن استخدام هذا التصميم في نطاق درجات حرارة واسع من -320 درجة فهرنهايت إلى 1500 درجة فهرنهايت في تكوينات مختلفة بسبب المعدن إلى المعدن ختم.

تشتمل مواد الهيكل الشائعة على الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ والبرونز من الألومنيوم ، بينما تشتمل مواد المقاعد الشائعة على 316 الفولاذ المقاوم للصدأ ذو السطح الصلب والبرونز والنيكل والألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والدوبلكس.تشمل مواد الختم الشائعة طبقات معدنية مزدوجة غير قابلة للصدأ أو Monel أو XM-19 أو Inconel مع إما الجرافيت أو PTFE ، وتشمل خيارات المعدن الصلب على الوجهين الفولاذ المقاوم للصدأ أو Inconel أو XM-19.تشمل التطبيقات الرئيسية لصمامات الأوفست الثلاثية توزيع البخار ، والبتروكيماويات ، ومزارع الصهاريج ، والمحطات ، والتبديل.

 
 

يسمح صمام الإزاحة الثلاثي للخدمة المبردة بدرجات حرارة منخفضة تصل إلى -420 درجة فهرنهايت ؛يتم استخدامه في خدمة الغاز الطبيعي المسال والهيدروجين السائل والأكسجين السائل ، على سبيل المثال لا الحصر.تحافظ الأغطية الممتدة على حزم الجذع من درجات الحرارة شديدة البرودة.

تستخدم تصاميم درجات الحرارة المرتفعة ، التي تصل إلى 1500 درجة فهرنهايت ، حلقة مانعة للتسرب صلبة وغطاء محرك لتبديد انتقال الحرارة إلى التعبئة والتشغيل.يستخدم هذا التصميم في الغالب في التوربينات وتطبيقات الملح المصهور والهواء الساخن.

 
 

أنواع التوصيلات النهائية

تحتوي صمامات الفراشة على خيارات متعددة لأنواع الوصلات الطرفية ، بما في ذلك الرقاقة (بدون شفة) ، العروة ، ذات الحواف المزدوجة ونهاية البوتويلد.تسمح بعض الخيارات بسهولة الصيانة ، وبعضها مناسب للخدمة المسدودة وبعض التصميمات لها آثار على الوزن وخفض التكلفة مقارنة ببعضها البعض.

آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة  5
  • صممت صمامات الرقاقة ليتم تثبيتها بين الفلنجات ، بأبعاد قصيرة وجهاً لوجه فيما يتعلق بقطر خط الأنابيب.لا يمكن استخدام هذه الصمامات للخدمة المسدودة ، والتي تتطلب صمامات عزل إضافية عند إغلاقها للصيانة.تعد خيارات الرقائق أخف وزنا وأرخص من أسلوب العروة وغالبًا ما تستخدم في تطبيقات الضغط المنخفض.
  • صممت صمامات العروة ليتم ربطها بإحدى الفلنجات أو كلتيهما باستخدام مثبتات ملولبة في نتوءات العروة على جسم الصمام ، مع بُعد قصير وجهاً لوجه فيما يتعلق بقطر خط الأنابيب.يمكن أيضًا استخدام هذه الصمامات في الخدمة المسدودة اعتمادًا على تصميم المقعد ولكن قد يتم تقليل تصنيفها ويمكن أن تكون أثقل من طراز الرقاقة.
  • تم تصميم الصمامات ذات الحواف المزدوجة بحواف على طرفي الجسم لتأمين الصمام لتزاوج الشفاه على الأنبوب بمسامير أو مسامير وصواميل.يمكن استخدامها في خدمة مسدودة ؛ومع ذلك ، قد يتم إلغاء تصنيف بعض أنواع الصمامات.
  • تم تصميم صمامات Buttweld الطرفية بحواف (تحضير اللحام) على كل وجه لتتناسب مع السماكة والشطبة على الأنبوب.يتم ربط الطرفين بخط الأنابيب ولحامهما ، ويستخدمان في التطبيقات التي لا يكون فيها التفكيك شائعًا ، أو يمثل مسار التسرب المحتمل بين شفة البراغي مصدر قلق.

 

أنواع الأتمتة

يمكن للعديد من أنواع المحركات التحكم في خصائص الفتح والإغلاق لصمام الفراشة.يوفر المشغل عزم الدوران المطلوب لفتح الصمام وإغلاقه بشكل صحيح أثناء الخدمة.يتم إقران الأنواع التالية من المحركات بصمامات الفراشة:

 
 
آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة  6
  • التشغيل اليدوي للصمام هو أبسط أشكال التشغيل.يستخدم عجلة أو رافعة للتحكم في موضع الجذع والقرص.المشغلين اليدويين أيضًا غير مكلفون للغاية وعادة ما يتم استخدامهم مع الصمامات الأصغر حجمًا التي تتطلب عزم دوران أقل.هذه مناسبة بشكل خاص في التطبيقات التي لا توجد فيها طاقة لتشغيل الصمام.سرعة المشغلين اليدويين بطيئة إلى حد ما ، لذا لن يتم استخدامها في تطبيقات الإغلاق في حالات الطوارئ.
  • تحتوي مشغلات الصمامات الكهربائية على علبة تروس يمكنها ضبط سرعة المحرك ورفع أو خفض عزم الدوران.من السهل صيانة المشغلات الكهربائية ، وهي سهلة التركيب نسبيًا وهي هادئة إلى حد ما أثناء التشغيل.يعتمد موضع الصمام على الجهد أو إدخال الإشارة الحالية ويمكن أن يحتوي على مفاتيح حدية توقف المشغل عندما يكون مغلقًا بالكامل أو مفتوحًا بالكامل.يتم استخدام المحركات الكهربائية حيث يوجد مصدر طاقة ثابت.
  • تحتوي مشغلات الجريدة المسننة والجريدة المسننة على نوابض داخل غرفة تعمل من دخول وخروج الهواء المضغوط.يمكن أن تكون هذه الأنواع من المشغلات الهوائية أحادية أو مزدوجة المفعول ، وهي مدمجة في التصميم ، وغير مكلفة نسبيًا وخفيفة الوزن.لديهم أوقات رد فعل أسرع ، مما يسمح باستخدامهم في خدمات الاختناق ؛يحتاجون إلى مصدر خارجي للهواء المضغوط.
  • يمكن تشغيل مشغلات نير سكوتش بالهواء المضغوط أو بسائل هيدروليكي.تتكون هذه من كرنك ومكبس في اسطوانة مجوفة.يتم تطبيق الضغط على جانب واحد ، وتحرك القوة الناتجة المكبس خطيًا لتدوير الجذع والقرص.يمكن تصميم هذه المشغلات بوحدات نمطية لسهولة الصيانة عن طريق إزالة قسم واحد فقط من المشغل بدلاً من التجميع بالكامل.يكون نير الاسكوتش أكبر وأكثر تكلفة من الرف والترس ، ولكن الناتج ينتج عزم دوران أعلى بكثير للصمامات ذات الحجم الأكبر.يمكن أيضًا إقران نير الاسكوتش مع ملحقات التحكم لاستخدامها في تطبيقات سريعة المفعول أو إغلاق ناعم.
  • تستخدم مشغلات الصمامات الهيدروليكية القوة الهيدروليكية التي يوفرها سائل للتحكم في موضع القرص والساق.وهي متوفرة في التمثيل الفردي أو المزدوج.يعمل التمثيل الفردي بغياب ضغط السائل ، مما يحافظ على الصمام في الوضع المغلق ؛عندما يتراكم الضغط ، يدفع السائل المكبس باتجاه الصمام ليفتح.يحتوي النوع مزدوج المفعول على مضخة هيدروليكية تعمل على تغيير اتجاه السائل لفتح الصمام وإغلاقه.تُستخدم هذه المحركات للصمامات الكبيرة جدًا أو الشاقة التي تتطلب عزم دوران كبير للعمل ؛يمكن استخدامها أيضًا مع ملفات لولبية للتحكم في الوضع بشكل أفضل.

معايير تصميم صمام الفراشة

تحتوي صمامات الفراشة على العديد من المعايير الوطنية والدولية التي تملي معايير التصميم ، مثل سمك الجدار ، وطول وجهًا لوجه ، وأنماط التثبيت ، وحفر الفلنجات ، والانبعاثات المتسربة والمزيد.فيما يلي بعض المعايير الشائعة للعديد من أنواع تصميمات صمامات الفراشة.

المعايير المشتركة لتصميم الصمام

 
 
آخر أخبار الشركة نظرة عامة على صمامات الفراشة  7

تقدم صمامات الفراشة عرضًا فريدًا للقيمة استنادًا إلى وزنها وأثرها وفعاليتها من حيث التكلفة.إنها توفر مجموعة متنوعة من الخيارات من مواد المقعد وتصميمات الختم ونطاق درجات الحرارة والضغط.توفر صمامات الفراشة أحد أكبر أسواق الصمامات خلف الصمامات الكروية وصمامات البوابة.تستمر في النمو بناءً على مرونة الأتمتة وعزم الدوران المنخفض وتحسين أداء الانبعاثات الهاربة مقارنة بالصمامات الخطية.