شیرآلات چدنی و انواع شیر چدنی

شیرآلات صنعتی یا ولوها نقش مهمی در قطع و وصل و تنظیم شدت جریان سیال در خطوط لوله دارند. شیرآلات چدنی یکی از انواع ولوها هستند که در گستره وسیعی از صنایع کاربرد دارند. شیرآلات چدنی به دو دسته کلی شیر چدنی خاکستری (Cast Iron Valves)  و شیر چدنی داکتیل (Ductil Iton Valves) تقسیم می شوند. برخی از شیرآلات چدنی به صورت دستی کار کنند و برخی دیگر از آنها با کمک یک محرک (پنوماتیک، هیدرولیکی یا الکتریکی) تغییر وضعیت می دهند. از آنجایی که ولو ها بخش بزرگی از هزینه های کلی سیستم را شامل می شوند، بایستی آنها را با دقت زیادی انتخاب کرد. این مقاله به طبقه بندی شیرآلات چدنی و عملکرد هریک از ولوها می پردازیم.

شیرآلات چدنی چیست؟

ولوها و شیرآلات صنعتی با جنس های گوناگون در بازار در دسترس هستند. شیرآلات فولادی، چدنی، برنجی، برنزی و غیره بر اساس کاربرد و جنس سیستم لوله کشی انتخاب می شوند.

چدن آلیاژی از آهن و کربن است. تفاوت اصلی فولاد و چدن در درصد کربن موجود در آلیاژ است. فولادها کمتر از 2% کربن در ساختار خود دارند، در صورتی که چدن ها دارای بیش از 2% کربن هستند. همین تفاوت در ترکیب شیمیایی موجب بروز ویژگی های بسیار متفاوتی در هر یک از آنها می شود.

چدن ها خود به دسته های گوناگونی تقسیم می شوند. در میان آنها از چدن خاکستری و چدن داکتیل برای ساخت ولو استفاده می شود.

انواع شیر چدنی بر اساس جنس

چدن خاکستری

چدن خاکستری (cast iron / gray iron) آلیاژی از آهن با مقادیر کمی کربن (2-4%) و سیلیسیم است. ویژگی بارز آن تحمل شرایطی با دمای بسیار بالا است. این آلیاژ می تواند دمای بیش از 2100 درجه فارنهایت (حدود 1150 درجه سانتی گراد) را تحمل کند.

در شرایط فشاری گوناگون؛ قدرت چدن به کلاس فشار آن بستگی دارد. دو کلاس فشاری متداول برای چدن ها مطرح است: کلاس فشار 125 و 250. در دماهای نسبتا پایین تر، چدن کلاس 125 برای فشارهای بین 150 تا  psi 200 استفاده می شود. چدن کلاس 250 کمی سخت تر است و در فشارهای 300 تا psi 500 استفاده می شود.

چدن خاکستری استحکام بالایی دارد و معمولا تحت لرزش های شدید آسیبی نمی بیند. با این حال، چدن خاکستری بسیار سخت و شکننده است و مقاومت کمی در برابر خم شدن دارد. تقریبا هرگونه خم شدن باعث شکستگی یا ترک در قطعه می شود. یک مزیت بزرگ چدن خاکستری قیمت آن است. این آلیاژ نسبتا ارزان و گزینه ای بسیار اقتصادی و مفید برای اکثر شرایط است.

چدن داکتیل یا انعطاف پذیر

چدن داکتیل یا انعطاف پذیر، همانطور که از نام آن پیداست، انعطاف بیشتری نسبت به چدن خاکستری دارد. در این نوع از چدن ها، گرافیت ها به شکل ندولار یا سوزنی شکل فرم گرفته اند. این ساختار باعث شده تا انعطاف این چدن بیشتر شود و امکان خم شدن بدون شکستن یا ترک خوردگی را داشته باشد. با این حال، تحمل دمایی آن کمتر از چدن خاکستری است. این آلیاژ می تواند تا دمای  1350 درجه فارنهایت (حدود 730 درجه سانتی گراد) را تحمل کند.

در شرایط فشاری گوناگون؛ قدرت چدن به کلاس فشار آن بستگی دارد. دو کلاس فشاری متداول برای چدن داکتیل مطرح است: کلاس 150 و 300. در شرایط دمایی استاندارد و در محیط آزاد، چدن کلاس 150 برای فشارهای تا psi 250 استفاده می شود. چدن کلاس 300 نیز تا فشار psi 640 را تحمل می کند.

ولوهای ساخته شده از چدن داکتیل دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی هستند و استحکام خوبی دارند. از این رو برای کاربردهایی که در آن یک ماده سخت تر مورد نیاز است و در شرایطی که احتمال هوازدگی وجود دارد، یک انتخاب عالی هستند. به همین دلیل چدن داکتیل (نسبت به چدن خاکستری) گزینه بهتری برای ساخت ساخت انواع لوله، اتصالات و ولوها است که البته قیمت آن نیز کمی بیشتر است.

همچنین با پوشش دهی اپوکسی روی این شیرآلات چدنی می توان طول عمر و مقاومت به سایش و خوردگی آنها را افزایش داد.

مقایسه شیرآلات چدن خاکستری و چدن داکتیل

اکنون که هر دو نوع چدن را به صورت جداگانه بررسی کرده ایم، شیرآلات چدن خاکستری و چدن داکتیل را با هم مقایسه خواهیم کرد. امیدواریم این راهنما به شما کمک کند تا بهترین تصمیم گیری را داشته باشید.

دوام شیر چدنی

چدن خاکستری: چدن خاکستری ماده ای قوی و با استحکام بالا است که می تواند فشارهای بالایی را تحمل کند. با این حال، هنگامی که فشار بیش از حد به یک ولو یا لوله چدنی وارد شود، ممکن است ترک بخورد یا بشکند. چدن خاکستری خاصیت انعطاف پذیری ندارد. به این معنی که کاملا سخت و شکننده است و در صورت خم شدن می شکند. همچنین چدن خاکستری به مرور زمان زنگ می زند و اکسید می شود، بنابراین بایستی به صورت منظم بازرسی و نگهداری شود تا شیر چدنی دچار خوردگی نشود.

چدن داکتیل: چدن داکتیل دارای یکپارچگی ساختاری چشمگیری است. از این رو می تواند فشارها و دما بالا را بدون پوسته پوسته شدن تحمل کند. همچنین به دلیل ماهیت انعطاف پذیر آن، در هنگام خم شدن کمتر احتمال شکستگی وجود دارد. چدن داکتیل نیز به مرور زمان زنگ می زند، اما سرعت اکسیداسیون آن کمتر از چدن خاکستری است.

سهولت نصب شیر چدنی

چدن خاکستری: استفاده از چدن خاکستری گزینه های زیادی هنگام نصب را به کاربر می دهد. شیرآلات  چدن خاکستری به طور معمول با استفاده از فلنج ها پیچ می شوند. جوشکاری آنها دشوار است، اما غیرممکن نیست. شیرهای چدنی با انتهای فلنجی گزینه ای عالی برای کاربردهای فشار بالا یا پایین هستند.

چدن داکتیل: چدن داکتیل به دلیل شباهت های ساختاری آن با چدن خاکستری، گزینه های نصب مشابهی با چدن خاکستری دارد. جوشکاری آن توصیه نمی شود، اما پیچ و مهره با استفاده از فلنج ها بهترین گزینه برای اتصال آنها است.

قیمت شیر چدنی

چدن خاکستری: شیر چدن خاکستری، به دلیل فرآیند تولید ساده تر، در مقایسه با شیر چدنی داکتیل، مبلغ قابل توجهی را برای شما صرفه جویی می کند. اگر به مزایایی که استفاده از چدن داکتیل به شما می دهد، نیازی ندارید، چدن خاکستری گزینه هوشمندانه ای است.

چدن داکتیل: چدن داکتیل گزینه گرانتری است، اما ویژگی های خوبی به همراه دارد. اگر شرایط کاری شما به گونه ای است که چدن داکتیل پاسخگوی آن است، در انتخاب آن شک نکنید.

انواع شیر چدنی بر اساس طراحی

در ادامه انواع شیر چدنی موجود در بازار را به شما معرفی می کنیم.

شیر دروازه ای چدنی

گیت ولو یا شیر دروازه ای یکی از رایج ترین شیرآلات چدنی در هر کارخانه ها و سیستم های لوله کشی است. گیت ولو یک شیر با حرکت خطی است که برای شروع یا توقف جریان سیال استفاده می شود.

شیرهای دروازه ای به وسیله بالا بردن یا پایین آوردن یک دسته در بالای شیر، جریان سیال را کنترل می کنند. این شیرها یا در حالت کاملا باز یا کاملا بسته هستند و از آنها برای تنظیم شدت جریان استفاده نمی شود. شیر دروازه یا گیت ولو تقریبا در تمام فرایندهایی که سیالاتی مانند هوا، گاز، سوخت، آب، بخار، روغن روان کننده، هیدروکربن و سایر سیالات وجود دارند، مورد استفاده قرار می گیرد. گیت ولو به خوبی می تواند جریان سیال را قطع می کند.

گلوب ولو چدنی

گلوب ولو یا شیر کروی یکی دیگر از انواع شیر چدنی است. از گلوب ولو برای توقف، راه اندازی و تنظیم جریان سیال استفاده می شود. گلوب ولو در سیستم هایی استفاده می شود که کنترل جریان سیال مورد نیاز است و پیشگیری از نشتی نیز ضروری است. گلوب ولو در مقایسه با گیت ولو جریان را بهتر قطع می کند و از آن گران تر است. شیر کروی به گونه ای طراحی شده که بدون نیاز به خارج کردن ولو از سیستم، امکان تعمیر و بازرسی آن وجود دارد. به دلیل طراحی مخروطی شکل شیر کروی، نقطه تماس با سیت (نشیمن گاه) نسبتا زیاد است و آب بندی خوبی ایجاد می کند.

شیر توپی چدنی

بال ولو یا شیر توپی پر کاربردترین شیر چدنی است. شیر توپی یک شیر مدور با حرکت یک چهارم است که از یک دیسک توپی شکل برای توقف یا شروع جریان استفاده می کند. اکثر شیرهای توپی از نوع سریع الاثر هستند که برای کارکردن شیر نیاز به چرخش 90 درجه ای دسته سوپاپ دارد. شیر توپی کوچکتر و سبکتر از گیت ولو با همان اندازه و درجه است.

شیر پروانه ای چدنی

شیر پروانه ای یک شیر چدنی دوار با حرکت چرخشی یک چهارم است که برای توقف، تنظیم و شروع جریان استفاده می شود. شیر پروانه ای یکی از شیرآلات چدنی است که به سرعت باز و بسته می شود. با چرخش 90 درجه ای دسته شیر، دریچه به طور کامل باز یا بسته می شود. شیر پروانه ای بدنه مدور کوتاهی دارد. باترفلای ولو به دلیل طراحی فشرده و وزن سبک در مقایسه با سایر ولوها به فضای کمتری نیاز دارد.

شیر سماوری چدنی

پلاگ ولو نیز یک شیر چدنی با حرکت چرخشی یک چهارم است که برای متوقف کردن یا شروع جریان استفاده می شود. دیسک به شکل مخروطی است که دارای گذرگاهی برای عبور جریان است. پلاگ ولو به عنوان شیر توقف یا راه اندازی جریان سیال استفاده می شود و قادر به حذف حباب است. پلاگ ولو را می توان در شرایط گوناگون از حالت خلاء تا کاربردهای فشار و دمای بالا استفاده کرد.

نیدل ولو چدنی

نیدل ولو یا شیر سوزنی نوع دیگری از شیر چدنی است که از نظر طراحی شبیه گلوب ولو است. بزرگترین تفاوت نیدل ولو با گلوب ولو در وجود دیسک نوک تیز سوزنی شکل است. شیرهای سوزنی برای کنترل بسیار دقیق جریان در سیستم های لوله کشی با قطر کوچک طراحی شده اند. نام این ولو از شکل دیسک مخروطی نوک تیز الهام گرفته است.

پینچ ولو چدنی

پینچ ولو به عنوان شیر گیره ای یا clamp valve  نیز شناخته می شود. این یک شیر حرکت خطی دارد. از پینچ ولو برای شروع، تنظیم و توقف جریان سیال استفاده می شود. در این ولو یک لوله لاستیکی، که لوله پینچ نام دارد، طی مکانیزم پینچ حرکت سیال را کنترل می کند. Pinch Valve برای انتقال دوغاب ها، مایعات با مقادیر زیادی جامدات معلق و سیستم هایی که مواد جامد را به صورت پنوماتیکی انتقال می دهند، ایده آل است.

شیر یک طرفه چدنی

چک ولو یا شیر یک طرفه یکی دیگر از انواع شیرآلات چدنی است که از جریان برگشتی در سیستم لوله کشی جلوگیری می کند. تا زمانی که فشار جریان در خط لوله ثابت باشد، جریان بدون مانع در یک جهت حرکت می کند. در صورت ایجاد جریان بازگشتی چک ولو بسته می شود و سیستم را در برابر جریان معکوس محافظت می کند.

انواع چک ولو عبارتند از:

• نوع سویینگ (Swing Type)
• نوع بالا برنده (Lift Type)
• نوع صفحه دوگانه (Dual Plate Type)
• ولو چک متوقف کننده (Stop Check Valve)

شیر یک طرفه یا چک ولو چدنی در سایزهای مختلف در بازار موجود است.

از مزایای شیر یک طرفه چدنی این است که امکان تعویض زبانه ی شیر بدون نیاز به باز کردن مجموعه ولو وجود دارد.

شیر کاهش فشار چدنی (Pressure Relief Valve)

شیر کاهش فشار، شیر فشار شکن یا شیر اطمینان برای محافظت از تجهیزات یا سیستم پایپینگ در شرایط فشار بیش از حد یا خلاء استفاده می شود. این شیر، فشار اضافی یا خلاء ایجاد شده را با فشار کنترل شده آزاد می کند.

انواع شیر کاهش فشار چدنی عبارتند از:

• شیرهای کاهش فشار با قابلیت بسته شدن دوباره (Reclosing-type pressure relief devices)

• شیرهای کاهش فشار بدون قابلیت بسته شدن دوباره (Non-reclosing type pressure relief devices)
• شیرهای ایمنی (Safety Relief Valves)
• شیر کاهش فشار (Pressure Relief Valve)
• شیر کاهش خلاء (Vacuum Relief Valve)
• شیر تخلیه فشار (Vacuum Relief Valve)

انواع شیرآلات چدنی بر اساس نوع عملکرد

شیرآلات چدنی عملکردهای مختلفی را یک در سیستم لوله کشی صنعتی انجام می دهند. مانند:

• توقف و شروع جریان سیال. باز یا بسته بودن یک ولو، اجازه عبور سیال را می دهد یا جریان سیال را متوقف می کند.
• کنترل جریان سیال. برخی از ولوها به شما امکان می‌دهند تا جریان سیال را کاملا قطع یا کاملا باز کنید. همچنین می توانید با باز کردن به صورت نیمه یا بخشی از ولو، جریان سریال را کنترل کنید.
• کنترل جهت جریان سیال. وجود ولو با چند پورت به شما امکان می دهد در مورد مسیر حرکت سیال تصمیم بگیرید.
• تنظیم شدت جریان یا فشار در سیستم پایپینگ. برخی از شیرهای کنترل اتوماتیک با تنظیم باز و بسته شدن، جریان و فشار درون سیستم را حفظ می کنند.
• کاهش فشار یا خلاء سیستم پایپینگ یا تجهیزات. شیر تخلیه فشار و خلاء، کل سیستم پایپینگ را از فشار بیش از حد و خلاء محافظت می کند.

طبقه بندی ولو بر اساس اتصالات انتهایی

یکی از روشهای طبقه بندی شیرآلات صنعتی، دسته بندی آنها براساس اتصالات انتهایی شیر است.

• پیچی یا رزوه ای که با رزوه همسان با انتهای لوله وصل می شود. از این اتصالات معمولا در ابعاد کمتر از 1.5 اینچ استفاده می شود.
• اکثر ولوهای مورد استفاده در سیستم پایپینگ دارای انتهایی از نوع فلنجی است. از این اتصالات معمولا در ابعاد بیشتر از 2 اینچ استفاده می شود.
• از ولوهای دارای انتهای جوش لب به لب (یا بات ولد Butt-welded ) در شرایط فشار و دمای بسیار بالا استفاده می شود. از این اتصالات معمولا در کلاس بالاتر از 900 استفاده می شود.
• از ولوهای دارای سوکت جوشی در فشار کم استفاده می شوند. از این اتصالات معمولا در ابعاد کمتر از 2 اینچ استفاده می شود.
• چک ولو و شیر پروانه ای با انتهای ویفری در بازار موجود هستند. این نوع انتها زمانی استفاده می شود که فضای کار بسیار محدود باشد.

انواع شیرآلات چدنی بر اساس درجه بندی فشار و دما

یکی دیگر از روشهای طبقه بندی شیرآلات چدنی، دسته بندی آنها براساس درجه بندی فشار و دما است.

بر اساس درجه بندی فشار و دما، انواع شیرهای زیر در بازار موجود است.

• ولوهای کلاس 150 (فشار مجاز = 16 بار)
• ولوهای کلاس 300 (فشار مجاز = 40 بار)
• ولوهای کلاس 400 (ولوهای کلاس 400 گاهی اوقات در صنعت پایپینگ استفاده می شوند و کمتر رایج هستند.)
• ولوهای کلاس 600 (فشار مجاز = 100 بار)
• ولوهای کلاس 900 (فشار مجاز = 160 بار)
• ولوهای کلاس 1500 (فشار مجاز = 250 بار)
• ولوهای کلاس 2500 (فشار مجاز = 400 بار)

انواع شیرآلات چدنی بر اساس نحوه باز و بسته شدن

یکی دیگر از روشهای طبقه بندی شیرآلات چدنی، دسته بندی آنها براساس نحوه باز و بسته شدن ولو است. هر شیر با حرکت خطی، چرخشی یا یک چهارم چرخش باز و بسته می شود.

در تصویر زیر تفاوت روش های باز شدن شیر را مشاهده می کنید.

• ولوهای با حرکت خطی از یک عامل بستن جریان استفاده می کنند که در یک خط مستقیم حرکت می کند و جریان را شروع یا متوقف یا نیمه باز می کند. عامل بستن جریان می تواند یک دیسک یا ماده انعطاف پذیری مانند دیافراگم باشد. ولوهای حرکت خطی در عملکرد کندتر هستند، اما سطح دقت و پایداری بالاتری در فرایند بستن دارند.
• ولوهای حرکتی چرخشی یک دیسک را می چرخانند یا آن را از پین لولا که دیسک را نگه می دارد می چرخانند.
• شیرهای ربع چرخشی با چرخش 90 درجه، شیر را به طور کامل بسته یا کاملا باز می کنند. به دلیل این چرخش سریع، عملکرد آنها بسیار سریعتر از شیرهای حرکت خطی است.

انواع ولو بر اساس انواع محرک مورد استفاده

یک راه دیگر برای طبقه بندی ولوها  بر اساس انواع محرک مورد استفاده است. ولو را می توان به صورت دستی با کمک چرخ دستی، اهرم، زنجیر یا چرخ دنده حرکت داد.

همچنین می توان از یک منبع تغذیه خارجی مانند موتور الکتریکی، هوا، سیال هیدرولیک یا میدان مغناطیسی برای راه اندازی ولو از اتاق کنترل استفاده کرد.

چک ولوها نیز هنگامی که در معرض جریان برگشتی قرار می گیرند، به طور خودکار به راه می افتند.