يتميز صمام الفراشة بالبساطة في الحركة: قرص دائري مسطح، مملوء بقطره، يتم تدويره بزاوية 90 درجة داخل مقعد على شكل حلقة لفتح أو خنق أو إغلاق ممر السوائل. يبقى القرص في مسار التدفق في جميع الأوقات، لذلك يتم تحديد شخصية الصمام من خلال كيفية تفاعل هذا المظهر الجانبي النحيف مع الضغط والسرعة واحتكاك الختم.
المبدأ الأساسي
عندما يكون العمود موازيًا لمحور الأنبوب، يعرض القرص حافته للتدفق، مما يؤدي إلى عدم فقدان الرأس تقريبًا؛ في الوضع المغلق تمامًا، يستقر القرص على المطاط الصناعي أو المقعد المعدني، مما يشكل ختمًا محكمًا. تعني الحركة ربع دورة أن المحرك الهوائي أو الكهربائي يمكنه تدوير الصمام في أقل من ثانية واحدة، مما يجعله مثاليًا للإغلاق في حالات الطوارئ أو التجميع الآلي.
سلوك عزم الدوران
نظرًا لأن القرص متماثل، فإن عزم الدوران يكون في أدنى مستوياته بالقرب من الطرفين (0 درجة و 90 درجة) ويبلغ ذروته حوالي 70 درجة حيث يكون الضغط التفاضلي عبر القرص أكبر. تعمل التصميمات الحديثة على إزاحة محور العمود ببضعة ملليمترات (المعروف باسم "غريب الأطوار" أو "عالي الأداء") بحيث تقوم الكاميرا القرصية بإخلاء المقعد أثناء أول 10 درجات من الفتح، مما يقلل عزم الدوران بنسبة 30٪ ويطيل عمر المقعد.
تقنيات الختم
1. المقعد المرن: يتم ربط بطانة النتريل أو EPDM بالجسم؛ يجبر ضغط الخط القرص على المطاط، مما يؤدي إلى إغلاق محكم للفقاعات إلى 16 بار و-20 درجة إلى 120 درجة.
2. المقعد المعدني: يتم استخدام تراكب غير قابل للصدأ أو ستيليت لدرجات الحرارة العالية (600 درجة) أو الوسائط الكاشطة. معدل التسرب من الدرجة الرابعة (0.01% من السيرة الذاتية)، وهو كافٍ لعزل البخار.
3. إزاحة مزدوجة: تتم إزاحة الخطوط المركزية للعمود والمقعد، مما يؤدي إلى إنشاء كاميرا مخروطية الشكل؛ يضيف الإزاحة الثلاثية وجه مقعد مائل، مما يحقق إحكام الإغلاق من المعدن إلى المعدن من الدرجة السادسة في خدمة التبريد للغاز الطبيعي المسال.
خصائص التدفق
عند فتح 30 درجة، يخلق القرص بالفعل 60% من الحد الأقصى لانخفاض الضغط، مما يمنح صمامات الفراشة منحنى Cv سريع الفتح وقريب الخطي بين 40 درجة و70 درجة - وهو ممتاز لخنق مياه التبريد أو تنفيس الغازات. تُظهر ديناميكيات الموائع الحسابية أن حافة القرص الرفيعة مقاس 2 مم تقلل من حدوث التجويف بنسبة 25% مقارنة بحافة حادة مقاس 5 مم، وهو قرص يوفر طاقة المضخة في محطات تحلية المياه.
تتراوح الأحجام النموذجية من DN 25 مم (1 بوصة) في منصات الجرعات الكيميائية إلى DN 3000 مم (120 بوصة) في أقلام الطاقة المائية، حيث يمكن أن يزن صمام واحد 30 طنًا ومع ذلك لا يزال يتم تشغيله بواسطة مشغل هوائي 10 بار بفضل عزم الدوران المنخفض عند التجويف الكامل.
التطبيقات
• المياه ومياه الصرف الصحي: تتعامل الصمامات المرنة مع شبكات توزيع ذات 16 بار وهي معتمدة وفقًا لمعايير NSF 61 للمياه الصالحة للشرب.
• التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC): تتيح الهياكل المصممة على شكل العروة خدمة نهاية مسدودة لعزل المياه المبردة، بينما تعمل الإصدارات ذات النهاية المحززة على تسريع عملية التثبيت في المصاعد الشاهقة.
• النفط والغاز: تتوافق صمامات الفراشة مزدوجة الإزاحة المصنوعة من الفولاذ الكربوني مع إدخالات الجرافيت المقاومة للحريق مع API 607 وهي مفضلة لعزل الخزانات حتى الفئة 600.
• الأغذية والأدوية: يوفر القرص المصقول سعة 316 لترًا ومقعد PTFE نظافة CIP/SIP وأسطحًا خالية من الشقوق تتوافق مع FDA 21 CFR 177.
تتمثل المزايا التي تتميز بها الصمامات البوابية أو الكروية في الوزن الأقل (حوالي 15% من صمام البوابة)، والتشغيل ربع دورة، والضغط وجهًا لوجه (ISO 5752 Series 20) والتكلفة عادةً أقل بنسبة 50% من الصمام الكروي المكافئ بقطر DN 200 مم. تشمل القيود القرص المتبقي في التدفق (انخفاض الضغط ~ 0.3 بار عند 3 مللي ثانية⁻¹) والملاءمة المحدودة للملاط الذي يمكن تعبئته في البطانات الجذعية؛ ومع ذلك، فإن البطانات القابلة للاستبدال والأختام الكاشطة تعمل الآن على توسيع الخدمة لتشمل واجبات الملاط الخفيفة.
باختصار، يجمع صمام الفراشة بين البساطة الميكانيكية وقدرة التدفق العالية والتشغيل السريع والختم القابل للتكيف، مما يجعله الخيار الافتراضي لتطبيقات التشغيل/الإيقاف أو الاختناق بدءًا من الري المنزلي وحتى أنظمة التبريد بقدرة 30 ميجاوات.
