همواره مواردی در صنایع وجود دارد که ولوهای پرکاربردی مانند گیت و گلاب ولو نمی توانند احتیاج آن نقطه از صنعت را برطرف سازند. شیر دیافراگمی یکی از انواع شیرآلات خطی (Linear motion) می باشد که از آن برای قطع و وصل جریان (on/off) و همچنین کنترل جریان(Regulate)  استفاده می گردد.

شیر دیافراگمی چیست؟

شیرهای دیافراگمی به همراه شیرآلات کشویی از ابتدایی ترین شیرآلات ساخته شده توسط بشر هستند که در ابتدا تنها با استفاده از پوست حیوانات مسدود می شدند و یونانیان باستان از آن ها برای تنظیم دمای حمام استفاده می کردند. مزایای شیرهای دیافراگمی از جمله ساختار ساده، عدم ورود سیال در درون بونت (عدم آلودگی)، مناسب بودن برای سیال های خورنده و ویسکوز، قابلیت اطمینان بسیار بالا باعث گسترش استفاده هرچه بیشتر از این نوع از شیرآلات در صنایع گوناگون شد.

کاربرد

اکنون استفاده از شیرآلات دیافراگمی در صنایع مختلفی از جمله صنایع پتروشیمی، صنایع تولید دارو، صنایع غذایی، صنایع نفت و گاز و نیروگاهی بسیار پرکاربرد است. دیافراگم ولوها به مرور زمان در شکل ها و مدل های مختلفی توسعه پیدا کردند.

در مواردی که سیال خطرناکی در خط لوله باشد استفاده از شیر دیافراگمی دستی و شیر دیافراگمی پنوماتیک بسیار مفید است. ساختار داخلی شیرآلات دیافراگمی بسیار مناسب و مقاوم در برابر خوردگی می باشد. بنابراین استفاده از شیرهای دیافراگمی برای سیال اسیدی بسیار مناسب است. از دیگر کاربرد شیر دیافراگمی می توان به استفاده از آن ها در صنایع بسیار حساس تولید دارو و آزمایشگاهی اشاره کرد. بدنه این نوع از شیرهای دیافراگمی صنایع دارویی پرداخت بسیار مناسبی می شوند و به دلیل آنکه سطح آن ها بسیار صیقلی هستند، کوچکترین آلودگی بر روی آن ها قابل شناسایی هست. همچنین به دلیل صیقلی بودن و Smooth بودن آنها، تمیز کردن این نوع از شیرها درون خط بسیار راحت تر و دقیق تر انجام می شود. استفاده از شیرهای دیافراگمی در Clean room ها بسیار کاربردی است.

از دیگر کاربرد دیافراگم ولو در مواردی است که فشار خط لوله در حالت خلا می‌باشد. در چنین مواردی کوچکترین نشتی از شیر نصب شده باعث بهم ریختگی فشار خط لوله می شود بنابراین استفاده از شیر دیافراگمی باعث افزایش قابلیت اطمینان خط می شود. شیر دیافراگمی چیلر نیز از کاربردی ترین شیرآلات دیافراگمی استفاده شده در صنایع تاسیساتی برودتی می باشد.

اجزای شیر دیافراگمی

اجزای اصلی دیافراگم ولو (Diaphragm valve) به شرح زیر است:

• بدنه ولو (Body)
• محور (Stem)
• فشارنده (Compressor)
• دسته (Handwheel)
• دیافراگم

در شیرآلات دیافراگی مجرابند یا همان دیافراگم به کمپرسور متصل می باشد و هنگامیکه استم Stem شیر حرکت می کند کمپرسور نیز به سمت بالا و پایین حرکت می کند. با پایین آمدن کمپرسور، دیافراگم منعطف متصل به آن نیز پایین می آید و مسیر حرکت سیال را مسدود می کند. هنگامیکه با چرخش هندویل  فشار از روی کمپرسور شیر دیافراگمی برداشته می شود دیافراگم آزاد شده و به نقطه اولیه خود بر می گردد و مسیر باز می شود. با توجه به نرم و لاستیکی بودن دیافراگم، با باز و بسته شدن این نوع از شیرآلات صنعتی در خطوط کمتر دچار اغتشاش می شوند و تلاطم به وجود آمده در سیال در مقایسه با شیرآلات گلوب ولو، بال ولو و … بسیار کمتر است.

بیشترین عضوی که در شیرهای دیافراگمی در حال فعالیت است همین دیافراگم می باشد و به دلیل ارتباط مداوم با سیال و همچنین حساسیت زیادش نسبت به دما و فشار، خرابی شیرهای دیافراگمی عمدتاً از همین نقطه اتفاق می افتد و با تعویض این عضو شیر به شکل اولیه به کار خود ادامه می دهد. در این نوع از شیرآلات سیال ها هیچ وقت به درون بونت شیر راه پیدا نمی کنند.

انواع دیافراگم ولو

دیافراگم ولوها را از نقطه نظر های مختلفی مانند نوع کانکش، نوع رابر استفاده شده، تایپ بدنه، استاندارد ساخت، جنس بدنه شیر دیافراگمی، نوع عملگر استفاده شده و … می توان دسته بندی کرد.

تقسیم بندی شیرآلات دیافراگمی از نقطه نظر نوع کانکشن به شرح زیر می باشد.
1 –  شیر دیافراگمی فلنجی

2- شیر دیافراگمی جوشی

3- شیر دیافراگمی دنده ای

4- شیر دیافراگمی کلمپی

5-شیر دیافراگمی چسبی

6-شیر دیافراگمی مهره ماسوره ای

شیر دیافراگمی فلنجی

شیر دیافراگمی فلنجی از پرکاربردترین مدل از دیافراگم ولوها می باشد که تحت استانداردهای ANSI 150 و همچنین PN16 ساخته می شوند. شیردیافراگمی PN16 در واقع تحت استاندارد DIN تولید می شوند که در ایران در صنایع بسیار گوناگونی نیز این تیپ از شیرآلات نصب هستند. شیر دیافراگمی ساندرز از معروف ترین برندهای شیر دیافراگمی فلنجی می باشد که تحت هر دو استاندارد ANSI 150 و همچنین PN16 شیر دیافراگمی تولید می کند.

شیر دیافراگمی جوشی

شیر دیافراگمی جوشی عمدتاً با بدنه از جنس استنلس استیل 304 و 316 ساخته می شوند. شیر دیافراگمی استیل در صنایع مختلف دارویی و صنایع غذایی بسیار پر مصرف هستند.

شیر دیافراگمی دنده ای

شیر دیافراگمی دنده ای عمدتاً بر اساس استاندارد NPT رزوه می شوند.

شیر دیافراگمی کلمپی

استفاده از شیر دیافراگمی کلمپی نیز در صنایع غذایی و دارویی بسیار پر مصرف است. شیر دیافراگمی GEMU از معروف ترین شیرهای دیافراگمی کلمپی برای صنایع دارویی می باشد.

شیر دیافراگمی چسبی

تیپ کانکشن شیرهای دیافراگمی چسبی Soviet diaphragm valve و شیر دیافراگمی مهره ماسوره ای در شیرآلات دیافراگمی پلاستیکی با متریال های UPVC، PP،PP-H، PVDF مورد استفاده قرار می گیرند.

شیر دیافراگمی UPVC و شیر دیافراگمی PVDF از پرکاربرد ترین نوع از دیافراگم ولوها می باشند که شیر دیافراگمی ضد اسید هستند. نوع دیگر از دیافراگم ولو ضد اسید، شیر دیافراگمی تفلونی هستند که تمام مسیری که سیال از آن عبور می کند با روکشی از جنس تفلون که ضد اسید هست پوشیده شده و خوردگی سیال هیچ تاثیری بر روی بدنه شیر ندارد. از معروف ترین سازندگان دیافراگم ولو ضد اسید می توان به برندهای GEORGE FISCHER، GEMU، SAUNDERS، RICHTER، ASAHI اشاره کرد.

انواع بدنه دیافراگم ولو

بدنه شیرهای دیافراگمی به دو صورت مختلف ریخته گری می شوند.

• Weir (A) TYPE
• Straight TYPE

در نوع Weir در واقع بدنه شیر دیافراگمی به صورت حالت انحنا دار ساخته می شود که این انحنا به شکل حرف انگلیسی A می باشد. همانطور که پیش تر اشاره شد، دیافراگم مهم ترین عضو این نوع از شیرآلات صنعتی می باشد به همین دلیل برای جلوگیری از کشیدگی و انحنای بیش از حد دیافراگم، بدنه دیافراگم ولو تایپ A دارای یک انحنا به سمت بالا می باشد. کلمه Weir نیز به همین دلیل به آن ها اطلاق می شود که معنای اصلی آن به معنی زائده می باشد.

دیافراگم ولو Weir از نوع مستقیم یا Straight بسیار پر مصرف تر می باشد. لازم است اشاره شود تمامی دیافراگم ولوهای UPVC، PP، PVDF که پیشتر اشاره شده است از نوع دیافراگم ولو Weir تایپ هستند. در دیافراگم ولوهای مستقیم، بدنه ولو هیچ انحنایی ندارد بنابراین دیافراگم در این تیپ از Diaphragm valve کشیدگی بیشتری پیدا می کند و احتمال خرابی در آنها بیشتر است. با وجود این عیب در شیرآلات دیافراگمی مستقیم Straight، استفاده از آن ها در برخی نقاط اجتناب ناپذیر می باشد. به طور مثال هنگامیکه در صنایع معدنی سیال های دوغابی در خطوط جریان دارد استفاده از دیافراگم ولوهای مستقیم بسیار مناسب تر از نوع انحنا دار آن می باشد زیرا احتمال گیر کردن و لخته شدن سیال درون شیر بسیار کمتر است.

جنس بدنه دیافراگم ولو

بدنه یا BODY شیرآلات دیافراگمی از متریال های مختلفی ساخته می شود. دیافراگم ولو چدنی، فولادی، دیافراگم ولو استنلس استیل با گرید های 304 و 316، دیافراگم ولو برنجی، شیرآلات دیافراگمی پلاستیکی از متریال های UPVC، PP، CPVC، PP-H، PVDF و … از انواع پر کاربرد شیرهای دیافراگمی می باشند.

معایب شیر دیافراگمی

از بزرگترین معایب Diaphragm valve ها می توان به مناسب نبودن برای سایزهای بالا اشاره کرد و به طور مثال شیرآلات پروانه ای و بال ولو ها تا سایزهای 48 اینچ و بیشتر نیز تولید می شوند در صورتیکه شیرآلات دیافراگمی عمدتاً تا سایز DN300 تولید می شوند که بسیار هم کم مصرف هستند. شیرآلات دیافراگمی عمدتا از DN 15 تا DN 100 ساخته می شوند.

جنس دیافراگم

جنس دیافراگم در شیرآلات دیافراگمی از متریال های مختلفی تشکیل شده است. عمومی ترین مدل دیافراگم از جنس EPDM می باشد. در محیط های با خوردگی بیشتر، بر روی دیافراگم EPDM روکشی از جنسPTFE قرار می گیرد که مقاومت شیر دیافراگمی را در برابر اسیدها بیشتر می کند. متریال های دیگر دیافراگم می تواند از جنس هایی نظیر BUTYL، NITRILE، FKM، NATURAL RUBBER انتخاب شوند. تفاوت دیافراگم های مختلف شیر دیافراگمی در مقاومت آن ها به خوردگی سیال ها، دما و … می باشد. به طور مثال دیافراگم FKM تا رنج دمای 150 درجه سانتیگراد را تحمل می کند اما دمای قابل تحمل دیافراگم EPDM نهایتا 130 درجه سانتیگراد می باشد. جنس دیافراگم عموماً بر روی زبانه بیرون آمده حک می شود. اطلاعات دیگری مانند سایز دیافراگم، برند، سال ساخت، گرید لاستیک و … نیز بر روی دیافراگم مشخص می شود. شکل ظاهری دیافراگم ها عموماً به صورت مربعی برای سایزهای پایین شیرآلات دیافراگمی و به صورت گرد برای سایزهای بالا می باشد. به طور مثال شیرآلات دیافراگمی DN125، DN150، DN200 عموماً به صورت دایره ای هستند.

جنس لاینر شیرهای دیافراگمی

شیرآلات دیافراگمی می توانند دارای لاینرهای مختلفی باشند. لاینر تفلونی برای سیال های خوردنده ای مانند اسید سولفوریک، اسید کلریدریک، کلر و … مورد نیاز هستند.  لاینرهایی از جنس گلس لاین یا Glass lined diaphragm valve برای سیال های با خوردگی و دمای بالا کاربرد دارند. جنس لاینر در شیرآلات دیافراگمی معمولی می تواند به صورت Natural rubber،Hard rubber، Butyl و … انتخاب شود.

ابعاد

ابعاد فیس تو فیس شیرآلات دیافراگمی

150	125	100	80	65	50	40	32	25	20	DN
412	362	309	258	220	194	163	150	131	121	Length (mm)

نتیجه گیری

در مجموع، شیرآلات دیافراگمی در دسته شیرآلات تنظیم جریان هستند که می توانند به صورت دستی و پنوماتیک مورد استفاده قرار گیرند. شیرآلات دیافراگمی به صورت کلاس 150 و همچنین PN10 و PN16ساخته می شوند. شیرآلات دیافراگمی هم می توانند با بدنه های چدنی، استنلس استیل  و هم به صورت پلاستیکی از متریال هایی مانند UPVC و PVDF  تولید شوند. در بسیاری از موارد انتخاب اجزای شیرهای دیافراگمی (مانند دیافراگم، لاینر و …) با توجه به نوع سیال  و دما و فشار کاری انتخاب می شوند. افت فشار در شیرآلات دیافراگمی به نسبت سایر شیرآلات زیادتر می باشد.