آیا می دانید برنامه های کاربردی شیر چدنی چیست؟ این شیرها در چه انواعی است؟ و استفاده از شیرآلات چدنی چه مزایا و معایبی دارد؟

یکی از محبوب ترین مواد مورد استفاده در ساخت شیرآلات، چدن است. این ماده با انواع شرایط رایج برای کاربردهای صنعتی سازگار است. همچنین یکی از مواد برتر مورد استفاده در شیرآلات صنعتی است.

در مقایسه با آهن آهنگری (فورج)، شیر چدنی مقرون به صرفه تر است. شیر چدنی یک انتخاب محبوب برای کاربردهای کم فشار و دمای پایین است. کاربردهای خاص دریچه های چدنی شامل خدمات تهویه مطبوع و عملیات لوله کشی می باشد. شیرآلات چدنی نیز در خطوط آب و فاضلاب کارخانه های صنعتی رایج است.

چدن چیست؟

هر دو آهن آهنگری و چدن یکی از قدیمی ترین مواد و تکنیک های مورد استفاده در دریچه سازی محسوب می شوند. چدن (همچنین به عنوان آهن خاکستری شناخته می شود) نوعی فلز است که برای صدها سال مورد استفاده قرار گرفته است.

چدن از کاهش سنگ آهن در کوره بلند به دست می آمد و ریخته گری در شمش ها، در صورت نیاز دوباره ذوب می شدند. برای اطمینان از استحکام محصولات چدن، فلزات دیگری به مخلوط مایع اضافه می شود.

شیرهای ساخته شده از چدن بیشتر برای کاربردهای فشار و دمای پایین مناسب هستند. شیرهایی با طرح های پیچیده تر یا آن هایی که دارای نواحی توخالی بیشتری هستند بهتر است ریخته گری شوند. این به این دلیل است که ریخته ‌گری سهولت در شکل دادن به شیرها را بدون اضافه کردن فشار زیاد فراهم می‌ کند. 

شیر چدنی

مشخصات شیرآلات چدنی

چدن آلیاژی است که از ۹۶ تا ۹۸ درصد آهن، ۲ تا ۴ درصد کربن و مقادیر کمی سیلیکون ساخته شده است. این ماده تحمل دمایی قابل توجهی دارد، به طوری که دمای بیش از 2100 درجه فارنهایت (1150 درجه سانتیگراد) را تحمل می کند.

در مورد فشار، استحکام چدن به کلاس فشار آن بستگی دارد. دو مورد از رایج ترین آن ها کلاس 125 و کلاس 250 هستند. در دماهای شدیدتر، فلنج چدنی کلاس 125 برای فشارهای بین 150 تا 200 psi درجه بندی می شود. چدن کلاس 250 کمی سخت تر و با درجه بندی فشار از 300 تا 500 psi است. این فشارها بر اساس نوع انتهایی متفاوت هستند.

شیر چدنی

کاربرد شیرآلات چدنی

شیر دروازه ای چدنی با بدنه و کلاه چدن خاکستری یا چدن داکتیل تجهیز شده است. این یک شیر دستی با حرکت خطی است که از یک عنصر بسته معمولی صاف عمود بر جریان فرآیند استفاده می کند که به داخل جریان می لغزد تا قطع شود. 

این شیر چدنی در درجه اول برای خدمات روشن و خاموش به عنوان یک شیر بلوک طراحی شده است. شیرهای دریچه ای چدنی کاربردهای دریچه گاز را به خوبی مدیریت نمی کنند؛ زیرا ویژگی های کنترل ناکافی را ارائه می دهند. آن ها به طور گسترده برای خدمات آب و برق کم فشار و دمای محیط مانند تامین آب، تصفیه فاضلاب، تامین گاز، لوله کشی گرمایش منطقه ای، پروژه های آبیاری، سیستم های تهویه مطبوع و همچنین صنایع فرآوری مواد غذایی، صنایع شیمیایی و پتروشیمی و دارویی استفاده می شوند.

مزایای استفاده از شیر چدنی چیست؟

دلایل خوبی وجود دارد که هنوز از چدن به عنوان یکی از مواد اولیه در شیرآلات استفاده می شود. چدن یک ماده قوی است که می تواند فشارهای بالاتری را نسبت به هر نوع پلاستیکی تحمل کند.

 در زیر برخی از مزایای شیر چدنی و دلایل محبوبیت آن ذکر شده است.

ریخته گری انعطاف بیشتری در طراحی ایجاد می کند

در مقایسه با شیرهای فورج، شیر چدنی یا شیرهای ریخته گری طراحی انعطاف پذیرتری دارند. برای مثال، طرح ‌های شیرهای گلوب در مقایسه با انواع دیگر شیرها پیچیده ‌تر هستند. طرح های شیر برای کنترل جریان پیچیده تر است. این ها برای دریچه گاز بهتر هستند، بنابراین، برای کارآمدتر بودن در کنترل جریان رسانه نیاز بیشتری دارد.

شیر چدنی در هنگام نصب گزینه های زیادی را در اختیار کاربر قرار می دهد. شیرهای چدنی معمولا با استفاده از فلنج پیچ می شوند. جوشکاری سخت است، اما غیرممکن نیست.

شیر چدنی احتمال نشتی کمتری دارد

طرح های دیگر شیرها اغلب به صورت نیمه ساخته می شوند. این بدان معنی است که اتصالات بیشتر در نهایت می توانند به مسیرهای نشتی تبدیل شوند. به دلیل اینکه اتصالات کمتری در شیر چدنی نسبت به شیرهای آهنگری وجود دارد، کمتر نشتی اتفاق می افتد.

در واقع شیر چدنی با مقاومت هیدرولیکی ناچیز مشخص می شود. با توجه به این ویژگی، شیر دروازه ای چدنی جزء جدایی ناپذیر هر خط لوله اصلی است.

شیر چدنی سبک است

در مقایسه با سایر آلیاژهای فلزی، شیر چدنی سبک وزن است. این ماده بیشتر برای شیرآلات صنعتی سایز متوسط ​​مناسب است.

قیمت مناسب شیر چدنی

یک مزیت عالی شیر چدنی این است که خیلی گران نیستند. شیر چدنی به دلیل فرآیند ساخت ساده ‌تر، در مقایسه با شیرهای دیگر به میزان قابل توجهی باعث صرفه جویی در هزینه شما می شود. اگر به مزایای اضافه ای که چدن داکتیل ارائه می دهد نیاز ندارید، چدن حرکت هوشمندانه ای است.

شیر چدنی

معایب شیرآلات چدنی

انواع شیرهای چدنی رایج کدام اند؟

چهار نوع شیر چدنی وجود دارد که در کاربردهای صنعتی استفاده می شود. دو مورد اول در لیست، امروزه بیشترین استفاده را دارند. در حالی که دو مورد آخر امروزه چندان محبوب نیستند، اما هنوز کاربردهایی وجود دارد که به شیرهای چدنی چکش خوار و دریچه های چدن سفید نیاز دارند.

شیر چدن داکتیل

این شیر چدنی دارای منیزیم یا سریم به عنوان اجزای افزوده شده آن است. شیر چدن ندولار اصطلاح دیگری برای چدن داکتیل است. شیرهای ساخته شده از چدن داکتیل به دلیل افزودن منیزیم و سریم نسبت به شیرهای چدن خاکستری انعطاف پذیرتر و قابل خم شدن هستند. این نوع بیشتر برای برنامه های کاربردی با تقاضای بالا مناسب است .

شیر چدنی داکتیل به 2 کلاس فشار تقسیم می شود: کلاس 150 و کلاس 300. یک شیر ساخته شده از چدن داکتیل با فشار کلاس 150 می تواند فشار 250 psi را تحمل کند. از طرف دیگر، یک شیر چدن داکتیل با کلاس 300 فشار 640 psi را حفظ می کند.

شیر چدنی داکتیل در برابر آب نیز مقاوم است. این ها اغلب موادی برای هیدرولیک و دنده های سنگین هستند. دریچه های شیر چدنی داکتیل برای کاربردهای تامین بخار و کاربردهای گازی با فشار بالا استفاده می شود.

شیر چدن خاکستری

آهن خاکستری در مقایسه با سایر انواع شیر چدنی، گرافیت بیشتری دارد. این به رنگ خاکستری این نوع چدن کمک می کند. در بین انواع شیرهای چدنی، شیر چدن خاکستری بیشترین کاربرد را برای شیرآلات صنعتی دارد. در واقع،  بسیاری از تولیدکنندگان شیرآلات،  شیرهای چدن خاکستری خود را صرفا به عنوان شیرهای چدنی برچسب گذاری می کنند.

در مقایسه با سایر انواع شیر چدنی، نوع چدن خاکستری مقرون به صرفه ترین است. این ها در کاربردهای کم فشار و دمای پایین استفاده می شوند.

شیر چدنی خاکستری دمای بالای 11500 درجه سانتیگراد را تحمل می کند. این ها دارای ظرفیت ماشینکاری بالا، ویژگی های میرایی و خواص خود روان کاری هستند. یکی از معایب این ماده خاصیت ارتجاعی پایین به دلیل محتوای گرافیت آن است.

شیر چدنی خاکستری دارای دو کلاس فشار است: کلاس 125 و کلاس 250. شیرهای چدن خاکستری کلاس 125 می توانند فشار تا 200 psi را تحمل کنند. از طرف دیگر، شیرهای چدن خاکستری کلاس 250 فشار تا 500 psi  را تحمل می کنند. علاوه بر این، آن ها می توانند به محدوده دمای مجاز 0-200 درجه سانتیگراد برسند.

شیرهای چدن خاکستری اغلب دارای اتصالات فلنجی هستند. از آنجایی که آن ها به اندازه سایر انواع مواد چدنی چکش خوار نیستند، جوشکاری پیشنهاد نمی شود.

شیر چدنی چکش خوار

دریچه های شیر چدنی چکش خوار دارای کاربید به عنوان جزء اضافی خود هستند. عملیات حرارتی کاربید را به گرافیت تبدیل می کند. با این حال، این نوع گرافیت کروی است؛ بنابراین در مقایسه با جزء گرافیت شیرهای چدن خاکستری شکل پذیرتر است.

شیر چدنی چکش خوار طیف وسیعی از دماها از -300C  تا 3500C  را تحمل می کنند. علاوه بر این، این شیرها در مقایسه با سایر شیرهای چدنی از استحکام کششی بالایی برخوردار هستند. این امر باعث می شود که دریچه های چدنی چکش خوار کمتر در معرض تغییر شکل در معرض فشار یا دمای بالا قرار گیرند. به نوبه خود، این نوع شیرها احتمال نشتی کمتری دارند.

یکی دیگر از جنبه های مهم دریچه های چدن چکش خوار، ارزش تولید انبوه بالای آن ها است. شیرهای چدنی چکش خوار انعطاف پذیرتر و قوی تر هستند و خواصی مانند شیرهای فولادی ریخته گری کم کربن دارند.

این ها اغلب در ماشین آلات کشاورزی، ساختمانی و سیستم های لوله کشی یافت می شوند؛ زیرا روان کننده ها را حفظ می کنند. این شیرها همچنین متخلخل هستند؛ بنابراین زباله ها را در جیب های سطحی خود به دام می اندازند.

شیر چدن سفید

آهن سفید دارای عناصر سیلیکونی بیشتری در مقایسه با سایر انواع شیر چدنی است. این نوع آهن سخت تر است؛ اما به سختی انواع دیگر نیست.

یکی از ویژگی های منحصر به فرد شیرآهن سفید این است که آن ها تنها اعضای خانواده شیرهای چدنی اند که فقط حاوی کاربید هستند. در حالی که این شیرها ممکن است شکننده و سخت باشند، در برابر سایش مقاومت بیشتری دارند. محیط های ضخیم تر مانند دوغاب برای اجزای شیر ساخته شده از آهن سفید بهتر است. علاوه بر این، آن ها فشار بالا را تحمل می کنند. دریچه های چدن سفید اغلب در سیستم های پمپ دوغاب یافت می شوند.

شیر چدنی

شیرآلات چدنی چگونه ساخته می شوند؟

یکی از رایج ترین تکنیک ها در ساخت شیر چدنی، ریخته گری شن و ماسه است که با الگوی دریچه شروع می شود. جنس آن یا چوب است یا فلز. الگو در یک جعبه قرار داده شده است. مرحله بعدی ریختن ماسه مخصوص داخل جعبه است که باید برای نگه داشتن الگو بسته بندی شود.

پس از قالب گیری الگو در شن، مرحله بعدی حذف الگوی فلزی یا چوبی است. برای اطمینان از استحکام ماسه، پخت قالب شروع می شود.

در قسمت های داخلی یک هسته شنی در داخل قالب قرار می گیرد. برای اطمینان از هم ترازی مناسب، فاصله‌ دهنده‌ های کوچکی به قالب وصل شده ‌اند. وقتی این ها مرتب شدند، ریختن آهن مذاب شروع می شود.

برای اطمینان از عدم وجود نقص، شرایط خاصی وجود دارد. یکی، دما باید درست باشد تا مطمئن شود آلیاژ آهن مذاب به درستی جامد می شود. همچنین برای جلوگیری از حباب های گاز یا ترک های احتمالی، ریختن آلیاژ آهن باید آهسته باشد.

مانند فرآیند تولید شیر معمولی، شیر چدنی تحت چندین آزمایش تضمین کیفیت قرار می گیرد. این یکپارچگی دریچه را تضمین می کند. چنین آزمایش هایی شامل رادیوگرافی انجام می شود. این یکی از تست هایی است که کیفیت داخلی شیر را بررسی می کند. آزمایش های دیگر شامل بررسی نفوذ رنگ و بررسی ذرات مغناطیسی است. این تست ها بی نظمی های سطحی را تشخیص می دهند.

مقایسه شیر چدنی و شیر فولادی

با توجه به ویژگی های مواد فوق، شیر چدنی سخت تر از فولاد ریخته گری، اما شکننده تر از آن است. فولاد دارای انعطاف پذیری بهتری نسبت به چدن است، بنابراین چدن معمولا در خطوط لوله کم فشار استفاده می شود. در مقایسه با شیرهای چدنی، شیرهای فولادی ریخته گری را می توان در خطوط لوله با فشار یا دمای بالاتر استفاده کرد.

شیر چدنی

سخن آخر

شیر چدنی یکی از پرکاربردترین مواد در صنعت تولید شیرآلات است. این یکی از قدیمی ترین مواد برای ساخت سوپاپ می باشد، اما اهمیت آن همچنان مانند همیشه قوی است. در حالی که  انواع مختلفی از شیرهای ساخته شده از مواد مختلف در بازار موجود است، شیرآلات چدنی به دلیل تطبیق پذیری همچنان اهمیت خود را در میان صنایع حفظ کرده است.