شیر گیربکس‌ دار استیل

شیر گیربکس‌دار استیل چیست؟

شیر گیربکس‌دار استیل، همان‌طور که از نامش پیداست، ترکیبی از یک بدنه شیر فولادی زنگ‌نزن و یک مجموعه گیربکس حلزونی یا سیاره‌ای است که عملیات باز و بسته کردن را نرم‌تر، ایمن‌تر و دقیق‌تر می‌کند. در سایزهای بزرگ یا در فشارهای نسبتاً بالا، گشتاور موردنیاز برای چرخاندن محور شیر از توان یک اپراتور با اهرم دستی فراتر می‌رود؛ در نتیجه گیربکس با کاهش نسبت ۳۰ تا ۶۰ برابر، نیروی انسانی را به محدوده‌ای قابل مدیریت تبدیل می‌کند.

بدنه استیل (معمولاً 304 یا 316L) تضمین می‌کند که شیر در تماس با مواد خورنده مانند اسیدهای آلی، محصولات شیری، یا محلول‌های CIP قلیایی دچار زنگ‌زدگی موضعی یا تَرک تنشی نشود. نتیجه، آب‌بندی قابل اعتماد و طول عمر اقتصادی بیشتر است—دو معیاری که برای پیمان‌کاران صنایع غذایی و دارویی خط قرمز تلقی می‌شود.

از نگاه مهندسی ارزش، وقتی صرفه‌جویی در نیروی اپراتور، کاهش توقف خط و حذف خطر نشت در هوای آلوده به شیمیای قوی را کنار هم بگذاریم، گیربکس نه‌تنها یک «آپشن لوکس» نیست بلکه در بسیاری از پروژه‌های Class 150 به بالا، الزام استاندارد HSE و GMP محسوب می‌شود.

مکانیزم گیربکس؛ چگونه گشتاور را کاهش و دقت را افزایش می‌کند؟

گیربکس‌های مورد استفاده روی شیرها عمدتاً از نوع حلزونی (Worm-Gear) هستند. شافت حلزون با زاویه مارپیچ بزرگ وارد چرخ‌دنده برنزی می‌شود و هر دور کامل اهرم، فقط چند درجه محور شیر را می‌چرخاند. نتیجه، سه مزیت کلیدی است:

1. کاهش ضربه دستی (Hand Shock): نیروی ضربه‌ای هنگام عبور نقطه نشتی صفر در بال ولوها گرفته می‌شود و خوردگی لبه‌نشین به حداقل می‌رسد.

2. قفل خودکار (Self-Locking): چرخ‌دنده حلزونی اجازه نمی‌دهد فشار خط، گیربکس را برعکس کرده و ناگهانی باز شود. این ویژگی در خطوط SIP با بخار °C 150 ارزش ایمنی بالایی دارد.

3. افزایش رزولوشن موضعی: در کاربردهای دوغاب غلیظ یا محلول‌های حساس دارویی، یک درجه چرخش پورت، معادل میلی‌لیترهای قابل توجهی از دبی است. گیربکس کنترل واکنش اپراتور را تا کسری از درجه ممکن می‌سازد.

برای سایزهای بالاتر از DN 100، اغلب از مرحله دوگانه (Double-Stage) استفاده می‌شود تا اپراتور بدون به‌کارگیری چرخ‌فلک بزرگ، در فضای تنگ سکو یا کلین‌روم بتواند شیر را مدیریت کند. انتخاب نسبت تبدیل نباید صرفاً بر اساس آسودگی کاربر باشد؛ اگر نسبت بسیار بالا انتخاب شود، زمان باز و بسته شدن به چندین دقیقه می‌رسد و در شرایط اضطراری خط تولید، خطرساز خواهد شد. قاعده سرانگشتی توصیه‌شده:

حداکثر زمان بسته‌شدن ≤ ۹۰ ثانیه برای خطوط مایع و ≤ ۳۰ ثانیه برای بخار.

چرا استنلس استیل؟ بررسی مزایای متریال 304، 316 و 316L

استنلس استیل با آلیاژهای متنوع، به لطف لایه اکسید کروم خودترمیم؛ نخستین انتخاب برای محیط‌های خورنده یا بهداشتی است. سه گرید پرکاربرد عبارت‌اند از:

316L به دلیل درصد کربن بسیار پایین، مستعد رسوب کاربید در جوش نیست؛ درنتیجه ترک تنشی بین‌دانه‌ای در محیط‌های گرم و مرطوب به حداقل می‌رسد. همچنین در تست فریت‌سنج، این آلیاژ رفتار تقریباً غیرمغناطیسی دارد و روی خلوص سیال‌های حساس، به‌ویژه در الکترولیت‌ها یا محلول‌های آزمایشگاهی اثر مخرب نمی‌گذارد. بنابراین اگر کاربر در تله بین “آیا استنلس مغناطیسی است؟” و “آیا آلایش آهنی داریم؟” گیر کرده، پاسخ فنی ساده است:

انواع شیرهای قابل تجهیز به گیربکس

بال ولو (Ball Valve)

• گشتاور بالا در آغاز حرکت: به‌سبب فشار هیدرواستاتیک روی کرسی دوبل.

• DN 50 به بالا: استفاده از گیربکس توصیه می‌شود؛ در فشار PN 40 حتی DN 40 نیز مشمول می‌گردد.

• کاربرد: تزریق آنزیم، اسپتیک فیلر لبنی.

باترفلای (Butterfly Valve)

• گشتاور یکنواخت‌تر اما دیسک بزرگ‌تر، به‌ویژه در DN 150↑.

• گیربکس باعث می‌شود لبه دیسک در تماس با سیل الاستومر دچار سایش ناگهانی نشود.

• مورد علاقه مخزن‌سازان برای کف مخازن CIP.

دروازه‌ای / کشویی (Gate Valve)

• حرکت خطی پیچیده و در سایزهای بزرگ عموماً دیسک بیش از ۲۰۰ کیلو گرم وزن دارد.

• گیربکس حلزونی یا سیاره‌ای با کرپی Yoke-Mounted، باز و بسته کردن ۱۰–۲۰ دور را ساده می‌کند.

گلوب (Globe Valve)

• در سیستم‌های بخار، نیاز به موقعیت‌‌دهی دقیق است؛ گیربکس همراه با نشانگر موقعیت رزوه‌ای، درصد بازشدگی را برخط (On-Line) نشان می‌دهد.

مزیت‌های کلیدی نسبت به نسخه اهرمی یا پنوماتیک

1. 1. مدیریت گشتاور انسانی: بدون مصرف هوا یا برق، اما با نیروی کمتر از ۱۵ کیلوگرم‌نیرو می‌توان DN 150 Class 300 را به‌راحتی بست.

1. قفل مکانیکی داخلی: در خطوط حلال‌های قابل اشتعال، عدم وابستگی به برق یک امتیاز ضد ATEX است.

2. هزینه اولیه معتدل: هرچند گران‌تر از اهرم، اما تا ۴۰ ٪ ارزان‌تر از اکچویتر پنوماتیک تمام‌شده (با واحد هوای خشک و PLC).

3. قابلیت ارتقاء: به‌لطف فلنج ISO 5211، هر زمان سرمایه‌ یا سیاست تولید اجازه دهد، محرک برقی یا پنوماتیک جایگیزین فلای‌ویل می‌شود.

کاربردها در صنایع مختلف

غذایی و لبنی

سیستم‌های UHT، پاستور لوله‌ای و CIP داغ نیاز به قطعات قابل شست‌وشو و مقاوم به اسید نیتریک دارند. در اینجا 316L + گیربکس استنلس مانع زنگ‌زدگی و آلودگی شیر می‌شود. حذف نشتی حتی در °C 140 به معنای کاهش اسکرپ و ری‌ورک است.

دارویی و بهداشتی

واکنش‌گرهای تزریق، تانک‌های WFI، و لوپ آب فوق‌خالص ‌سخت‌گیرترین استاندارد را دارند. شیرهای گیربکس‌دار با سیل PTFE تقویت‌شده یا PEEK در بخار اشباع °C 150، گواهی 3A و EN 10204-3.1 ارائه می‌دهند.

نفت، گاز و پتروشیمی

در سرویس‌های نفت ترش (H₂S) استفاده از 316L + SRB-Resistant Coating خطر ترک سولفیدی را می‌کاهد. گیربکس Self-Lock از بازشدن ناگهانی جلوگیری می‌کند و به‌واسطه زوج برنز-استیل، جرقه تولید نمی‌کند.

آب و فاضلاب و…

کلر آزاد موجود در سامانه‌های تصفیه آب شهری، فولاد نرمه را به‌سرعت از کار می‌اندازد. استیل 304/316 گزینه اقتصادی برای DN بالا است. گیربکس نیز تضمین می‌کند فلکه در اتاقک‌های پُررطوبت، بدون زنگ، پس از ماه‌ها عمل کند.

نکات کلیدی انتخاب و سایزینگ (Torque, Cv, ISO 5211, PN/Class)

1. گشتاور (Break-Away): داده‌برگ سازنده را با ضریب ایمنی ۲۰ ٪ در نظر بگیرید؛ گشتاور اعمالی گیربکس باید از این مقدار بالاتر باشد.

2. ضریب جریان (Cv): اگر گیربکس چندمرحله‌ای استفاده شود، سرعت بازشدن شیر کاهش می‌یابد؛ در سیستم‌هایی که نیاز به کنترل لحظه‌ای دبی دارند، این تأخیر باید در طراحی پمپ لحاظ گردد.

3. استاندارد فلنج ISO 5211: سایز “F12” به بالا به‌طور معمول از چهار پیچ M16 استفاده می‌کند و برای گشتاور ۱۰۰۰ Nm مناسب است.

4. کلاس فشار: برای Class 300، ضخامت دیواره و قطر پیچ‌های کپینگ بیشتر است؛ اطمینان حاصل کنید جعبه دنده از لحاظ تنش محیطی با این رده سازگار باشد (DIN EN 12570).

راهنمای نصب، بهره‌برداری و نگه‌داری دوره‌ای

• تراز محوری: گیربکس باید بدون زور پیچ درپوش روی شفت شیر بنشیند؛ ناهم‌راستایی ×۳ طول عمر یاتاقان را می‌کاهد.

• پیش‌گریس کارخانه: معمولاً گریس پایه لیتیوم NSF-H1 تزریق می‌شود؛ در محیط‌های داغ > °C 120 هر دوازده ماه یک‌بار نیاز به شارژ مجدد است.

• بازرسی کنس پیچ حلزون: اگر لقی شعاعی بیش از ۰٫۳ میلی‌متر باشد یا صدای کلیک در چرخش احساس شود، نشانه فرسایش برنزی است.

• تعویض آب‌بند: در خطوط CIP با دمای بالای °C 130، حلقه PTFE به مرور سرد-جریان (Cold-Flow) می‌کند؛ تعویض ۳–۵ سال یک‌بار توصیه می‌شود. در دمای بالاتر یا حضور آنزیم خورنده، PEEK گزینه مطمئن‌تری است.

سؤالات متداول

تفاوت نسخه اهرمی و گیربکس‌دار در چه زمانی ملموس می‌شود؟
وقتی گشتاور شکست شیر از حدود ۲۰۰ Nm بگذرد (معادل DN 50 بال ولو Class 150 یا DN 150 باترفلای PN 16)، اپراتور برای بستن اهرم باید بیش از ۳۰ کیلوگرم‌نیرو وارد کند؛ در این نقطه گیربکس نه‌تنها راحتی بلکه ایمنی را ارتقا می‌دهد.

آیا می‌توان بعداً روی شیر گیربکس‌دار، موتور برقی نصب کرد؟
بله؛ اگر گیربکس با فلنج ISO 5211 انتخاب شده باشد، کافی است فلای‌ویل و پوشش فوقانی باز شوند و اکچویتر با «کیت کوپلینگ» جایگزین شود—بدون جداسازی شیر از خط.

حداکثر سایز اسمی (DN) که به گیربکس نیاز پیدا می‌کند کدام است؟
در عمل، همه شیرهای صنعتی بالای DN 100 (بال ولو) و DN 200 (باترفلای) بدون گیربکس تقریباً غیرقابل بهره‌برداری هستند؛ ولی شاخص قطعی همان گشتاور ≥ ۲۰۰ Nm است.

چگونه نسبت تبدیل گیربکس را انتخاب کنیم؟
فرمول سرانگشتی: Ratio ≥ (Torque Required / 150 N·m). چنانچه نسبت بالاتر از ۱:۶۰ شود، زمان بسته‌شدن از استاندارد ایمنی HAZOP عبور می‌کند.

چه دوره‌ای برای گریس‌کاری و سرویس توصیه می‌شود؟
در محیط‌های تمیز و دمای زیر °C 100 هر ۱۸ ماه، در بخار فوق‌داغ یا فضای خورنده هر ۱۲ ماه.

آیا برای خطوط CIP داغ، آب‌بندی PTFE کافی است یا به PEEK نیاز داریم؟
اگر دمای مداوم بخار زیر °C 135 است و زمان تماس کمتر از ۳۰ دقیقه، PTFE تقویت‌شده با گلاس کفایت می‌کند؛ بالاتر از آن یا در حضور سود سوزآور 2 ٪، PEEK توصیه می‌شود.

قیمت شیر استیل 316L گیربکس‌دار در مقایسه با کربن استیل چقدر تفاوت دارد؟
به‌طور میانگین بین ۲٫۵ تا ۳ برابر؛ اما در پروژه‌هایی که هزینه توقف خط یا خطر آلودگی بالاست، هزینه چرخه عمر شیر 316L به‌مراتب کمتر تمام می‌شود.

گواهی تست و بازرسی (TC) به چه زبان یا فرمت ارائه می‌شود؟
گواهی EN 10204-3.1 یا ANSI-B16 Test Report به دو زبان انگلیسی و قابل ترجمه رسمی به فارسی تحویل می‌گردد؛ فایل PDF امضا دیجیتال دارد.

آیا استنلس استیل مغناطیسی است و روی خلوص سیال اثر دارد؟
گریدهای آستنیتی واقعی (304L، 316L) بعد از عملیات آنیل تقریباً غیرمغناطیسی‌اند. اگر پس از جوش‌کاری کمی جذب‌آهن مشاهده شد، پَست‌ولید استرس رِلیف آن را به کمتر از ۲ ٪ می‌رساند و برای سیالات حساس مشکلی ایجاد نمی‌کند.

چه نشانه‌هایی نشان می‌دهد گیربکس نیاز به تعویض دارد؟

• صدای ساییدگی مکرر حتی پس از گریس‌کاری

• بازی بیش از ۱۰ درجه بین فلای‌ویل و شفت خروجی

• نشتی روغن پایه از مهره و پوشش جانبی (نشان فرسودگی کاسه‌نمد)

• ترک سطحی روی چرخ‌دنده برنزی در بازرسی چشمی

جمع‌بندی

شیرهای گیربکس‌دار استیل، پلی بین بهره‌برداری دستی و اتوماسیون کامل‌اند؛ یعنی همان‌جایی که «امنیت فرایند» و «کنترل هزینه» در یک معادله قرار می‌گیرند. در خطوط حساس غذایی، دارویی یا حتی پتروشیمی، استفاده از بدنه 316L و گیربکس حلزونی، ریسک نشتی، خوردگی و خطای انسانی را به سطح حداقلی می‌رساند و امکان ارتقاء آینده به اکچویتر هوشمند را محفوظ نگه می‌دارد.