آشنایی با شیرتوپی

شیر توپی وسیله ای است به همراه یک دریچه کروی که امکان کنترل جریان را بصورت باز/بسته (صفر/یک) را فراهم می کنند.توپی شیر دارای مجرا بصورت ورودی و خروجی در مرکز آن است. شیرهای توپی از جمله شیرهای قطع و وصل جریان با چرخش 90 درجه‌ای (ربع‌گرد) هستند که عمر طولانی، دوام بالا و آب‌بندی قابل‌قبول‌ از علل پرکاربرد بودنشان می‌باشد.

این نوع شیرها از طریق باز کردن توپی‌ای که در وسط آن‌ها فضای بازی وجود دارد وظیفه هدایت و تنظیم انواع مختلف سیالات را بر عهده دارند. در این مطلب از سایت پیکاتک می خواهیم به بررسی شیر توپی و مزایا و معایب آن بپردازیم.

شیر توپی چیست؟

شیر توپی نوعی شیر ربع-گرد است که عضو مسدودکننده جریان آن به صورت یک کره سوراخ دار است که حول یک محور عمودی نسبت به جهت جریان سیال دوران می‌نماید. وقتی سوراخ در راستای جریان قرار بگیرد شیر باز بوده و وقتی سوراخ عمود بر مسیر جریان قرار بگیرد شیر بسته می‌شود. وقتی دسته شیر در راستای مسیر قرار داشته باشد نشانگر باز بودن شیر و وقتی دسته آن عمود بر مسیر جریان باشد نشانگر بسته بودن شیر می‌باشد.

این شیرها بسیار بادوام بوده و حتی پس از استفاده نکردن طولانی بسیار قابل اطمینان هستند. این خواص باعث شده که این شیرها در بسیاری از کاربردها بر شیرهای نوع دروازه ای و کروی پیشی بگیرند. خواص عالی شیرهای توپی باعث شده این شیرها در کاربردهای گسترده صنعتی راه پیدا کنند و برای فشارهایی تا 1000 بار و دماهایی تا 400 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرند. یکی از عیوب شیرهای توپی این است که می‌توانند سیال را در محفظه میانی به دام بیاندازند و اگر این سیال تخلیه نگردد می‌تواند در یخبندان باعث ترک خوردن بدنه گردد.  

شیر باز

همچنین وقتی نشانگر موقعیت شیر, باز بودن شیر را نشان دهد سوراخ توپی شیر در امتداد مسیر خط لوله قرار میگیرد.در این حالت جریان امکان عبور از میان آن را دارد.

شیر بسته

در حالتی که توپی شیر چرخش 90 درجه (ربع گرد) را دارد, مجرای آن عمود بر جهت جریان قرار گرفته که جریان امکان عبور از داخل آن را ندارد. نشانگر موقعیت شیر, بسته بودن آن را نشان میدهد که به معنی بسته بودن شیر است.

ساختار شیر توپی

این نوع شیر در دسته‌بندی شیرآلات قطع و وصل جریان (on- off) قرار داشته و در حالت نیم باز دچار آسیب خواهند شد. عضو مسدودکننده کانال جریان (کره یا گهگاه نیم کره)، که به وسیله ساقه شیر حرکت 90 درجه‌ای خواهد داشت وظیفه باز و بسته کردن شیر را بر عهده دارد. به همین دلیل به آن‌ها شیرهای quarter-turn action و Quick Opening نیز می‌گویند. در روی توپک سوراخی تعبیه گردیده‌است که در حالت باز در مسیر کانال جریان قرار خواهد گرفت. چنانچه مساحت مجرای عبور سیال، از مساحت خط لوله کوچکتر باشد (Reduce Bore) نامیده می‌شود.

در حقیقت نوع طراحی داخل بدنه و اندازه مجرای عبوری به گونه‌ای است که در حالت باز نیز باعث افت فشار در مسیر می‌شود. این کاهش مساحت کانال جریان در صورت طراحی غلط، بروزاغتشاش و تلاطم در جریان سیال را در پی خواهد داشت.همچنین اگر مساحت مجرای عبور سیال، دقیقاً برابر با مساحت خط لوله باشد (Full Bore) نامیده می‌شود. این نوع شیر توپی دارای قابلیت پیگ رانی می‌باشد.این شیرها اکثراً دارای سیستم تزریق گریس بوده و در صورت مشاهده نشتی می‌توان با تزریق گریس‌های مخصوص آببند اضطراری (EMERGENCY SEAL) آن را آب‌بندی نمود. این گریس‌ها عمدتا پایه سنتتیک (synthetic base) هستند.

کاربردهای شیر توپی

• سیستم های آب و فاضلاب
• کشتی ها
• صنایع شیمیایی
• صنایع اطفا حریق
• صنایع خودروساز
• صنایع پلاستیک
• صنایع نساجی
• صنایع فلزی
• صنایع دارویی

انواع شیر توپی

ین تقسیم‌بندی بیشتر بر مبنای اینکه بدنه چگونه ساخته می‌شود انجام شده‌است.

1. یک تکه
2. سه تکه
3. چند تکه
4. بدنه جوشی
5. ورود از بالا (top Entry)
6. ورود از پایین

شیرهای توپی یک تکه

این مدل ارزان‌ترین مدل است. ساختمان یک‌پارچه‌ای دارد و دو قسمتی که توپی را در بر گرفته‌اند پرس (Pressed) یا جوش (Welded) داده شده‌اند. آن‌ها را نمی‌توان برای تعمیر یا تمیز کردن باز کرد، این شیر برای مصارف کم دردسرتر به‌کار برده می‌شود.

شیرهای توپی سه تکه

شیرهای گران‌تر غالبا سه‌تکه دارند و اجزا معمولاً با پیچ به یک‌دیگر متصل شده‌اند. مزیت این شیرها نسبت به بقیه این است که سرویس آن‌ها بدون خارج کردن همه‌ی شیر از خط لوله انجام می‌شود.

شیرهای توپی با بدنه چند تکه

بدنه این دسته از شیرهای توپی یک، دو یا سه تکه هستند و قطعات بهم به روش اتصال موقت (پیچ و مهره) متصل می‌شوند. مونتاژ قطعات داخلی از کنار یا از بالا می‌باشد.مزایا آن عبارتند از :

• قیمت پایین
• مونتاژ و دمونتاژ ساده
• سهولت در تعمیر از مزایای این نوع از شیرهای توپی در مقایسه با شیرهای توپی با بدنه تمام جوشی می‌باشد.

شیرهای توپی با بدنه تمام جوشی

بدنه این دسته از شیرهای توپی به روش جوشکاری بهم متصل می‌شوند یک ساختار یکپارچه ایجاد می‌کنند. تعمیر این شیرها در بسیاری موارد غیرممکن یا بسیار دشوار می‌باشد ولی از مزیت قابل دفن بودن به علت نداشتن اتصالات پیچ و مهره ای دارا می‌باشند.مزایا آن عبارتند از :

• قابلیت استفاده در خطوط انتقال زیر زمینی (دفنی)
• قابلیت استفاده در فشارهای بالا
• طول عمر بالا از مزایای این نوع از شیرهای توپی در مقایسه با شیرهای توپی با بدنه چند تکه می‌باشد.

 مزایا و معایب شیر توپی 

مزایایی شیر توپی

• بدلیل ساختمان ساده این نوع شیر تعمیر و نگهداری آسان تر و کم هزینه تری نسبت به سایر شیرآلات صنعتی دارد.
• بسیار از شیرآلات صنعتی مشابه سبکتر میباشد و نصب آن بسیار ساده است.
• در حالت باز بودن شیر به صورت کامل جریان سیال یکنواخت بوده و در حالت بسته نیز به صورت کامل جریان سیال قطع میگردد.
• در شیرتوپی افت فشاری تقریبا برابر با صفر خواهیم داشت.
• قابلیت استفاده در حالت نیمه باز 1/4
• در این نوع شیر نیازی به سیستم روانکاری وجود نخواهد داشت.
• استفاده از شیر توپی چندراهی برای تغییر مسیر جریان.

معایب شیر توپی

یکی از معایب شیر توپی این است که اگر دسته شیر را در حالت نیمه باز قرار دهید جریان یکدستی هنگام عبور سیال برقرار نخواهد شد و جریان کاملا آشفته خواهد بود و در صورتی که شیر به مدت طولانی به صورت نیمه باز قرار گیرد ، نشیمنگاه شیرتوپی که اصولا از جنس نرمی مانند EPDM و یا PTFE میباشد آسیب میبیند و باعث جابجا شدن نشیمنگاه و یا درگیری توپ داخل شیر خواهد شد.پس شیر توپی برای مصارفی که نیاز به افت فشار در خط است مورد مناسبی نخواهد بود و فقط مناسب برای قطع و وصل کامل جریان سیال عبوری در خط میباشد.

این نوع شیر از قابلیت تنظیم و کنترل ضعیفی برخوردار است، زیرا برای انسداد و قطع جریان طراحی شده نه تعدیل آن. (برای شیرهای گلوب Globe Valves، این عملکرد ایده آل است.) کنترل جریان باعث می شود که سیت (Seat) به دلیل سرعت بالا و فشار زیاد جریان در شیر، تا حدی معرض فرسایش قرار بگیرد.

این سایش و اصطکاک به مرور سبب نشت شیرها خواهد شد. از شیر توپی نمی توان برای عبور مخلوط مایع و جامد استفاده کرد زیرا تجمع ذرات معلق و باقی مانده باعث نشت دریچه می شود. این ذرات در حفره هایی در مجاورت بال Ball و سیت (Seat) حالت جامد پیدا کرده و سفت شوند. شیرهای توپی برای گازها و سایر جریانات مایع بسیار کارآمد هستند (حتی مواد شیمیایی نظیر کلر خشک، اسید هیدروفلوئوریک یا اسید هیدروکلریک، و اکسیژن را نیز به چالش می کشند.) ممکن است تمیز کردن آنها دشوار باشد (به جز طراحی های ورودی از بالا)

شير توپي V شکل

شیر های توپی V شکل ، نوعی از شیرهای توپی هستند که در آن ها شکل گوی و شکل سیت به صورت V شکل می باشند. در واقع فرق آنها با یک شیر توپی معمولی در شکل ظاهری عامل مسدود کننده شیر است. در شیر های توپی معمولی عامل مسدود کننده یک گوی کامل می باشد اما در شیر های V شکل این عامل یک نیم گوی با لبهV شکل می باشد.

علاوه بر این تفاوت ظاهری می توان یک تفاوت کاربردی دیگر مابین این نوع از شیر ها مطرح کرد. شیرهای توپی معمولی، باید برای عمل قطع و وصل جریان به کار بروند در صورتیکه شیر های V شکل برای تنظیم رژیم و دبی جریان نیز به راحتی استفاده می شوند.

انواع شیرهای توپی از نظر جنس

انواع شیر توپی از نظر جنس و متریال بدنه به چهار نوع فولادی ، استنلس استیل ،پلیمری و برنجی تقسیم می شوند که هر کدام بسته به نوع سیال عبوری کاربرد خاص خود را دارند .

شير توپي برنجی

• شیرهای توپی برنجی برای سیالاتی مانند گاز شهری که فشار ودمای پایینی دارند و از نظر خورندگی غیر فعال بوده استفاده می شود .
• رنگ این شیر ها طلایی بوده و دارای بدنه یک تکه میباشند به جهت استفاده فراوان از این نوع شیر ها در خطوط انتقال و توزیع گاز ، شیرهای گازی نامیده شده اند .
• ازشیرهای توپی برنجی برای قطع و وصل جریان آب نیز استفاده میشود که اغلب رنگ این شیر ها نقره ای بوده ودارای بدنه ی یک تکه میباشد .
• اساسا از شیر های بدنه برنجی برای رنج دمایی وفشاری پایین استفاده میگردد.

شير توپي فولادی و استنلس استیل

• در موارد صنعتی و در رنج های فشاری و دمایی بالا مورد استفاده واقع می شوند .
• برای سیالات عبوری خورنده و یا در صنایع غذایی ، شیر الات توپی استنس استیل کاربرد ویژه دارند .
• قطع وصل جریان در نوع دستی بوسیله ی یه دسته موسوم به دسته گازی انجام میگردد .

شير توپي پلیمری

• شیر توپی پلیمری معمولا جهت مصارف کشاورزی و آبیاری و یا جهت سیالات خورنده مانند اسید ها مورد استفاده قرار می گیرند .
• انواع شیر های توپی پلیمری از متریال های مختلف UPVC ,PVC , TUP و P.P تولید می گردند .

لینک های مرتبط :

شیر یک طرفه