در بین انواع شیرآلات صنعتی موجود در بازار، تجهیزات و ابزارهای متعددی وجود دارند که استفاده از آن‌ها در صنایع مختلف بسیار رایج است و بسیاری از آن‌ها به نوعی محصولاتی استراتژیک و حیاتی برای صنایعی خاص به شمار می‌روند. یکی از این شیرآلات صنعتی که در سیستم‌های لوله‌کشی کاربرد فراوانی دارد، شیر توپی یا شیر بال ولو نام دارد و در این مطلب، قصد داریم به معرفی و نحوه کارکرد انواع آن بپردازیم.
شیر توپی چیست؟
شیر توپی که در اصطلاح انگلیسی به آن Ball valve نیز گفته می‌شود، یک شیر شبیه شیر سماور بوده که حرکت آن به صورت چرخشی است. در تعریف کلی، این گونه می‌توانیم بیان کنیم که از شیرهای توپی جهت باز کردن و مسدود کردن جریان سیالاتی مانند بخار، نفت، گاز، آب و… استفاده می‌شود.
عملکرد شیر بال ولو
شیر Ball valve از یک دیسک به شکل توپ تشکیل شده که مهم‌ترین قطعه آن محسوب می‌شود. در واقع این دیسک تمامی فرایندهای باز و بسته شدن جریان سیالات را کنترل می‌کند. هنگام وصل یا باز بودن شیر توپی، جریان سیال از سوراخی که درون دیسک ایجاد شده، خارج می‌شود و زمانی که شیر قطع شود، مسیر سوراخ دیسک توپی نیز مسدود خواهد شد.
اگر به صورت تخصصی بخواهیم عملکرد شیر بال ولو را توضیح دهیم، در صورتی که مجرا یا همان سوراخ درون دیسک توپی با بخش انتهایی شیر هم‌تراز باشد، مسیر باز بوده و جریان سیالات به راحتی انجام می‌شود. در مقابل، عمود بودن مجرا بر روی بخش انتهایی شیر، باعث بسته شدن مسیر می‌شود.
حال این سوال پیش می‌آید که فرایند تنظیم جریان در شیر توپی، چگونه انجام می‌شود. زمانی که مجرا در هر موقعیتی خلاف هم‌ترازی یا عمود بودن، قرار گیرد، امکان هدایت جریان و تنظیم آن وجود خواهد داشت اما در این مبحث، نکته‌ای وجود دارد.
از شیرهای توپی معمولا برای باز و بسته شدن یا قطع و وصل جریان سیالات مختلف، استفاده می‌شود. بدین معنا که ساختار شیر به شکلی است که یا باید کاملا باز باشد یا کاملا بسته. هر وضعیتی به غیر این دو حالت باعث اغتشاش جریان خواهد شد. بر این اساس، موارد استفاده چندانی از این نوع شیر برای کنترل جریان سیالات وجود ندارد.
انواع شیر بال ولو
انواع شیر توپی بر اساس مکان قرارگیری دیسک توپی به مدل‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند که در ادامه قصد داریم به شرح مختصری از آن‌ها بپردازیم.
شیر توپی ترونیون
از این نوع شیر Ball valve در کنترل جریان‌هایی استفاده می‌شود که با فشار بسیار بالایی همراه هستند. شیر ترونیون از جهت اندازه دارای انعطاف‌پذیری بالایی بوده و شدت گشتاور کمتری دارد. این نوع شیر، مقاومت خوبی در برابر دما و فشار زیاد داشته و در بخش‌های مختلف صنعت مانند آب و فاضلاب، پتروشیمی، خودروسازی، نفت و گاز و… کاربرد دارد.
شیر شناور یا Floating
دیسک توپی در شیر بال ولو فلوتینگ، داخل بدنه اصلی به صورت شناور حرکت می‌کند. در واقع این توپ همواره به صورت معلق داخل بدنه حضور داشته و جهت کنترل و تنظیم جریان با فشار کم، مورد استفاده قرار می‌گیرد. بیشترین موارد کاربرد شیرهای توپی شناور در کنترل جریان انواع مایعات و گاز است.
دیسک توپی موجود در نوع شناور، از بخش بالایی به قطعه‌ای تحت عنوان اِستم، متصل بوده و از قسمت پایینی، بدون تکیه‌گاه و آزاد است. بر همین اساس شدت گشتاور در این شیر بالاتر از نوع ترونیون است. اگر نگاهی به عملکرد شیر توپی ترونیون بیندازیم، متوجه تفاوت این دو نوع شیر خواهیم شد.
در مدل ترونیون، دیسک توپی از بخش بالا و پایین کاملا ثابت بوده و تنها در جای خود، امکان حرکت چرخشی را دارد. در صورتی که مدل شناور، از قسمت بالا ثابت و در بخش پایین معلق است و به همین دلیل بوده که از آن در کنترل جریان سیالات با فشار بسیار بالا، استفاده نمی‌شود.
شیر بال ولو سه راهی
همانطور که از نام این شیر مشخص است، در قسمت دیسک توپی آن سه مجرا یا سوراخ وجود دارد. این سه مجرا کمک می‌کنند تا جریان سیال با ورود از یک سمت به دو بخش تقسیم شود. در این نوع شیر، امکان ترکیب دو جریان با یکدیگر نیز وجود دارد. به طور کلی با استفاده از شیرهای بال ولو سه راهه می‌توان مسیر ورودی و خروجی جریان را دسته‌بندی کرد.
بدین معنا که در صنعت به سه روش مختلف از شیر سه راهه استفاده می‌شود. در روش اول جریان سیالات از یک ورودی و دو خروجی انجام می‌شود. در روش دوم جریان بدون هیچ ورودی به مسیر خود ادامه می‌دهد و روش سوم شامل یک خروجی همراه با انحراف جریان و یک ورودی می‌شود.
شیر توپی با ورودی جانبی و بالایی
انواع دیگری از شیر Ball valve نیز وجود دارد که دسترسی به دیسک توپی در آن‌ها از طرفین و بخش بالایی، امکان‌پذیر است. از آنجایی که شیر با ورودی بالایی، دسترسی به دیسک را آسان‌تر می‌کند، موارد استفاده بیشتری دارد. به این دلیل که امکان سرویس و تعمیر کردن آن راحت‌تر انجام می‌شود. این نوع شیر توپی با ورودی بالایی، در مصارف خانگی کاربرد بیشتری دارد.
انواع شیر بال ولو از نظر سایز و بدنه اصلی
همانطور که پیش از این نیز اشاره داشتیم، مدل‌های مختلف شیر بال ولو بر اساس فاکتورهای متفاوتی دسته‌بندی می‌شوند. یکی از این فاکتورها سایز مجرا و ساختار بدنه اصلی آن است. شیرهای توپی، به دو شکل مجرای کامل و مجرا به شکل حرف V انگلیسی، طراحی می‌شوند. همچنین از نظر بدنه اصلی نیز به دو حالت دو یا سه بخشی و یکپارچه، تقسیم‌بندی می‌شوند.
جزئیات شیر بال ولو یا شیر توپی
در خصوص دیتیل و مشخصات انواع شیر Ball valve، نکاتی وجود دارد که ذکر آن‌ها در این مطلب خالی از لطف نیست:
- معمولا بیشتر شیرهای توپی از جنس برنز، فولاد ضدزنگ، پی وی سی و برنج هستند.
- رایج‌ترین متریال برای ساخت دیسک توپی از پلاستیک، روکش کروم، فولاد ضدزنگ و برنج است.
- شیر توپی از چند بخش بدنه، دیسک توپی، اکچوویتور، واشر، درپوش و سیت Seat تشکیل شده است.
- اتصال پورت شیر به شکل‌های مختلفی همچون، لحیم‌کاری، سوکتی، فلنجی یا رزوه‌ای انجام می‌شود.
- متریال قابل استفاده برای بخش سیت شیر، موادی مانند فلوروپلیمر، سرامیک یا فلز هستند.
- تغییر وضعیت یا کنترل شیر به روش دستی، الکتریکی یا هیدرولیک، صورت می‌گیرد.
- متریال و مواد استفاده شده برای ساخت اجزای شیرهای توپی باید با نوع سیال مورد نظر، تناسب داشته باشد.
- شیر بال ولو دارای سیت از جنس فلز در مواردی با دما و فشار بالا، کاربرد دارد.
- قابل استفاده در سیستم‌های پایپینگ
- شیرهای ورودی جانبی دارای بدنه فورج استیل و بدنه شیر با ورودی بالایی از جنس کست استیل هستند.
- قیمت شیرهای ورودی بالا نسبت به ورودی جانبی، بیشتر است.
کاربرد شیر توپی در صنایع
در حال حاضر صنایع مختلف از انواع شیر بال ولو جهت جریان سیالات مختلفی همچون مواد شیمیایی، نفت، انواع گاز، مایعات، مواد غذایی، سوخت و… استفاده می‌کنند. در ادامه به نگاهی کلی به موارد کاربرد این نوع شیر، خواهیم داشت:
- سیستم و تجهیزات آب و فاضلاب
- صنعت خودروسازی
- صنعت دارو
- نساجی
- صنایع پلاستیک
- کشتی‌سازی
- صنایع شیمیایی
- صنایع فلزی
- قابل استفاده در اتصال ابزار
- سیستم‌های خنک‌کننده
- محصولات هیدروکربنی
مزایا و معایب شیر توپی
انواع شیر Ball valve همچون دیگر تجهیزات و ابزارها در صنایع مختلف و آبیاری، نقاط قوت و ضعف متعددی دارند. در ادامه ابتدا نگاهی به مزایای این نوع شیرآلات و سپس معایب آن خواهیم داشت.
مزایای انواع شیر توپی
- نحوه استفاده آسان
- سریع‌العمل یا باز و بسته شدن سریع
- قیمت مقرون‌به‌صرفه و هزینه تعمیر و نگهداری پایین
- ساختار مقاوم و محکم
- دارای سیستم آب‌بندی قوی
- قابل استفاده در دما و فشارهای مختلف
- عدم ایجاد حباب
- ماندگاری و طول عمر بالا حتی در صورت عدم استفاده طولانی مدت
- وزن سبک
- احتمال پایین افت فشار
- راه‌اندازی و تعمیر بدون نیاز به خارج کردن شیر از خط
- مقاوم در برابر آلاینده‌ها
معایب شیر توپی یا بال ولو
- امکان ساییدگی و خوردگی در صورت باقی ماندن سیالات درون مجرای دیسک توپی
- امکان فرسایش قسمت سیت شیر به دلیل فشار و سرعت بالای سیالات
- عدم امکان استفاده از ترکیب دو جریان سیال جامد و مایع به دلیل تجمیع و ته‌نشین شدن ذرات معلق
- عدم امکان استفاده از این شیر در موارد افت فشار
- امکان باقی ماندن سیالات در بخش میانی شیر و ایجاد ترک در بدنه
- آسیب دیدن شیر در صورت عدم تناسب سیال با نوع شیر
- دشواری در تمیز کردن شیر
کاربرد انواع شیر توپی یا شیر بال ولو بر اساس جنس
از شیرهای توپی برنجی در صنعت بهداشت، سیستم‌های گرمایشی و تهویه مطبوع، لوله‌کشی نفت و… استفاده می‌شود. از شیرهای پلمیری به دلیل مقاومت بالا در برابر مواد اسیدی و قلیایی در بخش‌های مختلف صنعت، استفاده می‌شود. بهترین گزینه برای سیستم‌های آبیاری بارانی و قطره‌ای، شیر از جنس UPVC است.
شیرهای توپی یک تکه و چند تکه
در این مطلب به دسته‌بندی‌های مختلف شیرهای بال ولو، اشاره داشتیم. شیرهایی که دارای ساختار یکپارچه یا یک تکه هستند، قیمت پایین‌تری دارند. از آنجا که ساختار این نوع شیر بسیار ساده بوده و امکان خارج کردن دیسک از آن وجود ندارد، بر همین اساس تعمیرات بر روی آن نیز سخت خواهد بود.
شیرهایی که به صورت دو تکه یا سه تکه طراحی می‌شوند، قیمت بالاتری نسبت به شیرهای یک تکه دارند. چند تکه بودن این شیرها باعث شده تا دسترسی به اجزای تشکیل‌دهنده آن آسان شده و فرایند تعمیر نیز بهتر انجام شود. امروزه شیرهای توپی به سبب تنوع در مدل، جنس و اندازه، موارد کاربرد بسیار زیادی دارند.
