آشنایی کاربردی با انواع شیرها یا ولوهای پرکاربرد صنعتی

در این نوشته، شما با ۲۱ نوع شیر یا ولو مورد استفاده در صنعت آشنا خواهید شد. برای دسته بندی مناسب این شیرها، آن ها را می‌توان در ۵ گروه زیر تقسیم بندی کرد:

 

۱- شیرهای کنترلی Control Valves

۲- شیرهای قطع و وصل ON/OFF Valves

۳- ولوهای ایمنی Pressure Safety Valves

۴- ولوهای ایزوله Isolation Valves یا شیرهای کشویی Gate Valve

۵- ولوهای خود کنترلی Self Control Valves

 

 

 

 

 

 

 

 

۱- شیرهای کنترلی Control Valves

 

این شیرها، یک پارامتر فیزیکی را در داخل خط عبوری، کنترل می‌کنند. به عبارت بهتر، ما می‌توانیم فلوی عبوری از یک پایپ یا فشار یک پایپ را کنترل کنیم. به شیرهای کنترلی می توانیم درصد بدهیم و این قابلیت را دارند که در هر لحظه ۵۰% یا ۶۰% یا هر میزان دلخواهی باز باشند و به این میزان دلخواه سیال را عبور دهند. در انواع ولو ، قطعا این ولوها از اهمیت بسیار بیشتری برخوردار هستند.

 

 

 

 

شیرهای کنترلی را از نظر عملکرد (Function) به ۲ گروه شیر کروی (Globe Valve) و دیافراگم ولو (Diaphragm Valve) دسته بندی می کنند.

 

 

شیر کروی یا شیرهای گلوب (Globe Valve)

 

این نوع شیرهای کنترلی ۳ نوع ولو را شامل می شوند:

 

• شیر کروی، سوپاپی یا بشقابی، Globe Valve

پرکاربردترین و رایج ترین نوع شیرهای کنترلی می باشند و عموماً وقتی صحبت از شیر های کنترلی می شود، منظورمان گلوب ولوها می باشد. طراحی این نوع شیرها به گونه ای است که جریان سیال نمی تواند در جهت مستقیم جرکت کند. نشیمنگاه در این شیر موازی جریان است، بنایراین سیال در هنگام عبور از شیر باید تغییر مسیر دهد.

 

 

 

 

این نوع از انواع ولوهای کنترلی برای کنترل جریان مورد استفاده قرار می گیرند. در حالت کنترل جریان تمام دیسک و رینگ های نشیمن گاهی در معرض حریان و فشار سیال قرار دارد. 

 

این شیرها به انواع مختلف دیسک ها مجهز هستند که از مهم ترین آن ها پلاک دیسک، دیسک مرکب و دیسک های تطبیقی است.

 

در انتخاب Globe Valves بایستی به نکات زیر توجه کنیم:

 

• محدودیت سایز (۱ اینچ تا ۲۴ اینچ)
• ظرفیت (Capacity) محدود در مقایسه با Ball Valve و Butterfly
• قیمت بالا
• Tight shutoff بودن در سایزهای کوچک
• در سایزهای بالا، کلاس نشتی (leakage class) محدودیت دارد.
• در معرض cavitation کمتر هستند زیرا valve های low-recover می باشند.

 

 

 

• شیر زاویه ای، Angle Globe Valve

 

برای نصب بر روی زانوها، از این مدل گلاب ولوها استفاده می کنیم.

 

 

• شیر سوزنی، Needle Valve

 

از این نوع ولوها برای نمونه گیری (sampling) و در سایزهای کوچک (۱/۲ و ۱/۴ اینچ) استفاده می شود.

 

 

دیافراگم ولو (Diaphragm Valve)

 

دسته دیگر کنترل ولوها، دیافراگم ولوها می باشند. در صنایع غذایی از این شیرها استفاده زیادی می شود. در روش دیافراگم، گاهی لازم است که پس از مدت زمانی مشخص، دیافراگم را تعویض کرده تا کاهش کیفیت تجهیز را برطرف کنیم. این نوع شیرهای کنترلی هم ۳ نوع ولو را شامل می شوند:

 

 

 

 

 

 

• شیر دیافراگمی، Diaphragm Valve

 

در نمونه هایی که دارای ذرات متخلخل هستند یا با مواد اسیدی سر و کار داریم، حتماً از یکی از مدل های دیافراگم استفاده می کنیم.

 

 

 

 

• شیر گیره ای یا پینچ ولو، Pinch Valve

 

پینچ ولو از شیرهای دیافراگمی دارای ۲ لبه است. شیری با حرکت خطی است که در موارد بازکردن مسیر، تنظیم میزان جریان و همچنین بستن مسیر سیال مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل نامگذاری این شیر به علت وجود یک دیسک انعطاف پذیر در درون آن می باشد که با نشیمنگاه شیر در قسمت بالای شیر جهت ایجاد یک آب بندی مناسب قرار گرفته است.

 

در این شیر یک دیافراگم قابل انعطاف توسط یک میله ای (Stud) که با دیافراگم بصورت یکپارچه می باشد به قسمت فشار دهنده (کمپرسور) شیر متصل گردیده است. فشار دهنده (کمپرسور) به وسیله ساقه‌ی شیر به بالا و پایین حرکت می کند. هنگامی که فشار دهنده (کمپرسور) به سمت بالا حرکت کند، دیافراگم به بالا کشیده می شود و اگر کمپرسور به پایین برود آنگاه دیافراگم نیز به پایین رفتـه و شکل انتهایی شیر را به خود می گیرد.

 

 

 

 

از پینچ ولو بر روی خطوط انتقال مواد غذایی، شیمیایی و دارویی استفاده می شود. 

 

 

• شیر Squeeze

 

از این شیر برای تنظیم جریان مایعات سنگین و لزج، فاضلاب ها و پودر استفاده می شود. حداکثر میزان بسته شدن آن حدود %۸۰ است، که محدوده تنظیم شیر را معلوم می کند مگر اینکه نوع دیگری از این شیر که دارای یک هسته (نشیمنگاه) مرکزی می باشد به کار برده شود، که در این صورت کاملاً بسته خواهد شد.

 

 

 

۲- شیرهای قطع و وصل (ON/OFF Valves)

 

شیرهایی که یا کاملاً باز بوده و یا کاملاً بسته می‌باشند را شیرهای ON و OFF یا همان صفر و یکی می‌گوییم. ولوهایی که در صنعت عموماً به اسم شیرهای حفاظتی استفاده می‌شوند، از این دسته هستند. مثلاً ولوهایی که به فلرینگ (محل انفجار سیالات اضافی در برج های بلند) متصل هستند. در این کاربرد یا قصد داریم که سیستم به کار خود ادامه دهد که در این حالت شیرِ متصل به فلرینگ نیز، بسته خواهند ماند و یا آن که قصد داریم سیال اضافی را به سمت برج های آتش و فلرینگ انتقال دهیم (در این حالت ولوِ مربوطه باز خواهد شد) که اصطلاحاً می‌گوییم سیستم‌مان shut down خورده و plant (سیستم) متوقف است تا سیالات اضافی سوزانده شوند.

 

نحوه عملکرد (Function) این شیرها به صورت ROTARY یا همان چرخشی می باشد.

 

شیرهای قطع و وصل به ۴ دسته دسته بندی می شوند:

 

شیر توپی یا بال ولو (Ball Valve)

 

دسته اول از انواع ولوهای قطع و وصل، ولوهای توپی یا بال ولوها هستند. در این ولوها یک چرخش ۹۰ درجه ای باعث باز و یا بسته شدن مسیر سیال خواهد شد. این مکانیزم باعث کاهش زمان عملکرد ولو شده و احتمال عبور آب از دریچه را در حالت بسته بودن کاهش می­ دهد. بال ولوها معمولاً برای کاربردهایی که به صورت قطع و وصل جریان می باشد، پیشنهاد می شوند. این ولوها برای تنظیم میزان جریان عبوری مناسب نیستند؛ زیرا در این ولوها از یک حلقه آب بندی استفاده می شود که در صورت استفاده از ولو در حالت نیمه باز، فشار تنها به قسمتی از این حلقه وارد شده که می تواند باعث تغییر شکل آن شود. در صورتی که این حلقه تغییر شکل دهد، می تواند باعث شود عملکرد ولو را دچار مشکل کرده و باعث عبور سیال حتی در حالت قطع شود.

 

 

 

 

بال ولوها به ۳ گروه Full Bore ،Half Bore و V-Ball دسته بندی می شوند.

 

در سایزهای بزرگ (بالاتر از ۲۴ اینچ) از این ولوهای توپی به عنوان کنترل ولو هم استفاده می شود. 

 

در انتخاب Ball Valves باید به نکات زیر توجه کنیم:

 

• در معرض cavitation بیشتری هستند، زیرا valveهای high-recover می باشند.
• ارزان قیمت هستند (تقریباً نصف قیمت Globe valve در سایز مشابه)
• ایجاد افت فشار (pressure drop) کمتر در مقایسه با Globe valve
• کلاس نشتی (leakage class) در سایزهای مختلف محدودیت ندارد.
• محدودیت سایز تا ۵۶ اینچ

 

 

شیر پروانه ای (Butterfly Valve)

 

از شیرهای پروانه ای برای باز و بسته کردن جریان سیال و کنترل آن استفاده می شود. در این شیرها، جریان سیال توسط یک دیسک که در داخل بدنه شیر نصب می‌شود، کنترل می گردد. زمانی که شیر کاملاً باز است دیسک مقاومت کمتری در مقابل جریان ایجاد می کند. چرخش دسته شیر به اندازه یک ریع دایره دیسک را به طور کامل در مسیر جریان سیال قرار می دهد. جالب توجه این که توانایی کنترل جریان این نوع شیرها تنها در ۳۰درجه اول چرخش است. بنابراین باید توجه داشت که باز کردن یک یا دو دندانه از این شیرها جریان زیادی از سیال را آزاد می کند.

 

 

 

 

از ویژگی های منحصر به فرد شیرهای پروانه ای می توان به ساختار ساده، سبک بودن و حجم کم اشاره کرد. در برخی موارد این حجم کم ممکن است باعث افت جریان سیال در مسیر شود. مواد مورد استفاده در ساخت این نوع از ولوها، عملکرد آن ها را در دماهای بالا و یا در صورت استفاده از برخی سیالات محدود می کند. این گونه ولوها برای کابردهایی که سیال مورد نظر آب و یا هوا می باشد و همچنین قطر لوله های مورد استفاده زیاد باشد، مورد استفاده قرار می گیرند.

 

 

شیر پروانه ای لاگ لاستیکی (Eccentric Disk)

 

این مدل ولوها هم شبیه شیرهای پروانه ای می باشند.

 

 

شیر سماوری یا پلاگ ولو (Plug Valve)

 

شیرهای سماوری از متداول ترین نوع شیرهای صنعتی به شمار می آیند که از یک دسته متحرک برای کنترل جریان استفاده می شود. وقتی شیر باز است سیال از درون دهانه پلاک عبور می کند. چرخش دسته به اندازه یک ریع دایره پلاک را ۹۰ درجه  می جرخاند و شیر کاملاً بسته می‌شود. لازم به ذکر است که اتصال بدنه شیر و پلاک برای جلوگیری از نشتی سیال ضروری است. اما این کار باعث اصطکاک و نهایتاً سایش شیر می گردد که برای رفع این نوع از اصطکاک ها محفظه داخل شیر به صورت دوره ای روغن کاری می شود.

 

 

 

۳- ولو های ایمنی (Pressure Safety Valves)

 

این شیرها همانند شیر زود پز می‌باشند که خیلی از مواقع صدای مربوط به آن را هم شنیده‌اید. در واقع این شیر هر موقع فشار داخل زودپز بیش از حد بشود، با انتقال فشار به بیرون، مانع از ترکیدن زود پز می‌شود.

 

مخازن ذخیره سازی در صنایع نفت و گاز و همچنین صنایع خوراکی را در نظر بگیرید، این مخازن اگر فشارشان به یک حدی برسد، هر لحظه ممکن است که دچار ترکیدگی و انفجار شوند. برای همین باید حتماً از ولوهایی برای کاهش فشار و ایجاد ایمنی در سیستم استفاده شود که به آن ها ولو ایمنی گفته می‌ شود.

 

این مدل شیرها شامل ۳ نوع Conventional ،Bellows و Pilot Operated است.

 

 

 

۴- ولوهای ایزوله (Isolation Valves) یا شیرهای کشویی (Gate Valve)

 

این ولوها برخلاف سه گروه ولو قبلی، در زیر مجموعه ولوهای پایپینگی قرار می‌گیرند یعنی آنکه اپراتور، این ولوها را با نیروی بازو، باز یا بسته می‌کند (سه دسته ولو قبلی، از شیرهای ابزار دقیقی، محسوب می‌شوند).

 

همانند شیرهای توپی، شیرهای کشویی نیز برای کنترل جریان سیال استفاده نمی شوند و معمولاً در دو حالت باز و بسته مورد استفاده قرار می گیرند. دلیل آن هم امکان آسیب دیدن المان متحرک هنگام نیمه باز بودن می باشد. در این شیر نیز افت جریان سیال وجود دارد. این شیرها نسبت به شیرهای دیگر سرعت عملکرد بسیار کمتری دارند، چرا که برای باز و بسته کردن این شیر بایستی دفعات زیادی آن را چرخاند تا آن را از حالت باز به بسته و یا بالعکس تغییر داد.

 

 

 

 

شیرهای کشویی جریان سیال را با قرار دادن دریچه فلزی در مسیر جریان کنترل می کند. زمانی که شیر کاملاً بسته می باشد، دریچه کاملاً پایین آمده و جریان متوقف می گردد و با محدود کردن جزیان سیال، دبی کنترل می گردد. 

 

در برخی از شیرهای کشویی از دسته ای متصل به ساقه برای بالا و پایین آوردن دریچه استفاده می شود. ساقه از میان محفظه آب بندی که روی سرپوش شیر قرار دارد، عبور می کند. محفظه آب بندی از ماده ای به نام پکینگ پرشده است که از نشتی جلوگیری می کند. در قسمت بالای شیر، ساقه محکم به دسته شیر پیچانده شده است. وقتی دسته شیر در جهت پاد ساعتگرد می چرخد، دسته و دریچه متصل به آن بالا می آید و شیر باز می‌شود و حرکت دسته شیر در جهت ساعتگرد، دریچه و سافه پایین آمده و شیر را می بندد. این نوع شیر به شیرهای دسته بالا رونده نام گذاری می شوند.

 

 

 

 

در این نوع شیرها با نگاه به دسته شیر می‌توان در مورد باز و بسته بودن شیر اظهار نظر کرد.

 

ولوهای ایزوله یا کشویی دارای ۳ نوع پرکاربرد هستند که مکانیزم مشابهی نیز دارند و عبارتند از:

 

 

Single Seat / Single Disk Valve

 

مکانیزم کارکرد این شیرها بسیار ساده است. این ولو ها دارای یک پلاگ است که با بستن ولو، این پلاگ بر روی Seat قرار گرفته و مسیر عبور سیال بسته می شود.

 

 

شیر اسپلیت Split Valve

 

در جاهایی که سیال عبوری ویسکوزیته بالایی دارد یا اینکه حجم عبوری سیال خیلی بالا هست، ممکن است که پلاگی که برای مدل Single Disk در نظر گرفته شده، بر روی seat لیز خورده یا حرکت کند و نشتی داشته باشیم. به همین منظور از این مدل Split که دارای یک زائده در کفِ seat هست، استفاده می شود تا بهتر از نشتی جلوگیری کنیم.

 

 

شیر چاقویی (گیوتینی) Knife Valve

 

این ولوها شبیه گیوتین یا چاقو است که با بالا و پایین رفتن، مسیر عبور سیال را باز یا بسته می کنند.

 

 

 

 

 

۵- ولو های خود کنترلی (Self Control Valves)

 

اگر فلوی عبوری از داخل پایپ زیاد بشود، این ولو بیشتر باز شده و اگر فلوی عبوری کمتر بشود، این ولو نیز به سمت بسته شدن می‌رود. به عبارت بهتر این ولوها، خودشان، خودشان را کنترل می‌کنند و نیازی به هیچ نیروی بیرونی یا خارجی نیست.

 

شیرهای یک طرفه یا چک ولوها (Check valve) یکی از این نوع ولوها هستند. شیرهای یک طرفه به گونه ای طراحی شده اند که تنها از یک جهت اجازه جریان سیال را می دهند. از فاکتورهای اصلی برای انتخاب شیرهای یک طرفه حداقل فشار لازم برای کارکردن این نوع شیرها است. مهمترین کاربرد این نوع شیرها به عنوان یکی از انواع ولوهای کنترلی در صنایع شیمیایی، پمپ ها و تجهیزات نیروگاهی است.

 

 

 

 

 

 

ولو های یک طرفه خود کنترلی به ۳ دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

 

۱- شیرهای یک طرفه بالا رونده ( دیافراگمی- پیستونی- کروی)

۲- شیرهای یک طرفه دورانی

۳- شیرهای یک طرفه لولایی

 

این ولوها نیز از جمله شیرهای پایپینگی (مرتبط با واحد لوله کشی) به حساب می‌آیند.

 

 

• برای تهیه بخش زیادی از این مطلب، از وب سایت نماتک استفاده شده است.