آشنایی با شیر توپی و معرفی انواع آن

شیر توپی (Ball Valve) بخاطر مسدود کننده کروی جریان سیالات در مرکز شیر، به شیر توپی معروف است. وظیفه این شیر باز و بسته کردن جریان است. این نوع شیرها چرخش 90 درجه ای یا همان ربع گرد دارند. از مزایای شیر توپی می توان به عمر طولانی، دوام بالا و آب بندی خوب آن ها اشاره کرد.

اگرمایل به خواندن مقاله “طبقه بندی شیرآلات صنعتی” هستید. می توانید روی عنوان کلیک کنید.

شیر توپی چگونه کار می کند؟

شیر توپی دارای یک قطعه مسدود کننده کروی جریان است که به شکل سوراخ دار می باشد. این کره سوراخ دار حول یک محور عمودی نسبت به جریان سیال دوران می نماید. وقتی سوراخ در راستای جریان قرار بگیرد شیر باز می باشد. وقتی سوراخ شیر عمود بر مسیر جریان قرار بگیرد شیر بسته می شود.

باتوجه به دسته شیر هم می شود فهمید شیر باز است یا بسته است. اگر دسته شیر در راستای مسیر جریان باشد شیر باز است. وقتی دسته شیر عمود بر مسیر جریان باشد شیر بسته است.

انواع شیرهای توپی از لحاظ طراحی

• فلوتینگ یا شناور (Floating)
• ترونیون (Trunnion)
• دابل بلک اند بلید یا شیر انسداد و تخلیه (Double Block and Bleed)

انواع شیرهای توپی از لحاظ تعداد پورت ها (ورودی)

• نوع استاندارد با 2 پورت (1 ورودی، 1 خروجی)
• 3 طرفه نیز موجود است (1 ورودی و 2 خروجی یا برعکس)

انواع شیرهای توپی از لحاظ اندازه مجرا

• مجرای کامل (Full Bore-FB)
• مجرای کاهنده (Reduced Bore-RB)
• V شکل

انواع شیرهای توپی از لحاظ مونتاژ بدنه

• یکپارچه یا یک تکه (بدنه توپ از یک قطعه کست یا استیل فورج ساخته شده است)
• دو یا سه قطعه (بدنه حاصل از مونتاژ دو یا سه قسمت مختلف است)

انواع شیرهای توپی از لحاظ مدخل توپ

• ورودی جانبی
• ورودی بالایی

انواع شیرهای توپی از لحاظ نوع سیت

• فلزی
• نرم (تفلون)

انواع شیرهای توپی از لحاظ نوع و جایگیری توپی

شیر توپی فلوتینگ یا شناور (Floating Ball Valve)

در دیزاین فلوتینگ، توپی شیر در حالت شناور قرار دارد. فقط از طرف بالا فیکس شده است. در این حالت قابلیت جابه‌جایی (فقط چند میلی‌متر) دارد. ولی نشیمن‌گاه (Seat) شیر ثابت می باشد. همچنین در طراحی فلوتینگ از یک شفت در بالا استفاده شده در حالی که در مدل ترونیون دو شفت استفاده شده است. یکی در بالا و دیگری در پایین تعبیه شده است.

هنگامی که شافت حرکت می کند، باری بر روی توپ اعمال می شود که سبب می شود در مقابل سیت فشرده شود.

این طراحی سبک است و اقتصادی می باشد. اندازه مجرای شیرهای توپی فلوتینگ تا 10 اینچ مناسب است. (اگر اندازه مجرا بیش از این باشد، سیت قادر به تحمل توپ های سنگین تر نبوده و شیر توپی نمی تواند عملکردی ایمن و کارآمد داشته باشد). شیرهای فلوتینگ امکان باز و بسته جریان را به صورت دو طرفه (همانند نوع Trunnion) فراهم می کنند.

شیر توپی ترونیون (Trunnion Ball Valve)

شیر با قطر زیاد و فشار عملیاتی بالا معمولاً از نوع ترونیون می باشد. این شیر برای جبران محدودیت های شیر فلوتینگ ساخته شده است. در بالا و پایین توپی فنرهایی دارد که از فشار ناشی بر روی نشیمنگاه بکاهد.

این مدل شیر به نیروی گشتاور کمتری احتیاج داشته و در نتیجه قیمت بالاتری هم دارد. در شیر ترونیون برعکس حالت فلوتینگ، توپی از چهار طرف به بدنه فیکس شده است. اما سیت یا نشیمنگاه آن قابلیت جابه‌جایی دارد. این قابلیت جابه‌جایی برای آب‌ بندی (Seal) شیر استفاده می‌شود.

شیر مجرای کامل (Full Bore Valve)

برخی از انواع شیرها نیز هستند که داخل آن‌ها هیچ برآمدگی یا فرورفتگی ندارد و سطحی که از آن سیال عبور می‌کند کاملاً هم اندازه با مساحت قسمت متصل به لوله است و تمیز کردن آن‌ها از لحاظ مکانیکی هم راحت‌ تر انجام می‌شود.

شیر مجرای کاهنده (Reduced Bore Valve)

 اغلب شیرها از نوع (Reduced Bore) یا همان کاهنده هستند. اگر اندازه قسمتی که سیال ازآن عبور می‌کند از مساحت قسمتی که متصل به لوله است کوچک‌تر باشد در حالت باز هم افت فشار داریم.

شیرهای V شکل (V-Shaped)

فضای باز داخل توپی (Hole) یا نشیمنگاه (Seat) به شکل حرف V است. با چرخش توپی می‌توان میزان جریان را با دقت بالاتری تنظیم کرد.

انواع شیرهای توپی از نظر جنس

این شیرها از لحاظ جنس و متریال بدنه به چهار نوع فولادی، استنلس استیل، پلیمری و برنجی قابل دسته بندی هستند. هر کدام از آن ها با توجه به سیال عبوری کاربرد منحصر به فردی دارند .

شير توپی برنجی

استفاده شیر برنجی در سیالاتی مثل گاز شهری که فشار و دما در آن ها کمتر است و خورندگی ندارند بسیار زیاد است. بدنه آن ها به صورت یک تکه هستند و به دلیل اینکه در خطوط انتقال و توزیع گاز کاربرد فراوانی دارند به آن ها شیرهای گازی گفته می شود. شیرهای توپی برنجی نقره ای رنگ، بدنه یک تکه و برای قطع و وصل جریان آب مورد استفاده قرار می گیرند و برای محدوده دمایی و فشاری پایین نیز استفاده می گردد.

شير توپي فولادی و استنلس استیل

این شیرها در محدوده دمایی و فشاری بالا و تمام موارد صنعتی، سیالات عبوری خورنده، صنایع غذایی، قطع و وصل جریان در نوع دستی به وسیله دسته گازی استفاده می شود.

شير توپي پلیمری

این شیرها در کشاورزی، آبیاری و سیالات خورنده مانند اسیدها مورد استفاده قرار می گیرند و از متریال های مختلف UPVC ,PVC , TUP و P.P تولید می شوند.  

شیر توپی از لحاظ مدخل توپ

شیر توپی با ورودی بالایی (Top Entry Ball Valve) 

در شیر توپی ورودی بالا دسترسی به توپی از قسمت بالای شیر است. نسبت به شیرهای با ورودی جانبی دسترسی راحت تری دارند. این شیرها برای مواقعی که فعالیت خط لوله بالا بوده و نیاز به تعمیرات و سرویس شیر زیاد است استفاده می­‌شوند تا با باز کردن قسمت بالایی شیر تعمیرات را انجام دهند. این شیرها همچنین به علت ساختار یکپارچه و نیاز به عملیات ریخته‌­گری در فرایند تولید از شیرهای با ورودی جانبی گرانتر هستند.

شیر توپی با ورودی جانبی (Side Entry Ball Valve) 

در این نوع شیرها دسترسی به توپی از قسمت جانبی یا پهلوی شیر بوده و برخلاف حالت ورودی بالا (Top-Entry) ساختار این شیرها یکپارچه نیست. ساخت و مونتاژ شیر توپی با ورودی جانبی نسبتاً ساده‌­ تر است و قیمت پایین تری نسبت به شیرهای با ورودی بالا دارند.

شیرتوپی از لحاظ بدنه

شیرهای توپی یک تکه

شیر توپی یک تکه، ارزان‌ترین مدل شیرهای توپی است. بدنه یکپارچه‌ای دارد و دو قسمتی که توپی را در بر گرفته‌اند. این شیرها یا پرس (Pressed) هستند و یا جوش (Welded) داده شده‌اند. شیرهای یک تکه قابلیت تعمیر کردن و باز کردن را ندارند. این شیر برای مصارف کم دردسرتر به‌کار برده می‌شود.

شیرهای توپی سه تکه

شیرهای گران‌تر غالبا سه‌تکه دارند و اجزای آن معمولاً با پیچ به یک‌دیگر متصل می شود. مزایای شیر توپی سه تکه 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. مزایای شیر توپی با بدنه چند تکه 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.

مزایای شیر توپی نسبت به سایر شیرها

• هزینه‌­ی ساخت و تعمیر و نگهداری شیر توپی کم است.
• عملکرد این شیر سریع می باشد و با یک حرکت ˚90 در اهرم و با گشتاوری نسبتاً کم، شیر کاملاً باز و بسته می­‌شود.
• ساختار متراکم و محکمی دارد و آب بندی آن خوب است.
• نیاز به روانکاری ندارد.

معایب شیر توپی

• ‌اکثر شیرهای توپی اگر در حالت نیمه باز باشند جریان مغشوش به وجود آمده و اگر برای مدت طولانی در این حالت قرار گیرند نشیمنگاه و توپی درون آن­ها آسیب می­‌بیند.
• هنگام بسته شدن شیر مقدار کمی از سیال در محفظه­‌ی درون سوراخ آن باقی می‌­ماند که می­تواند باعث خوردگی و فرسایش توپی شود.
• دوغاب ها و سیالات حاوی ذرات جامد برای عبور از این شیر مناسب نیستند؛ زیرا درون دریچه‌­ی توپی رسوب می­‌کنند و عملکرد شیر دچار اختلال می­شود.