شیر توپی چیست؟
شیر توپی (Ball Valve) به خاطر 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 دارای چرخش ۹۰ درجه ای یا همان ربع گرد می باشند. از مزایای شیر توپی می توان به عمر طولانی، دوام بالا و آب بندی خوب آنها اشاره نمود.
اگرمایل به خواندن مقاله “طبقه بندی شیرآلات صنعتی” هستید. می توانید روی عنوان کلیک کنید.
نحوه عملکرد شیر توپی
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 کند. وقتی سوراخ در راستای جریان قرار بگیرد، شیر باز می گردد. وقتی سوراخ شیر عمود بر مسیر جریان قرار بگیرد شیر بسته می شود.
با توجه به دسته شیر هم می شود فهمید شیر باز 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 ۲ پورت (۱ ورودی، ۱ خروجی)
- ۳ طرفه نیز موجود است (۱ ورودی و ۲ 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 طراحی مدل فلوتینگ، توپی شیر در حالت شناور قرار دارد. یعنی 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 است. در حالی که در مدل ترونیون دو شفت مورد استفاده قرار گرفته 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 گردد.
این طراحی سبک و اقتصادی می باشد. اندازه مجرای شیرهای توپی فلوتینگ تا ۱۰ 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 کردن جریان را به صورت دو طرفه (همانند نوع Trunnion) فراهم می کنند.
شیر توپی ترونیون (Trunnion Ball Valve)
معمولا شیر با قطر زیاد و فشار عملیاتی بالا از نوع ترونیون می باشد. این شیر برای جبران محدودیت های شیر فلوتینگ ساخته شده است. در بالا و پایین توپی، فنرهایی وجود 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 وجود ندارد و سطحی که از آن سیال عبور می‌کند کاملاً هم اندازه با مساحت قسمت متصل به لوله است. همچنین 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 از آن عبور می‌کند از مساحت قسمتی که متصل به لوله است کوچک‌تر باشد، در حالت باز نیز دارای افت فشار می گردد.
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
شیرهای توپی از لحاظ جنس و متریال بدنه به چهار نوع فولادی، استنلس استیل، پلیمری و برنجی تقسیم می شوند. هر کدام از آنها با توجه به سیال عبوری کاربرد منحصر به فردی دارند .
شير توپی برنجی
استفاده از شیر برنجی در سیالاتی مثل گاز شهری که فشار و دما در آنها کمتر بوده و خورندگی ندارند، بسیار زیاد است. بدنه آنها به صورت یک تکه است. به دلیل اینکه در خطوط انتقال و توزیع گاز کاربرد فراوانی دارند، به آنها شیرهای گازی گفته می شود. شیرهای توپی برنجی نقره ای رنگ، دارای بدنه یک تکه بوده و برای قطع و وصل جریان آب مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین از این شیرها برای محدوده دمایی و فشار پایین نیز استفاده می گردد.
شير توپی 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 توپی 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 با ورودی بالا، دسترسی به توپی از قسمت بالای شیر است. نسبت به شیرهایی 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. به این دلیل که با باز کردن قسمت بالایی شیر، تعمیرات انجام شود. این شیرها همچنین به علت ساختار یکپارچه و نیاز به عملیات ریخته‌گری در فرایند تولید از شیرهای با ورودی جانبی، گرانتر می باشند.
شیر توپی با ورودی جانبی (Side Entry Ball Valve)
در این نوع شیرها دسترسی به توپی از قسمت جانبی یا کنار شیر بوده و برخلاف حالت ورودی بالا (Top-Entry) ساختار این شیرها یکپارچه نیست. ساخت و مونتاژ شیر توپی با ورودی جانبی نسبتا ساده تر است و قیمت پایین تری نسبت به شیرهای با ورودی بالا، دارا می باشند.
شیرتوپی از لحاظ بدنه
شیرهای توپی یک تکه
شیر توپی یک تکه از ارزان‌ترین مدل های شیر توپی می باشند. دارای بدنه ی یکپارچه و دو قسمتی که توپی را در بر گرفته‌اند، می باشد. این شیرها یا پرس (Pressed) شده و یا جوش (Welded) داده شده‌اند. شیرهای یک تکه قابلیت تعمیر کردن و باز کردن را ندارند. این شیر برای مصارف کم دردسر به‌کار برده می‌شود.
شیرهای توپی سه تکه
شیرهای گرانتر غالبا دارای سه تکه بوده و اجزای آن معمولا با پیچ به یک‌دیگر متصل می شوند. مزایای شیر توپی سه تکه نسبت به بقیه این است که سرویس آنها بدون خارج کردن همه‌ی شیر از خط لوله صورت می‌گیرد.
شیرهای توپی با بدنه چند تکه
بدنه این مدل از شیرهای توپی یک، دو یا سه تکه می باشند. قطعات آنها به روش اتصال موقت (پیچ و مهره) به یک دیگر متصل می‌شوند. مونتاژ قطعات داخلی از کنار یا از بالا می‌باشد.
مزایای شیر توپی با بدنه چند تکه
- 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 ˚۹۰ در اهرم و با گشتاوری نسبتا کم، شیر کاملا باز و بسته می‌شود.
- ساختار متراکم و محکمی دارد و آب بندی آن خوب است.
- از مزایای شیر توپی می توان به عدم نیاز به روانکاری اشاره نمود.
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 می تواند باعث خوردگی و فرسایش شیر 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 می شود.