شیر توپی

شیر توپی یا بال ولو، شیرهایی هستند که قسمت مسدود کننده سیال آن به‌صورت توپی است؛ در واقع یک مدل شیر ربع گرد قطع کننده است که جریان مایع و گاز را کنترل می‌نماید و همان‌طور که گفته شد، این کار را با کمک یک توپی چرخشی انجام می‌دهد. شیر برقی توپی از جهات زیادی به شیر سماور شباهت دارد. این شیرها اغلب به شکل دستی و به‌وسیله‌ی یک اهرم فعال می‌گردند.

هنگامی‌که ورودی توپی در خط قرار گیرد، یا به‌عبارتی دیگر وقتی اهرم با لوله در یک راستا قرار بگیرد، جریان برقرار می‌گردد و سیالات قابلیت عبور دارند و زمانی که شیر ۹۰ درجه چرخانده شود و اهرم عمود بر لوله قرار بگیرد بخش پُر توپی جریان را قطع می‌نماید و شیر در اصطلاح بسته است.

اغلب شیرهای توپی عملکرد سریع دارند و باز و بسته کردن آن، با چرخش ۹۰ درجه دسته شیر امکان‌پذیر است؛ البته در مورد باز و بسته کردن انواع شیر توپی سایز بزرگ که به نیروی زیادی نیاز است، از عملگر دنده‌ای استفاده می‌کنند؛ از این‌رو با استفاده از یک هندویل کوچک شیرآلات صنعتی بزرگ را باز و بسته می‌نمایند.

🔶 🔶 🔶 🔶 🔶

مشاهده انواع محصولات پنوماتیک

🔶 🔶 🔶 🔶 🔶

ساختار شیر توپی

شیر توپی از اجزای مختلفی همچون بدنه، توپی، اِستم و نشیمنگاه تشکیل‌شده است. بدنۀ شیرهای توپی به‌صورت یک‌تکه، دوتکه و سه‌تکه طراحی گردیده‌اند. این قطعه‌ها توسط جوش و یا پیچ و مهره به هم متصل می‌گردند. شیرهای دوتکه و سه‌تکه، اگرچه قدری گران‌تر هستند، ولی هزینه‌های تعمیر آن‌ها پایین‌تر است.

لازم است بگوییم که جهت تعمیر شیرهای سه‌تکه، نیاز نیست که شیر کامل از خط لوله خارج شود. جنس بدنۀ این قطعه معمولاً از جنس مواد پلیمری، چدن، فولاد ضدزنگ، و دیگر آلیاژهای فلزی است. این آلیاژها برحسب کارایی این قطعه‌ها انتخاب می‌شوند. نشیمنگاه شیر می‌تواند فلزی یا نرم باشد. این مدل شیرها جز گروه شیرهای قطع و وصل قرار می‌گیرند و درصورتی‌که نیمه‌باز باشند صدمه خواهند دید. جهت جریان در شیرهای توپی به شکل دوطرفه بوده و بر همین اساس ورودی و خروجی سیالات به‌آسانی انجام می‌پذیرد. سیالات با سرعت بالایی می‌توانند در این شیرها جریان پیدا نمایند و علت آن بالا بودن سرعت باز و بسته شدن شیر توپی است.

زمانی که قرار به تعمیر و یا تمیزکاری شیر باشد، شکل طراحی بدنه اهمیت پیدا می‌کند؛ بنابراین می‌توان بال ولو را بر اساس طراحی بدنه به دسته‌های زیر تقسیم‌بندی نمود.

⭐️ ⭐️ ⭐️ ⭐️ ⭐️

انواع شیر توپی را با خیالی آسوده، مستقیم از وبسایت پنوصنعت تهیه نمایید.

⭐️ ⭐️ ⭐️ ⭐️ ⭐️

انواع شیر توپی

💠  استاندارد

شیرهای بال ولو یا توپی استاندارد از محفظه، توپ، سیت‌ها و اهرم چرخش توپی ساخته‌شده‌اند. این شیرها دریچه‌های توپی دو، سه و چهار پورت دارند. در این شیرها دریچه‌های رزوه‌ای بیشتر رایج است که در مدل‌های متنوع یافت می‌شوند.

💠 هیدرولیک

به علت درجه فشار بالا و مقاومت در برابر روغن هیدرولیک و گرمایشی، خاص دستگاه‌های هیدرولیکی و گرمایشی شیرهای توپی هیدرولیک طراحی گردیده‌اند. جنس این شیرها از فولاد یا فولاد ضدزنگ است. اضافه بر این، وجود صندلی‌های شیر توپی موجب می‌گردد که دریچه‌های هیدرولیکی جهت فشار کاری بالا مناسب باشند. صندلی‌های این شیرها از پلی اکسی متیلن تشکیل‌شده است که برای کاربردهای فشار بالا و دمای پایین مناسب است.

💠 فلنج دار

در شیرهای توپی فلنج‌دار، درگاه‌ها از طریق فلنج به سیستم لوله‌کشی وصل می‌گردند که معمولاً مطابق با استاندارد خاصی طراحی می‌گردند. این سوپاپ‌ها سرعت دبی بالایی داشته زیرا اغلب طراحی کاملی دارند. درجه فشار و کلاس فشرده‌سازی فلنج در زمان انتخاب شیر توپی فلنج‌دار، مبین بالاترین فشار این نوع اتصال است. بال ولوهای توپی با دو، سه یا چهار پورت طراحی گردیده‌اند. جنس آن‌ها اغلب از چدن، فولاد ضدزنگ و یا فولاد است.

💠 ونت دار

شباهت بسیاری بین شیرهای توپی ونت دار با شیرهای توپی ۲ طرفه استاندارد است. تفاوت مهم بین این دو این است که در بدنه شیر توپی ونت دار سوراخ‌هایی برای تهویه ایجادشده است. با بستن شیر، سوراخ‌ها در ارتباط با درگاه خروجی قرار می‌گیرند و فشار را آزاد می‌نمایند. در مواردی که با یک سیستم فرایند برودتی رو به‌ رو هستیم، این احتمال وجود دارد شیرهای توپی استاندارد نشتی داشته باشد، شیر خراب شود و یا حتی منفجر گردد که این به علت بالا رفتن فشار داخلی ناشی از فرایند طبیعی گرم شدن سیستم برودتی بوده که با گرم شدن سیستم، گاز تولید و درون شیر انبساط می‌یابد.

انواع بال ولو بر اساس طراحی بدنه

🔶 ورودی کناری (Side entry)

در طراحی ورودی کناری، بدنۀ شیر به شکلی است که توپی آن از بخش‌های کناری وارد و یا خارج می‌گردد؛ بنابراین اگر قرار باشد توپی شیر تعمیر شود باید شیر به‌طور کامل از خط جریان جدا گردد و تعمیرات لازم روی آن انجام پذیرد. این نمونه شیر توپی‌ها به شکل یک‌تکه، دوتکه و یا سه‌تکه طراحی می‌گردند.

🔶 ورودی بالا (Top entry)

در طراحی ورودی بالا، بدنۀ شیر به شکلی طراحی‌شده که بخش توپی از بالا قابل‌ دسترسی است. بر این اساس برای تعمیر و یا تمیزکاری شیر توپی دیگر نیازی به خارج کردن شیر از مسیر خط لوله نیست. در این نمونه طراحی هرچقدر اتصالات کمتر شود میزان نشتی‌های احتمالی نیز کاهش می‌یابد.

🔶 جوشی (Welded body ball valve)

در این مدل طراحی از پیچ و مهره و اتصالات چندتکه خبری نیست. شیر به‌صورت یک‌تکه و به‌صورت جوش کامل بدنه تولید می‌گردد. اغلب برای کاره‌ای ساده از شیرهای جوشی استفاده می‌کنند. شیرهای جوشی از استحکام بدنۀ بالا و حجم و وزن کمتری نسبت به سایر طراحی‌ها برخوردارند، اما چون امکان تعمیر برای شیرهای تمام جوش نیست در طراحی‌های صنعتی کمتر کاربرد دارند.

انواع بال ولو بر اساس طراحی توپی

بال ولوها بر اساس طراحی توپی به چند دسته تقسیم‌بندی می‌شوند که در ادامه مطلب به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت:

شناور (Floating ball valve)

در شیر توپی فلوتینگ یا شناور، توپی در فضایی معلق است و توسط دو حلقه‌ی آب‌بندی در محل نگه‌داشته می‌شود. نشیمن‌گاه‌های شیر نقش پشتیبان را برای توپی، داشته و درحرکت جانبی آزادی دارند. هنگامی‌که توپی تحت‌فشار سیالات قرار می‌گیرد، به سمت نشیمن‌گاه‌ها جلو روانه می‌گردد و آب‌بندی خوبی ایجاد می‌نماید.

اکثر شیرهای توپی یک توپی شناور دارند. به‌صورت گسترده در محیط و شرایط فشار ضعیف از شیرهای توپی شناور استفاده می‌گردد. باتوجه به فشار محیطی به وجود آمده، توپی کروی قابلیت جابه‌جایی معینی داشته و محکم به سطح آب‌بندی در دریچه‌ی خروجی فشرده می‌گردد که موجب حصول اطمینان از آب‌بندی دریچه‌ی خروجی می‌شود.

شیرهای توپی شناور دارای ساختاری ساده و آب‌بندی خوبی هستند، اما تمام فشار سیالات روی توپی به حلقه‌ی آب‌بندی خروجی وارد می‌شود، درنتیجه باید توجه داشت که مواد حلقه‌ی آب‌بندی قابلیت تحمل بار مجاز سیال جاری را داشته باشد.

از توپی شناور در فشار بالا و اندازه‌های بزرگ به دو دلیل استفاده نمی‌گردد. اولاً، نیروی بالای توپی در برابر نشیمن‌گاه‌ها قابلیت ایجاد تغییر شکل نشیمن‌گاه‌ها را دارد و بر عملکرد آب‌بندی فشار ضعیف شیر مؤثر است؛ ثانیاً، این نیرو سبب سخت به کار افتادن شیر شده و درنتیجه برای غلبه بر نیروی نشیمن‌گاه در اختلاف اشاره‌ای زیاد نیاز به گشتاور زیادی است.

ترونیون (Trunnion ball valve)

توپی در طراحی توپی ترونیون، به‌طور کامل در محفظۀ داخلی محکم است و حرکت آن از هر چهار طرف محدود است. طراحی شیرهای ترونیون هزینۀ بیشتری دارد، اما درعین‌حال کارایی بیشتری نیز دارد. در جریان‌های با فشار بالا می‌توان از شیرهای توپی ترونیون استفاده نمود.

در ضمن این شیرها نسبت به شیرهای فلوتینگ با قطرهای متنوع و بالاتری طراحی می‌شوند. قسمت نشیمن‌گاه شیرهای ترونیون آزاد است و به‌وسیله‌ی یک شفت و فنر به پایین بدنه وصل می‌گردد. از این ویژگی جهت آب‌بندی شیر استفاده می‌کنند.

برای حل مشکل گشتاور بیش‌ از حدی که شیر توپی در کاربری‌های فشار بالا به آن نیاز دارد، از این نمونه شیر استفاده می‌کنند. مجموعه ترونیون در بدنه شامل یک شفت کوتاه است که شبیه اکستنشن است. در این شیر توپی ترونیون اِستم و توپی همچون یک قطعه واحد فعالیت می‌کنند. شیر به‌وسیله دو نشیمنگاه شناور و فنری که دائم در تماس با توپ هستند پشتیبانی می‌گردد.

این وسیله گشتاور عملیاتی کمتری لازم دارد؛ ازاین‌رو اندازه عملگر و هزینه کلی شیر کم می‌شود. با بالا رفتن کلاس فشار و اندازه‌ی شیر، این اختلاف هزینه عامل بسیار مهمی محسوب می‌شود.

 قطر کم (Reduced bore)

اغلب طراحی بخش توپی شیر در طراحی این قطعات، به صورتی است که قطر کمتری نسبت به خط لولۀ اصلی داراست. این موضوع موجب افت فشار جریان در شیر می‌گردد.

قطر زیاد (Full bore)

اگر طراحی توپی به‌گونه‌ای باشد که قطر آن با اندازۀ قطر خط لوله یکی باشد، افت فشاری در مسیر جریان سیال به وجود نمی‌آید. از مزایای دیگر شیرهای دارای قطر زیاد این است که تمیز کردن خط لوله در این حالت ساده‌تر است.

وی شکل (V-Shaped ball valve)

شکل طراحی فضای باز توپی یا نشیمن‌گاه در این وضعیت مثل حرف V انگلیسی است. علت انتخاب این طراحی، کنترل جریان سیال در خط لوله ایجاد می‌شود؛ همان‌طور که بیان شد اغلب از شیر توپی یا بال ولو جهت کنترل جریان استفاده نمی‌کنند، اما با توپی‌های وی شکل و با اتصال به یک کنترل‌کننده موتور الکتریکی، این امکان فراهم است که میزان جریان سیال را تا حدی کنترل نمود.

شیر توپی اوربیت

این شیر از عمل بادامکی و حرکت دورانی جهت آب‌بندی استفاده می‌نماید. برای بازنمودن این شیر لازم است دسته‌ی آن را با دست چند دور چرخانده شود. اگر شیر در حالت باز باشد، چرخش دسته در جهت عقربه‌های ساعت موجب می‌گردد که توپی نیز در همان جهت حرکت کند و پورت موجود در توپی عمود بر جریان بایستد.

به‌وسیله‌ی استم توپی از نشیمن‌گاه دور می‌گردد تا مانع از سایش گردد. چند چرخش آخر دسته سبب می‌گردد تا سطح بادامکی روی استم با سطح تطبیقی توپی تماس یابد و توپی را به سمت نشیمن‌گاه روانه کند تا آب‌بندی کاملی انجام گیرد. از این وسیله عملکرد ساده‌تری نسبت به سایر انواع شیر دارد و برای کاربری‌هایی که سایش ملایم دارند، مناسب است. شیر توپی اوربیت در اندازه‌های بزرگ رایج‌تر است و به عملگرهای برقی نیازمند است، و نسبت به عملگرهای شیر توپی ربع گرد قیمت کمتری دارد.

کاربرد شیر توپی

شیر توپی یا بال ولو ازجمله شیرهایی هستند که قطعاً تاکنون با آن‌ها سروکار داشته‌اید. این شیرها در تجهیزات خانگی و لوله‌کشی‌های خانگی کاربرد دارند؛ به‌عنوان‌ مثال در خطوط لولۀ گاز خانگی از این قطعه‌ها باهدف کنترل جریان استفاده می‌نمایند. بال ولوها در انواع کاربری‌های مایع برای قطع و وصل جریان به کار گرفته می‌شوند؛ همچنین می‌توان از این شیر در کاربری‌های گاز، بخار و هیدروکربن استفاده نمود.

این شیرها به خاطر کارایی بالایشان در صنایع مختلف بسیار مورداستفاده قرار می‌گیرند. شیرهای توپی با نشیمنگاه فلزی قادر به تحمل فشار و حجم بالای سیالات هستند و همچنین اکثراً می‌توانند به‌راحتی جریان سیال را تا دمای ۴۸۰ درجه سانتی‌گراد، مدیریت نمایند.

بر همین اساس در اکثر صنایع که تحت شرایط فوق کار می‌کنند، از این نمونه شیرهای توپی استفاده می‌گردد. به‌عنوان‌ مثال صنایع دارویی، نساجی، غذایی، تولید محصولات الکترونیک، پلاستیکی و … از این شیرها استفاده می‌کنند.

مزایای شیر توپی

✅ افت فشاری در شیر توپی تقریباً برابر صفر است.

✅ به دلیل ساختار ساده آن‌ها نسبت به دیگر شیرهای صنعتی نگهداری‌ آنها آسان‌تر و هزینه کمتری در بردارد.

✅ شیر توپی بسیاری از شیرآلات صنعتی به هم شبیه است و نصب آسانی دارد.

✅ از شیر توپی چند جهت برای تغییر مسیر جریان استفاده می‌کنند.

✅ در زمانی که شیر باز باشد، جریان سیال کاملاً یکنواخت بوده و در هنگامی‌که شیر بسته باشد، جریان سیال کاملاً قطع می‌گردد.

✅ شیرهای توپی نیازی به سیستم روغن‌کاری ندارند.

✅ باز و بسته شدن شیرهای توپی سریع است و در کاربری‌های با فشار و دمای بالا مورداستفاده قرا می‌گیرند.

✅ شیر توپی از شیر کشویی با سایز و رتبه‌بندی یکسان کوچک‌تر و سبک‌تر است.

✅ تنوع شیرهای توپی بسیار بالاست.

معایب شیر توپی

❌ برای عبور یک مخلوط جامد نمی‌توان از شیرهای توپی استفاده نمود، چراکه رسوب ذرات معلق و بقایای آن موجب نشت شیر می‌گردد. این ذره‌ها در سوراخ‌های مجاور Ball و Seat جامد می‌گردند. دریچه‌های توپی برای گازها و سایر جریان‌های مایع کاربرد فراوان دارند.

❌ تنظیم و کنترل این نوع شیر ضعیف است، چون به‌منظور جلوگیری و قطع جریان طراحی‌شده‌اند، نه برای تنظیم آن.

❌ باتوجه به‌سرعت بالا و جریان فشار زیاد در شیر، کنترل جریان موجب فرسودگی سیت‌ها می‌شود. این فرسودگی در آخر موجب نشتی سوپاپ‌ها می‌شود.

❌ به‌استثنای طرح‌های ورودی از بالا تمیز کردن سایر شیرهای توپی دشوار است.

❌ در کاربری‌هایی که به تنظیم جریان نیاز دارند، از شیر توپی نمی‌توان استفاده نمود.

به‌روز رسانی در تاریخ ۹ بهمن ۱۴۰۰