انواع شیر آلات

شیر (وسیله)

شیر (به فارسی افغانستان: نَل)‏ وسیله‌ای معمولاً فلزی است که برای بازوبست، تنظیم و کنترل جریان مایعات یا گازها در لوله‌کشی به کار می‌رود. امروزه انواع بسیاری از شیرها طراحی، ساخته و تولید می‌شوند که در صنعت و خانه به کار می‌روند. شیرآلات به گروه شیرهایی گفته مشود که خود بنا به کاربرد، نحوه کارکرد یا شکل آن به زیرگروهای مختلف دسته بندی می‌شود. که البته شیرهای ساختمانی خود از لحاظ زیست محیطی به چند نوع دیگر نیز تقسیم می شوند.

تاریخچه

اولین شیرهایی که به‌وسیله انسان اختراع شد، همان چیزی است که اکنون به عنوان (دریچه) آب‌بند میشناسیم. دریچه‌ای که با گذاشتن یا برداشتن آن در مسیر آب، جریان را بسته، باز یا نیمه باز می گذاشتند. شیرهای دروازه‌ای امروزی در واقع همان آب بندهای قدیمی هستند.

انواع شیرآلات بنا به کاربرد

شیرآلات خانگی و حمام که در انگلیسی به آن Faucet می‌گویند. شیرآلات صنعتی که در ایران آنرا والو میخوانند. (Industrial Valve).

انواع شیرآلات بنا به کارکرد

شیرها یا برای باز و بست (قطع و وصل) جریان سیال استفاده می‌شوند، مانند:شیرهای توپی (Ball Valve)، شیرهای پروانه‌ای (Butterfly Valve)، شیرهای دروازه‌ای (Gate Valve)، شیر مخروطی (Plug Valve)

یا

برای تنظیم و کنترل جریان بکار می‌روند، مانند: شیرهای کره‌ای (Globe Valve)، شیر یکطرفه (Check Valve)، شیر سوزنی (Needle Valve)

غیر از موارد بالا می‌توان از شیرهای دیافراگمی-صفحه‌ای (Diaphragm Valve) نام برد. برخی از شیرهای فوق‌الذکر ممکن است برای هر دو کاربرد استفاده شود مانند شیر توپی یا شیر پروانه ای.

ساختمان شیر

ساختمان داخلی یک شیر آب

اغلب شیرها در ساختمان دارای اجزایی هستند که بین آنها مشترک است:

• بدنه (Body)
• دیسک (Disc) که در شیرهای توپی و مخروطی همان توپ یا استوانه مخروطی است.
• نشیمنگاه (Seat) محل نشستن دیسک و یا واسط بدنه و دیسک است. اغلب از جنس نرمی ساخته می‌شود تا کار آب بندی را انجام دهد.
• دسته (Stem) و فلکه (Handwheel)، فلکه با دسته به دیسک وصل می‌شود، معمولاً با چرخاندن فلکه شیر باز یا بسته می‌شود.

شیر یکطرفه که بطور خودکار تنها اجازه جریان در یک سو را می‌دهد، اجزای دسته و فلکه را ندارد.

جنس و مواد

بنا به کاربرد، مصالحی که در ساخت شیر بکار برده می‌شود، مختلف است. در کارهای ساختمانی شیرهای چدنی، برنزی، برنجی و گاهی استیل (SS) استفاده می‌شود. در کارهای صنعتی مانند، نیروگاهها، کارخانه‌های پتروشیمی، پالایشگاهها، کشتی سازی و صنایع دارویی / غذایی، بسته به نوع سیالی که از شیر عبور می‌کند ویا محیطی که شیر در آن قرار دارد، بدنه و دیگر اجزای آنرا از فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد زنگ نزن(Stainless Steel) میسازند.

شیرها یا به‌وسیله دست یا عملگر خودکار (Actuator) باز و بست می‌شوند.

شیر ایمنی

شیر ایمنی مخزناکسیژنفشرده

شیر ایمنی(بهانگلیسی: Safety valve)‏ نوعی ازشیر است که جهت کنترلفشار دربویلرها ومخازن تحت فشار استفاده می‌شود.این وسیله به طور خودکار در صورت بالا رفتن فشار یادما در مخزن وارد عمل شده و مقداری از محتویات را تخلیه می‌کند.

شیر   پروانه ا

یک شیر پروانه‌ای بزرگ درژاپنکه جهت کنترل جریان ورودی بهنیروگاه‌های برق آبیاستفاده می‌شود

شیر پروانه‌ای(بهانگلیسی: Butterfly valve)‏ گونه‌ای ازشیرهای صنعتی است که در آن از یک دیسک دایره‌ای یا مسطتیلی که امکان چرخش حول محور خود را دارد، جهت کنترل یا انسداد مسیر جریانسیال استفاده می‌شود.این نوع از شیرها نسبت به دیگر انواع شیر از وزن کمتر برخوردار بوده و در عین حال ارزان تر می‌باشد.

شیر دریچه‌ای

یک شیر دریچه‌ای از جنساستینلس استیل

شیر دریچه‌ای (بهانگلیسی: Gate valve)‏ گونه‌ای ازشیرهای مورد استفاده در صنعت است که در آن از یک دریچه دایره‌ای و یا مستطیلی برای باز و بسته کردن مسیر جریانسیال استفاده می‌شود.[۱]

شیر سوزنی

تصویر شماتیک از عملکرد یک شیر سوزنی.

شیر سوزنی(بهانگلیسی: Needle valve)‏ گونه‌ای ازشیرهای صنعتی هستند که در آن از یک قطعه سوزنی شکل که به وسیلهرزوه‌های طراحی شده بر روی آن حرکت می‌کند، جریانسیال را کنترل می‌کند.این دسته از شیرها در مسیرهایی عمدتا نصب می گردند که قرار است در این مسیر کار کنترل دبی جریان انجام پذیرد.

شیر صنعتی

.

شیر صنعتی فولادی

شیر صنعتی یا والو (valve) وسیله‌ای است که برای قطع و وصل جریانسیال‌ها درخط لوله‌ها و شبکه‌های لوله‌کشی و محیط‌های صنعتی به کار می‌رود.

چهار وظیفه اصلی ولوها را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود:

• باز و بسته کردن جریان
• کنترل جریان و تنظیم مقدار سیال عبوری
• جلوگیری از بازگشت جریان
• کنترل و تنظیم فشار جهت جلوگیری از آسیب رسیدن به دستگاه‌ها و تجهیزات

ولوها از لحاظ شکل و نحوه محدود کردن جریان در انواع مختلف ساخته می‌شوند:

• PLUG
• BALL
• BUTTERFLY
• GLOBE
• GATE
• NEEDLE
• DIAPHRAGM
• CHECK

اجزا و ساختمان والو با توجه به محدوده دما و فشاری که که والو در آن کار می‌کند، نوع سیال (گاز یا مایع) و میزان خورندگی سیال، تغییر می‌یابد. به عبارت دیگر دو شیری که در یک طبقه بندی هستند ممکن است از لحاظ شکل ظاهری تفاوت داشته باشند.

شیر کشویی

گیت ولو یا شیر کشویی دارای دیسکی با حرکت خطی است که برای شروع یا قطع جریان سیال استفاده می‌شود. این ولو قابل تنظیم نبوده و قابلیت تنظیم دریچه‌ای جریان را نیز ندارد. نام gate (دروازه) از قرارگرفتن دیسک در جریان سیال مشتق گردیده است. به gate valve گاهی اوقات slide valve نیز گفته می‌شود. این ولوها جهت رساندن افت فشار به پائین‌ترین سطح مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ولوها دارای حرکت خطی می‌باشند.

دو نوع گیت ولو وجود دارد:

۱- نوع اول که به نام موازی معروف است بر اساس استفاده از یک دیسک تخت دروازه‌ای که در بین دو نشیمنگاه موازی قرار گرفته تشکیل گردیده است. (جریان بالادست وجریان پائین دست) این ولوها همچنین دارای یک لبه تیزی در قسمت پائین خود می‌باشند که این لبه تیز برای برش واز بین بردن ذرات جامد ورودی به ولو می‌باشد.

مزیت مهم این قبیل ولوها این است که این ولوها علاوه بر بکار رفتن برای valve seatهای نامتقارن، می‌توانند برای valve seatهای زاویه‌ای نیز بکار روند.

۲- نوع دیگر ازgate valveها بنام gate valveهای با gate گوه‌ای شکل می‌باشند.

دراین نوع از ولوها از دو seat مورب ویک gate مورب استفاده می‌گردد. (به منظور امکان بسته شدن در حالت shut off)

دیسک یک gate valve وقتیکه gate valve فول باز می‌شود، کاملاً از مسیر عبور جریان برداشته می‌شود. این خاصیت باعث از بین رفتن هرگونه مقاومتی در ولو درهنگامی که ولو باز است می‌شود. وقتیکه ولو کاملاً بسته شد توسط یک رینگ آب بند دیسکی صفحه اصلی را آب بند می‌کند و آب بندی خوبی بوجود می‌آید. با قرارگیری دیسک درداخل رینگ آب بندی، مقدار بسیار کمی نشتی و یا اصلاً هیچ مقدار نشتی ممکن است دردیسک عبوری بوجود بیاید (در حالتی که ولو بسته شده است).

شیر توپی (ball valve)

از نظر کار شیر کم و بیش مانند شیر دروازه‏ای بوده ولی بجای صفحه‏ای که در مسیر جریان سیال بود، این عمل بوسیله جسم کروی شکل که در وسط آن مجرائی موجود است انجام می‏گیرد. در وقت بازبودن، مجرای مذکور در مسیر حرکت سیال واقع می‏گردد ودر وقت بسته بودن طرف دیگر جسم محل عبور سیال را مسدود می‏نماید. این شیر از نظر ساختمان آسان‏تر و از نظر قیمت ارزان‏تر از نمونه‏های دیگر شیرها می‏باشد. این نوع شیرها کاربرد زیادی در صنعت دارند و برای کنترل بسیاری از سیالات مانند گازها و روغن مورد استفاده قرار می‏گیرند. ولی بیش‏تر در سر راه لوله‏های هوا، گاز، مواد خورنده و پودر خشک قرار می‏گیرند. این شیر کمتر درمحل خود محکم می‏شود و افت فشارکمی ایجاد می‏نماید و به راحتی قابل تعمیر می‏باشد. برخلاف شیر دروازه‏ای که وقتی نیمه بازاست سیال به صورت مستقیم حرکت می‏کند در این حالت اگر شیر نیمه باز باشد حرکت سیال به صورت مستقیم نیست.. شکل 1-2 ساختمان و اجزا یک نمونه شیر توپی را نمایش می‏دهد. متن صفحه.[۱]

شیر مجرابند (سماوری)

In American “plug valve” an in britan “cock valve” این شیر برای کنترل مناسب نیست و باید در حالت بسته ویا کاملاً باز باشد. ساختمان آن ساده، دارای یک بدنه، یک مجرابند توپی که در آن سوراخی برای عبور سیال تعبیه شده و یک کلاهک آب‏بندی می‏باشد. مجرابند را به اشکال مختلف می‏سازند. ومعمول‏ترین آن به صورت مخروط ناقص ساخته شده که با چرخاندن آن در بدنه، سوراخ آن روبروی لوله قرار گرفته و جریان سیال ازآن عبور می‏کند .این نوع شیر دارای انواع گوناگونی بوده و ممکن است سه راهه وچهار راهه آن‏ها برای انتخاب مسیر جریان وجود داشته باشد. در بعضی از شیرهای سماوری آب بندی مجرابند با بدنه بوسیله نوعی خمیر گرافیت انجام می‏گیرد.این خمیر از سر مجرابند تزریق شده و بوسیله پیچی که روی آن بسته می‏شود خمیر به‏ داخل شیارهایی که روی مجرابند تعبیه شده نفوذ کرده و بصورت فیلمی از خمیرها بین بدنه و پلاگ قرار می‏گیرد. این عمل علاوه برآب‏بندی کردن باعث روان چرخیدن پلاگ شده و از سائیدگی و نیز فساد تدریجی مجرابند و بدنه جلوگیری می‏کند. شکل 1-3 ساختمان و اجزا این شیر را نمایش می‏دهد.

1-4 شیر ساچمه‏ای

این نوع شیر بخصوص در محل‏هایی که لوله‏های مسیرجریان کوچک هستند و لازم است دبی تحت تنظیم و‏ کنترل باشد مورد استفاده قرارمی‏گیرند. مسیرحرکت سیال در داخل شیر به‏طور مستقیم نیست و شاید به همین علت مقاومت بیشتری در مقابل جریان از خود نشان می‏دهد که خود باعث تنظیم جریان می‏گردد. این شیر طوری طراحی شده که باعث تغییر جهت جریان می‏شود و در حقیقت حرکت یک دیسک که در مسیرجریان واقع می‏شود عمل باز و بسته نمودن (یا نیمه باز و نیمه بسته بودن) را انجام می‏دهد. دراین نوع شیر چون بندآور و نشیمن‏گاه آن طوری طراحی شده که بطور سریع روی هم قرار می‏گیرند، بنابراین وسیله مناسبی است برای جریان‏های که مرتب باز و بسته می‏شوند. علاوه بر این هرگاه لازم باشد فشار سیال را در طول مسیر کم کنند از شیر ساچمه‏ای استفاده می‏کنند. درشیر ساچمه‏ای مسیر سیال به اندازه ٩٠ درجه انحراف پیدا کرده و سپس با یک انحراف ٩٠ درجه‏ای دیگر در مسیر خود جریان می‏یابد که این انحراف باعث افت فشار می‏گردد. نوع زاویه‏ای آن نیزدرمحل‏هایی که به علت کمبود فضا نمی‏توان از زانویی استفاده کرد کاربرد دارد. شکل 1-4 ساختمان و اجزا این شیر را نشان می‏دهد. ‏

1-5 شیر یک طرفه

همان‏طور که از اسم آن بر می‏آید از باز پس‏زدن جریان در یک لوله جلوگیری می‏نماید و به عبارت دیگر سیال فقط از یک طرف آن می‏تواند وارد شود و زمانی که در یک مسیر قرار دارد جریان سیال از طریق مخالف آن غیر ممکن است. در سایر شیرها محل ورود سیال به شیر مطرح نیست و می‏تواند از دو طرف آن باشد. ولی در شیر یک ‏طرفه فقط سیال از یک طرف شیر می‏تواند وارد شود که به همین علت اگر در محلی قرار دارد و می‏خواهیم جریان را درمسیرمخالف عادی خود عبور دهیم بایستی این شیر را برعکس نماییم و یا این ‏که داخل آن‏ را درآوریم که در این صورت حالت شیر یک طرفه را از دست خواهد داد. شیرهای یک طرفه در دو طرح اساسی به نام شیریک طرفه لولایی و شیر یک طرفه فشاری ساخته می‏شوند که در زیر به توضیح آنها می‏‏پردازیم.

1-5-1 شیریک طرفه لولایی این شیر که مصرف بیش‏تری دارد دارای بدنه و درپوش می باشد که درون آن دیسکی که ممکن است یکی یا دوتایی باشد به‏ وسیله پین مخصوصی به بدنه لولا شده و آویزان می‏باشد. البته در نوع دو‏تایی آن این پین بین دو دیسک قرار دارد. جریان سیال درموقع ورود دیسک را به طرف مسیر خود بلند کرده و از اطراف آن عبورمی‏کند. درموقع قطع جریان دسیک به نشیمن‏گاه چسبیده و اجازه برگشت به سیال را نمی‏دهد. شکل 1-5 نمونه این شیر را نشان می‏دهد.

1-5-2 شیر یک طرفه فشاری در این نوع شیر یک طرفه جریان سیال باعث بازشدن شیر شده و برگشت جریان باعث بسته شدن شیر می‏گردد. از انواع شیرهای یک طرفه فشاری می‏توان شیر یک طرفه پیستونی وشیر یک طرفه کروی را نام برد.

شیر یک طرفه پیستونی شیر یک طرفه پیستونی از نظر شکل داخلی شبیه شیرفلکه‏ای می‏باشد که جریان باعث فشار پیستون به طرف بالا و انتقال جریان شده که جهت عکس آن پیستون به طرف پائین آمده و مانع از برگشت سیال به طرف ورودی می‏شود. این نوع شیر به همراه شیر ساچمه‏ای و زاویه‏دار جهت جلوگیری از پدیده لرزش در اثر فشار در مسیر خطوط لوله به ‏کار برده می‏شود. شکل 1-6 اجزا شیر یک طفه پیستونی را نشان می‏دهد. شکل 1-6 ساختمان و اجزا شیر یک طرفه پیستونی

شیر یک طرفه کره ای

این نوع شیر یک طرفه در دو نوع کره‏ ای افقی و عمودی وجود دارد. در نوع عمودی مسیر جریان مستقیم است و این شیر بیش‏تر درجاهایی‏ که قطع جریان به صورت فوری لازم باشد بکار می‏رود. نحوه کار این نوع شیر بدین صورت است که مسیر سیال ورودی یک کره را در داخل سیال معلق نگه داشته وسیال از اطراف آن به طرف دیگر می‏رود و وقتی که جریان سیال برعکس شود کره مورد نظر در نشیمن‏گاه خود نشسته که مانع از عبور سیال به طرف ورودی می‏شود. یکی از مزایای این نوع شیر یک طرفه، استفاده ازآن‏ها در سیالاتی که ویسکوزیته آنها بسیار زیاد است می‏باشد. شکل 1-7 ساختمان و اجزا از شیر یک طرفه کره‏ای را نشان می‏دهد.

1-7 شیر ایمنی

همان‏طور که از نام این شیر بر‏می‏آید جهت ایمن ساختن لوله‏ها ودستگاه‏های دارای فشار به کار می‏رود. دارای انواع و اقسام گوناگونی بوده و می‏توان گفت که متنوع ترین نوع شیرها از نوع شیر ایمنی هستند. این شیر قابل تنظیم بوده و با توجه به فشار جاری سیال داخل آن تنظیم می‏گردند. بدان معنی که هرگاه فشار جریان بیش از فشار تنظیمی برروی شیر باشد شیر به صورت اتوماتیک جریان را قطع می‏کند واز طرف دیگر اگر فشار جریان کمتر ازحداقل فشار تنطیمی برروی شیر باشد باز هم جریان را قطع خواهد کرد. به همین علت در مسیر عبور سیالی که تغییرات فشار ناگهانی در آن محتمل است از وجود این شیر استفاده می‏گردد. مدله‏ای مختلفی از این شیر موجود است که همگی از نظر عمل تقریباً مشابه یکدیگرند و به هرحال با توجه به یک فشار تنظیم شده بر روی آن‏ها جریان را قطع می‏کنند. نوع دیگر این شیر را می توان طوری تنظیم کرد که به طور اتوماتیک در موقع لزوم باز شود. نمونه این شیر در شکل 1-9 نشان داده شده است.

نوع دیگری از شیرهای ایمنی نیز موجود است که به آن‏ها شیر‏های اطمینان فشارشکن گویند. این شیر برخلاف نمونه بالا با توجه به شرایط تنظیمی برروی آن و موقعیت سیال در وقت لازم باز می‏شود و جریان را تغییرمی‏دهد و یا به عبارت ساده‏تر از فشارلوله می‏کاهد. نمونه این شیر در شکل 1-10 نشان داده شده است.

شیر فشارشکن

نمونه‌ای از یک شیر فشارشکن

شیر فشارشکن(بهانگلیسی: Relief valve)‏ گونه‌ای ازشیرهای صنعتی است که در سیستم‌هایی که نیاز به کنترل یا محدود کردنفشار در آن وجود دارد به کار می‌رود.

شیر یکطرفه

نماد شیر یکطرفه درنمودار لوله کشی و تجهیزات.جهت فلش نشان دهنده مسیر حرکت سیال است.

شیر یکطرفه(بهانگلیسی: Check valve)‏ گونه ای ازشیرهای صنعتی است که در آنسیال(گاز یامایع) تنها می تواند در یک جهت حرکت کند و در صورت برگشت سیال، مسیر حرکت مسدود می شود.این شیرها در تجهیزات مختلف صنعتی مانندپمپ ها،جک های هیدرولیک، تجهیزاتنیروگاهی وصنایع شیمیایی کاربرد دارد.