تجهیزات ابرار دقیق ای شاپ صنعت

شیر توپی ( بال ولو )

ابزار دقیق ای‌شاپ صنعت

شیر توپی چیست ؟

شیر توپی به وسیله ای می گویند که با یک دریچه کروی کنترل جریان را به صورت باز یا بسته انجام می دهد و دو مجرای ورودی و خروجی در مرکز خود دارد. شیرهای توپی از جمله شیرهایی هستند که جهت قطع و وصل جریان با چرخش 90 درجه مورد استفاده قرار می گیرند و دلایل کاربرد آن ها عمر طولانی، دوام بالا و آب بندی بسیار خوب و قابل قبول آن هاست. وظیفه این شیرها هدایت و تنظیم سیالات مختلف است و این کار را از طریق بازکردن توپی که در وسط آن ها قرار گرفته است انجام می دهند. در واقع می توان گفت شیر توپی یا بال ولو یک نوع شیر ربع گرد است که جهت قطع و وصل جریان با استفاده از چرخش گوی کروی به کار می رود و مسیر جریان را باز و بسته می کند. بنابراین بهتر است بگوییم که بال ولو ها، ولو هایی با حرکت چرخشی هستند. در صورتی شیر باز است که سوراخ در راستای جریان قرار گیرد و اگر سوراخ عمود بر مسیر جریان باشد دلیل بر این است که شیر بسته است. پس زمانی که دسته شیر در راستای مسیر قرار گیرد نشانگر این است که شیر باز است و وقتی که دسته آن عمود بر مسیر جریان قرا داشته باشد نشان دهنده بسته بودن شیر است. دوام این شیرها بسیار بالا است و حتی در مواقعی که استفاده نشوند هم از اطمینان بالایی برخوردار هستند. ویژگی های ذکر شده در شیرهای توپی باعث شده است که در بسیاری از موارد بر سایر شیرها از جمله شیرهای دروازه ای و شیرهای کروی پیشی بگیرند. کاربردها و ویژگی هایی که در این شیرها وجود دارد باعث راه یافتن به کاربردهای گسترده صنعتی شده است و برای فشارهایی تا 1000 بار و دمای تا 400 درجه سانتی گراد استفاده شوند.

شیر باز

زمانی که موقعیت شیر باز باشد یعنی نشانگر موقعیت آن، باز بودن را نشان دهد در این حالت سوراخ توپی شیر درامتداد مسیر خط لوله قرا می گیرد و همین موضوع باعث می شود که جریان از میان آن ها عبور کند.

شیر بسته

زمانی که نشانگر موقعیت شیر بسته بودن را نمایش دهد دلیل بر این است که شیر بسته است و اگر توپی شیر چرخش 90 درجه داشته باشد یعنی مجرای آن عمود بر جهت جریان قرار می گیرد و به هیچ عنوان امکان اینکه جریان از داخل آن ها عبور کند وجود ندارد.

شیرهای ساچمه ای

این شیرها، دستگاه ساده قطع و وصل هستند که از یک ساچمه برای متوقف کردن و راه اندازی دبی سیال در پایین دست شیر استفاده می گردند. با چرخش ساقه شیر به سمت موقعیت باز شدن ساچمه چرخیده و سوراخی که در وسط آن تعبیه شده است در مسیر ورود و خروج سیال قرار می گیرد و در نتیجه سیال از شیر عبور می کند. وقتی که ساچمه طوری بچرخد که سوراخ آن عمود بر مسیر سیال قرار گیرد دبی سیال متوقف می گردد. اکثر شیرهای ساچمه ای دارای عملکرد سریعی بوده و برای باز یا بسته شدن شیر نیاز به چرخش 90 درجه ای اهرم عملگر دارند. وقتی که ساچمه در موقعیت نیمه باز قرار گیرد جریان آشفته ای در شیر ایجاد می شود این مشخصه باعث محدودیت کاربرد شیر ساچمه ای می گردد. چنین شیرهایی به واسطه ایجاد جریان آشفته و جریانات ناشی از اصطکاک در حالت نیمه باز بایستی فقط در کاربردهای کاملا باز یا کاملا بسته به کار روند. از این شیرها نباید در کنترل دبی سیال استفاده گردد.

در شیرهای ساچمه ای که در سیستم های فرآیند به کار می روند ممکن است از عملگرهای مختلفی به منظور کنترل مستقیم یا از راه دور شیر استفاده شود. متداول ترین این عملگرها یا به صورت دستی بوده و یا توسط یک موتور کار می کند. شیرهای دستی دارای یک چرخ یا اهرم دستی می باشند که یا مستقیما یا از طریق یک گیربکس به ساقه شیر وصل می شود با حرکت ساقه شیر به اندازه یک قوس 90 درجه شیر باز یا بسته می شود. در شیرهایی که به وسیله یک موتور کنترل می شوند به جای یک چرخ دستی از یک موتور با توان کمتر از یک اسب بخار استفاده می کنند که می توان آن را از راه دور نیز کنترل نمود. نحوه کار محرک موتوری نیز دقیقا همانند نحوه کار محرک دستی می باشد. در بیشتر بال ولو ها عمل کردن ولو در حالتی روی می دهد که دسته ولو تا90 درجه بچرخد. برخی از بال ولو ها دارای عملگر هایی هستند که به صورت دنده خورشیدی عمل می کنند. این نوع از دندها به ولوها اجازه می دهد که از دسته کوچک تری استفاده کنند ولی نیروی حاصله از آنها به اندازه یک ولو بزرگ می باشد.

ball valve

کاربردهای شیر توپی 

شیر های توپی نیز در سیستم های آب و فاضلاب، کشتی ها، صنایع شیمیایی، اطفا حریق، خودروسازی، نساجی، فلزی، پلاستیک و دارویی مورد استفاده قرار می گیرند.

ساختار شیر توپی

شیر های توپی در دسته شیرآلات قطع و وصل جریان قرار می گیرند و در حالتی که نیم باز باشند با مشکل مواجه می شوند و دچار آسیب های زیادی می شوند. وظیفه باز و بسته کردن شیر بر عهده عضو مسدود کننده کانال جریان قرار دارد و حرکت 90 درجه ای آن به وسیله ساقه شیر انجام می شود. در صورتی که مجرای عبور سیال از مساحت خط لوله مساحت کوچک تری داشته باشد به آن Reduce Bore می گویند. به عبارت دیگر طراحی داخل بدنه آن و اندازه مجرای عبوری که دارد به نحوی است که اگر در حالت باز باشد باعث می شود فشار در مسیر افت زیادی داشته باشد. همچنین اگر همین کاهش مساحت در کانال جریان به صورت کاملا غلط طراحی شود منجر به بروز اغتشاش و تلاطم در جریان سیال می شود. حال اگر مساحت مجرای عبور سیال با مساحت خط لوله برابر باشد Full Bore نامیده می شود. در این نوع شیر توپی قابلیت پیگ رانی وجود دارد و اکثرا از سیستم تزریق گریس برخوردار هستند که در صورت مشاهده نشتی در آن ها می توان از طریق تزریق گریس های مخصوصی که برای آب بند اضطراری وجود دارند مانع نشتی شد و آن را آب بندی کرد. 

انواع شیرهای توپی 

شیرهای توپی را با توجه به معیارهای مختلف می توان دسته بندی کرد :

  • از نظر طراحی : شناور یا فلوتینگ، ترونیون و دابل بلک اند بلید Double Block and Bleed یا شیر انسداد و تخلیه
  • تعداد پورت ها : استاندارد با 2 پورت که یک ورودی و یک خروجی دارد و 3 طرفه که یک ورودی و 2 خروجی دارد یا برعکس.
  • اندازه مجرا : مجرای کامل و V شکل
  • مونتاژ بدنه : یکپارچه و 2 یا 3 قطعه
  • مدخل توپ : ورودی جانبی یا ورودی بالایی
  • نوع سیت : فلزی یا نرم بودن

شیرهای توپی فلوتینگ یا شناور 

در این نوع شیرها، توپ در مایع در حالت جریان معلق است. شافت در بالای توپ قرار دارد که این اجازه را می دهد تا شیر توپی توسط یک حرکت ربع گرد یا 90 درجه از حالت باز به حالت بسته تغییر یابد. این طراحی بسیار سبک و اقتصادی است که اندازه مجرای آن تا 10 اینچ مناسب است که اگر مجرا اندازه ای بزرگتر داشته باشد شیر توپی نمی تواند ایمن و کارآمد باشد. این شیرها نیز جریان را به صورت دو طرفه فراهم می کنند.

ball valve

شیرهای توپی ترونیون Trunnion

در این شیرها توپ، استوانه نگهدارنده و شافت بارهای سنگین تولید شده توسط توپ های بزرگ را تحمل می کنند و در واقع می توان گفت که به عنوان یک مونتاژ واحد عمل می کنند. شیرهای ترونیون انعطاف پذیری بالایی نیز دارند همچنین از گشتاور کمتری در مقایسه با شیر فلوتینگ برخوردار هستند.

ball valve

شیرهای توپی معمولا با توجه به چگونگی ساخت بدنه به دسته های یک تکه، سه تکه، چند تکه، بدنه جوشی، ورود از بالا و پایین تقسیم بندی می شوند. در این قسمت نیز شرح مختصری می دهیم :

  1. شیرهای توپی یک تکه : این مدل از ارزان ترین مدل های شیر توپی است. ساختمان آن یکپارچه و دو قسمتی که توپ را در بر گرفته اند جوش یا پرس می شوند. این مدل نیز برای مصارفی که دردسر کمتری دارد بیشتر به کار می رود و به هیچ عنوان نمی توان آن ها را به عنوان تعمیر و یا تمیز کردن باز کرد.
  2. شیرهای توپی سه تکه : شیرهایی که قیمت بالاتری دارند معمولا سه تکه هستند و اجزای آن ها به وسیله پیچ به یکدیگر وصل شده اند. در این شیرها سرویس بدون اینکه همه شیر از خط لوله خارج شود نیز انجام می شود.
  3. شیرهای توپی چند تکه : بدنه این شیرها یک، دو یا سه تکه هستند و قطعات آن ها از طریق اتصال موقت به یکدیگر متصل می شوند و مونتاز قطعات آن ها از بالا و یا از کنار است. از مزایای این مدل نیز می توان به قیمت پایین آن، مونتاز و دمونتاژ بسیار ساده آن، تعمیر آسان و ساده اشاره کرد.
  4. شیرهای توپی با بدنه جوشی : بدنه این مدل از شیرهای توپی از طریق جوشکاری به یکدیگر متصل می شوند و یک ساختار یکپارچه به وجود می آورند. تعمیر در این شیرها غیر ممکن و دشوار است و قابلیت دفن در آن ها یکی از مزیت های آن به شمار می رود که به دلیل نداشتن اتصالات پیچ و مهره ای است. از مزایای آن ها می توان قابلیت استفاده در خطوط انتقال زیرزمینی، فشرهای بالا و طول عمر بسیار بالای آن ها را نام برد.  

انواع شیرهای توپی از نظر جنس

شیرهای توپی از نظر جنس و متریال بدنه به چهار نوع فولادی، استنلس استیل، پلیمری و برنجی دسته بندی می شوند که هر کدام از آن ها با توجه به سیال عبوری کاربرد خاصی دارند و به صورت زیر هستند :

شير توپي برنجی

کاربرد این نوع شیرها در سیالاتی مانند گازشهری که فشار و دما در آن ها کمتر است و از نظر خورندگی غیرفعال هستند بسیار زیاد است. رنگ این شیرها طلایی است و 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 رنج دمایی و فشاری پایین نیز استفاده می شوند.

شير توپي فولادی و استنلس استیل

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

شير توپي پلیمری

این شیرها برای مصارف 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.  

 

مزایای استفاده از شیر توپی ( بال ولو ) 

  • تعمیر و نگهداری این شیرها نسبت به سایر شیرآلات، آسان تر و کم هزینه تر است.
  • نسبت به سایر شیرآلات سبک تر و نصب بسیار ساده ای دارد.
  • افت فشار در شیرهای توپی تقریبا صفر است.
  • در حالت باز جریان سیال به صورت کامل یکنواخت و در حالت بسته جریان سیال به صورت کامل قطع می شود.
  • در حالت نیمه باز 1/4  قابلیت استفاده دارد.
  • عدم هیچگونه نیاز به سیستم روانکاری
  • در تغییر مسیر جریان از شیرتوپی چندراهی استفاده می شود.

معایب شیر توپی (بال ولو)

یکی از اصلی ترین معایب شیر توپی این است که در مواقعی که شیر در حالت نیمه باز قرار می گیرد در هنگام عبور سیال جریان یکدست برقرار نمی شود و جریان در آن آشفته می شود. حال اگر شیر در حالت نیمه باز قرار گیرد نشیمنگاه آن که جنس بسیار نرمی هم دارد دچار آسیب می شود و منجر به درگیری توپ در داخل شیر و یا جابه جایی نشیمنگاه می شود. بنابراین می توان گفت شیر توپی در مواقعی که نیاز به افت فشار در خط است به هیچ عنوان مناسب نخواهد بود و فقط جهت قطع و وصل کامل جریان سیال عبوری در خط مناسب است.

از دیگر معایب این شیر می توان به قابلیت ضعیف آن در تنظیم و کنترل اشاره داشت زیرا این شیر برای قطع جریان و انسداد طراحی شده است و طراحی آن برای تعدیل مناسب نیست. کنترل جریان منجر به قرار گرفتن سیت در معرض فرسایش می شود که به علت سرعت و فشار زیاد در جریان این اتفاق می افتد که همین فرسایش و سایش به مرور باعث می شود شیرها دچار نشتی شوند.

شیر توپی برای عبور مخلوط مایع و جامد هیچ کاربردی ندارد و نمی توان از آن ها در این موارد استفاده کرد به این دلیل که ذرات معلقی که تجمع و باقی می مانند باعث می شوند که دریچه نشت کند و این ذرات در مجاورت بال و سیت در حفره هایی جامد و سفت می شوند.

مسیر ورود سیال به ولو:

مسیر ورود سیال به این ولوها به صورت های زیر می باشد:

  • به صورت ونتوری
  • بصورت کاهش در سطح مقطع
  • به صورت مسیر کاملا باز

در حالت کاملا باز این ولوها دارای یک سوراخ به اندازه قطر داخلی لوله می باشد.

جهت مشاوره رایگان با کارشناسان مجرب ای شاپ صنعت تماس بگیرید.

سوالات متداول شیر توپی ( بال ولو )

شیر توپی یک شیر خاموش است. از آن می توان برای کنترل جریان توسط مشخصه اصلی آن، باز بودن یا بسته بودن توپ استفاده کرد. به طور معمول، این فقط نیاز به یک چهارم چرخش دسته شیر توپی دارد. توپ درون آن یک توپ محکم نیست، بلکه از طریق مرکز سوراخ می شود.

دریچه های توپی جهت دار نیستند، اما لوله کشی و مهندسی آن ها باعث می شوند که یک دسته شیر تنظیم شود تا در صورت امکان در جهت جریان قرار گیرد.

تنها تعمیر شیر توپی تعویض واشر بسته بندی است. اگر توپ واقعی روی شیر خراب شود، نشت می کند. در این صورت باید کل سوپاپ تعویض شود.