شیرآلات صنعتی یا ولو ها (valve) وسیله ای پرکاربرد برای کنترل و تنظیم جریان و فشار سیالات هستند. شیرآلات پایپینگ یکی از مهم ترین اجزای سیستم های پایپینگ به شمار می روند و در مواقعی که اختلاف فشار را در جریان سیال شاهد باشیم کاربردی هستند. در این مقاله قصد داریم تا با انواع شیرآلات صنعتی و ویژگی های هر یک آشنا شویم.
کاربرد انواع شیرآلات صنعتی
پیش از معرفی انواع مختلف شیرآلات صنعتی بهتر است نگاهی به کاربردهای اصلی این ولوها داشته باشیم:
- قطع و وصل جریان
- تنظیم فشار سیال
- جلوگیری از بازگشت سیالات عبور کرده
- ایمن نگه داشتن دستگاه ها
- کنترل مقدار جریان سیالات
در قسمت معرفی انواع شیرآلات پایپینگ، کاربردهای مذکور را بررسی و کاربردهای بیشتری را معرفی خواهیم کرد.
انواع مختلف شیرآلات پایپینگ و ولو
شیرآلات پایپینگ را می توان به دو روش کلی دسته بندی کرد که عبارتند از:
تقسیم بندی با توجه به نحوه کارکرد:
- شیر خودکار یا اتوماتیک (Actuator Valve): به تمامی شیرهایی که بدون نیاز به اپراتور یا دیگر منابع انرژی کار می کنند، ولو خودکار می گویند.
- شیر متصل به منبع انرژی: این شیرها با استفاده از انرژی الکتریکی موتور و یا هیدرولیکی پمپ، وضعیت جریان را بررسی می کنند و اگر نیاز بود، آن را تغییر می دهند.
- شیر دستی (Manual Valve): شیرهای دستی همان طور که از نامشان پیداست، با نیروی دست اپراتور باز و بسته می شوند.
تقسیم بندی با توجه به ساختار:
- شیر کروی (Globe valve): این شیر به دلیل شکل ظاهری اش که کروی است، شیر کروی نامیده می شود. از این ولو می توان برای کنترل جریان استفاده کرد به طوری که جریان سیال بر خلاف شیر کشویی تغییر جهت می یابد اما این تغییر جهت، باعث ایجاد تلاطم می شود و به دلیل تغییر ناگهانی مسیر سیال، باز و بسته کردن آن، بسیار سریع تر از سایرین انجام می شود. لازم به ذکر است که جنس شیر کروی معمولاً فولاد زنگ نزن یا نیکل است.
- شیر سماوری (Plug valve): شیر سماوری یکی از انواع شیرآلات صنعتی است که با حرکت دورانی کار می کند و معمولاً برای کنترل جریان سیالات مورد استفاده است. المانی که در این ولو راه سیالات را مسدود می کند، به شکل استوانه یا مخروط با مجرایی برای عبور است.
- شیر کشویی یا شیر دروازه ای (Gate valve): شیرهای کشویی یکی از محبوب ترین شیرآلات صنعتی هستند که اکثراً در مکان هایی که بخواهند جریان سیال را کاملاً ببندند یا باز کنند، به کار می روند. از مزیت های این ولو می توان به کم بودن افت فشار در طول آن اشاره کرد که همین باعث شده برای لوله های طولانی از استفاده شود. زمانی که گیت کاملاً پایین باشد، سیال به دلیل برخورد با آن و تغییر مسیر، دچار تلاطم و افت فشار می شود. همچنین شایان ذکر است که شیر کشویی دو نوع چاقویی و گوه ای دارد.
- شیر سوزنی (Needle valve): نام شیر سوزنی از شکل دیسکش گرفته شده زیرا دیسک این ولو متشکل از یک میله مخروطی نازک است که ظرافت و کنترل دقیقش سبب شده تا در پروژه های مهمی مانند آزمایشگاه های پتروشیمی به کار گرفته شود. همچنین جالب است بدانید که این شیر از لحاظ ساختاری، خود، جزو شیرهای کروی به حساب می آید.
- شیر دیافراگمی (Diaphragm valve): این ولو سه قسمت بدنه، دیافراگم و سرپوش دارد. دیافراگم، مجرای عبور سیال را کم و زیاد و در کل می توان گفت که مقدار سیال را تنظیم می کند. استفاده از شیر دیافراگمی برای سیستم هایی با درجه حرارت بالا توصیه نمی شود زیرا در دماهای زیاد، دیافراگم ذوب می شود پس بهتر است از این نوع شیر در دما و فشار پایین استفاده شود.
- شیر پروانه ای (butterfly valves): این مدل یکی از پرکاربردترین شیرآلات صنعتی در صنایعی مانند نفت و گاز و پتروشیمی است. ساختار شیر پروانه ای از یک صفحه مدور و یک بدنه معمولی است. صفحه مدور، دور میله ای 90 درجه می چرخد و به وسیله یک اهرم به قسمت حرکت دهنده وصل است که این محرک می تواند برقی یا دستی باشد. از ویژگی های این ولو می توان به حداکثر رساندن سرعت سیال در کمترین زمان، قابلیت کنترل، آسانی کاربرد، قیمت پایین و … اشاره کرد.
- شیر یکطرفه (check valve): شیرهای یک طرفه، از انواع شیرآلات پایپینگ بدون بازگشتی هستند که برای جلوگیری از حرکت سیال در خلاف مسیر موردنظر مورد استفاده اند. این ولوها، جریان بدون مانع و بستن مسیر در صورت پایین بودن فشار را ممکن می کنند و در صنعت و وسایل خانگی کاربرد دارند.
- شیر اطمینان (safety valve): دیگ های بخار، کمپرسورها، توربین ها و دیگر تاسیسات تحت فشار، ممکن است بعضی اوقات خراب شوند و باعث بالا رفتن بیش از حد فشار دستگاه ها شوند که در این حالت خسارات مالی و حتی جانی به همراه دارد. برای جلوگیری از این اتفاق از شیرهای ایمنی استفاده می شود تا در صورت بالا رفتن فشار به صورت خودکار باز شوند و مقداری از محتوا را خالی کنند تا فشار پایین بیاید. شیرهای اطمنیان به سه دسته safety, relief, safety relief تقسیم می شوند.
اجزای سازنده ساختار شیرآلات صنعتی
برای شناخت کامل شیرآلات صنعتی باید اجزای سازنده آنها را بشناسیم که در ادامه آنها را نام خواهیم برد.
- بدنه (Body): بدنه درواقع محفظه ای توخالی برای عبور سیالات است که به خطوط لوله متصل می شود و شامل اجزای درونی شیر است. جنس این بدنه معمولاً از پلاستیک است اما گاهی از برنج، برنز، چدن، فولاد و … نیز استفاده می شود.
- نشیمنگاه (Seat): نشیمنگاه در واقع همان سطح داخلی بدنه است که به دلیل تماس با عضو مسدودکننده جریان، عمل آب بندی را انجام می دهد.
- کلاهک (Bonnet): کلاهک کامل کننده بدنه است و به صورت اتصال فلنجی یا رزوه ای به آن وصل می شود. در اغلب مواقع بعد از قرار دادن اجزای داخلی شیر، برای بستن و حفظ همه این اجزا از کلاهک استفاده می کنند اما بعضی شیرها مانند شیر توپی یا سماوری کلاهک ندارند.
- ساقه (Stem): ساقه یا استم میله ای است که وظیفه انتقال نیرو از سمت اپراتور به عضو مسدودکننده را بر عهده دارد. نکته حائز اهمیت در این قطعه این است که شکل انتهای ساقه باید به صورتی باشد که دیسک در جای خود نچرخد و به هیچ عنوان از دیسک جدا نشود.
- هندل یا عملگر (Handle or Actuator): شکل ظاهری این جزء مانند فرمان است و با چرخاندن آن با دست، می توان شیر را باز یا بسته کرد اما بعضی شیرها مثل ولوهای اتوماتیک، نیاز به هندویل ندارند.
- مهره (Hand-Wheel Nut): با استفاده از مهره، هندل به استم سفت میشود و جنس آن از فولاد ساده کربنی در نظر گرفته میشود.
- عضو مسدودکننده (Obturator): این عضو قسمتی از شیر است که همان طور که از نامش پیداست، قطع و وصل کردن جریان را عهده دار است. این قطعه در هر شیر شکل متفاوتی دارد مثلاً در شیر سماوری مخروطی، در شیر توپی کروی و در گیت ولو به شکل گوه است.
- واشرها (Gaskets): در شیرهایی که بدنه، کلاهک و … با فلنج متصل می شوند، بهتر است به منظور آب بندی، بین این فلنج ها گسکت قرار گیرد. شایان ذکر است که هنگام انتخاب واشر باید به این نکته توجه کرد که گسکت موردنظر باید بتواند فشار سیال آن شیر را تحمل کند.
نکات انتخاب صحیح ولو مورد نیاز
حال که با انواع شیرآلات صنعتی به طور کامل آشنا شدیم، شاید این سوال برای شما پیش بیاید که چگونه می توان بین شیرهای نام برده شده، بهترین آنها را انتخاب کرد؟ در انتهای این مقاله نکات مهمی را که باید هنگام انتخاب ولو رعایت کرد را نام خواهیم برد:
- نوع کاری که انتظار داریم شیر انجام دهد: مثلاً توجه به این که آیا می خواهیم شیر در دما و فشار بالا کار کند یا خیر و یا شیر باید به صورت کامل بسته شود یا خیر، می تواند انتخاب ما را تحت تاثیر قرار دهد.
- اندازه شیر: نکته مهم دیگری که نباید نادیده بگیریم، اندازه است که باید اندازه لوله و ظرفیتش محاسبه شود تا در ادامه حجم شیر مورد نیاز انتخاب شود.
- دمای سیال: هنگام انتخاب شیر باید به درجه حرارت سیال توجه ویژه ای داشت. به همین منظور استانداردهایی برای انواع ولوها وجود دارد تا بتوانیم بهترین گزینه را در این مورد انتخاب کنیم.
- افت فشار: زمانی که ولوی در خطوط لوله نصب می شود به دلیل تغییر جهت سیال و اصطکاک لوله، فشار افت می کند که اگر به آن توجه نشود، ممکن است شیر نامناسبی را انتخاب کنیم.
- ماده سازنده شیر: در مورد سیال هایی که به دلیل زنگ زدگی یا رسوبات می توانند شیرها را دچار خورندگی کنند، باید برای جلوگیری از این امر شیر را از جنس پلاستیک انتخاب کرد و یا با شیشه یا سرامیک پوشاند. جالب است بدانید موادی که در شیرها به کار می روند معمولاً برنز، آلیاژهای چدن، نیکل، فولاد، مس، آلومینیوم، تیتانیوم و … هستند.
- سیستم محرکه شیر: یکی دیگر از مسائلی که هنگام انتخاب شیر تاثیر می گذارد، سیستم به کار اندازی شیر است که امکان دارد هیدرولیکی، مکانیکی و یا برقی باشد. محرک ،در واقع قسمتی از شیر است که فرمان ها را تبدیل به انرژی مکانیکی می کند و سبب باز یا بسته شدن شیر می شود .فرمان های برقی اما به دلیل هزینه بالایی که دارند، چندان معمول نیستند.
با توجه به مواردی که از ابتدا تا کنون ذکر کردیم، شناخت انواع شیرآلات پایپینگ اهمیت زیادی هنگام احداث خطوط لوله دارد و اگر به نکاتی که نام بردیم توجه نشود، امکان وقوع خسارات جبران ناپذیری وجود دارد.