شیر یک طرفه یا چک ولو (Check Valve) وسیله ای است که به جریان سیال اجازه میدهد فقط در یک جهت حرکت کند. هدف اصلی شیر یک طرفه جلوگیری از برگشت جریان در سیستم است. برای دست یابی به این عملکرد، چک ولوها معمولا دو پورت دارند، یکی برای ورود سیال و دیگری برای خروج سیال است.
چک ولو چگونه کار می کند؟
- فشار شکست: چک ولو برای باز شدن و عبور سیال از خود، به اختلاف فشار بین ورودی و خروجی نیاز دارد که به آن فشار شکست شیر یک طرفه گفته می شود. فشار شکست براساس طراحی و اندازه شیر تغییر می کند، بنابراین مطمئن شوید که فشار سیستم میتواند فشار شکست چک ولو مدنظر را ایجاد کند.
- بسته شدن: اگر فشار بالادست (فشار قبل شیر) از فشار شکست پایین تر باشد یا فشار برگشتی وجود داشته باشد (جریان تلاش کند از خروجی به ورودی حرکت کند)، چک ولو بسته می شود. شیرهای یک طرفه دارای دیسک هایی به شکل دروازه، توپ، دیافراگم یا صفحه ای هستند که برای بستن شیر روی یک درزگیر فشار داده می شود. نیروی جاذبه یا فنر نیز میتواند به فرآیند بسته شدن کمک کند.
- جهت نصب: از آنجایی که شیر یک طرفه جریان را فقط در یک جهت مجاز می داند، دانستن جهت نصب ضروری است. معمولا یک فلش روی بدنه چک ولو جهت جریان را نشان میدهد. اگر فلشی وجود ندارد، مطمئن شوید که در جهت جریان مورد نظر نصب شده است. اگر شیر در جهت اشتباه نصب شود، سیال نمیتواند در سیستم حرکت کند و افزایش فشار باعث آسیب می شود.
- شیر یک طرفه باز و بسته: چک ولو باز به سیال اجازه عبور میدهد اما درصورت برگشت جریان، جریان را قطع می کند. چک ولو بسته تا زمانی که فشار شکست ایجاد شود، از عبور سیال جلوگیری می کند.
شیر یک طرفه از دو پورت تشکیل شده است، یکی از آنها ورودی و دیگری خروجی است. شیر یک طرفه از دو پورت تشکیل شده است، یکی از آنها ورودی و دیگری خروجی است. چک ولوها نیازی به عملگر ندارند و به صورت خودکار عمل می کنند. در حالت پیش فرض شیرهای یک طرفه بسته هستند، هنگامی که سیال از درگاه ورودی وارد میشود، فشار آن شیر را باز می کند. زمانیکه فشار ورودی به دلیل قطع جریان از فشار خروجی کمتر شود، یا فشار در خروجی به هر دلیلی افزایش یابد، شیر بلافاصله بسته می شود. فنر، وزنه تعادل یا نیروی جاذبه، شیر را در حالت بسته نگه می دارد و برای باز شدن آن، سیال باید بر نیروی فنر غلبه کند.
کاربردهای چک ولو
برخی از کاربردهای شیرهای یک طرفه به شرح زیر است:
- محافظت از تجهیزات بالادست: برگشت جریان میتواند به کنتورها، کمپرسورها، فیلترها، پمپ و سایر دستگاه هایی که برای جریان یک طرفه ساخته شده اند، آسیب برساند.
- جلوگیری از آلودگی: چک ولوها با جلوگیری از برگشت جریان، از ترکیب شدن سیال های مختلف بین دو مخزن جلوگیری می کنند. برای مثال در فرآیند تصفیه آب، شیرهای یک طرفه مانع از برگشت آب تصفیه شده به مخزن آب تصفیه نشده می شوند.
- جلوگیری از تخلیه معکوس: هنگامی که سیال از مخزن مکش به مخزن تخلیه پمپاژ می شود، به احتمال زیاد با توقف پمپ، جریان برگشتی رخ میدهد. برای جلوگیری از این اتفاق از چک ولوها استفاده می شود.
انواع چک ولو
عملکرد شیرهای یک طرفه بسته به طراحی آنها متفاوت است. در ادامه انواع چک ولو را بررسی خواهیم کرد:
شیر یک طرفه خطی فنری
چک ولو خطی فنری (Spring-loaded in-line check valve) طراحی ساده ای دارند. هنگامی که جریان وارد پورت ورودی شیر می شود، باید فشار کافی برای غلبه بر فشار شکست و نیروی فنر داشته باشد. فشار ورودی، دیسک را فشار میدهد، روزنه را باز می کند و به جریان اجازه عبور میدهد. هنگامی که فشار ورودی به اندازه کافی نباشد، یا فشار برگشتی کافی وجود داشته باشد، فشار برگشتی و فنر، دیسک را به سمت روزنه فشار میدهند و شیر بسته می شود. این نوع چک ولو را می توان به صورت عمودی یا افقی نصب کرد. از آنجایی که همراستا با سیستم هستند، برای بازرسی و نگهداری باید به طور کامل از خط خارج شوند. از آنجایی که این شیرآلات هم راستا با سیستم هستند، برای بازرسی و نگهداری باید به طور کامل از خط خارج شوند.
open (left) and closed (right), body (A), disc (B), spring (C), and guide (D)
شیر یک طرفه فنری Y شکل
این نوع شیرآلات (Spring-loaded Y-check valve) شبیه چک ولوهای خطی فنری عمل می کنند. تنها تفاوت آنها این است که فنر و دیسک در زاویه ای قرار گرفته اند که شکل Y ایجاد می کند. این نوع چک ولو را میتوان بدون جداسازی از خط بازرسی و سرویس کرد. چک ولوهای فنری Y شکل اندازه بزرگتری دارند و فضای بیشتری را در سیستم اشغال می کنند.
شیر یک طرفه توپی
چک ولو توپی (Ball check valve) از یک توپ شناور آزاد یا فنری استفاده می کند که برای بستن روزنه روی نشیمنگاه قرار میگیرد. نشیمنگاه این شیر به صورت مخروطی ساخته شده است تا توپ را به درون خود هدایت کند و یک آب بندی محکم ایجاد شود، درنتیجه جریان برگشتی را متوقف کند. هنگامی که فشار ورودی از فشار شکست بیشتر شود، توپ از جای خود خارج می شود و به جریان اجازه عبور میدهد. اگر فشار ورودی از فشار شکست شیر کمتر باشد، یا فشار برگشتی وجود داشته باشد، توپ به کمک فشار برگشتی یا فنر روزنه را مسدود می کند.
Open position allowing flow (A), closed position preventing backflow (B)
شیر یک طرفه دیافراگمی
چک ولو دیافراگمی (Diaphragm check valve) از یک دیافراگم لاستیکی تشکیل شده است که با افزایش فشار ورودی، خم شده و شیر باز می شود. اگر فشار برگشتی رخ دهد یا شیر بسته باشد، دیافراگم به سمت روزنه فشار داده شده و آن را مهر و موم می کند. شیرهای یک طرفه دیافراگمی برای کاربردهای فشار پایین یا خلاء ایده آل هستند.
Open (left), open with inlet pressure (middle), closed due to backflow pressure (right)
شیر یک طرفه بالا رونده
برای عبور سیال از لیفت چک ولو (Lift check valve) دیسک از روی نشیمنگاه شیر روی یک خط عمودی بلند (لیفت) می شود. این نوع شیر برای غلبه بر نیروی جاذبه یا مقاومت فنر، به فشار شکست نیاز دارد. این نوع شیرآلات سیال را مجبور به چرخش 90 درجه می کنند. (مطابق تصویر زیر) اگر از فنر در این شیرآلات استفاده نشود، برای اینکه دیسک با نیروی گرانش بسته شود، جهت نصب اهمیت پیدا می کند.
open position (left) and closed position (right)
شیر یک طرفه نوسانی
چک ولو نوسانی (Swing check valve) که به عنوان شیر فلاپر (Flapper) نیز شناخته می شود، دارای یک دیسک لولا شده است که با فشار ورودی به سمت بالا باز می شود. با کاهش فشار ورودی یا در صورت وجود جریان برگشتی، دیسک بسته می شود. اگر از فنر در این شیرآلات استفاده نشود، برای اینکه دیسک با نیروی گرانش بسته شود، جهت نصب اهمیت پیدا می کند.
Bolted bonnet (A), hinge or trunnion (B), valve body (C), disc (D), seal (E)
استاپ چک ولو
استاپ چک ولو (Stop check valve) یک شیر یک طرفه Y شکل فنری یا یک لیفت چک ولو با محرک دستی است. این ویژگی به شیر اجازه میدهد به عنوان یک شیر یک طرفه معمولی عمل کند و از جریان برگشتی جلوگیری کند. از یک خارجی نیز میتوان برای تغییر حالت شیر به باز یا بسته استفاده کرد. بنابراین، استاپ چک ولو میتواند به جای دو شیر استفاده شود: شیر تنظیم کننده جریان و شیر جلوگیری کننده از برگشت جریان. استاپ چک ولوها در نیروگاه ها، ژنراتورهای بخار، خنک کننده توربین و سیستم های ایمنی استفاده می شوند.
Figure 1 shows the valve closed by the spring. In figure 2, the pressure overcomes the spring force causing the valve to open. In figure 3, the valve is opened by the actuator, keeping the valve open. The parts of a valve include an actuator (A), actuator shaft and thread (B), spring (C), and disc (D)
شیر یک طرفه ویفری
شیر یک طرفه پروانه ای یا ویفری (Butterfly or wafer check valves)، دارای یک دیسک به سبک شیرآلات ویفری هستند. هنگامی که فشار ورودی بر فشار شکست غلبه کند، دو طرف باز می شود. اگر فشار ورودی کاهش یابد یا جریان برگشتی وجود داشته باشد، فنر دیسک را بسته و آن را مهر و موم می کند.
متریال
انتخاب متریال چک ولو به عوامل مختلفی مثل نوع سیالی که از آن عبور می کند، حداکثر فشار و دما و الزامات خاص بستگی دارد. برخی از رایج ترین متریال های مورد استفاده در شیرهای یک طرفه عبارتند از:
- چک ولو برنجی (Brass check valve): این نوع شیرآلات برای کاربردهای روغن و سوخت عملکرد خوبی دارند، اما در برابر آب تصفیه شده یا کلر دار و آب دریا مقاوم نیستند. در مقایسه با استنلس استیل مقاومت کمتری در برابر خوردگی و حرارت دارند و معمولا برای کاربردهای کم فشار استفاده می شوند.
- چک ولو استنلس استیل (Stainless steel check valve): این نوع شیرآلات مقاومت بالایی در برابر خوردگی، گرما و دمای پایین دارند. برای کاربردهایی که نیاز به دوام یا مقاومت بالایی ندارند، استنلس استیل در مقایسه با PVC یا برنجی از لحاظ قیمتی به صرفه نیست. شیرهای یک طرفه ویفری که متریال آنها اتسیل ضد زنگ باسد، برای کاربردهای دما و فشار بالا ایده آل هستند.
- چک ولو پلی وینیل کلراید (PVC check valve): شیرهای یک طرفه PVC یا CPVC در سیستم های آبیاری استفاده می شوند. آنها در برابر اکثر مواد خورنده مثل آب دریا، اسیدها، بازها و محلول های کلراید و حلال های آلی مقاوم هستند. با این حال، در برابر عیدروکربن های آروماتیک و کلردار مقاوم نیستند. به طور معمول این نوع چک ولو حداکثر تا دمای 60 درجه سانتی گراد مقاومت دارند.
- چک ولو پلی پروپیلن (PP check valve): شیرهای یک طرفه پلی پروپیلن برای آب، مواد شیمیایی خورنده و محصولات غذایی مایع استفاده می شوند. آنها در برابر اکثر مواد خورنده مثل اسید های غیر آلی، بازها و محلول های آبی که به سرعت فلزات را می خورند، مقاوم هستند. با این حال، دربرابر اسید های غلیظ شده و عوامل اکسید کننده مقاوم نیستند. این نوع چک ولو حداکثر تا 80 درجه سانتی گراد مقاومت دارد.
- چک ولو چدن (Cast iron check valves): شیرهای یک طرفه چدنی برای کاربردهای دما بالا ایده آل هستند. چدن بسیار محکم و در برابر لغزش مقاوم است. اما چون خاصیت چکش خواری ندارد، هرگونه خمیدگی میتواند باعث ترک خوردن و غیر قابل استفاده شدن آن شود. چدن در مقایسه با PVC میتواند در دماهای بالاتر کار کند، اما به مرور زمان دچار خوردگی می شود.
راهنمای انتخاب چک ولو
هنگام انتخاب شیر یک طرفه، معیارهای زیر را درنظر بگیرید:
- مطمئن شوید که ماده چک ولو با سیالی که از آن عبور می کند، سازگار است.
- چک ولو را متناسب با اندازه خط لوله انتخاب کنید.
- شیر یک طرفه ای را انتخاب کنید، که فشار شکست آن کمتر از فشار کاری که باید تحمل کند باشد.
- برخی از شیرهای یک طرفه را میتوان به صورت افقی یا عمودی نصب کرد، درحالیکه بعضی از آنها برای یک جهت خاص طراحی شده اند.
- اطمینان حاصل کنید که فضای کافی برای نصب و نگهداری شیر یک طرفه وجود دارد.
- درنظر بگیرید که برای بازرسی یا تعمیر دسترسی نیاز است یا خیر.
