شیرآلات صنعتی یا ولو چیست؟

انواع شیرآلات صنعتی یا ولو و کاربرد آنها در پایپینگ

شیرآلات صنعتی یا ولو ها (Valve) یکی از اجزای بسیار مهم در پایپینگ به شمار می روند که عموماً به تعداد زیاد در خطوط فرآیندی مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که بسیاری از شیرآلات صنعتی گران قیمت بوده و حساسیت بالایی دارند، استفاده درست و صحیح از آنها نیاز به آگاهی و شناخت کامل از نحوه ی عملکرد آنها دارد. در ادامه به بررسی انواع شیرآلات صنعتی میپردازیم.

ولو (Valve) چیست؟

به طور کلی اهداف اصلی استفاده از شیر صنعتی یا Valve در یک خط لوله می تواند شامل موارد زیر باشد:

• قطع و وصل جریان (On/Off)
• کنترل دبی (Regulating)
• جلوگیری از برگشت سیال (Checking)
• تغییر جهت سیال (Switching)
• تخلیه سیال (Discharge)

قبل از شناخت انواع شیرآلات، لازم است با قسمت های مختلف شیر آشنا شویم تا در ادامه درک صحیحی از عملکرد آن داشته باشیم.

اجزای تشکیل دهنده شیرآلات

اجزای شیرآلات میتواند نسبت به یکدیگر متفاوت باشند که این امر به نوع و کاربرد شیر وابسته است. اما تمامی انها در اجزای اصلی با یکدیگر اشتراک دارند، اجزای اصلی داخلی شیر عبارتند از:

• بندآور (Disc)
• نشیمن گاه (Seat)
• ساقه (Stem)
• بدنه (Body)
• درپوش (Bonnet)
• آب بند (Packing)
• یوک (Yoke)
• عملکرد (Actuator)

بندآور یا دیسک ولو

بندآور یا دیسک (Disc) قطعه ی متحرکی است که وظیفه ی مسدود کردن و یا برقرار نمودن جریان را در شیر بر عهده دارد. بندآور مستقیماً بر روی دبی جریان تأثیرگذار است و بسته به انواع شیر جهت حرکت آن نسبت به جهت حرکت سیال می تواند به سه حالت مختلف باشد.

در مقاله دیسک ولو درباره آن بیشتر بخوانید

نشیمنگاه شیر یا سیت ولو 

به قطعه ای از شیر که بندآور بر روی آن قرار می گیرد، نشیمنگاه یا سیت (Seat) گفته می شود. استفاده از نشیمنگاه به این دلیل است که بتوان آب بندی لازم بین بندآور و بدنه‌ی شیر را به خوبی انجام داد. شیرها با توجه به کاربردشان می توانند یک یا چند نشیمنگاه داشته باشند.

مهمترین قطعه هایی که در شیر دچار سایش و خوردگی می شوند نشیمنگاه و بندآور هستند، زیرا باز و بسته شدن شیر سبب ایجاد سایش بین بندآور و نشیمنگاه می شود. از سوی دیگر نشیمنگاه به طور پیوسته در معرض سایش سیال قرار دارد. بنابراین با گذشت زمان نشیمنگاه ساییده شده و باید تعویض شود.

درباره سیت ولو بیشتر بخوانید

ساقه یا استم ولو

به وسیله ای که در شیر وظیفه ی جابجا کردن بندآور را دارد، ساقه ی شیر (Stem) می گویند. در واقع ساقه با حرکت خود به سمت بالا و پایین به ترتیب سبب باز و بسته شدن شیر می شود.

درباره ساقه یا استم ولو بیشتر بخوانید

بدنه ولو

قطعه ای از شیر که به عنوان پایه ای برای قرارگیری سایر اجزای شیر استفاده می شود را بدنه (body) می گویند. بدنه باید در برابر نیروهای مختلفی که بر شیر وارد می شود مانند فشار سیال، تنش منتقل شده از سوی لوله، ضربات ناشی از جریان سیال و گشتاورهای وارد شده برای باز و بسته کردن شیر مقاوم باشد. بدنه تنها قسمتی از شیر است که از دو قسمت به خط لوله متصل می شود. این اتصال به صورت های زیر انجام می شود:

• اتصال فلنجی
• اتصال جوشی لب به لب
• اتصال سوکتی
• اتصال رزوه ای

درپوش یا بونت ولو

درپوش (Bonnet) قطعه ای از شیر است که ساقه و نوارهای آب بندی را در خود جای می دهد و بر روی بدنه ی شیر جای می گیرد. درپوش امکان دسترسی به اجزای داخلی شیر را ممکن می سازد و اتصال آن بدنه به صورت های زیر ممکن است:

• جوشی (Welded): در مواردی که فشار خط لوله بالا بوده و امکان نشتی زیاد باشد، درپوش را به بدنه جوش می دهند. هرچند که این حالت به طور کلی دلخواه نخواهد بود که یک اتصال دائم بین بدنه و درپوش ایجاد شود. زیرا در صورتی که اتصال دائم برقرار شود، امکان تعویض قطعات داخلی شیر امکان پذیر نیست.
• پیچ و مهره ای (Bolted): در مواردی که فشار و دمای خط لوله نرمال بوده اما سایز خط لوله بالا باشد، عموما از پیچ و مهرها برای اتصال بدنه و درپوش استفاده می شود. در این حالت به منظور آب بندی بهتر بین بدنه و درپوش از واشرهای مخصوصی استفاده می شود.
• رزوه ای (Screw): در مواردی که فشار و دمای خط لوله در حالت نرمال قرار داشته باشد، از اتصال رزوه ای بین درپوش و بدنه استفاده می شود.

آب بند یا پکینگ ولو

در شیرهایی که ساقه از بدنه ی شیر خارج می شود، بر روی درپوش سوراخی تعبیه شده است تا اجازه ی خروج ساقه داده شود. در این حالت به منظور جلوگیری از نشت سیال از کنار ساقه به بیرون، از واشرهای آب بند (Packing) استفاده می شود.

توجه شود که وجود آب بندها به تنهایی نمی تواند مانع از نشتی بشود بلکه باید همواره یک فشار ثابت و مناسبی بر آنها اعمال شود تا از جابجایی آب بندها جلوگیری شود؛ بدین منظور از قطعه ای به نام گلند (Gland) استفاده می شود. جنس پکینگ ولو معمولاً گرافیت، آزبست، تفلون و یا کامپوزیت گرافیت آزبست می باشد.

یوک در شیرآلات صنعتی

در شیرهایی که رزوه های ساقه در بیرون از بدنه قرار می گیرد، باید قطعه ای برای محافظت از آن تعبیه شود که به آن یوک (eyok) می گویند. یوک، مهره ساقه را در بر گرفته و نیروهای وارد شده به آن از جانب سیال را مهار می کند. از یوک به عنوان پایه عملگر شیر نیز استفاده می شود.

تریم در شیرآلات صنعتی

به قطعاتی از شیر که در تماس مستقیم با سیال قرار دارند و می توان در موارد لازم آنها را تعویض کرد تریم (Trim) گفته می شود. در واقع بندآور، نشیمنگاه و ساقه جزو Trim محسوب می شوند.

تریم شیرهای صنعتی چیست؟ انواع تریم کدام‌اند؟

اکچویتور یا عملگر شیر

عملگر یا اکچویتور (Actuator) به قطعه ای از شیر گفته می شود که وظیفه ی باز و بسته کردن شیر را بر عهده دارد. در واقع عملگر با حرکت دادن ساقه و به دنبال آن بندآور سبب باز یا بسته شدن شیر می شود.

اکچویتور چیست؟ درباره آن به طور مفصل بخوانید

جنس و متریال شیرآلات صنعتی

رایج ترین موادی که برای ساخت شیرها مورد استفاده قرار می گیرند شامل پلی اتیلن (PVC)، برنج، برنز، چدن، فولاد و آلیاژهای مختلف می باشند. در جدول 4-1 کاربرد هریک از مواد را در ساخت شیرها مشاهده می کنید. لزومی به ساخت تمامی اجزای شیر با یک جنس خاص وجود ندارد. به همین دلیل قسمت هایی از شیر که در معرض سایش و خوردگی بیشتری قرار دارند را می توان از جنس های مقاوم تری ساخت.

استاندارد شیرآلات صنعتی

در هنگام طراحی و ساخت شیرها، باید به دما و فشاری که شیر باید در آن عمل کند نیز توجه ویژه ای شود. به همین منظور برای شیرها کلاس هایی را تعیین کرده اند که نشان دهنده ی میزان تحمل دما و فشار می باشد.

به طور مثال شیرهایی که در کلاس استاندارد 150 تولید می شوند، قادر به تحمل فشار 150PSI در دمای 25 درجه سانتی گراد می باشند. البته باید به این نکته مهم نیز توجه کرد که میزان تحمل فشار در شیرها بستگی به دمای کارکرد آنها دارد و با افزایش دما میزان تحمل فشار در آنها کاهش می یابد. کلاس های استاندارد برای شیرها شامل کلاس های 150، 300، 600، 800، 900، 1500 و 2500 می باشند.

انواع شیرآلات صنعتی

انواع مختلفی از شیرآلات صنعتی وجود دارد که هرکدام کاربردها و ویژگی های خاص خودشان را دارند. در ادامه به معرفی انواع ولوها میپردازیم.

شیر دروازه ای

شیرهای دروازه ای Gate valve در مواردی که هدف قطع و وصل جریان باشد، در خطوط لوله به کار گرفته می شوند و به هیچ وجه برای کنترل دبی توصیه نمی شوند. زیرا بندآور شیر دروازه ای حرکتی عمود با جهت حرکت سیال داشته و اگر به صورت نیمه باز قرا بگیرد دچار سایش شدیدی خواهد شد.

شیرهای دروازه ای، شیرهای دوطرفه یا همان BI-DIRECTIONAL بوده و دارای قیمت نسبتا ارزان و افت فشار کمی هستند. جنس شیرهای دروازه ای عموما چدنی است و برای خطوط انتقال آب سرد و گرم کاربرد وسیعی دارند.

درباره شیر دروازه ای بیشتر بخوانید.

شیر کروی

شیرهای کروی  Globe valve  بیشتر برای کنترل دبی سیال مورد استفاده قرار می گیرند. در این شیرها جهت ورود سیال و یا به عبارت دیگر جهت بسته بودن شیر به خط لوله بسیار مهم است زیرا این شیرها به صورت یک طرفه (Uni-directional) عمل می کنند.

ساده ترین شیرهای کروی، شیرهای T شکل هستند. در این نوع شیرها سیال برای رسیدن به بندآور 90 درجه تغییر جهت داده و سپس برای ترک کردن شیر نیز 90 درجه تغییر جهت می دهد. این نوع شیرها دارای طراحی ساده، افت فشار بالا و هزینه ساخت پایینی هستند و به همین دلیل بسیار زیاد در خطوط لوله مورد استفاده قرار می گیرند.

درباره انواع شیر کروی بیشتر بخوانید.

شیر سماوری

در مواردی لازم است تا به سرعت جریان خط لوله قطع و یا وصل گردد، در چنین مواردی شیرهای دروازه ای و کروی کاربردی نیستند؛ زیرا زمانی که برای باز و بسته کردن این شیرها موردنیاز است، بسیار طولانی است. به همین دلیل شیرهایی با قابلیت باز و بسته شدن سریع با عنوان شیرهای سماوری (Plug Valve) ساخته شده اند.

در شیرهای سماوی باز و بسته کردن شیرها تنها با 90 درجه چرخش عملگر شیر ممکن می شود. این نوع شیرها عموماً برای قطع و وصل جریان کاربرد دارند و کمتر برای کنترل دبی مورد استفاده قرار می گیرند.

درباره شیر سماوری بیشتر بخوانید.

شیر توپی

استفاده عمده از شیرهای توپی Ball valve برای قطع و وصل جریان می باشد، اما با اندکی تغییر در مجرای عبور سیال می توان از آنها برای اهداف کنترل دبی نیز استفاده کرد. افت فشار در شیرهای توپی ناچیز است؛ زیرا باز بودن کامل دهانه ی آنها در هنگام عبور سیال از بروز کمترین اغتشاش هم در مسیر جلوگیری می کند. به طور کلی قیمت ارزان، سبکی، حجم کم، نصب و تعمیر آسان، آب بندی خوب، سرعت عملکرد بالا و افت فشار بسیار کم از مزایای شیرهای توپی به حساب می آیند.

درباره شیر توپی (بال ولو) بیشتر بخوانید.

شیر پروانه ای

شیرهای پروانه ای  Butterfly valve  نوعی خاصی از شیرهای صنعتی هستند که قرارگیری بندآور در آنها به گونه ای است که درست در میان مجرای عبور سیال قرار می گیرد و جهت قرارگیری بندآور می تواند باز و بسته بودن شیر را تعیین کند.

بدنه ی شیرهای پروانه ای می تواند بسته به نوع و شکل دهانه ی مجرای عبور سیال دایره، مستطیل و یا مربع باشد. از این نوع شیرها به منظور قطع و وصل جریان و همچنین کنترل دبی می توان استفاده کرد.

شیر پروانه ای عموماً از سایز 2 اینچ به بالا ساخته می شود. از این شیرآلات بیشتر در صنایعی مانند آب، گاز، نفت و پتروشیمی استفاده می شود. نوع عملگر این گونه شیرها در سایزهای کوچک به صورت دسته معمولی و در سایزهای بزرگتر به صورت گیربکس دار می باشد ودر تمامی سایزها قابلیت نصب عملگرهای برقی و پنوماتیکی وجود دارد. در ساخت شیر پروانه ای می توان از متریال های گوناگون مثل فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، چدن و.. استفاده کرد.

درباره شیر پروانه ای (باترفلای ولو) بیشتر بخوانید.

شیر دیافراگمی

در صنعت مواردی خاص وجود دارد که هیچ یک از شیرهای که تاکنون با آنها آشنا شده ایم، مناسب نخواهد بود. به طور مثال در حالتی که سیال بسیار حساس و خطرناکی در خط لوله داشته باشیم که هرگونه نشتی خارجی از شیر ممنوع باشد و یا در حالتی که سیستم تحت خلا باشد، ایجاد کوچک ترین منفذی در شیر مضر بوده و باعث شکستن خلا و به دنبال آن توقف عملیات می گردد؛ در چنین مواردی باید از شیرهای دیافراگمی استفاده کرد. این شیرها دو طرفه بوده و برای قطع و وصل جریان و همچنین کنترل دبی مورد استفاده قرار می گیرند.

ازآنجایی که شیرهای دیافراگمی دارای انعطاف پذیری بالایی است، بنابراین خطوط جریان کمتر دچار اغتشاش شده و تلاطم حاصل از کنترل جریان بسیار کمتر از سایر شیرها می باشد. همچنین استفاده از این نوع شیر در مواردی که سیالاتی خورنده داریم توصیه می شود؛ زیرا با وجود دیافراگم، هیچ یک از قطعات داخلی شیر با سیال در ارتباط نبوده و دچار خوردگی نخواهد شد. اما باید به این نکته مهم نیز توجه کرد که نمی توان از شیرهای دیافراگمی در دما و فشار بالا استفاده کرد، زیرا جنس دیافراگم معمولا از الاستومر بوده و تحمل دما و فشار بالا را نخواهد داشت.

درباره شیر دیافراگمی بیشتر بخوانید.

شیر یک طرفه (چک ولو)

شیرهای یک طرفه به منظور هدایت سیال در یک سمت مورد استفاده قرار می گیرند. در واقع طراحی این گونه شیرها طوری است که اجازه برگشت سیال را نخواهند داد و تنها سیال از یک سمت قابلیت حرکت را دارا می باشد.

شیرهای یک طرفه را می توان جزو شیرهای خودکار طبقه بندی نمود، چون اپراتور هیچ کنترلی روی آن ندارد. این نوع شیرآلات با جریان سیال (فشار سرعتی) به طور خودکار باز شده و قطع جریان استفاده از نیروی جاذبه با نیروی ناشی از برگشت جریان سیال انجام می شود. شیرهای یک طرفه انواع مختلفی دارند که در ادامه با چند نمونه از آنها آشنا خواهیم شد.

درباره انواع چک ولو بیشتر بخوانید.

شیر اطمینان

شیر ایمنی همانطور که از نام آن مشخص است به منظور افزایش ایمنی سیستم مورد استفاده قرار می گیرند. این شیرها برای فعال شدن نیازی به اپراتور نداشته و به طور خودکار عمل می کنند. در واقع شیرهای ایمنی براساس تنظیمی که از قبل بر روی آنها انجام شده است در صورت بالا رفتن فشار سیستم تا مقدار مشخص عمل نموده و فشار اضافی سیستم را تخلیه می کنند.

درباره شیر اطمینان بیشتر بخوانید.

شیر کنترل

شیرهای کنترلی Control Valve در سیستم های کنترل فرایند به کار می روند. این نوع از شیرها با فرمان گرفتن از کنترلر، باز یا بسته می شوند. بنابراین دخالت مستقیم انسان در آن وجود ندارد. از شیرها کنترل برای کنترل فشار، دما، دبی و یا ارتفاع مایعات استفاده می شود و جزو شیرهای ابزار دقیق می باشند.

درباره شیر کنترل (کنترل ولو) بیشتر بخوانید.

شیر تنفسی

شیرهای تنفسی Breather Valve که با نام شیر تخلیه فشار خلاء مستقیم نیز شناخته می شوند، نوع خاصی از شیرهای تخلیه هستند که به طور ویژه برای محافظت از مخازن ذخیره سازی بزرگ با سرپوش ثابت یا متغیر طراحی و استفاده می شوند.

در واقع هدف اصلی از استفاده از شیر تنفسی محافظت از مخزن در مقابل انفجار و یا چالگی مخزن است. یک مخزن بدون امکان باز شدن کنترل شده، در صورت افزایش فشار ناشی از پمپاژ مایع به درون مخزن با فشار بخار ناشی از تغییرات دمایی می تواند منفجر شود. به طور خلاصه مخزن باید برای جلوگیری از انفجار توانایی تنفس داشته باشد. به همین دلیل این شیر را شیر تنفسی می نامند.

درباره شیر تنفسی بیشتر بخوانید.

شیرهای انسداد و تخلیه

شیرهای انسداد و تخلیه یا بلاک اند بلید ولو Block And Bleed Valve می توانند وظایف مربوط به سه شیر (دو شیر مسدود کننده و یک شیر تخلیه) را انجام دهند که این امر علاوه بر کاهش وزن سیستم لوله کشی سبب صرفه جویی در هزینه و زمان نیز خواهد شد. در این شیرها یک شیر تخلیه که معمولاً از نوع شیرهای سوزنی و توپی است، در بین دو شیر مسدود کننده که عموماً شیرهای توپی هستند، قرار گرفته است.

درباره بلاک ولو بیشتر بخوانید.

شما میتوانید جهت دریافت مشاوره فنی از طریق شماره تلفن 1462 با مهندسان صنعت فولاد تبار تماس بگیرید.