شیر یکطرفه
محصولات ما شامل سوپاپ های تاب، پیستون، توپی، صفحه دوتایی و نازل است. انواع مختلف سوپاپ یکطرفه را می توان برای همه مصارف مختلف شما تأمین کرد.
ایجاد درخواستشیر یک طرفه یکی از قطعات حیاتی در لوله کشی به شمار می رود. شیرهای یک طرفه در تماس با مایعات و گازها قرار دارند.
شیر یک طرفه کابردهای فراوانی در صنعت های مختلف دارد. از شیر یک طرفه در سیستم هایی که می خواهیم مانع از برگشت جریان شویم استفاده می کنیم. همین طور از این قطعه در تکنولوژی هیدرولیک نیز استفاده می شود. انواع متفاوتی از شیرهای یک طرفه وجود دارد که بنابر نوع نیاز در صنایع مختلف استفاده می شوند.
- دو فلزی ،فوق ضخیم
- فولاد ضد زنگ 304L,310S, 316L
- فولاد کربندار، فولاد کربنی مقاوم در دمای کم
- آلیاژهای 600, 625, C276, 800, 825
- نیکل 200، نیکل 201، مونلR 400، مونلR k500
- تیتانیوم، زیرکنیوم، کارپنتر۲۰
شیر یکطرفه چیست؟
شیرهای یکطرفه عموماً بر روی خطوط لوله، برای جلوگیری از برگشت جریان نصب میشوند. یک شیر یکطرفه درواقع نوعی شیر است که در آن فقط حرکت آزادانه به یک سمت ممکن است، اما اگر جریان معکوس شود، شیر یکطرفه برای حفاظت از لولهها، شیرهای دیگر، پمپها و تجهیزات دیگر، از برگشت جریان بسته میشود. در صورتی که جریان معکوس شود و شیر یکطرفهای در آن نصب نشده باشد احتمال بروز پدیدۀ ضربه قوچ وجود دارد. ضربۀ قوچ اغلب با فشار بسیار قوی بروز میکند و به لولهها و اجزای آنها آسیب میرساند.
کاربرد شیرهای یکطرفه
شیرهای یکطرفه کاربردهای بسیار متفاوتی دارند. به عنوان مثال، عموماً در سمت خروجی یک پمپ، جهت حفاظت از آن در برابر جریان معکوس نصب میشود. پمپهای سانتریفیوژ از جمله رایجترین نوع پمپهای آب هستند که خودکار نیستند، بنابراین وجود یک شیر یکطرفه برای حفظ آب در داخل لولهها، ضروری است. شیرهای یکطرفه همچنین در سیستمهای تهویه اچ واک (سیستمهای گرمایشی، تهویه، تهویۀ مطبوع) مورد استفاده قرار میگیرند. سیستمهای تهویه اچ واک به عنوان مثال در ساختمانهای بزرگی به کار میرود که خنککنندهها به طبقات زیادی پمپ میشوند.
عملاً هر نوع برنامه لولهکشی یا انتقال مایعات قابل اجرا، چه صنعتی باشد، چه تجاری و چه خانگی، نیاز به شیر یکطرفه دارند. شیرهای یکطرفه، هرچند نامحسوس، ولی درواقع بخش مهمی از زندگی روزمرۀ ما را تشکیل میدهند. صنایع فاضلاب شهری، تصفیۀ آب، پزشکی، فرآوری شیمیایی، تولید برق، صنعت دارویی، صنعت کروماتوگرافی، کشاورزی، نیروگاه آبی، پتروشیمی، فرآوری مواد غذایی و نوشیدنی، همگی از شیر یکطرفه در عملیات روزمرۀ تجهیزاتشان جهت انسداد جریان معکوس، استفاده میکنند. زیرا مانع از نقص در عملکرد محصول میشود و در حین کار، نیازی به نظارت بر آن نیست. وجود شیرهای کنترل نه تنها مطلوب است بلکه طبق قانون، صنایع اغلب برای اطمینان از ایمنی فشارگاز و فشار آب، ملزم به نصب شیرهای یکطرفه هستند.
کاربرد شیر یکطرفه به صورت خانگی به این صورت است که برای باز و بسته کردن جریان آب کمک میکنند. آنها در آبگرمکنها، لولهکشی داخلی، شیر آب و ماشین ظرفشویی و همچنین تجهیزات پیشرفتهای چون پمپهای اندازهگیری، مخلوطکنها، میکسرها و جریانسنجها مورد استفاده قرار میگیرند. شیرهای یکطرفۀ صنعتی بر سیستمهای داخل نیروگاههای هستهای، کارخانههای شیمیایی، سیستمهای هیدرولیک هواپیما (دمای ارتعاشی و مواد خورنده) فضاپیماها و سیستمهای پرتاب (کنترل واکنش، کنترل عامل نیروی محرکه، کنترل ارتفاع) و سیستمهای کنترل جریان گاز (جلوگیری از ترکیب گاز) نظارت میکنند.
تاریخچۀ شیر یکطرفه
فرانک پی.کاتر اولین شیر یکطرفه را در سال 1907 اختراع کرد. نصب و تست و تعمیر شیر او بسیار آسان بود. در سال 1916 نیکولا تسلا، شیر یکطرفۀ دیگری اختراع کرد که به شیر تسلا معروف شد. او این اختراعش را که یک شیر سادۀ سیّال یکطرفه بود، در سال 1920 انحصاراً به نام خود ثبت کرد.
زمانی که فنآوری پلاستیک و تولید، به اندازۀ کافی پیشرفت کردند، تولیدکنندگان شروع به ساخت شیرهای یکطرفۀ پلاستیکی دیافراگمی کردند که کاربردشان در صنعت پزشکی بسیار رایج است.
در طول سالها، تولیدکنندگان ملزم به رعایت مقررات مختلفی بودند. برای مثال کنگره در ژانویه 2014 آییننامۀ آب آشامیدنی را تصویب کرد که طبق آن، هر قطعۀ مرتبط با آب آشامیدنی حداکثر میتواند % 25/0 محتوی سرب داشته باشد. این امر باعث شد تولیدکنندگان زمان زیادی را صرف کنند تا سیستمهای دارای اجزای برجستهای چون شیرهای یکطرفۀ ساختهشده از پلاستیک یا فولاد ضد زنگ را جایگزین تجهیزات لولهکشی قدیمی و مبتنی با سرب ذخیره آب کنند.
طرح کلی
با اینکه طرح کلی و عملکرد شیر یکطرفه تقریباً ساده است، ولی تولیدکنندگان بسیاری از موارد مهم را هنگام طراحی نمودار محصول خود، مد نظر قرار میدهند تا مطمئن شوند که مواد از شیر عبور میکنند و از برگشت جریان به میزان کافی جلوگیری میشود.
ابتدا آنها متریالی را برای ساخت شیر یکطرفه انتخاب میکنند که بر کارکرد صحیح قطعه تأثیر میگذارد. اگر تولیدکنندگان از مواد نامناسبی استفاده کنند، شیر باعث ساییدگی یا فرسایش یا آلودگی جریان فرایند خواهد شد. تولیدکنندگان، متریال مورد استفاده برای ساخت شیر یکطرفه را از بین انبوهی از مواد پلاستیکی، فلزی و مصنوعی انتخاب میکنند. این متریال شامل مواد پیویسی، برنجی، چدن داکتیل (برای بدنههای آهنی)، مسی، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، آلومینیوم، فولاد کربن، استنلس استیل (برای بدنه و فنر فولاد ضد زنگ) و لاستیک هستند. انتخاب مواد کار بسیار مهمی است و برخی مواقع شیر از روی مواد سازندهاش نامگذاری میشود. (مثلاً شیر یکطرفۀ بدنه چدنی)
سپس تولیدکنندگان اندازۀ شیر یکطرفه را تعیین میکنند. سایز شیرهای یکطرفه بسیار متفاوت هستند. مهمترین نکته در مورد سایز، قطر نشیمنگاه و مجرابند قطعه است که معمولاً باید کمتر از یک اینچ یا چند فوت باشد. شیر یکطرفههایی که اندازهشان بهطور دقیق با استفاده از ابعاد لوله یا تیوب، به درستی تعیین شده باشند به راحتی روی خطوط جریان موجود، نصب میشوند.
اندازۀ شیر همچنین بر میزان فشار شیر یا فشار شکست آن، تأثیر میگذارد. این میزان، حداقل فشاری است که شیر کار میکند یا باز میشود. اگر شیر خیلی بزرگ و حجیم باشد فشاری که در جریان مداوم ایجاد میشود، حتی زمانی که فشار مخالف بیشتر میشود، قادر به باز کردن آن نخواهد بود. دستگاه کوچک، یک جریان مداوم را به حرکت درمیآورد و هرگز بسته نمیشود. چنین نقصهایی در عملکرد محصول، نتیجۀ تجهیزات معیوب، متریال نامرغوب و آلودگی متقاطعی است که بهطور بالقوه خطرناک هستند.
عوامل دیگری چون دمای مواد در جریان، فشار دیفرانسیل و ضریب جریان شیر را نیز باید در نظر گرفت. تمامی عوامل و حتی نوع شیر یکطرفه، به کاربرد شیر بستگی دارند. جهت تولید شیرها برای کاربردهای مخصوص، تولیدکنندگان غالباً شیر یکطرفههای سفارشی میسازند.
مشخصات شیرهای یکطرفه
شیرهای یکطرفه به دلیل طرح ساده و کاربرد آسانشان از محبوبیت زیادی برخوردار هستند. مکانیسم نسبتاً سادهای دارند. همانطوری که قبلاً اشاره شد عملیات شیر یکطرفه کاملاً توسط نمودار فرآیند تعیین میشود، یعنی نیازی به مکانیسمهای محرک اضافی وجود ندارد. بهطورکلی شیر به عنوان یک قطعۀ استوانهای شکل به سر پمپ واقع در خروجی و ورودی لولهها نصب میشود. در حالی که دو طرف شیر باز است، قطعه در حال کار، محفظه را از وسط برش میدهد و به دو قسمت جریان بالا دست و پایین دست تقسیم میکند. نشیمنگاه از دیوارهای سیلندر امتداد مییابد و یک دریچۀ مناسب عبور جریان فرایند، در آنجا وجود دارد.
توپ، استوانۀ مخروطی، دیسک و دیگر قطعات بزرگ، در مقابل نشیمنگاه و روی قسمت پاییندست شیر یکطرفه قرار دارند. یک تحریک جزئی باعث میشود قطعه متصل، به پاییندست نریزد. با حرکت جریان در مسیر تعیینشده با فشار لازم، اتصال از نشیمنگاه جدا میشود و از طریق فاصلۀ ایجاد شده به سیّال یا گاز اجازه ورود میدهد. با افزایش فشار، درپوش به نشیمنگاه برمیگردد و از برگشت جریان جلوگیری میکند.
جاذبه یا مکانیسم فشردۀ فنر استینلس استیل (فولاد ضد زنگ)، معمولاً مسئولیت حرکت برگشتی را بر عهده دارد، گرچه در برخی موارد فشار فزاینده روی قسمت پاییندست شیر برای حرکت قطعه به عقب کافی است. بسته شدن شیر، حتی در فشار بالا از ترکیب شدن مواد پاییندست با مواد بالادست جلوگیری میکند. درپوش مورد استفاده برای شیر، بسته به نوع شیر یکطرفۀ نصب شده، متفاوت است.
همانطوری که از اسم آن پیداست، شیرهای یکطرفۀ توپی (کرهای) از توپ استفاده میکنند. شیرهای یکطرفۀ فشاری از یک دیسک یا یک استوانۀ مخروطی استفاده میکنند که متصل به یک میله، مانند راهنما، بازگشت قطعه به جای مشخص خود روی نشیمنگاه را تضمین میکند. شیرهای یکطرفۀ لولایی از یک یا چند دیسک برای انسداد فاصله در نشیمنگاه شیر استفاده میکنند.
انواع شیر یکطرفه
شیر یکطرفۀ بزرگ
این نوع شیرها بدون مسیر بازگشت هستند و در مصارف خانگی، تجاری، صنعتی به کار گرفته میشوند و مسئول عبور مطمئن و مداوم جریان پاییندستِ مواد متعددی چون آب، اکسیژن، سوخت، اسیدها، مواد اولیه، لجنها، دوغاب و حتی زبالههای خطرناک هستند.
شیر یکطرفۀ کوچک
شیر یکطرفۀ کوچک یا شیر یکطرفۀ میکرو، مکانیسمی مشابه شیر یکطرفۀ بزرگ دارد فقط از نظر سایز، بسیار کوچک هستند. این شیرها دقیقاً جهت تنظیم جریان گاز یا سیّال یکطرفه در فضاهای کوچک کاربرد دارند.
شیر اطمینان
شیر اطمینان که با نام شیرهای اطمینان ایمنی شناخته میشوند، سیستمهای بادوامی هستند که در مقابل خورندگی شیمیایی و سایش مداوم مقاومت میکند. عموماً از پیویسی، استینلس استیل، برنج یا از آلومینیوم ساخته میشوند. هدف این شیرها جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد فشار خطرناک از مجراهای باز-بسته و سیستمهای لولهکشی است. این شیرها معمولاً قبل از رسیدن به فشار تعیین شده، بسته میشوند.
شیر یکطرفۀ توپی (کرهای)
شیر یکطرفۀ توپی از یک توپ معلّق به عنوان درپوش استفاده میکند. جنس آن ممکن است چدن، پلاستیکی یا استینلس استیل باشد. انواع مختلفی از شیرهای یکطرفۀ توپی مانند شیرهای یکطرفۀ توپی فنردار، شیرهای یکطرفۀ توپیِ جریان معکوس و شیرهای یکطرفۀ توپی سهراه، برای استفاده در تنظیم سیّالها وجود دارند. درپوش توپیِ شیر یکطرفۀ توپی فنردار، از یک فنر با جنس استینلس استیل کمک میگیرد تا مجرا را بسته نگه دارد. شیرهای یکطرفۀ توپی جریان معکوس، بدون فنر کار میکنند. شیر، برای بازگشت توپ به نشیمنگاه خود، که به عنوان یک مکانیسم آببندی عمل میکند، از جریان معکوس استفاده میکند. شیرهای یکطرفۀ توپی سهراه از درپوش توپی یا درپوش شیر دروازهای، یا درپوش شیر کرهای در مرکز شیر یکطرفه استفاده میکنند.
شیر یکطرفۀ دیسکی
شیری است که از یک قطعه شبیه دیسک به عنوان درپوش استفاده میکند. انواع شیر یکطرفۀ دیسکی، شیر یکطرفۀ فشاری، شیر یکطرفۀ لولایی (نوسانی، دریچه ای)، شیرهای پروانهای و شیرهای ویفری هستند. از آنجایی که انواع شیرهای یکطرفۀ دیسکی کاملاً با یکدیگر فرق دارند، در زیر به تعاریف مستقلی از هر نوع شیر خواهیم پرداخت.
شیر یکطرفۀ فشاری (بالا رفتنی)
نوعی از شیر یکطرفۀ دیسکی، که دارای دیسکی است که به “بالابر” مشهور است و میتواند از نشیمنگاه خود به سمت بالا حرکت کند. قطعۀ بالابر زمانی عمل میکند که فشار (PSI) سیّال ورودی یا سیّال بالادست افزایش مییابد و باعث میشود سیّال به قسمت پاییندست حرکت کند. زمانی که فشار پایین میآید فشار بالا از پاییندست و یا جاذبه، باعث بازگشت دیسک به جایگاه اولیۀ خود میشود. شیر یکطرفۀ فشاری که به عنوان شیرهای یکطرفۀ پیستونی نیز شناخته میشوند، معمولاً به عنوان شیرهای اطمینان ایمنی و یا شیرهای کنترل مورد استفاده قرار میگیرند.
شیر یکطرفۀ لولایی (دریچهای، نوسانی)
شیرهای یکطرفۀ لولایی دارای یک دیسک مسطح است که روی یک پین لولا، تاب میخورد و یا میچرخد. این نوع شیرها برای کار کردن نیازی به فنر استنلس استیل ندارند. وقتی روی نشیمنگاه تاب میخورند از جریان معکوس جلوگیری میکنند و زمانی که دور از نشیمنگاه میچرخند، باعث میشوند جریان به جلو حرکت کند. همچنین به عنوان شیرهای برگشتی طبقهبندی میشوند.
شیر یکطرفۀ پروانهای
شیرهای یکطرفۀ پروانهای برای تنظیم فشار جریان در لولههای بزرگ طراحی شدهاند. آنها دارای دیسکی هستند که به شکل لوله است و همیشه در مسیر باقی میماند. دیسک جریان را در حین چرخش تنظیم میکند. جنس این شیرها از چدن یا استنلس استیل است. شیر یکطرفۀ پروانهای در انواع وسیعی از صنایع مانند صنایع غذا و نوشیدنی، شیمیایی و دارویی مورد استفاده قرار میگیرد.
شیر یکطرفۀ ویفری
شیرهای یکطرفۀ ویفری شیرهای یکطرفهای هستند که با اجازه دادن به عبور سیّال فقط در یک مسیر، از جریان معکوس جلوگیری میکنند. فشار جریان رو به جلوی سیّال، شیر یکطرفه دیسکی را باز میکند و فشار ایجادشده از برگشت جریان، آن را میبندد. این شیر یکطرفۀ لولایی از جنس استنلس استیل یا چدن است.
شیر یکطرفۀ فنری (سوپاپی)
شیرهای یکطرفۀ فنری از یک فنر استنلس استیل برای افزایش فشار لازم برای باز کردن شیر و برای کمک به حفظ قطع جریان استفاده میکنند. زمانی که فشار دیفرانسیل عبوری از شیر، بالا باشد، از شیر یکطرفۀ فنری به دلیل افزایش جریان در پاییندست، برای ممانعت از ایجاد صدا و سرریزشدن شیر استفاده میشود. همچنین برای محافظت در برابر ضربۀ قوچی به کار میرود که از جریان قوی و مخالف بالادست ناشی میشود.
شیر یکطرفۀ دوتایی
این شیرها از چندین شیر بههم پیوسته استفاده میکنند. معمولاً بدنۀ چدنی، استنلس استیل یا پلاستیکی دارند. برای کاهش سایش و حفاظت در برابر جریان معکوسی به کار گرفته میشوند که از فشار جریان مخالف، آلودگی متقاطع و طغیان ناشی میشود.
شیر یکطرفۀ پیلوتدار
یک شیر کوچک اما غیر مدولار (اندازه یا مقیاس) است که با جریان فشار بالا کار میکند. با طراحی سبک فلنجدار، یا اتصال از طریق لوله متالیک، در حین عبور آزادانه جریان از شیر یکطرفه به داخل محرک، از جریان معکوس جلوگیری میکند. شیر یکطرفۀ پیلوتدار با قابلیت بالای آببندی منحصر به فردش شناخته میشود. بهترین کاربرد آن بستن و نگه داشتن جریان است. با این وجود، برای کنترل جریان بیش از حد و یا برای سیلندرها، نمیتوان از آن استفاده کرد.
شیر برقی (سلنوئید)
شیرهایی متراکم و کم مصرف هستند که توسط جریان الکتریسیتهای کنترل میشوند که از سلنوئید عبور میکند. آنها از پورتها و مسیرهای سیّال استفاده میکنند. در عین تنوع طرح، اکثر شیرهای برقی، دوپورت (دو طرف) دارند. وقتی شیر باز است، هر دو پورت متصل هستند و سیّال آزادانه عبور میکند. زمانی که شیر بسته است، جریان سیّال نمیتواند از پورتی به پورت دیگر عبور کند. در شیرهای سهطرفه، جریان بین پورت ورودی و دوپورت دیگر در حال حرکت است. این دوپورت دیگر، معمولاً یک پورت اگزوز و یک پورت تأمین هستند. شیرهای سلنوئید معمولاً در سیّالات مورد استفاده قرار میگیرند، و بین دو پورت تعویض جریان را ایمن و مؤثر برقرار میکنند. کارهای معمول این شیرها شامل ترکیب، بستن، رها کردن، تأمین یا توزیع سیّالات است.
شیر یکطرفۀ ضد ضربۀ قوچی
همانطوری که از اسم شیر پیداست، یک شیر یکطرفۀ ضد ضربۀ قوچی برای عملیات ضد صدا طراحی شده است. در این راستا، به سرعت باز و بسته میشود و صدای ضربۀ قوچی را کاهش میدهد. برای جلوگیری از ضربه و افزایش روانکاری در فرایند سیستم، شیر قبل از بازگشت جریان سیّال بسته میشود.
مزایای شیر یکطرفه
شیرهای یکطرفه مزایای زیادی دارند. نخست اینکه آنها میتوانند میزان فشار جریان را در بخشهای مختلف صنعتی کنترل کنند. درواقع این شیرها میتوانند در فشار بسیار بالایی مورد استفاده قرار بگیرند که برای خاموش کردن آتش مورد نیاز است و همچنین میتوانند در فشار کنترلشدهای به کار گرفته شوند که برای کارکردن در مخازن غواصی لازم است. مزیت دیگر شیرهای یکطرفه این است که میتوانند از آلودگی متقاطع سیّالها و آب شیرین جلوگیری کنند.
تجهیزات جانبی
شیرهای یکطرفه بسته به نوع کاربردشان، دارای انواع مختلف تجهیزات جانبی هستند. از جملۀ آنها کنترلها، پیچ و مهرههای استنلس استیل محفظه، اپراتورهای چرخدنده، فنرهای استنلس استیل، نمایشگرهای وضوح بالا و مانیتورهای بررسی وضعیت شیر هستند.
استانداردهای مربوط به شیر یکطرفه
استانداردهایی که یک شیر یکطرفه باید داشته باشد نسبت به کاربردشان در صنعت و منطقه، متفاوت است. برای مثال اگر شما در ایالات متحده آمریکا زندگی میکنید و با نفت سروکار دارید باید از استانداردهای API(سازمان نفت آمریکا) پیروی کنید. API انواع مختلف استانداردها را بسته به کاربردشان (شیرهای خط لوله، شیرهای اطمینان فشار فولادی فلنجی، محدودۀ نشیمنگاه شیرهای اطمینان فشار و غیره) تعیین میکند. یکی دیگر از سازمانهای توسعۀ استانداردهای مهم امریکا ASME (انجمن امریکایی مهندسان مکانیک) و ASTM بینالملل (انجمن امریکایی آزمون و مواد) هستند. همچنین استانداردهای بینالمللی بیشمار، مخصوص هر کشور مانند ISO ایزو، BSI (استانداردهای بریتانیا)، DIN (استانداردهای آلمان) و JIS (استانداردهای ژاپن) هستند.
پرسش های متداول شیر یکطرفه
شیرهای یکطرفه چگونه کار می کنند؟
شیر یکطرفه برای کار به دیفرانسیل فشار متکی است. برای باز شدن شیر به فشار بیشتری در سمت ورودی شیر نسبت به سمت خروجی نیاز دارند. وقتی فشار در سمت خروجی بیشتر باشد (یا فشار سمت ورودی به اندازه کافی زیاد نباشد)، شیر بسته می شود.
شیرهای یکطرفه به چه دلیل استفاده می شوند؟
شیرهای یکطرفه به طور کلی برای جلوگیری از برگشت جریان هوا در خطوط لوله نصب می شوند. سوپاپ چک در واقع یک شیر یک طرفه است که در آن جریان می تواند آزادانه از یک طرف کار کند، اما اگر جریان چرخش پیدا کند شیر برای محافظت از لوله کشی، شیرآلات دیگر، پمپ ها و غیره بسته می شود.
شیر یکطرفه به چه دلیلی خراب می شود؟
معمولاً در صورت خرابی سوپاپ چک، آب پس از خاموش شدن پمپ به عقب کار می کند و پمپ حتی در زمانی که هیچ کس از آب استفاده نمی کند دوباره شروع به کار می کند. اما اگر دو یا چند سوپاپ چک دارید، پایین می تواند مشکل چک بالایی نامناسب را پنهان کند.