شیر یکطرفه چیست؟

شیرهای یکطرفه عموما بر روی خطوط لوله، جهت جلوگیری از برگشت جریان نصب می شوند. یک شیر یکطرفه در واقع نوعی شیر است که در آن فقط حرکت آزادانه به یک سمت ممکن می باشد، اما اگر جریان معکوس شود شیر یکطرفه از برگشت جریان جهت حفاظت از لوله ها، شیرهای دیگر، پمپ ها و تجهیزات دیگر بسته می شود. در صورتی که جریان معکوس شود و شیر یکطرفه ای در آن نصب نشده باشد احتمال بروز پدیده ضربه قوچ وجود دارد. ضربه قوچ اغلب با فشار بسیار قوی بروز می دهد و به لوله ها و اجزای آن ها آسیب می رساند.

 جهت خرید بلبرینگ از بیرینگ مارت و کسب اطلاعات بیشتر وارد شوید

کاربرد شیرهای یکطرفه

شیرهای یکطرفه کاربردهای بسیار متفاوتی دارند. به عنوان مثال، عموما در سمت خروجی یک پمپ، جهت حفاظت از آن در برابر جریان معکوس نصب می شود. پمپ های سانتریفیوژ از جمله رایج ترین نوع پمپ های آب هستند که خودکار نمی باشند، بنابراین وجود یک شیر یکطرفه برای حفظ آب در داخل لوله ها، ضروری می باشد. شیر های یکطرفه همچنین در سیستم های تهویه اچ واک (سیستم های گرمایشی، تهویه، تهویه مطبوع) مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم های تهویه اچ واک به عنوان مثال در ساختمان های بزرگی که خنک کننده ها به طبقات زیادی پمپ می شوند، مورد استفاده قرار می گیرند.
عملا هر نوع برنامه لوله کشی یا انتقال مایعات قابل اجرا، چه صنعتی باشد ، چه تجاری و چه خانگی، نیاز به شیر یکطرفه دارند. شیرهای یکطرفه، هرچند نامحسوس ولی در واقع بخش مهمی از زندگی روزمره ما را تشکیل می دهند. صنایع فاضلاب شهری، تصفیه 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 روزمره تجهیزاتشان جهت انسداد جریان معکوس، استفاده می کنند. زیرا مانع از نقص در عملکرد محصول می شوند و در حین کار، نیازی به نظارت بر آنها نیست، وجود شیرهای کنترل نه تنها مطلوب است بلکه اغلب طبق قانون، برای اطمینان از ایمنی فشارگاز و فشار آب، صنایع ملزم به نصب شیرهای یکطرفه می باشند.
برای توضیح کاربرد شیر یکطرفه به صورت خانگی، شیرهای یکطرفه، برای باز و بسته کردن جریان آب کمک می کنند. آن ها در آبگرمکن ها، لوله کشی داخلی، شیر آب و ماشین ظرفشویی و همچنین تجهیزات پیشرفته ای چون پمپ های اندازه گیری، مخلوط کن ها، میکسرها و جریان سنج ها مورد استفاده قرار می گیرند. شیرهای یکطرفه صنعتی سیستم های داخل نیروگاه های هسته ای، کارخانجات شیمیایی، سیستم های هیدرولیک هواپیما ( دمای ارتعاشی و مواد خورنده) فضا پیماها و سیستم های پرتاب (کنترل واکنش، کنترل عامل نیروی محرکه ، کنترل ارتفاع) و سیستم های کنترل جریان گاز (جلوگیری از ترکیب گاز) را تحت نظارت قرار می دهند.

تاریخچه 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 یکطرفه دیگری اختراع کرد که به شیر تسلا معروف شد. او این اختراعش را که یک شیر ساده سیال یکطرفه بود، در سال 1920 انحصارا به نام خود ثبت کرد.
زمانیکه فن آوری پلاستیک و تولید، به اندازه کافی پیشرفت کردند، تولید کنندگان شروع به ساخت شیرهای یکطرفه پلاستیکی دیافراگمی کردند که کاربردشان در صنعت پزشکی بسیار رایج است.
در طول سال ها، تولیدکنندگان ملزم به رعایت مقررات مختلفی بودند. برای مثال، در ژانویه 2014، کنگره، آئین نامه آب آشامیدنی را تصویب کرد که طبق آن، هر قطعه ی مرتبط با آب آشامیدنی، حداکثر می تواند % 25/0 محتوی سرب داشته باشد. این امر باعث شد تولیدکنندگان زمان زیادی را صرف جایگزینی تجهیزات لوله کشی قدیمی و مبتنی با سرب ذخیره آب، با سیستم های دارای اجزای برجسته ای چون شیر های یکطرفه ی ساخته شده از پلاستیک یا فولاد ضد زنگ، نمایند.

طرح کلی

با اینکه طرح کلی و عملکرد شیر یکطرفه تقریبا ساده است، ولی تولیدکنندگان، موقع طراحی نمودار محصول خود، موارد مهم بسیاری را مد نظر قرار می دهند. برای اینکه مطمئن شوند که مواد از شیر عبور می کنند و از برگشت جریان به میزان کافی جلوگیری می شود.
ابتدا آن ها متریال مورد استفاده برای ساخت شیر یکطرفه را که بر کارکرد صحیح قطعه تاثیر می گذارد، انتخاب می کنند. اگر تولید کنندگان از مواد نامناسبی استفاده کنند، شیر باعث ساییدگی یا فرسایش یا آلودگی جریان فرایند خواهد شد. تولید کنندگان، متریال مورد استفاده برای ساخت شیر یکطرفه را از بین انبوهی از مواد پلاستیکی، فلزی و مصنوعی انتخاب می کنند. این متریال شامل مواد پی وی سی، برنجی، چدن داکتیل (برای بدنه های آهنی)، مسی، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، آلومینیوم، فولاد کربن، استنلس استیل ( برای بدنه و فنر فولاد ضد زنگ ) و لاستیک می باشند. انتخاب مواد کار بسیار مهمی است و برخی مواقع شیر از روی مواد سازنده اش نام گذاری می شود. ( مثال شیر یکطرفه بدنه چدنی)
سپس، تولید کنندگان اندازه شیر یکطرفه را تعیین می کنند. سایز شیرهای یکطرفه بسیار متفاوت هستند. مهمترین نکته در مورد سایز، قطر نشیمنگاه و مجرابند قطعه می باشد که معمولا بایستسی کمتر از یک اینچ یا چند فوت باشند. شیر یکطرفه هایی که اندازه شان به طور دقیق با استفاده از ابعاد لوله یا تیوب ، بدرستی تعیین شده باشند به راحتی روی خطوط جریان موجود، نصب می شوند.
اندازه شیرهمچنین بر میزان فشار شیر یا فشار شکست آن، تاثیر می گذارد . این میزان حداقل فشاری است که شیر کار می کند یا باز می شود. اگر شیر خیلی بزرگ و حجیم باشد فشاری که در جریان مداوم ایجاد می شود، حتی زمانیکه فشار مخالف بیشتر می شود، قادر به باز کردن آن نخواهد بود. دستگاه کوچک، یک جریان مداوم را به حرکت درمیآورد و هرگز بسته نمی شود. چنین نقص هایی در عملکرد محصول، نتیجه ی تجهیزات معیوب، متریال نامرغوب و آلودگی متقاطع که به طور بالقوه خطرناک هستند، می باشد.
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 شیر ها برای کاربردهای مخصوص، تولیدکنندگان غالبا شیر یکطرفه های سفارشی می سازند.

مشخصات شیرهای یکطرفه

شیرهای یکطرفه بدلیل طرح ساده و کاربرد آسانشان از محبوبیت زیادی برخوردارند. مکانیسم نسبتا ساده ای دارند. همانطوری که قبلا اشاره شد عملیات شیر یکطرفه کاملا توسط نمودار فرآیند تعیین می شود یعنی نیازی به مکانیسم های محرک اضافی، وجود ندارد. به طورکلی، شیر به عنوان یک قطعه ی استوانه ای شکل به سر پمپ واقع در خروجی و ورودی لوله ها نصب می شود. در حالی که دو طرف شیر باز است، قطعه در حال کار، محفظه را از وسط برش می دهد و به دو قسمت جریان بالا دست و پایین دست تقسیم می کند. نشیمنگاه از دیوارهای سیلندر امتداد می یابد و یک دریچه مناسب عبور جریان فرایند در آنجا وجود دارد.
توپ، استوانه مخروطی، دیسک و دیگر قطعات بزرگ، در مقابل نشیمنگاه روی قسمت پایین دست شیر یکطرفه قرار دارند. یک تحریک جزئی باعث می شود قطعه متصل، به پایین دست نریزد. با حرکت جریان در مسیر تعیین شده با فشار لازم، اتصال از نشیمنگاه جدا می شود و به سیال یا گاز، از طریق فاصله ایجاد شده، اجازه ورود می دهد. با افزایش فشار، درپوش به نشیمنگاه برمی گردد و از برگشت جریان جلوگیری می کند.
جاذبه یا مکانیسم فشرده فنر استینلس استیل (فولاد ضد زنگ) معمولا مسئولیت حرکت برگشتی را بر عهده دارد، اگرچه در برخی موارد فشار فزاینده روی قسمت پایین دست شیر برای حرکت قطعه به عقب کافی می باشد. بسته شدن شیر، حتی در فشار بالا از ترکیب شدن مواد پایین دست با مواد بالادست جلوگیری می کند. درپوش مورد استفاده برای شیر، وابسته به نوع شیر یکطرفه ی نصب شده، متفاوت می باشد.
همانطوری که از اسم آن پیداست، شیرهای یکطرفه توپی (کره ای) از توپ استفاده می کنند. شیرهای یکطرفه فشاری از یک دیسک یا یک استوانه مخروطی استفاده می کنند که متصل به یک میله مانند راهنما، بازگشت قطعه به جای مشخص خود روی نشیمنگاه را تضمین می کند. شیرهای یکطرفه لولایی از یک یا چند دیسک برای انسداد فاصله در نشیمنگاه شیر، استفاده می کنند.

انواع شیر یکطرفه

شیر یکطرفه بزرگ

این نوع شیرها بدون مسیر بازگشت هستند و در مصارف خانگی، تجاری، صنعتی بکارگرفته می شوند و مسئول عبور مطمئن و مداوم جریان پایین دست مواد متعددی چون آب، اکسیژن، سوخت، اسیدها، مواد اولیه، لجن ها، دوغاب و حتی زباله های خطرناک هستند.

شیر یکطرفه کوچک

شیر یکطرفه کوچک یا شیر یکطرفه میکرو، مکانیسمی مشابه شیر یکطرفه بزرگ دارد فقط از نظر سایز، بسیار کوچک می باشند. این شیر ها دقیقا جهت تنظیم جریان گاز یا سیال یک طرفه در فضاهای کوچک کاربرد دارند.

شیر اطمینان

شیر اطمینان که با نام شیر های اطمینان ایمنی شناخته می شوند، سیستم های بادوامی هستند که در مقابل خوردگی شیمیایی و سایش مداوم مقاومت می کند. عموما از پی وی سی، استینلس استیل، برنج یا از آلومینیوم ساخته می شوند. هدف این شیرها جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد فشار خطرناک از مجراهای بالا-بسته و سیستم های لوله کشی می باشد. این شیرها معمولا قبل از رسیدن به فشار تعیین شده، بسته می شوند.

شیر یکطرفه توپی (کره ای)

شیر یکطرفه توپی از یک توپ معلق به عنوان درپوش استفاده می کند. جنس آن ممکن است چدن، پلاستیکی یا استینلس استیل باشد. برای استفاده در تنظیم سیال ها، انواع مختلفی از شیرهای یکطرفه توپی مانند شیرهای یکطرفه توپی فنر دار، شیر های یکطرفه توپی جریان معکوس و شیر های یکطرفه توپی سه راه، وجود دارند. درپوش توپی شیر یکطرفه توپی فنردار از یک فنر با جنس استینلس استیل کمک می گیرد تا مجرا را بسته نگه دارد. شیر های یکطرفه توپی جریان معکوس بدون فنر کار می کند. شیر، برای بازگشت توپ به نشیمنگاه خود، که به عنوان یک مکانیسم آب بندی عمل می کند، از جریان معکوس استفاده می کند. شیر های یکطرفه توپی سه راه از درپوش توپی یا درپوش شیر دروازه ای، یا درپوش شیر کره ای در مرکز شیر یکطرفه استفاده می کند.

شیر یکطرفه دیسکی

شیری است که از یک قطعه شبیه دیسک به عنوان درپوش استفاده می کند. انواع شیر یکطرفه دیسکی: شیر یکطرفه فشاری، شیر یکطرفه لولایی (نوسانی، دریچه ای)، شیرهای پروانه ای و شیرهای ویفری می باشند. از آنجائیکه انواع شیرهای یکطرفه دیسکی کاملا با یکدیگر فرق دارند، در زیر به تعاریف مستقلی از هر نوع شیر خواهیم پرداخت.

شیر یکطرفه فشاری (بالا رفتنی)

نوعی شیر یکطرفه دیسکی است که دارای دیسکی می باشد که به “بالا بر” مشهور است و می تواند از نشیمنگاه خود به سمت بالا حرکت کند. قطعه بالابر زمانی عمل می کند که فشار (PSI) سیال ورودی یا سیال بالادست افزایش می یابد و باعث می شود سیال به قسمت پایین دست حرکت کند. زمانیکه فشار پایین می آید فشار بالا از پایین دست و یا جاذبه باعث بازگشت دیسک به جایگاه اولیه خود می شود. شیر یکطرفه فشاری که به عنوان شیرهای یکطرفه پیستونی نیز شناخته می شوند، معمولا به عنوان شیرهای اطمینان ایمنی و یا شیرهای کنترل مورد استفاده قرار می گیرند.

شیر یکطرفه لولایی (دریچه ای، نوسانی)

شیرهای یکطرفه لولایی دارای یک دیسک مسطح است که روی یک پین لولا، تاب می خورد یا می چرخد. این نوع شیرها برای کار کردن نیازی به فنر استنلس استیل ندارند. وقتی روی نشیمنگاه تاب می خورند از جریان معکوس جلوگیری کرده و زمانیکه دور از نشیمنگاه می چرخند باعث می شوند جریان به جلو حرکت کند. همچنین به عنوان شیرهای برگشتی طبقه بندی می شوند.

شیر یکطرفه پروانه ای

شیر های یکطرفه پروانه ای برای تنظیم فشار جریان در لوله های بزرگ، طراحی شده اند. آن ها دارای دیسکی هستند که به شکل لوله بوده و همیشه در مسیر باقی می ماند. دیسک جریان را در حین چرخش، تنظیم می کند. جنس این شیرها از چدن یا استنلس استیل است. شیر یکطرفه پروانه ای در انواع وسیعی از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله: صنایع غذا و نوشیدنی، شیمی دارویی.

شیر یکطرفه ویفری

شیرهای یکطرفه ویفری شیرهای یکطرفه ای هستند که با اجازه دادن به عبور سیال فقط در یک مسیر، از جریان معکوس جلوگیری می کنند. فشار جریان رو به جلو سیال، شیر یکطرفه دیسکی را باز می کند و فشار ایجادشده از برگشت جریان، آن را می بندد. این شیر یکطرفه لولایی از جنس استنلس استیل یا چدن می باشد.

شیر یکطرفه فنری (سوپاپی)

شیر های یکطرفه فنری از یک فنر استنلس استیل جهت افزایش فشار لازم برای باز کردن شیر و برای کمک به حفظ قطع جریان استفاده می کنند. زمانیکه فشار دیفرانسیل عبوری از شیر، بالا باشد، از شیر یکطرفه فنری بدلیل افزایش جریان در دست پایین، جهت ممانعت ازایجاد صدا و سرریز شدن شیر استفاده می شود. همچنین جهت محافظت در برابر ضربه قوچی ناشی از جریان مخالف قوی دست بالا، استفاده می شود.

شیر یکطرفه دوتایی

این شیرها از چندین شیر بهم پیوسته استفاده می کنند. معمولا بدنه چدنی، استنلس استیل یا پلاستیکی دارند. برای کاهش سایش و حفاظت دربرابر جریان معکوس ناشی از فشار جریان مخالف، آلودگی متقاطع و طغیان بکارگرفته می شوند.

شیر یکطرفه پیلوت دار

یک شیر کوچک اما غیر مدولار است که با جریان فشار بالا کار می کند. با طراحی سبک فلنج دار، یا اتصال از طریق لوله متالیک، در حین عبور آزادانه جریان از شیر یکطرفه به داخل محرک، از جریان معکوس جلوگیری می کند. شیر یکطرفه پیلوت دار با قابلیت بالای آب بندی منحصر به فردش شناخته می شود. برای بستن و نگه داشتن بهترین کاربرد را دارد. با این وجود، برای کنترل جریان بیش از حد و یا برای سیلندرها، نمی توان از آن استفاده کرد.

شیر برقی (سلنوئید)

شیرهایی متراکم و کم مصرف هستند که توسط جریان الکتریسیته ای که از سلنوئید عبور می کند کنترل می شوند. آنها از پورتها و مسیرهای سیال استفاده می کنند. در عین تنوع طرح، اکثر شیرهای برقی دو پورت (شیرهای 2 طرفه) دارند. وقتی شیر باز است، هر دو پورت متصل هستند و سیال آزادانه عبور می کند. زمانیکه شیر بسته است، جریان سیال نمی تواند از پورتی به پورت دیگر عبور کند. در شیرهای سه طرفه، جریان بین پورت ورودی و دو پورت دیگر در حال حرکت می باشد. این دو پورت دیگر، معمولا یک پورت اگزوز و یک پورت تامین هستند. شیرهای سلنوئید معمولا در سیالات مورد استفاده قرار می گیرند، و بین دو پورت تعویض جریان ایمن و موثر برقرار می کنند. کارهای معمول این شیرها شامل: ترکیب، بستن، رها کردن، تامین یا توضیع سیالات می باشد.

شیر یکطرفه ضد ضربه قوچی

همانطوری که از اسم شیر پیداست، یک شیر یکطرفه ضد ضربه قوچی برای عملیات ضد صدا طراحی شده است. در این راستا، به سرعت باز و بسته می شود و صدای ضربه قوچی را کاهش می دهد. برای جلوگیری از ضربه و افزایش روان کاری در فرایند سیستم، شیر قبل از بازگشت جریان سیال بسته می شود.

مزایای شیر یکطرفه

شیر های یکطرفه مزایای زیادی دارند. نخست، آن ها می توانند میزان فشار جریان را در بخش های مختلف صنعتی کنترل کنند. در واقع، این شیر ها می توانند در فشار بسیار بالای مورد نیاز برای خاموش کردن آتش و همچنین در فشار کنترل شده ی لازم برای کارکردن در مخازن غواصی، مورد استفاده قرار بگیرند. مزیت دیگر شیرهای یکطرفه این است که می توانند از آلودگی متقاطع سیال ها و آب شیرین جلوگیری کنند.

تجهیزات جانبی

شیرهای یکطرفه بسته به نوع کاربردشان، دارای انواع مختلف تجهیزات جانبی می باشند. از جمله: کنترل ها، پیچ و مهره های استنلس استیل محفظه، اپراتورهای چرخ دنده، فنرهای استنلس استیل، نمایشگرهای وضوح بالا و مانیتورهای بررسی وضعیت شیر.

استانداردها 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 می کنید 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، محدوده نشیمنگاه شیرهای اطمینان فشار و غیره) تعیین می کند. یکی دیگر از سازمان های توسعه استاندارد های مهم امریکا ASME (انجمن امریکایی مهندسان مکانیک) و ASTM بین الملل ( انجمن امریکایی آزمون و مواد) می باشند. همچنین استاندارد های بین المللی بی شمار مخصوص هر کشور مانند ISO ایزو، BSI (استانداردهای بریتانیا)، DIN (استاندارد های آلمان) و JIS ( استاندارد های ژاپن) می باشند.