مقالاتشیر کروی یا گلاب ولو چیست؟
شیر فلکه‌های ساچمه‌ای (کروی)
شیر فلکه ساچمه‌ای، نوعی شیر است که جهت تنظیم جریان در یک خط لوله استفاده می‌شود و شامل عنصر دیسک متحرک و رینگ پایه‌ای ثابت در یک بدنۀ کروی شکل است. دلیل نامگذاری شیرهای کروی، شکل کروی بدن آنها است همراه با دو نیمه که توسط یک بافل داخلی از هم مجزا شده‌اند. دهانۀ این شیر، به صورتی است که بر روی آن، امکان پیچ کردن مجرابند جهت بسته شدن شیر فراهم می‌شود.
این مجرابند نیز دیسک نامیده می‌شود. در شیرهای کروی، مجرابند به ساقه‌ای متصل است که با عملکرد پیچاندن در شیرهای دستی، کار می‌کند. به‌طور معمول شیرهای خودکار از ساقه‌های کشویی استفاده می‌کنند. شیرهای کروی خودکار به جای ساقه رزوه‌ای، ساقه هموار دارد و توسط یک مونتاژ محرک، باز و بسته می‌شوند. زمانی که شیر کروی به صورت دستی کار می‌کند، ساقه توسط یک چرخ دستی چرخانده می‌شود.
اگرچه شیرهای کروی در گذشته بدنه کروی‌شکل داشته‌اند که دلیل نامگذاری آنها بوده است، با این حال بسیاری از شیرهای کروی مدرن آنچنان دارای شکل کروی نیستند. در هر صورت در اغلب مواقع برای شیرهایی که چنین مکانیسم داخلی دارند، اصطلاح “شیر بشقابی” به کار می‌رود. در لوله‌کشی نیز به شیرهایی که دارای چنین مکانیسمی هستند، اغلب “شیرهای متوقف‌کننده” می‌گویند زیرا ظاهر کروی ندارند. اما اصطلاح “شیر متوقف‌کننده” ممکن است به شیرهایی اطلاق شود که جهت توقف جریان، استفاده می‌شوند؛ حتی در مواقعی که دارای مکانیسم یا طراحی دیگری باشند.
شیرهای کروی جهت عملکردهایی استفاده می‌شوند که نیازمند اختناق و عملیات معمول هستند. برای مثال، شیرهای کروی یا شیرهایی با مکانیزم مشابه ممکن است به عنوان شیرهای نمونه‌گیری مورد استفاده قرار بگیرند که به‌جز زمان نمونه‌گیری مایعات، به‌طور معمول بسته می‌شوند. از آنجا که بافل، جریان را محدود می‌کند، استفاده از آن در صورت نیاز به جریان کامل و بدون مانع، توصیه نمی‌شود.
بدنه
ساختار اصلی، حاوی فشار در شیر است که البته به دلیل تشکیل جرم شیر، به راحتی قابل شناسایی است. این بخش شامل تمام اجزای داخلی شیر است که در تماس با مادۀ کنترل‌شده قرار می‌گیرد. درپوش به بدنه متصل است و امکان مهار مایع، گاز یا دوغاب را فراهم می‌سازد.
شیرهای کروی به‌طور معمول شیرهای دوپورتی هستند، اگرچه شیرهای سه‌پورتی نیز تولید می‌شوند. پورت‌ها، دهانه‌هایی در بدنه هستند که جریان مایع را به داخل یا خارج رد و بدل می‌کنند. دوپورت ممکن است به‌طور مستقیم و روبروی همدیگر بر روی بدنه یا در زاویه‌ای همچون زاویۀ 90 درجه نسبت به یکدیگر قرار بگیرند. شیرهای کروی دهانه‌دار در چنین زاویه‌ای، شیرهای کرویِ زاویه‌ای (زاویه‌دار) نامیده می‌شوند. یک شیر کروی همچنین می‌تواند بدنه‌ای به شکل y داشته باشد.
درپوش
درپوش محیط بسته ضد نشت را برای بدنه فراهم می‌کند. بخش رزوه‌دارِ ساقه، از سوراخی با رزوه‌های همسان از درپوش عبور می‌کند. شیرهای کروی ممکن است درپوش اتصال یا رزوه‌ای داشته باشند. درپوش رزوه‌ای، ساده‌ترین درپوش است که آب‌بندی مقاوم و فشرده‌ای را ارائه می‌دهد. درپوش اتصال نیز جهت عملکردهایی مناسب است که نیازمند بازرسی مکرر یا تصفیه هستند؛ همچنین قدرت بیشتری را به بدنه می‌دهند. درپوش متصل به پیچ، جهت کاربردهای بزرگتر و با فشار بالاتر استفاده می‌شود. درپوش‌ها همچنین حاوی تراکم هستند که ماده‌ای پوشاننده است تا آب‌بندی را بین درپوش و ساقه، در حین چرخۀ شیر حفظ کند.
دیسک یا مجرابند
دیسک یا مجرابند عضو مربوط به محیط بسته (بستگی) شیر است. مجرابندها به ساقه‌ای متصل هستند که به صورت کشویی یا پیچ‌شده به بالا یا پایین، اختناق را بر عهده دارند. مجرابندها به‌طور معمول دو نوع متعادل یا نامتعادل هستند. مجرابندهای نامتعادل، جامد هستند و با شیرهای کوچکتر یا با قطرهای کم‌‌فشار، در طول شیر استفاده می‌شوند. مزایای این موارد، شامل طراحی ساده‌تر همراه با یک مسیر نشت، در نشیمن است که معمولاً با هزینۀ کمتری همراه است. یکی از معایب این موضوع، اندازۀ محدود آن است. با یک مجرابند بزرگ نامتعادل، عملیات تنظیم جریان اغلب غیرعملی می‌شود. مجرابندهای متعادل در سرتاسر مجرابند، دارای سوراخی هستند که خاموشی را راحت‌تر می‌کنند، زیرا مجرابند نیازی به غلبه به نیروهای ثابت ندارد. با این حال مسیر نشت دوم بین مجرابند و محفظه ایجاد می‌شود که عموماً هزینه آن بیشتر است.
ساقه
ساقه به عنوان رابط بین محرک و درون شیر عمل می‌کند تا این نیروی محرک را منتقل کند. ساقه‌ها یا برای شیرهای کنترل‌شده توسط محرک، هموار هستند و یا برای شیرهای دستی و رشته‌ای (رزوه‌دار). ساقه‌های هموار، به خاطر پیشگیری از عملکرد مواد نشتی در درون شیر، توسط مواد دارای تراکم احاطه شده‌اند. این تراکم، ماده‌ای پوشاننده است که باید در طول زمان تعویض شود. با داشتن یک ساقۀ هموار، انتهای آن برای ارتباط با مجرابند و محرک به صورت رزوه‌ای درمی‌آید. ساقه نه تنها باید مقدار زیادی از نیروی فشار را در حین اختناق شیر تحمل کند، بلکه باید از مقاومت کششی بالایی در حین باز شدن شیر برخوردار باشد. علاوه بر این، برای اطمینان از بستگیِ خوبِ دریچه، ساقه باید بسیار صاف و با بیرون‌زدگیِ کم باشد. این بیرون‌زدگی کم همچنین پوشانندگی تراکم موجود در درپوش را به حداقل می‌رساند که امکان آب‌بندی را در برابر نشتی فراهم می‌کند. برای جلوگیری از ورود اجسام خارجی به مواد دارای تراکم که باعث تسریعِ پوشانندگی می‌شود، ممکن است حفاظی بر روی مهره تراکم در ساقه فراهم شود.
محفظه
محفظه بخشی از شیر است که مجرابند را احاطه می‌کند و درون بدنۀ شیر قرار دارد. به‌طور معمول محفظه یکی از بزرگترین عوامل تعیین‌کننده جریان در درون شیر است. با جا به جایی مجرابند، بیشتر دهانه‌ها در محفظه، نمایان گشته و جریان افزایش یا کاهش می‌یابد. طراحی و جانمایی دهانه‌ها (مشخصات جریان مواد مختلف، در دماها و فشارهایی که در یک محدوده قرار دارند) می‌تواند تأثیر زیادی بر جریان مواد بگذارد. محفظه‌ها همچنین به جای هدایت مواد از درپوش، مواد را از مجرابند به نشیمن شیر هدایت می‌کنند که این یک خاموشی خوب را رقم می‌زند.
حلقۀ نشیمن
حلقۀ نشیمن، سطح خاموشی پایدار، یکنواخت و قابل تعویض را فراهم می‌کند. حلقه‌های نشیمن معمولاً با فشار بستن درپوش به بالای بدنه، در جای خود قرار می‌گیرند. این فشار، محفظه را به لبه حلقه نشیمن می‌راند و آن را محکم در بدنه درپوش نگه می‌دارد. حلقه‌های نشیمن ممکن است به صورت رشته‌دار دربیاید و درون یک حدیده، در همان ناحیه از بدنه پیچ شوند. اما این روش، حذف حلقۀ نشیمن (پایه) را هنگام تعمیرات دشوار می‌کند. حلقه‌های نشیمن نیز به‌طور معمول در سطح نشیمن اریب می‌شوند تا راهنمایی باشند در حین مراحل آخری که شیر می‌خواهد بسته شود. شیرهای کروی یا شیرهای متوقف‌کنندۀ اقتصادی، با مکانیسم مشابه که در لوله‌کشی استفاده می‌شوند، اغلب دارای یک واشر پلاستیکی در پایین دیسک، برای سطح نشیمن هستند. بنابراین می‌توان لاستیک را در برابر نشیمن، برای ایجاد یک آب‌بندی ضد نشت، در زمان بسته شدن فشرده کرد.
مواد
به‌طور معمول، شیرهای کروی از آلیاژهای فلزی ساخته می‌شوند، اگرچه بعضی از آنها دارای مواد مصنوعی نیز هستند. این مواد براساسِ فشار، دما و خواص کنترل‌شده محیط انتخاب می‌شوند. جریان‌های فرایند فرسایشی و یا خورنده، ممکن است نیاز به مصالحه در انتخاب مواد و یا آلیاژهای بیگانه و یا پوشش بدنه داشته باشند تا این تعاملات مواد را به حداقل برسانند و عمر شیر یا اجزای شیر را افزایش دهند. به‌طور معمول آلیاژهای فولاد کربن برای کاربردهای غیرخورنده تخصیص داده می‌شوند. آلیاژهای دیگری مثل هاستلوی، مونل، اینکونل و سایرین نیز موجود هستند. در هنگام انتخاب شیر، باید مواد بسته‌بندی آن را نیز در نظر گرفت. عموماً الزامات برای یک بسته‌بندی با اصطکاک کم، در تضاد با یک ماده با دوام است که در طول عمر محصول، لزوم نیاز به تعمیرات کم را فراهم خواهد کرد. کاربردهای خورنده می‌توانند انتخاب مواد بسته‌بندی را خیلی پیچیده کنند، زیرا ممکن است مواد بسته‌بندی معمولی، با مواد پردازش‌شده سازگار باشد و یا نباشد. به‌طور معمول از گرافیت یا PTFE به دلیل ضریب اصطکاک کم آن استفاده می‌شود. در حالی‌که اگر پیچیده‌تر باشد، امکان نیروی تراکم ثابت و دائم را در طول عمرِ مواد دارای تراکم به وجود می‌آورد. این تراکم، کمک شایانی به رعایت قوانین زیست محیطی امروزی می‌کند.
انواع شیرهای کروی
با توجه به نوع بدنه، سه مدل شیر کروی وجود دارد :
۱) نوع Z
۲) نوع y
۳) نوع زاویه‌دار
شیر کروی نوع Z
ساده‌ترین طراحی و متداول‌ترین شیر کروی، نوع بدنۀ Z است. بخش Z شکلی که در درون بدنۀ کروی قرار دارد، حاوی نشیمن است. چیدمان افقی نشیمن به ساقه و دیسک اجازه می‌دهد که عموماً بر محور لوله حرکت کند که منجر به افت فشار خیلی بالایی می‌شود.
نشیمن شیر به راحتی از طریق درپوش که به دهانۀ بزرگی در بالای شیر کروی متصل است، قابل دسترسی است. ساقه از درون درپوش، مانند یک شیر کشویی عبور می‌کند. این طراحی ساخت، نصب و تعمیر را آسان می‌کند. این نوع شیرها در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرند که افت فشار نگران‌کننده نباشد و نیاز به اختناق باشد.
شیرهای کروی نوع y
طراحی نوع y راه حلی برای مشکل افت فشار زیاد در شیرهای نوع z است. در این نوع، نشیمن و ساقه در زاویه تقریبی ۴۵ درجه نسبت به محور لوله قرار دارند. شیرهای نوع y در فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند و نیز سایر خدمات مهمی که افت فشار در آن حائز اهمیت است.
شیرهای نوع زاویه‌دار
شیرهای نوع زاویه‌دار، جهت جریان را تا ۹۰ درجه، بدون استفاده از زانو و یا جوش اضافی در لوله می‌چرخانند. دیسک در برابر جریان باز می‌شود. این نوع شیر کروی به دلیل اینکه قادر به کنترل اثر ضربه‌زنی است، می‌تواند در نوسان شرایط جریان، مورد استفاده قرار بگیرد.
انواع شیر کروی براساس اتصال درپوش بدنه
درپوش پیچی : ساده‌ترین طراحی موجود است و برای شیرهای ارزان قیمت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
درپوش پیچ و مهره‌ای : محبوب‌ترین طراحی است و در تعداد زیادی از شیرهای کروی استفاده می‌شود. در این نوع شیر، برای آب‌بندیِ اتصال بین بدنه و درپوش به واشر نیاز است.
درپوش درزجوش : طراحی بسیار محبوبی است که در آن جداسازی قطعات لازم نیست، و نسبت به درپوش پیچ و مهره‌ای، سبک‌تر است.
درپوش آب‌بندی فشار : این نوع شیر برای کاربردهایی با فشار و دمای بالا بسیار مورد استفاده است. هرچه فشار حفرۀ بدنه بیشتر باشد، نیروی واردشده به واشر در این نوع شیر بیشتر می‌شود.
کاربردهای شیر کروی
شیرهای کروی در سیستم‌هایی که کنترل جریان مورد نیاز است و همچنین تنگی نشت اهمیت دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- در منافذ بالا و تخلیه‌های پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد که سختی نشت و ایمنی دارای اهمیت هستند. در غیر این صورت، شما می‌توانید از یک شیر دروازه‌ای جهت هواکشی و تخلیه استفاده کنید.
- می‌توان از آن در آب – تغذیه، مواد شیمیایی، روغن روان‌کننده و تقریباً در تمام خدماتی که افت فشار حائز اهمیت نباشد، استفاده کرد.
- این شیر همچنین به عنوان شیر کنترل اتوماتیک استفاده می‌شود، اما در این حالت ساقه شیر به جای رشته‌ای (رزوه‌ای) بودن، یک ساقه هموار است و با عمل بلندکردن (لیفتینگ) توسط یک مجموعۀ محرک، باز و بسته می‌شود.
مزایا :
- بسته شدن بهتر در مقایسه با شیر دروازه‌ای.
- مناسب برای عملیات مکرّر به دلیل عدم نگرانی از فرسودگی نشیمن و دیسک.
- تعمیر آسان، به دلیل قابل دسترس بودن نشیمن و دیسک از بالای شیر.
- عملکرد سریع در مقایسه با شیر دروازه‌ای به دلیل کوتاه‌تر بودن طول ضربه.
- معمولاً توسط محرک اتوماتیک کار می‌کند.
معایب :
- افت فشار زیاد از دو یا چند چرخش مایع روان در زاویه راست، درون بدنۀ شیر.
- انسداد و ناپیوستگی در مسیر جریان، منجر به از دست دادن بار زیادی می‌شود.
- در یک خط با فشار بالا، ضربه‌های شدید می‌تواند به بخش‌های برش‌خوردۀ داخلی آسیب برساند.
- یک شیر بزرگ، نیازمند قدرت چشمگیر برای باز کردن و ایجاد سروصدا در حین عملیات است.
- از دیگر شیرهای مشابه با همان فشار، سنگین‌تر است.
- در مقایسه با شیر کشویی، هزینه‌دارتر است.
