شیر توپی (Ball Valve) یا شیر گازی شیرهایی با حرکت چرخشی می باشند که در آنها از مجرابندهایی به شکل کروی استفاده می شود. شیر توپی نوعی از شیرهای ربع گرد است که به وسیله یک جرم توپی سوراخ شده در داخل محفظه، جریان گاز یا مایع را کنترل می‌کند. به این نوع شیرها، شیر توپی، بال ولو، شیر گازی و یا شیر on/off نیز می گویند.
شیر توپی با چرخش ربع دور اهرم، عمل می‌کند و مسیر جریان را باز و بسته می‌کند. با چرخش ساقه شیر به سمت موقعیت باز شدن، توپی چرخیده و سوراخی که در وسط آن تعبیه شده است، در مسیر ورود و خروج سیال قرار می گیرد و در نتیجه سیال از شیر عبور می‌کند. وقتی که توپی طوری بچرخد که سوراخ آن عمود بر مسیر جریال سیال قرار گیرد، جریان سیال متوقف میگردد. از طرف دیگر، وقتی که توپی در موقعیت نیمه باز قرار می‌گیرد، جریان آشفته‌ای در شیر ایجاد می‌شود. این مشخصه باعث محدودیت کاربرد شیر توپی میگردد. بنابراین، بهتر است فقط در موقعیت‌های کاملا باز و کاملا بسته قرار بگیرد.
شیر توپی یا شیر گازی به طولانی بودن عمر کاری خود معروف است و از درجه بالایی از آب‌بندی برخوردارند. حتی اگر شیر گازی برای مدت زیادی بدون استفاده مانده باشد، آب‌بندی آن به ندرت دچار مشکل می‌شود. به همین دلیل نسبت به سایر شیرهای قطع و وصل، شیر توپی از محبوبیت بالاتری برخوردار است. علاوه بر این، شیر توپی نسبت به سایر انواع شیرها، در برابر محتویات آلوده مقاوم‌تر است.
شیر های توپی از نظر ساختمان ظاهری به چهار دسته عمده تقسیم می شوند:
- تمام جوش: welded body
- بدنه چند تیکه: split body
- ورود از بالا: top entry
- ورود از انتها: end entry
بال ولو در صنعت نفت و گاز
در شیر توپی مورد استفاده در صنعت نفت و گاز، ممكن است از عملگرهاي مختلفي به منظور كنترل مستقيم يا از راه دور شير استفاده شود. متداول‌ترين اين عملگرها يا بصورت دستي بوده و يا توسط يك موتور كار مي‌كنند. شيرهاي دستي داراي يك چرخ يا اهرم دستي مي باشند كه مستقيماً يا از طريق يك گيربكس به ساقه شير وصل مي شوند. با حركت ساقه شير به اندازه يك قوس ۹۰ درجه، شير باز يا بسته مي شود.
در بيشتر آنها عمل كردن شير در حالتي روي مي دهد كه دسته شير تا ۹۰ درجه بچرخد. برخي ازشیرهای توپی داراي عملگرهايي هستند كه بصورت دنده خورشيدي کار مي كنند. اين نوع از دنده ها به شير اجازه مي دهند كه از دستـه كوچك تري استفاده كنند ولي نيروي حاصل از آنها به اندازه يك شير بزرگ است. از شير توپي براي كنترل جريان در زماني كه سيال فقط گاز باشد ميتوان استفاده كرد.
مسیر ورود سیال به دو صورت امکان پذیر است:
۱- به‌صورت کاهش در سطح مقطع که Orifice داریم و حفره روی گوی، کمتر از ورودی و خروجی شیر است.
۲- به‌صورت مسیر کاملا” باز که حفره روی گوی به اندازه قطر ورودی و خروجی شیر است.
مزایای مهم جهت استفاده از شیر توپی
- ربع گرد بودن
- يكپارچه بودن قطعات آن و عدم نياز به روانكاري
- عمل كردن سريع در باز و بسته شدن
- وزن كم
- ساختمان فشرده
- نصب و بهره‌برداري آسان
- تغيير سریع جهت جريان
- گشتاور پايين مورد نياز جهت باز و بسته كردن
- قیمت پایین تر نسبت به سایر شیرها
- مقاومت بالا در برابر ذرات موجود در سیال
- بهره وری بالا
معایب استفاده از شیر گازی
از معایب شیر توپی می توان به محدودیت باز و بسته بودن آن اشاره کرد؛ به عبارتی، این شیر ها یا باید کاملا باز باشند و یا کاملا بسته باشند تا موجب ایجاد اغتشاش در جریان نشوند. همچنین، به مرور زمان و استفاده مکرر توپی داخل شیر دچار فرسودگی می‌گردند و درصورتی‌که نوع شیر متناسب با نوع جریان عبوری نباشد دچار آسیب میگردد.
کاربرد شیر توپی از نظر قطعات بدنه و اتصال
بدنه شیرهای توپی استنلس استیل بصورت یک تکه، دو تکه و یا سه تکه در بازار موجود است. کاربرد شیرهای توپی یک تکه معمولا در رنج فشاری بالا 1000 PSI تا PSI 10000 است و نوع اتصال آنها معمولا به‌صورت رزوه‌ای است. کاربرد شیرهای توپی دوتکه و سه تکه در رینج‌های فشاری پایین از کلاس 150 تا 1500 است و نوع اتصال آنها به صورت فلنجی، جوشی و یا رزوه ای است. شیر توپی در صنایع مختلفی از جمله صنعت نفت و گاز از کاربرد دارند.
کاربرد شیر توپی از نظر جنس و متریال بدنه
شیرهای توپی از نظر کاربرد و جنس و متریال بدنه به چهار نوع فولادی، استنلس استیل، پلیمری و برنجی تقسیم می شوند. کاربرد شیرهای توپی برنجیبرای سیالاتی مانند گاز شهری است که فشار و دمای پایینی دارند و از نظر خورندگی غیر فعال بوده. رنگ این شیرها طلایی بوده و دارای بدنه یک تکه هستند. یکی دیگر از کاربردهای شیر توپی برنجی برای قطع و وصل جریان آب بوده که اغلب رنگ این شیرها نقره ای بوده و دارای بدنه یک تکه هستند.
اساسا شیرهای بدنه برنجی برای رنج دمایی و فشاری پایین بکار میروند. شیرهای توپی فولادی و استنلس استیل در موارد صنعتی و در رنج های فشاری و دمایی بالا بکار می روند. برای سیالات عبوری خورنده و یا در صنایع غذایی شیرآلات توپی استنس استیل کاربرد ویژه دارند.
شیر توپی استنلس استیل برای استفاده در محیط های خورنده و مهاجم مناسب است. رایج ترین انواع شیر استنلس استیل، نوع 304 و 316 آن هستند که شیر توپی با متریال استیل 316 دارای مقاومت بسیار بالا در برابر خورندگی است. به استیل 304 بعضا 18/8 نیز می گویند که دلیل آن، وجود 18% کروم و 8% نیکل در آلیاژ آن است. همچنین استیل 316 به دلیل دارار بودن 18% کروم و 10% نیکل، استیل 18/10 نیز نامیده می شود. لازم به ذکر است که شیرهای استنلس استیل معمولا به گشتاور عملیاتی بالایی نسبت به شیرهای برنجی و PVC نیاز دارند و اهمیت این نکته زمانی بارزتر می شود که این شیرها به عملگرهای الکتریکی یا پنوماتیکی مجهز باشند.
قطع وصل جریان در نوع دستی بوسیله دسته موسوم به دسته گازی انجام میگردد. کاربرد شیر توپی پلیمری بیشتر جهت مصارف کشاورزی و آبیاری و یا جهت سیالات خورنده مانند اسیدها است. انواع شیرهای توپی پلیمری از متریال های مختلف UPVC,PVC , TUP و P.P تولید می گردند.
انواع شیر توپی از نظر مجرای شیر
به‌طورکلی شیر توپی به پنج نوع مختلف تقسیم میگردد:
Full-port: در این نوع شیر گازی، سوراخ ایجادشده در جرم توپی شکل به‌اندازه قطر داخلی است که دلیل آن کاهش اصطکاک هست. در این نوع شیر توپی، میزان جریان عبوری از شیر محدودیتی ندارد.
Reduced bore valves: در این نوع شیر گازی، سوراخ ایجادشده در جرم توپی شکل کوچک‌تر می‌شود، بدین معنی که سطح جریان عبوری از اندازه لوله کمتر است. در این شیر با کاهش سطح جریان عبوری، سرعت عبور افزایش می یابد.
V-port ball valve: توپی داخل این شیر به شکل V طراحی‌شده است که برای همه زوایا مناسب است. زمانی که دریچه بسته است و شیر گازی شروع به فعالیت می‌کند، انتهای جرم v شکل باعث کنترل جریان عبوری به‌صورت پایدار می‌شود. این سبک از طراحی به علت استحکام زیاد (برای عبور مایعات با سرعت زیاد) ممکن است به دریچه آسیب برساند. شیر توپی V شکل می‌تواند در بعضی مواقع به‌عنوان شیر کنترلی استفاده گردد ولی دقت کمتری نسبت به سایر شیرهای کنترلی مثل شیر سوزنی یا گلوب ولو دارد.
Cavity filler: بسیاری از صنایع با پس‌مانده مواد در لوله‌ها و اتصالات مشکل‌دارند. اگر جریان عبوری مصارف انسانی داشته باشد و یا مایعات برای مدت‌زمان زیادی در لوله باقی بماند مشکل‌زا می‌شود. از این شیر برای جلوگیری از مشکلات مذکور استفاده میگردد.
Trunnion: این شیر دارای یک لنگر مکانیکی اضافه در بالا و پایین شیر می‌باشد که برای جریان عبوری با فشار بالا مناسب است. از این شیر می‌توان برای خاموش یا کنترل کردن جریان عبوری استفاده کرد. این نوع بال ولو هم به‌صورت دستی و هم هیدرولیکی قابل‌استفاده است.
Multiport: این نوع از شیر از سه یا چهار خروجی مجزا به شکل T یا L تشکیل‌شده است که می‌تواند مایعات را با یکدیگر ترکیب کند. در حقیقت زاویه داخلی توپی میزان عبور هر جریان را مشخص می‌کند. این نوع شیر برای کاربردهای خاص مانند موتورهای هوا استفاده میگردد.
دیدگاه خود را بنویسید