شیر یکطرفه (چک ولو)

نحوه عملکرد شیر یکطرفه

شیرآلات یکطرفه نیازمند حداقل فشار بالادست بوده (تفاضل فشار بین داخل و خارج) که با نام فشار تَرَک خوردگی نیز شناخته می‌شود؛ این فشار شیر را باز کرده و اجازه می‌دهد تا جریان سیال درون شیر برقرار شود. اگر فشار بالادست کم شود و یا فشار برگشتی وجود داشته باشد (یعنی جریان سعی در حرکت از خروجی به ورودی داشته باشد)، چک ولو به طور خودکار بسته می‌شود. ممکن است مکانیزم بسته شدن بسته به طراحی چک ولو متغیر باشد، مثلاً فرآیند بسته شدن توسط فنر و یا جاذبه انجام گردد. فشار برگشتی باعث می‌شود تا مکانیزم بسته شدن (دروازه، توپ، دیافراگم یا دیسک) به عقب و به سمت دهانه رانده و آن را ببندد.

کاربرد شیر یکطرفه

• شیرهای یکطرفه برای پمپ‌ها و کمپرسورها نیز استفاده می‌شود، چراکه برگشت جریان در آن‌ها می‌تواند به تجهیزات داخلی آسیب رسانده و باعث از کار افتادن غیر ضروری سیستم شود.
• پمپ‌های سانتریفیوژی که متداول‌ترین نوع پمپ‌های آب هستند، self-priming نبوده، در نتیجه استفاده از این نوع شیر برای نگاه داشتن آب در لوله‌ها ضروری خواهد بود.
• ممکن است از شیرآلات یکطرفه در خطوطی استفاده شود که یک سیستم ثانویه را تغذیه می‌کنند، که ممکن است فشار این سیستم ثانویه بالاتر از حد فشار سیستم اولیه برود. ممکن است این اختلاف فشار باعث به وجود آمدن جریان معکوس شود.
• از شیرهای یکطرفه زمانی استفاده می‌شود که چندین نوع گاز یا سیال در یک جریان با هم ترکیب شوند. چک ولو به صورت جداگانه برای هر کدام از جریانات سیال نصب می‌شود تا از ترکیب شدن سیال در منبع اصلی که موجب آلودگی می‌گردد، جلوگیری شود.
• تله بخار علاوه بر اینکه باید همیشه در اتمسفر تخلیه شود، همیشه باید بعد از آن نیز از چک ولو استفاده کرد تا از برگشت جریان جلوگیری شود.

انواع شیر یکطرفه

شیرآلات یکطرفه می‌تواند بر اساس نحوه حرکت قطعه عامل بستن شیر به سمت نشیمنگاه دسته‌بندی گردد. برخی از انواع متداول شیر یکطرفه عبارتند از:

• شیر یکطرفه سوئینگ : عامل بستن شیر در حدود یک لولا چرخانده می‌شود، که این عامل در خارج نشیمنگاه نصب می‌گردد.
• شیر یکطرفه پیستونی یا لیفت : عامل بستن شیر در مسیری طبیعی به سمت سطح نشیمنگاه حرکت می‌کند.
• شیر یکطرفه توپی : عامل بستن شیر یک توپ می‌باشد که در مسیری طبیعی به سمت سطح نشیمنگاه حرکت می‌کند و به طور مداوم می‌چرخد.
• شیر یکطرفه با دیسک کج : عامل بستن شیر به اندازه یک لولا حرکت اُریب داشته، و در نزدیکی مرکز و بالای نشیمنگاه نصب می‌شود.
• شیر یکطرفه دیافراگمی : عامل بستن شیر یک دیافراگم است که از نشیمنگاه منحرف شده و یا در برابر آن قرار می‌گیرد.
• شیر یکطرفه قطع کن (استاپ) : این شیر ترکیبی از شیر یکطرفه لیفت و شیر کروی است. می‌توان از این شیر به عنوان شیر یکطرفه و یا شیر قطع کن (شیر ایزوله) مانند شیر کروی استفاده کرد.
• شیر یکطرفه فنری : عامل بستن شیر یک دیسک با مرکزیت استم است که شامل یک فنر فشرده نیز می‌باشد.
• شیر یکطرفه Duckbill : عامل بستن شیر شامل یک تیوب نرم است که انتهای آن شکلی تخت دارد.

شیر یکطرفه سوئینگ

این نوع شیرهای یکطرفه از محبوب‌ترین آن‌هاست که هنگام باز بودن شیر مقاومت بسیار کمی در برابر جریان دارد. عامل بستن شیر (دیسک) با حالت سوئینگ باز شده و مانند درب یک تله و در حدود یک بند خارج از نشیمنگاه بسته می‌شود. ممکن است از یک واشر قابل تعویض بر روی دیسک استفاده شود که بیشترین میزان سایش برای آن رخ می‌دهد. استفاده از یک لولا با پین شُل باعث می‌شود تا هنگام میل کردن جریان به سمت صفر، دیسک بسته شود.

چک ولو سوئینگ باید در موقعیت افقی نصب شود، اما امکان نصب آن به صورت عمودی نیز وجود دارد به شرطی که از رسیدن دیسک به حالت سکون جلوگیری شود. این نوع شیر معمولاً همراه با شیر کشویی (گیت ولو) و در تمامی خطوطی که فقدان سایش سیال بسیار مهم است استفاده می‌شود. استفاده از شیر یکطرفه سوئینگ برای کاربری‌هایی توصیه می‌شود که برگشت جریان زیاد رخ نمی‌دهد. سیالات چسبناک و کثیف نمی‌توانند به راحتی مانع چرخش دیسک در اطراف لولا شوند.

با افزایش سایز شیرهای یکطرفه سوئینگ، نهایتاً وزن و حرکت دیسک برای عملکرد شیر بیش از اندازه می‌شود. به همین دلیل، شیر یکطرفه سوئینگ بزرگتر از NPS 24 اغلب به صورت شیر یکطرفه سوئینگ مولتی دیسک طراحی می‌شود. این نوع شیر دارای چند دیسک سوئینگ است که بر روی دیافراگمی دارای چند نشیمنگاه نصب شده است. در شیر یکطرفه سوئینگ دو دیسکه، طراحی به گونه‌ای است که باعث کاهش طول مسیر مرکز ثقل دیسک شده و همچنین وزن دیسک را در مقایسه با چک ولو تک دیسکه تا 50 درصد کاهش می‌دهد.

شیر یکطرفه پیستونی یا لیفت

این شیر دارای یک پلاگ هدایت کننده است که توسط فشار بالای ورودی و یا سیال بالادست بلند شده و به سیال اجازه می‌دهد تا به سمت خروجی یا جریان پایین دست منتقل شود. زمانیکه فشار ورودی بالا نیست، ثقل و یا فشار پایین دست بالاتر باعث می‌شود تا دیسک به سمت نشیمنگاه پایین رفته و شیر را ببندد تا از برگشت جریان جلوگیری شود.

چک ولو پیستونی مزیتی نسبت به دیگر شیرهای یکطرفه دارد و آن اینست که برای باز شدن کامل شیر فقط یک لیفت کوچک لازم است. در اکثر شیرهای یکطرفه لیفت، عامل بستن شیر توسط یک هدایت کننده حرکت می‌کند تا از جفت شدن نشیمنگاه در هنگام بسته شدن اطمینان حاصل شود. گرچه مشکل استفاده از هدایت کننده این است که در صورت ورود کثیفی به آن می‌تواند عامل بستن شیر را قطع کند و ورود سیالات چسبناک به آن علاوه بر قطع کردن عامل بستن شیر باعث ضعیف شدن عملکرد آن نیز می‌شود.

این نوع از شیرهای یکطرفه لیفت فقط برای سیالات با ویسکوزیته پایین مناسب بوده که اساساً فاقد جامدات هستند. این نوع شیر تمایلی به ضربه‌ای کار کردن (اسلم) ندارد و برای کاربری‌هایی مناسب است که در آن برگشت جریان نامنظم یا مکرر است.

جریانی که داخل شیر کشویی لیفت برقرار می‌شود دو بار تغییر مسیر می‌دهد چراکه از یک مسیر افقی در بالای نشیمنگاه دیسک عبور می‌کند. هنگامی که دیسک به صورت عمودی به سمت بالا حرکت می‌کند، جریان برقرار شده و زمانی که جریان معکوس باشد به سمت پایین حرکت کرده و شیر بسته می‌شود. از یک لرزه‌گیر به عنوان زیرسازی عملکرد دیسک استفاده می‌شود. شیرآلات یکطرفه لیفت با طرح‌های عمودی نیز تولید می‌شود که مخصوص نصب عمودی بر روی لوله می‌باشد.

شیر یکطرفه توپی

در این نوع از شیرآلات صنعتی عامل بستن شیر، توپ شکل بوده و بدون نیاز به هدایت کننده از نزدیک حرکت می‌کند. هنگامیکه شیر بسته می‌شود، عامل توپی شکل بستن شیر به سمت نشیمنگاه سُر خورده تا تراز مورد نیاز نشیمنگاه را به دست آورد. در برخی از شیرهای یکطرفه توپی از فنر برای بسته نگاه داشتن شیر استفاده می‌شود. برای شیرهایی که فاقد فنر هستند برای بستن شیر و حرکت دادن توپ به سمت نشیمنگاه نیاز به جریان معکوس خواهد بود.

چک ولو توپی برای سیالات چسبناک و کاربری‌هایی که در آن‌ها فلس و رسوب وجود دارد، مناسب است. طراحی این شیر به گونه‌ای است که طول عمر آن را افزایش داده و سایش توپ و نشیمنگاه را به حداقل می‌رساند. این شیر عملکردی بی صدا داشته و برای کاربری‌هایی توصیه می‌شود که جریان سیال به سرعت تغییر می‌کند. دیسک شکلی کروی داشته و توسط هدایت کننده به سمت نشیمنگاه حرکت می‌کند. نشیمنگاه‌ها معمولاً قابل تعویض هستند و نشیمنگاه و توپ هر دو می‌توانند بدون باز کردن لوله تعویض شوند.

شیر یکطرفه توپی نباید با شیر توپی که نوع دیگری از شیرآلات است اشتباه گرفته شود. در شیر توپی، توپ مانند یک قسمت چرخان قابل کنترل عمل کرده و جریان را قطع و وصل می‌کند.

شیر یکطرفه با دیسک کج

عامل بستن این شیر شبیه به یک دیسک بوده که حول یک نقطه محوری مابین مرکز و لبه دیسک چرخیده و در مقابل صفحه نشیمنگاه قرار دارد. در نتیجه هنگام بسته شدن شیر، دیسک به سمت نشیمنگاه حرکت کرده و بر روی آن قرار می‌گیرد، همچنین هنگام بسته شدن آن، از روی نشیمنگاه بلند می‌شود. چون مرکز ثقل نصف دیسک شامل مسیر کوتاهی بین موقعیت کاملاً باز یا بسته شیر می‌باشد، شیر یکطرفه با دیسک کج به صورت بالقوه خیلی سریع بسته می‌شود. در این شیر از فنر استفاده شده تا در برابر تاخیر جریان رو به جلو سریعاً واکنش نشان دهد.

یکی از معایب این شیر گران‌تر بودن آن است و تعمیر آن نیز نسبت به شیرآلات یکطرفه سوئینگ سخت‌تر است. بنابراین استفاده از شیرهای یکطرفه با دیسک کج محدود به کاربری‌هایی می‌شود که شیرهای یکطرفه سوئینگ نمی‌توانند آن‌ها را پوشش دهند.

شیر یکطرفه دیافراگمی

این نوع شیر از دیافراگم‌های انعطاف‌پذیر لاستیکی برای کنترل برگشت جریان یا جریان معکوس استفاده می‌کند. دیسک دیافراگم انعطاف‌پذیر که خود محور است، بخش عمل کننده شیر یکطرفه دیافراگمی است.

بدنه شیر دیسک را در مرکز و بر روی ناحیه نشیمنگاه یا سطح آب‌بندی شیر نگاه می‌دارد. سطح آب‌بندی بر روی قسمت ورودی بدنه چک ولو قرار دارد. این قسمت معمولاً سطحی صاف داشته که مقعر بوده و یا به سمت پورت ورودی خمیده شده است. در مرکز این شیر یک دهانه وجود دارد. جریان برگشتی یا معکوس باعث می‌شود تا دیسک لاستیکی انعطاف‌پذیر بر روی سطح آب‌بندی خمیده بخوابد. این امر باعث می‌شود تا دهانه پورت ورودی بسته شده و مانع برگشت جریان بالادست به پورت ورودی می‌شود.

چک ولو دیافراگمی با دیسک شناور در قسمت خروجی بدنه شیر دارای طراحی خاصی است. در این شیر معمولاً نوعی از نشیمنگاه دو سطحی با کانال‌های داخلی وجود دارد. جریان مثبت به سمت خروجی یا پورت خروجی باعث می‌شود که دیسک بر خلاف جهت نشیمنگاه قرار بگیرد. سپس سیال در اطراف دیسک، داخل کانال‌ها و بیرون از پورت خروجی چک ولو جریان پیدا می‌کند. ممکن است مایعات با ویسکوزیته یا وزن بالا باعث خرابی شیر یکطرفه دیافراگمی با دیسک شناور شوند.

شیر یکطرفه قطع کن

ساختار این شیر معمولاً شبیه به یک شیر یکطرفه نرمال است، اما مکانیزم کنترل خروجی اضافی آن (مانند اکچویتور، اهرم یا هندویل) باعث می‌شود که شیر صرفنظر از فشار جریان به طور خودکار بسته شود. شیر یکطرفه استاپ در واقع نسخه اصلاح شده شیر کروی قطع کن استاندارد است که استم آن به صورت دائمی به دیسک کروی چسبیده است.

در پیکربندی این شیر سَر اِستم داخل دیسک کروی شناور است. دیسک داخلی که به استم متصل نیست به عنوان لیفت چک عمل کرده و هنگام بالا رفتن استم برای تنظیم باز و بسته کردن شیر به آن اجازه می‌دهد تا آزادانه بالا و پایین رود.

با این کار سرعت جریان کنترل می‌شود اما زمانیکه برگشت جریان رخ می‌دهد، دیسک جدا شده مانند پیستون چک عمل کرده و به سرعت بسته می‌شود، بنابراین از برگشت جریان به بویلر جلوگیری می‌نماید. در صورت نیاز استم می‌تواند به صورت دستی پایین آورده شود تا جریان قطع شده و یا شیر کلا بسته شود.

شیر یکطرفه قطع کن دو هدف دارد:

• به عنوان شیر کروی، جریان را جدا و تنظیم می‌کند.
• به عنوان شیر یکطرفه، از برگشت جریان جلوگیری می‌کند.

به عبارت دیگر از این شیر به عنوان شیر کروی و به منظور قطع و وصل جریان استفاده می‌شود، اما مانند یک چک ولو هم عمل کرده و از برگشت جریان جلوگیری می‌کند، چراکه این کار می‌تواند به تجهیزاتی مانند بویلر و پمپ آسیب وارد کند. به همین دلیل استفاده از آن به منزله استفاده از دو شیر می‌باشد.

شیر یکطرفه فنری

این شیر که با عنوان شیر یکطرفه نازل و شیر یکطرفه سایلنت نیز شناخته می‌شود، در واقع ترکیبی از مونتاژ دیسک استم با هدایت کننده مرکزی و یک فنر فشرده است. این یعنی که دیسک در جریان باقی می‌ماند. سیال در اطراف آن جریان پیدا کرده و برای عمل کردن نیازی به کمک دستی یا اتوماتیک ندارد.

زمانیکه جریان وارد پورت ورودی شیر می‌شود باید برای مغلوب کردن فشار فعال و نیروی فنر، قدرت کافی داشته باشد. وقتی توانست بر این نیروها غلبه کند، دیسک را هُل داده و دهانه را باز می‌کند، در نتیجه به جریان اجازه می‌دهد تا درون شیر حرکت کند.

در حالتی که فشار ورودی به اندازه کافی بالا نیست یا فشار برگشتی وجود دارد، فنر و فشار برگشتی دیسک را بر خلاف دهانه هُل داده و شیر بسته می‌شود. فنر همراه با طی مسافت کم برای دیسک باعث می‌شود که واکنش برای بستن شیر به سرعت رخ دهد.

طراحی این شیر نیز به گونه‌ای است که از ایجاد فشار مخالف در خط و وقوع حالت ضربه‌ای یا چکشی جریان جلوگیری می‌کند. می‌توان شیرهای یکطرفه فنری را به حالت افقی یا عمودی نصب کرد. اما از آنجایی که این شیر با سیستم هم‌تراز است برای تعمیر و نگهداری باید آن را از خط خارج کرد.

شیر یکطرفه Duckbill

این شیری منحصر به فرد و یک تکه بوده که دارای اجزای الاستومری می‌باشد. این شیر از برگشت جریان جلوگیری کرده و یک نوع شیر یکطرفه به حساب می‌آید. در شیر یکطرفه Duckbill جریان از طریق یک لوله نرم به سمت قسمت پایین‌دست شیر حرکت می‌کند. در این ناحیه فشار برگشتی با لوله برخورد داشته و جریان را قطع می‌کند.

چک ولو Duckbill طراحی انعطاف‌پذیری داشته و از متریال‌های الاستومری فابریک تقویت شده برای تولید آن استفاده شده است؛ تا مقاومت بالایی در برابر خوردگی و پوسیدگی ناشی از کارکرد مداوم داشته باشد.

ویژگی‌های شیر یکطرفه داکبیل عبارتند از:

• فاقد قطعات مکانیکی است
• دچار خوردگی نمی‌شود
• دارای امکان خود تخلیه‌گری که از راکد ماندن آب جلوگیری می‌کند
• فشار فعال کم
• عملکرد غیر ضربه‌ای و بی صدا

جهت جریان شیر یکطرفه

از آنجایی که شیر یکطرفه فقط در یک جهت کار می‌کند، بسیار مهم است که شیر در جهت درستی نصب شود. معمولاً یک پیکان بر روی هوزینگ ولو وجود دارد که جهت جریان مشخص می‌کند. در غیر این صورت باید شیر را امتحان کرد و مطمئن شد که در جهت درستی نصب شده است. اگر شیر در جهت معکوس نصب شده باشد، جریان نمی‌تواند درون سیستم حرکت کند و افزایش فشار می‌تواند باعث آسیب به شیر گردد.

باید از جهت نصب شیر یکطرفه‌ای که تهیه کرده‌اید مطمئن شوید، برای مثال:

• همه شیرهای یکطرفه در خط عمودی با جریان سیال رو به پایین کار نمی‌کنند.
• همه شیرهای یکطرفه پیستونی نرمال یا 90 درجه نمی‌توانند در یک خط عمودی و بدون فنر، دیسک را به مسیر جریان برگردانند.
• در برخی شیرهای یکطرفه اگر شیر به طول کامل باز باشد دیسک به سمت خط لوله حرکت می‌کند. این می‌تواند موجب اختلال در کار شیر دیگری گردد که مستقیماً به شیر یکطرفه متصل است.