شیر کروی (گلوب ولو)

طراحی بدنه شیر کروی

سه طرح بدنه اصلی برای شیرهای کروی وجود دارد، طرح Tee یا Z شکل، الگوی زاویه‌دار و الگوی Wye یا Y.

شیر کروی با طرح بدنه Tee متداول‌ترین طرح آنها است که دارای دیافراگم Z شکل است. تنظیم افقی نشیمنگاه اجازه می‌دهد تا استم و دیسک عمود بر خط افقی حرکت کنند. این طراح بدنه کمترین ضریب جریان و افت فشار بیشتری دارد. از این شیر در کاربری‌هایی استفاده می‌شود که جریان باید به صورت نیمه باز/بسته باشد، مانند خطوط لوله بای‌پس که اطراف شیر کنترل قرار دارند. شیر کروی با طرح بدنه Tee، در کاربری‌هایی استفاده می‌شود که افت فشار اهمیتی نداشته نیاز به کنترل جریان (نیمه باز/بسته بودن جریان) است.

شیر کروی با بدنه الگوی زاویه‌دار در واقع اصلاح شده این نوع شیرها با الگوی Tee است. انتهای این شیر  دارای زاویه 90 درجه است و جریان سیال با چرخش زاویه 90 درجه برقرار می‌شود. ضریب دبی آن‌ها کمی کمتر از شیر کروی با الگوی wye است. این شیر در کاربری‌هایی استفاده می‌شود که دارای دوره‌های جریان ضربان‌دار هستند زیرا توانایی کنترل چنین جریان‌هایی را دارند.

طراحی شیر کروی با بدنه الگوی wye، جایگرینی برای افت فشار بالاست که یکی از ویژگی‌های آن به شمار می‌رود. نشیمنگاه و استم تقریباً در زاویه 45 درجه قرار دارند که این باعث می‌شود تا در صورت باز بودن کامل شیر مسیر جریان مستقیم‌تر بوده و میزان مقاومت در برابر جریان کمتر باشد. این شیرآلات می‌توانند برای مدت طولانی باز بوده و دچار هیچگونه فرسایشی نشوند. این نوع از شیرهای کروی به طور گسترده در کاربری‌هایی که نیاز به کنترل جریان دارند در طی عملیات فصلی و یا راه‌اندازی سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانیکه از این شیرآلات در خطوط زهکشی استفاده می‌شود (که به طور طبیعی بسته هستند) می‌توان ضایعات و پسماندهای داخل آن‌ها را با استفاده از یک میله تمیز کرد.

دیسک، نشیمنگاه و اِستم شیر کروی

متداول‌ترین طراحی دیسک برای شیر کروی ، دیسک توپی ، دیسک ترکیبی و دیسک پلاگ است. طرح دیسک توپی در درجه اول در سیستم‌های با فشار و دمای پایین استفاده می‌شود. با استفاده از این دیسک می‌توان جریان را کنترل کرد (به صورت نیمه باز/بسته نگاه داشت)، اما در اصل برای قطع و وصل جریان از آن استفاده می‌شود. در طراحی دیسک ترکیبی از یک حلقه اینسرت سخت و غیر فلزی بر روی دیسک استفاده شده است که محکم‌تر بسته شدن شیر را تضمین می‌کند.

در طراحی دیسک پلاگ نسبت به دیسک ترکیبی و توپی بهتر می‌توان جریان را کنترل کرد (شیر را در حالت نیمه باز/بسته قرار داد). این دیسک‌ها در طرح‌های مختلف موجود هستند که همه آن‌ها بلند و مخروطی می‌باشند.

نشیمنگاه شیرهای کروی یا به صورت یکپارچه بوده و یا به بدنه شیر پیچ می‌شود. بسیاری از شیرآلات کروی در داخل بونت دارای نشیمنگاه عقب هستند. نشیمنگاه عقب آب‌بندی (درزگیری) را بین استم و بونت ایجاد کرده و هنگام باز بودن شیر، از فشار سیستم علیه پکینگ ولو جلوگیری می‌کند.

در شیر کروی دو روش برای اتصال استم و دیسک وجود دارد: اسلات T و مهره دیسک. در طراحی اسلات T، دیسک روی استم سُر می‌خورد و در طراحی مهره دیسک، دیسک به استم پیچ می‌شود.

ساخت شیر کروی

شیرآلات کروی معمولاً دارای استم بالارونده است و سایزهای بزرگتر آن دارای ساختار پیچ و یوغ خارجی است. اجزای این شیرها شبیه به شیر کشویی است. این نوع شیر دارای نشیمنگاه‌هایی در صفحه‌ای موازی بوده و یا متمایل به خط جریان می‌باشند. نگهداری شیر کروی نسبتاً آسان است، چراکه دیسک‌ها و نشیمنگاه‌ها به راحتی تعمیر و تعویض می‌شوند و همین امر باعث شده تا این شیر برای کاربری‌هایی که در آن شیرآلات به طور مکرر نیاز به تعمیر و نگهداری دارند، مناسب باشد.

در مواردی که شیرآلات به صورت دستی باز و بسته می‌شوند، حرکت کوتاهتر دیسک مزایایی مانند صرفه‌جویی در وقت اپراتور خواهد داشت، مخصوصاً اگر شیر به طور مکرر نیاز به تنظیم داشته باشد.

در شیر کروی چدنی دیسک و حلقه‌های نشیمنگاه معمولاً از برنز ساخته می‌شوند. در شیر کروی استیل برای دماهای تا 750 درجه فارنهایت (399 درجه سانتیگراد)، تریم عموماً از استنلس استیل ساخته شده که مقاومت خوبی دارد. سطوح جفت معمولاً برای کسب مقادیر سختی تفاضلی تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند. دیگر متریال‌های تریم شامل آلیاژهای کبالت می‌باشند.

سطح نشیمنگاه به عنوان پایه در نظر گرفته می‌شود تا هنگام بسته شدن شیر ارتباط کامل با سطح بلبرینگ برقرار شود. برای کلاس‌های فشار پایین‌تر، هم‌ترازی توسط مهره قفلی یک دیسک بلند ایجاد می‌شود. برای فشارهای بالاتر، هادی‌های دیسک داخل بدنه شیر قالب‌ریزی می‌شوند. دیسک به صورت آزادانه بر روی استم می‌چرخد تا از فرسایش سطح دیسک و حلقه نشیمنگاه جلوگیری شود. استم در برابر یک صفحه سخت قرار می‌گیرد، که باعث می‌شود استم و دیسک در محل تماس دچار فرسایش نشوند.

جهت جریان شیر کروی

شیرآلات کروی معمولاً در سیستم‌هایی استفاده می‌شود که دمای پایینی دارند، بنابراین فشار در زیر دیسک اعمال می‌شود. این باعث سهولت عملکرد شیر شده و به حفاظت از پکینگ کمک می‌کند. در کاربری‌هایی که بخار با دمای بالا وجود دارد نیز از شیر کروی استفاده می‌شود که در این صورت فشار در بالای دیسک قرار خواهد داشت. در غیر این صورت استم با خنک شدن منقبض شده و دیسک را از روی نشیمنگاه بلند می‌کند.

انواع شیر کروی

شیر کروی مستقیم / الگوی TEE / Z-Body

مسیر جریان ورودی و خروجی شیر کروی با الگوی T ، (180 درجه) و در یک مسیر است. این مدل شیر کروی دارای ضریب جریان و اُفت فشار پایینی است. هدایت دیسک به سمت سطح آب‌بندی شده نشیمنگاه و بستن کامل آن به اِستم شیر بستگی دارد.

در طی فرآیند باز و بسته شدن شیر اصطکاک بین سطح آب‌بندی شده کم بوده، در نتیجه فرسایش و ساییدگی به حداقل می‌رسد. فرآیند عملکرد این شیر بهینه است. ساختار شیر کروی در مقایسه با شیر کشویی، مستقیم بوده و تعمیر و نگهداری آن آسان‌تر است.

این شیر متداول‌ترین نوع شیرآلات صنعتی در صنایع مختلف می‌باشد.

شیر کروی Y Type

اِستم شیر و مسیر جریان شیر کروی Y Type زاویه مشخصی را تشکیل می‌دهند، همچنین سطح آب‌بندی شده نشیمنگاه و مسیر جریان ورودی و خروجی شیر نیز زاویه مشخصی دارد. بدنه شیر می‌تواند به صورت یک تکه یا دو تکه ساخته شود. در شیر کروی Y با بدنه دو تکه، نشیمنگاه شیر بین این دو قسمت بدنه قرار می‌گیرد که تعمیر و نگهداری آن آسان می‌باشد.

این شیر جهت جریان را تغییر نمی‌دهد و کمترین میزان مقاومت در برابر جریان را در بین شیرهای کروی دارد. می‌توان سطح آب‌بندی نشیمنگاه و دیسک شیر را برای مقاومت در برابر فرسایش و خوردگی جوش داد. استفاده از این شیر برای خطوط تولید لوله آلومینا و همچنین خطوط لوله‌ای که دارای سیال حاوی جامدات می‌باشند، مناسب است.

شیر کروی زاویه ای

یکی از مزایای شیر کروی زاویه ای این است که می‌توان آن را با زاویه 90 درجه نسبت به سیستم خطوط لوله نصب کرد و این ویژگی باعث صرفه‌جویی در استفاده از زانویی 90 درجه می‌شود. همچنین عملکرد این شیر ساده است.

این شیر برای استفاده در سیستم‌های تولید آمونیاک مصنوعی و سیستم‌های تبرید در کارخانه‌های کود شیمیایی مناسب می‌باشد.

شیر کروی Bellow

شیر کروی Bellow یا bellow seal با استفاده از جوشکاری رول اتوماتیک ساخته شده و دارای مانعی فلزی بین سیال و اتمسفر می‌باشد که باعث ایجاد نشتی صفر در ناحیه اِستم شیر می‌گردد. این شیر از ساختار bellows استفاده کرده و انتهای پایینی bellows استنلس استیل به اِستم شیر جوش داده شده تا از خوردگی اِستم توسط سیال فرآوری شده جلوگیری شود.

انتهای دیگر bellow مابین بدنه شیر و بونت نصب می‌شود و آب‌بندی استاتیک را شکل می‌دهد. در این شیر از طراحی آب‌بندی دوبل (Double seal) استفاده شده است. bellows به اِستم جوش داده شده تا عملکرد عملیاتی را به صورت پایدار حفظ نماید و از لرزش اِستم که با لرزش پلاگ شیر ایجاد می‌شود، جلوگیری گردد.

این شیر برای کاربری‌هایی مناسب می‌باشد که نیاز به خلاء دارند مانند: بخار، مواد قابل اشتعال، مواد منفجره، روغن حرارتی، مواد سمی و … .

شیر کروی پیستونی

آب‌بندی این شیر شعاعی است که توسط دو حلقه فنری آب‌بندی که بر روی پیستون قرار گرفته‌اند ایجاد می‌شود. این دو حلقه آب‌بندی فنری توسط یک طوق از هم جدا می‌شوند. باری که از طریق پیچ و مهره‌های بدنه شیر بر روی بونت قرار می‌گیرد، باعث می‌شود تا بونت حلقه آب‌بندی فنری دور پیستون را محکم فشرده کرده تا آب‌بندی به خوبی انجام گیرد.

بدنه شیر از جنس کربن استیل، پیستون از جنس استنلس استیل Cr13 و حلقه آب‌بندی از جنس گرافیت انعطاف‌پذیر می‌باشد که می‌توان از آن برای خطوط لوله آب، بخار و نفت استفاده کرد. اگر بدنه و پیستون از جنس استنلس استیل مقاوم در برابر اسید ساخته شده باشند و حلقه آب‌بندی از جنس PTFE باشد، می‌توان در کاربری‌های اسیدی و قلیایی و خورنده نیز از این شیر استفاده کرد.

از مزایای شیر کروی پیستونی آب‌بندی مطمئن، عمر طولانی و تعمیر و نگهداری آسان آن می‌باشد. از معایب آن نیز آرام باز و بسته شدنش می‌باشد. این نوع شیر در سیستم‌های ساختمانی شهری و خطوط لوله آب و بخار سیستم‌های گرمایش شهری استفاده می‌شود.

شیر کروی سوزنی

شیر کروی سوزنی برای کنترل دقیق جریان استفاده می‌شود. معمولاً دیسک و اِستم یکپارچه هستند. این شیر دارای یک سوزن با دقت بسیار بالاست که با نشیمنگاه شیر مطابقت دارد. علاوه بر این، رزوه‌های اِستم در این شیر نسبت به شیر کروی معمولی کوچکتر می‌باشد. در شرایط عادی، سایز حفره نشیمنگاه شیر کروی سوزنی کوچکتر از سایز لوله می‌باشد. بنابراین این شیر معمولاً همراه با لوله‌های با قطر اسمی کوچک استفاده می‌شود.

شیر کروی سه راهی

شیر کروی سه راهی دارای سه مسیر جریان است و می‌توان آن را به صورت چهار راهی نیز طراحی کرد. می‌توان این شیر را جایگزین اتصالات سه‌راهی یا سه شیر کروی معمولی در خط لوله کرد و از آن برای منحرف کردن، عبور دادن یا ترکیب کردن جریان استفاده کرد.

شیر کروی سه راهی دارای قابلیت آب‌بندی بسیار خوبی می‌باشد که طول عمر آن را زیاد کرده و مانع ایجاد نشتی می‌گردد. از این رو هزینه‌های تعمیر و نگهداری آن نیز کاهش خواهد یافت.

مزایای شیر کروی

• قابلیت خوب بسته شدن
• امکان کنترل جریان ( نیمه باز/بسته شدن)
• دارای حالت ضربه‌ای کوتاهتر در مقایسه با شیر کشویی
• ساخته شده با الگوهای tee، wye و زاویه‌ای که هر کدام قابلیت‌های منحصر به فرد خود را دارند.
• ماشین‌کاری آن و تعویض سطح نشیمنگاه‌ها آسان است
• دیسک به ساقه متصل نیست و شیر می‌تواند به عنوان شیر قطع کن و یا شیر یکطرفه مورد استفاده قرار بگیرد.

معایب شیر کروی

• افت فشار بیشتر در مقایسه با شیر کشویی
• باز کردن آن به نیروی محرکه بیشتر و یا عملگری بزرگتر نیاز دارد
• جریان نیمه باز/بسته در زیر نشیمنگاه و جریان خاموش بر روی نشیمنگاه

کاربرد شیر کروی

• سیستم‌های خنک کننده آب جایی که جریان باید تنظیم شود
• سیستم سوخت جایی که جریان تنظیم می‌شود و نشتی از اهمیت بالایی برخوردار است
• دریچه‌های درجه بالا و سیستم‌های تخلیه درجه پایین، که مساله نشتی و ایمنی در آن‌ها بسیار مهم است
• سیستم‌های تغذیه آب، خوراک شیمیایی، استخراج هوای کندانسور و سیستم‌های تخلیه استخراج
• دریچه بویلر و دِرَن، دریچه‌ها و دِرن‌های بخار اصلی، دِرن‌های هیتر
• آب‌بندی و تخلیه توربین
• سیستم روغن توربین