معرفی شیر کروی، ساختار داخلی و انواع آن

شیر کروی (گلوب ولو) چیست؟

شیر کروی یا گلوب ولو که به آن شیر بشقابی نیز گفته می شود، یکی از پرکاربرد ترین انواع شیرآلات صنعتی بوده که دارای استاندارد های BS 1868 ،BS 1873 و ASME B16.34 بوده و به واسطه نوع خاص طراحی، برای کنترل جریان و فشار سیال در سیستم ها و صنایع از آنها استفاده می شود. از مزیت های شیر بشقابی، متناسب بودن فشار سیال با تعداد دور دسته شیر می باشد.

مشخصات فنی شیر کروی یا بشقابی

دلیل اینگونه نامگذاری شیر کروی یا گلوب ولو، شکل ظاهری بدنه کروی (Globe) آن می باشد. در این شیر عامل مسدود کننده به دو صورت قرار می گیرد، در حالت اول در راستای عمودی حرکت می کند که باعث افت فشار زیادی می شود، در حالت دوم حرکت به صورت زاویه ای می باشد که افت فشار کمتری دارد. جهت جریان ورودی به شیر یکی از عوامل مهمی است که در شیر های کروی باید مورد بررسی قرار بگیرد، در شرایطی که احتمال جدا شدن قطعه ای از محور و دیسک وجود دارد، جریان از زیر دیسک وارد می شود.

اما اگر از این نوع شیرآلات برای قطع و وصل جریان و آببندی کامل مورد استفاده قرار بگیرد، جریان باید از بالای دیسک وارد شود که در این شرایط فشار خود سیال باعث آب بندی هر چه بیشتر شیر می شود. به عبارت دیگر شیرهای گلوب را می توان در دو جهت (رفت و برگشت) جریان استفاده کرد، در این شیرها آب بندی هر دو طرف شیر یکسان و مطمئن است.

اجزاء تشکیل دهنده شیرهای کروی

    عملگر یا محرک (Hand wheel)

        از انواع کنترل جهت باز/ بستن شیر، که به گونه ای طراحی شده است که امکان عملکرد آسان شیر را فراهم می کند. انواع دیگری از کنترل (محرک) موجود است و در برخی سیستم ها برای عملکرد بهتر در کنترل کردن جریان ضروری است، به عنوان مثال: چرخ زنجیری، اپراتور دنده ای، محرک الکتریکی، محرک الکترو هیدرولیک یا محرک پنوماتیک.

    بوش یا آستین یوک (Yoke Sleeve)

        جهت محافظت از سوپاپ (میله) در حین انجام کار طراحی شده است.

        مجموعه بوش یوک، در بلبرینگ ها نصب می شود. معمولاً از آلیاژ آلومینیوم ریخته گری و برنز ساخته می شود، که مقاومت بالا در برابر سایش و همچنین نقطه ذوب بالایی دارد.

    یوک (Yoke)

        یوک با ساختار سفت و سخت، جداگانه برای مقاومت در برابر رانش محرک طراحی شده است. محفظه های بزرگ، امکان دسترسی و تهویه آسان فضای بسته بندی را فراهم می کند. یوک توسط یک حلقه گیره دو تکه و چهار پیچ گیره به بدنه متصل می شود. این اتصال بسیار محکم است و امکان نگهداری آسان در محل را فراهم می کند.

        قسمت بالایی یوک برای قرار دادن بوش یا آستین یوک ماشینکاری شده است. یوغ معمولاً بدون توجه به فولاد کربنی به شیوهء ریخته گری ساخته می شود.

    درپوش (Bonnet)

        درپوش معمولا از مواد مشابه بدنه ساخته می شود، و به گونه ای طراحی شده که ضخامت دیواره همیشه بیشتر از نیاز استاندارد API 600 باشد.

        یک بوش صندلی عقب در داخل حفره پایینی درپوش تعبیه شده است تا هنگامی که سوپاپ کاملا باز است، بسته شود. از این رو به شیر اجازه می دهد در حین کار دوباره آب بندی شود.

        درپوش دارای یک جعبه پرکننده عمیق است که حلقه های آب بندی در آن قرار می گیرند.

    ساقه (Stem)

        ساقه ساخته شده از فولاد ضد زنگ و ماشین کاری شده از میله های جامد است. ساقه تکه تکه بدون چرخش توسط یک حلقه یاتاقان سر گرد به دیسک متصل می شود، و یک نگهدارنده ساقه و مهره دیسکی، یکپارچگی کیت را تضمین می کند.

        یک شانه مخروطی نیز برای اطمینان از آب بندی موثر و محکم، در پشت صندلی ارائه شده است. که اجازه می دهد جعبه پرکننده با دریچه در حال سرویس جایگزین شود. ابعاد ساقه مطابق با استاندارد API 600 است. در ماشینکاری ساقه، سطح اصطکاک کم و مقاومت در برابر خوردگی بالاتری وجود دارد.

    بدنه (Body)

        بدنه طراحی شده است تا تمام الزامات استاندارد های ASME ،API و BS را برآورده کند. بدنه در هر دو فولاد ریخته گری و فورج شده موجود است و تولید می شود.

        اتصال درپوش بدنه، توسط یک واشر آب بند فشاری ایجاد می شود. شرایط پیش تنش آن با استفاده از پیچ و مهره های پیچ شده به فلنج درپوش به دست می آید.

        انتها معمولا جوش لب به لب هستند، اگرچه در صورت سفارش می توان آنها را نیز فلنجی کرد.

        همه بدنه‌ها دارای بای پاس‌های ریخته‌ گری یکپارچه هستند که مطابق با استاندارد ASME B16.34 قرار گرفته و اندازه ‌گیری شده‌اند، که امکان ارائه اتصالات تخلیه را در صورت درخواست فراهم می‌کند.

    دیسک (Disk)

        دیسک ها ساخته شده از فولاد ضد زنگ فورج هستند.

        دیسک از نوع چرخشی است که اجازه دارد آزادانه روی ساقه بچرخد. معمولا از نوع شل و پلاگ است، اگرچه می تواند به شکل توپی، سوزنی باشد. صورت تماسی با ضخامت حداقل (2 میلیمتر) پوشیده شده است.

        ترکیب دیسک پایه را می توان با عملکرد Stop Check سازگار کرد.

    حلقه صندلی (Seat Ring)

        عرضه شده در فولاد ضد زنگ آهنگری، با سخت‌افزارضخامت حداقل (2 میلیمتر)

        حلقه صندلی قابل تجدید است و معمولاً به بدنه جوش داده می شود.

        سطح تماس آب بندی، برای یک آب بندی محکم کامل پوشیده شده است. تفاوت سختی کنترل شده بین دیسک و حلقه صندلی، همانطور که توسط استانداردAPI 600 نیاز است، حفظ می شود.

        برخلاف سیستم های بسته شدن درپوش بدنه پیچ و مهره ای، سیستم رزوه ای و جوشی از یک طرح آب بندی دوتایی تشکیل شده است، ابتدا با رزوه کشی یوک درپوش به بدنه، و دوم با آب بندی آن توسط یک درز جوش.

        آزمایشات غیر مخرب لازم برای اطمینان از آب بندی کامل انجام می شود.

        در صورت تقاضا، یک واشر آب بندی نیز می تواند بین بدنه و درپوش قرار گیرد.

        طرح رزوه ای و جوشی عمدتا در شیرهای فورجی کوچک تا 2 اینچ و برای درجه بندی فشار بالا از کلاس ASME 900 تا 4500 استفاده می شود.

شیر کروی از آن دسته شیرهای خطی می باشد که مجرابند آن به شکل یک دیسک است و قسمت انتهایی آن به شکل کروی یا مخروطی ساخته می شود و با قرارگیری روی یک حلقه نشیمن مسیر را باز، بسته یا به میزان معینی کنترل می کند. یعنی علاوه بر باز و بست کامل، قادر به تنظیم دبی جریان عبوری نیز می باشد و به همین دلیل در خطوط عبور سیال در کنار شیرهای کنترلی (Control Valve) به صورت سری، استفاده می شوند.

همچنین در صنایع مختلف به همراه یک محرک پنوماتیکی یا الکتریکی به کار برده می شوند. معمولا این شیر به صورت Metal Seat به کار می رود. بدین معنی که دیسک و نشیمن آن از فلز ساخته می شوند. ولی در برخی موارد آن را به صورت Soft Seat نیز تولید می کنند که استفاده محدودتری دارند.

بدنه شیر کروی یا بشقابی (Body Globe Valve)

بدنه شیر کروی یا شیر بشقابی با توجه به نوع سیال، فشار کاری و درجه حرارت از جنس های مختلفی مانند چدن نشکن، فولادی، استیل و ترکیب آلومنیوم برنز تولید می شود. از شیر کروی چدنی برای سیالات آب تا دمای 80 در جه سانتی گراد، از شیر کروی فولادی در تاسیسات بخار، صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، از شیر کروی استیل برای سیالات اسیدی و در محیط های مرطوب و از شیر کروی آلومینیوم برنز برای سیالات آب شور استفاده می شوند. بدنه شیر کروی یا شیر بشقابی به دو روش ریخته گری و فورج و با کانشکن اتصال شیر کروی فلنجی، جوشی، رزوه ای تولید می شود.

انواع شیر کروی (انواع شیر بشقابی)

شیر کروی z شکل (Z-Body Type Globe Valve)

ورود و خروج سیال به شیر کروی Z شکل به گونه ای می باشد که سیال 180 درجه چرخش دارد. هنگام ورود سیال به انحنای اول تا دیسک 90 درجه چرخش و هنگام عبور از دیسک و انحنای دوم 90 درجه چرخش دیگر دارد و سپس خارج می شود. لازم به ذکر است با توجه به چرخش 180 درجه ای، سیال افت فشار زیادی را متحمل می شود که برای خطوط بای پس دار و شرایطی که فشار مورد اهمیت نباشد، مناسب است. توصیه می شود برای خطوطی که شیر به طور مداوم باز است، به دلیل افت فشار از شیر کروی Z شکل استفاده نشود. در برخی از استاندارد های موجود به این شیر ها در شکل پایه یا اصلی (Basic) شیر های کروی گفته می شود که در زیر نمونه ای از این شیر ها ارائه شده است.

شیر کروی y شکل (Y-Body Type Globe Valve)

شیر کروی Y شکل که در آنها استم و دیسک نسبت به نشیمنگاه تقریبا 45 درجه زاویه دارد. از مزیت های این شیر، ضریب جریان بالا و همچنین افت فشار کم می باشد، که سیال با زاویه کمتری نسبت به شیر کروی Z شکل وارد شود و به همین نسبت با چرخش کمتری سیال خروج می کند، که این امر افت فشار کمتری نسبت به حالت قبلی دارد.

به همین دلیل پیشنهاد می شود در خطوط پایپینگ که نیاز به باز بودن مداوم شیر است، از شیر کروی (شیر بشقابی) Y شکل استفاده شود. از مزایای این نوع شیر ها این است که می توان در خطوط تخلیه (Drain) که عموما شیرآلات آنها به صورت بسته است، استفاده کرد. زیرا ساختار آنها به گونه ای است که در صورت تشکیل رسوب عملیات تمیز کاری آن به راحتی انجام می شود.

شیر کروی زاویه ای یا شیر بشقابی 90 درجه (Angle Pattern Globe Valve)

در سیستم های پایپینگی که باید در خط تغییر جهت اعمال شود می توان به جای یک زانویی و شیر از یک شیر کروی یا شیر بشقابی 90 درجه استفاده کرد. از مزایای استفاده از این نوع شیرآلات می توان به مقاومت پایین آنها در برابر عبور جریان و همچنین حذف اتصالات اضافی در سیستم خط لوله اشاره کرد. معمولا از زاویه 90 درجه برای سیالاتی که ذرات معلق ندارند و به عنوان سیال تمیز شناخته می شوند، استفاده کنند.

به دلیل شکل بدنه و کانال جریان پیچیده ای که شیر کروی یا شیر بشقابی دارد، جریان سیال در حین عبور از آن چند بار تغییر جهت می دهد. همین امر باعث افت ناگهانی فشار، ایجاد صدای ناهنجار، لرزش، کاویتاسیون، فلشینگ، جریان خفه یا آشفتگی جریان در سیال می شود که همگی از مشکلات متداول در شبکه ها، مخصوصا در رابطه با سیالات مایع می باشند.

برای کم کردن این مشکلات از انواع دیگر بدنه در این شیرها استفاده می گردد، مانند نوع مایل یا Y-Type. نوع دیگری از بدنه که هم برای کم کردن مشکلات فوق به کار می رود و هم برای ایجاد تغییر جهت در مسیر جریان، نوع زاویه دار (Angle Pattern) می باشد که از لحاظ ساختار قطعات آب بندی شباهت زیادی به هم دارند.