ما می‌توانیم جریان مایع یا جریان گاز را در یک فرایند صنعتی با کمک یک شیر کنترل کنیم. این کار از طریق روش‌های مختلفی مانند بستن، باز کردن، یا مسدود کردن مسیرهای گوناگون در یک سیستم لوله‌کشی انجام می‌شود. بنابراین این دستگاه می‌تواند جریان و فشار را در یک سیستم کنترل کند. این شیرها در یک سیستم لوله‌کشی صنعتی که مایعات، گازها، دوغاب‌ها، بخارات و غیره را انتقال می‌دهد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در بسیاری از صنایع، شیرها برای کنترل جریان، فشار و همچنین جهت حرکت سیال به کار می‌روند. یک شیر قادر است جریان سیال را در یک فرایند باز، بسته یا تنظیم کند. این شیرها شامل یک بخش متحرک هستند که می‌تواند یک یا چند مسیر را باز، بسته یا به‌طور جزئی مسدود کند. انواع گوناگونی از شیرهای صنعتی در بخش‌های گوناگون استفاده می‌شوند. در این نوشتار به توضیح کارکرد و انواع ولوها( شیرهای) صنعتی که دربردارنده ۱۹ نوع شیر زیر پرداخته می شود:
کارکرد انواع ولوها(شیرهای) صنعتی
این شیر با حرکت رفت و برگشتی دیسک یا پلاگ عمل می‌کند. دیسک یا پلاگ به سمت seat حرکت می‌کند یا از آن دور می‌شود و به این ترتیب جریان سیال را متوقف می‌کند یا اجازه عبور سیال را می‌دهد. دیسک یا پلاگ روی نشیمنگاه seat قرار می‌گیرد. seat شیر می‌تواند قابل جداسازی باشد. افت فشار در شیر کروی زیاد است.
این شیر می‌تواند به صورت دستی، با نیروی محرکه یا به‌طور خودکار عمل کند. شیرهای کروی در اندازه‌های ۱۲ میلی‌متر تا ۳۰۰ میلی‌متر موجود هستند و محدوده دما و فشار آن‌ها به ترتیب ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد و ۱۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است. جنس ساخت شیر کروی شامل فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، آهن چکش‌خوار، برنج و سایر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی می‌باشد.
شیر کروی یا گلوب ولو (Globe valve )
شیر دروازه‌ای با حرکت رفت و برگشتی دیسک در بدنه خود عمل می‌کند. این شیر می‌تواند دارای یک دیسک یا دو دیسک باشد. از آن برای عملیات قطع جریان استفاده می‌شود. در شیر دو دیسکی، عملکرد قطع جریان بهتر است.
شیر دروازه‌ای می‌تواند دارای ساقه بالارونده یا غیر بالارونده باشد. شیرهای دروازه‌ای در اندازه‌های مختلف از ۱۲ میلی‌متر تا ۳۰۰ میلی‌متر و حتی بزرگ‌تر موجود هستند. شیر دروازه‌ای سبک، اقتصادی و دارای افت فشار کم است. نوع شیر دروازه‌ای کانال‌دار (Conduit type) در صنایع فرآیند شیمیایی رایج است زیرا کنترل دقیق جریان را فراهم می‌کند.
شیر دروازه‌ای می‌تواند تا فشار ۲۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و دمای ۶۷۵ درجه سانتی‌گراد استفاده شود. جنس ساخت شیر دروازه‌ای شامل چدن، فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، آهن چکش‌خوار، برنز، آلیاژهای نیکل و غیره است. شیر دروازه‌ای با دیسک چرخان و اهرم محرک سریع نیز وجود دارد.
شیر دروازه‌ای یا گیت ولو (Gate valve)
شیر توپی دارای یک پلاگ کروی شکل است. پلاگ کروی عنصر کنترل‌کننده جریان است. این شیرها به‌طور گسترده در صنایع فرآیند شیمیایی استفاده می‌شوند. از آن‌ها در شرایطی استفاده می‌شود که نیاز به ترکیب خاتمه جریان و کنترل جزئی جریان (throttling) وجود دارد. این شیر ویژگی‌های جریان‌دهی خوبی ارائه می‌دهد.
شیر توپی از نوع دو راهه بوده و توپ بین seat الاستیک می‌چرخد. این شیر جمع‌وجور است، نیاز به نگهداری کمی دارد و نیازی به روانکاری ندارد. شیر توپی در الگوهای Venture، Reduced و Full port موجود است. با یک ربع چرخش توپ، شیر می‌تواند بسته یا باز شود. این شیر عملکرد خوبی برای کنترل جزئی جریان ارائه نمی‌دهد.
شیر توپی در اندازه‌های ۶ میلی‌متر تا ۹۰۰ میلی‌متر موجود است. می‌تواند برای فشارهای تا ۵۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و دما تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد استفاده شود.
نمونه شیر توپی full port در ادامه نشان داده شده است.
شیر توپی یا بال ولو (Ball valve)
در شیر پروانه‌ای، عنصر کنترل‌کننده یک دیسک است که به آن تیغه، باله یا فلیپر گفته می‌شود و این دیسک به‌صورت افقی یا عمودی می‌چرخد و اجازه عبور سیال را می‌دهد. شیر پروانه‌ای برای کنترل جزئی جریان (throttling) یا عملیات باز و بسته کردن جریان (on-off) با افت فشار کم مناسب است.
این شیر اقتصادی، نصب آن آسان است و از تجمع ذرات جامد جلوگیری می‌کند. شیر پروانه‌ای می‌تواند به صورت پیچی (screw type) یا وافر (wafer type) باشد. عملکرد آن می‌تواند دستی، با نیروی محرکه یا خودکار باشد. نمونه‌ای از شیر پروانه‌ای نوع آبی (Water type) نشان داده شده است.
شیر پروانه‌ای می‌تواند در عملیات خلأ یا فشارهای تا ۸۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع استفاده شود. این شیر در اندازه‌های ۵۰ میلی‌متر تا ۹۰۰ میلی‌متر موجود است. تیغه یا فلیپر شیر پروانه‌ای می‌تواند از لاستیک، نئوپرن، کلروسولفوناته پلی‌اتیلن و غیره ساخته شود.
شیر پروانه‌ای یا باترفلای ولو (Butterfly valve)
قسمت‌های اصلی یک شیر دیافراگمی شامل بدنه، کلاهک (bonnet) و یک دیافراگم انعطاف‌پذیر هستند. دیافراگم زمانی که شیر باز می‌شود به سمت بالا بلند می‌شود و هنگامی که بسته می‌شود، دیافراگم محکم به کف شیر فشرده می‌گردد. شیرهای دیافراگمی به دو نوع تقسیم می‌شوند:
در شیر دیافراگمی نوع سوپاپی (Weir) ، نیروی رانش نسبتاً کم و کورس بسته شدن کمتری مورد نیاز است. این ویژگی باعث افزایش طول عمر دیافراگم می‌شود. شیر دیافراگمی نوع سوپاپی (Weir) به طور معمول استفاده می‌شود.
شیر دیافراگمی نوع مستقیم‌گذر برای جابجایی دوغاب‌ها، مایعات ویسکوز و تعلیق‌های الیافی مناسب است. در برخی شیرهای دیافراگمی، دیافراگم به طور کامل از روی سوپاپ بلند نمی‌شود، بنابراین کنترل دقیق جریان‌های کوچک امکان‌پذیر می‌گردد. دیافراگم از جنس لاستیک، نئوپرن یا بونا ساخته می‌شود. این شیر در اندازه‌های ۳ میلی‌متر تا ۶۰۰ میلی‌متر در دسترس است. همچنین می‌تواند تا فشار ۲۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و دمای ۲۲۰۰ درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار گیرد.
جنس بدنه شیر دیافراگمی می‌تواند از چدن، فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی باشد.
شیر دیافراگمی (Diaphragm valve)
شیر پلاگ برای سرویس‌های قطع و وصل (On-Off) به کار می‌رود. این شیر قدیمی‌ترین نوع شیر است. قسمت‌های اصلی شیر شامل بدنه، پلاگ و درپوش می‌باشد. پلاگ می‌تواند به شکل استوانه‌ای یا مخروطی باشد. در پلاگ شکافی بریده شده است تا عبور سیال امکان‌پذیر شود. این شیر مسیر مستقیم ایجاد کرده و تنها با یک چهارم چرخش باز یا بسته می‌شود.
شیر پلاگ می‌تواند با یک یا چند مجرا ساخته شود تا مسیر جریان تغییر کند. این نوع شیر می‌تواند از نوع روانکاری‌شونده یا بدون روانکاری باشد.
شیرهای پلاگ دارای مزایایی همچون عملکرد سریع، سهولت در بهره‌برداری، نیاز به حداقل فضا برای نصب، وزن سبک و ظرفیت بالا هستند. این شیرها می‌توانند برای انتقال دوغاب‌ها و جابجایی خمیر (pulp) استفاده شوند. شیرهایی با پلاگ کروی برای عملیات کنترل فرآیند اتوماسیون صنعتی بسیار مفید هستند.
شیر پلاگ می‌تواند از جنس چدن، فولاد ضدزنگ، مس، آلیاژها، آلیاژهای نیکل و دیگر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی ساخته شود. یک شیر پلاگ مخروطی بدون روانکاری در تصویر نشان داده شده است.
شیر پلاگی یا پلاگ ولو(Plug valve)
شیر پلاگ روانکاری‌شونده در صنعت نفت استفاده می‌شود، در حالی‌که شیر بدون روانکاری در مواردی که باید از آلودگی جلوگیری شود، ترجیح داده می‌شود. شیرهای پلاگ در اندازه‌هایی از ۶ میلی‌متر تا حداکثر ۷۵۰ میلی‌متر موجود هستند.
شیر پلاگ روانکاری‌شونده می‌تواند دارای رده فشار بالا تا ۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و رده دمایی تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد. یک شیر تک‌مجرا با سامانه روانکاری در تصویر نشان داده شده است.
شیر سوزنی دارای یک پلاگ است. این پلاگ مخروطی بوده و به‌طور دقیق بر روی نشیمنگاه یا سیت(Seat) قرار می‌گیرد. نرخ جریان توسط فضای حلقوی بین بدنه مخروطی پلاگ و نشیمنگاه تنظیم می‌شود. این شیر برای جریان‌های کوچک و دقیق به کار می‌رود.
اندازه این شیر از ۳ میلی‌متر تا ۲۵ میلی‌متر متغیر بوده و می‌تواند در محدوده دمایی و فشاری تا ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد و ۶۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع به ترتیب مورد استفاده قرار گیرد.
شیرهای سوزنی برای کنترل هوای محرک یا سیال هیدرولیکی، و همچنین برای کاهش نوسانات فشار استفاده می‌شوند. جنس بدنه شیر سوزنی می‌تواند از برنز، برنج، فولاد ضدزنگ و غیره باشد.
شیر سوزنی یا نیدل ولو(Needle valve)
این شیر مشابه شیر کروی (Globe valve) است. در شیر زاویه‌ای، ورودی و خروجی نسبت به هم در زاویه ۹۰ درجه قرار دارند. محور ساقه (Stem) در امتداد یکی از ورودی‌ها یا خروجی‌هاست.
شیر زاویه‌ای افت فشار کمتری ایجاد کرده و به اتصالات لوله‌کشی کمتری در سیستم پایپینگ نیاز دارد. این نوع شیر می‌تواند برای سیالات خورنده استفاده شود. شیر زاویه‌ای می‌تواند دارای بدنه یک‌تکه یا بدنه دو‌تکه (Split body) باشد.
شیر زاویه‌ای یا انگل ولو(Angle valve)
این شیر می‌تواند برای عملیات قطع و وصل (On-Off) و نیز برای تنظیم جریان (Throttling) به کار رود. شیر پینچ دارای یک بوش (Sleeve) است که قابل تعویض می‌باشد. این شیر هزینه نگهداری پایین، افت فشار کم و هزینه اولیه کمی دارد. همچنین می‌تواند برای انتقال دوغاب‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
مکانیزم عملکرد شیر پینچ به طور کامل از سیال جداست. این ویژگی مشکلات خوردگی و آلودگی را برطرف می‌سازد.
بوش‌ها می‌توانند از جنس لاستیک یا پلاستیک ساخته شوند. شیر پینچ می‌تواند برای فشارهایی تا ۲۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و دماهایی تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد طراحی شود. با این حال، شیر پینچ برای عملیات در شرایط خلأ مناسب نیست.
شیر پینچ یا پینچ ولو(Pinch valve)
این شیر برای کنترل جریان کم‌فشار گازها، مایعات، سوسپانسیون‌ها و جامدات سیال‌شده استفاده می‌شود. در این شیر، دو seat یا نشیمنگاه موازی در بدنه قرار دارد که دیسک بین آن‌ها حرکت می‌کند. دیسک مانند یک دروازه (Gate) عمل می‌کند. افت فشار ایجادشده توسط شیر کشویی بسیار کم است.
این شیر در اندازه‌هایی از ۵۰ میلی‌متر تا حداکثر ۱۵۰۰ میلی‌متر موجود است. همچنین می‌تواند برای فشارهایی تا ۲۵ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و دماهایی تا ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار گیرد.
شیر کشویی یا اسلاید ولو(Slide valve)
این شیر کاربرد گسترده‌ای در صنایع فرآیندی برای تخلیه مواد از مخازن دارد. اندازه آن از ۲۵ میلی‌متر تا ۱۵۰ میلی‌متر موجود است. همچنین می‌تواند برای تخلیه مواد جامد خشک از سیلوها (Bins) مورد استفاده قرار گیرد.
شیر تخلیه کف یا فلش باتن ولو(Flush bottom valve)
این شیر یک شیر کنترلی است. سلونوئید بر روی ساقه لغزشی (Sliding stem) شیرهای کروی قطع و وصل (On-Off globe valves) اعمال می‌شود.
شیر سلونوئیدی برای نیازهای سرویس قطع اضطراری (Emergency shut off) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیر در اندازه‌هایی از ۱ میلی‌متر تا ۱۰۰ میلی‌متر موجود است. همچنین می‌تواند از شرایط خلأ مطلق تا فشارهای بسیار بالا در محدوده ۶۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و دماهایی از °C ۲۵۰- تا °C ۸۰۰ مورد استفاده قرار گیرد.
جنس بدنه شیر سلونوئیدی می‌تواند از چدن، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، پلاستیک، برنج و غیره ساخته شود. شیرهای سلونوئیدی کاربرد گسترده‌ای در عملیات برودتی (Cryogenic operations) دارند.
شیر سلونوئیدی یا سلونوئید ولو(Solenoid valve)
شیر کنترل برای سیستم‌های کنترل فرآیند اتوماسیون ضروری است. این شیر می‌تواند برای کنترل سطح، نرخ جریان، دما، فشار و غیره به کار رود. انتخاب شیر کنترل وابسته به مکانیزم عملکرد، شرایط فرآیند و نیازهای خاص است. شیر کنترل می‌تواند دستی یا با نیروی محرکه برقی یا پنوماتییکی(Power operated) باشد.
قسمت‌های اصلی شیر کنترل شامل محرک (Actuator) و بدنه است. سیگنال‌های فرآیند توسط محرک دریافت شده و مطابق آن شیر باز یا بسته می‌شود. شیرهای کنترل می‌توانند از نوع شیر کروی بالانس‌شده تک‌پلاگ، شیر کروی بالانس‌شده دوپلاگ، یا با طراحی دیافراگمی یا پروانه‌ای باشند. شیرهای تک‌پلاگ عملکرد آب‌بندی بهتری دارند. محرک‌های دیافراگمی پنوماتیک و فنری رایج‌ترین نوع هستند.
شیر کنترل می‌تواند در اندازه‌های ۳ میلی‌متر تا ۵۰۰ میلی‌متر ساخته شود و برای فشارهایی تا ۴۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و دماهایی بین °C ۲۵۰- تا °C ۸۰۰ استفاده شود. جنس بدنه شیر کنترل می‌تواند از چدن، فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، مونل، آلیاژهای نیکل، هستلوی و حتی پلاستیک باشد. شیرهای کنترلی بیشتر از نوع گلوب واو هستند.
شیر کنترلی یا کنترل ولو(Control valve)
در شیر تنظیم‌کننده جریان، نرخ جریان ثابت حفظ می‌شود، بدون توجه به تغییرات فشار در خط. هرگاه فشار در هر طرف جریان تغییر کند، دیافراگم شیر را که با فنر عمل می‌کند تحریک می‌کند. شیر فنردار باز یا بسته شده و جریان را در نرخ ثابت نگه می‌دارد.
شیر تنظیم جریان (Flow regulating valve)
این شیر دارای دیسک یا پیستون فنردار است. هرگاه فشار سیستم از فشاری که فنر اعمال می‌کند بیشتر شود، دیسک یا پیستون بلند شده و شیر باز می‌شود. یک دیافراگم فشار سیستم را به دیسک یا پیستون منتقل می‌کند. طراحی آن مشابه شیر اطمینان (Relief valve) است.
شیر تنظیم فشار برگشتی (Back pressure regulating valve)
در این شیر، مجرای عبور (Orifice) تقریباً با زاویه ۴۲ درجه نسبت به مسیر جریان قرار دارد. شیر نوع Y افت فشار کم و شرایط خوبی برای تنظیم جریان (Throttling) فراهم می‌کند.
شیر نوع Y (Y-type valve)
شیر پیستونی (Piston valve)
شیر تنظیم فشار (Pressure regulating valve)
سه نوع شیر یکطرفه وجود دارد:
این شیر برای جلوگیری از برگشت جریان استفاده می‌شود. فشار سیال شیر را باز نگه می‌دارد و بسته شدن آن یا توسط فشار برگشتی سیال و یا توسط وزن مکانیزم شیر یکطرفه انجام می‌شود.
شیر یکطرفه لولایی(Swing check valve)
در شیر یکطرفه بالارونده(In lift check valve)
شیر یکطرفه پیستونی(Piston check valve)
تا به حال همه ما با عملکرد شیرها آشنا شده‌ایم، اکنون بیایید بفهمیم که روش‌های باز و بسته کردن یک شیر چه هستند؛ این روش‌ها عملکرد شیر را تحت تأثیر قرار نمی‌دهند، اما از طرف دیگر میزان کنترل شما بر جریان و سرعت عملکرد شیر را تعیین می‌کنند.
اکثر شیرها در دسته‌بندی‌های زیر قرار می‌گیرند:
این شیرها شبیه پیچ یا پیستون عمل می‌کنند. دسته را می‌چرخانید و پلاگ، صفحه، غشا یا سایر موانع کنترلی که در مسیر لوله قرار دارند، حرکت کرده و دسترسی را مسدود می‌کنند. همچنین این موضوع به شیر بستگی دارد که می‌تواند اختلاف فشار بالاتر یا پایین‌تری داشته باشد و به شما اجازه دهد آن‌ها را با سرعت‌های متفاوت باز یا بسته کنید.
شیرهای یک چهارم دور نوعی شیر هستند که حرکت کامل آن‌ها با چرخش ۹۰ درجه‌ای دسته انجام می‌شود. این ویژگی آن‌ها را برای موقعیت‌هایی که دقت به اندازه سرعت عمل سریع و باز و بسته کردن آسان مهم نیست، ایده‌آل می‌سازد.
حرکت مکانیکی بالا شامل شیرهایی است که به عنوان روش عمل‌گرایی (Actuation) نیز در نظر گرفته می‌شود. همچنین در اکثر موارد، شیرها در یکی از این دسته‌ها قرار می‌گیرند.
همان‌طور که از نامشان پیداست، این شیرها عمدتاً با دست تنظیم می‌شوند. این شیرها از چرخ‌های دستی، دسته‌های دستی، چرخ‌دنده‌ها یا زنجیرها برای عمل‌گرایی استفاده می‌کنند.
این نوع شیرها معمولاً به موتورهای الکتریکی، سیستم‌های هوایی یا پنوماتیک، سیستم‌های هیدرولیکی یا سلونوئیدها متصل هستند. این شیرها اجازه کنترل از راه دور و اتوماسیون را برای کاربردهای دقیق یا در مقیاس بزرگ فراهم می‌کنند.
این دسته از شیرها تنها زمانی فعال می‌شوند که شرایط جریان خاصی برقرار شود. برای مثال، شامل شیرهای یکطرفه (Check valves) است که در هنگام جریان برگشتی بسته می‌شوند یا شیرهای تخلیه فشار (Pressure release valves) که هرگاه شرایط فشار بیش از حد تشخیص داده شود، فعال می‌شوند.
