شیرهای توپی (ball valve) از انواع شیرهای دوار هستند که در مقاله قبل که در مورد انواع شیرها (Valves) در پایپینگ صحبت کردیم، در مورد آن توضیحات مختصری خدمت شما دادیم. در این مقاله با این نوع شیر، انواع شیرهای توپی، نحوه عملکرد هرکدام و مزایا و معایب شیرهای توپی آشنا خواهیم شد. همچنین تصاویر و ویدئو هایی نیز از شیرهای توپی برای شما در نظر گرفتیم تا به یادگیری این بحث کمک بیشتری بکند.
فهرست مطالب
انواع شیرهای توپی(Ball Valve)
شیر توپی، یک شیر چرخشی با بازه گردش یک چهارم چرخش است که از یک دیسک توپی شکل برای توقف یا شروع جریان استفاده می کند. این شیر از بسیاری از جهات شبیه یک شیر برقی است. هنگامی که قسمت باز توپ درون شیر در مسیر جریان باشد، جریان را امکان پذیر می کند. در حالی که وقتی شیر را ۹۰ درجه بچرخانید، قسمت توپی شیر جریان را متوقف می کند.
اکثر شیرهای توپی از نوع سریع الاثر هستند که برای کارکردن شیر نیاز به چرخش ۹۰ درجه ای دسته سوپاپ دارد. اما در مورد شیر سایز بزرگ که نیاز به نیروی قابل توجهی برای باز یا بستن شیر دارد، از محرک دنده ای استفاده می شود. با این ترتیب، یک چرخ دستی کوچک برای راه اندازی یک شیر نسبتا بزرگ کافی است.
در این مقاله به انواع زیر از شیرهای توپی که در پایپینگ استفاده می شوند پرداخته ایم.
- شناور
- Trunnion
- ۳ راه
- ورودی بالا
- ورودی جانبی یا بدنه تقسیم شده
- شیر توپی با بدنه سه تکه
شیر توپی شناور (Floating ball valve)
در یک شیر توپی شناور، توپ با فشردگی دو نشیمنگاه الاستومری در موقعیت خود قرار می گیرد. توپ آزاد است تا در داخل بدنه سوپاپ شناور شود. قسمت هایلایت شده را در تصویر ببینید و به یاد داشته باشید که وقتی در مورد شیر Trunnion به شما توضیح می دهیم تفاوت را خواهید دید.
ساقه به یک شکاف در بالای توپ متصل است که به توپ اجازه می دهد یک چهارم دور (۹۰ درجه) بچرخد. شفت اجازه مقدار معینی از حرکت جانبی را به توپ میدهد که از فشار بالادستی که روی توپ ایجاد می شود حاصل میشود. این حرکت جانبی کوچک، در واقع، باری را روی توپ ایجاد میکند که آن را بر روی نشیمنگاه پایین دست فشار میدهد که نشتی شیر را کمتر میکند. این نوع طراحی سوپاپ قابلیت قطع دو طرفه را دارد. هنگامی که فشار بالادست بالا باشد، عملکرد شیر شناور بسیار دشوار است. در زیر ویدئویی از نحوه عملکرد شیر توپی شناور میبینید.
شیر توپی Trunnion
شیر Trunnion راه حلی برای مشکل گشتاور بیش از حد مورد نیاز یک شیر توپی شناور در سرویس فشار بالا است. یک شفت کوتاه که به عنوان یک اکستنشن شناخته می شود در در بدنه قرار داده شده است. این را در تصویر می بینید. در این طرح ساقه و توپ به صورت تک واحدی کار می کنند. توپ توسط دو صندلی شناور یا فنری که در تماس دائمی با توپ هستند پشتیبانی می شود.
طراحی توپ Trunnion به گشتاور عملیاتی کمتری نیاز داشت. از این رو، اندازه محرک و هزینه های کلی شیر را کاهش می دهد. این تفاوت هزینه زمانی که کلاس فشار و اندازه شیر افزایش می‌یابد به یک عامل مهم تبدیل میشود. برای مشاهده انیمیشن این نوع شیر، ویدیوی زیر را مشاهده کنید.
شیر توپی ۳ طرفه (Three Way Ball Valve)
بسته به نیاز خود می توانید دریچه شیر را به سه طریق تنظیم کنید:
- یک ورودی و دو خروجی
- یک ورودی و یک خروجی با انحراف جریان
- سیال را مستقیماً بدون ورودی عبور دهید
سه الگو وجود دارد. شیرهای با پورت ونتوری، پورت کامل و پورت کاهش یافته. شیر توپی تمام پورت دارای قطر داخلی برابر با قطر داخلی لوله است. این طراحی اجازه عملیات Pigging را میدهد که برای تمیز کاری لوله ها انجام میشود. در انواع ونتوری و پورت کاهش یافته، درگاه معمولاً یک اندازه لوله کوچکتر از اندازه خط است.
دیسک نوع توپ می تواند به صورت شناور آزاد و یا ثابت در بدنه شیر تعبیه شود. یک شیر شناور آزاد به عنوان یک نوع شیر توپی شناور شناخته می شود در حالی که یک شیر نوع ثابت به عنوان یک دریچه نصب شده با تراننیون شناخته می شود.
انواع شیرهای توپی بر اساس ساختار بدنه
شیرهای توپی در آرایش های مختلف بدنه تولید می شوند. بر این اساس این شیرها را می توان به روش های زیر طبقه بندی کرد:
- ورودی بالا (Top entry)
- ورودی جانبی یا بدنه تقسیم شده (Side entry or split body)
- بدنه سه تکه (Three-piece body)
- برای خدمات فشار و دمای بسیار بالا از بدنه کامل جوش داده شده (full welded body) نیز استفاده می شود
شیر توپی با ورودی بالا (Top entry ball valve)
همانطور که در تصویر زیر می بینید، برداشتن پوشش کاپوت شیرهای با ورودی بالا، امکان دسترسی به قطعات داخلی شیر برای مونتاژ، جداسازی، تعمیر یا نگهداری را بدون برداشتن شیر از خط لوله فراهم می کند. این مورد یکی از مزایای قابل توجه این نوع شیر میباشد.
شیر توپی با ورودی جانبی یا بدنه تقسیم شده (Side entry or split body)
در این مدل، بدنه شیر به دو یا سه قسمت تقسیم می شود. یک توپ، حلقه های نشیمنگاه، ساقه و سایر اجزای داخلی، درون قسمت بزرگتر بدنه قرار می گیرند و با پیچ و مهره با قسمت های کوچکتر به هم متصل می شوند.
برای درک بهتر موضوع، برای مشاهده شیر دو تکه، به تصویر شیر توپی شناور مراجعه کنید. برای شیر نوع سه تکه نیز تصویر زیر را مشاهده کنید.
اجزای شیر توپی (Ball valve)
اجزای اصلی شیر عبارتند از بدنه، توپ کروی، ساقه یا میله متصل به توپ و نشیمنگاه. نشیمنگاه شیر می تواند فلزی یا نرم باشد. این شیر بسته به تعداد دریچه های شیر و تعداد نشیمن گاه های سوپاپ ممکن است یک طرفه، دو طرفه یا چند طرفه باشد، مانند شیر پلاگین چند پورت. در زیر اجرای مختلف شیر توپی (Ball valve) را مشاهده میکنید.
کاربردهای شیر ball valve
- از این مدل شیر می توان در انواع مختلف فرآیندهای پروسس به عنوان یک شیر توقف (Stop valve) روشن و خاموش استفاده کرد که به صورت کاربری Shutoff نیز استفاده میشود. (Shutoff valve)
- می توان از آن در فرآیندهای هوا، گاز و بخار و همچنین فرآیندهای هیدروکربنی استفاده کرد.
- از شیرهای توپی فلزی می توان در کاربردهایی با فشار و دمای بالا استفاده کرد.
- به طور گسترده ای برای کاربرهای ابزار دقیق استفاده می شود.
مزایای شیرهای Ball valve
- سریع باز و بسته می شود که آب بندی قابل اطمینانی را در کاربردهایی با دما و فشار بالا فراهم می کند.
- این شیر کوچکتر و سبکتر از شیر دروازه ای (Gate Valve) با همان اندازه و درجه است.
- مدل های مختلف شیرهای توپی، باعث میشوند دست بازتری در انتخاب آنها داشته باشیم تا بتوانید شیری را انتخاب کنیم که متناسب با نیاز ما باشد.
- کاربری آسان و نگهداری مقرون به صرفه.
معایب شیرهای Ball valve
- نمی توان آن را در سرویس هایی که نیاز به خفانش یا Choking دارند استفاده کرد.
- در سیالات دوغابی یا سایر کاربردهای مشابه، ذرات معلق می توانند ته نشین شوند و در حفره های بدنه گیر کنند و باعث سایش، نشت یا خرابی شیر شوند.
- به دلیل باز و بسته شدن سریع، فشارهای موجی ممکن است ایجاد شود که می تواند به تجهیزات پایین دست آسیب برساند.
استاندارد شیرهای توپی
شیرهای توپی عمدتاً بر اساس استاندارد API 6D (مشخصات برای شیرهای خطوط لوله پایپینگ) و ANSI B16.34 (شیرهای فلنج‌دار، رزوه‌دار و جوشی) یا API 6A (مشخصات تجهیزات سرچاهی) ساخته میشوند. سایر استانداردهای مرتبط مانند ANSI B16.5 (انواع فلنج های لوله و اتصالات فلنجی)، ANSI B16.25 (جوشی Buttwelded)، ANSI B16.10 (ابعاد رو به رو و انتهایی شیرها) نیز برای طراحی استفاده میشوند.
همچنین شیرهای توپی برای برآوردن الزامات FIRE SAFE بر مبنای استاندارد های BS6755، API 6FA و API 607 طراحی میشوند.
آزمایش نهایی برای مطابقت با الزامات API 598 (بازرسی و آزمایش شیر) MSS-SP-61 (تست فشار شیرهای فولادی)، API 6D (مشخصات برای شیرهای خط لوله پایپینگ) یا API 6A (مشخصات تجهیزات سرچاهی) انجام می شود.
مواد عمدتاً بر اساس استانداردهای ASTM انتخاب می شوند. ولی هنگامی که سرویس سیال ترش داشته یاشبم باید مطابق با استاندارد NACE MR-01-75 (مواد فلزی مقاوم در برابر خوردگی سولفید برای تجهیزات میدان نفتی) انتخاب متریال صورت پذیرد.
در این مقاله در مورد انواع و اقسام شیرهای توپی (Ball valve)، نحوه کار آنها، مزایا و معایب و استانداردهای مورد استفاده در شیرآلات صحبت کردیم. در پست های بعدی در مورد انواع دیگر شیرها صحبت خواهیم کرد.
مقایسه شیرهای توپی و پلاگ (Plug Valve vs Ball Valve)
در ویدئو زیر میتوانید مقایسه شیرهای بال ولو و پلاگ ولو را مشاهده کنید.
منبع :
