ولو یا شیرآلات صنعتی چیست؟

ولو یا Valve، شیرآلات صنعتی ابزار کنترل، تنظیم و راه اندازی یا توقف سیالات درسیستم های پایپینگ هستند. شیرآلات با قطع یا وصل جریان گاز، مایع، دوغاب، بخار، مخلوط گاز و مایع یا هر نوع سیال دیگر در لوله ها یا تنظیم فشار، دبی و پارمترهای قابل کنترل حرکت سیال مانند: دما، تغییر مسیر حرکت، ایزولاسیون و محافظت از سیستم در شرایط بحرانی، مهم ترین نقش را در مدیریت سیالات در سیستم های پایپینگ یا لوله کشی ایفا می کنند.

اجزا شیر بر اساس تحمل فشار به دو دسته تقسیم می شوند :

انواع شیر

انواع متداول شیرآلات می توانند به صورت دستی یا خودکار کارکنند یا دارای اکچویتور باشند. اکچویتورهای ولوها می توانند برقی، پنوماتیک یا هیدرولیکی، یا ترکیبی باشند.

شیرها بسته به کاربردی که دارند از نظرهیدرولیک و پنوماتیک، جنس، عملکرد(وظایف)، مکانیزم حرکت المان مسدود کننده، منبع انرژی عملگر، اتصالات، نوع المان مسدود کننده، درجه بندی دما و فشار دسته بندی می شوند که در زیر هرکدام را بصورت تشریحی، توضیح می دهیم :

ولوهای هیدرولیک و پنوماتیک

شیر هیدرولیکی

کنترل جریان سیال مایع در سیستم پایپینگ می تواند با استفاده از شیرهای هیدرولیکی انجام شود . شیرهای هیدرولیک را براساس نوع عملکرد و نوع تحریک میتوان به شکل زیر تقسیم بندی کرد.

شیر پنوماتیک

در سیستم های پنوماتیک ، واحد کنترل کننده سیال، ولوهای پنوماتیک هستند. این شیرها با وارد کردن نیرو ، مسیر هوا را کنترل می کنند. در یک دسته بندی کلی شیرهای پنوماتیک در دو دسته قرار می گیرند :

آنچه کنترل می شود هوا یا گاز بی اثر است(سیستم کنترل کننده هر سیالی می تواند باشد)

آنچه کنترل می شود غیر از هواست (سیستم کنترل کننده هوا یا گاز است)(محرک پنوماتیکی)

شیرهای نوماتیک براساس نوع عملکرد، تعداد مسیرهای جریان، نحوه باز و بسته شدن ولو، تعداد پورت و نوع تحریک به شکل زیر دسته بندی می کنند:

سلنوئید ولو پنوماتیکی بر اساس اعداد حالت و تعداد پورت ورودی و خروجی ، نام گذاری میشود؛ برای مثال شیر 7/5 ( بصورت هفت به پنج خوانده می شود)، یعنی ولوی که پنج حالت و هفت پورت وردی و خروجی دارد.

انواع شیر از نظر جنس

یکی از مهم ترین و محوری ترین بخش های طراحی و ساخت یک ولو، انتخاب جنس یا ماده اجزا و قسمت های مختلف آن بخصوص بدنه می باشد. برای انتخاب متریال مناسب پارامترهای مختلف و استانداردهای متفاوتی را بایستی در نظر گرفت مانند ، تحمل دما، تحمل فشار، خواص رسانایی، اصطلاک سطح داخلی مجرا با سیال ، خواص خورندگی و فرسایشی، استرس خط و… . در جدول 1به جنس مناسب بر حسب رنج دمایی و درجدول2  .اشاره شده است ASTM و  ANSI Classبه جنس مناسب براساس دو استاندارد

برخی از مواد پرکاربرد در ساخت شیرآلات صنعتی به شرح زیر است:

فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، چدن، برنز، فولاد زنگ نزن،  چدن، داکتیل چدن، داکتیل با روکش نیکل، آلومینیوم، مس، برنج، سیلیکون برنز،آلومینیوم برنز، Monel ,Stellite ,Hastelloy شیشه، فولادهای خاص، غیر فلزات مانند PVC و PP

انواع شیر از نظر تحمل فشار

ضخامت دیواره هر ولو و جنس به کار رفته شده در ساخت ولو دو معیار تعیین کننده میزان تحمل فشار جریان سیال می باشد.

برای تعیین میزان تحمل فشار از دو استاندارد زیر استفاده می شود:

:ANSI B16.34

اگر فشار تحملی بر حسب PSI محاسبه گردد، نرخ دما و فشار تحملی مطابق این استاندارد در نظر گرفته می شود. به این ولوها اصطلاحا Class-rated گفته می شود.

:EN 1092-1

اگر فشار تحملی بر حسب BAR محاسبه گردد، نرخ دما و فشار تحملی مطابق این استاندارد در نظر گرفته می شود. به این ولوها اصطلاحا PN-RATED گفته می شود.

انواع شیر بر اساس سایز پورت

ولو پورت کامل: قطر دهانه اتصال شیر به لوله برابر قطر دهانه لوله است.

شیر پورت استاندارد: قطر دهانه اتصال شیر به لوله کمی کوچک تر از قطر دهانه لوله است.

ولو پورت ردیوس (کاهش یافته): مسیر جریان در شیر باریک تر از مسیر جریان در لوله است.

انواع شیر بر اساس مکانیزم حرکت المان مسدود کننده جریان:

تغییر وضعیت عملگر یا اکچویتور شیر بصورت دستی، با منبع انرژی یا خودکار، باعث حرکت ساقه یا المان مسدود کننده ( دیسک ، میله یا ماده انعطاف پذیر ) می شود.

این حرکت، امکان توقف، راه اندازی یا تنظیم جریان سیال را فراهم می کند.

با توجه به نحوه جابجایی دیسک میتوان انواع ولو را به دو گروه کلی زیر تقسیم کرد:

Valves linear یا شیر خطی

linear motion valve یا شیر با حرکت خطی برمبنای جابجایی المان مسدود کننده در یک مسیر مستقیم (عمود بر مسیر جریان سیال)  کار می کند. این جابجایی مستقیم یا خطی باعث توقف، راه اندازی یا تنظیم جریان سیال می شود. فعال سازی حرکت خطی المان مسدود کننده در این نوع شیر با جابجایی دورانی یا محوری عملگر صورت می گیرد.

به طور کلی، سرعت تغییر وضعیت جریان در شیرهای خطی نسبت به شیرهای دورانی کمتر است، اما از ثبات و دقت بیشتری بهره می برند.

شیرهای خطی با توجه به عملگر به دو دسته عملگر دورانی و عملگر محوری تقسیم میشوند.

شیرهای خطی با عملگر دورانی

معمولا از چرخش یک ساقه رزوه دار برای جابجایی المان مسدود کننده جریان استفاده می کنند. فلکه، یکی از انواع متداول عملگرهای مورد استفاده در این نوع شیر هاست. از انواع ولو با عملگر دورانی میتوان به موارد زیر اشاره کرد (از این شیرها در اغلب موارد به منظور کنترل جریان استفاده می شود).

شیر کشویی   gate valve

ولو کروی    globe valve

شیر دیافراگمی  diaphragm valve

ولو سوزنی Needle valve

شیر گلویی   pinch valve

شیرهای خطی با عملگر محوری

در شیرهای خطی با عملگر محوری، جابجایی المان مسدود کننده توسط نیروی پنوماتیکی یا الکترومغناطیسی در یک محور مشخص انجام می گیرد. سرعت عملگر در این ولو بیشتر از ولوهای دارای عملگر دورانی است. ولو خطی با عملگر محوری فقط برای توقف یا راه اندازی جریان سیال مورد استفاده قرار می گیرند و در تنظیم جریان کاربردی ندارند.

از انواع ولو با عملگر محوری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• شیر برقی   Solenoid valve
• شیرکواکسیکال coaxial solenoid valve
• شیر زاویه ای  Angle valve

Valve Rotary یا شیر دورانی

Rotary motion valve ولو با حرکت دورانی یا شیر با حرکت یک چهارم طی حرکت دورانی المان مسدود کننده، جریان سیال را توقف، راه اندازی یا تنظیم جریان می کند. در این نوع ولو، معمولا از یک دیسک به عنوان المان مسدود کننده در مسیر مستقیم جریان استفاده می شود. در اغلب موارد، چرخش یک چهارم یا 90 درجه ای عملگر، دیسک را در وضعیت باز یا بسته قرار می دهد اما در مواردی با حرکت بیشتر یا کمتر از 90 درجه دیسک تغییر وضعیت می دهد.

برخی دسته بندی ها شیرهای 90 درجه و شیرهای دورانی در دو دسته مجزا قرار می گیرند. به طور مثال شیرهای پروانه ای در دسته شیرهای دورانی و یک چهارم قرار می گیرند در حالی که شیرهای دارای دیسک لولایی (مانند شیر یک طرفه) ، فقط در گروه شیرهای دورانی قرار می گیرند. در این نوع شیر میتوان از عملگرهای دستگیره ای یا فلکه ای استفاده کرد.

از انواع شیرهای دورانی میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

• شیر توپی   ball valve
• شیر سماوری   plug valve
• شیر پروانه ای  butterfly valve
• شیر یک طرفه یا بدون بازگشت   ((check valve ((NRV

انواع شیر بر اساس عملکرد:

برخی از ولوها برای یک عملکرد و برخی برای چند عملکرد به کار برده می شوند که در دسته های زیر میتوان آن ها را قرار داد:

ولو ایزوله یا ولو ایزولاسیون

شیر ایزوله یا شیر ایزولاسیون، وسیله‌ای است که به منظور توقف جریان سیال در محل مشخصی از سیستم پایپینگ و انجام عملیات نگهداری یا مقاصد ایمنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع ولو در تعیین مسیر حرکت جریان و اتصال تجهیزات خروجی به سیستم لوله‌کشی نیز کاربرد دارد. ایزوله بودن یک ولو، نشان‌دهنده وظیفه آن در سیستم است و اشاره‌ای به ساختار آن ندارد. به همین دلیل، بسیاری از انواع ولوها در گروه ولو ایزولاسیون قرار می گیرند. در برخی از موارد، به این شیرها Block Valve نیز می گویند.

برای درک بهتر عملکرد ولو ایزوله، سینک ظرفشویی در تاسیسات بهداشتی ساختمان را در نظر بگیرید. در حالت عادی، جریان آب به سمت شیرهای سینک همواره باز است. با این وجود، در صورت نیاز به تعمیر این شیرها، باز بودن جریان آب در فرآیند تعمیر اختلال ایجاد خواهد کرد. به همین دلیل، یک شیر ایزوله (معمولا از نوع توپی) در مسیر لوله‌کشی زیر سینک تعبیه می‌شود. بستن این شیر، جریان آب به درون شیرهای کنترلی سینک را قطع کرده و امکان انجام تعمیرات یا تعویض آن‌ها را فراهم می‌کند. ولوهای ایزوله در سیستم‌های پایپینگ صنعتی نیز دارای عملکرد مشابه هستند.

کنترل ولو یا شیر کنترل

Throttle valve شیر کنترل یا تراتل ولو یکی از انواع شیر برای تنظیم پارامترهای عملیاتی در سیستم های پایپینگ است. این نوع شیر به منظور تنظیم مستقیم سرعت و ظرفیت جریان مورد استفاده قرار می گیرد. با کنترل این پارامترها، امکان تغییر غیر مستقیم پارامترهای وابسته نظیر دما، فشار و سطح مایع فراهم می شود، شیرهای کنترل با عنوان شیر تنظیم کننده (رگولاتور) نیز شناخته می شوند.

اغلب ولوهای کنترل از عملگرهای اتوماتیک برای تنظیم و کنترل جریان استفاده می کنند.

برخی از ولوهای کنترل کاربردهای دیگر هم دارند مانند شیر توپی که به عنوان شیر ایزولاسیون نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

از انواع شیر کنترل میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• شیر توپی   ball valve
• ولو سماوری   plug valve
• شیر پروانه ای  butterfly valve
• ولو کروی    globe valve
• شیر دیافراگمی  diaphragm valve
• ولو سوزنی Needle valve
• شیر گلویی   pinch valve

شیر یک طرفه | چک ولو | شیرچک | شیر خودکار

Check Valve یا شیر چک یکی از انواع شیر است که به منظور جلوگیری از بازگشت جریان در سیستم های پایپینگ مورد استفاده قرار می گیرد. این شیر با عنوان شیر بدون بازگشت ((Noun Return Valve)) با اختصار NRV نیز شناخته می شود.

فشار ناشی ازعبور سیال در یک جهت مشخص، المان مسدود کننده جریان را به سمت بالا حرکت می دهد و مسیر را باز می کند. به دلیل یک طرف بودن جهت باز شدن المان مسدود کننده، حرکت سیال در جهت مخالف، باعث بسته شدن مسیرمی شود.

شیرهای دارای عملکرد ویژه

در برخی از موارد شیرهای مورد استفاده در سیستم لوله کشی به منظور انجام عملکردی مورد استفاده قرار می گیرند که توسط انواع ولو معرفی شده در بخش های قبلی قابل انجام نیست.

از انواع ولو با عملکرد خاص میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• شیر چندراهه   Manifold Valve
• شیر گیوتین knife gate valve
• شیر کور خطی  line blind
• سوپاپ مکش  Foot valve
• شیر شناور  Floating valve

انواع شیر براساس عملگر

انواع شیر آلات بر اساس نوع عملگر به ولوهای دارای عملگر دستی، ولوهای مجهز به منبع انرژی و ولوهای دارای عملگر خودکار تقسیم بندی می شوند.

ولو دستی:

شیرهایی که برای تنظیم و تغییر وضعیت جریان سیال از فلکه، دستگیره،جعبه دنده یا زنجیر استفاده می کنند .

شیر متصل به منبع انرژی:

این شیرها با بهره گیری از انرژی الکتریکی(موتور یا سلنوئید)، پنوماتیکی(کمپرسور)، هیدرولیکی(پمپ)، و الکترومکانیکی(سلنوئید)، وضعیت جریان را مورد بررسی قرار داده و در صورت نیاز آن را تغییر می دهند.

ولو اتوماتیک:

این شیرها برای تغییر وضعیت جریان ، نیازی به نیروی دستی یا دیگر منابع انرژی ندارند. به عبارت دیگر، شیرهای خودکار با توجه به شرایط مورد نیاز سیستم، تغییر وضعیت می دهند. شیر تخلیه کننده فشار یکی از انواع شیرهای خودکار است.

انواع شیر بر اساس اتصالات

از عوامل موثر بر کیفیت و راندمان انواع ولو ، اتصالات مورد استفاده برای نصب آ ن ها در سیستم پایپینگ است . روش های متعددی برای برای اتصال ولو به لوله وجود دارد. اغلب ولو ها با اتصالات پیچی یا روزه دار، جوشی، ویفری، فلنجی، ساکت ولد و لاگ درون شبکه پایپینگ نصب می شوند. هر یک از این اتصالات برای شیرها و شرایط عملیاتی مشخص مناسب هستند.

اتصالات فلنج دار در انواع شیر

اغلب ولوها متناسب با اتصال فلنجی ساخته شده و در سیسم پایپینگ نصب می شوند. نصب و بازکردن این نوع اتصالات ساده تر از انواع دیگر است و میتوان برای اطمیان از درزبندی و نشتی ندادن، یک گسکت فلزی، غیرفلزی یا ترکیبی بر روی سطح فلنج قرار داد. به طور کلی ولوهای فلنج دار در ابعاد بزرگ تر از 15 میلی متر و از جنس برنز، آهن و فولاد ساخته می شوند.

اتصالات رزوه دار | پیچی در انواع شیر

به منظور اتصال پیچی شیر به سیستم پایپینگ، چند مادگی بر روی انتهای شیر و لوله ایجاد می شوند. در این نوع اتصالات، درزهای آب بند (روی رزوه ها) و گسکت ( بین سطوح اتصالات )، وظیفه جلوگیری از نشت سیال را بر عهده دارند، ولوهای دارای اتصال پیچی  معمولا در خطوط لوله با قطر کمتر از 150 میلی متر مورد استفاده قرار می گیرند. جنس این شیرها اغلب از برنز و در برخی موارد از جنس آهن و فولاد هستند. به این نوع اتصالات، اتصال دنده ای نیز گفته می شود.

اتصالات جوشی در انواع شیر

برای لوله های فولادی با قطر بیش از 50 میلی متر از ولوهای دارای اتصال جوشی استفاده می کنند. برای قرارگیری اتصال درون لوله انتهای ولو را ماشین کاری می کنند. پس از قرار گرفتن اتصال در لوله محل آن جوشکاری می شود. اغلب برای سیستم های دارای فشار بالا و سیستم های که نیاز به باز کردن ولو ندارند از اتصال جوشی استفاده می کنند.

اتصال ساکت ولد در ولوها

در داخل این اتصالات یک فرورفتگی ایجاد می کنند تا لوله درون آن قرار بگیرد؛ سپس برای اطمینان از درزبندی قسمت بیرون اتصال جوشکاری انجام می شود.

اتصال فشاری در ولوها

بطوری که اتصال فشاری در دو دسته مجزا اتصال فشاری هیدرولیک و اتصال فشاری پنوماتیک، قرار می گیرد. اتصال فشاری هیدرولیک برای سیالات با دمای بالا که فشار زیادی ایجاد می کنند استفاده می شوند که در دو گروه اتصال فشار قوی فولادی و استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ، دسته بندی می شوند. در سیستم های هوا فشرده برای اتصال شیلنگ بدون داشتن نشتی به کار برده می شود؛ اتصال اتصلات نام دیگری است که به اتصال فشار پنوماتیکی اطلاق می شود.

اتصال ویفری(بدون فلنج) و لاگ در ولوها

شیر پروانه ای که جز ولو با حرکت دورانی می باشد با نام های دیگری همچون، شیر ویفری، شیر ویفرتایپ، شیر پروانه ای بدون فلنج، شیر بدنه باریک و باترفلای ولو شناخته می شود. این شیرها جزء دسته شیرهای کنترل می باشند و برای فضاهای محدود مناسب هستند.

تفاوت شیرهای ویفری و شیرهای لاگ در میزان باز شدن پروانه می باشد، در شیرهای ویفری پروانه یا همان دیسک ربع دور یعنی 90 درجه می چرخد و سیال بدون محدودیت از آن عبور می کند اما در ولو لاگ میتوان شیر را به تدریج باز یا بسته کرد، یعنی پروانه کمتر از 90 درجه می تواند باز باشد. طراحی شیر پروانه ای لاگ شبیه شیر توپی 3 تکه است که میتوان یک سر آن را  بدون تاثیر در طرف مقابل خارج کرد، مزیت لاگ ولو در این است که برای تمیز کردن، بازرسی و تعمیر یا تعویض شیر، نیازی به خاموش کردن کل سیستم نیست.

انواع شیر بر اساس نوع المان

شیرها براساس نوع دیسک و مکانیسم عملکرد طراحی و نام گذاری می شوند. بررسی انواع شیر براساس نوع المان دریچه ی ورود به شناخت اصولی و کامل تر ولوها است. برای مطالعه تفصیلی تر هر یک از ولوها روی نام آن کلیک کنید.

کاربرد شیرها در صنایع مختلف

پیشنهاد می کنیم اگر علاقه مند هستید مقاله (9 شیرآلات صنعتی مورد استفاده در دنیای امروز) را مطالعه بفرمایید.