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 می‌کنند.

اجزا شیر بر اساس تحمل فشار به دو دسته تقسیم می‌شوند:

انواع شیرآلات صنعتی

انواع متداول شیرآلات می‌توانند به صورت دستی یا خودکار کارکنند یا دارای اکچویتور باشند. اکچویتورهای ولوها می‌توانند 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 می‌شوند که در زیر هرکدام را بصورت تشریحی، توضیح می‌دهیم:

شیرآلات صنعتی هیدرولیک و پنوماتیک

شیر هیدرولیکی

کنترل جریان سیال مایع در سیستم پایپینگ می‌تواند 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 می‌کنند. در یک دسته بندی کلی شیرهای پنوماتیک در دو دسته قرار می‌گیرند:

آنچه کنترل می‌شود هوا یا گاز بی اثر است(سیستم کنترل کننده هر سیالی می‌تواند باشد)

آنچه کنترل می‌شود 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 می‌کنند:

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 می‌شود)، یعنی ولوی که پنج حالت و هفت پورت وردی و خروجی دارد.

انواع شیرآلات صنعتی 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 می‌باشد. 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 شیرآلات صنعتی 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 می‌باشد.

برای تعیین میزان تحمل فشار از دو استاندارد زیر استفاده می‌شود:

:ANSI B16.34

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

:EN 1092-1

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

انواع شیرآلات صنعتی 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 شیرآلات صنعتی 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 ) می‌شود.

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

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 می‌کند. این جابجایی مستقیم یا خطی باعث توقف، راه اندازی یا تنظیم جریان سیال می‌شود. فعال سازی حرکت خطی المان مسدود کننده در این نوع شیر با جابجایی دورانی یا محوری عملگر صورت می‌گیرد.

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

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

شیرآلات صنعتی خطی با عملگر دورانی

معمولا از چرخش یک ساقه رزوه دار برای جابجایی المان مسدود کننده جریان استفاده می‌کنند. 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 می‌شود).

شیر کشویی   gate valve

ولو کروی    globe valve

شیر دیافراگمی  diaphragm valve

ولو سوزنی Needle valve

شیر گلویی   pinch valve

شیرآلات صنعتی خطی با عملگر محوری

در شیرهای خطی با عملگر محوری، جابجایی المان مسدود کننده توسط نیروی پنوماتیکی یا الکترومغناطیسی در یک محور مشخص انجام می‌گیرد. 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 می‌گیرند 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 می‌کند. در این نوع ولو، معمولا از یک دیسک به عنوان المان مسدود کننده در مسیر مستقیم جریان استفاده می‌شود.

در اغلب موارد، چرخش یک چهارم یا 90 درجه ای عملگر، دیسک را در وضعیت باز یا بسته قرار می‌دهد اما در مواردی با حرکت بیشتر یا کمتر از 90 درجه دیسک تغییر وضعیت می‌دهد.

برخی دسته بندی ها شیرهای 90 درجه و شیرهای دورانی در دو دسته مجزا قرار می‌گیرند. به طور مثال شیرهای پروانه ای در دسته شیرهای دورانی و یک چهارم قرار می‌گیرند در حالی که شیرهای دارای دیسک لولایی (مانند شیر یک طرفه) ، فقط در گروه شیرهای دورانی قرار می‌گیرند. 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 شیرآلات صنعتی بر اساس عملکرد:

برخی از ولوها برای یک عملکرد و برخی برای چند عملکرد به کار برده می‌شوند 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 می‌گیرند. در برخی از موارد، به این شیرها Block Valve نیز می‌گویند.

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 می‌گیرد. با کنترل این پارامترها، امکان تغییر غیر مستقیم پارامترهای وابسته نظیر دما، فشار و سطح مایع فراهم می‌شود، شیرهای کنترل با عنوان شیر تنظیم کننده (رگولاتور) نیز شناخته می‌شوند.

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

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

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 می‌گیرد. این شیر با عنوان شیر بدون بازگشت ((Noun Return Valve)) با اختصار NRV نیز شناخته می‌شود.

فشار ناشی ازعبور سیال در یک جهت مشخص، المان مسدود کننده جریان را به سمت بالا حرکت می‌دهد و مسیر را باز می‌کند. به دلیل یک طرف بودن جهت باز شدن المان مسدود کننده، حرکت سیال در جهت مخالف، باعث بسته شدن مسیر می‌شود.

شیرهای دارای عملکرد ویژه

در برخی از موارد شیرهای مورد استفاده در سیستم لوله کشی به منظور انجام عملکردی مورد استفاده قرار می‌گیرند 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 شیرآلات صنعتی 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 می‌شوند.

ولو دستی:

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

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 می‌دهند.

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 می‌دهند. شیر تخلیه کننده فشار یکی از انواع شیرهای خودکار است.

انواع شیرآلات صنعتی 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 می‌شوند. 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 می‌شوند. 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 می‌شوند.

اتصالات رزوه دار | پیچی در انواع شیر

به منظور اتصال پیچی شیر به سیستم پایپینگ، چند مادگی بر روی انتهای شیر و لوله ایجاد می‌شوند. 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 می‌گیرند.

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 می‌شود.

اتصالات جوشی در انواع شیر

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

اتصال ساکت ولد در ولوها

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

اتصال فشاری در شیرآلات صنعتی

بطوری که اتصال فشاری در دو دسته مجزا اتصال فشاری هیدرولیک و اتصال فشاری پنوماتیک، قرار می‌گیرد. اتصال فشاری هیدرولیک برای سیالات با دمای بالا که فشار زیادی ایجاد می‌کنند استفاده می‌شوند که در دو گروه اتصال فشار قوی فولادی و استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ، دسته بندی می‌شوند.

در سیستم های هوا فشرده برای اتصال شیلنگ بدون داشتن نشتی به کار برده می‌شود؛ اتصال اتصلات نام دیگری است که به اتصال فشار پنوماتیکی اطلاق می‌شود.

اتصال ویفری (بدون فلنج) و لاگ در ولو

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

تفاوت شیرهای ویفری و شیرهای لاگ در میزان باز شدن پروانه می‌باشد، در شیرهای ویفری پروانه یا همان دیسک ربع دور یعنی 90 درجه می‌چرخد و سیال بدون محدودیت از آن عبور می‌کند اما در ولو لاگ میتوان شیر را به تدریج باز یا بسته کرد، یعنی پروانه کمتر از 90 درجه می‌تواند 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 شیرآلات صنعتی بر اساس نوع المان

شیرها براساس نوع دیسک و مکانیسم عملکرد طراحی و نام گذاری می‌شوند. 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 شیرآلات صنعتی در صنایع مختلف