شیرآلات صنعتی یکی از مهمترین ابزارآلات و تجهیزات مورد استفاده در صنایع گوناگون میباشند. انواع مختلفی از شیرآلات صنعتی وجود دارد که هر کدام از آنها کاربردها و ویژگیهای مخصوص به خود را دارند. شیرآلات صنعتی برای کنترل فشار و جریان سیالات در یک سیستم بکار میروند.
شیرآلات صنعتی با توجه به نوع عملکردی که دارند به انواع زیر تقسیمبندی میشوند:
گاهی اوقات شیرآلات ایمنی و شیرهای اطمینان نیز در دستهبندی شیرآلات صنعتی قرار میگیرند.
نوع دستی یا اهرمی که به آن شیر کلاجی هم گفته می شود، ساده ترین نوع عملگر نصب شده روی این نوع از ولو ها می باشد که دارای یک دسته ساده و یک دسته متحرک می باشد. با فشار دادن اهرم متحرک پایین به سمت اهرم ثابت بالا می توان شافت متصل به دیسک را به راحتی 90 درجه چرخاند و سیال را عبور داد، برای بسته شدن به همین روش و در جهت عکس عمل می شود.
شیر پروانه ای با اکچویتور گیربکسی یا گیربکس دار، بواسطه کاربری آسان پر مصرف ترین عملگر روی این نوع از شیر ها می باشد و از سایز 8 اینچ تا سایز های بالا همانند سایز 88 اینچ استفاده می شود و با دو نوع گیربکس کوبل می گردد. نوع اول که دارای چرخدنده حلزونی می باشد و نیرو توسط چرخدنده حلزونی به شافت و دیسک شیر انتقال داده می شود و به راحتی با چرخش 90 درجه ای، سیال عبور داده می شود. در نوع دوم عملگر گیربکس پیچی با فلکه کوبل می شود، گیربکس با یک عدد پیچ مارپیچ و یک عدد چرخدنده، انتقال نیرو را به دیسک انجام می دهد، و چرخش به راحتی صورت می گیرد.
شیر پروانه ای با عملگر پنوماتیک به عنوان پر سرعت ترین شیر پروانه ای در باز و بسته کردن مسیر سیال استفاده می شود. این شیر با عملگر پنوماتیک کوپل می شود این نوع عملگر ها مانند عملگر های برقی به صورت تدریجی و قطع و وصلی موجود می باشند و با نصب شیر برقی 5 به 2 روی عملگر می توان با سیگنال PLC و با وصل باد پنوماتیک به عملگر دستور داد و آن را به راحتی باز و بسته کرد.
شیر پروانه ای برقی برای حذف اپراتور و اتوماتیک کردن خطوط پایپینگ استفاده می شود. شیر پروانه ای با عملگر برقی نسبت به نوع پنوماتیک زمان بیشتری برای باز و بسته شدن نیاز دارد با توجه به زمان بسته شدن پیشنهاد می شود برای کنترل سیال و در حالتی که زمان باز و بسته شدن ضروری باشد از نوع پنوماتیک استفاده شود.
شیر توپی که به آن شیر گازی یا بال ولو نیز گفته می شود از زیر مجموعه شیر های مخروطی بوده و مجرابند آن به شکل یک کره می باشد و توپی آنها معمولاً از چند نوع فلز مختلف ساخته می شوند. جنس توپی این نوع شیرآلات در صورتی که فاقد روکش باشد باید از جنس فولاد ضدزنگ تولید گردد.
به همین دلیل جنس نشیمنگاه ها از مواد نرم مانند تفلون است. استفاده از این مواد باعث بالا رفتن کیفیت آب بندی می شود. به صورتی که هر چقدر از طول عمر آنها می گذرد، دقیق تر و روان تر کار می کنند، این ویژگی ها آنها را به گزینه ای عالی جهت باز و بستن و همچنین کنترل کردن فشار رسانه تبدیل کرده است، به همین خاطر در اکثر سیستم ها با اعتماد کامل می توان از آنها بهره برد.
شیر دروازهای یا شیر کشویی یا گیت ولو از پر مصرف ترین شیرآلات قطع وصل می باشند. شیر کشویی یا گیت ولو از لحاظ عملکرد به دو دسته شیر کشویی محور ثابت و شیر کشویی محور متحرک تقسیم می شود.
شیرهای دروازه ای به طریقی طراحی شده اند که افت فشار در موقعیت کاملا باز، در سراسر شیر به صفر رسانده و در صورت نیاز، جریان سیال را به طور کامل قطع می کند و جهت جریان سیال تغییر نمی کند. شیرهای دروازه ای اغلب دارای انتهای فلنجی هستند که مطابق با استانداردهای ابعادی فلنج، سازگار با خط لوله سوراخ کاری شده اند. و با دروازه (دیسک) گوه ای به دلیل آب بندی بهتر در ناحیه نشیمنگاه تولید می گردند. شیرهای دروازه ای از چدن، فولاد کربنی چدنی، چدن داکتیل، فلز تفنگی، فولاد ضد زنگ، فولاد های آلیاژی و فولاد های آهنگری ساخته می شوند.
ریلیف ولو (Relief Valve) یک شیر فشار شکن خودکار است که در صورت افزایش فشار سیستم به طور خودکار باز می شود. این شیر ها به صورت ضربه ای عمل نمی کنند و درست زمانی استفاده می شود که تنها تخلیه حجم کمی از سیال موجب کاهش سریع فشار شود. این شیر ها معمولا به صورت مداوم در حالت Overpressure (فشار بیش از حد) عمل می کنند تا فشار سیستم را در حد نرمال نگه دارند.
شیر اطمینان پایلوت دار شیری است که از یک شیر اصلی، یک دیسک با پیستون یا دیافراگم و یک پایلوت تشکیل شده است. وظیفه پایلوت انتقال فشار سیستم به محفظه پیستون است. در این قسمت به دلیل بزرگ بودن سطح مقطع پیستون نسبت به نشیمنگاه، دیسک بسته می ماند. هنگامی که فشار به میزان تنظیم شده رسید، پایلوت جریان سیال را به محفظه پیستون برده و همزمان محفظه پیستون را تخلیه می کند که این امر باعث باز شدن دیسک می شود.
شیرهای Pilot operated دارای امتیازاتی نسبت به سایرین هستند. از جمله این مزایا می توان به موارد زیر اشاره کرد:
شیر اطمینان متعادل فانوسی در سیستمی که سیال خورنده باشد و فشار موجود در خروجی شیر از فشار معمولی بالاتر باشد کاربرد دارد. این شیر شامل یک فانوس است که از ورود سیال خروجی به داخل درپوش شیر جلوگیری می کند. شیر اطمینان متعادل فانوسی تاثیر فشار برگشت را به حداقل می رساند و از فرسایش زود هنگام فنر می کاهد.
شیر اطمینان با بارگذاری مستقیم (Conventional Safety Relief Valve) از نوع بارگذاری مستقیم است که فشار تنظیمی آن متأثر از تغییرات فشار موجود در خروجی می باشد. وقتی فشار موجود در خروجی و فشار متغیر از 10 درصد فشار تنظیمی تجاوز نکند و یا فشار موجود در خروجی ثابت باشد از این شیر استفاده می شود.
شیر اطمینان خلا (Pressure Vacuum Relief Valve) بر اساس استاندارد API2000 طراحی شده و معمولا از نوع شیر کمکی و یا بارگذاری وزنه ای است. شیر های اطمینان خلاء معمولا بر روی مخازن ذخیره فشار پایین استفاده می شوند. این شیر های اطمینان خلا یا همان پرشر وکیوم ولو ها یکی از شیر های پر کاربرد صنایع مخصوصا نفت و گاز می باشد و معمولا در قسمت بالایی مخزن قرار می گیرد. هدف اصلی کاربرد آن جلوگیری از بالا و پایین رفتن بیش از حد فشار است.
ساختار شیر اطمینان (Spring Loaded Safety Valve) با فنر به این صورت است که روی صفحه دریچه آن فنری تعبیه شده که دیسک شیر را در جهت خلاف جریان ورودی فشار می دهد و به وسیله مهره ای که در بالای این فنر وجود دارد می توان فشار روی دریچه مخزن را تا حد ایمنی مورد نظر تنظیم کرد. زمانی که فشار داخل شیر بالا رود این فنر باز شده و دیسک را آزاد می کند، این امر سبب جریان سیال خواهد شد. این نوع شیر اطمینان بیشتر برای مخازن تحت فشار استفاده می شود.
شیر اطمینان وزن خالص (Dead-Weight Safety Valve) فشار را از طریق دیسک کاهش داده و از فنر استفاده نمی شود، بدین صورت که وقتی فشار در سیستم افزایش می یابد، دیسک با حرکت به سوی بالا فشار را کاهش می دهد.
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.
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.
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.
یک شیر دیافراگمی، شیری است با حرکت خطی (Linear Motion) منظور باز کردن مسیر، تنظیم میزان جریان و همچنین بستن مسیر سیال مورد استفاده قرار می گیرد. علت نامگذاری این شیر، وجود یک دیسک قابل انعطاف درون آن است که برای ایجاد آب بندی مناسب با نشیمنگاه (Seat) شیر در قسمت بالای شیر قرار گرفته است و اصلی ترین قسمت شیر های دیافراگمی می باشد. دیافراگم برای یک عمل آب بندی خوب نیاز به انعطاف پذیری بالایی دارد، به همین دلیل سازندگان، دیافراگم را از الاستومر های مختلفی مانند پلی اتیلن، پروپیلن ها و سایر الاستومر های مورد استفاده در پوشش مکانیزم دریچه، می سازند.
شیر های دیافراگمی همانطور که عنوان شد علاوه بر جنس چدنی که کاربرد فراوان در صنعت دارد، در جنس های استیل 304، استیل 316، استیل 304L و استیل 316L موجود می باشند و در صنایع مختلف کاربرد دارند. این شیرها علاوه بر اتصال فلنجی و رزوه ای دارای اتصال کلمپی نیز هستند که مقاومت بالایی در برابر خوردگی داشته و همچنین از ورود ذرات خارجی و آلودگی جلوگیری کرده و از نظر باز و بست نیز آسان تر می باشد به همین دلیل در صنایع غذایی و صنایع دارویی کاربرد فراوان دارند.
یکی از انواع شیر های دیافراگمی، مدل پنوماتیکی آن می باشد که برای کنترل این شیر نیازی به حضور اپراتور برای قطع و وصل جریان نداریم. این شیر به وسیله سیستم باد و از طریق فرمان گیری از سیستم باعث باز و بسته شدن شیر می شود، سرعت بالای باز و بست یکی از مهم ترین ویژگی های این شیرآلات می باشد و در شرایطی که سیال اسیدی یا مواد شیمیایی به طور کلی در صنایع شیمیای، صنایع غذایی و صنایع دارویی کاربرد فراوان دارند.
در شیر یک طرفه لولایی یا دریچه ای (Swing Check Valve)، دیسک با پین به صورت عمودی به بدنه لولا می شود. با فشار سیال دیسک تا 180 درجه در جهت ورودی بالا می رود و سیال را عبور می دهد، در ادامه با افت فشار سیال و تغییر مسیر برگشت سیال، دیسک پایین آمده و مانع برگشتن سیال می گردد. تلاطم و آشفتگی در چک ولو دریچه ای بسیار کم بوده و معمولا در طراحی خطوط پایپینگ (Piping) همراه با گیت ولو (شیر دروازه ای) و شیر خودکار یا شیر یکطرفه دریچه ای (یک طرفه نوسانی) استفاده می شود. می توان این شیرها را هم به صورت افقی و هم عمودی نصب کرد. توصیه می شود در خطوطی که سیال دارای تلاطم و آشفتگی بوده و ممکن است با ضربه های ایجاد شده (ضربه قوچی) به دیسک و متعلقات شیر آسیبی به آن وارد شود، از این شیر استفاده نگردد.
ساختار کلی شیر یک طرفه دریچه ای ویفری (Swing type wafer Check Valve) یا شیر یک طرفه دریچه صفحه ای همانند شیر یکطرفه دریچه ای استاندارد بوده و تنها تفاوت آن در نوع بدنه و طریقه اتصال شیر است. بدنه این شیر ها طول کمتری نسبت به شیر دریچه ای دارند، به همین دلیل نصب و اتصال آن در خط لوله بر خلاف شیر دریچه ای که از طریق پیچ و مهره انجام می شود، به صورت بین فلنجی می باشد. در سیستم های تاسیسات به دلیل عدم وجود فضای کافی از شیر یکطرفه ویفری لولایی استفاده می شود. دیسک با حرکت 90 درجه یا همان شبه آونگی با فشار سیال حرکت کرده و سیال را از خود عبور می دهد. در حالتی که شیر باز است، افت فشار آن نسبت به سایر حالت های شیر پروانه ای (Butter Fly) کمتر می باشد.
شیر خودکار سوپاپس یا چک ولو سوپاپی از یک دیسک و فنر تشکیل می شود. در این شیر ها دیسک با فنر به صورت افقی به سقف شیر متصل شده است. وقتی فشار سیال به میزان مورد نیاز برسد، فنر جمع شده و دیسک رو به بالا حرکت می کند، بدین شکل به سیال اجازه عبور داده می شود.
شیر سماوری یا شیر مخروطی از جمله شیر آلاتی به شمار می رود که برای قطع و وصل کردن جریان استفاده می شود، تنها تفاوت پلاگ ولو با سایر شیرآلات از نظر مجرابند است، مجرابند در این شیر به شکل استوانه ای یا مخروطی می باشد. شیر سماوری یا همان پلاگ ولو داری یک پلاگ (دیسک) می باشد که از دیسک استوانه ای که گاها مخروطی نیز می باشد، ساخته می شود.