چک ولو (شیر یکطرفه)

شیر یکطرفه یا چک ولو (Check Valve)، یکی از انواع شیرآلات پایپینگ میباشد که برای کنترل خودکار جریان سیال در مسیر خط لوله و بدون نیاز به اپراتور یا اعمال نیروی خارجی مورد استفاده قرار میگیرد.

این شیرها که با نام های دیگر همچون شیرهای خودکار یا غیرقابل بازگشت NRV (non-returning valve) نیز شناخته می شوند، برای جلوگیری از جریان برگشتی (جریان معکوس) سیالات در خط لوله و به عنوان یک تجهیز مهم و ضروری جهت جلوگیری از آسیب به تجهیزات خط لوله طراحی و تولید می شوند.

شیرهای یکطرفه تنها از یک جهت که با یک علامت پیکان (فلش) روی بدنه شیر حک شده است اجازه عبور جریان سیال را می دهند. به عبارت دیگر هنگامی که سیال از چک ولو عبور میکند، امکان بازگشت دوباره به مسیر خط لوله وجود نداشته و پس از عبور سیال از یک جهت، مسیر بازگشت مسدود خواهد شد.

وجود چک ولو یا شیرهای یکطرفه از این بابت حائز اهمیت میباشد که در سیستم های پایپینگ، ساختار بسیاری از تجهیزاتی مانند پمپ به گونه‌ای است که جریان را در تنها از یک جهت عبور می‌دهند (ورودی پمپ) و برگشت جریان از قسمت خروجی آن باعث آسیب به اجزا داخلی پمپ و از مختل کردن عملکرد آن خواهد شد.

عملکرد چک ولو

ابتدا در حالتی که سیال در مسیر خط لوله جریان ندارد و یا فشار سیال به مقدار حداقل کافی برای باز کردن دیسک در شیر یکطرفه نرسیده است (فشار کرگینگ) مکانیزم بازشونده شیر در حالت بسته می باشد و سیال از چک ولو عبور نخواهد کرد. اما به محض عبور جریان و رسیدن فشار به مقدار لازم، مجرابند شیر که میتواند دیسک، پیستون یا توپی باشد باز شده و از اتصال به سیت جدا خواهد شد. در این حالت سیال اجازه عبور از داخل چک ولو را خواهد داشت.

سپس در هنگام بازگشت سیال، چک ولو به صورت خودکار و با توجه به میزان افت فشار سیال و کاهش سرعت آن در مسیر بازگشت بسته شده و مجرابند (دیسک) بسته خواهد شد. به این ترتیب سیال اجازه و امکان بازگشت به مسیر قبلی را نخواهد داشت.

در شکل زیر اجزای داخلی یک شیر یکطرفه یا چک ولو لولایی (Swing) را مشاهده میکنید.

به عبارتی دیگر زمانی که فشار جریان سیال در قسمت پایین دست (Down stream) چک ولو از فشار جریان اصلی یا بالادست (Up stream) بیشتر می شود، دیسک یا توپی روی سیت قرار گرفته و از برگشت سیال در خلاف جهت اصلی شیر جلوگیری بعمل می آید.

توجه داشته باشید که سرعت عملکرد (اکشن) در این شیرها به سرعت برگشت سیال و افت فشار بستگی دارد. این موضوع یکی از مهمترین عوامل تعیین کننده در انتخاب و خرید انواع چک ولوها می باشد.

فشار کرکینگ در چک ولو چیست؟

برای باز شدن مسیر سیال در چک ولو ها، به یک فشار حداقلی از جانب سیال بین جریان ورودی و خروجی نیاز میباشد که دیسک یا دریچه این شیر را باز کند  و مسیر برای عبور جریان سیال باز شود. به حداقل فشار برای باز شدن دیسک در این نوع شیرآلات، فشار کرکینگ (Cracking Pressure) گفته میشود.

پس از فراهم شدن فشار کرگینگ و باز شدن مسیر سیال اگر این فشار کاهش نیابد مسیر عبوری باز می باشد. هر قدر فشار بیشتر شود مسیر سیال بیشتر و بیشتر باز میشود و سیال با نرخ جریان (flow) بیشتری از شیر عبور خواهد کرد.

و همانطور که بالاتر نیز اشاره کردیم با کاهش پیدا کردن این فشار، مجرابند یا دیسک آرام آرام شروع به بسته شدن خواهد کرد تا زمانیکه دیسک کاملا بسته شده و سیال اجازه بازگشت به مسیر خط لوله را نداشته باشد.

در ادامه به معرفی انواع شیرهای یکطرفه یا چک ولو و همچنین توضیح عملکرد هریک از این شیرآلات خواهیم پرداخت:

انواع چک ولو

چک ولو ها نیز مانند سایر شیرآلات پایپینگ در انواع دسته بندی های متفاوتی از قبیل مکانیزم عملکردی، متریال تولید شده، نوع و سایز اتصال و … تقسیم بندی میشوند. اما در این بین شاید بتوان گفت مهمترین دسته بندی که برای شیرهای یکطرفه میتوان در نظر گرفت بر اساس مکانیزمم عملکردی آنها میباشد.

شیرهای یکطرفه هریک با توجه به نوع عملکرد در قسمت دیسک و سیت (تریم)، و شکل ظاهری در مدل های مختلفی تولید میشوند و در صنایع مورد استفاده قرار میگیرند که در ادامه به معرفی این مدل های میپردازیم:

چک ولو لولایی (Swing Check Valve):

چک ولو لولایی دارای یک دیسک میباشد که به صورت عمودی در یک نقطه به بدنه شیر متصل (لولا شده است) و میتواند حول محور آن نقطه مشابه حرکت یک آونگ یا پاندول حرکت کند.

هنگامیکه فشار مایع یا گاز در خط لوله افزایش یابد دیسک شیر حول محور لولا باز شده و تا زمانی که فشار سیال همچنان بالا باشد و افت پیدا نکند، مسیر عبوری سیال همچنان باز خواهد ماند. اما هنگامی که فشار سیال کاهش یابد و کمتر از حداقل مقداری باشد که برای بلند کردن دیسک لازم است، آنگاه دریچه شیر بسته میشود و مسیر بازگشت سیال را مسدود خواهد کرد.

چک ولو لولایی یا شیر یکطرفه دریچه ای با انواع اتصالات فلنجی و ویفری تولید می شود. در سیستم های تاسیساتی به دلیل عدم وجود فضای کافی برای نصب شیر یکطرفه از شیر یکطرفه با اتصال ویفری استفاده می شود. این نوع شیر فضای کمتری نسبت به شیر یکطرفه فلنجی اشغال میکند و دارای وزن کمتر، ابعاد کوچک تر، تعمیرات و نگهداری راحت تر و کم هزینه تری نیز می باشد.

نوع دیگری از چک ولوهای لولایی، چک ولو های دابل دیسک هستند که عموما دارای اتصال فرآیندی ویفری می باشند. عملکرد شیر یکطرفه دیسک لولایی بدین صورت است که دیسک یا مجرابند این شیر توسط دو عدد پین حول یک محور عمودی لولا می شود و فنر بین پین ها روی شافت اصلی، دو دیسک را روی این لولا بسته نگه می دارد.

هنگامی که فشار سیال فرآیندی افزایش یابد و بیشتر از نیروی فنر برای بسته نگه داشتن دیسک ها شود، این دیسک ها باز میشوند و سیال عبور می کند. سپس با کاهش فشار سیال فرآیندی دیسک ها آرام آرام بسته میشوند و سیال اجازه برگشت را نخواهد داشت.

چک ولو فنری سوپاپی (Non-Slam Check Valve)

چک ولو سوپاپی یا فنر دار دارای یک مکانیزم فنر- دیسکی است. در این نوع شیر دیسک به صورت عمودی به یک فنر متصل میباشد و هنگامی که فشار سیال از مقدار مشخصی بالاتر برود، فنر جمع خواهد شد و با خود دیسک را بالا می آورد و مسیر عبور سیال فراهم میگردد و سیال اجازه عبور از شیر را پیدا خواهد کرد. 

هنگامی که فشار سیال کاهش یابد و دیگر برای بلند کردن دیسک کافی نباشد، فنر آرام آرام به حالت عادی خود برمیگردد و دیسک مسیر عبور جریان را مسدود میکند. 

در این شیرها ضریب فنر یکی از پارامترهای مهم و تعیین کننده در انتخاب حداقل فشار برای باز شدن شیر میباشد. این شیر به دلیل وجود مکانیزم دیسک متصل به فنر که شبیه یک سوپاپ میباشد و به چک ولو سوپاپی نیز معروف است.

شیر یکطرفه پیستونی (Piston Check Valve)

چک ولو پیستونی، نوع دیگری از چک ولو ها یا شیرهای یکطرفه میباشد که نیروی وارد بر یک پیستون ناشی از فشار سیال، باعث بالا رفتن یک پیستون میشود و اجازه عبور سیال را در داخل شیر می دهد. هنگامی که فشار کاهش یابد، پیستون به حالت اولیه خود بازگشته و مسیر عبور سیال قطع خواهد شد.

در این نوع چک ولو، برای عملکرد سریعتر آن معمولآ یک فنر پشت پیستون قرار دارد. کاهش فشار سیال باعث می شود به واسطه وجود این فنر، پیستون سریعا به وضعیت اولیه خود بازگشته و مسیر عبور سیال را ببندد.

در این شیرها ضریب فنر یکی از پارامترهای مهم و تعیین کننده در انتخاب حداقل فشار برای باز شدن شیر میباشد.

شیر یکطرفه توپی (Ball Check Valve)

نوع دیگری از شیر یکطرفه که به شیر یکطرفه توپی نیز معروف میباشد، دارای مکانیزمی تقریبآ مشابه شیر یکطرفه پیستونی است. با این تفاوت که در این چک ولو به جای پیستون، از یک توپ کروی کوچک داخل آن میباشد. فشار سیال باعث بالا رفتن توپ و باز شدن مسیر سیال خواهد شد. هنگامی که فشار سیال کاهش پیدا کند، توپ به موقعیت اولیه خو بازگشته و مسیر بازگشت سیال داخل شیر مسدود خواهد شد.

چک ولو توپی در مدل های فنر دار و مدل های بدون فنر که توسط وزن توپی باز و بسته میشوند تولید میشود و در صنایع مورد استفاده میباشد.

خرید چک ولو

خرید یک شیر یکطرفه به جهت جلوگیری از بازگشت سیال به مسیر خط لوله و جلوگیری از آسیب به تجهیزات و ادوات نصب شده روی یک خط میباشد. به همین دلیل خرید و انتخاب یک چک مناسب به جهت تضمین این موارد بسیار مهم میباشد.

شاید بتوان گفت انتخاب متریال مناسب برای یک چک ولو مهمترین پارامتری میباشد که باید در خرید چک ولو در نظر گرفته شود.

با توجه به اینکه بیشترین تماس سیال با قسمت داخلی به خصوص دیسک در شیرهای یکطرفه است انتخاب جنس و متریال دیسک متناسب با سیال از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

همچنین قسمت دیسک شیر تنها قسمت مکانیکی شیر میباشد. بنابراین انتخاب متریال نامناسب بدر این قسمت منجر به آسیب دیدن آن و عملکرد نادرست شیر خواهد شد.

متریال هایی مانند برنج، چدن، انواع آلیاژهای فولاد، انواع استیل (CF8M, CF3M)، 304، 316 و متریال های ضد خوردگی مانند UPVC متناسب با اسید ها و سیالات خورنده و گازهای ترش مطابق با استانداردهای NACE هریک قابلیت تولید و استفاده در شیرهای یکطرفه یا چک ولو را خواهند داشت.