شیر توپی

بال ولو چیست؟

شیر توپی یا بال ولو (Ball Valve) یکی از انواع شیرآلات صنعتی و پایپینگ میباشد که برای سرویس های قطع و وصل جریان سیالات و در برخی موارد برای کنترل و تنظیم جریان سیالات مورد استفاده قرار میگیرد.

در این صفحه به معرفی شیر توپی و عملکرد آن، انواع این شیر از نظر نوع توپی و بدنه و همچنین انواع عملگرهای (اکچویتور) قابل نصب روی این شیر میپردازیم:

اجزای شیر توپی

همانطور که در شکل پایین مشخص میباشد، شیر توپی متشکل از یک  اکچویتور یا عملگر (Actuator)، استم (Stem)، توپی (Ball)، سیت یا نشیمنگاه (Seat) و بدنه (Body) میباشد.

عملکرد شیر توپی

مطابق تصویر زیر این شیر دارای یک مجرابند کروی شکل (توپی) میباشد که در داخل آن یک سوراخ وجود دارد. در زمانی که شیر باز میباشد این سوراخ در مسیر عبوری جریان سیال قرار میگیرد و هنگامی که شیر بسته میشود، سوراخ توپی عمود بر مسیر جریان خواهد بود و مسیر جریان سیال را میبندد.

به عبارتی دیگر شیر توپی با حرکت ربع گرد (90 درجه ای) توپی باعث باز و بسته شدن مسیر جریان سیال خواهد شد.

در ادامه معرفی مشخصات فنی و ویژگی های این شیر میپردازیم:

قیمت شیر توپی

فروشگاه تجهیز صنعت بهترین ارائه دهنده‌ی تجهیزات ابزار دقیق و سیستم پایپینگ در کشور است. این فروشگاه بزرگ و مطمئن در جهت افزایش سطح کیفی صنایع در حوزه ابزاردقیق انواع شیرهای توپی را با بهترین قیمت و کیفیت به فروش می رساند.

انواع شیرهای توپی در سایز ها، برند و متریال مختلف را در فروشگاه ابزار دقیق تجهیز صنعت می توانید مشاهده نمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر برای خرید شیر توپی ، مشاوره رایگان و استعلام با کارشناسان فروش ما در ارتباط باشید. کارشناسان این مجموعه اطلاعات دقیقی در مورد مشخصات فنی، قیمت خرید و فروش به شما ارائه می دهند تا انتخاب درست و هوشمندانه ای داشته باشید.

انواع شیرتوپی

این تجهیز از نظر نوع مکانیزم آب بندی و عملکرد دارای دو مدل شناوری یا Floating و ترونیون Trunnion میباشند که در ادامه به توضیح هریک از آنها اشاره خواهیم کرد:

شیرتوپی فلوتینگ 

در شیر توپی شناوری (Floating) ، توپ با توسط دو سیت تفلونی در دور آن قرار دارد و استم شیر توسط زائدگی به شکافی در بالای توپ متصل است که به توپ اجازه می دهد یک چهارم دور یا 90 درجه بچرخد. به عبارتی توپ آزاد است تا در داخل بدنه شیر شناور بوده و به راحتی بچرخد.

در این نوع شیر، فشار سیال باعث فشردگی سیت دوم در قسمت پایین دست یا down stream میشود. به عبارتی دیگر مکانیزم آب بندی در این نوع شیر توپی توسط سیت دوم صورت میگیرد.

بال ولو های از نوع توپ شناوری معمولآ در سایز های کوچکتر و کمتر از 8 اینچ و کلاس فشاری 150 تولید میشوند. دلیل این موضوع این میباشد که همانطور که بالاتر نیز اشاره شد قسمت آب بندی در آن، سیت دوم در قسمت پایین دست میباشد.

اگر فشار سیال بسیار بالا باشد سیت تفلونی دوم دچار لهیدگی و تغییر شکل دائمی میگردد و سیت از حالت الاستیک به حالت پلاستیک تغییر و شیر عملآ آب بندی خود را از دست میدهد و دچار نشتی میگردد.

همچنین در این نوع از توپ هنگامی که فشار بالا دست زیاد باشد، عملکرد شیر بسیار سخت می شود و عملآ نیروی بسیار بالایی باید وارد شود تا شیر باز یا بسته گردد. به همین جهت نوع دیگری از بال ولو وجود دارد که این مشکل را به راحتی حل میکند. 

شیرتوپی ترنیون 

مکانیزم آب بندی شیرتوپی ترونیون (Trunnion Mounted) به این صورت میباشد که در قسمت پشت سیت تعدادی فنر وجود دارد که سیت تفلونی توسط این فنرها به بدنه توپی فشرده میشود. این فشردگی سیت تفلونی به توپی باعث ایجاد یک آب بندی ایمن میشود و در فرآیند های با فشار بالا این فشردگی بیشتر نیز میشود.

به عبارت دیگر هنگامیکه فشار خط بالا میباشد، اتفاقآ این فشار باعث ایجاد آب بندی بهتر در شیر میگردد.

همچنین در این نوع یک شفت کوتاه که به آن ترونیون ساپورت نیز گفته میشود، مانند یک اکستنشن در قسمت پایین وجود دارد. طراحی به گونه ای میباشد که به گشتاور عملیاتی کمتری نیاز دارد. همین موضوع باعث کاهش نیروی لازم به عملگر و بطور کلی هزینه های نصب و نگهداری شیر را تا حد بسیار زیادی کاهش میدهد.

شیرتوپی ترونیون راه حلی بسیار خوب برای سرویس های با فشار عملیاتی بسیار بالا میباشند، که به هنگام باز و بست شدن شیر نیازمند گشتاور بسیار بالایی هستند.

انتخاب شیر توپي

انتخاب متریال مناسب در طراحی بدنه و توپی و همچنین سیت شیر توپی یکی از مهمترین ملاحظاتی میباشد که باید در نظر گرفته شود زیرا انتخاب متریال نامناسب در بال ولو باعث خوردگی و ایجاد نشتی، شکنندگی و آسیب دیدن بدنه شیر خواهد شد. 

بدنه قسمت اصلی این شیر را تشکیل میدهد . متریال های گوناگونی در ساخت بدنه بال ولو ها استفاده میشود. این آلیاژها بصورت Cast یا ریخته گری و آهنگری یا forge تولید میشوند.

انواع آلیاژ های فولاد کربنی یا WCB، استنلس استیل، فولاد های آلیاژی با مقاومت های بالا در برابر خوردگی و متناسب با استاندارد های NACE و … همگی از رایج ترین انواع متریال های مورد ساخت بال ولو ها محسوب میشوند.

انتخاب جنس مناسب با شرایط فرآیندی و سیال یکی از مهمترین ملاحظاتی است که به جهت جلوگیری از آسیب دیدن شیر و افزایش طول عمر آن باید در نظر گرفته شود.

مزایای شیر توپی

• باز و بسته شدن سریع (شیرهای قطع و وصل)
• آب بندی قابل اطمینان و مناسب برای کاربردهای دما و فشار بالا
• اندازه و وزن کمتر شیر نسبت به شیر قطع و وصل در سایز مشابه
• تعمیرات و نگهداری ساده و مقرون بصرفه

معایب شیر توپی

1. وجود دوغاب یا سیالات با ناخالصی، ذرات معلق ته نشین می شوند و در حفره های بدنه شیر گیر می کنند که باعث سایش، نشت یا خرابی در شیر توپی می شوند.
2. به دلیل باز و بسته شدن سریع شیر، موج های پر فشار در سیال ایجاد می شود که می تواند به تجهیزات پایین دست آسیب برساند.
3. سیال فرآیندی در داخل دیسک در هنگام بسته شدن به دام افتاده و ممکن است مشکلاتی مانند خوردگی را ایجاد کند.

انواع عملگر در شیرتوپی

شیرتوپی نیز مانند سایر شیرآلات صنعتی با انواع اکچویتور یا عملگرهای دستی یا اتوماتیک در صنایع مورد استفاده میباشد. هریک از این عملگرها با توجه به شرایط فرایندی و سایر عوامل خارجی طراحی و انتخاب میشوند.

عملگرهای دستی اهرمی و گیربگسی (در سایزهای بزرگ) از انواع مدل های رایج عملگرها محسوب میشوند. همچنین انواع اکچویتورهای برقی و پنوماتیکی نیز برای شرایطی که نیاز به کنترل اتوماتیک شیر باشد در صنایع مورد استفاده قرار میگیرند.

انتخاب نوع اکچویتور بستگی به عوامل متعددی در فرآیند دارد. سایز شیر توپی و خط لوله، شرایط فرآیندی شامل دمای سیال، فشار فرآیند و سایر پارامترهای فیزیکی مانند مقدار گشتاور یا نیروی لازم برای باز و بسته شدن شیر از عواملی هستند که همگی در انتخاب اکچویتور و سایزینگ آن از اهمیت بالایی برخوردار میباشند و باید در نظر گرفته شوند.

1- عملگر دستی

عملگرهای اهرمی یا lever type برای بال ولو ها با سایز های نه چندان بزرگ تا سایز “8 که فشار فرایندی آنچنان بالایی ندارند مناسب میباشد. اما برای شیر های با سایز های بزرگ تر از “8 باید از عملگرهای گیربکسی برای افزایش گشتاور نیرو استفاده کرد چراکه تنها با کمک گیربکس میتوان گشتاور بالایی برای باز و بسته کردن شیر ایجاد کرد و بر فشار بالای خط لوله غلبه کرد.

2- عملگر پنوماتیکی

در اینجا باید اشاره کنیم در مواقعی که نیاز به قطع و وصل بسیار سریع جریان عبوری از شیر میباشد یا امکان حضور نیروی انسانی و اپراتور میسر نمیباشد، باید از عملگرهای اتوماتیک استفاده کنیم. این عملگرها پنوماتیکی، هیدرولیکی و الکتریکی یا موتوری میباشند.

شیر توپی پنوماتیکی معمولآ با اکچویتور های پنوماتیکی دورانی اسکاچ یوک (Scotch-yoke) یا رک اند پینیون (Rack and Pinion) نصب و کوپل میشوند. این نوع شیر ها که ON/OFF Valve یا XV نیز نام دارند برای سرویس هایی که فقط قطع و وصل سیال در آنها برای ما اهمیت دارد مورد استفاده قرار میگیرند و برای کاربرد هایی مانند کنترل و تنظیم جریان برای آنها مناسب نیستند.

استفاده از عملگرهای روتاری پنوماتیک به جهت اینکه بسیار سریع هستند، در سرویس های ON/OFF مورد استفاده قرار میگیرند زیرا در شیر های قطع و وصل مسیر عبوری سیال باید در سریع ترین زمان ممکن قطع شوند.

انواع پورت (توپی) در شیر توپی

شیرهای توپی در 3 مدل شیرهای full bore و reduced bore و V-bore تولید شده و در صنایع مورد استفاده قرار میگیرند که هریک از این انواع پورت ها دارای مشخصات و ویژگی های منحصر بفردی است که در ادامه به آنها اشاره میکنیم.

1- بال ولو فول بور

در شیر توپی فول بور، ورودی شیر یا قطر سوراخ توپ شیر، دقیقآ برابر با قطر خط لوله میباشد و هنگامی که شیر باز می باشد هیچگونه افت فشاری در دو سر شیر و خط لوله ایجاد نخواهد شد.

این نوع شیرآلات مناسب سرویس هایی هستند که تمیز کاری دوره ای (پیگ رانی) روی خطوط لوله انجام میگیرد و باید میزان افت فشار خط بسیار کم باشد. تمامی بال ولو هایی که برای خطوط انتقال به کار میروند باید فول بور باشند و خاصیت پیگ رانی دارند.

2- بال ولو ردیوس بور Reduced Bore

از آنجایی که مهمترین قسمت این تجهیز، قسمت داخلی آن (توپی) میباشد و قسمت عمده از قیمت شیر توپی را تشکیل میدهد، در جایی که بتوانیم از سایز های کمتر برای شیر استفاده کنیم این نوع شیر مورد استفاده قرار میگیرد.

در این شیرها ورودی سیال یا به عبارت دیگر قطر داخلی توپ در این نوع شیر نسبت به قطر خط لوله یک یا دو سایز کمتر میباشد. 

 reduced-bore Ball valve دارای افت فشار بیشتر و قیمت پایین تری نسبت به شیر توپی فول بور هستند و از متداول ترین نوع موجود در صنایع محسوب میشوند.

در شکل زیر شماتیک داخلی مدل full bore و reduced bore را مشاهده میکنید.

3- بال ولو وی بور V-Bore

شیرتوپی V-Bore بیشتر برای سرویس های تنظیمی و کنترلی مورد استفاده قرار گرفته و به دلیل ساختار توپ و نشیمنگاه خاص خود، جریان سیال را بصورت خطی و کنترلی عبور میدهد.

سوراخ داخلی توپ در این نوع از شیر، به حالت گوه ای شکل (V) میباشد. زاویه V توپی مهمترین پارامتر در تنظیم و کنترل جریان در این مدل شیر میباشد، که بستگی به نوع سیال و میزان مشخصه فیزیکی آن دارد.

شکل زیر انواع پورت های مختلف برای شیر توپی را نمایش میدهد.

تجهیزصنعت تامین کننده و وارد کننده انواع شیرآلات کنترلی Control Valve، شیر های قطع و وصل ESDV و همچنین انواع شیر توپی، شیر پروانه ای، و سایر شیرهای صنعتی میباشد.

شیرتوپی با انواع اتصالات رزوه ای، فلنجی، جوشی با انواع متریال های فولادی، استیل، چدنی در انبار محصولات شرکت تجهیزصنعت موجود میباشد. برای استعلام قیمت و مشاوره فنی با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید.

انواع سیت بال ولو

آب بندی در شیر توپی توسط دو سیت فلزی یا غیر فلزی انجام میشود که در قسمت Pocket قرار میگیرند و توپی روی این قسمت ها میچرخد و آب بندی شیر را برقرار میکند.

توپی و سیت از مهمترین اجزای داخلی شیر توپی محسوب میشوند (تریم شیر) که در تماس مستقیم با سیال فرآیندی هستند.

به همین جهت در انتخاب متریال آنها باید حساسیت بسیار زیادی به خرج داد تا شیر از هرگونه آسیب دیدگی در امان باشد. عمومآ بال ولوها دارای سیت های تفلونی و توپی های از متریال استنلس استیل میباشند.

در شرایطی که دما یا فشار خط بسیار بالا باشد و امکان استفاده از سیت های غیرفلزی وجود نداشته باشد از شیرهای توپی با سیت فلزی یا metal seat استفاده خواهد شد.

همانطور که بالاتر نیز اشاره کردیم، یکی از مهمترین قسمت های بال ولو ها قسمت نشیمنگاه (SEAT) میباشد که به دلیل تماس و چرخش دائمی توپی روی آن و توجه به عدم نشتی شیر باید از متریال هایی انتخاب شود که مقاوم به خوردگی و ساییدگی باشند.

در شیر های توپی که برای تنظیم یا کنترل جریان استفاده میشوند، و همچنین در سرویس هایی که فشار سیسستم بسیار بالا میباشد و استفاده از سیت های تفلونی امکان پذیر نمیباشد (امکان لهیدگی سیت)، از سیت های فلزی با متریال های سخت کاری مانند کاربید تنگستن یا کاربید روی استفاده میشود.

سیت نیز میتواند از نوع نرم (soft seat) و یا از نوع فلزی (Metal Seat) باشد که هر یک با توجه به شرایط فرایندی و نوع سیال کاربرد های مختلفی دارد که باید در طراحی و انتخاب شیر به آن توجه ویژه ای شود.

برخی انواع متریال های نشیمنگاه Seat و آب بندی این تجهیز عبارت اند از مواد الاستومری ELASTOMER، تفلون یا PTFE، گرافیت، ویتون VITON و ….