شیرآلات به وسیله یا جسم طبیعی اطلاق می شود که با باز کردن، بستن یا مسدود کردن بخشی از گذرگاه ها، جریان سیال (گازها، مایعات، جامدات سیال یا دوغاب) را تنظیم، هدایت یا کنترل میکند. شیر های صنعتی برای کنترل فشار بالا، چه از سیال یا گاز، و برای سالها استفاده در محیط های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
شیر ها دستگاه های مکانیکی هستند که جریان و فشار درون یک سیستم یا فرآیند را کنترل می کنند. آنها اجزای ضروری یک سیستم لوله کشی هستند که مایعات، گازها، بخارات، دوغاب و غیره را منتقل می کنند. در خارج از خانه، شیر های صنعتی برای کنترل فرآیند ها ساخته می شوند. اکثر تاسیسات، از آب گرفته تا نفت و گاز، بدون شیر های سنگین و با استحکام صنعتی نمی توانند کار کنند. پس اکنون که با اهمیت شیرآلات صنعتی آشنا شدید، بیایید با انواع، ویژگی ها و کاربرد آنها آشنا شویم.
اجزای اصلی شیرآلات صنعتی
بدنه شیرآلات (Body)
بدنه یا محفظه شیر، اغلب بزرگترین جزء شیر است. مواد از طریق بدنه بین پورت ها جریان می یابد و سایر اجزای شیر به آن متصل می شوند. به عنوان مثال، یک شیر کشویی استاندارد دارای سه سوراخ است: درگاه بالادست، جایی که مواد به داخل بدنه جریان می یابد. پورت پایین دست، جایی که مواد از بدنه خارج می شوند، و سوراخ دیگری در بالا برای اتصال کاپوت و محرک. البته، بسیاری از شیر ها دارای سه یا چند پورت نیز هستند، اما پیکربندی اولیه مشابه است.
بسته به نوع، اندازه و پیچیدگی شیر، بدنه شیر ممکن است از یک قطعه تشکیل شده باشد یا از چندین قطعه مجزا ساخته شود. فرآیندهای ریخته گری مدرن که از هسته ها استفاده میکنند، امکان افزودن حفره های پیچیده داخلی را فراهم میکنند. این فرآیندها، از جمله ریخته گری قالب پوسته، ریخته گری سرمایه گذاری، و ریخته گری قالب دائمی، اغلب برای ریخته گری شیر ها استفاده می شود. بدنه های شیر ها از آلیاژ های مختلفی ساخته می شوند و انواع استاندارد ها مختلف ASME ، ASTM ، DIN و یا بر اساس فشار کاری به دسته های CLASS یا PN تقسیم میشوند.
درپوش شیرآلات یا بونت (Bonnet)
درپوش ها (کلاهک) برای جلوگیری از عبور گرد و خاک و ایزوله کامل شیر به صورت پیچی (Bolted Bonnet) و به صورت رزوه یا دنده مونتاژ می شوند. بونت ها با استفاده از نخ داخل بدنه شیر یا پیچ و مهره های متصل به فلنج های روی بدنه و درپوش به بالای بدنه شیر متصل می شود. ویژگی های داخلی درپوش اجازه می دهد تا اجزای اضافی مانند محرک و عضو شیر متصل شوند.
درپوش اغلب در زمانی که شیر در حال استفاده است ثابت می ماند، اما می توان آن را برای تعمیر قطعات داخلی شیر یا پاک کردن بدنه از موانع برداشت. در برخی موارد، درپوش با بدنه به عنوان یک قسمت ترکیب می شود. حتی اگر آنها قطعات جداگانه ای باشند، کلاه درپوش اغلب به عنوان مشخصه محفظه کلی در نظر گرفته می شود. بدون آن، موادی که از طریق شیر جریان مییابد نشت میکند و فعال کردن شیر غیرممکن است.
مجرا بند ولو (Closure Member)
مجرابند به جسمی گفته میشود که جلوی عبور سیال را گرفته و باعث مسدود سازی سیال میگردد. یکی از مهمترین کارایی مجرا بند این است که مسیر عبور سیال را از طریق مجرای تعبیه شده مشخص می کند و به طور معمول شکل آن با توجه به شیرآلاتی نظیر دیسکی و توپی و مخروطی و غیره متغییر می باشد.
اجزای داخلی یا تریم (Trim)
تریم ولو به مجموعه از انواع قطعات گفته می شود که در کنار هم موجب آببند کردن ولو می شوند . جنس تریم به علت اینکه بیشترین تماس را با سیال (گاز، مایع) دارند به طور معمول از جنس های مقاوم به خوردگی مانند استیل 304 یا 316 انتخاب می شوند. دیسک (Disk)، سیت (Seat)، استم (Stem) و بوشینگ یا آببند (Gland) از مهمترین اجزای داخلی شیر می باشند.
نشیمنگاه شیر یا سیت ولو (Seat)
نشیمنگاه برای آببند کردن اطراف مجرابند (دیسک و بال) و نشستن مجرابند روی آن استفاده می شود. جنس سیت بدلیل برخورد زیاد با سیالات و مجرابند و با توجه به سیال عبوری و فشار کاری و درجه حرارت انتخاب می شود. سیت ها به دو دسته Metal Seat و Soft Seat تقسیم بندی می شوند که به طور معمول میزان دما و نشتی مجاز بر دقیقه در استاندارد API598 تعیین گردیده است.
استم یا ساقه شیر (Stem)
استم رابطی است که مابین مجرابند و عملگر شیر می باشد که وظیفه انتقال نیرو از عملگر (اهرمی و گیربکس) ولو به مجرابند (دیسک و بال) را انجام می دهد، ساقه ولو از اجزای تریم، باید دارای مقاومت بالایی نسبت به سایش و خوردگی و دارای استحکام باشد و معمولا از آلیاژ های جنس استیل با روش فورج ساخته می شود. ساقه ولو از بالا به بدنه شیر، با رزوه و یا خار و رابط به عملگر متصل می شود و از قسمت پایین به شکل های پرس و جوش و غیره نصب می گردد.
یوک شیرآلات (Yoke)
به اتصال بدنه و درپوش شیر با عملگر یوک گفته می شود. جنس یوک طبق متریال بدنه بوده و حتما باید دارای مقاومت به ضربه و فشار باشد تا مورد آسیب قرار نگیرد.
پکینگ یا گسکت آب بندی ولو (Packing)
گسکت آبندی بین استم و درپوش جهت آب بند کردن و جلوگیری از گرد و غباز مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از علل منفی بودن هیدرو تست های ولو ها را می توان به کهنه بودن و یا از بین رفتن پکینگ اشاره نمود. گسکت های آب بندی ولو در قسمت های دیگری شامل بین درپوش و بدنه و … مورد استفاده قرار می گیرند.
تقسیم بندی شیرآلات
انواع شیرآلات بر اساس سایز:
ولوهای سیستم متریک
ولوهای سیستم اینچی
ولوهای سیستم اینچی (System Inch) به طور معمول به شکل کلاس کاری (150-300-600-900-1500-2500) و فشار و دمای بالا (Pressure & Temperature rating) بوده و بر اساس استاندارد ASME B16.34 می باشند. به مقدار اسمی شیر در سیستم اینچی NPS هم می گویند.
ولوهای سیستم متریک Metric system (ISO ، DIN ، EN) به طور معمول به شکل PN: Pressure Number (bar) و فشار و دمای بالا بر اساس استاندارد EN 1092-1 می باشند. به مقدار اسمی شیرآلات در سیستم متریک DN می گویند.
انواع شیرآلات از نظر اپراتوری
شیرآلات دستی یا اپراتوری (Manual Valve)
شیرآلات اتوماتیک یا خودکار (Actuators)
شیر پنوماتیک (Pneumatic Valve)
شیر با اکچیتور برقی (Electric Valve Actuator)
شیر با اکچیوتور هیدرولیک (Hydraulic Actuators)
شیر سلونوئیدی برقی (Solenoid Valve)
شیر های دستی یا اپراتوری (Manual Valve)
به نوعی از شیر گفته می شود که گشتاور مورد نیاز آن زیر 500 NM بوده و با دست بازو بست شود عملگر یا دسته این گونه از ولو به صورت اهرمی (شیر پروانه ای)، فلکه (شیر کشویی)، دسته (شیر گازی) بوده و به طور معمول در سایز بالای 8 اینچ بیشتر مواقع شیر با عملگر گیربکسی چرخدنده حلزونی یا پیچی , جهت باز و بست راحت تر مورد استفاده قرار می گیرد.
قیمت شیر اتوماتیک یا خودکار (Actuators)
به تمامی شیر هایی که بدون نیاز به شخص به صورت خودکار، اتوماتیک plc و یا به صورت کنترل از راه دور باز و بسته می شوند، شیر اتوماتیک یا خودکار گفته می شود. شیر مکانیکی خودکار (شیر یک طرفه، شیر اطمینان و غیره)، شیرآلات با اکچیتور پنوماتیک، شیرآلات با اکچیتور برقی، شیرآلات با اکچیتور هیدرولیکی، شیرآلات سلونوئیدی با بوبین برقی از دسته شیر های اتوماتیک می باشند. شیرآلات خودکار مکانیکی به دو صورت اتوماتیک و با فشار سیال، مانند: شیر یک طرفه یا در تنظیم مقدار کالیبراسیون مثل شیر اطمینان اتوماتیک، سیال (مایع، گاز) را عبور یا خروج می دهند.
قیمت شیر پنوماتیک (Pneumatic Valve)
تشکیل شده از شیر با اکچیتور پنوماتیک می باشد این دسته از شیر بدلیل فشار باد از دیگر شیرهای اتومتیک با عمل سرعت بیشتری باز و بست را انجام می دهد. از انواع مدل شیر های پنوماتیک می توان به شیر توپی پنوماتیک (Ball Valve)، شیر پروانه ای پنوماتیک (Butterfly Valve) و گلوب ولو پنوماتیک (Globe Valve) اشاره نمود. در امثالی از ولو های پنوماتیک می توان از یک پوزیشنر با عملگر (دسته شیر) پنوماتیک استفاده نمود که با 4 تا 20 میلی آمپر سیال عبوری توسط شیر کنترل، و به تدریج قطع و وصل شود.
شیر با عملگر برقی (Electric Valve Actuator)
از اجزای شیر و عملگر برقی تشکیل می شود که به آن MOV یا Motor Operated Valve می گویند که با تبدیل کردن انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و انتقال نیرو از عملگر برقی به شافت موجب باز و بسته شدن شیر می شود.
قیمت شیر با اکچیتور هیدرولیکی (Hydraulic Actuators)
از اجزای شیر با عملگر هیدرولیکی که با سیال روغن کار می کند متشکل شده است. بیشترین کاربرد شیر هیدرولیکی برای معادن و یا تونل که احتمال انباشته شدن گاز وجود داشته باشد، و به علت جلوگیری از ایجاد جرقه و اشتعال است.
قیمت شیر سلونوئیدی برقی (Solenoid Valve)
در طراحی و اصول خطوط پایپینگ در نقاط Seat و Unseat نیروی لحظه ای بیشتری برای باز و بسته کردن ولو مورد استفاده قرار می گیرد. بوبین برقی این شیر دارای ساختار بسیار ساده و ولتاژهای 220v ، 24v dc ، 24v ac تولید می شوند و به راحتی قطع و وصل سیال را انجام می دهد. این دسته از شیر یکی از پر کاربرد ترین شیر های صنعتی می باشد.
انواع شیرآلات از نظر حرکت مکانیکی
مجرابند (Closure Member) شیرآلات خطی مانند شیر کشویی و یا شیر کروی، با حرکت عمودی یا افقی مسیر سیال را قطع یا وصل می کنند. اما مجرابند شیرآلات چرخشی، با چرخش 90 یا 180 درجه مسیر عبور سیال را قطع و وصل می کنند. از انواع این شیرها می توان به شیر توپی و شیر پروانه ای و … اشاره کرد.
انواع شیرآلات از نظر نحوه ی عبور سیال
شیر های قطع و وصل فقط برای باز و بسته کردن مسیر سیال استفاده می شوند و ا از ولو هایی مانند شیر کشویی به علت ایجاد تلاطم (ضربه قوچی) نمی توان برای کنترل دقیق سیال (مایع، گاز) استفاده کرد. شیر های کنترل جریان هم برای قطع و وصل و هم برای کنترل جریان استفاده می شوند. این شیر ها با اپراتور و یا اتوماتیک کنترل جریان سیال را انجام می دهند.
قیمت شیر مکانیکی خودکار
شیرآلات همانند سفتی ولو ها، شیر فشار شکن و یا شیر یکطرفه که با تنظیم مقدار تعیین شده کالیبراسیون شیر یا با فشار شیر سیال را عبور یا قطع یا کاهش می دهند.