شیر توپی

شیر توپی یک دستگاه کنترل جریان است که از یک توپ توخالی، سوراخ دار و چرخشی برای کنترل جریان سیال از درون آن استفاده می کند. هنگامی که سوراخ از وسط گوی در یک راستا با ورودی جریان باشد، باز است و زمانی که توسط دسته سوپاپ 90 درجه می چرخد، بسته می شود و جریان را مسدود می کند.[1] دستگیره هنگام باز بودن در راستای جریان صاف قرار می گیرد و در صورت بسته عمود بر آن است که باعث می شود به راحتی وضعیت دریچه تایید بصری شود.[2] چرخش 1/4 بسته می تواند در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت باشد.

شیرهای توپی بادوام هستند، پس از چرخه های زیاد عملکرد خوبی دارند و قابل اعتماد هستند و حتی پس از استفاده طولانی مدت به طور ایمن بسته می شوند. این ویژگی‌ها آن‌ها را به گزینه‌ای عالی برای برنامه‌های خاموش و کنترل تبدیل می‌کند، جایی که آنها اغلب به دروازه‌ها و دریچه‌های گلوب ترجیح داده می‌شوند، اما فاقد کنترل دقیق آن گزینه‌ها در برنامه‌های دریچه گاز هستند.

سهولت کار، تعمیر و تطبیق پذیری شیر توپی، آن را به کاربردهای صنعتی گسترده می رساند، بسته به طراحی و مواد مورد استفاده، فشار تا 1000 بار (100 مگاپاسکال؛ 15000 psi) و دمای تا 750 درجه فارنهایت (400 درجه سانتیگراد) را تحمل می کند. . اندازه ها معمولاً از 0.2 تا 48 اینچ (5 تا 1200 میلی متر) متغیر است. بدنه شیر از فلز، پلاستیک یا فلز با سرامیک ساخته شده است. توپ های شناور اغلب برای دوام با روکش کروم هستند. یکی از معایب شیر توپی این است که هنگامی که برای کنترل جریان آب استفاده می شود، در حالت بسته، آب را در حفره مرکزی به دام می اندازد. در صورت کاهش دمای محیط به زیر نقطه انجماد، طرفین می توانند به دلیل انبساط مرتبط با تشکیل یخ ترک بخورند.[3] برخی از وسایل عایق یا نوار حرارتی در این شرایط معمولاً از آسیب جلوگیری می کند. گزینه دیگر برای آب و هوای سرد "شیر توپی مقاوم در برابر یخ زدگی" است. این سبک از شیر توپی دارای یک پلاگین انجماد در کناره است، بنابراین در صورت یخ زدن، دریچه انجماد پاره می شود و به عنوان یک نقطه شکست "فداکاری" عمل می کند و امکان تعمیر آسان تر را فراهم می کند. به جای تعویض کل شیر، تنها چیزی که مورد نیاز است نصب یک پلاگین انجماد جدید است.[4]

برای سیالات برودتی یا محصولی که ممکن است در داخل گوی منبسط شود، دریچه ای وجود دارد که در سمت بالادست دریچه سوراخ شده است. این به عنوان یک توپ تهویه نامیده می شود.

شیر توپی را نباید با "شیر توپی" اشتباه گرفت، نوعی شیر چک که از یک توپ جامد برای جلوگیری از برگشت ناخواسته استفاده می کند.

انواع دیگر شیرهای یک چهارم چرخشی شامل شیر پروانه ای و شیر پلاگین و شیر توپی ضد انجماد است.

انواع

پنج سبک بدنه کلی برای شیرهای توپ وجود دارد: یک بدنه، بدنه سه تکه، بدنه تقسیم شده، ورودی بالا و جوشی. این تفاوت بر اساس نحوه تولید و مونتاژ قطعات سوپاپ - به ویژه پوششی که خود توپ را در خود دارد - است. عملکرد سوپاپ در هر مورد یکسان است.[5]

بدنه های یک تکه ساختار بسیار سفت و سختی را ارائه می دهند، در برخی از نسخه ها توپ از شیر جدا می شود بدون اینکه کل شیر از خط خارج شود، اما بدنه های چند تکه فضای بیشتری را برای ابتکار طراحی ارائه می دهند.

علاوه بر این، سبک های مختلفی در رابطه با سوراخ خود مکانیزم توپ وجود دارد. و بسته به فشار کاری، شیرهای توپی به دو دسته شیرهای توپی فشار پایین و شیرهای توپی فشار قوی تقسیم می شوند. در اکثر صنایع، شیرهای توپی با فشار کاری بالاتر از 3000 psi (210 بار) به عنوان شیرهای توپی فشار قوی در نظر گرفته می شوند. معمولاً حداکثر فشار کاری برای شیرهای توپی فشار قوی 7500 psi (520 بار) است و به ساختار، اندازه و مواد آب بندی بستگی دارد. حداکثر فشار کاری شیرهای توپی فشار قوی می تواند تا 15000 psi (1000 بار) باشد. شیرهای توپی فشار بالا اغلب در سیستم‌های هیدرولیک استفاده می‌شوند، بنابراین به آنها شیرهای توپی هیدرولیک نیز می‌گویند.[6]

شیرهای توپی در اندازه های تا 2 اینچ (51 میلی متر) معمولاً در طرح های یک تکه، دو یا سه تکه تولید می شوند. شیرهای توپی یک تکه تقریباً همیشه دارای سوراخ کمتری هستند، نسبتاً ارزان هستند و به طور کلی به جای تعمیر تعویض می شوند. شیرهای توپی دو تکه معمولاً دارای سوراخ کمی کاهش یافته (یا استاندارد) هستند و می توانند دور انداخته یا قابل تعمیر باشند. طراحی سه تکه اجازه می دهد تا قسمت مرکزی شیر حاوی توپ، ساقه و نشیمنگاه ها به راحتی از خط لوله جدا شود. این کار تمیز کردن کارآمد رسوبات رسوب‌شده، جایگزینی نشیمنگاه‌ها و بسته‌بندی‌های غدد، صیقل دادن خراش‌های کوچک روی توپ را تسهیل می‌کند، همه اینها بدون برداشتن لوله‌ها از بدنه شیر. مفهوم طراحی شیر سه تکه این است که قابل تعمیر باشد. هر دریچه به میزان معینی گرم می شود، در حالی که مواد اضافی از بدنه بریده می شود.[7]

سوراخ کامل

یک شیر توپی با سوراخ کامل (گاهی اوقات با پورت کامل) دارای یک توپ بزرگ است به طوری که سوراخ در توپ به اندازه خط لوله است و در نتیجه اصطکاک کمتری از دست می رود. جریان بدون محدودیت است، اما شیر بزرگتر و گرانتر است، بنابراین فقط در مواردی که جریان آزاد مورد نیاز است، به عنوان مثال در خطوط لوله که نیاز به پیگینگ دارند، استفاده می شود.

کاهش سوراخ، یا کاهش پورت

در شیرهای توپی با سوراخ کاهش یافته (گاهی اوقات پورت کاهش یافته)، جریان از طریق شیر یک اندازه لوله کوچکتر از اندازه لوله شیر است که در نتیجه ناحیه جریان از لوله کوچکتر است. از آنجایی که دبی جریان ثابت می ماند و برابر است با مساحت جریان (A) ضربدر سرعت (V)،

�

1

�

1

=

�

2

�

2

{\displaystyle A_{1}V_{1}=A_{2}V_{2}} با کاهش سطح جریان، سرعت افزایش می‌یابد.

پورت V

یک شیر توپی پورت V دارای یک توپ به شکل 'v' یا یک صندلی به شکل 'v' است. این اجازه می دهد تا ویژگی های جریان خطی و حتی درصد برابر را داشته باشید. هنگامی که دریچه در وضعیت بسته قرار دارد و باز شدن شروع می شود، ابتدا انتهای کوچک "v" باز می شود تا کنترل جریان پایدار در این مرحله امکان پذیر شود. این نوع طراحی به دلیل سرعت بالای سیالات، که ممکن است به یک شیر استاندارد آسیب برساند، به ساختاری مستحکم تر نیاز دارد. هنگامی که به درستی ماشین کاری شوند، این شیرهای کنترلی عالی هستند که عملکرد نشتی عالی را ارائه می دهند.

پرکننده حفره

بسیاری از صنایع با مشکلات باقی مانده در شیر توپ مواجه می شوند. در جایی که مایع برای مصرف انسان در نظر گرفته شده است، باقیمانده ها نیز ممکن است خطری برای سلامتی داشته باشند، و جایی که مایع هر از گاهی تغییر می کند، ممکن است آلودگی یک مایع به مایع دیگر رخ دهد. باقیمانده ها به این دلیل به وجود می آیند که در موقعیت نیمه باز دریچه توپی، شکافی بین سوراخ توپ و بدنه ایجاد می شود که مایع می تواند در آن گیر کند. برای جلوگیری از ورود مایع به این حفره، حفره باید مسدود شود، که می تواند با گسترش صندلی ها به گونه ای انجام شود که همیشه با توپ در تماس باشد. این نوع شیر توپی به شیر توپی پرکننده حفره ای معروف است.

انواع مختلفی از شیرهای توپی مربوط به اتصال و حرکت جانبی توپ وجود دارد:

Trunnion، شناور و فعال

یک شیر توپی تراننیون دارای لنگر مکانیکی اضافی برای توپ در بالا و پایین است که برای شیرهای فشار بزرگتر و بالاتر (معمولاً بالای 3.9 اینچ (10 سانتی متر) و 580 psi (40 بار)) مناسب است.

دریچه توپی شناور دریچه ای است که در آن توپ توسط یک بند در جای خود ثابت نمی شود. در عملکرد عادی، این باعث می شود که توپ کمی در پایین دست شناور شود. این باعث می شود که مکانیسم نشستن در زیر فشار دادن توپ به آن فشرده شود. علاوه بر این، در برخی از انواع، در صورت وارد آمدن نیرویی که باعث از بین رفتن مکانیزم نشیمنگاه می شود (مانند گرمای شدید ناشی از آتش سوزی در خارج از شیر)، توپ تا انتها تا بدنه فلزی شناور می شود که برای آب بندی در برابر توپ طراحی شده است. طراحی تا حدودی ایمن.[8]

شیرهای توپی که به صورت دستی کار می کنند می توانند به سرعت بسته شوند و بنابراین خطر چکش آب وجود دارد. برخی از شیرهای توپی مجهز به یک محرک هستند که ممکن است به صورت پنوماتیک، هیدرولیکی یا موتوری کار کند. از این شیرها می توان برای روشن/خاموش کردن یا کنترل جریان استفاده کرد. یک شیر کنترل جریان پنوماتیکی همچنین مجهز به یک موقعیت گیر است که سیگنال کنترل را به موقعیت محرک و باز شدن دریچه بر این اساس تبدیل می کند.

چند پورت

سه و چهار طرفه دارای یک سوراخ L یا T شکل از وسط هستند. ترکیب های مختلف جریان در شکل نشان داده شده است. به راحتی می توان فهمید که یک شیر T می تواند هر جفت پورت یا هر سه پورت را به هم متصل کند، اما موقعیت 45 درجه که ممکن است هر سه را قطع کند، هیچ حاشیه ای برای خطا باقی نمی گذارد. شیر L می تواند پورت مرکزی را به هر یک از درگاه های جانبی متصل کند یا هر سه را جدا کند، اما نمی تواند پورت های جانبی را به هم متصل کند.

دریچه های توپی چند پورت با 4 راه یا بیشتر نیز به صورت تجاری در دسترس هستند، راه ورودی اغلب متعامد به صفحه خروجی ها است. برای کاربردهای خاص، مانند راندن موتورهای با هوا از جلو به عقب، این عملیات با چرخاندن یک شیر چهار طرفه تک اهرمی انجام می شود. شیر توپی 4 طرفه دارای دو پورت L شکل در توپ است که به هم متصل نمی شوند که گاهی اوقات به عنوان پورت "×" نامیده می شود.