شیر توپی یک شیر خاموش است که جریان یک مایع یا گاز را با استفاده از یک توپ دوار دارای سوراخ کنترل می کند. با چرخاندن توپ به یک چهارم دور (90 درجه) حول محور آن، محیط می تواند از آن عبور کند یا مسدود شود. آنها با طول عمر طولانی مشخص می شوند و آب بندی قابل اعتمادی را در طول عمر، حتی زمانی که شیر برای مدت طولانی استفاده نمی شود، ارائه می دهند. در نتیجه، آنها به عنوان شیر خاموش و به عنوان مثال شیر دروازه محبوب تر هستند. شیرهای توپی نسبت به سایر انواع شیرها در برابر محیط های آلوده مقاوم تر هستند.
شکل 1: نمای مقطعی شیر توپی
در نسخه های خاص از شیرهای توپی به عنوان شیر کنترلی نیز استفاده می شود. این کاربرد به دلیل دقت نسبتاً محدود کنترل دبی در مقایسه با انواع دیگر شیرهای کنترل کمتر رایج است. با این حال، شیر در اینجا مزایایی نیز دارد. به عنوان مثال، حتی در مورد رسانه های کثیف، همچنان از آب بندی قابل اعتماد اطمینان می دهد. شکل 1 نمای مقطعی یک شیر توپی را نشان می دهد.
شیرهای توپی استاندارد از محفظه، صندلی، توپ و اهرم برای چرخش توپ تشکیل شده است. آنها شامل شیرهایی با دو، سه و چهار پورت هستند که می توانند رزوه ای ماده یا نر یا ترکیبی از آنها باشند. دریچه های رزوه ای رایج ترین هستند و انواع مختلفی دارند: با تاییدیه برای رسانه ها یا برنامه های خاص، شیرهای توپی کوچک ، شیرهای توپی زاویه دار، شیرهای توپی ISO-بالا، با صافی یکپارچه یا نقطه خروج و لیست ادامه دارد. آنها طیف گسترده ای از گزینه ها و محدوده عملیاتی زیادی برای فشار و دما دارند.
شیرهای توپی هیدرولیک به دلیل درجه فشار کاری بالا و مقاومت هیدرولیک و روغن گرمایشی به طور ویژه برای سیستم های هیدرولیک و گرمایشی طراحی شده اند. این شیرها از فولاد یا فولاد ضد زنگ ساخته می شوند. علاوه بر این مواد، صندلی ها همچنین شیرهای هیدرولیک را برای فشار کاری بالا مناسب می کنند. نشیمن این شیرها از پلی اکسی متیلن (POM) ساخته شده است که برای کاربردهای فشار بالا و دمای پایین مناسب است. حداکثر فشار کاری شیرهای توپی هیدرولیک به بالای 500 بار می رسد در حالی که حداکثر دما تا 80 درجه سانتی گراد می رسد.
دریچه های توپ فلنج دار با نوع اتصالشان مشخص می شوند. پورت ها از طریق فلنج هایی که معمولا مطابق با استاندارد خاصی طراحی می شوند به یک سیستم لوله کشی متصل می شوند. این شیرها سرعت جریان بالایی را ارائه می دهند زیرا معمولاً طراحی تمام سوراخ دارند. هنگام انتخاب یک شیر توپی فلنجی، علاوه بر درجه فشار، باید کلاس فشرده سازی فلنج را نیز بررسی کنید که نشان دهنده بالاترین فشاری است که این نوع اتصال می تواند تحمل کند. این شیرهای توپی با دو، سه یا چهار پورت طراحی شده‌اند، می‌توان آنها را برای رسانه‌های خاص تأیید کرد، دارای ISO-top و هر چیز دیگری که یک شیر یک چهارم چرخش استاندارد می‌تواند داشته باشد. آنها معمولاً از فولاد ضد زنگ ، فولاد یا چدن ساخته می شوند.
دریچه های توپی تهویه شده تقریباً مشابه دریچه های توپی دو طرفه استاندارد در طراحی آنها به نظر می رسند. تفاوت اصلی این است که دریچه خروجی در حالت بسته به محیط خارج می شود. این امر با سوراخ کوچکی که در توپ و بدنه دریچه ایجاد می شود به دست می آید. هنگامی که شیر بسته می شود، سوراخ ها در کنار درگاه خروجی قرار می گیرند و فشار را آزاد می کنند. این به ویژه در سیستم های هوای فشرده که کاهش فشار محیط کار ایمن تری را فراهم می کند مفید است. به طور مستقیم این شیرها شبیه شیرهای توپی دو طرفه به نظر می رسند در حالی که در واقع به دلیل گمانه کوچک برای هواگیری 3/2 طرفه هستند.
دریچه های توپ فورج شده با شکل دادن به آلیاژها و فلزات در حالی که هنوز به شکل جامد هستند ایجاد می شوند. فلزات و آلیاژها با حرارت دادن یا با ابزارهایی با اندازه صنعتی که نیروهای فشاری را برای خم کردن مواد ایجاد می کنند خم می شوند. دریچه های توپ فورج شده برای کاربردهای صنعتی که به دما، فشار و سایر شرایط شدید نیاز دارند، مناسب تر هستند. موادی مانند برنج و فولاد ضد زنگ را می توان برای ساخت دریچه های توپ فورج استفاده کرد. در طول فرآیند تولید، فلز (یا آلیاژ) گرم می شود، فشرده می شود، خم می شود و با استفاده از دستگاه فورج بر اساس طرح شیر توپی شکل می گیرد.
قالب کمک می کند تا فلز به شکل خاصی درآید، در حالی که دستگاه فشار کافی را اعمال می کند که فلز را مجبور می کند تا به شکل مناسبی درآید. برای شیرهای توپی که اندازه آنها بزرگتر است، لازم است اجزای مختلف به یکدیگر جوش داده شوند. همچنین شیرها را می توان بر اساس نیازهای خاص با پوشش های تخصصی پوشش داد.
دریچه های توپ فورج قوی و بادوام هستند و این شیرها را می توان در شرایط خاص که شامل دما و فشار بالا می شود استفاده کرد.
فرآیند آهنگری حساسیت شیر توپی را به مسائلی مانند تخلخل، ترک خوردگی و انقباض کاهش می دهد.
شیرهای توپ فورج شده می توانند خیلی سریع با تغییرات دما سازگار شوند. بنابراین این شیرها برای کار در محیط های متعدد مناسب هستند.
شکل 2: نمودار شیر توپی
برای درک اصل کار یک شیر توپی، دانستن 5 قسمت اصلی شیر توپی و 2 نوع عملکرد مختلف مهم است. 5 جزء اصلی را می توان در نمودار شیر توپی در شکل 2 مشاهده کرد. توپ توسط نشیمن سوپاپ توپی (5) و حلقه های اورینگ (2) در اطراف میل سوپاپ پشتیبانی و مهر و موم شده است. همه در داخل محفظه سوپاپ (3) قرار دارند. توپ دارای سوراخی است، همانطور که در نمای مقطعی شکل 1 مشاهده می شود. هنگامی که میل سوپاپ یک چهارم چرخش می چرخد، سوراخ یا به سمت جریان باز می شود و به رسانه اجازه می دهد از آن عبور کند یا برای جلوگیری از جریان رسانه بسته می شود. عملکرد مدار سوپاپ ها، مجموعه محفظه، طراحی توپ، و انواع عملکرد همه بر عملکرد شیرهای توپی در زیر بحث شده است.
شیر ممکن است دو، سه یا حتی چهار پورت (2 طرفه، 3 طرفه یا 4 طرفه) داشته باشد. اکثریت قریب به اتفاق شیرهای توپی دو طرفه هستند و به صورت دستی با یک اهرم کار می کنند. هنگامی که شیر باز می شود اهرم در راستای لوله قرار دارد. در حالت بسته، دسته عمود بر لوله است. جهت جریان شیر توپی به سادگی از ورودی به خروجی برای یک شیر دو طرفه است. شیرهای توپی که به صورت دستی کار می کنند می توانند به سرعت بسته شوند و بنابراین خطر چکش آب با رسانه های سریع جریان دارد.
برخی از شیرهای توپی مجهز به گیربکس هستند. دریچه های 3 طرفه دارای سوراخ L یا T شکل هستند که بر عملکرد مدار (جهت جریان) تأثیر می گذارد. این را می توان در شکل 3 مشاهده کرد. در نتیجه، عملکردهای مدار مختلفی مانند توزیع یا مخلوط کردن جریان ها قابل دستیابی است.
نمونه ای از شیر توپی 3 طرفه
توابع مدار برای حفره T و L
شکل 3: مثالی از یک شیر توپی 3 طرفه و عملکرد مدار برای سوراخ T و L.
مونتاژ محفظه شیر را می توان به سه طرح معمولی تقسیم کرد: محفظه های یک تکه، دو تکه و سه تکه. تفاوت در نحوه مونتاژ شیر است و این بر امکانات نگهداری یا تعمیر تأثیر می گذارد. عملکرد سوپاپ ها در هر تجسم یکسان است.
این ارزان ترین نوع است. دو قسمتی که گوی را محصور می کنند فشرده یا جوش داده می شوند. شیرها را نمی توان برای تمیز کردن یا نگهداری باز کرد. این نوع عموما برای کاربردهای کم تقاضا استفاده می شود.
شیرهای دو تکه را می توان برای تمیز کردن، سرویس و بازرسی جدا کرد. اغلب، قطعات از طریق یک اتصال رزوه ای به هم متصل می شوند. شیر باید به طور کامل از لوله جدا شود تا دو قسمت از هم جدا شوند.
شیرهای گران قیمت اغلب دارای سه تکه هستند. قطعات به طور کلی توسط اتصالات پیچ و مهره ای به هم متصل می شوند. مزیت این تجسم این است که می توان شیر را بدون جدا کردن کل شیر از خط لوله سرویس کرد.
