شیرهای یکطرفه عموما بر روی خطوط لوله، جهت جلوگیری از برگشت جریان نصب می شوند. یک شیر یکطرفه در واقع نوعی شیر است که در آن فقط حرکت آزادانه به یک سمت ممکن می باشد، اما اگر جریان معکوس شود شیر یکطرفه از برگشت جریان جهت حفاظت از لوله ها، شیرهای دیگر، پمپ ها و تجهیزات دیگر بسته می شود. در صورتی که جریان معکوس شود و شیر یکطرفه ای در آن نصب نشده باشد احتمال بروز پدیده ضربه قوچ وجود دارد. ضربه قوچ اغلب با فشار بسیار قوی بروز می دهد و به لوله ها و اجزای آن ها آسیب می رساند.
شیرهای یکطرفه کاربردهای بسیار متفاوتی دارند. به عنوان مثال، عموما در سمت خروجی یک پمپ، جهت حفاظت از آن در برابر جریان معکوس نصب می شود. پمپ های سانتریفیوژ از جمله رایج ترین نوع پمپ های آب هستند که خودکار نمی باشند، بنابراین وجود یک شیر یکطرفه برای حفظ آب در داخل لوله ها، ضروری می باشد. شیر های یکطرفه همچنین در سیستم های تهویه اچ واک (سیستم های گرمایشی، تهویه، تهویه مطبوع) مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم های تهویه اچ واک به عنوان مثال در ساختمان های بزرگی که خنک کننده ها به طبقات زیادی پمپ می شوند، مورد استفاده قرار می گیرند.
عملا هر نوع برنامه لوله کشی یا انتقال مایعات قابل اجرا، چه صنعتی باشد ، چه تجاری و چه خانگی، نیاز به شیر یکطرفه دارند. شیرهای یکطرفه، هرچند نامحسوس ولی در واقع بخش مهمی از زندگی روزمره ما را تشکیل می دهند. صنایع فاضلاب شهری، تصفیه آب، پزشکی، فرآوری شیمیایی، تولید برق، صنعت دارویی، صنعت کروماتوگرافی، کشاورزی، نیروگاه آبی، پتروشیمی، فرآوری مواد غذایی و نوشیدنی همگی از شیر یکطرفه در عملیات روزمره تجهیزاتشان جهت انسداد جریان معکوس، استفاده می کنند. زیرا مانع از نقص در عملکرد محصول می شوند و در حین کار، نیازی به نظارت بر آنها نیست، وجود شیرهای کنترل نه تنها مطلوب است بلکه اغلب طبق قانون، برای اطمینان از ایمنی فشارگاز و فشار آب، صنایع ملزم به نصب شیرهای یکطرفه می باشند.
برای توضیح کاربرد شیر یکطرفه به صورت خانگی، شیرهای یکطرفه، برای باز و بسته کردن جریان آب کمک می کنند. آن ها در آبگرمکن ها، لوله کشی داخلی، شیر آب و ماشین ظرفشویی و همچنین تجهیزات پیشرفته ای چون پمپ های اندازه گیری، مخلوط کن ها، میکسرها و جریان سنج ها مورد استفاده قرار می گیرند. شیرهای یکطرفه صنعتی سیستم های داخل نیروگاه های هسته ای، کارخانجات شیمیایی، سیستم های هیدرولیک هواپیما ( دمای ارتعاشی و مواد خورنده) فضا پیماها و سیستم های پرتاب (کنترل واکنش، کنترل عامل نیروی محرکه ، کنترل ارتفاع) و سیستم های کنترل جریان گاز (جلوگیری از ترکیب گاز) را تحت نظارت قرار می دهند.
فرانک پی. کاتر اولین شیر یکطرفه را در سال 1907 اختراع کرد. نصب و تست و تعمیر شیر او بسیار آسان بود. در سال 1916، نیکولا تسلا شیر یکطرفه دیگری اختراع کرد که به شیر تسلا معروف شد. او این اختراعش را که یک شیر ساده سیال یکطرفه بود، در سال 1920 انحصارا به نام خود ثبت کرد.
زمانیکه فن آوری پلاستیک و تولید، به اندازه کافی پیشرفت کردند، تولید کنندگان شروع به ساخت شیرهای یکطرفه پلاستیکی دیافراگمی کردند که کاربردشان در صنعت پزشکی بسیار رایج است.
در طول سال ها، تولیدکنندگان ملزم به رعایت مقررات مختلفی بودند. برای مثال، در ژانویه 2014، کنگره، آئین نامه آب آشامیدنی را تصویب کرد که طبق آن، هر قطعه ی مرتبط با آب آشامیدنی، حداکثر می تواند % 25/0 محتوی سرب داشته باشد. این امر باعث شد تولیدکنندگان زمان زیادی را صرف جایگزینی تجهیزات لوله کشی قدیمی و مبتنی با سرب ذخیره آب، با سیستم های دارای اجزای برجسته ای چون شیر های یکطرفه ی ساخته شده از پلاستیک یا فولاد ضد زنگ، نمایند.
با اینکه طرح کلی و عملکرد شیر یکطرفه تقریبا ساده است، ولی تولیدکنندگان، موقع طراحی نمودار محصول خود، موارد مهم بسیاری را مد نظر قرار می دهند. برای اینکه مطمئن شوند که مواد از شیر عبور می کنند و از برگشت جریان به میزان کافی جلوگیری می شود.
ابتدا آن ها متریال مورد استفاده برای ساخت شیر یکطرفه را که بر کارکرد صحیح قطعه تاثیر می گذارد، انتخاب می کنند. اگر تولید کنندگان از مواد نامناسبی استفاده کنند، شیر باعث ساییدگی یا فرسایش یا آلودگی جریان فرایند خواهد شد. تولید کنندگان، متریال مورد استفاده برای ساخت شیر یکطرفه را از بین انبوهی از مواد پلاستیکی، فلزی و مصنوعی انتخاب می کنند. این متریال شامل مواد پی وی سی، برنجی، چدن داکتیل (برای بدنه های آهنی)، مسی، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، آلومینیوم، فولاد کربن، استنلس استیل ( برای بدنه و فنر فولاد ضد زنگ ) و لاستیک می باشند. انتخاب مواد کار بسیار مهمی است و برخی مواقع شیر از روی مواد سازنده اش نام گذاری می شود. ( مثال شیر یکطرفه بدنه چدنی)
سپس، تولید کنندگان اندازه شیر یکطرفه را تعیین می کنند. سایز شیرهای یکطرفه بسیار متفاوت هستند. مهمترین نکته در مورد سایز، قطر نشیمنگاه و مجرابند قطعه می باشد که معمولا بایستسی کمتر از یک اینچ یا چند فوت باشند. شیر یکطرفه هایی که اندازه شان به طور دقیق با استفاده از ابعاد لوله یا تیوب ، بدرستی تعیین شده باشند به راحتی روی خطوط جریان موجود، نصب می شوند.
اندازه شیرهمچنین بر میزان فشار شیر یا فشار شکست آن، تاثیر می گذارد . این میزان حداقل فشاری است که شیر کار می کند یا باز می شود. اگر شیر خیلی بزرگ و حجیم باشد فشاری که در جریان مداوم ایجاد می شود، حتی زمانیکه فشار مخالف بیشتر می شود، قادر به باز کردن آن نخواهد بود. دستگاه کوچک، یک جریان مداوم را به حرکت درمیآورد و هرگز بسته نمی شود. چنین نقص هایی در عملکرد محصول، نتیجه ی تجهیزات معیوب، متریال نامرغوب و آلودگی متقاطع که به طور بالقوه خطرناک هستند، می باشد.
عوامل دیگری چون دمای مواد در جریان، فشار دیفرانسیل و ضریب جریان شیر را نیز باید در نظر گرفت. تمامی عوامل و حتی نوع شیر یکطرفه به کاربرد شیر بستگی دارند. جهت تولید شیر ها برای کاربردهای مخصوص، تولیدکنندگان غالبا شیر یکطرفه های سفارشی می سازند.
شیرهای یکطرفه بدلیل طرح ساده و کاربرد آسانشان از محبوبیت زیادی برخوردارند. مکانیسم نسبتا ساده ای دارند. همانطوری که قبلا اشاره شد عملیات شیر یکطرفه کاملا توسط نمودار فرآیند تعیین می شود یعنی نیازی به مکانیسم های محرک اضافی، وجود ندارد. به طورکلی، شیر به عنوان یک قطعه ی استوانه ای شکل به سر پمپ واقع در خروجی و ورودی لوله ها نصب می شود. در حالی که دو طرف شیر باز است، قطعه در حال کار، محفظه را از وسط برش می دهد و به دو قسمت جریان بالا دست و پایین دست تقسیم می کند. نشیمنگاه از دیوارهای سیلندر امتداد می یابد و یک دریچه مناسب عبور جریان فرایند در آنجا وجود دارد.
توپ، استوانه مخروطی، دیسک و دیگر قطعات بزرگ، در مقابل نشیمنگاه روی قسمت پایین دست شیر یکطرفه قرار دارند. یک تحریک جزئی باعث می شود قطعه متصل، به پایین دست نریزد. با حرکت جریان در مسیر تعیین شده با فشار لازم، اتصال از نشیمنگاه جدا می شود و به سیال یا گاز، از طریق فاصله ایجاد شده، اجازه ورود می دهد. با افزایش فشار، درپوش به نشیمنگاه برمی گردد و از برگشت جریان جلوگیری می کند.
جاذبه یا مکانیسم فشرده فنر استینلس استیل (فولاد ضد زنگ) معمولا مسئولیت حرکت برگشتی را بر عهده دارد، اگرچه در برخی موارد فشار فزاینده روی قسمت پایین دست شیر برای حرکت قطعه به عقب کافی می باشد. بسته شدن شیر، حتی در فشار بالا از ترکیب شدن مواد پایین دست با مواد بالادست جلوگیری می کند. درپوش مورد استفاده برای شیر، وابسته به نوع شیر یکطرفه ی نصب شده، متفاوت می باشد.
همانطوری که از اسم آن پیداست، شیرهای یکطرفه توپی (کره ای) از توپ استفاده می کنند. شیرهای یکطرفه فشاری از یک دیسک یا یک استوانه مخروطی استفاده می کنند که متصل به یک میله مانند راهنما، بازگشت قطعه به جای مشخص خود روی نشیمنگاه را تضمین می کند. شیرهای یکطرفه لولایی از یک یا چند دیسک برای انسداد فاصله در نشیمنگاه شیر، استفاده می کنند.
