شیر توپی (بال ولو) Ball Valve چیست؟

شیر توپی یا بال ولو یا شیر گازی یک مدل از انواع شیر می باشد که با گردش 90 درجه یا ربع گردش که در جهت مستقیم حرکت سیال است شیربال ولو دارای یک قطعه رابند که حرکت دورانی دارد و شامل یک توپ کامل و یا نیمه کامل است.

این توپ هنگامی که می چرخد مسیر سیال را باز و یا بسته ( صفر / یک ) می کند و برای تنظیم جریان استفاده نمی شود. این شیرها به دلیل اطمینان بالا و نوع آب بندی مناسبی که دارند گزینه بسیار مناسبی برای گازها می باشند این شیر دارای مجرای ورودی و خروجی در مرکز آن می باشد. جنس بدنه شیر توپی معمولا از فولاد ساخته می شود و می توان جهت افزایش دوام بیشتر در مقابل خوردگی با آلیاژ نیکل پوشش شوند.تولید کنندگان بال ولو (شیر توپی) را به صورت فلنج دار، ساکتی و لب جوشی در کلاس های 150،300،600،900،1500،2500 تولید می کنند و در بازار خرید شیر توپی با برندهای ایرانی و خارجی موجود می باشد.

مزایای شیر توپی Ball Valve

• قیمت نسبتا ارزان آن نسبت به دیگر شیرها
• هزینه نگهداری پایین (تعمیر شیر توپی یا تعمیر بال ولو )
• عملکرد سریع با ربع دور باز و بسته شدن
• کم حجم
• عدم نیاز به روانکار
• آب بندی غیر قابل نفوذ

معایب شیر توپی Ball Valve

• قدرت محدود کنندگی در شیرتوپی و قدیمی محدود است
• به دلیل ضربات ناشی از جریان دارای سرعت بالا ، سریعا فرسایش می یابد.

اجزای ساختار شیر توپی

جنس توپی

توپ ها معمولا فلزی هستند و بدنه آنها نیز فلزی است به همراه نشیمنی که از مواد آلوستومر (Elastomer)  ساخته می شود البته توپ های پلاستیکی نیز به ندرت استفاده می شود

انواع بال ولو (شیر توپی) ball valve

شیر توپی یا شیر گازی به روش های مختلف دسته بندی می شوند:

• تقسیم بندی شیر گازی از نظر نوع ساختمان
• ورود از بالا  Tap Body
• اجزا از بالا به پایین شیر توپی intro up to down ball valve
• بدنه چند تکه Split Body

از مزایای این شیرها می توان به تعمیر، نگهداری و بازرسی آسان اشاره نمود . این شیرها به دلیل دو و سه تیکه بودن به راحتی مورد بازرسی در خطوط قرار می گیرند و در صورت نیاز به تعویض قطعه می توان آن را عوض کرد

ورود از پایین End Entry

تمام جوش Welded Body

شیرها ی جوشی مناسب سیالات سمی است و طراحی ساختار آن باعث عدم نشتی در طول شیر می باشد. این شیرها در موردی همچون خطوط دریایی و خطوطی که در داخل خاک عبور می کنند استفاده می شود .

شیر توپی تمام جوش welded ball valve

پرکاربردترین تیپ از انواع شیر توپی بصورت دو راهه (ورودی وخروجی در مسیر طولی و مستقیم) که اجازه می دهد جریان بصورت خطی و بدون آشفتگی و تلاطم از ورودی به خروجی جریان یابد و نیز در شیر توپی سه و چهارراهه ورود و عبور جریان بصورت ترکیبی در امتدادهای 90 درجه میسر می سازد . بصورت کلی و عمومی شیر توپی از لحاظ تیپ بندی بدنه در چند مدل وجود دارند.

شیرها از نظر نوع شکل گوی

شیر توپی فلوتینگ بال ولو  Floating Ball Valve

در این نوع شیرها، توپی یا بال فقط از سمت بالا مهار شده و توپی می‌تواند توسط جریان سیال کمی در مسیر جریان بازی کند. این نوع شیرها برای فشارهای کاری پایین‌تر طراحی می‌شوند.

بال ولو ترنیون  Trunnion Mounted Ball Valve

در این نوع نصب، توپی از بالا و پایین مقید شده و فقط قادر به دوران است. دو عدد حلقه با شیارهایی که درون آنها تفلون جهت آب‌بندی قرار دارد-که به آن سیت-رینگ می‌گویند.

در دو طرف توپی قرار دارند که توسط فنرهایی که در پشت این سیت رینگها هستند به بال فشرده می‌شوند. این نوع شیرها مناسب فشارهای کاری بالاتر بوده و معمولاً قابلیت double block and bleed دارند. به این معنا که شیر در دو سمت بال کاملاً مستقل آب بند بوده و اگر هر سمتی از خط دارای فشار باشد جریان معکوس نمی‌تواند شکل بگیرد. سوراخ کوچکی در وسط شیر به نام «پورت درین یا تخلیه» وجود دارد که می‌توان از ان شیر را تخلیه کرد یا در اصطلاح bleed  گرفت.

Rising Stem Ball valve

3 دسته بندی شیر توپی از نظر شکل توپ و مجرا (bore)

Full Port/Full Bore Type  فول بور

در مدل   Full Bore، قطر داخلی بور به صورت تقریبی برابر با قطر خط می باشد. در این نوع از شیرها، مجرا و توپی در حالت باز ، کاملا به اندازه قطر داخلی لوله متصل به دو سر شیر می باشد. این نوع از مقطع باعث کاهش ساییدگی و اصطکاک و افت فشار در طول مسیر می گردد. میزان افت فشار در حالت  Full بسیار کم می باشد در این نوع شیر توپی هیچگونه محدودیت در عبور جریان سیال وجود ندارد.

Reduced Bore Valves

در مدل Reduced Bore ،  قطر بور یا مجرای داخلی به اندازه یک یا دو سایز کوچک تر از خط اصلی است. این نوع شیر توپی باعث ایجاد محدودیت در عبور جریان از مقطع مجرای کروی می گردد. عمدتا در این نوع شیر, تلفات انرژی بالاست.

V-Port Ball Valve

این نوع شیر توپی دارای یک مجرای V شکل تحت زوایای مختلف دارد. این نوع از شیر توپی به عنوان شیرهای کنترلی در خطوطی که سرعت جریان باید کنترل گردد مورد استفاده می باشند. در شیر توپی معمولی عامل مسدود کننده یک گوی کامل می باشد اما در شیر های V Ball این عامل یک نیم گوی با لبهV شکل می باشد. شیرهای توپی معمولی، باید برای عمل قطع و وصل جریان به کار بروند در صورتی که شیر های V Ball برای تنظیم دبی جریان نیز به استفاده می شوند.

جنس سیت Seat در شیر توپی:

مهم ترین و اصلی ترین ماده استفاده شده برای آب بندی درون شیر توپی، PTFE می باشد. این ماده دارای ضریب اصطکاک بسیار پایین، قابلیت تحمل دمای بالا و همچنین خاصیت آب بندی بسیار مناسبی می باشد. قابل ذکر است که هرچه جنس سیت شیر، سخت تر می شود میزان قابلیت آن کاهش می یابد.

تفاوت شیر توپی فولادی با شیر توپی استیل چیست؟

به طور معمول در شیر توپی استنلس استیل تمامی اجزا ازجمله بدنه ، دسته و توپی از جنس استنلس استیل می باشد ولی ممکن است جنس اجزای داخی وبدنه باهم متفاوت باشد.در شیر توپی استنلس استیل بازه تحمل دمایی در کلاس های مختلف یکسان و حدود400 درجه فارنهایت و بازه تحمل فشاری متناسب با افزایش کلاس کاری افزایش می یابد.

تفاوت شیر استیل با شیر فولادی  stainless steel ball valve تفاوت شیر توپی استیل با شیر فولادی  stainless steel ball valve

تفاوت اصلی بین شیر توپی فولادی وشیر استنلس استیل در جنس بدنه وکاربرد آنها می باشد .آلیاژ استنلس استیل شامل آهن به همراه مقادیری مختلفی از کربن، سیلیکون و منگنز و حداقل 10.5%کروم می باشد .

کروم افزوده شده در سطح فلز لایه ای از اکسید را ایجاد کرده که مانع از هر گونه خوردگی می گردد و با افزایش مقدار کروم مقاومت در برابر خوردگی افزایش می یابد.

همچنین برخی از گرید های استنلس استیل شامل عناصر نیکل و مولیبدن می باشند که خاصیت شکل پذیری و افزایش مقاومت بیشتر در برابر خوردگی را به آلیاژ می بخشند.

شیر توپی دسته فلزی

شیر توپی دسته فلزی ، جایگزین بسیار مناسب شیر توپی فلزی می باشد. قیمت مناسب، کیفیت بالا و فراوانی توزیع، این محصول را رقیب نمونه های فلزی کرده است.

جنس بدنه شامل مواد زیر می باشد، اما فقط به یکی از جنس ها محدود نمی شود و برای استحکام ، جلوگیری از خوردگی و یا زنگ زدگی این مواد را به نسبت های متفاوت و بر اساس نوع کاربرد آنها با یکدیگر اضافه می کنند

اجزا متریال ساختاری شیر توپی

جنس بدنه شامل مواد زیر می باشد، اما فقط به یکی از جنس ها محدود نمی شود:

• استنلیس استیل
• برنج
• برنز
• کروم
• تیتانیوم
• پی وی سی PVC
• CPVC
• PFA

شش پارامتر مناسب برای انتخاب شیر valve

• مقدار دما و فشار
• تعداد مجراها Port
• سایز شیر
• جنس بدنه شیر
• نوع دو سر انتهای شیر
• ساختار داخلی آن

کاربرد شیر توپی در صنایع مختلف

• سیستم های آب و فاضلاب
• کشتی ها
• صنایع شیمیایی
• صنایع اطفا حریق
• صنایع خودروساز
• صنایع پلاستیک
• صنایع نساجی
• صنایع فلزی
• صنایع دارویی

استاندارد بال ولو  ball valve

استاندارد مجموعه‌ای از قوانین مکتوب است که دولت ها و سازمان های بین المللی برای ایجاد درک مشترک و متقابل تولیدات و به عنوان ابزاری برای تسهیل ارتباطات، اندازه‌گیری و تجارت به کار می‌رود. به طور خلاصه برخی از استاندارد های متداول برای طراحی شیرهای صنعتی و بال ولو به شرح ذیل می باشد

استاندارد  API Spec 6D

 API Spec 6D  مقررات طراحی، تولید، مونتاژ ، تست و ارائه اسناد شیر توپی  Ball Valve، شیرهای دروازه‌ای Gate Valve، شیرهای یک‌طرفه  Check Valve و شیرهای سماوری Plug Valve را برای استفاده در خطوط لوله برای صنایع نفت و گاز طبیعی تعیین می‌کند

استاندارد  API 598

این استاندارد بازرسی، تست، تست‌های تکمیلی و مقررات تست فشار برای نشیمن‌گاه‌های انعطاف‌پذیر، نشیمن‌گاه‌های فلزی و غیر فلزی (مثل سرامیک) برای انواع شیرهای دروازه‌ای Gate Valve، شیرهای بشقابی  Globe Valve، شیرهای سماوری Plug Valve، شیر توپی Ball Valve، شیرهای یک طرفه Check Valve و شیرهای پروانه‌ای  Butterfly Valve را پوشش می‌دهد

API 608  برای شیر توپی فلزی با کلاس های فشاری زیر اعمال می‌شود :

• اندکانکشن‌های فلنجی در کلاس‌های فشاری 150,300,600
• اندکانکشن‌های جوشی در کلاس‌های فشاری 150,300,600
• اندکانکشن‌های سوکتی در کلاس‌های فشاری 150,300,600,800
• اندکانکشن‌های رزوه‌ای در کلاس‌های فشاری 150,300,600,800

شیر توپی گازی پلی اتیلن

ساختمان شیر توپی گازی پلی اتیلن همانند بقیه شیرهای Ball valve دیگر می باشد با این تفاوت که این محصول به دوطرف جوش تولید می گردد.در هر دو سر شیر یک مفتول فلزی وجود دارد که با گرم شدن مفتول ها به وسیله دستگاه جوش الکتروفیوژن لوله پلی اتیلن به شیر توپی جوش می خورد.وظیفه شیر توپی گازی پلی اتیلن off و on کردن گاز درون خط می باشد.

شیر توپی برنجی یا شیر گازی

این نوع از شیر توپی در ایران به شیر­های گازی معروف می باشند. ساختمان بسیار ساده و کاربردهای فراوان آن­ها باعث شده تا بسیاری از کارخانه­های دنیا به تولید این نوع از شیرها بپردازند. این نوع از شیرها درواقع در دسته شیرآلات ربع گرد قرار می گیرند. هدف اصلی آن­ها قطع و وصل جریان می باشد. در شیر های گازی یک توپ در بدنه اصلی شیر و بر سر راه سیال قرار دارد که مسیر سیال را باز یا مسدود می کند.

شیرهای گازی عملکرد بسیار سریعی دارند و باز و بسته کردن آن­ها بسیار راحت می باشد. این نوع از شیرها یکپارچه ساخته شده و نیازی به تعمیر، نگه داری و یا روانکاری ندارند. قیمت ارزان آن­ها باعث شده که استفاده از شیرهای گازی در صنایع تاسیساتی بسیار رایج و پرکاربرد شود.