بال ولو یا شیر توپی Ball Valve
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) به خاطر ساختمان ساده ای که دارند نسبت به دیگر شیرها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در طراحی این شیر ها از گردش نود درجه ای یک توپ تو خالی استفاده شده است که با جابجایی توپ جریان سیال قطع و یا وصل می شود.
در این شیرها از یک توپ فلزی استفاده می شود که به صورت علامت بعلاوه، از یک جهت کاملاً باز بوده و از یک جهت مسدود است؛ که برای برقراری جریان سیال کافی است سمت باز شیر در مسیر جریان قرار بگیرد. بال ولو معمولاً به صورت صفر و صدی(یعنی یا قطع و یا وصل است) و به منظور قطع و وصل کامل جریان طراحی می شوند. هرچند که این گونه شیرها در صنعت بیشترین کاربرد را دارد ولی از این شیرها به صورت کلی نمی توان در سیستم های کنترلی استفاده کرد. سرعت عملکرد بالا و طراحی ساده باعث استفاده گسترده اینگونه شیرآلات در صنایع مختلف شده است.
این طراحی ساده باعث کاهش هزینه های نصب و نیز نگهداری می شود. ضمن اینکه در طراحی های پیشرفته این قطعات قابل تعمیر نیز هستند؛ که خود یک مزیت بزرگ برای این شیرها به حساب می آید.
انواع بال ولو یا شیر توپی Ball Valve
برای تقسیم بندی این شیرها باید به ساختمان و شکل طراحی آن توجه کرد. در طراحی این نوع شیر یعنی بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve)، دو قسمت وجود دارد. یکی بدنۀ شیر و دیگری بخش توپی آن. به همین خاطر دو نوع دسته بندی می توان برای این شیرها متصور شد.
انواع بال ولو یا شیر توپی Ball Valve بر اساس طراحی بدنه
بدنۀ بال ولو یا شیر توپی Ball Valve را می توان به صورت یک تکه، دو تکه و سه تکه طراحی کرد. که این قطعات به کمک جوش و یا پیچ و مهره به هم متصل می شوند. قیمت شیرهای دو تکه و سه تکه اگرچه بالاتر است، ولی هزینه های تعمیر آن ها پایین تر خواهد بود. ضمن اینکه برای تعمیر شیرهای سه تکه، دیگر نیازی به خارج کردن کامل شیر از خط لوله نیست. بدنۀ این قطعه اغلب از جنس فولاد ضد زنگ، مواد پلیمری، چدن و دیگر آلیاژهای فلزی است. مبنای انتخاب این آلیاژها کارایی این قطعه است.
شکل طراحی بدنه وقتی اهمیت پیدا می کند که قرار به تعمیر و یا تمیزکاری شیر باشد.
از این نظر بال ولو یا شیر توپی Ball Valve را می توان به هفت زیر دسته تقسیم بندی کرد که در ادامه شکل طراحی هر دسته را بررسی خواهیم کرد. این دسته ها عبارتند از:
1- Side Entry Body
2- Top Entry Body
3- Welded Body
4- Single, Two, Three Piece Body
5- Split Body
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) مدل ورودی کناری (Side entry)
در طراحی مدل بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) Side entry، بدنۀ شیر به گونه ای است که توپی آن از بخش های کناری وارد و یا خارج می شود. در نتیجه اگر قرار به تعمیر توپی شیر باشد، باید شیر به طور کامل از خط جریان جدا شده و تعمیرات لازم روی آن انجام بگیرد. Side entry ها ممکن است به صورت یک تکه، دو تکه و یا سه تکه طراحی شده باشند.
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) مدل ورودی بالا (Top entry)
در طراحی سری Top entry، بدنۀ شیر به گونه ای طراحی می شود که بخش توپی از بالا قابل دسترسی باشد. به طوری که برای تعمیر و یا تمیزکاری آن دیگر نیازی به خارج کردن شیر از مسیر خط لوله نخواهد بود. در طراحی Top entry هرچقدر اتصالات کمتر باشد، میزان نشتی های احتمالی نیز کاهش خواهد یافت.
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) مدل جوشی (Welded body ball valve)
در طراحی شیرهای جوشی دیگر خبری از پیچ و مهره و اتصالات چند تکه نیست. شیر به صورت یک تکه و به صورت جوش کامل بدنه ساخته می شود. از شیرهای جوشی اغلب برای کارهای ساده استفاده می شود. بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) جوشی استحکام بدنۀ بالایی دارند و حجم و وزن کمتری نسبت به دیگر طراحی ها خواهند داشت. با این وجود چون امکان تعمیر برای شیرهای تمام جوش وجود ندارد، در طراحی های صنعتی کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.
انواع بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) بر اساس طراحی بال
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) مدل شناور یا فلوتینگ (Floating ball valve)
در طراحی بال فلوتینگ، این توپی در داخل شیر حالت شناور داشته و تا حد چند میلیمتر قابلیت جا به جایی دارد. تنها بخش متصل توپی، بخش بالایی آن است که به کمک یک شفت از بالا کنترل می شود. با این حال محل نشیمن گاه توپی باید ثابت باشد.
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve)مدل ترونیون (Trunnion ball valve)
در طراحی توپی ترونیون، این توپی به طور کامل در محفظۀ داخلی فیکس شده و حرکت آن از هر چهار طرف محدود خواهد شد. طراحی شیرهای ترونیون هزینۀ بیشتری خواهد داشت، ولی با این وجود کارایی بیشتری نیز دارد. از شیر های توپی ترونیون می توان در جریان های با فشار بالا استفاده کرد. ضمن اینکه این شیرها با قطرهای متنوع و بالاتری نسبت به شیرهای فلوتینگ قابلیت طراحی دارند.
بخش نشیمن گاه شیرهای ترونیون آزاد بوده و به کمک یک شفت و فنر به پایین بدنه متصل است. از این قابلیت برای آب بندی شیر استفاده می شود.
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) مدل قطر کم (Reduced bore)
در طراحی این قطعات، معمولاً طراحی بخش توپی شیر به گونه ای است که قطر کمتری نسبت به خط لولۀ اصلی دارد. این موضوع باعث افت فشار جریان در شیر می شود.
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) مدل قطر زیاد (Full bore)
اگر طراحی توپی به شکلی باشد که قطر آن دقیقاً هم اندازۀ قطر خط لوله باشد، افت فشاری در مسیر جریان سیال پیش نخواهد آمد. مزیت دیگر شیرهای Full bore این است که تمیز کردن خط لوله در این حالت ساده تر خواهد بود.
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) مدل وی شکل (V-Shaped ball valve)
شکل طراحی نشیمن گاه و یا همان فضای باز توپی در این حالت شبیه به حرف V انگلیسی است. دلیل انتخاب این طراحی ایجاد امکان کنترل جریان سیال در خط لوله است. همین طور که گفتیم معمولاً از بال ولو برای کنترل جریان استفاده نمی شود، ولی از توپی های وی شکل و با اتصال به یک کنترل کننده نیوماتیکی یا موتور الکتریکی، می توان میزان جریان سیال را تا حدودی کنترل کرد.
بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) از نظر نوع بدنه به دو دسته شامل بدنه یک تکه (One Piece) و بدنه چند تکه (Split Body) تقسیم می‌شوند. این شیرها می‌توانند بصورت دو راهه، سه راهه و یا چند جهته باشند که از آنها برای تغییر مسیر سیال در جهات مختلف استفاده می‌شود.
از مهمترین قسمت‌های این شیرها نشیمنگاه آنها می‌باشد که باید در هنگام انتخاب شیر به آن توجه شود. مواد تشکیل دهنده نشیمنگاه عمدتا از جنس تفلون (PTFE)، نایلون، پلیمرهای فلوئور دار، و یا ترکیبی از این مواد می‌باشد که می‌بایست دقت شود با سیال عبوری از داخل شیر تناسب داشته باشند. همچنین بدلیل اینکه این مواد دارای خاصیت کشسان می‌باشند، محدودیت استفاده از شیر در دماهای بالا را به همراه دارند. از شیرهای ساخته شده با نشیمنگاه تفلون و یا پلیمرهای فلوئور دار می‌توان در محدوده دمای ۲۷۰ درجه سانتیگراد استفاده کرد اما برای دماهای بالاتر باید از نشیمنگاه‌های گرافیتی استفاه کرد. لازم به ذکر است که نشیمنگاه‌های فلزی نیز تولید شده اند که مخصوص دماهای بالا می‌باشند و نوعی بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) به نام Trunnion Mounted Ball Valve ساخته شده است که تا دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند.
مزایای بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve) عبارتند از :
· هزینه خرید و تعمیرات کمتر نسبت به بقیه شیرها.
· در حالت کاملا باز، اغتشاش جریان بسیار کم است و در هنگام بسته شدن جریان به طور متعادل کنترل می‌گردد.
· عمل کردن با یک چهارم گردش در بسته بودن و یا باز بودن مجرای توپی.
· قطع و وصل کامل جریان با چرخش ۹۰ درجه امکان پذیر است بنابراین به سرعت می‌توان آن را باز و بسته نمود.
· یکپارچه بودن قطعات آن و عدم نیاز به روانکاری
· قابلیت تغییر مسیر، استفاده از شیرهای توپی چند راهی برای تغییر مسیر جریان
· گشتاور مورد نیاز برای باز و بسته نمودن آن کم می‌باشد، در نتیجه انتخاب فعال کننده آسان تر است.
· افت فشار کم
یکی از عیب‌های مهم بال ولو یا شیر توپی (Ball Valve)، حبس قسمتی از سیال در منفذ گوی به هنگام بسته شدن می‌باشد.
