شیر سوزنی | نیدل ولو

نیدل ولو چیست؟

شیر سوزنی یا نیدل ولو یکی از انواع شیرهایی است که به دلیل طراحی خاص خود، برای کنترل دقیق جریان سیال به کار می‌رود. شیر سوزنی به دلیل طراحی خاص خود، توانایی بسیار بالایی در کنترل جریان دارند و در کاربردهایی که نیاز به دقت بالا و تغییرات جزئی جریان وجود دارد، به کار می‌روند. این شیر دارای اندازه‌های ورودی و خروجی بسیار کوچک و دیسکی به شکل سوزن است. ساختار سوزنی دیسک در کنار سایز کوچک شیر باعث می‌شود که امکان تنظیم جریان خروجی با دقت بسیار بالا فراهم شود و آب‌بندی به صورت کاملاً مؤثر انجام گیرد. نیدل ولو‌ها به یک اوریفیس (محل عبور جریان) بسیار کوچک و یک سیت نسبتاً بلند مجهز هستند که دقت و کنترل جریان را بهبود می‌بخشد. شیر سوزنی یا نیدل ولو عمدتاً در سیستم هائی که کنترل جریان کم با دقت بالا ضروری است به کار می‌روند. از جمله رایج‌ترین کاربردهای آن، نصب نیدل ولو پیش از گیج فشار برای کنترل جریان ورودی به گیج و جلوگیری از آسیب به آن است. به دلیل ساختار نیدل ولو، برای باز و بسته کردن کامل جریان، لازم است که دسته شیر چندین بار چرخانده شود. از این رو، این شیر برای کاربردهایی که نیاز به قطع و وصل سریع جریان دارند، مانند شیرهای بال ولو، مناسب نیست. با این حال، در صنایع مختلف، از جمله سیستم‌های آب گرم، این شیرها به عنوان بلید ولو نیز شناخته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد شیر سوزنی یا نیدل ولو

نیدل ولو‌ها به‌طور گسترده در برنامه‌هایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق جریان دارند، استفاده می‌شوند. این شیرها به‌ویژه در مواردی که جریان کم، یکنواخت و کالیبره‌شده نیاز است، کاربرد دارند. به‌عنوان مثال، یکی از موارد استفاده آن‌ها تنظیم جریان سوخت در کاربراتورها است. این شیر به عنوان تجهیزات ابزار دقیق معمولاً جهت قطع کردن فشار گیج بر روی دستگاه های کاربردی جهت قطع کردن منبع NH3 به تیغه ها در برنامه های آمونیاک NH3 بدون آب استفاده می‌شود. شیر سوزنی ها در برنامه های کالیبراسیون و کنترل جریان برای ایجاد جریان دقیق و یکنواخت در شرایطی که تنظیمات تدریجی مورد نیاز است نیز کاربرد دارند.

عمده ترین کاربرد شیر سوزنی در صنایع زیر است:

• سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک برای کنترل دقیق جریان
• صنایع شیمیائی، نفت و گاز و خطوط انتقال مواد حساس
• صنایع آزمایشگاهی و پزشکی برای تنظیم جریان گازها و مایعات با دقت بالا
• سیستم های کالیبراسیون جهت تنظیم فشار و جریان دقیق

طراحی دقیق شیر سوزنی باعث می‌شود که این نوع شیر در کاربردهایی که دقت بالا و کنترل تدریجی جریان اهمیت دارد، بسیار موثر باشد. ساختار رزوه‌ای و سوزنی آن، علاوه بر کنترل مناسب جریان، امکان کاربرد در شرایط خاص نظیر سیستم‌های خلأ و تجهیزات حساس را نیز فراهم می‌کند.

ساختار و عملکرد شیر سوزنی

شیر سوزنی یا نیدل ولو با استفاده از یک سوزن مخروطی شکل طراحی شده که به تدریج باز شده و جریان سیال را با دقت بالا کنترل می‌کند. تنظیم جریان از طریق یک اسپیندل (محور چرخان) صورت می‌گیرد. هر نیدل ولو دارای اوریفیس (دهانه عبور جریان) کوچک و یک سیت مخروطی بلند است که به همراه پلانجر سوزنی شکل در انتهای رزوه قرار دارد. این پلانجر به‌طور دقیق با سیت منطبق است و نقش مهمی در کنترل جریان ایفا می‌کند.

نحوه عملکرد شیر سوزنی

با چرخاندن رزوه (پیچ)، پلانجر به آرامی به عقب کشیده می‌شود و فضای بین پلانجر و سیت باز می‌شود، که اجازه عبور جریان را می‌دهد. جریان سیال تنها زمانی کاملاً برقرار می‌شود که پلانجر به‌طور کامل عقب کشیده شود. به دلیل طراحی چند مرحله‌ای رزوه، حرکت پلانجر به آرامی صورت می‌گیرد که امکان تنظیم دقیق جریان را فراهم می‌کند. دقت در تنظیم جریان ناشی از اثر دقیق حرکات کوچک (اثر وِرنیر) بین طول سوزن و قطر آن یا اختلاف بین قطر سوزن و سیت است. این طراحی اجازه می‌دهد که حتی تغییرات کوچک در موقعیت پلانجر به تغییرات قابل ملاحظه در جریان منجر شود.

حرکت محوری پلانجر که توسط ورودی کنترل صورت می‌گیرد، باعث ایجاد تغییرات کوچک و دقیق در جریان می‌شود. به همین دلیل، شیر سوزنی گزینه‌ای ایده‌آل برای مواردی است که نیاز به کنترل دقیق جریان دارند، مانند:

سیستم‌های خلأ: در شرایط فشار پایین و جایی که تنظیم دقیق جریان گاز اهمیت دارد.

تجهیزات حساس: مانند لیزرهای گازی و دستگاه‌هایی که نیاز به کنترل دقیق جریان گاز دارند.

پر کردن لوله‌های گازی: در فرآیندهایی که نیاز به تزریق گاز با دقت بالا دارند.

اجزای تشکیل دهنده شیر سوزنی

شکل 1: شماتیک یک نیدل ولو به همراه اجزا تشکیل دهنده آن

نیدل ولوها یا شیرهای سوزنی، شباهت زیادی به شیرهای گلوب یا بشقابی دارند. اما تفاوت اصلی آن‌ها در شکل مسدودکننده اریفیس است. این مسدودکننده در نیدل ولوها به شکل یک مخروط کامل یا ناقص طراحی شده است. در شکل 1، شماتیکی از یک نیدل ولو به همراه اجزای تشکیل‌دهنده آن نمایش داده شده است.

این نوع شیرها معمولاً در ابزار دقیق بیشترین کاربرد را دارند. یکی از ویژگی‌های مهم در نیدل ولوها، تحمل فشار بالا است که آن‌ها را برای استفاده در سیستم‌های حساس و دقیق مناسب می‌کند. به همین دلیل، بسیاری از شیرهای سوزنی با بدنه‌های فورج یکپارچه تولید می‌شوند تا دوام و استحکام لازم را در برابر فشارهای بالا داشته باشند.

در شکل 2، نمونه‌هایی از این شیرهای سوزنی با طراحی‌های مختلف نمایش داده شده‌اند. این نمونه‌ها بسته به کاربرد، متریال و نوع اتصال، برای نیازهای گوناگون صنایع تولید می‌شوند.

شیرهای سوزنی یکی از بهترین انتخاب‌ها برای کنترل جریان سیال هستند. این ویژگی به دلیل کورس کاری بالا در طراحی این شیرها به دست آمده است. با چرخش دسته (هندل) شیر، حرکت عمودی کوچک و دقیقی در پلاگ شیر ایجاد می‌شود که به تدریج مسیر عبور جریان را باز می‌کند. این روند آرام و کنترل‌شده، باعث می‌شود که نیدل ولوها بتوانند جریان را با دقت بسیار بالا تنظیم کنند. یکی از عوامل کلیدی در عملکرد دقیق این نوع شیرها، رزوه‌های ریز تعبیه‌شده روی استم (stem) آن‌هاست. این رزوه‌ها امکان انجام تنظیمات بسیار دقیق را فراهم کرده و قابلیت کنترلی شیر را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشند. به دلیل نوع مکانیزم عملکردی، نیدل ولوها برای سیالات با ویسکوزیته بالا گزینه مناسبی نیستند. طراحی این شیرها عمدتاً برای کنترل جریان سیالات با ویسکوزیته پایین یا گازها بهینه شده است. در حوزه ابزار دقیق، مدل‌های مختلفی از شیرهای سوزنی با توجه به نوع کاربرد و شرایط عملیاتی موجود است. این مدل‌ها می‌توانند در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند. شکل 3 نمونه‌هایی از گونه‌های متنوع این نوع شیر را نمایش می‌دهد که هرکدام برای نیازهای خاصی طراحی شده‌اند. نیدل ولوها به دلیل توانایی بالای خود در تنظیم دقیق جریان، به گزینه‌ای مطمئن و کارآمد برای سیستم‌هایی که نیاز به کنترل حساس و دقیق جریان دارند، تبدیل شده‌اند.

نیدل ولو تابلویی یکی از انواع شیرهای سوزنی است که به گونه‌ای طراحی شده تا قابلیت نصب بر روی تابلوها یا پنل‌ها را داشته باشد. این ویژگی با ایجاد افزایش طولی کوچک در ساقه شیر و افزودن یک مهره مخصوص به منظور تثبیت شیر روی پنل، فراهم شده است. این نوع نیدل ولوها به دلیل طراحی خاص و قابلیت نصب آسان، بیشتر در آزمایشگاه‌ها و محیط‌های مرتبط با ابزار دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرند. شکل 4 نمونه‌ای از نیدل ولو تابلویی را در حالت نصب‌شده روی یک پنل نشان می‌دهد، که کاربرد آن را در محیط‌های حرفه‌ای و آزمایشگاهی به تصویر می‌کشد. این طراحی، این امکان را فراهم می‌کند که جریان سیال در سیستم‌های پیچیده به شکل منظم و کنترل‌شده‌ای تنظیم شود، و از این رو، به انتخابی کارآمد برای تجهیزات آزمایشگاهی تبدیل شده است.

نیدل ولو دسته فلزی نامی است که برای تفکیک این مدل از سایر انواع شیرهای سوزنی مرسوم استفاده می‌شود. این نوع از نیدل ولوها دارای دسته‌ای فلزی هستند که معمولاً برای سهولت در کاربری و افزایش دوام دسته در شرایط مختلف طراحی شده‌اند. این شیرها با بدنه‌هایی با مقاطع مختلفی مانند شش ضلعی، دایره‌ای و یا با بدنه‌هایی کتابی بسته به فشار کاری لازم، طراحی و تولید می‌گردند. شکل 5 انواع این مدل‌ها را نمایش می‌دهد.

شیرهای سوزنی مشابه شیرهای گلوب، در طراحی Y-Type نیز تولید می‌شوند. این طراحی به سبب زاویه ۴۵ درجه‌ای که بین ساقه و مسیر جریان ایجاد می‌شود، امکان عبور آرام‌تر سیال، کاهش افت فشار و کاهش فرسایش قطعات داخلی شیر را فراهم می‌کند. در سمت راست شکل 2 می‌توانید نمونه‌ای از این نوع نیدل ولو Y-Type را مشاهده کنید. گاهاً شیرهای سوزنی ابزار دقیقی را با نوع اتصال آن تیوبی و دنده‌ای – دنده‌ای MxF ، FxF، MxM -و مولتی پورت نیز دسته‌بندی می‌کنند. شکل 3 شیرهای سوزنی ابزار دقیقی با انواع این اتصالات را نمایش می‌دهد. یکی از عوامل مهم در عملکرد کنترلی نیدل ولو، طراحی و نوع نوک پلاگ (Tip) آن است. شکل و طراحی نوک پلاگ تأثیر بسزایی در دقت تنظیم جریان و کاربرد شیر دارد.

در شکل 6 نمونه‌هایی از تیپ‌های مختلف و موارد استفاده آن‌ها نمایش داده شده است. هر تیپ با توجه به شکل و عملکرد، برای نیازهای خاصی در سیستم‌های کنترل سیال مناسب است.

این تفاوت‌ها باعث شده است که نیدل ولوها برای کاربردهای متنوعی از جمله تنظیم دقیق جریان، مقاومت در برابر فشار بالا، و مدیریت سیالات خاص، انتخاب شوند.

نیدل ولو ها به سبب خاصیت کنترلی بالا، دقت بالا، سهولت در نگهداری و باز و بسته کردن برای پکیج‌هایی نظیر منیفولدها و شیرهای گیج بسیار پرکاربرد هستند.

شیرهای سوزنی زاویه‌ای Angle Type ورودی و خروجی شیر زاویه 90 درجه با یکدیگر دارند- انعطاف‌پذیری مورد نیاز در برخی طرح‌ها را برطرف می‌کند. در قسمت پایینی شکل 2 نمونه‌ای از این مدل آورده شده است.

انواع نیدل ولو یا شیر سوزنی

نیدل ولو یا شیر سوزنی بر اساس کاربرد و نیاز در اشکال مختلف طراحی و تولید می‌شود. در ادامه به بررسی دسته‌بندی‌های مختلف این شیرها از نظر شکل می‌پردازیم:

انواع نیدل ولو براساس شکل

1. نیدل ولو T شکل | شیر سوزنی T شکل

نیدل ولو T شکل یکی از پرکاربردترین انواع شیرهای سوزنی است. در این مدل، از دیافراگمی به شکل Z استفاده شده است. طراحی آب‌بندی در این نوع شیر به صورت افقی انجام می‌شود و جابجایی دیسک و ساقه عمود بر خط افق است. این ساختار باعث ایجاد کمترین ضریب جریان و بیشترین افت فشار می‌شود.

این نوع شیر معمولاً در صنایعی استفاده می‌شود که تنظیم جریان سنگین برای آنها اهمیت دارد و افت فشار بالای سیستم نگرانی ایجاد نمی‌کند.

2. نیدل ولو Y شکل | شیر سوزنی Y شکل

در نیدل ولو Y شکل، موقعیت آب‌بندی و ساقه با زاویه 45 درجه طراحی شده است. این زاویه موجب می‌شود جریان سیال به‌صورت روان‌تر و آرام‌تر عبور کند که نتیجه آن کاهش افت فشار و کاهش مقاومت در مسیر جریان است.

یکی از مزایای این نوع شیر، قابلیت باز ماندن طولانی‌مدت بدون فرسایش یا آسیب است، به همین دلیل در کاربردهایی که نیاز به کارکرد مداوم دارند، بسیار مفید است.

3. نیدل ولو 90 درجه | شیر سوزنی 90 درجه

نیدل ولو 90 درجه یکی دیگر از اشکال نیدل ولو T شکل است که در آن دو خروجی شیر با زاویه 90 درجه نسبت به یکدیگر قرار گرفته‌اند. ضریب جریان در این نوع شیر نسبت به شیرهای Y شکل کمتر است.

این نوع شیر برای کنترل جریان‌های پالسی یا جهنده بسیار مناسب است، زیرا طراحی آن به گونه‌ای است که می‌تواند ضربات ناشی از جریان سیال را مدیریت و کنترل کند.

انواع شیر سوزنی بر اساس جنس و متریال

• نیدل ولو برنجی

نیدل ولو برنجی B-4JN سوئیچ لاک

شیر سوزنی برنجی، مانند سایر انواع نیدل ولوها، برای یکنواخت کردن جریان سیال طراحی شده و در مواردی که سیال نیاز به جریانی منظم و پایدار دارد، استفاده می‌شود. نیدل ولو برنجی در طیف وسیعی از صنایع از جمله صنایع آب و فاضلاب، سیستم‌های کشاورزی، سیستم ها و تاسیسات گرمایشی، سیستم‌های پنوماتیک، سیستم‌های بخار، سیستم‌های بهداشتی، خطوط مختلف صنایع غذایی و دارویی، صنایع شیمیایی، نفت و گاز و پتروشیمی و … کاربرد دارد. از جمله برندهای شناخته‌شده نیدل ولو برنجی می‌توان به شیر سوزنی برنجی کیز ایران و نیدل ولو سیم اشاره کرد.

• نیدل ولو چدنی

شیر فلکه سوزنی خنبره مدل 06 2231

شیر سوزنی چدنی یکی از گزینه‌های رایج در صنایع مختلف، به‌ویژه خطوط آبرسانی، محسوب می‌شود و کاربردهای گسترده‌ای دارد. این نوع نیدل ولو نیز مانند سایر شیرهای سوزنی برای قطع و وصل جریان و کنترل آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• نیدل ولو کربن استیل

شیر سوزنی کربن استیل به دلیل ویژگی‌های مقاومتی خود، یکی از بهترین انتخاب‌ها برای تنظیم جریان سیال است. این نوع شیر در برابر خوردگی و آسیب‌های ناشی از سیالات حاوی کلرید و آب دریا مقاومت بالایی دارد و به همین دلیل در شرایط خاص صنعتی بسیار پرکاربرد است.

• نیدل ولو استنلس استیل

نیدل ولو های لوک مدل SVH2F-8N-625-7M6-SG

شیر سوزنی استنلس استیل نیز، مشابه نیدل ولو کربن استیل، یکی از گزینه‌های برتر برای تنظیم جریان سیال است. این شیر به دلیل مقاومت بالا در برابر خورندگی و ویژگی‌های استحکام خود، در محیط‌های خورنده و حساس بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع شیر سوزنی از نظر اتصال

نوع اتصال یکی از مهم‌ترین معیارها در انتخاب شیر سوزنی است و تأثیر مستقیم بر عملکرد و سازگاری آن با سیستم دارد. اتصالات نیدل ولوها مانند سایر شیرآلات صنعتی به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند:

• اتصال رزوه‌ای

این نوع اتصال به دلیل سهولت نصب و استفاده، یکی از متداول‌ترین روش‌ها در نیدل ولوهای برنجی است. این نوع اتصال به‌ویژه در سیستم‌هایی که فشار متوسطی دارند یا نیاز به تعویض و جابجایی آسان وجود دارد، بسیار پرکاربرد است. البته در برخی موارد برای نیدل ولوهای برنجی از اتصال فلنجی نیز استفاده می‌شود.

• اتصال فلنج‌دار

اتصال فلنجی به دلیل مقاومت و استحکام بالا، در نیدل ولوهای چدنی و فولادی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع اتصال برای سیستم‌هایی که فشار و دمای بالایی دارند یا نیاز به آب‌بندی دقیق و طولانی‌مدت است، مناسب‌تر است. نیدل ولوهای چدنی به‌طور معمول با اتصال فلنج‌دار طراحی و تولید می‌شوند.

• اتصال جوشی

اتصال جوشی برای شرایطی استفاده می‌شود که سیستم نیاز به آب‌بندی دائمی و بدون نشتی دارد. این روش اتصال در نیدل ولوهای فولادی بیشتر به‌کار گرفته می‌شود، به‌ویژه در صنایع حساس و کاربردهایی که احتمال نشتی به هیچ‌وجه قابل‌قبول نیست. برای نیدل ولوهای فولادی، هر سه نوع اتصال (رزوه‌ای، فلنج‌دار، جوشی) قابل استفاده است، اما انتخاب نهایی به نوع کاربرد و شرایط سیستم بستگی دارد.

راهنمای خرید نیدل ولو

به طور کلی خرید نیدل ولو یا شیر سوزنی نیازمند بررسی تخصصی است. لذا پیشنهاد می‌شود در صورتی که قصد دارید خط تولیدی، صنعتی خود را به این شیر مجهز کنید از مشاوره فنی متخصصان این حوزه بهره بگیرید. در این بخش به بررسی برخی از مهمترین فاکتورهای فنی در خصوص خرید شیر سوزنی می‌پردازیم:

1. پیش از خرید ابتدا هدف استفاده از نیدل ولو را مشخص کنید. برای اینکار نوع سیال گاز یا مایع و شرایط عملی مانند دما و فشار را در نظر بگیرید.
2. جنس نیدل ولو باید با نوع سیال و شرایط محیطی سازگار باشد.

در انتخاب و خرید نیدل ولو استیل استنلس دقت بالایی داشته باشید، زیرا استفاده از شیرهای سوزنی بی‌کیفیت می‌تواند خسارت‌های جبران‌ناپذیری به سیستم کاری شما وارد کند و هزینه‌های سنگینی به دنبال داشته باشد. برای اطمینان از عملکرد مطلوب و کیفیت مورد نظر، بهتر است اختلاف قیمت جزئی بین نمونه‌های باکیفیت و نامرغوب را منطقی ارزیابی کنید و تصمیمی آگاهانه بگیرید تا از ایجاد خسارت‌های احتمالی پیشگیری کنید.

3. نوع اتصال از مهم ترین عوامل در انتخاب نیدل ولو است. اگر این قطعه را برای کاربردهای معمولی و سیستم های خانگی استفاده می‌کنید انواع نیدل ولو های رزوه‌ای برای این امر کفایت می‌کنند. در صورتی که قرار است در خطوط صنعتی به ویژه با شرایط محیطی سخت و فشار بالا کار می‌کنید از نیدل ولو های فلنجی و اگر برای کار در محیطی که نیاز به مقاومت بالا و اتصالات دائمی دارند از شیر سوزنی استفاده می‌کنید نوع اتصال جوشی مناسب شماست.
4. طراحی وساختار شیر سوزنی را متناسب با کاربرد خود انتخاب کنید. در بخش انواع شیر سوزنی به تفضیل در خصوص این مورد توضیح داده شده است.
5. به دنبال برندهای معتبر و شناخته شده بروید. استفاده از برندهای غیراستاندارد می‌تواند هزینه های سنگین تعمیرات یا تعویض ایجاد کند.
6. برای تضمین کیفیت و عملکرد قطعه، محصولاتی انتخاب کنید که خدمات پس از فروش و گارانتی معتبر ارائه می‌دهند. این امر تضمین کننده امنیت خرید و کاهش هزینه های آتی شماست.

قیمت نیدل ولو

قیمت نیدل ولو یا شیر سوزنی تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد. یکی از مهم‌ترین این عوامل، جنس مواد سازنده است؛ به طور معمول نیدل ولوهای استنلس استیل که برای سیالات خورنده و فشار بالا طراحی شده‌اند، نسبت به مدل‌های برنجی یا چدنی که بیشتر در سیستم‌های کم‌فشار مانند آب‌رسانی استفاده می‌شوند، قیمت بالاتری دارند برای مثال سایز و ابعاد نیدل ولو تأثیر زیادی بر قیمت آن دارند؛ نیدل ولوهای بزرگ‌تر به دلیل استفاده از مواد بیشتر و قابلیت مدیریت جریان بالاتر، هزینه بیشتری دارند. از دیگر عوامل تاثیر گذار بر قیمت شیر سوزنی نوع اتصال است، نیدل ولوهای فلنجی به طور معمول گران‌تر از مدل‌های رزوه‌ای یا جوشی هستند. نیدل ولوهایی که برای کار در فشارها و دماهای بالا طراحی می‌شوند، به دلیل استفاده از مواد با کیفیت بالاتر و طراحی خاص، قیمت بیشتری دارند. همانند هر محصول دیگر برند و تولیدکننده نیز بر قیمت شیر سوزنی تأثیر می‌گذارد و محصولات برندهای معتبر به دلیل کیفیت و خدمات پس از فروش معمولاً قیمت بالاتری دارند. علاوه بر این، کشور سازنده و ویژگی‌های اضافی مانند قابلیت کنترل از راه دور، فیلترهای ویژه و طراحی‌های خاص نیز می‌توانند به افزایش قیمت منجر شوند. در نهایت تکنولوژی ساخت، مانند فرآیند فورج، و همچنین تقاضا و عرضه در بازار نیز از دیگر عواملی هستند که بر هزینه نیدل ولو تأثیر می‌گذارند.