شیرآلات صنعتی ( ولو صنعتی )

شیرآلات صنعتی چیست؟

شیرآلات صنعتی یا ولو صنعتی که با نام پایپینگ هم شناخته می شوند از اجزای اساسی در سیستم‌های لوله‌کشی و فرآیندهای صنعتی به شمار می‌روند. وظیفه اصلی شیرآلات صنعتی یا ولوها در خطوط مختلف تولید کنترل، هدایت و تنظیم جریان سیالاتی مانند آب، گاز، نفت و مواد شیمیایی است. ولوها در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها، صنایع غذایی، دارویی و تصفیه آب نقشی حیاتی ایفا می‌کنند. شیرآلات صنعتی در انواع مختلفی ازجمله توپی، کشویی، سوزنی، پروانه‌ای و دیافراگمی تولید می‌شوند که هرکدام متناسب با شرایط عملیاتی مشخصی انتخاب می‌گردند. عواملی همچون فشار، دما، نوع سیال و میزان جریان از جمله معیارهای تعیین‌کننده در انتخاب مناسب‌ترین شیرآلات صنعتی محسوب می‌شوند. استفاده از متریال‌های مقاومی نظیر فولاد ضدزنگ، برنج، برنز و آلیاژهای ویژه، سبب افزایش دوام و بهبود عملکرد این تجهیزات در شرایط سخت محیطی می‌شود. با پیشرفت فناوری، طراحی و تولید شیرآلات صنعتی در جهت افزایش بهره‌وری، کاهش اتلاف انرژی و ارتقای ایمنی توسعه یافته است که این امر تأثیر قابل‌توجهی در بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی و کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات دارد.

وظایف شیرآلات صنعتی

نقش اصلی شیرآلات صنعتی، مدیریت جریان سیالات در فرایندهای مختلف است. چنانچه قبلا گفتیم که شیرآلات صنعتی براساس مکانیسم عملکرد، نوع، ساختار و کاربرد وظایف مختلفی برعهده دارند. از مهم‌ترین عملکردهای آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قطع و وصل کامل جریان سیال
• جلوگیری از بازگشت سیال
• کنترل مقدار عبور جریان سیال براساس نیاز تعریف شده در سیستم
• تنظیم و کنترل فشار سیال
• کنترل ایمنی خطوط تحت فشار

نکته جالب توجه در طراحی و ساخت انواع شیرآلات صنعتی این است که اگرچه تمامی آنها برای کنترل عبور سیالات طراحی و ساخته شده اند اما نوع عملکرد و فضای آنها با یکدیگر متفاوت است. برای مثال در فرایندهای صنعتی سیالات در بازه‌های مختلف دما و فشار با چگالی‌های مختلف وجود دارند و بسیاری از آنها از ویژگیهای مختلفی مانند خورندگی یا خاصیت اسیدی و … برخوردارند. در حقیقت این ویژگی‌ها نحوه مدیریت جریان را در سیستم تغییر داده و نقش ولو را در این راستا مشخص می‌کند.

مواد سازنده شیرآلات صنعتی

اصولا مواد سازنده انواع ولو صنعتی به دلیل کاربرد آنها در شرایط مختلف محیطی گوناگون است. در واقع متریال به کار رفته به دلیل کاربرد آنها در شرایط محیطی و سیالات مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است چرا که برخی قسمتهای آن از جمله مجرای عبور شیرها کاملا در تماس و تحت تاثیر شرایط فیزیکی و شیمیائی قرار دارد و هر گرنه ناسازگاری ممکن است منجر به ضرر و زیان و یا حتی به خطر افتادن ایمنی سیستم شود. لازم به ذکر است که جنس بدنه و اجزای داخلی مستقیما در قیمت شیرآلات صنعتی تاثیرگذاری است. به طور کلی انواع آلیاژ و متریال کاربردی برای ساخت ولوهای صنعتی به شرح زیر است:

• آلیاژ چدن
• استنلس استیل
• آلیاژ برنج
• آلیاژ برنز
• فولاد ضدزنگ
• فولاد کربن
• سرامیک
• انواع متریال پلیمری شامل UPVC

تقسیم بندی شیرآلات صنعتی

به طور کلی ولوهای صنعتی براساس ویژگی های مختلفی دسته بندی می شوند.

انواع شیرآلات صنعتی براساس عملکرد

انواع ولو صنعتی براساس حرکت مکانیکی به سه دسته تقسیم می شوند

• شیرآلات صنعتی خطی :

در این نوع شیرآلات حرکت مجرابند به صورت خطی است و با حرکت عمودی یا افقی مسیر سیال را قطع و وصل می کند. از جمله شیرآلات صنعتی خطی می توان به شیر کشویی و شیر کروی اشاره کرد.

• شیرآلات صنعتی چرخشی

در این نوع ولوها مجرابند با چرخش 90 درجه، جریان سیال را قطع و وصل می کند. از جمله شیرآلات صنعتی چرخشی می توان انواع شیر پروانه ای و همچنین شیر توپی را نام برد.

• شیرآلات صنعتی اتوماتیک

ولوهای خودکار اصولا از طریق اکچویتور یا عملگرها فرآیند قطع و وصل و یا تنظیم جریان را انجام می دهند. این نوع شیرآلات عمدا در فرایندهای کنترل خودکار یا اتوماسیون صنعی به کار می روند. از جمله پرکاربردترین اکچویتورها در سیستمهای صنعتی می توان به اکچویتورهای برقی و پنوماتیک اشاره کرد.

شیرآلات صنعتی براساس شیوه اپراتوری

• شیرآلات صنعتی دستی

ولوهای صنعتی دستی عموما توسط اپراتور و به صورت کاملا دستی عمل می کنند. نوع عملگر در شیرآلات دستی ممکن است به صورت اهرمی، فلکه ای و یا دسته باشد و معمولا در سایزهای بالا به عملگرهای گیربکسی و چرخ دنده ای تبدیل میشوند که توسط اپراتور تنظیم می شود.

• شیرآلات صنعتی اتوماتیک

عنوان ولو اتوماتیک به شیرآلاتی اطلاق می شود که به صورت خودکار قطع و وصل می شوند و مسیر را برای عبور جریان سیال باز و بسته می کنند. این نوع شیرالات معمولا در سیستمهای با کنترل دقیق و از راه دور استفاده میشوند و نقش مهمی در فرایندهای اتوماسیون صنعتی دارند. انواع مختلف شیرآلات با اکچویتورهای برقی و پنوماتیکی و هیدرولیکی و یا شیرآلات سلونوئیدی با بوبین برقی که اصطلاحا شیر برقی نامیده می شوند از انواع ولوهای صنعتی اتوماتیک به شمار می روند.

• شیرآلات صنعتی خودکار

انواع مختلف ولوهای خودکار بدون نیاز به اپراتور دستی و یا عملگرها باز و بسته می شوند. این نوع شیرآلات با فشار سیال در یک بازه تنظیم شده دقیق سیال را عبور داده و یا خارج می کنند. از جمله ولو های خودکار می توان به شیر یکطرفه و همچنین انواع شیراطمینان اشاره کرد.

انواع شیرآلات صنعتی براساس سایزبندی

انواع ولوها براساس سایز به دو سیستم اصلی سایزبندی اینچی و متریک تقسیم بندی می شوند.

• شیرآلات با سیستم سایزبندی اینچی

ولوهای اینچی عمدتا در کشورهای با سیستم واحد امپریالی ( مانند ایالات متحده ) استفاده می شوند. ولوهای سیستم اینچی غالبا براساس کلاس کاری (150، 300، 600، 900، 1500 و 2500) PSI و فشار و حرارت (Pressure & Temperature Rating) بر اساس استاندارد ASME B16.34 ساخته می شوند.

• شیرآلات با سیستم سایزبندی متریک

ولوهای با سیستم اندازه گیری متریک در اکثر کشورهای جهان کاربرد دارند. ولوهای سیستم متریک معمولا بر اساس PN: Pressure Number (bar) و فشار و حرارت بر اساس استاندارد EN1092-1: Pressure & Temperature Rating می باشد.

شیرآلات صنعتی براساس نحوه عبور جریان

• ولو قطع و وصل جریان

شیرهای قطع و وصل تنها برای باز و بسته  کردن کامل جریان سیال کاربرد دارند و عملا برای تنظیم و کنترل جریان مورد استفاده قرار نمی گیرند.

• ولو کنترل جریان

شیرهای کنترلی علاوه بر قطع و وصل جریان سیال برای کاهش و افزایش دبی جریان یا به عبارتی دیگر تنظیم و کنترل جریان سیال نیز کاربرد دارند.

شیرآلات صنعتی براساس جنس بدنه

• شیرآلات صنعتی برای محیط های کاری معمولی

معمولا شیرآلاتی که برای محیط های کاری با دما و فشار کم طراحی شده اند از آلیاژهای چدن، برنز، استیل و برنج می باشند.

• شیرآلات صنعتی برای محیط های کاری خورنده و دارای فرسایش

شیرآلات ساخته شده از فولادکربن، آلیاژ فولاد و فولاد ضدزنگ برای شرایط دمای بالا، فشار زیاد و محیط های خورنده طراحی شده اند.

شیرآلات صنعتی براساس مکانیسم عملکرد

ولوهای صنعتی براساس ساختارکلی و مکانیسم عملکرد به شکل زیر تقسیم بندی می شوند

• شیر دروازه ای یا گیت ولو
• شیر کروی یا گلوب ولو
• شیر توپی یا بال ولو
• شیر پروانه ای یا باترفلای ولو
• شیر سوزنی یا نیدل ولو
• شیر سماوری یا پلاگ ولو
• شیر اطمینان یا سیفتی ولو
• شیر برقی یا سلونوئید ولو

در ادامه به طور خلاصه به معرفی انواع شیرآلات صنعتی می پردازیم.

• شیر دروازه ای یا گیت ولو

شیر دروازه‌ای که با نام‌های شیر کشویی، گیت ولو و اسلاید ولو نیز شناخته می‌شود، یکی از رایج‌ترین انواع شیرآلات صنعتی است. وظیفه اصلی این شیر قطع و وصل کامل جریان سیال بدون امکان تنظیم تدریجی آن است. گیت ولوها به دلیل ساختار ساده، افت فشار ناچیز در حالت کاملاً باز و قابلیت عبور حجم بالای سیال، در صنایعی مانند نفت و گاز، پتروشیمی، آب و فاضلاب و نیروگاه‌ها کاربرد گسترده‌ای دارند. این نوع شیرآلات برای کنترل تدریجی جریان مناسب نیستند و عمدتاً در سیستم‌هایی به کار می‌روند که نیاز به قطع یا وصل کامل جریان وجود دارد.

• شیر کروی یا گلوب ولو

شیر کروی که با نام‌های گلوب ولو، شیر سوزنی و شیر بشقابی نیز شناخته می‌شود، از دیگر انواع شیرآلات صنعتی است که برای کنترل، باز و بسته کردن جریان سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی مجرابند این شیر به‌صورت دیسک مخروط ناقص یا نیم‌کره است که امکان تنظیم دقیق دبی جریان را فراهم می‌کند. این نوع شیر معمولاً در خطوطی که نیاز به کنترل میزان جریان سیال دارند، نصب می‌شود. شیر سوزنی در دو مدل 90 درجه و 180 درجه تولید شده و به دلیل دوجهته بودن، سیال می‌تواند از هر دو سمت وارد آن شود. با این حال، مسیر جریان S شکل در این شیر باعث افت فشار در سیستم لوله‌کشی شده و نسبت به شیرهای دروازه‌ای، به گشتاور بیشتری برای عملکرد نیاز دارد. انواع شیر کروی یا گلوب ولو شامل شیر کروی Z شکل، شیر کروی Y شکل و شیر کروی 90 درجه می شوند.

• شیر توپی یا بال ولو

شیر توپی یا بال ولو یکی از پرکاربردترین انواع شیرآلات صنعتی است حوزه گسترده ای از صنایع کاربرد دارد. این شیر به دلیل داشتن مجرابندی کروی یا نیم‌کره‌ای به این نام شناخته می‌شود و با چرخش ۹۰ درجه‌ای، جریان سیال را به‌طور کامل قطع یا وصل می‌کند. به‌طور معمول، به دلیل ایجاد پدیده کاویتاسیون، از شیر توپی برای کنترل جریان استفاده نمی‌شود، اما در شرایط خاص می‌توان از آن برای تنظیم میزان جریان سیال بهره برد. این نوع شیر به دلیل حرکت روان و نیاز به گشتاور کم، گزینه‌ای مناسب برای سیستم‌های اتوماسیون و کنترل از راه دور محسوب می‌شود. علاوه بر این، بال ولوها افت فشار ناچیزی در جریان سیال ایجاد کرده و برای عملکرد در محدوده‌های متنوعی از دما و فشار طراحی شده‌اند. بال ولوها از نظر موقعیت، نوع اتصال و مونتاژ مجرابند به دسته بندی های مختلفی تقسیم می شوند و از جمله انواع آنها می توان به شیرتوپی فول بور، شیر توپی ردیوس بور، شیر توپی V پورت، شیر توپی فلوتینگ، شیر توپی ترینیون، شیر توپی تاپ انتری، شیر توپی ساید انتری، و شیر توپی های سه راهه اشاره کرد.

• شیر پروانه ای یا باترفلای ولو

شیر پروانه‌ای یکی از پرکاربردترین انواع ولوهای صنعتی است که به دلیل قیمت مقرون‌به‌صرفه و عملکرد آسان، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیرها به‌ویژه برای قطع و وصل کامل جریان، به‌خصوص در سیالات غلیظ، در صنایعی مانند نفت، گاز، پتروشیمی، کشاورزی، داروسازی، صنایع غذایی، آب و فاضلاب، کشتیرانی، انتقال سوخت و پروژه‌های آبرسانی کاربرد دارند. شیر پروانه‌ای با انتقال نیرو از عملگر به شفت و دیسک، از طریق چرخش ۹۰ درجه‌ای (ربع‌گرد) مسیر سیال را باز یا بسته می‌کند. این نوع شیر هیچ محدودیت خاصی از نظر فشار و دما ندارد و می‌توان از آن برای کنترل و توقف جریان سیال در شرایط کاری متنوع استفاده کرد. از جمله ویژگی‌های بارز باترفلای ولو می‌توان به سرعت بالا در باز و بست جریان و مقاومت بالای آن در شرایط عملیاتی مختلف اشاره کرد. این شیرها در مدل‌های مختلفی با عملگرهای دستی، گیربکسی، الکتریکی و پنوماتیکی عرضه می‌شوند و متناسب با نیازهای گوناگون صنعتی به کار گرفته می‌شوند. باترفلای ولوها از لحاظ نوع اتصال به انواع شیرپروانه ای ویفری، شیر پروانه ای لاگ، شیر پروانه ای فلنج دار تقسیم بندی می شوند و در حوزه گسترده ای از صنایع کاربرد دارند.

• شیر سوزنی یا نیدل ولو

شیر سوزنی یا نیدل ولو دارای یک مجرابند مخروطی‌شکل (سوزنی) است که با حرکت تدریجی به سمت بالا یا پایین، میزان عبور سیال را به‌دقت تنظیم می‌کند. طراحی ویژه این ولو امکان تنظیم جریان بدون تغییرات ناگهانی و ضربه‌های فشاری را فراهم می‌سازد، که در سیستم‌های فشار بالا، ابزار دقیق، صنایع گاز و پتروشیمی، تأسیسات هیدرولیکی و پنوماتیکی کاربرد زیادی دارد. این شیر به وسیله دسته چرخشی یا هندویل کنترل می‌شود و کاربر می‌تواند با چرخاندن آن، جریان را با دقت بالا تنظیم کند و از نوسانات ناگهانی جلوگیری نماید. از ویژگی‌های برجسته نیدل ولو می‌توان به آب‌بندی قوی، مقاومت بالا در برابر دما و فشار، دقت در تنظیم جریان و طول عمر زیاد اشاره کرد. با این حال، به دلیل ساختار داخلی آن، نسبت به برخی شیرهای دیگر افت فشار بیشتری ایجاد می‌کند و معمولاً برای کنترل جریان‌های کم و سیستم‌های حساس به کار گرفته می‌شود.

• شیر سماوری یا پلاگ ولو

شیر سماوری یا پلاگ ولو به واسطه یک دیسک استوانه ای یا مخروطی جریان سیال را قطع و وصل می کند و به نام شیر مخروطی نیز در بین صنعتگران شناخته می شود. این شیر دارای یک پلاگ یا دیسک استوانه‌ای یا مخروطی شکل است که با چرخش ۹۰ درجه، مسیر عبور سیال را باز یا بسته می‌کند. پلاگ ولوها معمولا در فرآیندها و سیستم های پرفشار کاربرد دارند و با استانداردها و کلاس کاری مختلف در انواع مختلف تولید می شوند. به دلیل طراحی ساده، عملکرد سریع و آب‌بندی مناسب، پلاگ ولوها در صنایع مختلفی مانند نفت، گاز، پتروشیمی و سیستم‌های توزیع مایعات و گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• شیر اطمینان یا سیفتی ولو

شیر اطمینان یا سیفتی ولو از مهم‌ترین تجهیزات ایمنی در سیستم‌های تحت فشار به شمار می رود که وظیفه محافظت از تجهیزات و پیشگیری از افزایش بیش از حد فشار را بر عهده دارد. این شیر در مخازن، دیگ‌های بخار، خطوط لوله و سایر سیستم‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به‌طور خودکار در صورت عبور فشار از حد مجاز، باز شده و بخشی از سیال را تخلیه می‌کند تا فشار به سطح ایمن بازگردد. پس از کاهش فشار به محدوده مجاز، شیر مجدداً بسته می‌شود. سیفتی ولوها نقش اساسی در جلوگیری از انفجار، آسیب‌های تجهیزاتی و خطرات ایمنی دارند و در صنایعی مانند نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها، تأسیسات صنعتی و صنایع غذایی کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. این شیرها بسته به نوع سیال و شرایط کاری، در مدل‌های متنوعی با مکانیزم‌های فنری، دیافراگمی یا پایلوتی طراحی می‌شوند. از ویژگی‌های کلیدی این نوع ولوها  می توان به دقت بالا، عملکرد مطمئن و واکنش سریع آنها اشاره کرد.

• شیر برقی یا سلونوئید ولو

شیر برقی یا سلونوئید ولو یک شیر الکترومکانیکی صنعتی است که فرآیند باز و بسته شدن آن به کمک الکتریسیته انجام می‌شود. انواع مختلف سلونوئید ولو برای مدیریت جریان سیالات، قطع و وصل کردن جریان و کنترل دقیق آن در صنایع مختلف به کار می‌روند. این شیرها از دو بخش اصلی شامل سلونوئید (بوبین) و بدنه تشکیل شده‌اند. شیربرقی یا سلونوئید ولو با استفاده از مدارهای الکتریکی و بر اساس دستورالعمل‌های مشخص، عملکردی قابل اعتماد و دقیق دارد. این نوع شیرها به‌طور فزاینده‌ای در صنایع و تجهیزات مختلف کاربرد پیدا کرده‌اند. شیربرقی‌ها را می‌توان بر اساس فاکتورهای مختلفی مانند عملکرد، جریان برق، نوع اتصال و استانداردها دسته‌بندی کرد که هرکدام از این دسته‌ها دارای کاربردهای خاص و متفاوتی هستند. سلونوئید ولوها براساس تعداد دهانه به انواع شیر برقی دو راهه، سه راهه و چهارراهه و از نظر مکانیسم عملکرد به شیر برقی نرمال اوپن و شیر برقی نرمال کلوز تقسیم می‌شوند.

 اجزای اصلی شیرآلات صنعتی

همه ولوها یا شیرآلات صنعتی از چند قطعه اصلی تشکیل می شوند که هریک وظیفه مشخصی در مکانیسم و عملکرد شیر دارند. به طور کلی می توان گفت اصلی ترین اجزای شیرآلات صنعتی که مشترکا در همه آنها وجود دارد عبارتند از:

1. بدنه شیر

بدنه شیر اصلی ترین بخش ولوها به شمار می رود و پیکره اصلی و ساختار یک ولو است. بدنه شیر دیگر اجزای شیر را در خود جای داده است. این قطعه براساس سایز غالبا با روش های ریخته گری طراحی و ساخته می شود و ویژگیهای آن با قشار و دمای کاری ارتباط مستقیم دارد. همچنین اتصال ولو به سیستم لوله کشی بخشی از بدنه است و می تواند به صورت فلنجی، روزه ای و یا جوشی باشد.

2. مجرابند

بخش متحرک شیر که وظیفه قطع و وصل جریان سیال را برعهده دارد مجرابند نامیده می شود. مجرابند می تواند به صورت استوانه ای، کروی و یا دیسکی طراحی شود.

3. استم یا ساقه

بخش اتصال دهنده مجرابند و عملگر که مجرابند را حرکت داده و جریان سیال را تنظیم و کنترل می کند استم یا ساقه نامیده می شود. استم معمولا از جنس استیل مقاوم تولید می شود و نسبت به سایش و خوردگی از مقاومت بالائی برخوردار است.

4. بونت یا درپوش

بخشی که به عنوان پوشش محافظ اجزای داخلی شیر در بالا یا کنار بدنه قرار گرفته است بونت نامیده می شود. بونت می تواند به صورت پیچی، جوشی و یا رزوه ای مونتاژ شود.

5. سیت یا نشیمنگاه شیر

نشیمنگاه یا سیت شیر بخشی است که بین مجرابند و بدنه قرار گرفته و وظیفه اصلی آن آب بندی شیر و جلوگیری از نشتی سیال است. این قطعه عموما از مواد مقاوم مانند فلز، تفلون یا لاستیک ساخته شده و بسته به نوع شیر می تواند ثابت یا قابل تعویض باشد.

قیمت شیرآلات صنعتی

قیمت شیرآلات صنعتی به عوامل متعددی وابسته است که هر یک می‌توانند بر هزینه نهایی این تجهیزات تأثیر بگذارند. یکی از مهم‌ترین فاکتورها، جنس و متریال ساخت شیر است؛ موادی مانند فولاد ضدزنگ، برنج، برنز، چدن و آلیاژهای خاص بسته به میزان مقاومت در برابر فشار، دما و خوردگی، قیمت‌های متفاوتی دارند. نوع و طراحی شیر نیز بر قیمت آن اثرگذار است؛ به عنوان مثال، شیرهای توپی، کشویی، پروانه‌ای، سوزنی و دیافراگمی دارای ساختارهای مختلفی هستند که موجب تفاوت در هزینه تولید آن‌ها می‌شود. سایز و ابعاد شیر نیز اهمیت زیادی دارد، به‌طوری‌که افزایش قطر و اندازه باعث افزایش هزینه‌های ساخت و در نتیجه افزایش قیمت می‌شود. همچنین، عملکرد و نوع عملگر تأثیر قابل‌توجهی دارد؛ شیرهای دستی معمولاً ارزان‌تر از مدل‌های برقی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی هستند. برند سازنده و استانداردهای بین‌المللی مانند API، ANSI، DIN و ISO نیز از دیگر عوامل تعیین‌کننده قیمت محسوب می‌شوند، چراکه محصولات برندهای معتبر اغلب کیفیت بالاتر و قیمت بیشتری دارند. علاوه بر این، شرایط بازار، نوسانات نرخ ارز، هزینه‌های حمل‌ونقل و میزان عرضه و تقاضا نیز می‌توانند قیمت نهایی این محصولات را تحت تأثیر قرار دهند.