شیر توپی یک دستگاه کنترل جریان سیال است که از یک توپ توخالی، سوراخ دار و چرخشی برای کنترل جریان سیال از درون آن استفاده می کند. هنگامی که سوراخ از وسط گوی در یک راستا با ورودی جریان باشد، باز است و زمانی که توسط دسته سوپاپ 90 درجه می چرخد، بسته می شود و جریان را مسدود می کند. دستگیره هنگام باز بودن در راستای جریان صاف قرار می گیرد و در صورت بسته عمود بر آن است که باعث می شود به راحتی وضعیت دریچه تایید بصری شود. چرخش ربع گرد بسته می تواند در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت باشد .
شیرهای توپی بادوام هستند، پس از مدت زیاد استفاده ، عملکرد خوبی دارند و قابل اعتماد هستند و حتی پس از استفاده طولانی مدت به طور ایمن بسته می شوند. این ویژگی‌ها آنها را به گزینه‌ای عالی برای برنامه‌های خاموش و کنترل سیال تبدیل میکند، جایی که آنها اغلب به شیرآلات کشویی Gate Valve و شیرآلات گلوب Globe Valve ترجیح داده می‌شوند، آنها فاقد کنترل دقیق سیال در کاربردهای کاهش فشار هستند .
مزایای شیر توپی Ball Valve
سهولت کار، تعمیر و تطبیق پذیری شیر توپی Ball Valve ، آن را به کاربردهای صنعتی گسترده می رساند، بسته به طراحی و مواد مورد استفاده، فشار تا 1000 بار (100 مگاپاسکال؛ 15000 psi) و دمای تا 750 درجه فارنهایت (400 درجه سانتیگراد) را تحمل می کند. . اندازه ها معمولاً از 0.2 تا 48 اینچ (5 تا 1200 میلی متر) متغیر است. بدنه شیر از فلز، پلاستیک یا فلز با سرامیک ساخته شده است. توپ های شناور اغلب برای دوام با روکش کروم هستند.
معایب شیر توپی Ball Valve
هنگامی که برای کنترل جریان آب استفاده می شود، در حالت بسته، آب را در حفره مرکزی به دام می اندازد. در صورت کاهش دمای محیط به زیر نقطه انجماد، طرفین ممکن است به دلیل انبساط مرتبط با تشکیل یخ ترک بخورند. برخی از وسایل عایق یا نوار حرارتی در این شرایط معمولاً از آسیب جلوگیری می کند. گزینه دیگر برای آب و هوای سرد "شیر توپی مقاوم در برابر یخ زدگی" است. این سبک از شیر توپی دارای یک پلاگ انجماد در کنار است، بنابراین در صورت یخ زدن، دریچه انجماد پاره می شود و به عنوان یک نقطه شکست "فداکاری" عمل می کند و امکان تعمیر آسان تر را فراهم می کند. به جای تعویض کل شیر، تنها چیزی که مورد نیاز است نصب یک پلاگ انجماد Freeze Plug جدید است.
برای سیالات برودتی یا محصولی که ممکن است در داخل گوی منبسط شود، دریچه ای وجود دارد که در سمت بالادست دریچه سوراخ شده است. این به عنوان یک توپ تهویه نامیده می شود.
شیر توپی را نباید با "شیرخودکار توپی Ball Check Valve اشتباه گرفت، آن نوعی شیر یکطرفه که از یک توپ جامد برای جلوگیری از برگشت ناخواسته استفاده می کند.
انواع دیگر شیرهای ربع گرد چرخشی شامل شیر پروانه ای Butterfly Valve و شیر پلاگ Plug Valve و شیر توپی ضد انجماد Freeze Proof Ball Valve است.
شیر توپی سه راهی خودکار Automated 3 Way Ball Valve
پنج تیپ کلی بدنه برای شیرهای توپی وجود دارد: بدنه یک تکه 1 Piece Body یا Single Body، بدنه سه تکه 3 Piece Body ، Spilt Body Ball Valve، Top Entery Ball Valve و Welded Body Ball Valve. این تفاوت بر اساس نحوه تولید و مونتاژ قطعات شیر - به خصوص پوششی که خود توپ را در خود دارد - است. عملکرد شیر در هر مورد یکسان است.
بدنه های یک تکه شیر توپی Single Body Ball Valve ساختار بسیار سفت و سختی را ارائه می دهند، در برخی از نسخه ها توپ از شیر جدا می شود بدون اینکه کل شیر از خط خارج شود، اما بدنه های چند تکه فضای بیشتری را برای طراحی اشغال میکند.
علاوه بر این، سبک های مختلفی در رابطه با سوراخ خود مکانیزم توپ وجود دارد. و بسته به فشار کاری، شیرهای توپی به دو دسته شیرهای توپی فشار پایین Low Pressure Ball Valve و شیرهای توپی فشار قوی High Pressure Ball Valve تقسیم می شوند. در اکثر صنایع، شیرهای توپی با فشار کاری بالاتر از 3000 psi (210 بار) به عنوان شیرهای توپی فشار قوی در نظر گرفته می شوند. معمولاً حداکثر فشار کاری برای شیرهای توپی فشار بالا 7500 psi (520 بار) است و به ساختار، اندازه و مواد آب بندی بستگی دارد. حداکثر فشار کاری شیرهای توپی فشار قوی می تواند تا 15000 psi (1000 بار) باشد. شیرهای توپی فشار بالا اغلب در سیستم های هیدرولیک استفاده می شوند، بنابراین به آنها شیرهای توپی هیدرولیک Hydraulic Ball Valve نیز می گویند.
شیرهای توپی در اندازه های تا 2 اینچ (51 میلی متر) معمولاً در طرح های یک تکه، دو یا سه تکه تولید می شوند. دریچه های توپی یک تکه تقریباً همیشه کم سوراخ هستند، نسبتاً ارزان هستند و به طور کلی به جای تعمیر تعویض می شوند. شیرهای توپی دو تکه معمولاً دارای سوراخ کمی کاهش یافته (یا استاندارد) هستند و می توانند دور ریخته شوند یا قابل تعمیر باشند. طراحی سه تکه اجازه می دهد تا قسمت مرکزی شیر حاوی توپ، ساقه و نشیمنگاه ها به راحتی از خط لوله جدا شود. این کار تمیز کردن کارآمد رسوبات رسوب‌شده، تعویض نشیمنگاه‌ها و بسته‌بندی‌های غدد، صیقل دادن خراش‌های کوچک روی توپ را تسهیل میکند، همه اینها بدون برداشتن لوله‌ها از بدنه شیر. مفهوم طراحی شیر سه تکه این است که قابل تعمیر باشد. هر دریچه به میزان معینی گرم می شود، در حالی که مواد اضافی از بدنه بریده می شود.
Full Bore Ball Valve
یک شیر توپی با سوراخ کامل Full Bore (گاهی اوقات با پورت کامل) دارای یک توپ بزرگ است به طوری که سوراخ در توپ به اندازه خط لوله است و در نتیجه اصطکاک کمتری از دست می رود. جریان بدون محدودیت است، اما شیر بزرگتر و گرانتر است، بنابراین فقط در مواردی که جریان آزاد مورد نیاز است، به عنوان مثال در خطوط لوله که نیاز به Pigging دارند استفاده می شود.
V Port Ball Valve
یک شیر توپی پورت V دارای یک توپ به شکل 'v' یا یک نشیمنگاه ( Seat ) به شکل 'v' است. این اجازه می دهد تا ویژگی های جریان خطی و حتی درصد برابر را داشته باشید. هنگامی که دریچه در وضعیت بسته قرار دارد و باز شدن شروع می شود، ابتدا انتهای کوچک "v" باز می شود تا کنترل جریان پایدار در این مرحله امکان پذیر شود. این نوع طراحی به دلیل سرعت بالای سیالات، که ممکن است به یک شیر استاندارد آسیب برساند، به ساختاری مستحکم تر نیاز دارد. هنگامی که به درستی ماشین کاری شوند، این شیرهای کنترلی عالی هستند که عملکرد نشتی عالی را ارائه می دهند.
Cavity Filler Ball Valve
بسیاری از صنایع با مشکلات باقی مانده سیال در شیر توپی مواجه می شوند. در جایی که مایع برای مصرف انسان در نظر گرفته شده است، باقیمانده ها نیز ممکن است خطری برای سلامتی داشته باشند، و جایی که سیال هر از گاهی تغییر می کند، ممکن است آلودگی یک سیال به سیال دیگر رخ دهد. باقیمانده ها به این دلیل به وجود می آیند که در موقعیت نیمه باز دریچه توپی، شکافی بین سوراخ توپ و بدنه ایجاد می شود که مایع می تواند در آن گیر کند. برای جلوگیری از ورود مایع به این حفره، حفره باید مسدود شود، که می تواند با گسترش سیت ها به گونه ای انجام شود که همیشه با توپ در تماس باشد. این نوع شیر توپی به شیر توپی پرکننده حفره ای معروف یا Cavity Filler Ball Valve است.
انواع مختلفی از شیرهای توپی مربوط به اتصال و حرکت جانبی توپ وجود دارد:
Trunnion, Floating & Actuated
یک شیر توپی ترینیون دارای لنگر مکانیکی اضافی برای توپ در بالا و پایین است که برای شیرهای فشار بزرگتر و بالاتر (معمولاً بالای 3.9 اینچ (10 سانتی متر) و 580 psi (40 بار)) مناسب است.
شیر توپی شناور Floating Ball Valve ولوی است که در آن توپ توسط یک بند در جای خود ثابت نمی شود. در عملکرد عادی، این باعث می شود که توپ کمی در پایین دست شناور شود. این باعث می شود که مکانیسم نشستن در زیر فشار دادن توپ به آن فشرده شود. علاوه بر این، در برخی از انواع، در صورت وارد آمدن نیرویی که باعث از بین رفتن مکانیزم سیت شود (مانند گرمای شدید ناشی از آتش سوزی در خارج از شیر)، توپ تا انتها تا بدنه فلزی شناور می شود که برای آب بندی در برابر توپ طراحی شده است. طراحی تا حدودی ایمن.
شیرهای توپی که به صورت دستی کار می کنند Manually Operated Ball Valve می توانند به سرعت بسته شوند و بنابراین خطر چکش آب وجود دارد. برخی از شیرهای توپی مجهز به یک محرک هستند که ممکن است به صورت پنوماتیک، هیدرولیکی یا موتوری کار کند. از این شیرها می توان برای روشن/خاموش کردن یا کنترل جریان استفاده کرد. یک شیر کنترل جریان پنوماتیکی همچنین مجهز به موقعیت گیر است که سیگنال کنترل را به موقعیت محرک و باز شدن شیر بر این اساس تبدیل می کند.
منبع : وبسایت en.wikipedia.org