طراحی بدنه شیر کروی

سه طرح بدنه اصلی برای شیرهای کروی وجود دارد، طرح Tee یا Z شکل، الگوی زاویه‌دار و الگوی Wye یا Y.

شیر کروی با طرح بدنه Tee متداول‌ترین طرح آنها است که دارای دیافراگم Z شکل است. تنظیم افقی نشیمنگاه اجازه می‌دهد تا استم و دیسک عمود بر خط افقی حرکت کنند. این طراح بدنه کمترین ضریب جریان و افت فشار بیشتری دارد. از این شیر در کاربری‌هایی استفاده می‌شود که جریان باید به صورت نیمه باز/بسته باشد، مانند خطوط لوله بای‌پس که اطراف شیر کنترلی قرار دارند. شیر کروی با طرح بدنه Tee، در کاربری‌هایی استفاده می‌شود که افت فشار اهمیتی نداشته نیاز به نیمه باز/بسته بودن جریان است.

شیر کروی با بدنه الگوی زاویه‌دار در واقع اصلاح شده این نوع شیرها با الگوی Tee است. انتهای این شیر  دارای زاویه 90 درجه است و جریان سیال با چرخش زاویه 90 درجه برقرار می‌شود. ضریب دبی آن‌ها کمی کمتر از شیر کروی با الگوی wye است. این شیر در کاربری‌هایی استفاده می‌شود که دارای دوره‌های جریان ضربان‌دار هستند زیرا توانایی کنترل چنین جریان‌هایی را دارند.

طراحی شیر کروی با بدنه الگوی wye، جایگرینی برای افت فشار بالاست که یکی از ویژگی‌های آن به شمار می‌رود. نشیمنگاه و استم تقریباً در زاویه 45 درجه قرار دارند که این باعث می‌شود تا در صورت باز بودن کامل شیر مسیر جریان مستقیم‌تر بوده و میزان مقاومت در برابر جریان کمتر باشد. این شیرآلات می‌توانند برای مدت طولانی باز بوده و دچار هیچگونه فرسایشی نشوند. این نوع از شیر های کروی به طور گسترده برای کاربری‌های نیمه باز/بسته در طی عملیات فصلی و یا راه‌اندازی سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانیکه از این شیرآلات در خطوط زهکشی استفاده می‌شود (که به طور طبیعی بسته هستند) می‌توان ضایعات و پسماندهای داخل آن‌ها را با استفاده از یک میله تمیز کرد.

دیسک، نشیمنگاه و اِستم شیر کروی

متداول‌ترین طراحی دیسک برای شیر کروی ، دیسک توپی ، دیسک ترکیبی و دیسک پلاگ است. طرح دیسک توپی در درجه اول در سیستم‌های با فشار و دمای پایین استفاده می‌شود. با استفاده از این دیسک می‌توان جریان را به صورت نیمه باز/بسته نگاه داشت، اما در اصل برای قطع و وصل جریان از آن استفاده می‌شود. در طراحی دیسک ترکیبی از یک حلقه اینسرت سخت و غیر فلزی بر روی دیسک استفاده شده است که محکم‌تر بسته شدن شیر را تضمین می‌کند.

در طراحی دیسک پلاگ نسبت به دیسک ترکیبی و توپی بهتر می‌توان شیر را در حالت نیمه باز/بسته قرار داد. این دیسک‌ها در طرح‌های مختلف موجود هستند که همه آن‌ها بلند و مخروطی می‌باشند.

نشیمنگاه شیرهای کروی یا به صورت یکپارچه بوده و یا به بدنه شیر پیچ می‌شود. بسیاری از شیرآلات کروی در داخل بونت دارای نشیمنگاه عقب هستند. نشیمنگاه عقب آب‌بندی (درزگیری) را بین استم و بونت ایجاد کرده و هنگام باز بودن شیر، از فشار سیستم علیه پکینگ ولو جلوگیری می‌کند.

در شیر کروی دو روش برای اتصال استم و دیسک وجود دارد: اسلات T و مهره دیسک. در طراحی اسلات T، دیسک روی استم سُر می‌خورد و در طراحی مهره دیسک، دیسک به استم پیچ می‌شود.

ساخت شیر کروی

شیرآلات کروی معمولاً دارای استم بالارونده است و سایزهای بزرگتر آن دارای ساختار پیچ و یوغ خارجی است. اجزای این شیرها شبیه به شیر کشویی است. این نوع شیر دارای نشیمنگاه‌هایی در صفحه‌ای موازی بوده و یا متمایل به خط جریان می‌باشند. نگهداری شیر کروی نسبتاً آسان است، چراکه دیسک‌ها و نشیمنگاه‌ها به راحتی تعمیر و تعویض می‌شوند و همین امر باعث شده تا این شیر برای کاربری‌هایی که در آن شیرآلات به طور مکرر نیاز به تعمیر و نگهداری دارند، مناسب باشد.

در مواردی که شیرآلات به صورت دستی باز و بسته می‌شوند، حرکت کوتاهتر دیسک مزایایی مانند صرفه‌جویی در وقت اپراتور خواهد داشت، مخصوصاً اگر شیر به طور مکرر نیاز به تنظیم داشته باشد.

در شیر کروی چدنی دیسک و حلقه‌های نشیمنگاه معمولاً از برنز ساخته می‌شوند. در شیر کروی استیل برای دماهای تا 750 درجه فارنهایت (399 درجه سانتیگراد)، تریم عموماً از استنلس استیل ساخته شده که مقاومت خوبی دارد. سطوح جفت معمولاً برای کسب مقادیر سختی تفاضلی تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند. دیگر متریال‌های تریم شامل آلیاژهای کبالت می‌باشند.

سطح نشیمنگاه به عنوان پایه در نظر گرفته می‌شود تا هنگام بسته شدن شیر ارتباط کامل با سطح بلبرینگ برقرار شود. برای کلاس‌های فشار پایین‌تر، هم‌ترازی توسط مهره قفلی یک دیسک بلند ایجاد می‌شود. برای فشارهای بالاتر، هادی‌های دیسک داخل بدنه شیر قالب‌ریزی می‌شوند. دیسک به صورت آزادانه بر روی استم می‌چرخد تا از فرسایش سطح دیسک و حلقه نشیمنگاه جلوگیری شود. استم در برابر یک صفحه سخت قرار می‌گیرد، که باعث می‌شود استم و دیسک در محل تماس دچار فرسایش نشوند.

جهت جریان شیر کروی

شیرآلات کروی معمولاً در سیستم‌هایی استفاده می‌شود که دمای پایینی دارند، بنابراین فشار در زیر دیسک اعمال می‌شود. این باعث سهولت عملکرد شیر شده و به حفاظت از پکینگ کمک می‌کند. در کاربری‌هایی که بخار با دمای بالا وجود دارد نیز از شیر کروی استفاده می‌شود که در این صورت فشار در بالای دیسک قرار خواهد داشت. در غیر این صورت استم با خنک شدن منقبض شده و دیسک را از روی نشیمنگاه بلند می‌کند.

مزایای شیر کروی

• قابلیت خوب بسته شدن
• امکان نیمه باز/بسته شدن
• دارای حالت ضربه‌ای کوتاهتر در مقایسه با شیر کشویی
• ساخته شده با الگوهای tee، wye و زاویه‌ای که هر کدام قابلیت‌های منحصر به فرد خود را دارند.
• ماشین‌کاری آن و تعویض سطح نشیمنگاه‌ها آسان است
• دیسک به ساقه متصل نیست و شیر می‌تواند به عنوان شیر قطع کن و یا شیر یکطرفه مورد استفاده قرار بگیرد.

معایب شیر کروی

• افت فشار بیشتر در مقایسه با شیر کشویی
• باز کردن آن به نیروی محرکه بیشتر و یا عملگری بزرگتر نیاز دارد
• جریان نیمه باز/بسته در زیر نشیمنگاه و جریان خاموش بر روی نشیمنگاه

کاربرد شیر کروی

• سیستم‌های خنک کننده آب جایی که جریان باید تنظیم شود
• سیستم سوخت جایی که جریان تنظیم می‌شود و نشتی از اهمیت بالایی برخوردار است
• دریچه‌های درجه بالا و سیستم‌های تخلیه درجه پایین، که مساله نشتی و ایمنی در آن‌ها بسیار مهم است
• سیستم‌های تغذیه آب، خوراک شیمیایی، استخراج هوای کندانسور و سیستم‌های تخلیه استخراج
• دریچه بویلر و دِرَن، دریچه‌ها و دِرن‌های بخار اصلی، دِرن‌های هیتر
• آب‌بندی و تخلیه توربین
• سیستم روغن توربین