یک شیر با حرکت چرخشی است که از یک دیسک توپی شکل برای قطع و وصل کردن و تنظیم جریان استفاده میکند. این دیسک توپی شکل در حقیقت جسمی کروی است که یک سوراخ در آن ایجاد شده است و در حالت باز بودن شیر جریان از این سوراخ عبور میکند. این شیرها به طور گسترده در صنایع نفت و گاز و مصارف خانگی و سیستم های آب و فاضلاب کاربرد دارند.

زمانی که شیر میخواهد در حالت باز قرار گیرد، توپی میچرخد و در حالتی قرار میگیرد که سوراخ درون توپی با مسیر ورودی شیر و خروجی جریان از شیر در یک خط قرار گیرد و سیال از آن عبور کند. همچنین زمانی که شیر میخواهد بسته شود، توپی چرخیده و سوراخ آن در جهت عمود بر جریان سیال قرار میگیرد و مسیر جریان قطع میشود.

بیشتر عملگرهای (اکچویتورها) شیر توپی از نوع سریع العمل هستند و با یک چرخش 90˚ در اهرم شیر، شیر از حالت کاملاً بسته به حالت کاملاً باز تغییر میکند. در شیرهای توپی با سایز بزرگ که نیاز به گشتاور بالایی برای باز و بسته کردن شیر دارند عملگر به یک چرخنده خورشیدی متصل میشود. در شیرهای توپی با اهرم دستی زمانی که اهرم با محور شیر همجهت میشود شیر باز است و زمانی که اهرم در جهت عمود بر محور شیر قرار میگیرد شیر بسته میباشد.

شیر توپی نوعی شیر پلاگین با عامل توقف جریان توپی شکل است. بال ولو می تواند جریان را با استفاده از یک توپ توخالی، سوراخ دار و چرخان کنترل کند. هنگامی که سوراخ توپ در راستای جریان باشد باز است و زمانی که توسط دسته سوپاپ 90 درجه بچرخد بسته می شود. دستگیره در حالت باز، در راستای جریان قرار می گیرد و در صورت بسته بودن عمود بر آن قرار می گیرد که باعث می شود به راحتی وضعیت شیر تایید بصری شود.

مشخصات فنی شیر توپی فولادی ( BALL VALVE )

نوع اتصال شیر توپی فولادی بخار، به صورت اتصال فلنجدار و جوشی میباشد. که در مدل فلنجدار اتصال شیر به خطوط پایپینگ توسط دو فلنجی که در دو طرف بال ولو قرار گرفته صورت میگیرد، و در مدل جوشی بات ولد به صورت جوش دادن به خطوط پایپینگ اتصال پیدا میکند.

شیر توپی فلنجی فولادی، به دو صورت شیر توپی فول بور فولادی و شیر توپی ردیوس بر فولادی عرضه میگردد. تفاوت این دو مدل در این است که؛ در مدل فول بور، غالب شیر توپی به گونه ای ریخته میشود که؛ سایز داخل بال ولو سرتاسر به یک اندازه میباشد.

یعنی اگر بال ولو فولادی سایز دهنه وردی 2 اینچ باشد، داخل ان نیز 2 اینچ میباشد. اما در مدل ردیوس بر یا همان تبدیلی، به گونه ای است که وردوی ولو اگر 2 اینچ باشد، سایز داخل شیر به صورت تبدیلی به یک سایز پایین تر کاهش میابد. Metal Seated Ball Valve - JXON Valve Co., Ltd.

کاربرد های شیر توپی

بال ولو از جمله شیرهایی هستند که مطمئناً بارها با آن ها برخورد کرده اید. از این شیرها در وسایل خانگی و لوله کشی های خانگی نیز استفاده می شود. برای مثال در خطوط لولۀ گاز خانگی از این قطعات به منظور کنترل جریان استفاده می شود. همچنین در صنایع متفاوت نیز به خاطر کارایی بالای آن ها برای این شیرها کاربردهای زیادی در نظر گرفته می شود. این شیرها توانایی تحمل فشارهای بالا و حجم بالای سیال را دارند و همچنین اغلب می توانند تا دمای 480 درجه سانتیگراد، به راحتی جریان سیال را مدیریت کنند. به همین خاطر در اغلب صنایعی که تحت شرایط فوق کار می کنند، از شیر های توپی استفاده می شود. برای مثال می توان از صنایع غذایی، دارویی، نساجی، تولید محصولات پلاستیکی، الکترونیک و … نام برد. در ادامه مقاله بال ولو چیست انواع آن را برای شما شرح می دهیم.

شیر توپی چگونه کار می کند؟

توپ درون شیر دارای مجرایی است که هنگامی که کاملاً با دو انتهای شیر تراز شود، جریان آزادانه از طریق آن عبور می کند و هنگامی که مجرا کاملاً بر انتهای دستگاه عمود است، شیر به طور کامل مسدود می شود.

مجرا در هر وضعیت دیگری قرار بگیرد، جریان به طور جزئی قطع می شود.

شیر توپی Ball Valve در مقایسه با شیر دروازه ای Gate Valve

شیر توپی عملکردی مشابه شیر دروازه ای ندارد. تفاوت بین آنها در این است که اولی از یک توپ کروی برای باز و بسته کردن جریان استفاده می کند در حالیکه شیرهای دروازه ای از یک دیسکی که به روی سیت قرار گرفته است؛ در واقع این تفاوت مربوط به طراحی و فشردگی آنهاست.

نقد و بررسی

مزایا و معایب بال ولو (Ball Valve)

مزایا

باز و بسته شدن سریع
آب بندی قابل اطمینان و مناسب برای کاربردهای دما و فشار بالا
اندازه و وزن شیر کمتر از شیر دروازه ای (گیت ولو) با همان سایز و ویژگی است.
انعطاف پذیری در انتخاب به دلیل وجود طرح های گوناگون شیرهای توپی
سهولت در عملکرد و نگهداری
مقرون به صرفه
شیر توپی به دلیل دارا بودن بدنه و پورت صاف مقاومت ناچیزی در برابر جریان از خود نشان می دهند.
بال ولو در اندازه های بزرگ در بازار موجود است.
حرکت ساقه شیر چرخشی 90 درجه دارد.
در برخی از انواع بال ولو، قطعات داخلی را می توان بدون جدا کردن شیر از خط لوله تعویض کرد.
در سیستم حباب ایجاد نمی کند.
شیرهای توپی با کیفیت، در کاربردهای فشار و دمای بالا قابل اطمینان هستند.
نیروی مورد نیاز برای فعال کردن شیر توپی کمتر از نیروی مورد نیاز برای یک گیت ولو یا گلوب ولو است.

معایب

در سیستم هایی که نیاز به دریچه گاز دارند، نمی توان از آن استفاده کرد.
در صورت وجود دوغاب یا سایر مواد مشابه در سیال، ذرات معلق ته نشین می شوند و در حفره های بدنه شیر گیر می کنندو درنتیجه باعث سایش، نشت یا خرابی دریچه ها می شوند.
به دلیل باز و بسته شدن سریع، موج های پر فشار در سیال ایجاد می شود که می تواند به تجهیزات پایین دست آسیب برساند.
ممکن است سیال مایع در بدنه شیر (و در داخل دیسک در هنگام بسته شدن) به دام بیفتد.

انواع بال ولوها از لحاظ نوع و جایگیری توپی

بال ولو با توپی شناور (Floating Ball Valve) : در این نوع شیرها، توپی تقریباً به حالت شناور بوده و میتواند درجای خود کمی حرکت داشته باشد. حرکت توپی نمی‌تواند به سمت بالا باشد و توپی از بالا به وسیله‌ی یک شفت در جای خود ثابت شده است. به علت فشرده شدن توپی به نشیمنگاه، استفاده از این شیر در فشارهای بالا توصیه نمیگردد.

شیر توپی شناوری - Floating Ball Valve — Ball Valve شناوری – Floating Ball Valve

بال ولو ترونیون (Trunnion Ball Valve) : در Ball Valve ترونیون بر خلاف نوع شناور، توپی از تمامی جهات ثابت شده و فقط دارای حرکت چرخشی می‌باشد. این شیرها برای مواقعی که فشار جریان بالا باشد مناسب می‌باشند. از مزایای Ball Valve ترونیون میتوان به گشتاور عملیاتی کمتر و آب بندی بسیار خوب در فشارهای بالا و پایین و اشاره کرد.

شیر توپی ترونیون -Trunnion Ball Valve — Ball Valve ترونیون -Trunnion Ball Valve

بال ولو سه راهه (Three Way Ball Valve) :معمولا یک شیر توپی دارای دو ورودی (یا دو راه) است.با این حال در برخی موارد، ممکن است یک شیر توپی 3 طرفه مورد استفاده قرار گیرد. این نوع شیر به جای دو پورت، دارای 3 پورت (ورودی) است.این طرح چند منظوره برای انتقال مایعات از ورودی شیر اصلی به دو جهت مختلف مورد نیاز است، که هر یک توسط دو خروجی جداگانه انجام می شود. یکی دیگر از کاربردهای معمول شیر توپی 3 طرفه، داشتن خط جریان اصلی است که توسط دو ورودی جداگانه و جایگزین ارائه شده است.
توپِ یک شیر توپی 3 طرفه ممکن است دارای طرح L یا T باشد که در تصویر زیر نشان داده شده است. این نوع خاص از شیرهای توپی در طراحی فلوتینگ یا ترونیون، با هر نوع انتهای شیری (فلنج، سوکت یا اتصال رشته ای) و مواد مختلفی از پلاستیک گرفته تا کربن، آلیاژ و فولاد ضدزنگ موجود است.

بال ولو با ورودی بالایی (Top-Entry Ball Valve) : در این شیر دسترسی به توپی از قسمت بالای شیر است و نسبت به شیرهای با ورودی جانبی دسترسی راحت تری دارند. این شیرها برای مواقعی که فعالیت خط لوله بالا بوده و نیاز به تعمیرات و سرویس شیر زیاد است استفاده می‌شوند تا با باز کردن قسمت بالایی شیر تعمیرات را انجام دهند. این شیرها همچنین به علت ساختار یکپارچه و نیاز به عملیات ریخته‌گری در فرایند تولید از شیرهای با ورودی جانبی گرانتر هستند.

شیر توپی با ورودی بالایی - Top-Entry Ball Valve — Ball Valve با ورودی بالایی – Top-Entry Ball Valve

بال ولو با ورودی جانبی (Side-Entry Ball Valve) : در این شیرها دسترسی به توپی از قسمت جانبی یا پهلوی شیر بوده و برخلاف حالت Top-Entry ساختار این شیرها یکپارچه نیست. ساخت و مونتاژ لوازم این شیرها نسبتاً ساده‌تر است و قیمت پایین تری نسبت به شیرهای با ورودی بالا دارند.

شیر توپی با ورودی جانبی - Side-Entry Ball Valve — Ball Valve با ورودی جانبی – Side-Entry Ball Valve

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. شیرهای 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.

جوشی (Welded body ball valve)

جدول استانداردها

استانداردها	ISO 17292, API 6D, MSS SP-61, ANSI B16.34, BS 5351 ضد حریق: BS 6755, API 6FA, API 607
قطر شیر	40 – 400 mm
فشار کاری	113 bar
اتصال شیر	جوش سوکتی Socket-weld ends ASME B16.11 پیچی Screwed-end BSPT ISO 7-1 پیچی Screwed-end NPT ASME B1.20.1 فلنجی End flange ASME B16.5 RF/FF/RTJ Face-to-face Flanged ASME B16.10
استاندارد بازرسی	API 598, MSS SP-61, ANSI B 16.10, API 6D, API 6A, ISO 5208
بدنه شیر – body	ASTM A216 Gr. WCB, WCB, ASTM A216 Gr. WCB, ASTM A105, ASTM A351 Gr. CF8M, ASTM A182 Gr. F316
توپی – ball	ASTM A351 Gr. CF8M, ASTM A182Gr. F316, ASTM A182 Gr. F304
استم – Stem	ASTM A479 TYPE 316
نشیمنگاه – Seat	PTFE, RPTFE, S[ecial filled PTFE, PEEK, DEVLON, NXT-70, SS316+ST
آب بندی – packing	بدنه: PTFE/RPTFE, Special filled PTFE, Graphite استم: Carbon-filled PTFE, Graphite