شیر وسیله ای است که برای مهار کردن جریان و فشار سیالات به کار می رود وظایف اصلی شیرهای صنعتی عبارتند از :

1) قطع و وصل کامل جریان
2) جلوگیری از بازگشت مایعات و گازهای عبور کرده
3) تنظیم عبور مقدار مورد نیاز مایعات و گازها
4) تنظیم و کنترل مقدار و فشار مایعات و گازها
5) کنترل و ایمن نگه داشتن دستگاه های تحت فشار
و اصولا شیرها در مواردی به کار می روند که برای جریان سیال (اعم از مایع و گاز ) اختلاف فشار وجود داشته باشد .

تاریخچه:

اولین شیرهایی که به‌وسیله انسان اختراع شد، همان چیزی است که اکنون به عنوان (دریچه) آب‌بند میشناسیم. دریچه‌ای که با گذاشتن یا برداشتن آن در مسیر آب، جریان را بسته، باز یا نیمه باز می گذاشتند. شیرهای دروازه‌ای امروزی در واقع همان آب بند های قدیمی هستند.

جنس و مواد:

بنا به کاربرد، مصالحی که در ساخت شیر بکار برده می‌شود، مختلف است. در کارهای ساختمانی شیرهای چدنی، برنزی، برنجی و گاهی استیل (SS) استفاده می‌شود. در کارهای صنعتی مانند، نیروگاهها، کارخانه‌های پتروشیمی، پالایشگاهها، کشتی سازی و صنایع دارویی / غذایی، بسته به نوع سیالی که از شیر عبور می‌کند ویا محیطی که شیر در آن قرار دارد، بدنه و دیگر اجزای آنرا از فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد زنگ نزن(Stainless Steel) میسازند.

شیرها یا به‌وسیله دست یا عملگر خودکار (Actuator) باز و بست می‌شوند.

نکات مهم در طراحی و ساخت شیرها عبارتند از:

1- نیروی راه انداز وتجهیزات خاص راه اندازی
2- ارتعاش شیر
3- کاویتاسیون
4- تاثیر در جریان
5- میزان تحمل فشار
6- آب بندی وموادمصرفی درآب بندها
7- سهولت تعمیرو نگهداری ونصب وتنظیم آنها
8- حوضچه های آرامش

انواع مختلف شیرها:

1) شیرهای دستی که با نیروی انسان کار می کنند manual valves
2) شیرهای خودکار که با نیروی هوا ، مایعات و گازهای کنترل شونده کار می کنند control valves
3) شیرهای خودکار که با نیروی برق کار می کنند . electric motor operated valves

شیرهایی که در این قسمت بررسی می شود عبارتند از:

1)شیرهای سوزنی needle valves
2)شیرهای سماوری plug or clock valves
3)شیرهای کروی globe valves
4)شیر زاویه ای ANGLE VALVE
5)شیر توپی BALL VALVE
6)شیرهای کشویی gate valves
7)شیرهای دیافراگمی diaphragm valves
8)شیر برگشت معکوس فاضلابی BAKE WATER VALVE
9)شیر فشار شکن PRESSURE REDUCING VALVE
10)شیرهای یکطرفه non return or check valves
11)شیرهای پروانه ای butterfly valves
12)شیرهای اطمینان safety valves
13)شیر تخلیه
14)شیر سه راهه دستی CROSS GLOBE VALVE
15)شیر زانویی ANGLE VALVE
16)شیر شلنگی HOSE VALVE
17)شیر آب نما WATER GAUGE VALVE
18)شیر های خاص SPECIAL PURPOSE VALVES
19)شیرهای خودکار control valves
20) شیرهای متعادل کننده BALANCING VALVES
21 ) شیر های تخلیه کننده فشارPRESSURE RELIEF VALVES
که در زیر به تفصیل آنها را توضیح می دهیم:

1) شیرهای سوزنی needle valves:

شیر سوزنی که اسم خود را از شکل دیسک و نشیمنگاه خود گرفته از لحاظ ساختمان و طرز کار جزو خانواده شیرهای کروی می باشد با این شیرها می توان کنترل دقیق جریان سیال را به خصوص در لوله های باریک و ظریف برقرار کرد. ساختمان این شیر طوری است که جریان به یک حفره کوچک هدایت می شود و پس از چرخش °90 به نوک یک مخروط هدایت می شود و همانگونه که از شکل پیداست جریان از بین این حفره و یک قطعه سوزنی شکل به خروجی راه می یابد ..دیسک این نوع شیر از میله مخروطی شکل نازکی تشکیل شده که از داخل سوراخ مدور صفحه عبور می کند و جریان حرکت سیال را محدود می سازد .ساختمان این شیرها بیشتر در کاربراتورها به کار می رود .

این نوع شیر از لحاظ ساختمان بسیار ظریف و تقریبا کوچک می باشد و بعلت داشتن مکانیسم مورد اعتماد در عملیات حساس و دقیق به کار گرفته می شود . در آزمایشگاه های نفت یا پتروشیمی و وسائل ابزار دقیق کاربرد آن بسیار می باشد . قطر شیرهای سوزنی معمولا از 2 اینچ تجاوز نمی کند و شیر سوزنی را بیشتر در محل هایی به کار می برند که محدودیت لازم باشد و منظور از محدودیت یعنی تاخیر زمانی و تغییر آرام فشار است .

2) شیرهای سماوری plug or clock valves:

این شیرها برای جریان های کم می باشد و سه راهه ساخته می شوند : شیر های پیسوار از این نوع هستند . این نوع شیرها تشکیل شده از میله ای که در میان آن حفره ای برای عبور جریان آب به وجود آورده شده است و در میان یک محفظه ای که در سطح داخلی آن ماشین کاری و پرداخت شده , قرار گرفته است . این نوع شیرها نیز مانند شیر دروازه ای مقاومت بسیار کمی در مقابل جریان آب به وجود می آورند . برای باز و بسته کردن شیر سماوری فقط کافی است دسته آن را به اندازه 90 درجه بگردانیم . .معمولا این شیرها به عنوان وسیله کنترل دو حالته (قطع/ وصل) استفاده می شوند . زیرا (1) نسبتا ارزان هستند , (2) وقتی تنظیم شوند در همان وضعیت باقی می مانند , و (3) کارکنان می توانند وضعیت باز یا بسته بودن آن را به وضوح مشاهده کنند . اگر مساحت سطح روزنه شیرORIFICE) برابر با مساحت سطح مقطع لوله باشد , از بازده شیر به عنوان یک وسیله کنترل کننده جریان , کاسته خواهد شد .

3) شیرهای کروی globe valves:

این شیر اسم کروی را از روی شکل ظاهری بدنه خود که کروی شکل است گرفته و ساختمان داخلی آن طوری است که مایع از نقطه ورود به شیر تا خروج از آن 180 درجه تغییر جهت می دهد . ساختمان دریچه و نشیمنگاه آن طوری است که به مجرد برقرار شدن جریان تماس آنها با هم قطع می شود .همچنین باز نبودن کامل شیر کروی موجب فرسودگی ان نمی شود . ولذا از آن می توان برای تنظیم و کنترل جریان استفاده کرد. متناسب بودن تعداد دور دسته شیر با حجم مجرای خروجی مایع کار تنظیم مقدار جریان را با دست آسان می سازد .

ازمشخصات شیرهای کروی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

جهت جریان سیال بر خلاف شیر کشویی تغییر می کند .
تغییر جهت جریان سیال ایجاد تلاطم می نماید .
تلاطم افت فشار را افزایش می دهد .
در شیر کروی افت فشار بیشتر از شیر کشویی می باشد .
در شیر کروی به محض قطع اتصال صفحه انتهایی ساقه و نشیمنگاه سیال کاملا جریان می یابد.

در شیر کروی فرسودگی به علت اصطکاک خیلی کمتر از شیر کشویی می باشد .

یکی از انواع شیرهای کروی شیر کروی زاویه ای می باشد که در آن تغییر جهت سیال کمتر از شیر کروی معمولی می باشد و تلاطم سیال در شیر کروی زاویه ای کمتر از شیر کروی معمولی است .

در آخر در مورد شیرهای کروی باید گفت که این نوع شیر برای کنترل سیال طراحی شده است و بعلت تغییر ناگهانی مسیر سیال ، باز کردن و بستن شیر ، خیلی سریعتر انجام می شود . درضمن باید گفت که مواد مختلف که در ساخت آنها به کار می رود در دسترس می باشد . و تعمیرات آنها از شیر کشویی کمتر و سهلتر می باشد به طوری که تعمیر آنها بدون خارج کردن آنها از مسیر لوله کشی امکان پذیر می باشد و جنس شیر اغلب از نیکل یا فولاد زنگ نزن می باشد.

4) شیر زاویه ای ANGLE VALVE:

این نوع شیر همان شیر کروی است , با این تفاوت که یک زاویه 90 درجه بین ورودی و خروجی آن وجود دارد0 این نوع شیر نسبت به شیر کروی افت فشار کمتری ایجاد می کند و نیز به علت شکل مخصوص آن , در مصرف اتصالات لوله کشی و همین طور وقت مورد نیاز برای نصب صرفه جویی می کند .

5) شیر توپی BALL VALVE:

این نوع شیرها ضربه ای نیز نامیده می شوند . جریان آب در این نوع شیرها از میان سوراخ یک ساچمه کروی که در جایگاه کروی کاملا صیقلی شده ای قرار دارد , عبور می کند . برای باز و بسته کردن این نوع شیرها نیز مانند شیر های سماوری فقط گردش 90 درجه ای دسته آن کافی است . این شیرها نیز مقاومت کمی در برابر جریان آب ایجاد می کنند . از این نوع شیرها در لوله کشی آب گرم و سرد و همچنین لوله کشی گاز فشار ضعیف می توان استفاده کرد .

6) شیرهای کشویی gate valves:

این شیرها بیشتر در محل هایی به کار می رود که بخواهند جریان سیال را به طور کامل بسته یا باز نمایند . از خواص این شیرها کم بودن افت فشار در طول آن می باشد به همین دلیل در سر راه لوله های طویل از این شیرها به کار می رود . هنگامی که کشو یا بند آور (gate) کاملا به بالا هدایت شده و از مسیر جریان سیال خارج گردیده و در نتیجه هیچ مقاومتی در مقابل عبور جریان ندارد ولی اگر کشو به پایین ترین محل خود هدایت شده باشد در نتیجه سیال بعلت تغییر مسیر و تصادم با کشو ایجاد تلاطم و افت فشار می نماید . در لوله کشی ها اغلب لوله و شیر به هم پیوسته اند (بوسیله جوشکاری یا بوسیله پیچ ) ولی به طور کلی اتصال شیر و لوله بوسیله فلنچ و پیچ و مهره انجام گردیده و برای جلوگیری از نشتی بین لوله فلنج شیر لائی آب بندی یا gasket گذارده می شود .

ساختمان ساقه (stem):

ساقه میله بلند و باریکی است که از یک طرف به فلکه دست (hand wheel) و ازطرف دیگر به کشویی (gate) متصل می باشد .
ساقه متصل به کشوی شیر از جعبه ای به نام (stuffing box) عبور می کند .

دو نوع gate valve وجود دارد:

1) نوع اول که به نام موازی معروف است بر اساس استفاده از یک دیسک تخت دروازه ای که در بین دو نشیمنگاه موازی قرار گرفته تشکیل گردیده است.(جریان بالادست وجریان پائین دست) این ولوها همچنین دارای یک لبه تیزی در قسمت پائین خود می باشند که این لبه تیز برای برش واز بین بردن ذرات جامد ورودی به ولو می باشد.

مزیت مهم این قبیل ولوها اینستکه این ولوها علاوه بر بکار رفتن برای valve seat های نامتقارن ، می توانند برای valve seat های زاویه ای نیز بکار روند.

2) نوع دیگر ازgate valve ها بنام gate valve های با gate گوه ای شکل می باشند.

دراین نوع از ولوها از دو seat مورب ویک gate مورب استفاده می گردد.(به منظور امکان بسته شدن در حالت shut off)

همان طور که می دانیم ساقه کشو را بالا و پایین می برد و بدین ترتیب مقدار باز و بسته کردن شیر را کنترل می کند . فراموش نکنیم که در شیر کشویی جهت حرکت سیال کاملا مستقیم بوده و در صورتی که شیر کاملا باز باشد کشو از مسیر جریان خارج شده و افت فاشر به حداقل می رسد همچنین تلاطم جریان بسیار کم است .

7) شیرهای دیافراگمی diaphragm valves:

شیر پرده ای یا دیافراگمی ساختمان ساده و جالبی دارد . این نوع شیر از سه قسمت مهم تشکیل شده است بدنه (body) ، دیافراگم (diaphragm) ، و سرپوش (bonnet) دیافراگم از پرده لاستیکی تقویت شده یا جنس قابل ارتجاع دیگر ساخته شده که با حرکت دسته شیر پرده قابل ارتجاع بالا و پایین شده و مجرای عبور سیال را کم و زیاد و در نتیجه مقدار سیال را کنترل می نماید .دیافراگم محتوای شیر را از مکانیسم باز و بستن آن جدا می کند لذا احتیاج به وسائل آب بندی ندارد .در صورتی که مواد از اطراف شیر بیرون بریزد نشان سوراخ بودن پرده می باشد که باید تعویض شود از این نوع شیر برای کنترل مواد خورنده مثل اسیدها استفاده می گردد.

باید توجه داشت که بکار بردن شیر دیافراگمی برای مواقعی که درجه حرارت زیاد باشد بی فایده خواهد بود زیرا در درجه حرارت زیاد دیافراگم ذوب می شود . می توان دیافراگم را از مواد پلاستیکی مقاوم در برابر حرارت ساخت ولی مقرون به صرفه نمی باشد . این نوع شیرها دارای خاصیت خوب بستن می باشند به طوری که در حالت بسته شدن به هیچ وجه سیال از آن عبور نمی کند از این نوع شیر در فشار ها ودرجه حرارت پایین استفاده می شود .

ولوهای دیافراگمی بر اساس شکل بدنه به دو گروه زیر تقسیم بندی می شوند:

1) نوع با برامدگی داخل بدنه(weir type):

در این نوع یک قسمت برامدگی در داخل بدنه بصورت ریخته گری تعبیه می گرددو درهنگام بسته شدن ولو ، دیافراگم بر روی این برامدگی می نشیند و عبور جریان را محدود می کند.

2) نوع بدون برامدگی داخل بدنه (straight-through type ):

در این نوع ولوها ، دیافراگم بصورت یک شکل گوه ای در می آید. از ولوهای دیافراگمی می توان در کنترل نمودن جریان نیز استفاده نمود.نوع( weirدارای برامدگی سد کننده در وسط) برای کنترل جریان گزینه مناسبی بوده ولی عیب آن محدود بودن منطقه عبور سیال می باشد.

از ولوهای دیافراگمی همچنین برای کنترل جریانهای کوچک وهنگامی که سیال دارای خاصیت خورندگی بوده وسیالات رادیواکتیو، می توان استفاده نمود.

عمر مفید دیافراگم بستگی به نوع ماده ای که از داخل ولو می گذرد وهمچنین دما، فشار و تعداد دفعات استفاده از ولو بستگی دارد.

در بعضی از انواع مواد تشکیل دهنده دیافراگمهاکه از نوع الاستومری می باشند ، این دیافراگمها مقاومت بسیار خوبی در دماهای بسیار بالا دارند.هرچند که باید توجه داشت خواص مکانیکی مواد الاستومری در دماهای بالا پائین خواهد آمد وامکان از بین رفتن آن نیز در فشار های بالا وجود دارد.

بیشتر مواد الاستومری در دمای پائین تر از 150 F بهترین عملکرد را دارا می باشند.

از موارد دیگر مزایای این ولوها ایزوله کردن قسمتهای مختلف ولو در مقابل سیال عبوری می باشد.بگونه ای که دیافراگم خود باعث ایزوله کردن قسمتهای مختلف ولو در مقابل سیال عبوری می گردد.با توجه به این خاصیت این ولوها برای سیالات خورنده و همچنین سیالاتی که دارای مواد جامد معلق می باشند مناسب خواهند بود..باتوجه به اینکه مجموعه درپوش ولو در معرض تماس با سیال عبوری قرار نمی گیرد لذا در تهیه متریال آن می توان از مواد ارزانتری استفاده نمود.با توجه به پیشرفتی که در طراحی دیافراگم ومواد آن صورت پذیرفته ، امروزه دیافراگم های جدید قادر به عملکرد با انواع سیالات عبوری می باشند.

8) شیر برگشت معکوس فاضلابی BAKE WATER VALVE:

این نوع شیرها فقط در لوله کشی فاضلاب مورد استفاده , قرار می گیرند و کاملا شبیه شیر های یک طرفه آزاد عمل می کند . در حالاتی که به علل مختلف , فاضلاب به سمت مجراهای ورودی فاضلاب ساختمان برگشت می کند , این شیرها از این عمل جلوگیری می کند . این نوع شیرها , معمولا در جاهایی نظیر زیر زمین ساختمان که ارتفاع کمی نسبت به محل دفن فاضلاب دارد , برای جلو گیری از برگشت فاضلاب نصب می شود .

9) شیر فشار شکنPRESSURE REDUCING VALVE:

شیر فشار شکن یا شیر تنظیم کننده فشار , به طور معمول نزدیک کنتور آب ساختمان ها بعد از انشعاب از لوله اصلی آب شهر نصب می شود تا فشار های زیاد و تغییرات فشار آب شهر را تقلیل دهد . این شیر را می توان یک وسیله تمام خود کار خواند , زیرا برای انجام تغییرات و تقلیل فشار دارای ساختمانی مخصوص است که این عمل را بدون انتقال انرژی انجام می دهد . این شیرها یک پیچ مخصوص تنظیم فشار دارد که به وسیله آن فشار خروجی شیر تنظیم می شود. همان طور که در شکل پیدا است , باید یک آشغال گیر یا صافی به شیر فشار شکن متصل کرد تا مواد خارجی احتمالی باعث خرابی مکانیزم داخلی این شیر نشود