معرفی انواع ولوها(شیر آلات صنعتی)

ولو یا شیر صنعتی چیست؟

وسیله ای است که میزان جریان انواع سیال (گاز، مایع، دوغاب) را به وسیلۀ باز کردن، مسدود کردن یا محدود کردن آن کنترل و تنظیم می‌کند. به طور کلی در یک شیری که کاملاً باز باشد، سیال از یک قسمت با فشار بیشتر به قسمت با فشار کمتر انتقال میابد. کلمۀ ولو(Valve) مشتق شده از زبان لاتین آن یعنی Valva به معنی قسمت متحرک است.

ولوهای صنعتی

شیرآلات صنعتی برای تحمل فشارهای بالا که حاصل از سیال گاز و یا مایع هستند کاربرد داشته و به منظور تحمل شرایط سخت همراه و برای عمر طولانی طراحی شده اند. شیرها یک وسیلۀ مکانیکی بوده که جریان و یا فشار داخل یک سیستم را کنترل و تنظیم می‌کنند. این‌ وسایل، اجزای مهم و اساسی یک سیستم بوده که به منظور رساندن مایعات، گازها، بخارها، دوغاب ها و ... به کار می‌روند. در انواع کاربردی تر و پیچیده تر از مصارف معمولی و یا خانگی، این تجهیزات در صنعت برای کنترل فرآیند به کار می‌روند.

انواع ولوهای صنعتی

شیرآلات صنعتی از نظر نوع حرکت ساقه به دو دسته تقسیم بندی می‌شوند:

1. حرکت خطی
2. حرکت دورانی

ولوهای با حرکت خطی

ولوهای با حرکت خطی انواع شیرهایی هستند که جهت باز و بسته شدن، باید دسته یا فرمان آن چندین دور چرخانده شوند. این شیرها دارای یک ساقۀ کشویی بوده که عنصر مسدود کننده را در یک موقعیت باز یا بسته قرار می‌دهد. این نوع از تجهیزات بسته به اندازه، دارای تنوع زیادی بوده و در انواع طرح ها و اشکال مختلف موجود هستند.

ولو دارای حرکت خطی

ولوهای یا شیرها با حرکت دورانی

شیرهای با حرکت دورانی یک دیسک و یا یک صفحۀ بیضی شکل را حول یک محور (شفت) زاویه‌ای یا دایره‌ای که به صورت قطری در یک صفحۀ اوریفیس باز می‌شود را به چرخش در می‌آورند. این شیرها با نام ولوهای کوارتری شناخته می‌شوند. این نوع از شیرهای صنعتی، زمانی در حالت کاملاً باز قرار گرفته که ساقۀ آن °0 چرخیده و زمانی کاملاً بسته می‌شوند، که به اندازۀ ° 90 به چرخش درآیند.

ولو دارای حرکت دورانی

تفاوت ولوهای با حرکت دورانی با نوع حرکت خطی

شیرهای صنعتی با حرکت خطی  نسبت به فرسایش مقاوم تر بوده ولی نسبت به نوع دورانی آن گران تر هستند.  این شیرها  قابلیت دقت بالا در کنترل جریان را ارائه می‌دهند. همچنین شیرهای دورانی دارای محدودیت بیشتری از نظر افت فشار نسبت به نوع خطی آن هستند.

شیرهای کنترل در صنعت امروز بسیار حائز اهمیت بوده و روز به روز میزان استفاده از این ابزار در صنعت رو به افزایش است. خرید کنترل ولوها بخش مهم از اتوماسیون سازی فرآیند تولید بوده و برای اعمال کنترل بیشتر و دقیق تر بر خطوط انتقال بسیار لازم هستند.  ما در این بخش میخواهیم به مبحث شیرهای کنترل بپردازیم.

انواع مختلف ولوها

گلوب ولوها (Globe valves)

گلوب ولوها به طور گسترده در صنعت به منظور قطع یا وصل و همچنین کنترل و تنظیم میزان جریان به کار می‌روند. همانطور که از نامشان پیداست این شیرها دارای شکل دایره‌ای و گرد هستند. در این شیرها مایع و یا سیال زمان عبور از شیر باید به اندازۀ دو تا 90 درجه دور بزند و به همین خاطر افت فشار در شیرها و یا شیرهای گلوب حتی زمانی که کاملاّ باز باشد، قابل توجه است. این میزان بالای افت فشار ایراد اصلی این نوع از ولوها است.

شکل ظاهری یک گلوب ولو

نمای برشی یک گلوب ولو

در بالا نمای مقطعی یک نوع گلوب ولو است که بطور واضح اجزای اصلی آن را نمایش می‌دهد. نوع شیرهای گلوب همچنین به عنوان شیر کنترلی کشویی نیز شناخته می‌شود.

گیت ولوها (Gate valves)

این نوع از شیرها، رایج ترین تجهیزاتی هستند که برای قطع و وصل جریان استفاده می‌شوند ولی در موارد خیلی کم برای کنترل و تنظیم جریان نیز به کار می‌روند. این شیرها خطی هستند و از یک دیسک تخت به منظور قرار گرفتن در مقابل جریان، جهت کنترل آن بهره می‌برند. مسیر در این سیال توسط ولو تغییر نمی‌کند. زمانی که شیر کاملاً باز باشد، گوِه، به طور کامل مسیر جریان را به خوبی پاکسازی کرده و البته سبب یک افت فشار حداقلی نیز می‌شود. از این شیرها می‌توان در فرآیندهایی که شامل سیالات با ویسکوزیتۀ بالا مثل نفت خام، روغن های سبک، وارنیش‌ها، عسل و خامه و شیره‌ها می‌توان استفاده کرد.

نمای روبروی یک گیت ولو

ساختار داخلی یک گیت ولو

ولوهای سوزنی (Needle Valves)

شیرهای سوزنی امکان تنظیم خوب و مناسب جریان سیال و همچنین قطع و وصل کردن جریان، تنظیم  و کنترل کردن آن‌ها را فراهم می‌کنند. عملکرد این شیرها خطی بوده و دارای یک عنصر مخروطی شکل و شبیه سوزن هستند که برای کنترل جریان به کار می‌روند. در این شیرآلات صنعتی، سیال از پایین وارد شده که تشکیل دهندۀ جریان است.

دو شاخ سوزنی شکل در این شیرها این امکان را می‌دهد که گشایش جریان در ولوها را به شکل کنترل شده‌ای افزایش و کاهش یابد. شیرهای سوزنی بطور گسترده برای کنترل جریان سیالاتی مانند بخار، گاز، آب و سایر مایعات بدون ویسکوزیته استفاده می‌شوند. میزان افت فشار و گیر کردن اوریفیس مربوط به جریان، از معایب شیرهای سوزنی هستند.

ساختار درونی یک ولو سوزنی

نمونۀ ظاهری یک ولو سوزنی

پینچ ولوها (Pinch Valves)

این تجهیزات از انواع ارزان قیمت شیرآلات صنعتی بوده و دارای طراحی بسیار ساده‌ای در مقایسه با سایر انواع شیرها هستند که می‌توانند جهت قطع و وصل و کنترل جریان به کار روند. عملکرد این نوع از شیرآلات نیز خطی بوده و از یک لوله یا مجرای انعطاف پذیر برای تأثیر بر روی دریچۀ شیر استفاده می‌کنند. پینچ ولوها برای حمل دوغاب، مایعات، حجم زیادی از مواد شیمیایی خورنده و سیالات دارای جامدات معلق استفاده می‌شوند.

شکل ظاهری و ساختار داخلی یک پینچ ولو

دیافراگم ولوها (Diaphragm Valves)

این شیرها از خانوادۀ ولوهای پینچ بوده و یکی از قدیمی ترین انواع شیرها هستند. برای مثال انواع دیافراگم چرمی این نوع از شیرآلات توسط رومی‌ها و یونانیان باستان  برای کنترل دمای حمام استفاده می‌شده‌است. شیرهای دیافراگمی از یک حرکت خطی ساقه برای قطع و وصل و همچنین کنترل جریان بهره برده و جهت کنترل جریان سیالِ حاوی جامدات معلق استفاده می‌شوند. در این شیرها یک دسته، دیافراگم ارتجاعی را به سمت جریان سیال حرکت داده و در نتیجه به عنوان عنصر کنترل کنندۀ جریان عمل می‌کنند. شیر صنعتی از نوع دیافراگمی، جهت کنترل جریان سیالات دارای ویسکوزیتۀ بالا، دارای خورندگی، و همچنین دوغاب استفاده می‌شود.

ساختار داخلی یک ولو دیافراگم

پلاگ ولوها Plug Valves (ولوهای دوشاخه‌ای)

از این شیرهای صنعتی با نام شیرهای سماوری نیز یاد می‌شوند  و دارای کاربردهایی نیز در زمان های بسیار دور بوده و به عنوان مثال در سیستم لوله کشی استفاده می‌شده‌اند. البته امروزه هم به عنوان یکی از پرکاربردترین شیرها جهت قطع و وصل، کنترل و تنظیم جریان سیال به کار می‌روند. یک پلاگ ولو دارای یک حرکت چرخشی بوده و از یک دوشاخ سیلندری و یا مخروطی شکل به عنوان عنصر کنترل کنندۀ جریان استفاده می‌کند. در این شیرها، حالت بسته به باز با چرخش 90 ° تغییر می‌کند. پلاگ ولوها، مقاومت کمی را در برابر جریان سیال زمانی که به‌طور کامل برقرار باشد، ایجاد کرده و باعث میزان افت فشارپایینی می‌شوند. یک عیب شیرهای پلاگ، میزان پایین قابلیت اعمال کنترل بر روی جریان است.

نمونۀ یک پلاگ ولو

ساختار داخلی یک پلاگ ولو

ولوهای توپی (Ball Valves)

این شیرآلات در شرایطی استفاده می‌شوند که احتیاج به قطع و وصل کامل جریان باشد. این تجهیزات دارای حرکت چرخشی بوده و برای کنترل جریان نیز به کار می‌روند. عنصر کنترل کنندۀ جریان در ولوها به شکل  یک گوی بوده که در محل قرار گیری خود دارای حرکت دوار است. میزان جریان از حالت قطع به وصل با یک چرخش 90 درجه تنظیم می‌شود. ولوهای توپی میزان افت فشار کمی را زمانی کاملا باز باشند، اعمال می‌کنند. یک عیب این شیرهای توپی قابلیت کم در میزان اعمال کنترل جریان است.

نوع  V - شکل

این نوع از شیرآلات صنعتی از رایج ترین انواع شیرهای توپی هستند. این شیرآلات در سیستم سیال به خاطر قیمت پایین، تحمل فشار بالا و عملکرد خوب در قطع جریان بسیار مورد استفاده هستند. مانند شیرهای پروانه‌ای این شیرها در فرآیندهایی که نیاز به دقت بالایی در کنترل دارند، فاقد کاربرد زیادی هستند. یکی از دلایل این است که برای باز و بسته شدن کامل، اپراتور نیاز دارد تا به میزان زیادی شیر را بچرخاند. همچنین بین ساقه و توپ میزان فاصلۀ زیادی وجود دارد که باعث می‌شود که میزان جریان سیال موردنظر و مشخص در فرآیند کنترل ممکن نباشد.

شکل و ساختار درونی یک ولو توپی

ولو پروانه‌ای

این شیرآلات صنعتی دارای حرکت چرخشی بوده و برای قطع و وصل و کنترل کاربرد دارند. عنصر کنترل جریان در این شیرها یک صفحۀ دیسک است که دارای محور، برای قرار گیری در زاویه‌ای خاص به منظور کنترل میزان جریان به کار می‌روند.
یک چرخش 90 ° محور این شیر، باعث تغییر وضعیت از حالت بسته به حالت باز می‌شود. شیرهای پروانه‌ای بسیار مناسب تحمل حجم جریان های زیادِ مایعات وگازها، دوغاب و مایعات حاوی جامدات معلق هستند.

یکی از مزایای مهم این شیرها این است که در بیشتر موارد امکان به کارگیری به جای سایر شیرهای صنعتی به دلیل ایمنی بیشتر و عملکرد بهتر را دارند. خرید ولوهای پروانه‌ای در فرآیند شما می‌تواند هزینۀ تعمیر و نگهداری را کاهش، میزان دقت در تنظیم جریان سیال را افزایش، و میزان ریسک نشت سیال را تا حد امکان کاهش دهد. این شیرها به عنوان مثال در صنایع تصفیه آب دارای کاربرد فراوانی بوده و می‌تواند فشار آب را به خوبی تحمل کند. مخصوصاً در لوله‌های قطر زیاد از نظر قیمت مقرون به صرفه می‌باشد.

ساختار درونی و ظاهری یک ولو پروانه‌ای

اجزای داخلی یک ولو پروانه‌ای

نتیجه گیری

شیرها از دیر باز تا به امروز دارای مصارف گوناگون در میان انسان‌ها بوده و دارای انواع گوناگونی هستند. همانطور که در بالا ذکر شد، پینچ ولوها از انواع قدمی شیرآلات صنعتی بوده، و دارای طراحی ساده و قیمت پایین هستند. همچنین انواع شیرهای سوزنی، برای سیالاتی مثل گاز، بخار و مایعات بدون ویسکوزیته به کار برده می‌شوند. به طور کلی بهتر است پیش از تهیۀ شیر مورد نیاز خود از شرایط و ویژگی های سیال خود اطمینان حاصل نمایید.