شیر توپی یا شیر گویی، نوعی شیر کنترل جریان است که برای کنترل جریان مایعات و گازها در لوله‌کشی‌ها استفاده می‌شود. این شیر دارای یک توپ سوراخ‌دار و قابل چرخش است که با چرخاندن آن، می‌توان جریان را باز یا بست. وقتی سوراخ توپ با جریان ورودی هم‌راستا باشد، شیر باز است و زمانی که توپ ۹۰ درجه چرخیده شود و جریان را مسدود کند، شیر بسته است.
شیرهای توپی به دلیل دوام بالا و عملکرد قابل اعتماد پس از چرخه‌های متعدد، برای کاربردهای قطع و کنترل جریان بسیار مناسب هستند. این شیرها می‌توانند فشارهای تا ۱۰۰۰ بار و دماهای تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل کنند، بسته به طراحی و مواد به‌کار رفته در ساخت آنها، اندازه‌های معمولی این شیرها از ۰.۲ تا ۴۸ اینچ متغیر است.
یکی از معایب شیرهای توپی این است که در هنگام استفاده برای کنترل جریان آب، آب را در حفره مرکزی در حالت بسته نگه می‌دارند. در صورتی که دمای محیط به زیر نقطه انجماد برسد، طرفین می‌توانند به دلیل انبساط ناشی از تشکیل یخ ترک بردارند1. استفاده از عایق یا نوار گرمایی در این شرایط معمولاً از آسیب جلوگیری می‌کند1
قسمت های مختلف شیر توپی
- توپ و مهر و موم مهم ترین قسمت های شیر هستند. توپ از همان فلز بدنه سوپاپ ساخته شده است. آب بند از مواد الاستومری مانند لاستیک، TFE، نایلون و غیره تشکیل شده است. به دلیل استفاده از لاستیک به عنوان ماده آب بندی، نمی‌توانیم از این شیر در دمای بالا استفاده کنیم.
- ساقه همان شیر دروازه و شیر گلوب نیست . در اینجا ساقه با توپ بسته نمی‌شود بلکه عنصر مستطیلی کوچک شیار توپ را پر می‌کند.
- کاپوت توپ را در موقعیت خود نگه می‌دارد و سهولت کار را تضمین می‌کند. کاپوت با بدنه سوپاپ نصب شده است و برای اطمینان از عملکرد بدون نشتی بسته بندی ارائه شده است. بسته بندی از TFE یا لاستیک است.
از مهمترین قسمت‌های این شیرهای صنعتی نشیمنگاه آنها می‌باشد که باید در هنگام انتخاب شیر به آن توجه شود. مواد تشکیل دهنده نشیمنگاه عمدتا از جنس تفلون (PTFE)، نایلون، پلیمرهای فلوئور دار، و یا ترکیبی از این مواد می‌باشد که می‌بایست دقت شود با سیال عبوری از داخل شیر تناسب داشته باشند. همچنین بدلیل اینکه این مواد دارای خاصیت کشسان می‌باشند، محدودیت استفاده از شیر در دماهای بالا را به همراه دارند. از شیرهای ساخته شده با نشیمنگاه تفلون و یا پلیمرهای فلوئور دار می‌توان در محدوده دمای ۲۷۰ درجه سانتیگراد استفاده کرد اما برای دماهای بالاتر باید از نشیمنگاه‌های گرافیتی استفاه کرد. لازم به ذکر است که نشیمنگاه‌های فلزی نیز تولید شده اند که مخصوص دماهای بالا می‌باشند و نوعی شیر توپی به نام Trunnion Mounted Ball Valve ساخته شده است که تا دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند.
انواع شیر توپی
1. بر اساس نوع بدن : (Based on Body Type)
شیرهای توپی از نظر نوع بدنه به دو دسته شامل بدنه یک تکه (One Piece) و بدنه چند تکه (Split Body) تقسیم می‌شوند. این شیرها می‌توانند بصورت دو راهه، سه راهه و یا چند جهته باشند که از آنها برای تغییر مسیر سیال در جهات مختلف استفاده می‌شود.
- بدن مجرد Single Body
- بدنه سه تکه Three-piece Body
- شکاف بدن Split Body
- بدنه ورودی بالا Top entry Body
- بدنه جوش داده شده Welded Body
2. بر اساس پورت سوپاپ : (Based on Valve Port)
شیرهای توپی از نظر نوع گوی معمولا در دو نوع سوراخ کامل (Full Bore) و سوراخ کاهنده (Reduced Bore) ساخته می‌شوند. در نوع سوراخ کامل، قطر سوراخ توپی با قطر لوله‌ای که شیر به آن وصل شده است برابر می‌باشد لذا هنگامی که شیر باز است سیال عبوری در یک خط مستقیم با قطر یکسان و بدون برخورد با مانعی از درون شیر عبور می‌کند که به این حالت در اصطلاح Full Bore می‌گویند. این عامل باعث می‌شود که افت فشار در جریان بسیار کم باشد بطور کلی هر نوع شیری که پس از باز شدن یک مقطع کاملا باز در اختیار سیال قرار دهد از نوع سوراخ کامل به حساب می‌آید نظیر شیر مخروطی، در نوع سوراخ کاهنده حالت ارفیس وجود دارد که این مدل به V-Port معروف است.
- پورت کامل Full Bore: در اینجا قطر داخلی شیر برابر با قطر لوله است.
- پورت ونتوری کاهشی Reduced Bore: در اینجا، قطر داخلی شیر یک لوله کوچکتر از قطر داخلی لوله است.
کاربردهای شیر توپی
شیر توپی استفاده گسترده‌ای در صنعت دارد و عموماً برای کنترل سیالات گاز و هوا و روغن استفاده می‌شود. همچنین این شیرها در اندازه‌های کوچک و فشارهای ضعیف در لوله کشی گاز منازل و برای آب گرم و سرد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- به عنوان زهکش و دریچه برای کاربردهای مایعات و گازی
- در سیستم‌های جریان در کشتی‌ها و سیستم‌های حفاظت آتش یافت می‌شود
- به دلیل مشکل در تمیز کردن در صنایع داروسازی استفاده نمی‌شود
- در خدمات تمیز استفاده می‌شود
مزایای شیر توپی عبارتند از:
- آسانی در عملیات: باز و بسته کردن شیر توپی با یک چرخش ساده انجام می‌شود.
- نیاز به نگهداری کم: شیرهای توپی نیاز به نگهداری کمی دارند و در نتیجه زمان و هزینه کمتری صرف می‌کنند.
- آب‌بندی محکم: این شیرها دارای آب‌بندی عالی هستند و از نشتی جلوگیری می‌کنند.
- اجازه جریان کامل: شیرهای توپی به جریان مایعات اجازه می‌دهند تا به طور کامل عبور کنند.
- مقاومت و طول عمر بالا: شیرهای توپی بسیار مقاوم هستند و می‌توانند در شرایط سخت نیز دوام بیاورند.
معایب شیر توپی عبارتند از:
- نامناسب برای کاربردهای تنظیم جریان: شیرهای توپی برای کنترل دقیق جریان مناسب نیستند و ممکن است باعث آسیب یا ناکارآمدی سیستم شوند.
- ممکن است گران باشند: هزینه‌های اولیه، نصب و نگهداری شیرهای توپی ممکن است بالا باشد.
- نیاز به نگهداری منظم: برای اطمینان از عملکرد صحیح و طول عمر، شیرهای توپی نیاز به نگهداری منظم دارند.
- پتانسیل نشتی: با وجود آب‌بندی خوب، همچنان خطر نشتی در شیرهای توپی وجود دارد.
- محدود به استفاده در دمای متوسط: شیرهای توپی برای کاربردهای با دمای بالا مناسب نیستند.
شیرهای توپی با انتهای فلنجی و جوشی از سایز اسمی ۲/۱ تا ۲۰ اینچ و شیرهای توپی با انتهای رزوه‌ای و سوکتی از سایز اسمی ۴/۱ تا ۲ اینچ بر طبق استاندارد ۶۰۸ API در کلاس کاری ۱۵۰ و ۳۰۰ و ۶۰۰ و ۸۰۰ موجود می‌باشند.
لازم به ذکر است که به دسته گرداننده یا هندل شیر توپی در اصطلاح Wrench Sleeve می‌گویند. این شیر در بازار به شیر یک ضرب معروف است.
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 |
