شیر کروی یا شیر بشقابی چیست؟

شیر کروی (Globe Valve) که در صنعت ایران بیشتر با نام شیر بشقابی یا شیر فلکه سوزنی شناخته می شود، یکی از پرکاربردترین انواع شیرآلات صنعتی است که برای قطع و وصل و به خصوص برای تنظیم دقیق جریان (Throttling) سیالات در یک خط لوله به کار می رود. نام “کروی” این شیر از شکل ظاهری و کروی شکل بدنه آن گرفته شده است. این شیرها به دلیل ساختار داخلی منحصر به فرد خود، قابلیت کنترل بسیار دقیقی روی دبی جریان فراهم می کنند که این ویژگی، آن ها را از سایر شیرها مانند شیر کشویی متمایز می کند. اجزای اصلی این شیر عبارتند از:

1. بدنه (Body): پوسته اصلی و کروی شکل شیر.
2. دیسک یا بندآور (Disc): قطعه متحرکی که مسیر جریان را باز یا بسته می کند.
3. نشیمنگاه (Seat): حلقه ای که دیسک برای آب بندی کامل روی آن می نشیند.
4. ساقه (Stem): میله ای که حرکت چرخشی فلکه را به حرکت خطی دیسک تبدیل می کند.
5. درپوش (Bonnet): که قطعات داخلی را پوشانده و به بدنه متصل می شود.

من در ادامه تمام این موارد را با جزئیات کامل، از نحوه عملکرد و انواع دیسک ها گرفته تا مقایسه آن با شیر کشویی، به همراه تصویر برای شما توضیح می دهم. 👇

شیر کروی به زبان ساده چیست و چرا به آن بشقابی می گویند؟

تصور کنید یک شیر آب معمولی در حیاط خانه دارید. شما می توانید با چرخاندن دسته آن، نه تنها آب را کاملا باز یا بسته کنید، بلکه می توانید مقدار جریان آب را نیز کم یا زیاد کنید. شیر کروی در صنعت دقیقا همین کار را در ابعاد بسیار بزرگتر و با سیالات مختلف انجام می دهد. این شیر یک کنترل کننده دقیق جریان است.

اما چرا به آن شیر بشقابی می گویند؟ دلیل این نامگذاری به قطعه داخلی آن یعنی “دیسک” یا “بندآور” برمی گردد. این قطعه که وظیفه باز و بسته کردن مسیر را دارد، شکلی شبیه به یک بشقاب یا دیسک دارد که با حرکت عمودی خود روی یک حلقه (نشیمنگاه) می نشیند و مسیر را می بندد. به همین دلیل در بازار ایران، اصطلاح “شیر بشقابی” بسیار رایج است.

کالبدشکافی شیر کروی: با اجزای اصلی آن آشنا شوید

برای درک کامل عملکرد این شیر، ابتدا باید با اجزای تشکیل دهنده آن آشنا شویم. هر شیر کروی از چند قطعه اصلی تشکیل شده است که هماهنگی آن ها با یکدیگر، عملکرد دقیق دستگاه را ممکن می سازد.

• بدنه (Body): بدنه اصلی ترین بخش شیر است که تمام قطعات دیگر را در خود جای می دهد و به خط لوله متصل می شود. شکل ظاهری آن معمولا کروی است و دارای دو پورت ورودی و خروجی است.
• درپوش (Bonnet): این قطعه مانند یک کلاهک، روی بدنه بسته می شود (معمولا با پیچ یا رزوه) و از قطعات داخلی محافظت می کند. ساقه شیر از داخل آن عبور می کند.
• ساقه یا استم (Stem): یک میله رزوه دار است که از یک طرف به فلکه (Handwheel) و از طرف دیگر به دیسک متصل است. با چرخاندن فلکه، ساقه به بالا یا پایین حرکت کرده و دیسک را جابجا می کند.
• دیسک یا بندآور (Disc/Plug): این قطعه متحرک، مسئول اصلی کنترل جریان است. با حرکت به سمت بالا از نشیمنگاه فاصله گرفته و مسیر را باز می کند و با حرکت به سمت پایین، روی نشیمنگاه نشسته و مسیر را مسدود می کند.
• نشیمنگاه (Seat): یک حلقه ثابت در داخل بدنه شیر است که سطح آن با دقت ماشین کاری شده است. دیسک برای آب بندی کامل و بستن جریان، باید کاملا روی این حلقه بنشیند.
• فلکه یا عملگر (Handwheel/Actuator): قطعه ای که اپراتور با چرخاندن آن، شیر را باز یا بسته می کند. در شیرهای بزرگتر یا اتوماتیک، به جای فلکه دستی از عملگرهای برقی، پنوماتیک یا هیدرولیک استفاده می شود.

نحوه عملکرد شیر کروی: جادوی کنترل دقیق جریان در مسیر S شکل

راز قابلیت کنترل جریان در شیر کروی، در طراحی منحصر به فرد مسیر عبور سیال در داخل بدنه آن نهفته است. بر خلاف شیرهای دیگر که مسیر مستقیمی دارند، در شیر کروی، سیال مجبور است یک مسیر S شکل یا Z شکل را طی کند.

راه حل چیست؟

1. سیال از ورودی وارد شیر می شود.
2. سپس به سمت بالا حرکت کرده و به حفره ای که نشیمنگاه در آن قرار دارد، می رسد.
3. از این حفره به صورت عمودی عبور کرده و دوباره به سمت پایین تغییر مسیر می دهد تا از خروجی شیر خارج شود.

دیسک شیر دقیقا در همین حفره عمودی حرکت می کند. وقتی شیر بسته است، دیسک روی نشیمنگاه قرار گرفته و این حفره را مسدود کرده است. با چرخاندن فلکه، ساقه و دیسک به آرامی به سمت بالا حرکت می کنند. هرچه فاصله دیسک از نشیمنگاه بیشتر شود، فضای بیشتری برای عبور سیال فراهم می شود. این حرکت خطی و متناسب دیسک، به اپراتور اجازه می دهد تا مقدار جریان را با دقت بسیار بالایی تنظیم کند. همین ویژگی، شیر کروی را به بهترین گزینه برای کاربردهای تنظیم جریان (Throttling) تبدیل کرده است.

چرا جهت جریان در شیر کروی مهم است؟

بر روی بدنه اکثر شیرهای کروی، یک فلش حک شده است که جهت صحیح نصب و عبور جریان را نشان می دهد. اما چرا این موضوع اینقدر مهم است؟ معمولا جریان باید از زیر دیسک وارد شود. این طراحی دو دلیل اصلی دارد:

• کمک به باز شدن شیر: فشار سیال از زیر به دیسک نیرو وارد کرده و به باز شدن راحت تر شیر کمک می کند.
• جلوگیری از فرسایش: اگر جریان از بالا وارد شود، در حالت نیمه باز، سیال با سرعت بالا به سطح دیسک و ساقه برخورد کرده و باعث فرسایش و لرزش شدید می شود. اما وقتی جریان از زیر وارد می شود، این فرسایش روی سطح نشیمنگاه متمرکز می شود که معمولا مقاومت بیشتری دارد.

انواع شیر کروی بر اساس الگوی بدنه (Body Pattern)

شیرهای کروی بر اساس شکل بدنه و نحوه قرارگیری پورت های ورودی و خروجی، به سه دسته اصلی تقسیم می شوند. انتخاب هر کدام از این مدل ها به نوع لوله کشی و میزان افت فشار مجاز بستگی دارد.

۱. شیر کروی استاندارد یا طرح Z (Standard or Z-Pattern)

این رایج ترین و ساده ترین نوع شیر کروی است. در این مدل، نشیمنگاه به صورت افقی قرار گرفته و سیال برای عبور، یک مسیر Z شکل را طی می کند. این طراحی باعث ایجاد بیشترین افت فشار در بین سه مدل می شود، اما ساخت آن ساده تر و ارزان تر است.

۲. شیر کروی زاویه ای (Angle Pattern)

در این مدل، پورت های ورودی و خروجی نسبت به هم زاویه ۹۰ درجه دارند. این شیر در واقع هم کار یک شیر کروی را انجام می دهد و هم کار یک زانویی ۹۰ درجه را. با استفاده از این شیر، می توان در یک نقطه هم جریان را کنترل کرد و هم مسیر لوله کشی را تغییر داد. این کار باعث صرفه جویی در هزینه و فضا می شود. افت فشار در این مدل، کمتر از مدل استاندارد است.

۳. شیر کروی Y شکل یا طرح Y (Wye or Y-Pattern)

این مدل، یک راه حل هوشمندانه برای مشکل افت فشار بالای شیرهای کروی است. در شیر طرح Y، نشیمنگاه و ساقه با زاویه ۴۵ درجه نسبت به خط لوله قرار گرفته اند. این طراحی باعث می شود که مسیر عبور سیال بسیار مستقیم تر و با تلاطم کمتری باشد. در نتیجه، شیر کروی طرح Y کمترین افت فشار را در بین سه مدل دارد و برای کاربردهایی که نیاز به تنظیم جریان در مدت زمان طولانی دارند، ایده آل است؛ زیرا مسیر مستقیم تر، فرسایش قطعات داخلی را به حداقل می رساند.

انواع دیسک در شیرهای کروی: طراحی برای کاربردهای مختلف

شکل دیسک یا بندآور، تاثیر مستقیمی بر کیفیت کنترل جریان و آب بندی شیر دارد. سه نوع اصلی دیسک در شیرهای کروی استفاده می شود:

• دیسک توپی (Ball Disc): ساده ترین نوع دیسک که شکلی شبیه به یک نیم کره دارد. این مدل برای قطع و وصل جریان مناسب است اما برای تنظیم دقیق جریان، بهترین گزینه نیست. معمولا در سیستم های با فشار و دمای پایین استفاده می شود.
• دیسک ترکیبی یا کامپوزیشن (Composition Disc): در این مدل، یک حلقه از جنس یک ماده نرم و غیرفلزی (مانند تفلون یا لاستیک) روی سطح دیسک قرار گرفته است. این حلقه نرم، آب بندی بسیار محکمی را روی نشیمنگاه فلزی ایجاد می کند و برای کاربردهایی که نیاز به قطع کامل و بدون نشتی جریان دارند، عالی است.
• دیسک مخروطی یا سوزنی (Plug or Needle Disc): این مدل، بهترین و دقیق ترین نوع دیسک برای تنظیم جریان (Throttling) است. شکل بلند و مخروطی آن باعث می شود که با حرکت ساقه، سطح مقطع جریان به صورت بسیار تدریجی و خطی تغییر کند. این کنترل دقیق، آن را برای کاربردهای حساس صنعتی ایده آل می کند.

مزایای اصلی شیر کروی: چرا و کجا از آن استفاده کنیم؟

شیرهای کروی به دلیل ویژگی های منحصر به فردشان، در بسیاری از کاربردها انتخاب اول مهندسان هستند.

• قابلیت تنظیم جریان (Throttling) عالی: این اصلی ترین مزیت شیر کروی است. هیچ شیر دیگری (به جز شیر سوزنی که خود نوعی شیر کروی است) نمی تواند جریان را با این دقت کنترل کند.
• آب بندی خوب (Good Shut-off): دیسک با حرکت عمودی و مستقیم روی نشیمنگاه می نشیند و یک آب بندی محکم و قابل اطمینان ایجاد می کند.
• کورس حرکتی کوتاه: برای باز یا بسته کردن کامل شیر، ساقه نیاز به حرکت کمتری نسبت به یک شیر کشویی هم سایز دارد. این یعنی شیر سریع تر باز و بسته می شود.
• تعمیر و نگهداری آسان تر: در صورت فرسودگی، دسترسی به دیسک و نشیمنگاه برای تعمیر یا سنگ زنی مجدد، نسبتا آسان است.

معایب و محدودیت های شیر کروی: چه زمانی انتخاب خوبی نیست؟

در کنار تمام مزایا، این شیرها معایب مهمی هم دارند که باید در نظر گرفته شوند.

• افت فشار بالا (High Pressure Drop): این بزرگترین عیب شیر کروی است. مسیر S شکل و پر پیچ و خم جریان، باعث ایجاد تلاطم و افت انرژی قابل توجهی در سیال می شود. به همین دلیل، در خطوط لوله طولانی که افت فشار اهمیت دارد، از این شیر کمتر استفاده می شود.
• نیاز به نیروی بیشتر برای کارکرد: به دلیل اینکه فشار سیال از زیر به سطح دیسک نیرو وارد می کند، برای بستن شیر (به خصوص در سایزهای بزرگ و فشارهای بالا) به نیروی بیشتری نسبت به شیر کشویی نیاز است.
• وزن و ابعاد بزرگتر: در یک سایز مشابه، شیر کروی معمولا سنگین تر و حجیم تر از یک شیر کشویی است.

نبرد غول های صنعتی: تفاوت شیر کروی و شیر کشویی (Gate Valve)

این یکی از پرتکرارترین سوالات در دنیای پایپینگ است. اگرچه ظاهر این دو شیر ممکن است شبیه به هم باشد، اما کاربرد آن ها کاملا متفاوت است. شیر کروی برای تنظیم جریان و شیر کشویی برای قطع و وصل کامل جریان طراحی شده است.

جدول مقایسه جامع شیر کروی و شیر کشویی

نتیجه گیری: شیر کروی، انتخاب هوشمندانه برای کنترل دقیق

شیر کروی یا بشقابی، یک قطعه مهندسی شده و بسیار کارآمد است که به عنوان پادشاه بی رقیب در کاربردهای تنظیم جریان شناخته می شود. هر جا که نیاز به کنترل دقیق مقدار یک سیال، از آب خنک کننده یک سیستم صنعتی گرفته تا بخار ورودی به یک توربین، وجود داشته باشد، شیر کروی بهترین و مطمئن ترین گزینه است.

درست است که این شیر به دلیل مسیر S شکل جریان، افت فشار قابل توجهی ایجاد می کند، اما این هزینه ای است که برای به دست آوردن قابلیت کنترل دقیق، با کمال میل پرداخت می شود. درک تفاوت های این شیر با سایر شیرآلات مانند شیر کشویی، به مهندسان و تکنسین ها کمک می کند تا برای هر کاربرد، بهترین و کارآمدترین شیر را انتخاب کرده و راندمان و ایمنی کل سیستم را تضمین کنند. احیانا شما تجربه ای در کار با این شیرها دارید؟ خوشحال می شویم در بخش نظرات برای ما بنویسید.