شیر سماوری

شیر سماوری Plug Valve از جمله شیرهای پرکاربرد در صنایع مختلف، به خصوص صنایع نفتی و نیروگاه‌ی می‌باشد. این شیرها قابلیت استفاده در دما و فشارهای بالا را دارند و برای عبور سیال های حاوی ذرات جامد هم مناسب هستند.

از برندهای شاخص در زمینه‌ی تولید و فروش شیرهای سماوری میتوان به شرکت 3Z Valve در چین، شرکت APV در استرالیا، شرکت Flow Serve در آمریکا، شرکت Galli & Cassina در ایتالیا و شرکت آمریکایی XOMOX اشاره کرد.

به منظور انتخاب شیر سماوری مناسب برای انجام کاربرد مورد انتظار باید به یکسری نکات مهم توجه داشت. اگر هدف ما تنظیم دبی جریان باشد به طور کلی استفاده از شیر سماوری توصیه نمی‌شود. یا اینکه در این مورد باید از شیر سماوری با حفره‌ لوزی شکل استفاده کرد که میتواند دبی جریان سیال را تا حدی تنظیم کند. در صورتی که جریان سیال پرفشار باشد استفاده از شیرهای سماوری روانکاری شده پیشنهاد می‌شود که ساختار محکم تری دارند و قادر هستند فشار بیشتری را تحمل کنند. اما برای جریان های ساده و کم فشار شیرهای سماوری بدون روانکاری به علت قیمت پایین تر مناسب تر هستند.

همچنین باید توجه داشت که شیرهای سماوری روانکاری شده برای انتقال آب آشامیدنی و یکسری فراورده های نفتی مناسب نیستند؛ زیرا سیال عبوری از شیر می‌تواند توسط ماده‌ی روانکار آلوده شود.

اجزای شیر سماوری

بدنه شیر
پلاگ یا استوانه شیر
پورت شیر
ساقه یا محور (Stem) شیر
محرک شیر

انواع شیرهای سماوری از لحاظ نوع روانکاری

شیر سماوری روانکاری شده (Lubricated Plug Valve)

عدم نشتی یکی از مهمترین پارامترهایی است که در شیر سماوری Plug Valve باید به آن توجه داشت.
بیشتر شیرهای سماوری ساختاری کاملاً فلزی دارند.
در شیرهای سماوری شکاف باریک دور دیسک یا پلاگ می‌تواند باعث نشتی شود.
اگر بخواهیم این نشتی را با فرو بردن بیشتر و محکم‌تر پلاگ در ساختار بدنه رفع کنیم
ممکن است این کار سبب پایین آوردن آزادی عمل شیر و چسبیدن قطعات به هم شود که راه حل مناسبی نیست.
برای حل این مشکل یک سری شیارها دور بدنه و حفره‌ی پلاگ تعبیه می‌شود
که قبل از شروع به کار شیر، گریس کاری می‌شوند.
این گریس کاری سبب تسهیل حرکت پلاگ در شیر و آب بندی کامل شیر و جلوگیری از نشتی جریان می‌شود.
گریس از داخل یک اتصال نصب شده در بالای استم شیر به داخل شیر تزریق می‌شود.
‌روان کننده‌ی مورد استفاده باید با دمای کاری شیر و سیال جاری در شیر سازگاری داشته باشد.
امروزه شرکت های تولیدکننده‌ی شیرهای سماوری با روانکاری، شروع به توسعه و تولید روان کننده هایی کرده‌اند
که در بازه‌ی وسیعی از شرایط دمایی، فشاری و سیالات مختلف می‌توانند عمل روانکاری را به خوبی انجام دهند.
بیشترین سیالات عبوری از شیرهای سماوری روانکاری شده، گازها و هیدروکربن‌های مایع هستند.
از این شیرها معمولاً برای انتقال آب آشامیدنی استفاده نمی‌شود چون خطر آلودگی آب به روغن روان کننده وجود دارد.
شیرهای سماوری روانکاری شده معمولاً از جنس آهن یا فولاد هستند
و می‌توانند تا فشاری حدود 6000 psig در سیستم کار کنند.
این نوع از شیرها دارای قیمت گرانتری نسبت به نوع بدون روانکاری هستند
اما تعمیر و نگهداری آنها ساده‌تر بوده و می‌توانند فشار بیشتری را تحمل کنند.

شیر سماوری بدون روانکاری (Non lubricated Plug Valve)

بطور کلی دو نوع شیر سماوری Plug Valve بدون روانکاری وجود دارد
نوع بالارونده (Lift Type) و نوع پوشش الاستومتری برای پلاگ (Elastomer Sleeve or Coated Plug)
نوع بالارونده به این صورت است که توسط یک نیروی مکانیکی لیفت، دیسک (پلاگ) مقداری از جای خود بالا می‌رود
تا از نشیمنگاه شیر جدا شده و چرخش آن تسهیل شود
این بالا بردن مکانیکی را می‌توان به وسیله‌ی یک بادامک یا اهرم خارجی انجام داد
اما بیشتر شیرهای سماوری بدون روانکاری از نوع پوشش الاستومری می‌باشند؛
به صورتی که یک پوشش از جنس TFE به طور کامل روی پلاگ را پوشانده و توسط یک بدنه‌ی فلزی در جای خود حفظ و ثابت می‌شود
پوشش الاستومری از ضریب اصطکاک بسیار پایینی برخوردار است و به همین دلیل این نوع از شیر خود روان محسوب می‌شود
شیر سماوری بدون روانکاری دارای قیمتی ارزان تر نسبت به نوع روانکاری شده است
اما تعمیرات آنها به علت اینکه لازم است تا هنگام تعمیر از خط لوله به طور کامل جدا شوند سخت تر بوده
و همچنین در محدودهی فشار پایین تری نسبت به نوع روانکاری شده کار می‌کنند

مزایایی شیر سماوری

طول عمر شیر سماوری نسبت به دیگر شیر های قطع و وصل بیشتر می باشد
قیمت شیر سماوری نسبت به شیر توپی با توجه به کاربرد سیالات خاص ارازن تر می باشد
سرعت باز و بست در گردش 90درجه نسبت به شیر های دیگر قطع و وصل و صل بیشتر می باشد
امکان تزریق مواد آببندی در شیر سماوری برای تجدید آببند کردن امکان پذیر است
شیر سماوری نسبت به شیر توپی در دماهای بالا مقاوم تر می باشد
شیر سماوری با طراحی ساده و قطعات کمتر تولید می شود
که این تعمیر و نگهداری شیر سماوری را راحت تر می کند
می تواند در همان وضعیت که تنظیم می شود باقی بماند و به راحتی کار کند
وضعیت باز و بسته کردن شیر را اپراتور به راحتی می تواند کنترل کند

انواع شیرهای سماوری از لحاظ نوع دیسک

پلاگ شیرهای سماوری شامل انواع مختلفی بوده که همه‌ی آنها عمدتاً به شکل نیم مخروط می‌باشند
و فقط از لحاظ برخی جزئیات مانند نوع حفره‌ی روی پلاگ (Plug) باهم متفاوت هستند.
بنابراین به طور کلی میتوان شکل حفره‌ی روی دیسک شیر سماوری را به گروه‌های زیر تقسیم کرد.

شیر سماوری با حفره‌ی مستطیلی (Rectangular Port Plug Valve)

رایج ترین شکل سوراخ روی پلاگ شیرهای سماوری از نوع مستطیلی شکل است.
حفره‌ی مستطیلی حداقل 70% از سطح مقطع لوله‌ی خروجی از شیر را دربر می‌گیرد.

شیر سماوری با حفره‌ی دایره ای (Round Port Plug Valve)

این نوع از شیر میتواند سوراخی هم اندازه و یا حتی بزرگتر از مقطع لوله‌ی خروجی از شیر داشته باشد
که در آن صورت به آن “Full Port” گفته می‌شود.
و همچنین میتواند حفره ای کوچکتر از دهانه‌ی لوله‌ی خروجی از شیر داشته باشد که به آن “Standard port” گفته می‌شود
زمانی که محدود کردن جریان برای ما مهم نباشد از شیرهای سماوری با حفره‌ی دایره‌ای استاندارد استفاده می‌شود

شیر سماوری با حفره‌ی لوزی شکل (Diamond Port Plug Valve)

شیرهای سماوری با حفره‌ی لوزی شکل معمولاً برای کاربردهای تنظیم دبی جریان استفاده می‌شوند
و ساختار هندسی حفره در آن ها به گونه‌ای است که
هنگام باز شدن جریان، دبی سیال به مرور افزایش یافته
و می‌توان دبی را تا حدی کنترل کرد

مقایسه شیر سماوری PLUG VALVE و شیر توپی BALL VALVE

به طور کلی، شیر سماوری و شیر توپی می توانند کارکردهای یکسانی (مسدودکردن جریان سیال) داشته باشند. تفاوت های اصلی آنها عبارتند از:

شیرهای سماوری به علت طراحی ساده تر عموماً اقتصادی تر از شیرهای توپی هستند.
احتمال آلودگی شیرهای سماوری به وسیلۀ گل و لای و انباشتگی لجن در فضاهای بینابینی کمتر از شیرهای توپی است (این مشکلی است که به علت وجود فضاهایی در بین گوی و بدنۀ شیر مرتباً در شیرهای توپی ایجاد می شود).
شیرهای توپی به نگهداری بیشتری نسبت به شیرهای سماوری نیاز دارند (به خصوص پس از توقف های برنامه ریزی شده یا نشده کارخانه)
شیرهای سماوری دارای طراحی فول پورت (دارای مجرای کاملاً باز) و بدون افت فشار هستند اما شیرهای توپی می توانند به شکل فول پورت یا مجرای کاهنده باشند (یک شیر توپی فول پورت سنگین تر و حجیم تر از یک شیر سماوری هم اندازۀ خود است).

به طور کلی، شیرهای سماوری جایگزین های خوبی برای شیرهای توپی هستند هرچند که شیرهای توپی همچنان به عنوان تجهیزات صنعتی معیار برای عملیات های مسدودسازی (حداقل در صنعت نفت و گاز) شناخته می شوند.

علت انتخاب شیر سماوری

شیرهای سماوری ربع‌گرد پرکاربردترین نوع پلاگ ولوها هستند
و با یک چرخش 45 درجه‌ای دستی شیر باز یا بسته می‌شود
آن ‌ها از لحاظ اقتصادی قیمت به‌صرفه‌ای داشته
و معمولاً برای جریان‌های با فشار پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند
این شیرها میتوانند برای عبور جریان مایعات و گازها مورد استفاده قرار بگیرند
مهم‌ترین موضوع در انتخاب‌شان نوع سیال عبوری ما باشد
زمانی که شیرهای سماوری به صورت مطلوبی روانکاری شده باشند
میتوانند سیالات ساینده و سنگین را در خطوط لوله عبور دهند
و هم‌چنین در جریان‌های آلوده در صنایع هم کاربرد دارند

معایب شیر سماوری

نیروی زیادی برای به کار انداختن اکچویتر نیاز دارد، اصطکاک و سایش بالایی ایجاد می‌کند.
باعث ایجاد افت فشار بیشتر نسیت به سایر شیرها می‌شود
شیرهای بزرگتر نمی‌توانند به صورت دستی عمل کنند و حتما نیاز به اکچویتر است
به دلیل وجود مجرای کاهنده افت فشار ایجاد می‌شود

کاربرد شیر سماوری

از شیر سماوری برای خطوط گاز و سیستم های تحت فشار Pig Barrell عکس العمل باز و بست سریع می باشد.
در برگرفتن طیف وسیعی از فشارهای بالا. از شیر سماوری برای فشارهای خلاء بالا استفاده می شود.
با توجه به مدل چند راهی ورودی (چند پورت) پلاگ ولو ها می توان برای انحراف مسیر استفاده کرد.
سرویس‌های هوا، گاز و بخار
سیستم خطوط لوله گازهای طبیعی
استفاده از آن در کاربردهای مربوط به ذغال‌سنگ، سنگ‌های معدنی، گل و لای و فاضلاب
خطوط لوله‌های نفتی

شیر سماوری چندراهه (Multiport Plug Valve)

یکی از شاخصه های مهم شیرهای سماوری این است که می‌توان از آنها برای تقسیم و ترکیب جریانات از طریق چندراهه کردن شیر بهره برد.
این امر باعث می‌شود که فرایند لوله کشی (Piping) راحت تر شده و سیستم مورد نظر عملکرد بهتری داشته باشد
و تعداد اتصالات در مسیر لوله کشی کمتر شود.
یک شیر سماوری چندراهه میتواند به جای سه یا چهار شیر دروازه ای یا هر شیر قطع کن دیگری قرار گیرد.
این امر به معنای کاهش هزینه ها و همچنین کاهش افت فشار در مسیر جریان خواهد بود.
یکی از مشکلات شیر چند راهه این است که ممکن است نتواند جریان را به طور کامل قطع کند
و جریان مقداری نشت و عبور از شیر داشته باشد.
در بیشتر شیرهای چندراهه یکی از مسیرهای جریانات همیشه باز است.
این شیرها به این صورت عمل می‌کنند که در زمان بسته شدن، جریان تمامی خطوط را قطع کرده و جریان را فقط به سوی یک خط منحرف می‌کنند.
در صورتی که قطع کامل جریان مورد انتظار ما باشد، باید از شیر چندراهه ای که قابلیت آب بندی و قطع بالایی داشته باشد استفاده کرد
یا یک شیر قطع کن مانند شیر دروازه ای به طور جداگانه در مسیر خروجی شیر سماوری چندراهه نصب شود.

متغیر های شیر سماوری

متریال بدنه شیر – موادی که بدنه یا محفظه شیر از آن ساخته شده است، مانند فولاد ضد زنگ، PVC ، PVDF ، برنج ، چدن یا برنز.
تعداد پورت ها – مدل پورت ولو، مانند دو طرفه، 3 طرفه یا 4 طرفه.
متریال پلاگ یا مغزی شیر سماوری – موادی که پلاگ (مغزی) کنترل جریان از آن ساخته شده است. گزینه های متداول مواد شامل برنج ، فولاد ضد زنگ یا پلاستیک است.
شکل شیر یا ولو- شکل شیر را به صورت خطی ، L یا T نشان می دهد.
سایز لوله – قطر لوله ای که شیر در آن نصب شده است. اندازه شیرهای سماوری متداول با اندازه لوله ها هماهنگی دارند تا سهولت در اندازه گیری و نصب را تسهیل کنند.
شکل پورت – نمایانگر مدل و طرح پورت ( مانند مستطیل ، الماسی یا مدور) است.
نوع اتصال – نشان دهنده مدل اتصالات پورت مورد نظر برای شیر است. گزینه های معمول برای این مورد شامل جوشی ، رزوه ای ، خاردار ، فلنج و جوشی سوکتی ( socket weld) است.
جنسیت اتصال – مشخص می کند نوع اتصال به اصطلاح نر یا ماده است.
نوع رزوه – برای اتصالات رزوه ای ، نوع رزوه را روی پورت شیر مانند NPT ، UNF ، NPTF ، BSPT و غیره منعکس می کند.
متریال نشیمن یا سیت (Seat) شیر – موادی که سیت شیر از آن ساخته شده است، مانند فلز یا فلوروپلیمر را مشخص می کند.
متریال آب بندی – مواد استفاده شده جهت آب بندی شیر
سرعت جریان یا ضریب جریان – اندازه گیری توانایی شیر برای عبور سیال، بر اساس واحد حجم در واحد زمان است. بعضی اوقات ، دبی به صورت ضریب جریان Cv بیان می شود که به عنوان تعداد گالن های آب 60 درجه فارنهایت تعریف می شود که می تواند در هر دقیقه با افت فشار 1 psi از دریچه عبور کند.
حداکثر نرخ فشار یا دامنه فشار – محدوده فشار عملیاتی شیر را تعیین می کند. این مقدار ممکن است دمای عملکرد را نیز منعکس کند.
کاربرد سیال یا مایع عبوری– نوع مایع یا گازی را که شیر در معرض آن قرار دارد نشان می دهد، مانند آب، گاز طبیعی، مازوت، هوا، روغن هیدرولیک، مواد غذایی، حلال ها و غیره. ماهیت سیال و ویژگی های آن مواد مناسب را برای بدنه شیر، مواد آب بند، سیت یا نشیمنگاه، مغزی و سایر اجزا تعیین می کند.
نوع محرک یا اکچویتور – وسایلی را که توسط آن شیر سماوری (پلاگ ولو) تغییر وضعیت می دهد، توصیف می کند. مثلاً انواع دستی (دسته یا اهرم)، یا الکتریکی.
گشتاور عملیاتی – مقدار گشتاور مورد نیاز برای چرخاندن شیر بین حالت باز و بسته را بر اساس N-m یا lbs-F مشخص می کند.