شیرهای توپی از جمله شیرهای قطع و وصل جریان با چرخش ۹۰ درجه‌ای (ربع‌گرد) هستند که عمر طولانی، دوام بالا و آب‌بندی قابل‌قبول‌ از علل پرکاربرد بودنشان می‌باشد. این نوع شیرها از طریق باز کردن توپی‌ای که در وسط آن‌ها فضای بازی وجود دارد وظیفه هدایت و تنظیم انواع مختلف سیالات را بر عهده دارند.

بال‌ولو‌ها در برابر جریان‌های آلوده مقاومت بیشری نسبت به سایر شیرها از خود نشان می‌دهند.
نماد بال ولو در نمودارهای خطوط لوله و ابزار دقیق به شکل زیر است.

هنگامی که دسته آن را به طور دستی می‌چرخانیم ، مجرایی که فشار سیال عبوری را کنترل می‌کند باز و بسته می‌شود.
در بعضی مدل‌های بخصوص، این شیرها به عنوان شیرهای کنترلی (Control Valve) هم استفاده می‌شوند اما به دلیل دقت نسبتاً کم استفاده از آن کمتر رایج است.

شیرهای توپی هنگام باز بودن

شیرهای توپی

هنگامی که اهرم در یک جهت یا یک راستا با خط لوله باشد شیر باز است و سیال در آن جریان دارد

شیرهای توپی هنگام بسته بودن

شیرهای توپی

هنگامی که اهرم (شفت، میله) به صورت عمود بر خط لوله قرار گیرد به معنی بسته بودن شیر است

در شیرهای توپی به دلیل چرخش ربع‌گرد (Quarter-turn action) عمل باز و بسته کردن به سرعت انجام می‌شود به‌ همین‌خاطر به دلیل فشار بالا خطر ضربه قوچی(۱(Water hammer) به وجود می‌آید.

تقسیم بندی شیرهای توپی

 بر اساس بدنه

به طور کلی بال ولو از نظر بدنه به سه نوع تقسیم می‌شود. شیرهای Top entry ، Side entry و شیرهای توپی با بدنه جوشی. تفاوت اصلی در نحوه تولید و مونتاژ بدنه شیر است.
برای بال ولوهای Side entry ، توپی آن از طرفین وارد می‌شود، که به معنی این است که هنگام تعمیر تریم باید شیر را از خط لوله خارج کنیم. در این نوع طراحی بدنه‌ها از نوع دو تکه و سه تکه وجود دارند. هر قسمت از بدنه توسط پیچ و مهره مونتاژ می‌شد.
برای بال ولوهای Top entry ، توپی آن از طرف بالا وارد می‌شود. به عبارت دیگر، هنگامی که می‌خواهیم به سیت یا نشیمن‌گاه شیر دسترسی پیدا کنیم تنها کافی است قسمت بالای شیر جدا شود. وجود اتصال‌های کمتر می‌تواند مسیرهای نشت احتمالی را به حداقل برساند.
Welded body ball valve Fully یک شیر توپی است که تمام بدنه‌ی آن کاملاً جوش داده شده و هیچگونه اتصال رزوه‌ای ندارد، به این معنی که انجام کار و تعمیر روی آن بر روی خط لوله امکان پذیر نیست. این نوع بال ولو استحکام بیشتر و وزن کمتری دارد. عدم وجود اتصالات روزه‌ای در این شیر به معنای کوچکترین اندازه بدنه و کمترین میزان نشتی در بین این سه نوع است.

شیر توپی یک تکه

 

شیرهای توپی

این مدل ارزان‌ترین مدل است. ساختمان یک‌پارچه‌ای دارد و دو قسمتی که توپی را در بر گرفته‌اند پرس (Pressed) یا جوش (Welded) داده شده‌اند. آن‌ها را نمی‌توان برای تعمیر یا تمیز کردن باز کرد، این شیر برای مصارف کم دردسرتر به‌کار برده می‌شود.

شیر توپی دو تکه

 

شیرهای توپی

در این نوع برای تمیز کردن، سرویس کردن و بررسی باید شیر حتماً به صورت کامل از خط لوله جدا شود. گاهی اوقات اجزا به صورت رزوه‌ای (Threaded) بهم متصل می‌شوند.

 شیر توپی سه تکه

 

شیرهای توپی

شیرهای گران‌تر غالباً سه‌تکه دارند و اجزا معمولاً با پیچ به یک‌دیگر متصل شده‌اند. مزیت این شیرها نسبت به بقیه این است که سرویس آن‌ها بدون خارج کردن همه‌ی شیر از خط لوله انجام می‌شود.

بر اساس طراحی توپی

 

 فلوتینگ (Floating Ball Design)

 

در دیزاین فلوتینگ توپی به حالت شناور قرار دارد و فقط از طرف بالا فیکس شده است پس قابلیت جابه‌جایی (در حد چند میلی‌متر) دارد ولی نشیمن‌گاه (Seat) آن ثابت است. هم‌چنین در طراحی فلوتینگ از یک شفت در بالا استفاده شده در حالی که در مدل ترونیون دو شفت، یکی در بالا و دیگری در پایین تعبیه شده است.

شیرهای توپی

ترونیون (Trunnion Ball Design)

  شیرهای با قطر زیاد و فشار عملیاتی بالا معمولاً از نوع ترونیون هستند. در بالا و پایین توپی فنرهایی وجود دارد که از فشار ناشی بر روی نشیمن‌گاه بکاهد.

این مدل شیر به نیروی گشتاور کمتری احتیاج داشته و در نتیجه قیمت بالاتری هم دارد. در این نوع از شیرها برعکس حالت فلوتینگ توپی از چهار طرف به بدنه فیکس شده است اما سیت یا نشیمن‌گاه آن قابلیت جابه‌جایی دارد.
این قابلیت جابه‌جایی برای آب‌بندی (Seal) شیر استفاده می‌شود.

شیر های (Reduced Bore/Port)

 اغلب شیرها از این نوع هستند. اگر مساحت قسمتی که سیال از آن عبور می‌کند از مساحت قسمتی که متصل به لوله است کوچک‌تر باشد در حالت باز هم افت فشار داریم.

شیرهای (Full Bore/Port)

برخی از انواع شیرها نیز هستند که داخل آن‌ها هیچ برآمدگی یا فرورفتگی ندارد و سطحی که از آن سیال عبور می‌کند کاملاً هم اندازه با  مساحت قسمت متصل به لوله است و تمیز کردن آن‌ها از لحاظ مکانیکی هم راحت‌تر انجام می‌شود ( Pigging )

شیرهای توپی

شیرهای V شکل (V-Shaped)

فضای باز داخل توپی (Hole) یا نشیمن‌گاه (Seat) به شکل حرف V می‌باشد، در نتیجه با چرخاندن توپی می‌توانیم میزان جریان را با دقت بالاتری تنظیم کنیم.

شیرهای توپی

این نوع از شیرها را می‌توان از انواع شیرهای کنترلی دانست که جریان را تنظیم می‌کنند.

کاربرد شیرهای توپی

 

شیرها در بسیاری از بخش‌های صنعتی کاربرد دارند و طراحی آن‌ها باید به طور کامل با استانداردهای صنعتی تطابق داشته باشد تا روند در عملیات به خوبی پیش‌ رود. ولوها در زندگی روزانه ما کاربردهای زیادی دارند در حالی که شاید به آن‌ها بی‌توجه باشیم: به عنوان مثال تمام شیرهای استفاده شده در سینک‌ها و شیرهای آب منازل
شیرهای صنعتی داخل ماشین‌های لباس‌شویی، ماشین‌های ظرف‌شویی، شومینه‌های گازی، شیرهای آب خارج از منازل، یخچال‌ها و غیره استفاده می‌شوند.

صنایع مختلفی از شیرها در فرآیند تولیدشان استفاده می‌کنند

صنایع الکتریکی
هیدرولیکی
اتومبیل
چاپ
پلاستیک
نساجی
فلزی
دارویی
شیمیایی
غذایی و …
صنایعی که از شیرهای توپی استفاده می‌کنند به صورت معمول نیاز به شیری دارند که بتواند فشار بالا، حجم زیاد و دمایی که گاهاً از ۴۸۰ درجه تجاوز می‌کند را تحمل کند.

۱. در اکثر موارد از آن‌ها نمی‌توان به عنوان شیرهای کنترلی استفاده کرد

۲. هنگامی که شیر بسته می‌شود مقدار کمی از سیال در داخل فضای باز داخل توپی محبوس می‌شود

۳. در شیرهای توپی فرآیند خفگی (Throttling) رخ می‌دهد که باعث می‌شود سیال با فشار بالا داری افت فشار شود

۴. در دوغاب‌ها (مواد آبکی) یا سایر کاربردها، ذرات معلق می‌توانند در حفره های بدنه قرار گیرند و باعث سایش، نشتی یا خرابی شیرها شوند.

۵. تمیز کردن آن‌ها دشوار است (در مدل Side Entry Design)

۱. باز و بسته شدن سریع به دلیل وجود حرکت ربع‌گرد

۲. آب‌بندی قابل‌قبول بدون نیاز به نیروی گشتاور زیاد

۳. طراحی و دیزاین جمع‌ و جور

۴. مقاومت بالا

۵. قیمت مناسب

۶. طول‌ عمر بالا

راه‌اندازی، استفاده و تعمیر شیرهای توپی ساده می‌باشد، حتی بدون نیاز به بیرون آوردن شیر از خط لوله امکان‌پذیر است. بدنه شیرهای توپی از آهن، پلاستیک، مخلوط آهن و سرامیک ساخته می‌شوند. هم‌چنین می‌توان شیرهای توپی را از استیل، برنج، آهن یا برنز نیز ساخت. سیستم‌های کنترلی پیچیده‌تر از شیرهایی استفاده می‌کنند که وظیفه تنظیم جریان سیال داخل لوله را عهده دارند. این شیرها نیاز به محرک یا عملگر (actuator) دارند.
عملگر، شیر را به صورت نیوماتیکی (با هوا) و یا توسط موتور الکتریکی کنترل می‌کند و آن را در موقعیت مناسب قرار می‌دهد به نحوی که جریان سیال عبوری به صورت دقیق و متناسب با تغییرات فشار و سطح سیال می‌باشد.

پارامترهایی که برای انتخاب یک شیر توپی مناسب می‌بایست در نظر گرفت عبارت‌اند از

مقدار دما و فشار
تعداد مجراها (Port)
سایز شیر
جنس بدنه شیر
نوع دو سر انتهای شیر
ساختار داخلی آن (پیکر‌بندی)

توضیحات

(۱): سیال در حال حرکت در خطوط لوله ممکن است بر اثر عللی مانند کاهش و افزایش شدت جریان یا باز و بسته شدن شیر، دچار تغییر ناگهانی جریان و ایجاد افت فشار شود.
افت فشار ناگهانی به شکل یک موج فشاری در طول لوله حرکت می‌کند و سبب کاهش و افزایش فشار می‌شود. این پدیده ضربه قوچ نام دارد.

بال ولو

Ball Valve

Check Valve

Gate Valve

Plug Valve

Globe Valve