همانطور که در مقالات قبلی گفته شد شیرهای توپی یکی از تجهیزاتی است که در خطوط لوله استفاده می‌‍شود و وظیفه قطع و وصل جریان و کنترل آن را به‌عهده دارد و این عمل را در خطوط لوله با استفاده از مجرای داخل توپی و سیت‌رینگ‌هایی (سیت‌رینگ چیست؟) که در بدنه شیر نگه‌ داشته شده‌اند انجام می‌دهد.

شیرهای توپی کاسپین شیر کادوس در چهار مدل Trunnion دوتکه و سه تکه و Floating دوتکه و سه تکه و در کلاس‌های 150 ، 300 و 600 ارائه می‌شوند. (CVK Ball valve)
در این مقاله قصد بررسی دو مدل اساسی از شیرهای توپی که شامل شیرهای فلوتینگ و ترونیون می‌شود را داریم. همچنین نوع عملکرد، ویژگی‌ها و کاربرد آن‌ها نیز بررسی می‌شود.

دو مدل اساسی در طراحی شیرهای توپی:

۱. مدل فلوتینگ (عکس سمت چپ)
۲. مدل ترونیون (عکس سمت راست)

شیرهای فلوتینگ و ترونیون
شیرهای فلوتینگ و ترونیون

 طراحی شیرهای فلوتینگ ( Floating )

نام فلوتینگ در واقع از روی توپی آن که به صورت شناور قرار دارد گرفته شده است. این توپی بین دو سیت مقعر واقع شده‌ است
شفت در شیار بالای توپی فرو رفته‌ و اجازه چرخش ربع گرد یا ۹۰ درجه‌ای را به آن می‌دهد.
همچنین این طراحی در صنعت، بیشتر در خطوط‌ لوله با سایزهای کوچک استفاده ‌می‌شود زیرا قیمت نسبتاً پایین‌تری نسبت به طراحی ترونیون (Trunnion) دارد.

نوع عملکرد

سیت‌ها در دو طرف ثابت‌اند و قابلیت جابه‌جایی و حرکت ندارند
توپی از بالا به وسیله‌ی دو سیت الاستومتریک (دارای قابلیت ارتجاعی) ثابت نگه‌داشته شده‌ است و از پایین آزاد است.
در مدل فلوتینگ، توپی قابلیت شناوری و جابه‌جایی (در حد چند میلی‌متر) دارد
آب‌بندی به صورت فشرده‌ شدن توپی به آب‌بند‌هایی که در پایین‌دست (Down Stream) قرار دارند انجام می‌شود (به دلیل فشاری که سیال ایجاد می‌کند)، به شکلی که توپی کاملاً به سیت‌ها می‌چسبد.
همیشه این آب‌بندی از سمت مخالف جریان عبوری انجام می‌شود.

 

شایان ذکر است که جریان بالادست سمتی از لوله است که سیال در آن جریان دارد

شیرهای فلوتینگ

طی این فرآیند فشار وارد بر توپی به سیت‌رینگ‌ها منتقل می‌شود بنابراین، می‌بایست از موادی در ساخت آن استفاده شود که قابلیت تحمل این فشار را داشته‌ باشد. اما در مقیاس‌های بزرگ‌، توپی هم به نسبت بزرگ‌تر می‌شود و فشار خیلی بالایی را به سیت‌ها وارد می‌کند. به همین دلیل از طراحی فلوتینگ در فشارهای خیلی بالا استفاده نمی‌شود. با استفاده از شیرهای فلوتینگ در فشارهای پایین آب‌بندی بهتری داریم و دلیل آن‌ نیز متکی نبودنشان به فشار سیستم برای این امر است.

ویژگی‌ها و کارایی شیرهای فلوتینگ

۱. حجم کم

۲. وزن پایین
۳. ساختار و عملکرد ساده
۴. آزادانه شناور شدن توپی که می‌تواند آب‌بندی بهتری را فراهم کند
۵. هرچه فشار بالاتر برود فاصله بین توپی و سیت‌ها کمتر می‌شود

طراحی شیرهای ترونیون (Trunnion)

 

مدل ترونیون طراحی متفاوت و پیچیده‌تری نسبت به فلوتینگ دارد و تقریباً عکس آن عمل می‌کند. ویژگی که این دو مدل طراحی را از یک‌دیگر متمایز می‌کند سیت‌ها هستند به صورتی‌ که به جای فیکس بودن، حالت فنری داشته و دارای قابلیت جابه‌جایی هستند، ولی توپی فیکس و ثابت است بنابراین به دو استم (Stem) در بالا و پایین نیاز دارد

نوع عملکرد

در شیرهای توپی از نوع ترونیون بعد از برقراری جریان، سیت شروع به حرکت می‌کند، کاملاً به توپی چسبیده و آب‌بندی مورد اطمینانی را ایجاد می‌کند. در فشارهای پایین آب‌بندی به کمک فنرها انجام می‌شود (مجموع نیروی فنرها به اندازه‌ای است که سیت‌ها را به سمت توپی فشار می‌دهد) و در فشارهای بالا با فشرده شدن سیت‌ها به سمت توپی توسط فشار سیال صورت می‌گیرد. به‌ دلیل این‌که در طراحی ترونیون فشار کمتری روی توپی است گشتاور کمتری هم نیاز دارد
پس عملگرها به انرژی کمتری برای باز و بسته کردن توپی نیاز دارند و از لحاظ اقتصادی مقرون به‌صرفه‌تر هستند
هم‌چنین فشارهای بسیار بالاتری از مدل فلوتینگ را نیز می‌توانند تحمل کنند

طراحی ترونیون برای انواع خطوط‌ لوله با قطرهای زیاد، فشارهای بالا و سایزهای بزرگ مناسب است