شیر یک طرفه Check Valve

شیرهای یک طرفه:

همان‌طور که از اسم آن بر می‌آید سیال فقط از یک طرف آن می‌تواند وارد شود و زمانی که در یک مسیر قرار دارد جریان سیال از طریق مخالف آن غیر ممکن است. در اکثر شیرها محل ورود سیال به شیر مطرح نیست و می‌تواند از دو طرف آن باشد؛ ولی در شیر یک طرفه فقط سیال از یک طرف شیر می‌تواند وارد شود که به همین علت اگر در محلی قرار دارد و می‌خواهیم جریان را درمسیرمخالف عادی خود عبور دهیم بایستی این شیر را برعکس نماییم و یا این که داخل آن را درآوریم که در این صورت حالت شیر یک طرفه را از دست خواهد داد. شیرهای یک طرفه در دو طرح اساسی به نام شیریک طرفه لولایی و شیر یک طرفه فشاری ساخته می‌شوند که در زیر به توضیح آنها می‌پردازیم.

شیر یک طرفه لولایی:

این شیر که مصرف بیش‌تری دارد دارای بدنه و درپوش می‌باشد که درون آن دیسکی که ممکن است یکی یا دوتایی باشد به وسیله پین مخصوصی به بدنه لولا شده و آویزان می‌باشد. البته در نوع دوتایی آن این پین بین دو دیسک قرار دارد. جریان سیال درموقع ورود دیسک را به طرف مسیر خود بلند کرده و از اطراف آن عبورمی‌کند. درموقع قطع جریان دسیک به نشیمن‌گاه چسبیده و اجازه برگشت به سیال را نمی‌دهد.

شیر یک طرفه فشاری:

در این نوع شیر یک طرفه جریان سیال باعث بازشدن شیر شده و برگشت جریان باعث بسته شدن شیر می‌گردد. از انواع شیرهای یک طرفه فشاری می‌توان شیر یک طرفه پیستونی وشیر یک طرفه کروی را نام برد.

شیر یک طرفه پیستونی:

شیر یک طرفه پیستونی از نظر شکل داخلی شبیه شیرفلکه‌ای می‌باشد که جریان باعث فشار پیستون به طرف بالا و انتقال جریان شده که جهت عکس آن پیستون به طرف پائین آمده و مانع از برگشت سیال به طرف ورودی می‌شود. این نوع شیر به همراه شیر ساچمه‌ای و زاویه‌دار جهت جلوگیری از پدیده لرزش در اثر فشار در مسیر خطوط لوله به کار برده می‌شود. شکل ۱-۶ اجزا شیر یک طفه پیستونی را نشان می‌دهد.

شیر یک طرفه کره‌ای:

این نوع شیر یک طرفه در دو نوع کره‌ای افقی و عمودی وجود دارد. در نوع عمودی مسیر جریان مستقیم است و این شیر بیش‌تر درجاهایی که قطع جریان به صورت فوری لازم باشد بکار می‌رود. نحوه کار این نوع شیر بدین صورت است که مسیر سیال ورودی یک کره را در داخل سیال معلق نگه داشته وسیال از اطراف آن به طرف دیگر می‌رود و وقتی که جریان سیال برعکس شود کره مورد نظر در نشیمن‌گاه خود نشسته که مانع از عبور سیال به طرف ورودی می‌شود. یکی از مزایای این نوع شیر یک طرفه، استفاده ازآن‌ها در سیالاتی که ویسکوزیته آنها بسیار زیاد است می‌باشد. شکل ۱-۷ ساختمان و اجزا از شیر یک طرفه کره‌ای را نشان می‌دهد.

ساختمان و اجزاء تشكيل دهنده شير يكطرفه :

Description	R
Cover	1
Bolt	2
Body	3
Hinge pin	4
Seat ring	5
Hing	6
Disc	7

نمونه هايي از انواع اين شيرها در زير آمده است:

1- شير يكطرفه نوساني (Swing check valve)

2- شير يكطرفه نوساني از نوع ويفري (صفحه اي (Swing type wafer check valve

3- شير يكطرفه ديسكي (Disk check valve)

4- شير يكطرفه با ديسك دوتكه (Split disk check valve)

5- شير يكطرفه با ديسك وارونه (Till ting disk check valve)

6- شير يكطرفه ديافراگمي (Diaphragm check valve)

7- شير يكطرفه بالا رفتنيLift check valve))

8- شير يكطرفه قطع كننده اي(Stop check valve)

شير يكطرفه نوساني (Swing Check Valve)

هنگاميكه اين شير كاملاً باز مي شود سيال بدون هيچگونه مقاومتي عبور مي كند و به محض افت فشار سيال ، شير بصورت خودكار مسير را مي بندد و از برگشت سيال جلوگيري مي كند.

ايجاد آشفتگي در جريان و افت فشار در اينگونه شيرها بسيار كم مي باشد.در فرآيند هايي كه در آنها از Gate Valve ها استفاده مي شود به دليل افت فشار كم در اطراف اين شيرها ، عموماً از شير يكطرفه هاي نوساني استفاده مي گردد.

شير يكطرفه هاي نوساني داراي ديسكي مي باشند كه در بالاي شير به بدنه قلاب شده است . شير يكطرفه هاي نوساني عموماً در خطوط پيوسته كه داراي Gate Valve مي باشد مورد استفاده قرار مي گيرند. چون اين شيرها جريان آزاد نسبي را از خود عبور مي دهند.

اين شيرها براي خطوطي كه سرعت سيال پائين مي باشد مورد استفاده قرار مي گيرند و در خطوطي كه داراي جريان ضرباني مي باشند نبايد از اين شيرها استفاده نمود.چون بطور پيوسته ديسك باز و بسته شده و كوبيده شدن آن باعث از بين رفتن متعلقات شير خواهد گرديد.

بطور كلي همانطور كه بيان شد اين نوع شير يكطرفه ها براي حالتي كه سيال حركت ضربه اي داشته و يا برگشت سيال سريع باشد گزينه مناسبي نمي باشد . از آنجائيكه اين شيرها داراي چندين قطعه بوده كه بوسيله اتصالاتي به يكديگر مرتبط گرديده اند لذا همين باعث گرديده كه در ميان ساير شير يكطرفه ها داراي كمترين استحكام باشند . علاوه بر اين در حالتيكه مجرابند حركت نسبتا بزرگي داشته باشد اين حالت مي تواند منتج به افزايش سرعت برگشت مجرابند گرديده و نيروي ضربه اي بزرگي را در حالت ناگهاني باز و بسته شدن بوجود آورد.

اين نوع شير يكطرفه ها را مي توان هم در حالت افقي و هم در حالت عمودي مورد استفاده قرار داد. (درحالت نصب عمودي بايد جريان سيال از پائين به بالا باشد تا نيروي جاذبه به بسته شدن مجرابند كمك نمايد.) همچنين بدليل سادگي تجهيزات تشكيل دهنده ، داراي تعميرات به نسبت ساده تري در مقايسه با ساير شير يكطرفه ها مي باشند.

از نكاتي كه بايد در اين گونه شيرها در نظر گرفت بوجود آمدن ضربه قوچي در آنها مي باشد . ضربه قوچي در اثر يك فشار موجي (Surge Pressure) خيلي بزرگ در هنگاميكه اين شيرها بسته مي شوند بوجود مي آيد. اين شيرها فاقد متعلقات محافظ در مقابل ضربه قوچي مي باشد. مجرابندها در اين شيرها بايد مسافت زيادي را جهت باز و بسته كردن شير طي نمايد. در يك فاصله زماني كوتاه در طي اين مسير توسط مجرابند كه مي خواهد مسير را ببندد اين امكان وجود دارد كه سرعت برگشت سيال در اين حالت كمي افزايش يابد هنگامي كه مجرابند در چنين وضعيتي قرار بگيرد ضربه قوچي بوجود خواهد آمد.

شير يكطرفه نوساني از نوع ويفري(صفحه اي (Swing Type Wafer Check Valve

اين نوع شير يكطرفه شباهت زيادي به شير يكطرفه هاي نوساني استاندارد دارند با اين تفاوت كه بدنه شير بطور كامل دور تا دور آنرا در بر نمي گيرد.

در عوض هنگاميكه شير باز مي شود زبانه آن به قسمت بالاي لوله فشار وارد مي كند. نكته مهم ديگر آنكه زبانه شير يكطرفه بايد كوچكتر از قطر لاين باشد. و ديگر اينكه افت فشار در اين شير يكطرفه كه عموماً بيشتر از نوع Swing Check Valve ها مي باشد. خيلي سريعتر از اين نوع شير يكطرفه ها افزايش مي يابد.

شير يكطرفه ديسكي(Disk Check Valve)

شير يكطرفه ديسكي داراي 4 قسمت تشكيل دهنده مي باشند:

در اين شير يكطرفه ها ، مجرابند در محلي كه قرار گرفته است با زاويه 90 درجه در جهت مسير جريان حركت كرده و ميزان حركت آن توسط فنري كه در پشت مجرابند قرار گرفته است كنترل مي گردد . بدنه به گونه اي طراحي گرديده كه دور تادور مجرابند را در بر مي گيرد.

در موارديكه نشتي صفر از اين شير مدنظر باشد بايد يك نشيمنگاه نرم نيز به مجموعه اضافه گردد.

هنگاميكه نيروي وارده بر مجرابندكه بوسيله فشار جريان ايجاد مي گردد از نيروي فنر بزرگتر باشد سبب مي گردد كه مجرابند از محل قرارگيري خود جدا شده و اجازه دهد تا جريان از داخل شير عبور نمايد. هنگاميكه اختلاف فشار در داخل شيركاهش يابد در اين حالت فنر بر مجرابند نيرو وارد كرده و باعث مي گردد كه مجرابند در محل نشيمنگاه قرار گرفته و مسير جريان را قبل از عبور جريان معكوس ببندد.

علاوه بر استانداردهاي موجود در مورد فنرها ، حالتهاي مختلفي از دسته بندي فنرها را ميتوان در نظر گرفت كه مهمترين آنها بصورت زير دسته بندي مي گردند:

1- فنر با آلياژ NO آلياژ اكسيد نيتروژن (Nitrogen Oxide Spring)

اين آلياژ فنر براي موارديكه اختلاف فشار ايجاد شده در داخل شير يكطرفه ناچيز باشد مورد استفاده قرار مي گيرد.

2- فنر با آلياژ Nimonic آلياژي شامل 80 درصد نيكل و 20 درصد كروم و ديگر موارد افزودني شامل تيتانيوم و آلومينيوم)

اين آلياژ هنگامي مورد استفاده قرار مي گيرد كه دما عملكرد بسيار بالا باشد.

3- فنر مخصوص كارهاي سنگين (Heavy-Duty Spring)

استفاده از اين فنر باعث افزايش ميزان فشار لازم براي باز كردن شير يكطرفه مي گردد. مثلاً هنگامي كه بر روي خطوط آب رسيده به بويلر بخار (Boiler Feed Water) نصب گردد مي تواند محافظت خوبي از ديگهاي بخار در مقابل طغيان در بويلرها گردد.شير يكطرفه هاي ديسكي همواره از شير يكطرفه هاي نوساني و شير يكطرفه هاي بالا كشيدني (Lift & Sewing Check Valve) سبكتر و كوچكتر بوده و نهايتا هزينه آنها نيز كمتر خواهد بود.

شير يكطرفه هاي ديسكي را در موارديكه جريان ضربه اي (پالسي) سنگيني در خطوط وجود داشته باشد نبايد مورد استفاده قرار داد. براي مثال نبايد در قسمت خروجي كمپرسورهاي رفت و برگشتي از اين نوع شير يكطرفه ها استفاده نمود چون ضربات متعدد بر روي مجرابند مي تواند موجب از بين رفتن نگهدارنده فنر شده و نهايتاً باعث تمركز زيادي بر روي فنر گردد و آنرا از بين ببرد.

شير يكطرفه با مجرابند دو تكه (Split Disk Check Valve)

شير يكطرفه هاي با مجرابند دو تكه جهت فائق آمدن بر افت فشار و سايز خطوط در شير يكطرفه هاي نوساني و شير يكطرفه هاي ديسكي ، طراحي گرديده اند.

مجرابند اين شير يكطرفه ها در واقع دو تكه شده و از طرف مركز شان لولا گرديده اند . همانند اينكه دو مجرابند در يك مسير بصورت لولايي قرار گرفته باشند. اين مجرابند بر روي نشيمنگاه بوسيله يك فنر پيچشي در يك قلاب قرار داده شده اند . در شكل روبرو نمونه اي از اين شير يكطرفه ها نشان داده شده است.

اين شير يكطرفه ها در حالت معمولي بصورت بسته مي باشند.(Normally Closed) و مجرابندها توسط فنر پيچشي بصورت بسته نگه داشته مي شوند. هنگاميكه مسير جريان به سمت جلو باشد ، فشار سيال سبب مي گردد تا مجرابند لولا را باز كرده و اجازه عبور جريان داده مي شود. در اين حالت به محض قطع شدن جريان سيال و قبل از ايجاد جريان معكوس در شير يكطرفه ، ديسكها بوسيله نيروي فنر مجددا بسته مي شوند.

مزيتهاي Split Disk Check Valve

1- افت فشار در اين نوع شير يكطرفه ها به مراتب كمتر از ساير شير يكطرفه ها مي باشد.

2- اين شير يكطرفه ها قادر هستند با حداقل فشار باز شوند.

3- اين شير يكطرفه ها را مي توان در هر وضعيتي از جمله بصورت عمودي نيز مورد استفاده قرار داد.

شير يكطرفه با مجرابند وارونه(Tilting Disk Check Valve)

شير يكطرفه با مجرابند وارونه شبيه به شير يكطرفه نوساني مي باشند . اين شيرها بصورت افقي در خطوط قرار مي گيرند همچنين در مكانهايي كه حركت سيال رو به بالا باشد بصورت عمودي نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.هنگاميكه جريان سيال به سمت جلو برقرار مي گردد، مجرابند بالا كشيده شده و در مسير جريان سيال بصورت شناور باقي مي ماند و در اين حالت حداقل مقاومت در مقابل عبور سيال توسط مجرابند بوجود مي آيد.هنگاميكه جريان سيال كاهش مي يابد و يا سيال مي خواهد كه در جهت مخالف جريان وارد خطوط گردد ، مجرابند به حالت عمود برگشته و مسير عبور سيال را مي بندد.مركز ثقل مجرابند در اين شير يكطرفه ها به محور گردش مجرابند بسيار نزديك بوده و مجرابند مي تواند خيلي سريع باز يا بسته شده بدون اينكه به بدنه يا مجرابند و نشيمنگاه صدمه اي وارد گردد.

در اين شير يكطرفه ها ، شير سريعاً بسته مي شود فلذا امكان افزايش سرعت سيال برگشتي در مسير برگشت بسيار پائين مي باشد و به همين دليل تاثيرات ضربه قوچي در اين مدل از شير يكطرفه ها بسيار اندك مي باشد.در مقايسه با Sewing Check Valve ها ، از اين شير يكطرفه ها مي توان در جريانهاي ضربه اي و همچنين در جريانهاي با مقدار جريان عبوري كم نيز استفاده نمود. در اين شير يكطرفه ها بدليل مسير مستقيم عبور جريان ، ميزان افت فشار حداقل مي باشد.

شير يكطرفه ديافراگمي (Diaphragm Check Valve)

در اين شير يكطرفه ها عموماً از يك ديافراگم لاستيكي قابل انعطاف كه در يك قسمت مخروطي در محل عبور جريان قرار داده شده است استفاده مي گردد . هنگاميكه جهت جريان به سمت جلو مي باشد ، ديافراگم را از قسمت اصلي خود جدا كرده و به سمت درون خط منحرف مي كند. در اين حالت جريان بصورت كاملاً آزاد از درون خطوط عبور مي كند. هنگاميكه جرياني وجود نداشته باشد و يا ديافراگم تحت فشار نباشد ، آنگاه ديافراگم به محل اصلي خود بازگشته و جهت جلوگيري از برگشت جريان ، مسير را مي بندد.

شير يكطرفه بالا رفتني (Lift Check Valve)

اين نوع از شير يكطرفه ها در سيستمهايي كه در آنها از Globe Valve بعنوان يك شيركنترل جريان استفاده مي شود مورد استفاده قرار مي گيرد.

شير يكطرفه هاي بالارفتني براي قرارگيري در سيستم پايپينگ افقي مناسب بوده و همچنين در سيستمهاي پايپينگ عمودي كه مسير جريان از پائين به بالا مي باشد نيز مورد استفاده قرار مي گيرد. اين شير يكطرفه ها براي استفاده در مسير هوا ، گاز ، بخار و آب مورد استفاده قرار مي گيرند. وقتيكه سيال به سمت جلو جريان پيدا مي كند فشار سيال قسمت مخروطي را از Seat جدا كرده و به سمت بالا فشار مي دهد و در اين حالت شير يكطرفه باز شده و جريان سيال برقرار مي گردد. هنگاميكه جريان سيال معكوس گردد قسمت مخروطي به محل قبلي خود در نشيمنگاه بازگشته و فشار معكوس جريان باعث بسته شدن كامل مسير مي گردد.اين شير يكطرفه ها بهترين گزينه براي حالتي كه امكان بوجود آمدن جريان برگشت سريع سيال وجود دارد مي باشند.

ميزان حركت در اين شير يكطرفه ها كمترين حركت در مقايسه با ساير شير يكطرفه هاست. با توجه به نوع طراحي در اين شير يكطرفه ها از هيچگونه پين و لولا و يا پيچ و مهره استفاده نمي شود. با توجه به اينكه اين شير يكطرفه ها داراي كوتاهترين كورس حركتي و همچنين حداقل قطعات تشكيل دهنده را در مقايسه با ديگر شير يكطرفه ها دارا مي باشند لذا مقدار نيروي ضربه اي و همچنين فرسايش در اين شير يكطرفه ها بسيار پائين مي باشد.

ميزان افت فشار در اين شير يكطرفه ها به مراتب كمتر از Sewing Check Valve و Check Valve Tilting Disk مي باشد.اين شير يكطرفه ها داراي حداقل لقي مجاز بين بدنه و مجرابند را دارا بوده فلذا گزينه براي هنگاميكه سيال داراي ذراتي مي باشد نخواهند بود.

اين نوع شير يكطرفه ها در سه شكل وجود دارند:

.1بدنه افقي

.2بدنه عمودي

.3بدنه زاويه اي

انتخاب شير يكطرفه بر اساس شرايط كاري

شير يكطرفه ها ، شيرهاي اتوماتيكي هستند كه هنگامي كه جريان رو به جلو باشد باز شده و در هنگام برگشت سيال به عقب ، مسير عبور سيال را مي بندد . اگر چه شير يكطرفه ها داراي ساختاري ساده بوده ولي انتخاب نادرست نوع شير يكطرفه باعث بروز شرايط بحراني در مجموعه خواهد شد.

اولين گام در انتخاب يك شير يكطرفه ، تعريفي كامل از متعلقات و عملگرهايي است كه بر روي شير اثر مي گذارند كه شامل دما ، نوع سيال ، حداقل و حداكثر سيال عبوري ، افت فشار مجاز در درون شير ، ميزان جريان برگشتي ، ملزومات آب بندي ، محدوديت فضاي شير و موقعيت و وضعيت شير در سيستم پايپينگ مي باشد.