شیر سوزنی (Globe Valve) که گاهی با نام شیر بشقابی نیز شناخته می‌شود، از پرکاربردترین انواع شیرآلات صنعتی است. این نوع شیر طبق استانداردهای BS 1868، BS 1873 و ASME B16.34 طراحی و ساخته می‌شود و به دلیل ساختار خاص خود، برای کنترل دقیق جریان و فشار سیال در خطوط لوله و فرایندهای صنعتی به کار می‌رود.

بدنه‌ی این شیر معمولاً شکل کروی دارد و از دو بخش اصلی شامل دیسک متحرک و سیت ثابت (Stationary Ring Seat) تشکیل شده است. با حرکت دیسک در امتداد محور جریان، میزان باز یا بسته بودن مسیر و در نتیجه دبی عبوری تنظیم می‌شود.

یکی از ویژگی‌های مهم گلوب ولو این است که تغییر جریان سیال درون آن با چرخش تدریجی دسته شیر متناسب است؛ به همین دلیل امکان کنترل دقیق فشار و دبی فراهم می‌شود. جریان سیال در داخل شیر کروی تغییر جهت قابل‌توجهی می‌دهد، که این امر سبب عملکرد بهتر در کنترل جریان ولی افزایش نسبی افت فشار می‌شود.

انواع شیر سوزنی (Globe Valve):

1_ شیر سوزنی z شکل (Z-Body Type Globe Valve):

شیر سوزنی Z شکل (Z-Type Globe Valve) یکی از رایج‌ترین انواع شیرهای سوزنی است. در این نوع شیر، سیال هنگام عبور از مسیر داخلی، دو بار تغییر جهت ۹۰ درجه‌ای دارد؛ ابتدا در بخش ورودی تا رسیدن به دیسک، و بار دوم پس از عبور از دیسک تا خروج از شیر. به این ترتیب، مسیر جریان در مجموع ۱۸۰ درجه چرخش پیدا می‌کند.

به دلیل این انحراف قابل توجه در مسیر، افت فشار نسبتاً زیادی در سیال ایجاد می‌شود. از این‌رو، استفاده از شیرهای Z شکل بیشتر در خطوط بای‌پس، سیستم‌های کنترلی یا مواردی که افت فشار اهمیت چندانی ندارد، توصیه می‌شود.

در مقابل، در خطوطی که شیر به صورت دائم باز است، به دلیل افت فشار زیاد، کاربرد این نوع طراحی مناسب نیست. با وجود این، به دلیل طراحی ساده، دوام بالا در برابر جریان عبوری و قیمت اقتصادی‌تر، شیر کروی Z شکل در بسیاری از صنایع به عنوان مدل پایه (Basic Type) از گلوب ولوها شناخته شده و کاربرد گسترده‌ای دارد.

2_ شیر سوزنی y شکل (Y-Body Type Globe Valve):

شیر سوزنی Y شکل (Y-Type Globe Valve) نوعی از شیرهای سوزنی است که در آن استم و دیسک با نشیمنگاه زاویه‌ای حدود ۴۵ درجه دارند. این طراحی باعث می‌شود مسیر عبور سیال مستقیم‌تر بوده و در نتیجه افت فشار نسبت به مدل Z شکل کمتر باشد.

به دلیل ضریب جریان بالا و افت فشار ناچیز، استفاده از شیر سوزنی Y شکل در خطوطی که شیر به‌صورت مداوم باز است توصیه می‌شود. جریان سیال در این نوع ولو با زاویه ملایم‌تری وارد و خارج می‌شود و همین موضوع موجب عملکرد نرم‌تر و کاهش سایش قطعات داخلی می‌گردد. از دیگر مزایای این شیرها، سهولت در تمیزکاری و تعمیرات داخلی است؛ به همین دلیل در خطوط تخلیه (Drain Lines) که معمولاً شیر در وضعیت بسته قرار دارد و احتمال رسوب‌گیری وجود دارد، کاربرد گسترده‌ای دارند.

به‌طور کلی، شیرهای Y شکل با طراحی زاویه‌دار خود، بیشترین جریان عبوری و کمترین افت فشار را در میان انواع گلوب ولوها فراهم می‌کنند و گزینه‌ای ایده‌آل برای سیستم‌هایی هستند که نیاز به کاهش افت فشار و نگهداری آسان دارند.

3_ شیر سوزنی زاویه ای یا شیر بشقابی 90 درجه (Angle Pattern Globe Valve) :

شیر سوزنی زاویه‌ای (Angle Type Globe Valve) نوعی از گلوب ولو است که در آن مسیر ورود و خروج سیال با زاویه ۹۰ درجه نسبت به یکدیگر قرار دارد. این طراحی موجب تغییر مستقیم جهت جریان بدون نیاز به زانویی در لوله‌کشی می‌شود.

در این ساختار، فشار وارد بر قسمت زیرین دیسک باعث افزایش راندمان عملکرد شیر، کاهش ساییدگی و خوردگی سطوح نشیمنگاه و دیسک و همچنین بهبود آب‌بندی در طول زمان می‌گردد.

به دلیل ویژگی‌های یادشده، این نوع از شیرهای گلوب معمولاً در سیستم‌هایی با دمای پایین و در مسیرهایی که تغییر جهت جریان مورد نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اجزاء تشکیل دهنده شیرهای سوزنی :

1_بدنه (Body):

بدنه قسمت اصلی و محفظه‌ی اصلی جریان سیال در شیر است.این بخش معمولاً از فولاد ریخته‌گری یا فورج‌شده ساخته می‌شود و باید الزامات استانداردهای ASME، API و BS را برآورده کند. درپوش به بدنه توسط پیچ و مهره یا رزوه و جوش آب‌بند متصل می‌شود.بدنه معمولاً دارای انتهاهای جوشی یا فلنجی است و در صورت نیاز، با بای‌پس‌های ریخته‌گری یکپارچه برای تخلیه یا سرویس تجهیز می‌شود.

2_درپوش (Bonnet)

درپوش معمولاً از همان جنس بدنه ساخته می‌شود و به‌صورت محکم روی آن بسته می‌شود تا اجزای داخلی را در جای خود نگه دارد. در طراحی‌های استاندارد (API 600)، ضخامت دیواره درپوش بیشتر از حداقل موردنیاز است. درپوش دارای جعبه پرکننده‌ی عمیق (Stuffing Box) برای قرارگیری حلقه‌های آب‌بندی است و همچنین یک بوش صندلی عقب دارد تا در حالت باز کامل، آب‌بندی مجدد ممکن باشد.

3_دیسک (Disc)

دیسک بخش متحرک شیر است که مسیر عبور جریان را باز یا مسدود می‌کند.این قطعه از فولاد ضدزنگ فورج‌شده ساخته می‌شود و به‌صورت چرخشی یا شناور روی ساقه قرار می‌گیرد. انواع مختلفی از دیسک مانند شل (Loose Disc)، پلاگ (Plug)، توپی (Ball) و سوزنی (Needle) وجود دارد. سطح تماس دیسک معمولاً دارای پوشش سخت‌کاری‌شده حداقل ۲ میلی‌متری برای افزایش دوام و آب‌بندی کامل است.

4_نشیمنگاه یا حلقه صندلی (Seat Ring)

نشیمنگاه محل تماس دیسک و بدنه برای ایجاد آب‌بندی کامل است. این بخش از فولاد ضدزنگ آهنگری ساخته شده و معمولاً به بدنه جوش داده می‌شود تا از نشتی جلوگیری شود. اختلاف سختی کنترل‌شده بین دیسک و نشیمنگاه طبق استاندارد API 600 حفظ می‌شود تا عمر مفید قطعات افزایش یابد. در برخی مدل‌ها نشیمنگاه قابل تعویض یا تعمیر است.

5_ ساقه (Stem)

ساقه، میله‌ای است که حرکت عملگر را به دیسک منتقل می‌کند. این قطعه از فولاد ضدزنگ ماشین‌کاری‌شده از میله جامد ساخته می‌شود و مقاومت بالایی در برابر اصطکاک و خوردگی دارد. در محل اتصال به دیسک از حلقه یاتاقان و مهره‌ی دیسکی برای اطمینان از حرکت روان استفاده می‌شود. ابعاد ساقه معمولاً طبق استاندارد API 600 است.

6_یوک (Yoke) و بوش یوک (Yoke Sleeve)

یوک، سازه‌ای فلزی است که درپوش و عملگر را به بدنه متصل می‌کند و باید مقاومت بالایی در برابر نیروهای محرک داشته باشد.
در بخش بالایی یوک، بوش یوک قرار دارد که از آلیاژ برنز یا آلومینیوم ریخته‌گری‌شده ساخته می‌شود و نقش راهنما و محافظ ساقه را دارد.
این مجموعه به کمک حلقه و پیچ‌های گیره‌ای دو تکه روی بدنه محکم می‌شود.

7_عملگر یا محرک (Actuator / Hand Wheel)

عملگر وسیله‌ای است که برای باز و بسته کردن شیر به‌صورت دستی یا خودکار استفاده می‌شود. در مدل‌های دستی از فلکه (Hand Wheel) یا چرخ زنجیری استفاده می‌شود و در سیستم‌های پیشرفته‌تر، عملگر می‌تواند از نوع برقی، پنوماتیکی یا الکتروهیدرولیکی باشد. هدف از استفاده‌ی عملگر، کنترل دقیق جریان و سهولت عملکرد شیر در شرایط مختلف است.

8_کاربرد طرح‌های جوشی و رزوه‌ای

در طراحی‌های کوچک‌تر (معمولاً تا ۲ اینچ) و در فشارهای بالا (کلاس ASME 900 تا 4500) از اتصالات رزوه‌ای و جوشی استفاده می‌شود که شامل آب‌بندی دوگانه (رزوه + جوش) است. این طراحی برای اطمینان از آب‌بندی کامل و دوام بالا در فشار زیاد به‌کار می‌رود..

جداول استاندارد شیر سوزنی :