در میان کاربرانی که روزانه از شیرهای کروی با قطر بزرگ استفاده می‌کنند، اغلب این مشکل را گزارش می‌دهند که شیرهای کروی با قطر بزرگ اغلب هنگام استفاده در محیط‌هایی با اختلاف فشار نسبتاً زیاد، مانند بخار، آب پرفشار و غیره، به سختی بسته می‌شوند. هنگام بستن با زور، همیشه مشخص می‌شود که نشتی وجود خواهد داشت و بستن محکم آن دشوار است. دلیل این مشکل، طراحی ساختاری شیر و گشتاور خروجی ناکافی سطح حد مجاز انسانی است.

تحلیل دشواری تعویض شیرهای با قطر بزرگ

میانگین نیروی خروجی افقی یک فرد بالغ بسته به فیزیک بدنی مختلف، ۶۰ تا ۹۰ کیلوگرم است.

به طور کلی، جهت جریان شیر کروی به گونه‌ای طراحی شده است که ورودی کم و خروجی زیاد باشد. هنگامی که شخصی شیر را می‌بندد، بدن انسان چرخ دستی را به صورت افقی می‌چرخاند، به طوری که زبانه شیر به سمت پایین حرکت می‌کند تا بسته شدن را محقق کند. در این زمان، لازم است بر ترکیب سه نیرو غلبه شود، یعنی:

(1) نیروی محوری رانش Fa؛

(2) نیروی اصطکاک Fb بین پکینگ و ساقه شیر؛

(3) نیروی اصطکاک تماسی Fc بین ساقه سوپاپ و هسته دیسک سوپاپ

مجموع گشتاورها برابر است با ∑M=(Fa+Fb+Fc)R

مشاهده می‌شود که هرچه قطر بزرگتر باشد، نیروی محوری رانش بیشتر است. وقتی نزدیک به حالت بسته است، نیروی محوری رانش تقریباً نزدیک به فشار واقعی شبکه لوله است (به دلیل P1-P2≈P1، P2=0)

برای مثال، یک شیر کروی کالیبر DN200 روی یک لوله بخار 10 بار استفاده می‌شود، تنها اولین نیروی محوری بسته شدن Fa=10×πr2=3140kg است و نیروی دایره‌ای افقی مورد نیاز برای بسته شدن نزدیک به نیروی دایره‌ای افقی است که بدن انسان معمولی می‌تواند تولید کند. محدودیت نیرو، بنابراین بستن کامل شیر در این شرایط برای یک نفر بسیار دشوار است.

البته برخی کارخانه‌ها نصب این نوع شیرها را به صورت معکوس توصیه می‌کنند که مشکل سخت بسته شدن را حل می‌کند، اما این مشکل هم وجود دارد که پس از بسته شدن، باز کردن آن به سختی انجام می‌شود.

تجزیه و تحلیل علل نشت داخلی شیرهای کروی با قطر بزرگ

شیرهای کروی با قطر بزرگ معمولاً در خروجی‌های بویلر، سیلندرهای اصلی، خطوط لوله بخار و سایر مکان‌ها استفاده می‌شوند. این مکان‌ها مشکلات زیر را دارند:
(1) به طور کلی، اختلاف فشار در خروجی دیگ بخار نسبتاً زیاد است، بنابراین سرعت جریان بخار نیز بیشتر است و آسیب فرسایشی به سطح آب‌بندی نیز بیشتر است. علاوه بر این، راندمان احتراق دیگ بخار نمی‌تواند 100٪ باشد، که باعث می‌شود بخار در خروجی دیگ بخار مقدار زیادی آب داشته باشد که به راحتی باعث کاویتاسیون و آسیب کاویتاسیون به سطح آب‌بندی شیر می‌شود.

(2) برای شیر قطع جریان نزدیک خروجی دیگ بخار و زیرسیلندر، زیرا بخاری که تازه از دیگ بخار خارج شده است، در فرآیند اشباع خود، پدیده سوپرهیت متناوب دارد، اگر تصفیه نرم کننده آب دیگ بخار خیلی خوب نباشد، بخشی از آب اغلب رسوب می‌کند. مواد اسیدی و قلیایی باعث خوردگی و فرسایش سطح آب بندی می‌شوند. برخی از مواد قابل تبلور نیز ممکن است به سطح آب بندی شیر بچسبند و متبلور شوند و در نتیجه شیر نتواند محکم آب بندی شود.

(3) برای شیرهای ورودی و خروجی زیرسیلندرها، مصرف بخار پس از شیر به دلیل الزامات تولید و دلایل دیگر زیاد و گاهی کم است. باعث فرسایش، کاویتاسیون و سایر آسیب‌ها به سطح آب‌بندی شیر می‌شود.

(4) به طور کلی، هنگامی که یک خط لوله با قطر بزرگ باز می‌شود، خط لوله نیاز به پیش گرم شدن دارد و فرآیند پیش گرم شدن معمولاً نیاز به عبور جریان کمی از بخار دارد تا خط لوله بتواند به آرامی و به طور یکنواخت تا حدی گرم شود قبل از اینکه شیر قطع کننده به طور کامل باز شود تا از آسیب به خط لوله جلوگیری شود. گرمایش سریع باعث انبساط بیش از حد می‌شود که به برخی از قطعات اتصال آسیب می‌رساند. با این حال، در این فرآیند، باز شدن شیر اغلب بسیار کوچک است که باعث می‌شود میزان فرسایش بسیار بیشتر از اثر استفاده عادی باشد و عمر مفید سطح آب‌بندی شیر را به طور جدی کاهش دهد.

راه حل هایی برای مشکلات تعویض شیرهای کروی با قطر بزرگ

(1) اول از همه، توصیه می‌شود یک شیر کروی با آب‌بندی دمشی انتخاب کنید که از تأثیر مقاومت اصطکاکی شیر پیستونی و شیر بسته‌بندی جلوگیری می‌کند و تعویض را آسان‌تر می‌کند.

(2) هسته و نشیمنگاه شیر باید از موادی با مقاومت فرسایشی و عملکرد سایشی خوب، مانند کاربید استلایت، ساخته شوند.

(3) توصیه می‌شود از ساختار دیسکی دو شیره استفاده شود که به دلیل دهانه کوچک باعث فرسایش بیش از حد نشود و این امر بر عمر مفید و اثر آب‌بندی تأثیر بگذارد.