شيرها يكي از اجزاي لاينفك خطوط لوله كه وظيفه جابه جايي سيالات را بر عهده دارند به شمارمي روند. در ابتدا شيرها به صورت تخته هاي بالارونده براي قطع، وصل و تعيين مسير جريان آب در جوي ها و كانال هاي روباز مورد استفاده قرار مي گرفته اند. با گذشت زمان و در پي نياز و صنعتي شدن، بشر توانست انواع مختلفي از شيرهاي ساده و پيچيده را براي رفع احتياجات خود ابداع كند. در صنعت نفت، گاز و پتروشيمي، انواع شيرها به تعداد زياد مورد استفاده قرار مي گيرند و از آنجاييكه بسياري از آنها داراي قيمت بالا و نيز حساسيت زيادي هستند، شناخت درست و انتخاب نوع آنها و نيز عمليات درست با آنها داراي اهميت فراواني مي باشد.
از انواع شيرها مي توان به شيرهاي دروازه اي (Gate Valve)، توپي (Ball Valve)، كروي (Globe Valve)، پروانه اي (Butterfly Valve)، شيرهاي يك طرفه (Check Valve) و شيرهاي اطمينان (Relief Valve) اشاره نمود كه از مهمترين و پركاربردترين انواع شيرهاي مورد استفاده در صنعت محسوب مي شوند. هر يك از اين گروه ها، شامل دسته ها و طراحي هاي مختلفي هستند كه هر كدام، مزايا و كاربرد هاي خاص خود را دارند.
از موارد عمده استفاده شيرها مي توان به سيستم هاي لوله كشي صنايع، خطوط لوله توزيع و انتقال سيالات، لوله هاي منازل، تأسيسات شهري، سيستم هاي آبياري و… به منظور قطع، وصل، تنظيم و كنترل جريان، تغيير مسير، جلوگيري از برگشت جريان، كنترل يا آزاد كردن فشار و… اشاره نمود.
به طور كلي شيرها داراي چند بخش اصلي از جمله بدنه شير، بندآور جريان، ساقه بندآور و نشيمنگاه بندآور مي باشند. بر حسب اينكه شير در چه فشار، دما و موقعيتي، چه وظيفه اي را بر عهده دارد و با توجه به خورندگي يا سايندگي جريان، نوع، اندازه، جنس و ديگر خصوصيات شير تعيين مي شود. اما همة شيرها با هر شكل، جنس، اندازه اي و يا هر خصوصيت ديگر، عمكلرد مشابهي دارند و آن هم مسدود كردن و يا بازكردن تمام يا قسمتي از مسير جريان عبوري از لوله مي باشد. اين عمل با تغيير مكان عضو مسدود كننده در شير، ميسر مي شود. اين تغيير موقعيت مي تواند به صورت دستي، نيمه خودكار و يا خودكار انجام شود. بعضي از شيرها با نيروي دست كار مي كنند؛ در حالي كه برخي ديگر محركهايي دارند كه با نيروي نيوماتيك، هيدروليك يا برق به حركت در مي آيند. لازمه بهره گيري مناسب از شيرها، شناخت خصوصيات انواع آنها، شرايط نگهداري و بكارگيري آنها و پديده هاي مرتبط با آنها مي باشد.

بدنه(Body)

شاخص ترين بخش شير، بدنه آن است كه در واقع نقش ديواره شير را ايفا ميكند. از طرف ديگر بدنه شير، پايه اي است كه ديگر اجزا شير روي آن سوار ميشوند و لذا بايد در برابر نيروهاي مختلفي از جمله فشار سيال، تنشهاي منتقل شده از سوي لوله، ضربات ناشي از جريان سيال و گشتاورهاي وارد شده براي بستن و بازكردن آن داراي مقاومت كافي باشد. لذا در انتخاب جنس بدنه و روش اتصال بدنه به خط لوله بايد دقت كافي نمود. يكي از مهمترين مشخصه هاي بدنه شير و يكي از وجوه تمايز شيرها از ديدگاه طراحان، ميزان مقاومت و ياسنجيده افت فشار ايجادي آن در برابر جريان سيال است. اين عامل در صنعت با پارامتري به نامCv است طبق مخفف Coefficient of Valve  كه اصطلاحاً به آن ضريب عملكرد شير مي گويند.طبق تعریف CV برابر است با با مقدار دبي آبي كه با دمايf  60° F، از شير عبور كرده و تنها به ميزانpsi1  در آن افت فشار ایجاد می شود.  به عبارت ديگر هرچه Cv  بیشتر باشد،در دبي ثابت افت فشار شير كمترمي شود.يكي ديگر از خصوصياتي كه در بدنه شيرها مي توان به آن اشاره كرد، سطح مقطع عبور سيال است. به طور كلي شيرها به سه دسته اصلي Reduce port ،Standard port ،Full port تقسيم مي شوند. آن دسته از شیرهایی که سطح مقطع عبور سیال در طول آنها معادل قطر نامی لوله باشد،
Full port نام دارند. در شیرهای standard port  سطح مقطع جريان عبوري، تنها يك سايز از قطر لوله كوچك تر بوده و به شیرهایی که دهانه عبور سیال در آنها، بیش از یک سایز کوچک تر از قطر اسمی لوله باشد، Reduce Port می گویند.
يكي ديگر از شناسه هاي شير، جهت نصب آن است. بعضي از شيرها را مي توان از هر دو طرف روي خط نصب كرد كه به آنها bi-directional مي گويند، اما شيرهايي وجود دارند كه جهت نصب آنها روي خط از سوي سازنده به صورت پيكاني روي بدنه مشخص شده است. اين شيرها كه در صنعت بيشتر با نام uni- directional شناخته مي شوند، در صورت نصب در جهت اشتباه، مي توانند به شدت آسيب ديده و يا به  سرعت مستهلك شوند. همچنين احتمال كنده شدن قطعاتي از شير و حمل شدن آنها توسط سيال و آسيب ديدن تجهيزات پايين دستي نيز وجود دارد. لازم به ذكر است شيرهاي چند جهته يا multi directional نيز وجود دارند كه معمولاً از نوع شيرهاي توپي بوده و براي تعيين مسير جريان استفاده مي شود.

بندآور(Wedge)

وظيفه بندآور يا مجرابند، مسدود و يا برقرار نمودن مسير عبور جريان سيال ميباشد. نكته مهمي كه در مورد بندآور وجود دارد، جهت حركت آن نسبت به جهت حركت سيال است كه به چند شكل زير مي باشد:
1- حركت بندآور مي تواند عمود بر جهت حركت سيال باشد و مسير عبور را باز يا مسدود كند. از آنجايي كه در اين شيرها در حالت نيم هباز تنها بخش محدودي از بندآور در معرض كل جريان عبوري قرار گرفته و سريع تر ساييده مي شود، اين شير ها عموماً در مواردي كاربرد پيدا مي كنند كه صرفاً برقراري يا قطع كامل جريان مد نظر باشد. در اين شيرها با توجه به جهت قرارگرفتن بندآور و متعلقات آن، نياز به فضاي كمي براي شير داريم. به همين دليل شير كوچك تر و سبك تر مي شود. اين كاهش وزن و ابعاد، هزينه توليد را كاهش مي دهد.
2- حركت بندآور مي تواند به موازات جهت حركت سيال باشد. در اين حالت حركت بندآور و جريان به گونه اي است كه در حالت نيمه باز شير، سيال عبوري به طور متقارن از محيط بندآور گذشته و در نتيجه سايش يكسان در بندآور اتفاق مي افتد. با توجه به طراحي ساختار اين نوع شيرها، سايش متقارن تأثير كمتري در ايجاد نشتي در شير دارد. به همين جهت معمولاً از آنها براي كنترل جريان استفاده مي شود. لازم به ذكر است ساخت اين شيرها مشكل تر بوده و هزينه بالاتري دارد.
3- در برخي از شيرها، بندآور مي چرخد و با چرخش خود مسير عبور سيال را باز يا مسدود مي كند. از آنجايي كه اين شيرها سرعت عمل بالايي دارند، استفاده از آ نها در محل هايي كه باز و بسته شدن سريع شير مورد نياز باشد، متداول است.
نكته قابل ذكر در اين گونه شيرها، تشخيص وضعيت شير، از روي جهت دستة آن است. اگر دسته شير موازي خط لوله باشد، شير باز و اگر عمود بر خط لوله باشد، شير بسته است.

ساقه(Stem)

ساقه وسيله اي است كه موجب حركت بندآور در در بدنه شير مي شود. در شيرهايي كه حركت بندآورخطي است، چه عمود بر جهت جريان سيال باشد و چه مخالف آن، ساقه نيز حركت خطي خواهد داشت.
حركت ساقه مي تواند به دو شكل باشد، يكي حالتي كه خود ساقه نيز همراه بندآور حركت خطي داشته يا Rising stem باشد و ديگري اينكه ساقه در محل خود ثابت بماند. در حالت اول شير را اصطلاحاَ شيرهايي با ساقه هاي بالا رونده مي نامند. باز يا بسته بودن اين نوع شيرها را مي توان با يك نگاه به ساقه شير تشخيص داد. بالا بودن ساقه به معني باز بودن شير است و پايين بودن آن به معني بسته بودن شير مي باشد. در اين شيرها بايد حتماً فضايي در بالاي شير، جهت حركت عمودي ساقه در نظر گرفت. در جاهايي كه محدوديت فضا از مسائل مهم طراحي باشد يا احتمال ضربه خوردن ساقه وجود داشته باشد، استفاده از اين نوع شيرها چندان متداول نيست. در اين نوع شيرها معمولاً با توجه به سيال سرويس و مقاومت شيميايي ساقه در برابر آن، مي توان رزوه هاي روي ساقه را داخل يا خارج از محيط داخلي شير قرار داد. اگر سيال سرويس سيالي خورنده
باشد، بهتر است براي بالاتر بردن عمر مفيد شير، رزو ههاي ساقه در تماس با سيال سرويس قرار نگرفته و در خارج از بدنه شير تعبيه شوند. البته در اين نوع شيرها كه به آنها نيز مي گويند، ساقه در معرض جذب گرد و خاك و تشكيل رسوب در Rising stem-Outside screw سطوح ميان رزوه ها قرار مي گيرد، كه در صورت تميز نشدن مداوم، مي تواند عملكرد شير را مختل نمايد.
نوع ديگر شيرها كه رزو ه هاي ساقه در داخل بدنه آنها قرار دارند، معمولاً در مواردي استفاده می شوند كه سيال غير خورنده و تميز باشد. به اين نوع شيرها
Rising stem- Inside screw گفته مي شود. عموماً اين طراحي تنها در شيرهاي كروي نصب شده در خطوط انتقال آب تصفيه شده و تميز كه فاقد ذرات معلق جامد باشد، به كار گرفته مي شود.
در نوع دومِ شيرها از نظر حركت ساقه، وضعيت ساقه شير مستقل از وضعيت بندآور، ثابت مي ماند. در اين نوع شيرها كه به آنها Non-rising stem مي گويند، اگرچه نياز به فضاي كمتري براي نصب شير   وجود دارد، اما آگاهي از وضعيت بندآور بدون تغيير وضعيت آن غير ممكن مي شود. رزوه ساقه اين نوع شيرها تنها مي تواند در داخل بدنه قرار داشته باشد. براي به حركت درآوردن ساقه از وسيله اي به اسم Hand wheel استفاده مي شود. اين عضو معمولاً در شير هاي ربع گرد، به شكل يك دستگيره است؛ اما در ديگر شيرها عموماً به شكل دايره، مي باشد. مهمترين نقش Hand wheel تبديل نيروي بهره بردار به نيرويي است كه بتواند بندآور را حركت دهد. لذا در شيرهاي بزرگ، براي جابجايي يك سانتيمتري بندآور، بايد Hand wheel را چند دور بچرخاند.

درپوش(Bonnet)

درپوش قطعه اي از شير است كه ساقه و نوارهاي آب بندي را در بر گرفته و از بالا روي بدنه شير قرار مي گيرد. از مزاياي وجود درپوش، ايجاد امكان دسترسي به اجزاي داخلي شير، به ويژه هنگامي كه شير روي خط نصب شده، مي باشد. در بعضي از انواع شيرها، در حالت باز، بندآور در داخل درپوش جاي مي گيرد. به اين درپوش اصطلاحاً بونت نيز ميگويند. براي آب بندي فضاي بين درپوش و بدنه از واشر استفاده مي شود. برخي از شيرها به گونه اي طراحي مي شوند كه درپوش مجزا ندارند؛ در حقيقت درپوش و بدنه شير با يكديگر ادغام شده و يك بخش واحد را تشكيل مي دهند كه در اصطلاح به آن درپوش يا بونت يكپارچه مي گويند.
در شيرهايي كه ساقه دارند، روي درپوش سوراخي براي خروج ساقه از آن تعبيه شده است. برای  جلوگيري از نشت سيال از كنار ساقه به بيرون، در درپوش شير، محلي براي قرارگيري حلقه هاي آب بندي یا packing ها در نظر گرفته مي شود. روي اين حلقه ها يك بوش قرار گرفته و نيروي لازم براي محكم كردن و آ ب بندي كامل را روي اين حلقه ها اعمال و توزيع مي كند. اين فشار را به كمك گلند gland و پيچ هاي آن توليد و تنظيم مي كنيم. فشار كم تر از حد لازم، نشتي را در پي داشته و فشار بيش از حد نيز موجب سختي حركت ساقه و خرابي زودرس حلقه هاي آب بندي مي شود. حلقه هاي آب بندي معمولاً از مواد مختلفي مانند گرافيت، آزبست، تفلون، سرب و يا كامپوزيت آزبست- گرافيت تهيه مي شوند.
در برخي از موارد كه سيال عبوري از شير بسيار سرد يا گرم مي باشد و احتمال آسيب ديدن آ ب بندها وجود دارد، با بلندتر كردن درپوش و ساقه و در نتيجه دور شدن آ ب بندها از سيال سرويس، امكان تبادل حرارت سيال محبوس در درپوش با محيط فراهم مي شود تا آ ب بندها در بازه دمايي قابل تحمل خود قرار گيرند. براي بيش تر كردن سطح حتي در مواردي ممكن است از درپو شهاي پره دار Finned Bonnets انتقال حرارت استفاده شود. از ديگر موارد استفاده از شيرهاي با ساقه بلند در خطوط لوله اي است كه در زير زمين مدفون شده اند.

نشيمن گاه(Seat)

براي آنكه بين بندآور و بدنه شير به خوبي آب بندي شود از قطعه اي به نام نشيمن گاه استفاده مي شود. ازمهمترين دلايل استفاده از اين قطعه در شيرها موارد زيرمي باشد:
1- در برخي از موارد، اجسام بيروني وارد سيال مي شوند و در هنگام بستن شير، بين بندآور و بدنه به دام مي افتند و در نتيجه موجب ايجاد خراش روي بدنه مي گردند. از آنجاييكه خراشهاي بوجود آمده در اين محل قابل ترميم نبوده و سبب بروز نشتي مي شود، معمو لاً از قطعه نشيمن گاه با جنس سختتري نسبت به بدنه استفاده مي گردد تا تحمل بيشتري در برابر فشار بندآور و ساييدگي داشته باشد.
از آنجاييكه هزينه ساخت و تعمير بندآور بسيار بيشتر از نشيمن گاه است، معمولاً بندآورها را كمي سخت تر از نشيمن گاه مي سازند تا در هنگام تماس و سايش ميان اين دو عضو كه اجتناب ناپذير است نشيمن گاه قرباني بندآور شده و از سايش بندآور جلوگيري شود.
2- از آنجاييكه نشيمن گاه در معرض سايش سيال قرار دارد، با گذشت زمان، اين قطعه دچار ساييدگي مي شود و به همين دليل معمولاً طراحي آن به گونه اي است كه بتوان آنرا به سادگي تعويض نمود.
يك شير مي تواند يك يا چند نشيمن گاه داشته باشد مثلاً در شيرهاي دروازه اي معمولاً در هر دو سوي ورودي و خروجي نشيمن گاه نصب مي شود تا در واقع با دو سري آب بندي، احتمال نشتي شير تا حد امكان كاهش يابد.
نشيمن گاه ها در دو نوع يك پارچه و قابل تعويض ساخته مي شوند. معمولاً در ساخت آ نها از استليت يا ديگر آلياژهاي فولادي خاص كه حاوي كروم، نيكل، مس يا كوبالت هستند، استفاده شده و ممكن است مقاومت آن ها با عمليات حرارتي يا پوشش هايي (Coating) از مواد سخت، در مقابل سايش و فرسايش بهبود يابد.

يوك(Yoke)

معمولاً در شيرهاي Outside Screw كه رزوه هاي ساقه بيرون بدنه قرار دارند، از قطعه اي به نام يوك استفاده مي گردد. اين قطعه، مهره ساقه را در بر گرفته و نيروهاي وارد شده به آن را كه از جانب سيال مي باشد، مهار مي كند. همچنين در شيرهايي كه داراي محرك هستند، از اين قطعه به عنوان پايه محرك استفاده مي گردد. از آن جايي كه يوك بايد بتواند نيروها و گشتاورهايي كه در هنگام عمل كردن سيستم محرك به بدنه منتقل مي شود را به خوبي تحمل كند، بازوهاي يوك در شير هاي خودكار، ضخيم تر و قوي تر است. عموماً يوك و درپوش به صورت يكپارچه ساخته مي شوند. لازم به ذكر است مهره ساقه را یا Yoke nut يا Stem nut مي گويند.

محرك(Actuator)

در بسياري از موارد نياز است كه شير به وسيله نيروي محركي غير از انسان، باز و بسته شود. از آن جمله مي توان موارد زير را نام برد:
1- زماني كه شير در فاصله دور قرار دارد و لزومي به حضور اپراتور جهت باز و بستن آن وجود نداشته باشد. معمولاً اين نوع شيرها دو حالته باز و يا بسته هستند كه به آنها
Shut off valve مي گويند.
2 -در صنعت نياز است تا براي كنترل فرايند واحد و انجام صحيح عمليات دستگاه ها دبي سيال بصورت لحظه اي و با دقت بسيار زياد تغيير كند. به اين جهت از سيستم كنترل استفاده مي شود تا اين تغييرات را اعمال نمايد. براي آنكه سيستم كنترل بتواند شيرها را بصورت لحظه اي و با دقت بالا كنترل نمايد، نياز به محرك دارد تا از طريق فرمان دادن به، درصد باز و بسته بودن شير را تغيير دهد. معمولاً شيرهاي كروي به عنوان شير كنترل مورد استفاده قرار مي گيرند.
3- زماني كه شيرها از حدي بزرگتر مي شوند ديگر باز و بسته كردن آ نها با نيروي انسان قابل انجام نمي باشد. به همين دليل از محرك استفاده مي شود.
در برخي از موارد به دلايل ايمني لازم است كه شير به سرعت باز يا بسته شود. در اينگونه موارد نيز از  محرك براي باز و بسته كردن شيرها استفاده مي كنند. به اين نوع شيرها Emergency shut off valveيا ESV مي گويند . محرك ها  يا Actuatorها ميتوانند نيوماتيك، الكتروموتور، هيدروليك و… باشند.

جنس(Material)

براي ساخت شيرها، بسته به كاربردشان، از مواد مختلفي استفاده مي شود. به عنوان مثال مي توان به موارد زير اشاره كرد:
براي خطوط انتقال آب يا اسيد با فشار پايين مناسبند.

• موادي مانند پلي اتيلن يا PVC.
• شيرهاي برنجي (Brass) براي خطوط انتقال آب و مواد نفتي در دما و فشار پايين كاربرد دارند.
• شيرهاي برنزي (Bronz) در خطوط انتقال آب و محلو لهاي نمكدار و مواد نفتي با دماي زير300°Cو فشار كمتر از 250psi كاربرد دارند.
• چدن براي انتقال آب و مواد نفتي با دماي زير °250C مناسب است.
• در كاربرد هاي فشار و دماي بالا از فولاد هاي مختلف استفاده مي شود.
• در صورت سروكار داشتن با مواد خاص (مانند هيدروژن، اولئوم يا گاز كلر) از مواد و آلياژهاي ويژه اي در ساخت شير استفاده مي شود.
در هنگام طراحي با انتخاب جنس مناسب، شير را براي تحمل فشار معين و مشخصي تجهيز مي كنند. به اين فشار عموماً « كلاس شير » مي گويند. مثلاً يك شير كلاس 150 ، در دماي 25 درجه سانتيگراد مي تواند  150psi يا حدود 10,7 اتمسفر را تحمل كند. بايد به خاطر داشته باشيد كه تحمل فشار يك شير با تغيير دما، تغيير مي كند اما همين شير در دماي 500 درجه سانتيگراد، تنها فشاري معادل   41psi  را تحمل مي كند. در نتيجه فشار تحمل شير –بسته به دماي كاركرد شير- مي تواند بيشتر، مساوي يا كمتر از كلاس شير باشد! به همين منظور معمولاً در كتابچه راهنماي شير جداولي وجود دارد كه ميزان تحمل  فشار شير در دماهاي مختلف را بيان مي كند. معمولاً شيرها در كلاسهاي استاندارد و متداول 150، 300، 600  ،800 ،900 ،1500 و 2500 توليد مي شوند.  معمولا همة اجزاي شير داراي جنس يكسان نمي باشند، چراكه برخي از آنها در معرض سايش، خوردگي وديگر عوامل مخرب قرار دارند و آنها را از جنس مناسب تري مي سازند و در مواقع لازم تعويض مي شوند.  به اين قطعات داخلي شير كه در تماس مستقيم با سيال سرويس و قابل تعويض هستندTrim ،مي گويند. براي مثال اجزائي مانند بندآور، نشيمن گاه و ساقه جزو Trim به حساب مي آيند.

منابع

1- General Operating Manual for Valves, Version 040101
2- Valve Selection Handbook, 5th Edition
3- MECHANICAL SCIENCE, Module 4, Valves
4- Babcock & Wilcox, Steam, Its Generation and Use, Babcock & Wilcox Co.,
1978.
5- Schweitzer, Philip A., Handbook of Valves, Industrial Press Inc.
6- DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK, MECHANICAL SCIENCE, Volume 2 of 2,
U.S. Department of Energy
7-  Piping Handbook,  Mohinder  L.  Hayyar
8- Valve Design: Special  for  Corresives  , Holmberg E. G.
9- Intrinsic Back Pressure in Safety Valves, Huff, James E.
10- Reliable Operation of Type-Tested Safety Valves with the Influence of the
Inlet Piping, B. Follmer (Bopp & Reuther).
11- Pressure-Temperature Ratings of Steel Valves, Awtrey, P. H