در ایران شیرهای کروی، سوزنی و پیستونی همگی به نام شیرآلات سوزنی شناخته می شوند. پرکاربرد ترین نوع شیر برای کنترل جریان، شیر سوزنی می باشد. این نوع از شیر با توجه به ساختار بدنه و نوع دیسکی که دارد امکان تنظیم دبی جریان را می­دهد.

شیر کروی ، سوزنی

در اینگونه از شیرآلات عضو مسدود کننده جریان در جهت عمود بر سطح سیت حرکت می کند که همین منجر به افت فشار بسیار شدید در این مدل از شیرآلات می شود. می­توان ادعا کرد که شیر­های سوزنی بیشترین میزان افت فشار را مابین شیرآلات دارا می باشند. عموماً طراحان سیستم پایپینگ از این مدل شیر برای قطع و وصل جریان استفاده نمی کنند زیرا افت فشار ایجاد شده در آن برای طراح قابل قبول نیست.

در شیر­های سوزنی و در دماهای پایین سیال باید از سمت زیر دیسک به قسمت دیگر وارد شود. یعنی آنکه در چنین شرایطی برای عملکرد بهتر شیر باید فشار بر قسمت تحتانی دیسک وارد شود. در اکثر شیر­های سوزنی به منظور نصب صحیح ولو توسط اپراتور، جهت نصب بر روی بدنه شیر حک شده است. در موارد بسیار کم یاب و خارج از عرف، شیر سوزنی به نحوی نصب می شود که فشار بر قسمت فوقانی دیسک وارد شود که از آن­ها می توان به سیستم­های دما بالای بخار اشاره کرد.

در شکل زیر قسمت­های مختلف یک ولو کروی نشان داده شده است.

قسمت های مختلف شیر های کروی

از مهم­ترین مزایای شیر­های کروی می توان به کم بودن طول کورس دیسک اشاره کرد، به زبان دیگر فاصله­ای که دیسک بین حالت کاملاً باز و کاملاً بسته طی می کند بسیار کم می باشد از این رو، شیر­های کروی زمان عکس العمل مناسبی را دارند . تعمیرات ولوهای کروی ساده می باشد و در بسیاری از مواقع این مدل از شیرآلات بدون خارج شدن از خط تعمیر می شوند.

از مهمترین معایب شیر کروی که پیش­تر نیز به آن اشاره شد، افت فشار بسیار بالای این مدل از شیر می باشد. همچنین برای باز و بسته کردن این مدل شیر به نیروی گشتاور زیادی نیاز است.

از نظر ساختار ظاهری به سه دسته کلی Z type، Wye Type و مدل Angle تقسیم بندی می شوند. در شکل زیر هر سه مدل آن نمایش داده شده است.

انواع شیرهای کروی بر حسب ساختار ظاهری آن

مدل Z بر اساس نحوه حرکت سیال در شیر به آن اطلاق شده است. در این تایپ شیر کروی، سیال پس از برخورد اولیه به شیر به اندازه 90 درجه تغییر زاویه می دهد و سپس در زمان خارج شدن از شیر نیز به اندازه یک 90 درجه تغییر جهت می دهد. این دو تغییر جهت سیال باعث شده که میزان افت فشار در این تایپ شیر کروی بسیار بیش­تر از سایر مدل­ها باشد. در این تایپ از شیر، Stem  و دیسک در جهت عمود بر حرکت سیال حرکت می کنند.

لازم است اشاره شود که به دلیل آنکه افت فشار در این تایپ زیاد می باشد، استفاده از آن در خطوطی که شیر برای مدت طولانی باز می باشد و سیال از آن عبور می کند مناسب نیست. این تایپ از شیر برای خطوط By-Pass بسیار مناسب می باشند.

در تایپ y یا به عبارتی Wye، استم و بونت دارای یک زاویه 45 درجه نسبت به مسیر ورودی سیال دارا می باشند. این تغییر زاویه اندک باعث می شود تا سیال با زاویه کمتر از 90 درجه وارد شیر شود و با همچین زاویه­ای از آن خارج شود. از این رو، این تایپ از شیر کروی، کمترین میزان افت فشار را مابین تایپ­های مختلف شیر­های کروی دارا می باشد.  بنابراین در سیستم­هایی که برای مدت طولانی سیال جریان دارد و شیر باز است، برای تنظیم جریان از این تایپ از شیر­های کروی استفاده می شود.

تایپ زاویه ای (شیر 90 درجه):

شیر 90 درجه و یا Angle Valve، برای جاهایی مناسب است که سیال باید یک تغییر مسیر 90 درجه را در طول مسیر خود طی کند. در واقع این مدل از ولو، به صورت همزمان وظیفه یک شیر کروی و یک زانویی 90 درجه را انجام می دهد.  معمولاً از شیر­های 90 درجه برای سیال های تمیز استفاده می شود.

محور درون ولو­های کروی، همانند شیر­های کشویی دارای دو حالت Rising Stem و Non Rising Stem می باشد. در حالت Rising، در حالتی که شیر باز است شفت از محور شیر بالا می زند و در خارج از کلاهک شیر قرار می گیرد در صورتیکه در حالت Non Rising Stem، محور شیر پس از باز شدن درون شیر قرار دارد.

قسمت Seat شیر­های کروی یا ممکن است با بدنه به صورت یکپارچه باشند و یا ممکن است به بدنه پیچ شده باشند. در بسیاری از شیر­های کروی مابین محل عبور استم از بدنه شیر به سمت بونت از آب بندی به نام Backseat استفاده می شود. در واقع این آب بند، وظیفه آب بندی بین محور و کلاهک را دارد. هنگامی که شیر کاملاً باز است و محور در بالاترین نقطه خود قرار دارد، دیسک بر روی Backseat نشسته و مانع از ورود سیال به قسمت کلاهک یا Bonnet می شود.

قسمت های مختلف شیر سوزنی

به همین دلیل که طول کورسی که دیسک در این مدل از شیر­ها طی می کند بسیار کم می باشد و در واقع زمان پاسخ سریعی دارند، بدنه بسیاری از کنترل ولو­ها، شیر سوزنی می باشد. استفاده از کنترل ولو­ها در صنایع مختلف از جمله صنایعی که سیال آن­ها بخار می باشد بسیار رایج است.