شیر توپی (Ball valve) نوعی شیر ربع-گرد است که عضو مسدودکننده جریان آن به صورت یک کره سوراخ دار است که حول یک محور عمودی نسبت به جهت جریان سیال دوران می‌نماید. وقتی سوراخ در راستای جریان قرار بگیرد شیر باز بوده و وقتی سوراخ عمود بر مسیر جریان قرار بگیرد شیر بسته می‌شود. وقتی دسته شیر در راستای مسیر قرار داشته باشد نشانگر بازبودن شیر و وقتی دسته آن عمود بر مسیر جریان باشد نشانگر بسته بودن شیر می‌باشد.
در کاربردهای کرایوژنیک و کاربردهایی که احتمال انبساط گاز محبوس در محفظه میانی وجود دارد یک سوراخ ونت (سوراخ تخلیه هوا) بر روی بدنه تعبیه می‌گردد.
استفاده طولانی مدت از این شیرها برای کاربردهای تنظیم جریان صحیح نمی‌باشد، چرا که باعث خوردگی توپی و در نتیجه ایجاد نشتی داخلی در شیر می‌گردد.
ساختار کلی وعملکرد
این نوع شیر در دسته‌بندی شیرآلات قطع و وصل جریان (on- off) قرار داشته و در حالت نیم باز دچار آسیب خواهند شد. عضو مسدودکننده کانال جریان (کره یا گهگاه نیم کره)، که به وسیلهٔ ساقه شیر حرکت ۹۰ درجه‌ای خواهد داشت وظیفه باز و بسته کردن شیر را برعهده دارد. به همین دلیل به آن‌ها شیرهای quarter-turn action و Quick Opening نیز می‌گویند. در روی توپک سوراخی تعبیه گردیده‌است که در حالت باز در مسیر کانال جریان قرار خواهد گرفت.
انواع شیرهای توپی
پنج نوع اصلی از بدنه شیرهای توپی وجود دارد که این تقسیم بندی برمبنای اینکه چگونه ساخته می شوند انجام شده است:
- یک تکه (Single Body)
- سه تکه (Three Piece)
- بدنه چند تکه (Split Body)
- ورود از بالا(top Entry)
- بدنه جوشی (Welded Body)
شیرهای توپی Trunnion Mounted و Floating Ball
شیرهای توپی از نقطه نظر مهار توپی درون بدنه به دو گونه Trunnion Mounted و Floating Ball تقسیم می‌شوند.
Floating Ball
در این نوع شیرها، توپی یا بال فقط از سمت بالا مهار شده و توپی می‌تواند توسط جریان سیال کمی در مسیر جریان بازی کند. این نوع شیرها برای فشارهای کاری پایین‌تر طراحی می‌شوند.
Trunnion Mounted
در این نوع نصب، توپی از بالا و پایین مقید شده و فقط قادر به دوران است. دو عدد حلقه با شیارهایی که درون آن‌ها تفلون جهت آب‌بندی قرار دارد-که به آن سیت-رینگ می‌گویند- در دو طرف توپی قرار دارند که توسط فنرهایی که در پشت این سیت رینگ‌ها هستند به بال فشرده می‌شوند. این نوع شیرها مناسب فشارهای کاری بالاتر بوده و معمولاً قابلیت double block and bleed دارند. به معنا که شیر در دو سمت بال کاملاً مستقل آب بند بوده و اگر هر سمتی از خط دارای فشار باشد جریان معکوس نمی‌تواند شکل بگیرد. سوراخ کوچکی در وسط شیر به نام «پورت درین یا تخلیه» وجود دارد که می‌توان از ان شیر را تخلیه کرد یا در اصطلاح bleed گرفت.
مزایای شیرهای توپی
این شیرها بسیار بادوام بوده و حتی پس از استفاده نکردن طولانی بسیار قابل اطمینان هستند. این خواص باعث شده که این شیرها در بسیاری از کاربردها بر شیرهای نوع دروازه ای و کروی پیشی بگیرند. خواص عالی شیرهای توپی باعث شده این شیرها در کاربردهای گسترده صنعتی راه پیدا کنند و برای فشارهایی تا ۱۰۰۰ بار و دماهایی تا ۴۰۰ درجه سلسیوس مورد استفاده قرار گیرند.
معایب شیرهای توپی
یکی از عیوب شیرهای توپی این است که می‌توانند سیال را در محفظه میانی به دام بیندازند و اگر این سیال تخلیه نگردد می‌تواند در یخبندان باعث ترک خوردن بدنه گردد.
از شیر توپی نمی توان برای عبور مخلوط مایع و جامد استفاده کرد زیرا تجمع ذرات معلق و باقی مانده باعث نشت دریچه می شود. این ذرات در حفره هایی در مجاورت بال Ball و سیت (Seat) حالت جامد پیدا کرده و سفت شوند. شیرهای توپی برای گازها و سایر جریانات مایع بسیار کارآمد هستند (حتی مواد شیمیایی نظیر کلر خشک، اسید هیدروفلوئوریک یا اسید هیدروکلریک، و اکسیژن را نیز به چالش می کشند.)
