شیرهای سوزنی، که بعضاً به آنها شیرهای پیستونی نیز گفته می‌شود، شیرهای تنظیم‌کننده هستند که مهندسان به‌وسیلۀ آن جریان و فشار سیّال را به خوبی کنترل و تنظیم می‌کنند.
شیرهای سوزنی از نظر طراحی مشابه شیرهای کروی است، ولی بزرگترین تفاوت آن، دیسک تیز سوزنی شکل آن است.
شیر سوزنی دارای یک درگاه کوچک و یک پیستون سوزنی شکلِ رزوه‌دار است.
این ترتیب و آرایش، اجازه می‌دهد اندازۀ دهانه، افزایش و یا کاهش تدریجی یابد که امکان تنظیم دقیق جریان فراهم شود، اگرچه به‌طور کلی شیر سوزنی فقط مناسب سرعت نسبتاً کم جریان است.
شیرهای سوزنی می‌توانند به‌صورت دستی یا اتوماتیک کار کنند.
شیرهای سوزنی خودکار به یک موتور هیدرولیک یا یک محرک هوا متصل هستند که شیر را به‌طور خودکار باز و بسته می‌کند.
در زمان نظارت بر ماشین‌آلات، موتور یا محرک، موقعیت پیستون را با توجه به تایمرها یا داده‌های عملکرد خارجیِ جمع‌آوری‌شده تنظیم خواهد کرد.
هم شیر سوزنی دستی و هم خودکار، کنترل دقیقی از میزان جریان ارائه می‌دهند.
یکی از ویژگی‌های طراحی اکثر شیرهای سوزنی این است که جهت ایجاد و باز شدن، فضای بسیار کمی برای تعداد قابل توجهی چرخش مورد نیاز است.
این موضوع، امکان کنترل درست، دقیق و تدریجی مقدار مایع/گازی را فراهم می‌سازد که می‌تواند از شیر عبور کند.
علاوه بر این، می‌تواند مانع از آسیب به سنجه‌هایی گردد که ممکن است تحت تأثیر انفجار ناگهانی مایع/گاز قرار گیرند و به‌طور کلی، کنترل و تنظیم بهتر را امکان‌پذیر می‌کند.
اصول کارکرد شیر سوزنی
شیرهای سوزنی، شیرهای سوراخ‌دار را که با یک دیسک سوزنی مخروطی باز می‌شوند، باز و بسته می‌کنند که با چرخش چرخ‌دستی یا با کمک هرگونه مکانیسم کنترل خودکار، بالا و پایین می‌شوند.
غالباً پایۀ شیر نیز مخروطی (نوک‌تیز) است.
پیستون سوزنی شیر به‌طور کامل در پایه قرار می‌گیرد.
به‌دلیل این طراحی منحصر به فرد، شیر سوزنی می‌تواند میزان عبور مایعات درون شیر را به درستی و با دقت کامل کنترل نماید.
وقتی چرخ‌دستی در یک جهت چرخیده می‌شود، پیستون بالا رفته تا شیر باز شود و مایعات از آن عبور کنند.
هنگامی که چرخ‌دستی در جهت دیگر چرخیده می‌شود، پیستون به پایه نزدیکتر شده تا میزان جریان را کاهش دهد یا شیر را ببندد.
گزینه‌ها و اندازه‌های مختلفی برای اتصال آن به یک لوله یا شلنگ از طریق اتصال درگاه، در ورودی و خروجی موجود است.
درپوش به محفظۀ شیر متصل است که می‌تواند از مواد مختلفی مثل برنج یا فولاد ضد زنگ ساخته شده باشد.
موارد استفاده شیر سوزنی
شیرهای سوزنی اغلب به‌عنوان شیرهای اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شیرهای سنجش (اندازه‌گیری) کاربری بسیار خوبی جهت کنترل جریان دارند.
شیرهای سوزنی برای کنترل جریان و محافظت از سنجه‌های بسیار ظریف، در برابر آسیب ناشی از فشار ناگهانی مایعات و گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شیرهای سوزنی در سیستم‌های هیدرولیک کم‌فشار، فراوری مواد شیمیایی، و سایر خدمات گاز و مایع استفاده می‌گردند.
شیرهای سوزنی در اپلیکیشن‌های اندازه‌گیری جریان، خصوصاً زمانیکه باید دبیِ ثابت، کالیبره شده و پایین برای مدتی حفظ شود، استفاده می‌گردند.
از آنجاکه سرعت جریان کم بوده و بسیاری از چرخش‌های ساقۀ شیر برای باز و بسته شدن کامل مورد نیاز است، شیرهای سوزنی برای کاربردهای سادۀ خاموشی، مورد استفاده نیستند.
اغلب شیرهای سوزنی کوچک و ساده به‌عنوان شیرهای هواگیری در کاربردهای گرمایش آب استفاده می‌گردند.
یکی از معمول‌ترین مکان‌ها برای شیرهای سوزنی، نظارت بر جریان گاز، مانند پروپان در یک سیستم است.
شیرهای سوزنی نیز بعضاً در سیستم‌های خلأ جهت آزاد کردن گاز کنترل شده و در عین حال پایدار و بدون فشار زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
الزامات انتخاب شیر سوزنی
هنگام انتخاب شیر سوزنی، چهار ویژگی اصلی باید مورد توجه قرار بگیرند:
مواد ساخت
فشار مایع
اندازۀ دهانه یا مخروط
دمای مایع
مواد ساخت
مواد ساخت و ساز شیر سوزنی با توجه به کاربرد و استفاده آن مشخص می‌شوند.
متداول‌ترین مواد ساخت شیرهای سوزنی، برنج و فولاد ضد زنگ بوده که دلیل آن، دامنۀ مقاومت شیمیایی آنان است.
به هرحال، مواد دیگری نیز برای کاربردهای خاص در دسترس است.
فشار مایع
دریچه‌های سوزنی مقاوم می‌توانند فشاری تا (4000 و 5000 275)psi تا bar413 در دمای 100 درجه فارنهایت (38 درجه سانتی‌گراد) را کنترل کنند.
در صورت نیاز به فشارهای بیشتر، همچون کاربردهای هیدرولیک با فشار بالا، شیرهایی با عملکرد بالا در دسترس هستند که می‌توانند فشارِ تا (10000 bar689 ) psi در 100 درجه فارنهایت (38 درجه سانتی‌گراد) را کنترل نمایند.
در صورت نیاز به شیر سوزنیِ وکیوم (خلأ) برای کنترل فشار پایین، طراحی‌های ویژه‌ای نیز موجود است.
اندازۀ دهانه یا مخروط
طیف وسیعی از شیرهای سوزنی با اندازه‌های مخروط و دهانه‌های مختلف وجود دارند.
درگاه‌های اتصال نیز می‌توانند انتهای نر و ماده باشند.
متداول‌ترین شیر سوزنی استفاده شده در محدوده بین “2 تا 12 میلی‌متر تا 1/8 تا 2 میلی‌متر” هستند.
اطمینان از اندازۀ صحیح درگاه و مخروط، جریان کارآمد عملکرد سیستم را با احتمال پایین سایش و یا نشت تضمین می‌کند.
دمای مایع
شیرهای سوزنی برای کاربردهایی با دمای بالا یا پایین مناسب هستند.
برای درجه حرارت شدید باید محفظۀ شیرآلات و مواد آب‌بندی را به طور مناسب مشخص نمود تا از مقاومت شیر سوزنی در برابر الزامات، اطمینان حاصل کرد.
دوتا از متداول‌ترین مواد آب‌بندی، PTFE (Teflon) برای محدودۀ دمای 65- درجه فارنهایت تا 450 درجه فارنهایت (54- درجه سانتی‌گراد تا 232 درجه سانتی‌گراد) و PEEK (پلی اتر اتر کتون) برای مقاومت دمای افزایش یافته تا 600 درجه فارنهایت (315 درجه سانتی‌گراد) هستند.
.