هر آنچه که درباره ساخت شیرالات باید بدانید

بر اساس مطالعات انجام شده توسط بنیاد تحقیقاتی انجمن آب آمریکا در سال 1999 و جمع‌آوری داده‌های مصرف آب از 1188 اقامت‌گاه، مشخص شد که شیرهای آب به ‌طور متوسط ​​8 دقیقه در روز باز هستند. در مورد استفاده روزانه، مصرف آب داخل ساختمان 69 گالن ( معادل 261 لیتر) بود و استفاده از شیر آب با مصرف 11 گالن (معادل 6/41 لیتر) در سومین رتبه از پرمصرف‌ترین‌ها بود. در خانه‌هایی که از وسایل حفاظت از منابع آبی استفاده می‌کردند، شیرهای آب با مصرف ۱۱ گالن (معادل 6/41 لیتر) به رتبه دوم رسیدند. در این تحقیق همچنین مشخص شد که استفاده از شیر آب به شدت با تعداد افراد خانوار در ارتباط است و وجود نوجوانان و بزرگ‌سالان مصرف آب را افزایش می‌دهد. استفاده از شیر آب نیز با تعداد افرادی که خارج از خانه کار می‌کنند رابطه عکس دارد و برای کسانی که ماشین ظرف‌شویی دارند، مصرف آب کمتر است.

تاریخچه ساخت شیرالات

سیستم‌های لوله‌کشی از زمان‌های بسیار قدیم وجود داشته است. در حدود 1700 سال قبل از میلاد مسیح کاخ مینوی کنوسوس در جزیره کرت  دارای لوله‌های تراکوتا  بود که آب فواره‌ها و شیرآلاتی از جنس مرمر، طلا و نقره‌ را تأمین می‌کرد. لوله‌های سربی و اتاق‌ حمام‌های شخصی نیز در دوره روم، از حدود 1000 سال قبل از میلاد مسیح تا پس از میلاد وجود داشته است. در 476 سال بعد از میلاد نیز حمام‌های عمومی روم دارای شیرآلات نقره‌ای و وسایل دیگر از سنگ مرمر و طلا بودند. تا قرن چهارم پس از میلاد مسیح، روم دارای 11 حمام عمومی، 1352 فواره و آب انبار عمومی و 856 حمام شخصی بود.

سیستم‌های لوله‌کشی از جمله شیرآلات، از آن زمان تا به امروز به شدت تغییر کرده‌اند، سال‌ها بود که شیرهای آب با دو دستگیره، یکی برای آب سرد و دیگری برای آب گرم عرضه می‌شدند. این طراحی تا سال 1937 تغییری نکرد، تا این که در همان سال دانشجویی به نام آل موئن که در سیاتلِ واشنگتن زندگی می‌کرد، برای شستن دست‌هایش شیر آب را باز کرد و ناگهان به دلیل دمای بسیار بالای آب دستش دچار سوختگی شد. سوختگی دستش باعث شد ایده‌ای در ذهن او برای ساخت شیر آب تک‌دسته به وجود آید.

اولین طراحی آل موئن یک شیر آب بود که دو سوپاپ داشت و یک بادامک برای کنترل آن دو سوپاپ تعبیه شده بود. از آنجایی که شیر آب او به درستی کار نمی‌کرد، طرح او توسط یک تولید‌کننده عمده لوازم یدکی رد شد. سپس او به سراغ طراحی استوانه‌ای رفت. بعد از آزمون و خطای بسیار، او تصمیم گرفت شیری با عملکرد پیستون‌مانند بسازد که آبی با دمای دلخواه را به مصرف‌کننده بدهد. بین سال‌های 1940 تا 1945، او چندین شیر آب طراحی کرد و در نهایت موفق شد اولین شیر تک‌دسته را به فروش برساند.

در اواخر سال 1947 شیر آب با عملکرد مخلوطی (همان شیر تک‌دسته) در سانفرانسیسکو به یک جزء اصلی در سیستم لوله‌کشی محلی تبدیل شد. تا سال 1959 شیر آب تک‌دسته که توسط آل موئن طراحی شده بود در صدها هزار خانه در ایالات متحده وجود داشت و تقریباً در 55 کشور در سراسر جهان فروخته می‌شد. امروزه شیرآلات تک دسته به قدری محبوب هستند که در بیش از 40 درصد از خانه‌های شهروندان آمریکایی یافت می‌شوند.

آل موئن در طول زندگی خود اختراعات دیگری نیز داشت که می‌توان به کارتریج قابل تعویض (که باعث حذف واشر در شیرها می‌شد)، پرلاتور شبکه ای، دکمه فشاری دریچه دوش، اسپری چرخشی، شیر دوش متعادل‌کننده فشار و مجرای هوای کنترل جریان اشاره کرد. اما آل موئن تنها کسی نبود که دغدغه‌ی بهبود عملکرد شیر آب را داشت. در سال 1945، لندیس اچ.پری  اولین شیر توپی را در صنعت شیرآلات طراحی کرد. هدف او ارائه یک کنترل‌کننده حجم و ترکیبی ساده و موثر برای بهبود آب‌بندی در شیرآلات بود. این طرح باعث می‌شد شیرآلات به راحتی تعمیر شوند.

در سال 1952 یک ثبت اختراع برای شیر توپی‌ای که لندیس اچ.پری ساخته بود، صادر شد. اندکی پس از آن، الکس منوگیان حق ثبت اختراع او را خریداری کرده و اولین شیر دلتا را در سال 1954 معرفی کرد که بسیار موفق بود و تا سال 1958، تنها چهار سال پس از رونمایی این محصول، فروش شیر دلتا به بیش از 1 میلیون دلار رسید.

حدود 20 سال بعد، اختراع یک نوع شیر دیسکی- سرامیکی توسط ولورینگ برس برای کنترل جریان آب به ثبت رسید. بر خلاف کارتریج‌هایی که از لاستیک در مسیر آب استفاده می‌کنند، دیسک‌های سرامیکی تا حدی صاف و صیقلی می‌شوند که زبری سطح آن‌ها فقط با ابزارهای نوری قابل اندازه‌گیری است. چنین دیسک‌هایی به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش، دارای عمر طولانی‌تر و کنترل آب دقیق‌تری هستند. شیرهای حاوی این سرامیک در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از دیگر نوآوری‌های اخیر می‌توان به کارتریج‌هایی با فیلتر داخلی برای کاهش کلر، سرب و سایر آلودگی‌ها اشاره کرد. اسپری‌های (دوش) دارای بیرون‌کش داخلی، شیرآلات طراحی شده برای افراد دارای معلولیت و شیرهای برقی در اوایل دهه 1980 برای اهداف حفاظتی و بهداشتی معرفی شدند. شیرهای برقی به یک پرتوی مادون قرمز مجهز هستند که وقتی شخص دست‌های خود را زیر شیر آب می‌گیرد، حسگر عمل می‌کند و باعث باز شدن جریان آب می‌شود. شیرآلات الکترونیکیِ دارای باتری نیز در سال‌های اخیر در دسترس قرار گرفته‌اند.

مواد اولیه شیرالات

برنج، آلیاژی از مس و روی است که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در آب نرم و آب سخت، کاربرد بسیار زیادی در ساخت شیرآلات دارد. معمولا آلیاژ برنج حاوی برخی عناصر آلیاژی مانند بیسموت است تا پرداخت سطح آن ساده‌تر شود. برنج بسته به اندازه شیر آب به صورت میله‌ای با قطر 13/0 تا 2 اینچ (33/0 تا 5 سانتی‌متر) به کار گرفته می‌شود. اکثر اجزای دیگر که شیر آب را تشکیل می‌دهند از فلزات یا سرامیک‌های دیگر ساخته شده‌اند و به عنوان قطعات آماده از تولید‌کنندگان دیگر تهیه می‌شوند.

طراحی شیرالات

برای پاسخ‌گویی به نیازهای مختلف مصرف‌کنندگان، شیرآلات در طیف گسترده‌ای از مدل‌ها، رنگ‌ها و پوشش‌ها عرضه می‌شوند. طراحی‌های کاربرپسند ممکن است شامل طول دهانه بلندتر و دسته‌هایی با کارکرد ساده‌تر باشند. شکل شیر آب و پوشش آن بر روند ساخت تاثیر می‌گذارد. ماشین‌کاری یا ساخت برخی از طرح‌ها دشوارتر از سایرین خواهد بود. ممکن است برای دست‌یابی به ظاهری متفاوت از فرآیندهای متفاوتی استفاده شود.

برای مشتریان روی شیرآلات پوشش‌های ویژه‌ای از جمله نیکل پولیش‌خورده، نیکل صیقلی، مشکی، طلایی، پلاتینی و رنگ‌های مختلف موجود است. امروزه مصرف‌کنندگان می‌توانند ظاهر و رنگ شیر آب را سفارش ‌دهند و گاها پوشش‌های از چند نوع را با هم ترکیب می‌کنند و همچنین اکنون ضمانت طولانی‌تر و خدمات بیشتری در دسترس آن‌ها قرار دارد. قیمت‌ این محصولات برای مصرف‌کننده در بهار سال 2000 از 40 دلار تا 500 دلار متغیر بود.

فرآیند تولید

فرآیند تولید شیرآلات امروزه بسیار خودکار شده است و کامپیوترها، اکثر ماشین‌ها را در خط تولید کنترل می‌کنند. بنابراین بهره‌وری و کارایی در طول این سال‌ها بهبود یافته است. فرآیند اصلی شامل شکل‌دهی بدنه اصلی شیر آب (در صورت عدم نیاز به چرخش گاهی اوقات شکل‌دهی شامل دهانه شیر آب نیز می‌شود)، اعمال یک پوشش، و سپس نصب اجزای مختلف، بازرسی و بسته‌بندی است. صنعت شیرآلات نیز تحت تأثیر مقررات زیست‌محیطی قرار ‌گرفته است که نیازمند توسعه فرآیندهای ویژه‌ای است.

شکل‌دهی

1. دو روش برای ساخت بدنه شیر آب وجود دارد. اکثر تولیدکنندگان از فرآیند ماشین‌کاری برای شکل دادن به بدنه به اندازه و ابعاد دلخواه استفاده می‌کنند. این فرآیند شامل برش میله‌ها به شکل لوله‌های کوتاه و هدایت خودکار آن‌ها به مرکز ماشین‌کاری است که با کامپیوتر کنترل می‌شود که شامل طراحی چند‌محوری است. این دستگاه عملیات تراش، فرزکاری و سوراخ‌کاری را انجام می‌دهد. معمولاً برای ساخت یک قسمت حدود یک دقیقه زمان لازم است. شیرهای آب بزرگ‌تر ممکن است به عملیات ماشین‌کاری متعددی نیاز داشته باشند. به عنوان مثال، بیش از 32 عملیات ماشین‌کاری چرخشی برای ساخت برخی از بدنه‌های‌ شیرآلات آشپزخانه مورد نیاز است. با ماشین مناسب و پیشرفته، ساخت یک قطعه می‌تواند تنها 14 ثانیه طول بکشد. برخی از قطعات مانند قطعات ریخته‌گری شده نیز قبل از نصب در یک مرحله جداگانه ماشین‌کاری می‌شوند تا بعدا برای ساخت شیرآلات آشپزخانه مورد استفاده قرار گیرند.
2. برخی از تولیدکنندگان شیر آب به جای ماشین‌کاری از روش آهنگری گرم استفاده می‌کنند، زیرا این روش می‌تواند در طول حدود سه ثانیه با ضایعات کم، شکلی نزدیک به شکل دلخواه ایجاد کند. آهنگری گرم فرآیند شکل دادن فلزات با ایجاد تغییر شکل در آن‌ها است به نحوی که در آن، فلز گرم شده وارد قالبی تقریباً مشابه بدنه شیر آب می‌شود. فشار به آرامی در طول چند ثانیه افزایش می‌یابد تا اطمینان حاصل شود که قالب کاملاً با فلز گرم پر شده است. پس از این فرآیند برای تولید قطعه‌ای با ابعاد دقیق، فقط کمی ماشین‌کاری لازم است.

پرداخت نهایی شیرالات

1. پس از ماشین‌کاری، قطعات برای فرآیند نهایی آماده می‌شوند. آن دسته از اجزایی که قرار است در تماس با آب قرار بگیرند، ممکن است نیاز به یک عملیات سطحیِ ویژه برای حذف سرب باقی‌مانده داشته باشند. این مرحله شامل فرآیند ویژه‌ای است که مولکول‌های سرب را از سطح برنج حذف می‌کند. در این مرحله از پوشش معمولی کروم استفاده می‌شود زیرا این ماده در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی بسیار مقاوم است. ابتدا یک پوشش پایه از نیکل و پس از آن یک پوشش نازک از کروم با روش آبکاری روی سطح اعمال می‌شود. پوشش کروم از حمام آبکاری (که حاوی مواد خاصی است) رسوب می‌کند و روی سطح می‌نشیند و پوشش را تشکیل می‌دهد، در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی بهبود می‌یابد.
2. در صورتی که از آبکاری برنج استفاده شود، یک پوشش پلیمری شفاف نیز برای بهبود دوام اعمال می‌شود. برای پوشش‌های سفید و رنگی دیگر، یک پلیمر یا پلاستیک اپوکسی مشابه با رنگ اضافه شده روی شیر آب، در محیطی با بار الکتریکی اسپری می‌شود. سپس هر دو پوشش با حرارت پخت می‌شوند تا قوام یابند.
3. برای دست‌‌یابی به یک سطح برنجی صیقل و صاف، از روش پوشش‌دهی فیزیکی بخار استفاده می‌شود که در یک محفظه خلاء، پوشش فلزی را روی سطح ایجاد می‌کند. این محفظه دارای چهار قسمت است: یک پمپ خلاء برای ایجاد یک محیط کنترل‌شده و عاری از آلودگی، مخزنی که توانایی انتشار چندین نوع گاز را دارد، یک میله فلزی (هدف) که به عنوان منبع پوشش فلزی عمل می‌کند و در نهایت قفسه‌هایی برای نگه داشتن قطعات شیر ​​آب. فلز هدف از یک ماده مقاوم در برابر خوردگی مانند زیرکونیوم ساخته می‌شود.
4. یک قوس الکتریکی ماده هدف (که قرار است تبدیل به پوشش شود) را گرم می‌کند تا بخار شود، سپس این بخار با سرعت زیاد به سطح شیر آب برخورد کرده و با مخلوط گازهای موجود واکنش می‌دهد. یک گاز رنگ و گاز دیگر مقاومت در برابر خوردگی را ایجاد می‌کند. همان‌طور که ماده مورد نظر با این گازها ترکیب می‌شود، به بدنه‌ی شیر ​​آب می‌چسبد و پیوندی ایجاد می‌کند که بسیار مستحکم است. برخی از تولیدکنندگان از یک سیم پیچ مغناطیسی در اطراف فلز هدف برای ایجاد پوششی با ساختار یکنواخت استفاده می‌کنند.

مونتاژ

1. بعد از آبکاری تا زمان نصب و سوار کردن قطعات دیگر، شیرآلات جداگانه در سطل‌هایی نگهداری می‌شوند. نصب قطعات دیگر می‌تواند شامل فرآیندهای دستی و خودکار باشد. در ساخت برخی از شیرآلات، واشرهای لاستیکی و اجزای مربوط به آب‌بندی که از پیش روغن‌کاری شده‌اند و همچنین اورینگ‌ها به صورت دستی نصب می‌شوند.
2. در نهایت شیرآلات و سایر اجزاء برای نصب و منتاژ نهایی آماده می‌شوند. این فرآیند توسط ماشین‌های مونتاژ چرخشی دقیق و یا توسط روبات‌ها انجام می‌شود. سری شیر آب، اگر جدا باشد، ابتدا نصب می‌شود و سپس کارتریج سرامیکی نصب می‌شود. این کارتریج با استفاده از دستگاه پنوماتیک (بادی) به قطعه برنجی در محل خود پیچ ​​می‌شود و سپس دستگیره آن به صورت دستی وصل می‌شود. گاهی اوقات لوله‌های مسی قبل از مونتاژ نصب می‌شوند. پس از مونتاژ، شیرها به همراه سایر اجزای مورد نیاز برای مصرف نهایی درون جعبه بسته‌بندی می‌شوند.

کنترل کیفیت شیرالات

پس از ماشین‌کاری قسمت اول، آن را با نقشه‌های موجود مطابقت می‌دهند تا اطمینان حاصل شود که با تمام ابعاد مورد نظر تطابق دارد. برای اطمینان از تناسب رزوه‌های داخلی و بیرونی با هم از یک گِیج برای بررسی استفاده می‌شود. از آنجایی که ماشین‌کاری خودکار است، نمونه‌ها به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند تا قسمت‌های حساس‌تر آن‌ها بررسی ‌شوند. قبل از آبکاری، قطعات برای اطمینان از عدم وجود عیوب سطحی به صورت بصری بررسی می‌شوند که در صورت وجود این عیوب با سنباده‌زنی از بین می‌روند. پس از مونتاژ نهایی، هر شیر با دمیدن هوا آزمایش می‌شود تا نشتی نداشته باشد و دوام آن نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد.

سازندگان شیرآلات نیز باید چندین مقررات زیست‌محیطی را رعایت کنند. مقررات بنیاد ملی بهداشت شماره 61 که آلاینده‌های موجود در آب آشامیدنی ( مثلا سرب که باید در حدود ppb2 در آب خروجی از شیر باشد) را تعیین می‌کند. این قانون در مورد آب خروجی از شیرهای آشپزخانه، شیرهای دستشویی و دستگاه‌های حاوی آب آشامیدنی اعمال می‌شود. قوانین دیگر سخت‌گیرانه‌تر هستند، قانون شماره 65 در کالیفرنیا مقدار سرب مجاز را به ppb5 برای آب خروجی از یک شیر محدود می‌کند. همچنین کدهای استاندارد لوله‌کشی برای مقابله با این مشکل وجود دارند که می‌تواند از شهری به شهر دیگر متفاوت باشد. اکنون در این استاندارد بسیاری از لوله‌کشی‌ها به شیرهای دوش و وان نسوز نیاز دارند.

برای دریافت گواهینامه NSF برای یک شیر آب، تولیدکنندگان ابتدا فهرستی از تمام مواد از جمله فرمول استفاده شده در محصول را در یک لیست ثبت می‌کنند. سپس سم‌شناسان فرمول‌های موردنظر را بررسی می‌کنند تا آلاینده‌های بالقوه‌ای که ممکن است از شیر آب خارج شده و وارد آب آشامیدنی شوند را شناسایی کنند. سپس کارشناسان NSF یک بازرسی از تأسیسات تولیدی برای تأیید فرمولاسیون مواد، تأمین‌کنندگان مواد، روش‌ها و عملیات کنترل کیفیت انجام می‌دهند. چند نمونه‌ محصول نیز به صورت تصادفی برای آزمایش در آزمایشگاه‌های NSF انتخاب می‌شوند.

شیرآلات تحت یک سلسله آزمایش‌های دقیق سه هفته‌ای قرار می‌گیرند. در این آزمایش‌ها آب استخراج شده از شیرآلات طبق استاندارد بررسی می‌شود. نمونه‌های آب انتخاب شده برای بررسی وجود آلاینده‌ها، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند. سم شناسان NSF سطوح آلاینده را با حداکثر سطوح مجاز تعیین شده در استاندارد ANSI/NSF 61 مقایسه می‌کنند. اگر سطوح همه آلاینده‌های محصول با الزامات استاندارد مطابقت داشته باشد، محصول می‌تواند گواهی NSF را دریافت کند. تنها در این صورت است که سازنده مجاز است علامت NSF را روی محصول قرار دهد که نشان‌دهنده گواهینامه NSF است. برای دریافت این گواهینامه، برخی از تولیدکنندگان مجبور شده‌اند فرآیند تولید خود را به طور کامل تغییر دهند، برای مثال بعضی از تولیدکنندگان اقدام به جایگزینی مواد اولیه با مواد برنجی خالص‌تر و یا افزودن مرحله‌ شستشوی نهایی کرده‌اند.

محصولات جانبی و ضایعات

ضایعات فلزی حاصل از فرآیند ماشین‌کاری یا آهنگری بازیافت می‌شوند. فرآیندهای نهایی ممکن است مواد زائدی تولید کنند که باید بازیافت شوند یا به حداقل برسند. از آنجایی که اکثر فرآیندها خودکار هستند، ضایعات معمولا به حداقل مقدار خود می‌رسد.

آینده این محصول

تولیدکنندگان شیرآلات دائما در تلاش برای افزایش کیفیت محصولات برای پاسخگویی به نیاز روزافزون مصرف‌کنندگان هستند. با ایجاد مدل‌های مختلف و گوناگون، محصولات نهایی جذاب‌تر می‌شوند و در نتیجه تعداد مدل‌ها و دامنه قیمت‌ها افزایش می‌یابد. اروپا همچنان در بخش طراحی جلوتر از ایالات متحده حرکت می‌کند و انواع مدل‌ها و رنگ های مدرن‌تری را ارائه می‌دهد. اگرچه روند کلی تولید تقریباً یکسان باقی خواهد ماند، اما در آینده از تجهیزات خودکارِ بیشتری استفاده خواهد شد.

پوشش‌های جدید تولید شده با استفاده از فناوری PVD به طور گسترده‌ای در دسترس خواهد بود زیرا مصرف‌کنندگان تشخیص می‌دهند که این نوع پوشش‌ها می‌توانند هم زیبایی و هم دوام را تضمین کنند. اما تولیدکنندگانی که از فناوری PVD برای تولید پوشش استفاده می‌کنند باید مسئله‌ صرفه اقتصادی را در نظر بگیرند زیرا این روش گران‌تر از اعمال پوشش کروم است. در آینده‌ای نزدیک نصب تصفیه‌کننده آب به شیرآلات نیز گسترش خواهد یافت، زیرا مصرف کنندگان به مزایای تصفیه‌کننده خانگی پی می‌برند و در نهایت این نوع شیرآلات بسیار متداول خواهند شد.

انتظار می‌رود روند کلی به سمت نصب شیرهای الکترونیکی باتری دار برود و با کاهش کلی قیمت ها، بازارهای تجاری این‌گونه محصولات گسترش پیدا ‌کنند. فناوری به پیشرفت خود ادامه خواهد داد و به دلیل وجود فیبرهای نوری، تعمیر این شیرها آسان‌تر و با عملکرد بهتری انجام می‌شود. با چنین پیشرفت‌هایی در فناوری و همچنین روند کاهشی قیمت، شیرآلات الکترونیکی به زودی حتی وارد واحدهای مسکونی نیز خواهند شد.

به طور کلی، صنعت لوله‌کشی به پیشرفت ادامه خواهد داد و بنابراین تولیدکنندگان باید سازگاری لازم را دارا باشند. اینترنت به نقش خود در بازار ادامه خواهد داد و روزی تولیدکنندگان شیرآلات حتی ممکن است قادر باشند محصولات خود را به صورت آنلاین مستقیماً به مصرف‌کننده بفروشند.