دليل كامل لصمامات البوابة: اختيار النوع والاستخدام

صمامات البوابة هي نتاج الثورة الصناعية. في حين أن تصميمات الصمامات مثل صمامات الكرة والصمامات كانت موجودة لفترة أطول ، فقد سيطرت صمامات البوابة على الصناعة لعقود من الزمن ، وحتى التنازل عن حصة كبيرة في السوق لتصميمات الكرة والفراشة.

ما الذي يجعل صمامات البوابة مختلفة عن الكرة والتوصيل والفراشة؟

تختلف صمامات البوابة عن صمامات الكرة والتوصيل والفراشة في أن عنصرها الإغلاق أو صفيحة أو بوابة أو دلو ، ترتفع عبر دورات متعددة من العمود أو الجذع ، في أسفل الجذع ، خارج الممر ، و في الأعلى ، غطاء محرك السيارة. تُعرف هذه الصمامات التي تفتح في حركة خطية أيضًا باسم الصمامات المتعددة أو الخطية ، على عكس صمامات الدوران ، حيث يدور الجذع 90 درجة ولا يرتفع عادة.

تتوفر صمامات البوابة في العشرات من المواد المختلفة والعديد من تصنيفات الضغط. وهي تتراوح حجمها من NPs ½ بوصة ، والتي تناسب يدك ، إلى NPS 144 بوصة ، والتي هي كبيرة مثل شاحنة. صمامات البوابة مصنوعة من المسبوكات ، أو المطروق ، أو المكونات الملحومة ، ولكن المسبوكات تهيمن على التصميم.

ما هي أكثر الميزات المرغوبة لصمام البوابة؟

صمام البوابة قادر على فتحه بالكامل ، مما يترك القليل من العرقلة أو الاحتكاك في فتحة التدفق.

يوفر صمام البوابة المفتوحة نفس المقاومة تقريبًا لتدفق قسم من الأنبوب بنفس حجم المنفذ. نتيجة لذلك ، لا تزال صمامات البوابة تعتبر بقوة لتطبيقات أو تبديل التطبيقات. في بعض مصطلحات الصمام ، يشار إلى صمامات البوابة باسم حظر الصمامات.

ما الذي أحتاج إلى معرفته حول استخدام صمامات البوابة؟

عادة ما تكون صمامات البوابة مناسبة لتنظيم التدفق أو التشغيل في أي اتجاه آخر غير مفتوح بالكامل أو مغلق بالكامل. قد يؤدي استخدام صمام بوابة مفتوح جزئيًا إلى خنق أو تنظيم التدفق إلى تلف رفرف الصمام أو مقعد الجسم بسبب تصادم سطح المقعد في بيئة تدفق مضطربة مفتوحة جزئيًا.

ما هي أنواع سيقان صمام البوابة المتوفرة؟

على السطح ، تبدو معظم صمامات البوابة متشابهة إلى حد ما. ومع ذلك ، هناك العديد من إمكانيات التصميم المختلفة.

تتكون معظم صمامات البوابة من جسم صمام وغطاء محرك مع عنصر إغلاق يسمى قرص أو صمام بوابة. يتم توصيل عنصر الإغلاق بالساق ، الذي يمر عبر غطاء محرك السيارة ويتم توصيله في النهاية بعجلة اليد أو مشغل آخر لتشغيل الجذع. يتم التحكم في الضغط حول الجذع بواسطة التعبئة المضغوطة في منطقة التعبئة أو التجويف. تحدد حركة قرص صمام البوابة على الجذع ما إذا كان الجذع يرتفع أو يخترق القرص أثناء فتحه.

تحدد هذه الاستجابة أيضًا أنماط الجذع/القرص الأساسيين لصمامات البوابة: ارتفاع الجذع أو الجذع غير المرتفع (NRS).

1. الجذعية الصاعدة ،
فإن الجذع المتزايد هو أسلوب تصميم الجذعية/القرص الأكثر شعبية في السوق الصناعية
2. تم تفضيل السيقان غير المرتفعة غير المرتفعة (NRS)
منذ فترة طويلة من قبل صناعات المياه وخطوط الأنابيب ، وبعض التطبيقات البحرية التي لا تزال قائمة استخدم صمامات البوابة ويتم تقييد المساحة أيضًا استخدام نمط NRS. التصميمات الجذعية/الغطاء الأكثر شيوعًا المستخدمة في الصمامات الصناعية هي الخيط الذكري واليرع (OS & Y).

يفضل تصميم OS&Y للبيئات المسببة للتآكل لأن الخيوط خارج منطقة إغلاق السوائل. إنه يختلف عن التصميمات الأخرى من حيث أن العجلة اليدوية متصلة بالجلبة في الجزء العلوي من النير ، وليس الجذع نفسه ، لذلك لا ترتفع عجلة اليد عند فتح الصمام.

ما هي التعديلات على صمام البوابة؟

عندما يتحدث محترفو Valve عن صمامات البوابة الصناعية ، غالبًا ما يسمعون كلمة 'trim '.

لا علاقة له بالنحافة أو ملاءمة الصمام ؛ بدلاً من ذلك ، يشير إلى المكونات الداخلية للصمام المعرض لضغط هائل ، أو إلى مزيج قاسي من التآكل والتآكل.

في صمام البوابة ، تكون أجزاء القطع هي منطقة المقعد الجذعية ، ومقعد الجسم ، والمقعد الخلفي (إن أمكن).

عادةً ما تحتوي الصمامات البرونزية أو النحاسية الشائعة على أجزاء من نفس المادة مثل الجسم والغطاء. الصمامات المصبوب والبليتات الحديد الدكتايل لها أجزاء من الحديد بالكامل أو أجزاء من القطع البرونزية. مصطلح الصمامات الحديدية ذات القطع البرونزية هو 'الجسم الحديدي ، مثبت على البرونز ' (IBBM).

يمكن أن تكون صمامات الصلب مزودة بعدد من القطع المختلفة. Stellite ، Hastelloy ، 316SS ، 347SS ، Monel و Alloy 20 هي بعض المواد التي تستخدم غالبًا في تقليم صمام البوابة.

 
ما هي أنواع أقراص صمام البوابة المختلفة؟

قلب صمام البوابة هو العنصر الختامي ، والذي يمكن أن يأتي في تصميمين: إسفين أو مقعد متوازي

التصميم 1: تصميم إسفين

يعد تصميم Wedge الأكثر شعبية وكان موجودًا منذ عام 1843 عندما اخترعه المهندس الإنجليزي الشهير James Nasmyth. يستخدم تصميم الإسفين قرصًا زاويًا قليلاً مع مقعد جسم زاوية متماثلة لتحقيق إغلاق ضيق. تجلس هذه الصمامات عن طريق تطبيق عزم الدوران لدفع رفرف الصمام 

بحزم في المقعد.

تتوفر ثلاثة أنواع من اللوحات الإسفين: 

1. إسفين صلب

كان الإسفين الصلب حول الأطول وكان هناك وقت كانت فيه جميع بوابات الإسفين تقريبًا من النوع الصلب.

عيب التصميم الصلب هو أنه لا يتمتع بأي مرونة ، وإذا تم تشويه الجسم/المقعد بسبب تقلبات درجات الحرارة القصوى أو ضغوط الأنابيب ، يمكن أن يصبح القرص الصلب عالقًا في المقعد.

لا تزال الأقراص الصلبة هي المعيار للبرونز والحديد الزهر وخدمة المياه وصمامات الصلب الكربوني المدمج (نوع API 602).

2. صمامات إسفين مرنة

صمامات الإسفين المرنة هي فقط: مرنة.

عن طريق إضافة عطلة أو أخدود إلى محيطها ، يمكن أن يستوعب رفرف الصمام المرن التغيرات في درجات الحرارة وضغوط الأنابيب السلبية دون الربط. من الأسهل أيضًا تصنيع التصميم المرن لأن العيوب البسيطة في زاوية المقعد يمكن تعويضها عن طريق مرونة القرص.

إلى حد بعيد ، فإن تصميم الحافة المرنة هو النوع الأكثر شيوعًا الموجود في صمامات البوابة التجارية في التطبيقات الصناعية.

3. تقسيم إسفين

يتكون إسفين الانقسام من تصميم من قطعتين مع أسطح التزاوج على الجزء الخلفي من كل نصف القرص. تسمح أسطح التزاوج هذه بنقل التوجه الهبوطي للساق بالتساوي عبر سطح القرص ومقعده.

يوفر هذا التصميم المرن أيضًا الحماية ضد التشويش بسبب التمدد الحراري.

وتسترشد بوابات الإسفين بالأخاديد أو الأضلاع التي يلقي أو لحام في جسم الصمام. هذه أدلة الإسفين تحافظ على رفرف الصمام في الخط عند فتح أو إغلاق وأيضًا منع الرفرف من الانزلاق على المقعد المصب أثناء الفتح والإغلاق.

إن عيب التصميم المقسم هو أنه في الخدمة القذرة ، قد تتأقلم المخلفات أو الحطام بين نصفي القرص ، مما يتسبب في عدم الجلوس بشكل صحيح أو حتى مربى.

تم العثور على تصميمات إسفين المقسمة عادة في الفولاذ المقاوم للصدأ وصمامات السبائك العالية ، وكذلك العديد من الصمامات البرونزية الصغيرة.

التصميم 2: تصميم المقعد الموازي

يمكن تحميل المقاعد الموازية الربيع لتوفير ختم أكثر إحكاما أو لإنشاء ختم إيجابي في اتجاه المنبع. المقاعد المتوازية هي مقاعد موضعية ، مما يعني أن موضع قرص الصمام يحدد تأثير الختم ، وليس كمية القوة (عزم الدوران) على القرص بواسطة جذع الصمام.

تتكون صمامات بوابة تصميم الجسم/الغطاء
بشكل عام من جزأين رئيسيين: جسم الصمام والغطاء.
يشكل هذان الجزءان مغلفًا يحتوي على الضغط لصمام البوابة. هناك تصميمات مختلفة للواجهة بين هذين المكونين.

1. الاتصال الخيوط
هو الاتصال الخيوط هو أبسط تصميم. ومع ذلك ، يتم استخدامه فقط للصمامات البرونزية منخفضة الضغط.

2. الاتصال المشترك
يتم استخدام اتصال الاتحاد أيضًا بشكل أساسي للصمامات البرونزية ، لكن تصميم الاتحاد يتيح تفكيكًا أسهل للخدمة والصيانة.

3. مفصل Bolt-on Bonnet
يعد تركيب غطاء محرك السيارة المغطى بالشكل الأكثر شعبية ويستخدم في معظم صمامات البوابة المستخدمة في الصناعة اليوم. على عكس صمامات غطاء المحرك المملوء والاتحاد ، تتطلب اتصالات غطاء محرك البقع المغطاة بحشية لإغلاق الاتصال بين جسم الصمام والغطاء.

4. يتم إنشاء مفاصل ختم ضغط مفصل
ختم الضغط بواسطة ضغط السائل في جسم الصمام الذي يعمل على حديد ناعم على شكل إسفين أو طوقا الجرافيت مثبتة بين جسم الصمام وغطاء الصمام. على صمامات ختم الضغط ، كلما زاد الضغط في تجويف جسم الصمام ، زادت القوة على الحشية. تستخدم أغطية ختم الضغط على نطاق واسع في الضغط العالي وتطبيقات درجة الحرارة العالية ، كما هو الحال في صناعة الطاقة.

5.
أغطية بونيت الملحومة الملحومة هي اتصال مشهور للغاية في جسم الصمامات الفولاذية المدمجة بأحجام 1/2 'إلى 2 ' وتصنيفات الضغط من 800 إلى 2500 دون تفكيك.

تصميمات صمام البوابة الأخرى

1.
البوابات سكين بوابة KKNIFE بدون غطاء محرك السيارة مناسبة بشكل خاص للاستخدام في الملاط ، مثل مطاحن اللب والورق.

بوابات السكين رقيقة جدا وأوسع قليلاً فقط من عنصر الإغلاق (القرص). نظرًا للهندسة الفريدة والمقطع العرضي الرقيق ، تقتصر بوابات السكين على تطبيقات الضغط المنخفض.

2. بوابات سد
في المظهر ، لا تبدو بوابة السلوك حتى أنها تنتمي إلى عائلة صمام البوابة ؛ ومع ذلك ، فإنه يتميز بأنه صمام بوابة بناءً على تصميم القرص المنزلق.

تقتصر البوابات على ضغوط منخفضة للغاية - في معظم الحالات ضغط الرأس البسيط. يتم استخدامها بشكل رئيسي في أنظمة مياه الصرف والري.

أين يتم استخدام صمام البوابة عادة؟

على الرغم من أن صمامات الدور ربع قد اكتسبت غالبية حصة سوق Gate Valve على مدار الخمسين عامًا الماضية ، إلا أنه لا يزال هناك عدد من الصناعات التي تعتمد بشكل كبير على صمامات البوابة.

1. صناعة النفط والغاز
على الرغم من أن صمامات الكرة قد حققت خطوطًا في خطوط أنابيب الغاز الطبيعي ، فإن خطوط أنابيب النفط الخام أو أنابيب السائل لا تزال مجال صمامات بوابة المقعد المتوازي.

2. صناعة تكرير النفط
بأحجام أكبر ، لا تزال صمامات البوابة هي الخيار الأساسي لمعظم التطبيقات في صناعة التكرير. التصميم القوي والتكلفة الإجمالية للملكية ، بما في ذلك اقتصاديات الصيانة ، هي التي تجعل هذا التصميم التقليدي شائعًا.

من ناحية التطبيق ، تستخدم العديد من عمليات التكرير درجات حرارة أعلى من درجة حرارة التشغيل الآمنة لـ Teflon ، وهي مادة المقعد الأساسية لصمامات الكرة العائمة. بدأت استخدام صمامات الكرات الفراشة عالية الأداء والمعادن في تطبيقات المصفاة ، على الرغم من أن تكلفتها الإجمالية أعلى من تكلفة صمامات البوابة.

3. صناعة المياه
لا يزال قطاع صناعة المياه يهيمن عليه صمامات بوابة الحديد. يتم تسعيرها بشكل معقول ولها حياة طويلة ، حتى في الطلبات المدفونة.

4. صناعة الطاقة
تستخدم صناعة الطاقة صمامات بوابة السبائك للتطبيقات التي تتضمن ضغوطًا عالية للغاية ودرجات حرارة عالية جدًا. على الرغم من أن بعض صمامات الكرة الأرضية الأحدث على شكل Y وصمامات الكرة المعدنية التي تم تصميمها لخدمة الحظر موجودة في محطات توليد الطاقة ، إلا أن صمامات البوابة لا تزال مفضلة من قبل مصممي المصانع والمشغلين.

ما هي المادة صمام البوابة؟

يعد الفولاذ والحديد أكثر مواد البوابة شعبية للبناء ، حيث يعد الصلب هو الخيار لمعظم التطبيقات الصناعية والحديد للمياه ومياه الصرف الصحي والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).

تشمل مواد البوابة الشهيرة الأخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ والبرونز والسبائك العالية مثل Hastelloy و Disticel.

يتم نشر معايير التصميم والبناء لصمامات البوابة من قبل المعهد الأمريكي للبترول (API) ، وجمعية توحيد الشركات المصنعة (MSS) ، وجمعية أعمال المياه الأمريكية (AWWA) ، والجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME).