بوابة الصمامات, نتاج الثورة الصناعية, شغلت منذ فترة طويلة موقعًا مهيمنًا في الصناعة على الرغم من الوجود التاريخي للعديد من الصمامات الأخرى مثل صمامات الكرة الأرضية وصمامات التوصيل. لكن, في السنوات الأخيرة, واجهت صمامات البوابة منافسة متزايدة من صمامات الكرة وصمامات الفراشة, التي استحوذت على المزيد من حصتها في السوق.
على عكس الصمامات الكروية, صمامات التوصيل, و صمامات فراشة, بوابة الصمامات لديك آلية إغلاق فريدة. عنصر الإغلاق, بوابة أو قرص, يتحرك خطيًا عن طريق دورات متعددة من الساق أو المغزل. يصعد من المسار ويدخل أعلى الصمام (يسمى غطاء المحرك). هذه الصمامات, فتح خطيا, تُعرف أيضًا باسم الصمامات المتعددة أو الخطية, تختلف عن صمامات الدوران حيث يدور الجذع 90 درجات, عادة دون تصاعدي.
تأتي صمامات البوابة في مواد مختلفة وتصنيفات الضغط, بأحجام تتراوح من صغيرة مثل NPs ½ بوصة إلى كبيرة مثل NPs 144 بوصة, تلبية مجموعة واسعة من التطبيقات. يتكون التصميم السائد لصمامات البوابة من مكونات تم تصنيعها من خلال الصب, صقل, أو اللحام, مع تصميم التصميم كونه السائد.
أحد الجوانب البارزة في صمامات البوابة هو قدرتها على الانفتاح بالكامل, لا تقارب أي عرقلة أو احتكاك لمسار التدفق. إن مقاومة التدفق التي توفرها صمامات البوابة المفتوحة بالكامل تعادل تقريبًا قسم من خط الأنابيب مع نفس حجم المنفذ. بالتالي, لا تزال صمامات البوابة تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الإغلاق أو التشغيل/إيقافها. في بعض مصطلحات الصمام, يشار أيضًا إلى صمامات البوابة باسم صمامات العالم.
لكن, قد لا تكون صمامات البوابة هي الخيار الأفضل لتنظيم التدفق أو التشغيل في أي اتجاه آخر غير مفتوح بالكامل أو مغلق بالكامل. يمكن أن يؤدي استخدام صمامات البوابة المفتوحة جزئيًا لخنق أو التحكم في التدفق إلى تلف في بوابة أو حلقة مقعد الصمام بسبب الاصطدامات في بيئة التدفق المضطربة التي تم إنشاؤها عند فتحها جزئيًا.
هياكل صمام البوابة الداخلية
في حين أن معظم صمامات البوابة قد تبدو متشابهة في المظهر, يمكن أن تختلف تصميماتها الداخلية. تتكون معظم صمامات البوابة من جسم وغطاء محرك السيارة, مع غطاء محرك السيارة يحتوي على عنصر إغلاق يسمى بوابة أو قرص. يتم توصيل العنصر الختامي بالذرة التي تمر عبر غطاء المحرك, في النهاية متصل بعجلة اليد أو جهاز قيادة آخر لتشغيل STEM. يقتصر الضغط حول الجذع من خلال التعبئة المضغوطة في صندوق الحشو أو الغرفة.
بوابة صمام داخلي, لا علاقة لها بالنحافة أو ملاءمة الصمام, ارجع إلى المكونات داخل الصمام التي تحمل إجهادًا كبيرًا أو تتعرض للتآكل والتآكل الشديد. في صمامات البوابة, تتكون الأجزاء الداخلية من الجذع, منطقة مقعد القرص, مقعد الجسم, والمقعد الخلفي. عادةً ما تحتوي الصمامات البرونزية أو النحاسية الشائعة. تستخدم صمامات الحديد الزهر والدكتايل إما داخليًا في جميع الحديد أو الداخلية البرونزية.
يمكن تجهيز صمامات الصلب بمختلف مواد داخلية, بما في ذلك سبائك الكوبالت تنغستن, سبيكة هاستلوي, 316SS, 347SS, سبيكة مونيل, وسبائك 20, شائع الاستخدام في صمام البوابة الداخلية.
تصميم قرص صمام البوابة
جوهر صمامات البوابة هو عنصر الإغلاق, الذي يأتي في تصميمين: إسفين ومقعد القرص الموازي. تصميم إسفين, شعبية منذ اختراعها من قبل المهندس البريطاني جيمس ناسميث في 1843, يستخدم بوابة بزاوية مائلة قليلاً تتناسب مع زاوية مقعد الجسم لإغلاق ضيق. صمامات إسفين تأمين البوابة بحزم في المقعد من خلال تطبيق عزم الدوران.
هناك ثلاثة أنواع من تصميم بوابة الإسفين:
- إسفين صلب, الأقدم والانتشار تاريخيا, كان عالميًا تقريبًا عند نقطة واحدة. لكن, إنه يفتقر إلى المرونة وقد يربح في المقعد بسبب تقلبات درجات الحرارة القصوى أو ضغوط الأنابيب التي تسبب تشوه. تظل بوابات الإسفين الصلبة تكوينات قياسية للبرونز, الحديد الزهر, إمدادات المياه, وصمامات الصلب الكربونية المدمجة (واجهة برمجة التطبيقات 602 يكتب).
- إسفين مرن تمامًا مرن للغاية, التكيف مع التغيرات في درجة الحرارة وضغوط الأنابيب السلبية دون قيود عن طريق إضافة الأخاديد أو فتحات حول محيطها. التصميمات المرنة أسهل في التصنيع, تعويض العيوب البسيطة في سطح المقعد مع مرونة البوابة. حتى الآن, تصميمات الإسفين المرنة هي النوع الأكثر شيوعًا في صمامات البوابة الصناعية.
- يتكون إسفين الانقسام من تصميم من قطعتين, مع الوجوه المطابقة في الجزء الخلفي من كل بوابة. تسمح هذه الوجوه المطابقة حتى بنقل التوجه الساق إلى سطح البوابة والمقعد. هذا التصميم المرن يمنع أيضًا التداخل الناجم عن التمدد الحراري. لكن, تصاميم الانقسام لها جانب سلبي: في التطبيقات القذرة, قد تتجمع البقايا أو الحطام بين النصفين, التسبب في اختلال أو حتى انسداد. تعتبر تصميمات إسفين الانقسام شائعة في الفولاذ المقاوم للصدأ والصمامات عالية الجودة, وكذلك العديد من الصمامات البرونزية الصغيرة.
تسترشد بوابات الإسفين بأخاديد أو أضلاع يلقي أو لحام على جسم الصمام وتوجيهها بالمقعد. تحافظ هذه الأجهزة التوجيهية على الإسفين أثناء الفتح أو الإغلاق, منع الانزلاق على مقعد المصب أثناء هذه العمليات.
نمط قرص صمام آخر لصمامات البوابة هو تصميم مقعد القرص الموازي. يمكن لمقاعد متوازية تثبيت الينابيع لختم أكثر إحكاما أو تشكيل ختم موثوق به في اتجاه المنبع. المقعد الموازي هو مقعد موضعي; يحدد موضع البوابة تأثير الختم, بدلا من حجم القوة (عزم الدوران) تطبيقها الجذع على البوابة.
تصميم الجسم/بونيه
تتكون صمامات البوابة عادة من جزأين رئيسيين: الجسم والغطاء, تشكيل قشرة تحتوي على صمام البوابة. هناك تصميمات مختلفة للواجهة بين هذين المكونين.
- المفاصل الملولبة هي أبسط تصميم ولكن يتم استخدامها فقط لارتياحها, صمامات برونزية منخفضة الضغط.
- كما تستخدم مفاصل الاتحاد بشكل أساسي للصمامات البرونزية, لكن تصميم الاتحاد يسمح بتفكيك أسهل, تسهيل الصيانة والإصلاح.
- مفاصل غطاء محرك السيارة المبللة هي المفاصل الأكثر شعبية, تستخدم للغالبية العظمى من صمامات البوابة في التطبيقات الصناعية اليوم. على عكس أغطية الخيوط والاتحاد, تتطلب اتصالات غطاء محرك السيارة المبللة حشوات لإغلاق المفصل بين الجسم والغطاء المحرك.
- يتم تنشيط مفاصل ختم الضغط عن طريق ضغط السوائل داخل جسم الصمام الذي يعمل على إسفين مصنوع من الحديد الناعم أو الجرافيت الذي يتم إدخاله بين الجسم والغطاء المحرك. في صمامات ختم الضغط, كلما زاد الضغط في تجويف الجسم, كلما زادت القوة على الحشية. تستخدم أغطية ختم الضغط على نطاق واسع في الضغط العالي, تطبيقات درجات الحرارة العالية, كما في صناعة الطاقة.
- تعتبر مفاصل بونيت الملحومة مفصلًا شائعًا للغاية في الجسم/غطاء محرك الصمامات الفولاذية المدمجة التي تتراوح حجمها من بوصة إلى ½ بوصة 2 بوصة وتصنيفات الضغط من 800 ل 2500, لا تتطلب عدم التفكيك.
المواد والمعايير
الصلب والحديد هما المواد الأكثر استخدامًا في بناء صمام البوابة. المواد الفولاذية مناسبة لمعظم التطبيقات الصناعية, في حين أن المواد الحديدية مناسبة للتطبيقات مثل المياه, مياه الصرف, والتدفئة, تنفس, وتكييف الهواء (التدفئة والتهوية وتكييف الهواء). وتشمل مواد بناء صمام البوابة الأخرى شائعة الاستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ, البرونز, ومواد ذات جمعية عالية مثل سبائك Hastelloy و Chromium-Nickel-Iron.
فيما يتعلق بمعايير تصميم صمام البوابة والبناء, تشمل المعايير المحلية المعايير الوطنية GB و GB/T, وكذلك معايير الصناعة JB و JB/T, جنبا إلى جنب مع معايير المجموعة ومعايير المؤسسات. دوليا, يتم وضع المعايير من قبل منظمات مثل المعهد الأمريكي للبترول (واجهة برمجة التطبيقات), جمعية توحيد الشركات المصنعة (MSS), جمعية أعمال المياه الأمريكية (عوا), والجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME).
بوابة صمامات الأسواق الفرعية
على الرغم من أن صمامات الدور قد اتخذت حصة كبيرة من سوق صمامات GATE خلال الماضي 50 سنين, بعض الصناعات لا تزال تعتمد بشكل كبير على صمامات البوابة, بما في ذلك صناعات البترول والغاز الطبيعي. على الرغم من تقدم صمامات الكرة في خطوط أنابيب الغاز الطبيعي, يظل خطوط أنابيب النفط الخام أو السائل معقل صمامات بوابة المقعد المتوازي. في الصمامات الكبيرة الحجم, لا تزال صمامات البوابة هي الخيار الأساسي لمعظم التطبيقات, بما في ذلك صناعة التكرير. الاستقرار في التصميم والتكلفة الإجمالية الاقتصادية هي عوامل حاسمة تؤثر على اعتماد هذه الصمامات.
من حيث التطبيق, تستخدم العديد من صناعات العمليات درجات حرارة أعلى من درجة حرارة العمل الآمنة للبوليتلابورو إيثيلين (بتف), مادة المقعد الرئيسية لصمامات الكرة العائمة. اكتسبت صمامات الفراشة عالية الأداء وصمامات الكرة المعدنية أكثر استخدامًا في تطبيقات التكرير, على الرغم من أن إجمالي تكاليفها عادة ما تكون أعلى من صمامات البوابة. في قطاع المرافق المائية, لا تزال صمامات بوابة الحديد تهيمن, إثبات فعالة من حيث التكلفة ودائم حتى في الطلبات المدفونة.
توظف صناعة الطاقة صمامات بوابة السبائك للتطبيقات التي تنطوي على ضغط ودرجة حرارة عالية للغاية. على الرغم من ظهور بعض صمامات الكرة الأرضية الجديدة وصمامات الكرة المعدنية المصممة لخدمات الاختناق, لا تزال صمامات البوابة مفضلة في قطاع المرافق.
اليوم, بوابة الصمامات, معروف بفعالية التكلفة العالية, تظل الخيار الأساسي للعديد من تطبيقات الخدمة. مارك توين مرة واحدة قال, “تقارير وفاتي مبالغ فيها إلى حد كبير.” بينما صمامات الكرة, صمامات التوصيل, وسعت صمامات الفراشة حصتها في السوق على مدار العقود, صمام البوابة الطويل ليس استثناءً من مشاعر توين - كانت شائعات عن زوالها مبالغًا فيها إلى حد كبير!