(Gate Valve) شیرهای کشویی

شیر دروازه‌ای رایج ترین شیر برای سیستم‌های آبرسانی است. این شیر با حرکت خطی دیسک به منظور قطع و وصل جریان سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای کاربردهای کنترلی مناسب نیست، بدلیل ایجاد جریان مغشوش پشت زبانه و افزایش سرعت سیال، لرزش و کاویتاسیون در شیر رخ  می‌دهد و باعث کاهش عمر زبانه و سطوح آب‌بندی شیر می‌شود.

 شیرهای دروازه‌ای برای ایزوله نمودن قسمتی از خط لوله در طول تعمیر و نگهداری، و همچنین تغییر مسیر جریان آب در سراسر خط لوله استفاده می‌شوند.

شیرهای کشویی عمدتاً بصورت Full Bore طراحی می‌شوند و در حالت باز کامل شبیه به لوله هستند و بنابراین کمترین مقدار افت فشار را نسبت به سایر شیرآلات صنعتی دارند و مانند شیرهای توپی زمانیکه شیر در حالت کاملاً باز باشد، پیگ رانی و تمیز کاری خط لوله امکانپذیر است.

اجزای اصلی این محصول شامل بدنه، کلاهک، زبانه ، محور ، سطوح آب‌بندی بدنه و دیسک، آب بندهای محور ( اورینگ یا پکینگ) است.

مشخصات عمومی :

  • نوع وظیفه‏ عملکرد هیدرولیکی : قطع و وصل جریان
  • نوع حرکت قطعه‎ مسدود‎کننده : حرکت خطی توسط چرخش دورانی فلکه
  • نوع اتصال به خط لوله : فلنجی ، رزوه‎ای، جوشی، و پرسی
  • نوع مشخصات سرویس : سرویس عادی و ویژه
  • نوع محرک : دستی (فلکه)، پنوماتیک، برقی و هیدرولیک
  • نوع مجرای عبور سیال : کامل (Full Bore) یا کوچکتر از ورودی (Reduced Bore)

ویژگی های طراحی شیرهای کشویی:

  • مسیر جریان مستقیم
  • عدم وجود قطعه‎ مسدود‎کننده در مسیر جریان در حالت کاملا باز
  • دارای طراحی محور بالا رونده و یا ثابت
  • دارای طراحی محور رزوه درونی (Inside Screw) و یا بیرونی (Outside Screw)
  • اتصال بدنه به کلاهک پیچ و مهره (Bolted Bonnet) ، رزوه‎ای و یا جوشی
  • دارای طراحی قطعه‎ مسدود‎کننده به شکل گوه‌ای و یا موازی
  • دارای طراحی قطعه‎ مسدود‎کننده یکپارچه (One Piece) و یا چند تکه (Split)
  • دارای طراحی قطعه‎ مسدود‎کننده صلب (Solid) و یا انعطاف پذیر (Flexible)
  • دارای نوع آب بندی فلز به فلز و یا فلز به غیر فلز ( غیرفلزها نظیر الاستومر یا پلیمر می‎باشند)
  • دارای طرح آب بندی از دو طرف

همانطور که اشاره شد این شیرها دارای طراحی‌های متفاوتی هستند که در این مقاله به تعدادی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

الف- طراحی از نظر نوع آب‌بندی

ب- طراحی از نظر نوع حرکت محور (بالارونده یا ثابت)

الف- طراحی از نظر نوع آب‌بندی:

طرح کلاسیک شیر کشویی :

این طرح در دو نوع زبانه لاستیکی و زبانه فلزی ساخته می‎شود وجه تمایز این دو نوع طرح در جنس نشیمن‎گاه آب‌بندی و قطعه‎ مسدود‎کننده آن‌ها می‎باشد.

1-شیر کشویی فلز به غیر فلز ( زبانه لاستیکی ) :

بدنه این شیر در قسمت آب بندی کاملا لوله‌ای شکل بوده و در قسمت تحتانی، هیچ شیار و حفره‌ای وجود ندارد. این عامل باعث می‎شود خطر تجمع رسوب  کاملا مرتفع شده و همچنین از اغتشاش آب جلوگیری شود. این نوع شیر در حالت کاملا باز، دارای حداقل افت فشار می‎باشد.

قطعه‎ مسدود‎کننده  این شیرها زبانه نام دارد و دارای یک هسته فلزی می‎باشد که توسط یک پوشش لاستیکی احاطه شده است. شکل یک نمونه شیر کشویی فلز به غیر فلز را نشان می‌دهد.

مزایا :

  • سهولت در امکان آب بندی
  • افت فشار پایین
  • قیمت مناسب نسبت به وزن شیر
  • عملکرد بسیار ساده
  • قابلیت استفاده برای عبور آب‌های خام ، تصفیه شده و پساب‌‏ها
  • تعمیرات ساده بدون خارج کردن شیر از خط لوله
  • امکان نصب عملگرهای پنوماتیک و برقی

 محدودیت‌ها:

  • ارتفاع و وزن بالا خصوصا در ابعاد بزرگ
  • محدودیت استفاده در خطوط عمودی در ابعاد متوسط و بزرگ
  • محدودیت استفاده در موقعیت نیمه باز ( ‌آسیب مکانیکی به شیر در اثر ایجاد اغتشاش به سیال و لرزش عضو مسدودکننده به سیستم لوله‎کشی )
  • گشتاور مورد نیاز بالا
  • هرگونه شکست در اتصال محور به قطعه‎ی مسدود‎‌کننده باعث سقوط قطعه‎ی مسدود‎کننده به حالت کاملا بسته و انسداد شیرخواهد شد

-شیر کشویی فلز به فلز ( زبانه فلزی ):

این نوع شیر از قدیمی‎ترین طراحی‎های شیرهای کشویی می‌‎باشد. در این نوع شیرها، نشیمن‎‌گاه آب‌بندی در بدنه و زبانه هر دو از جنس فلز مقاوم به خوردگی و دارای صافی سطح مناسب می‎باشد. سطوح آب بندی بدنه و زبانه در دو طرح موازی و گوه‌ای می‎باشد. طرح  گوه‌ای قابلیت آب بندی مناسب‎تر و طول عمر بالاتری دارد.

مزایا :

  • افت فشار پایین
  • قیمت مناسب نسبت به وزن شیر
  • عملکرد بسیار ساده
  • قابلیت استفاده برای عبور آبهای خام ، تصفیه شده ، آب گرم و بخار
  • تعمیرات ساده بدون خارج کردن شیر از خط لوله
  • قابلیت استفاده در سرویس‎های با دما و فشار بالا
  • امکان نصب عملگرهای پنوماتیک و برقی

محدودیت‌ها:

 

  • ارتفاع و وزن بالا خصوصا در مورد ابعاد بزرگ
  • محدودیت استفاده در خطوط عمودی در ابعاد متوسط و بزرگ
  • محدودیت استفاده در موقعیت نیمه باز ( آسیب مکانیکی به شیر در اثر ایجاد اغتشاش به سیال و لرزش عضو مسدودکننده به سیستم لوله‎کشی )
  • گشتاور مورد نیاز بالا
  • هرگونه رسوب در بدنه و کلاهک باعث ایجاد نقصان در عملکرد شیر می‎گردد
  • هرگونه شکست در اتصال محور به قطعه‎ی مسدود‎کننده باعث سقوط قطعه‎ی مسدود‎کننده به حالت کاملا بسته و انسداد شیرخواهد شد

  

شکل زیر نمونه ای از مقایسه شیرهای کشویی زبانه لاستیکی و زبانه فلزی را نشان می دهد، همانطور که ملاحظه می‌شود شیر کشویی زبانه فلزی بدلیل وجود برامدگی در انتهای بدنه برای سیالاتی که دارای ناخالصی هستند مناسب نمی‌باشد، بدلیل اینکه ناخالصی ها در انتهای بدنه رسوب کرده و مانع آب‌بندی مناسب شیر می‌شود.

ب- طراحی از نظر نوع حرکت محور (بالارونده یا ثابت)

1- مکانیزم حرکتی با محور ثابت (Non-Rising Stem):

نمونه‌های کلاسیک اشاره شده از نوع محور ثابت می‌باشند ، بطوری که با چرخش فلکه یا عملگر محور در جای خود ثابت بوده و قطعه مسدود کننده روی محور در جهت باز یا بسته شدن حرکت می‌کند.

2- مکانیزم حرکتی با محور بالا رونده:(Rising Stem)

در این طرح ساقه یا محور شیر حین فرایند چرخش فلکه یا عملگر  به صورت عمودی به بالا و پایین حرکت می کند و باعث حرکت قطعه‎ مسدود‎کننده می‌شود.

مزایای نوع Rising Stem:

  • زمانیکه شیر باز باشد، محور از شیر خارج می‌شود و بنابراین باز یا بسته بودن شیر قابل روئیت است.
  • محور از محل عبور سیال خارج می شود و برای سرویس‌های خورنده، مناسب تر است.

معایب نوع Rising Stem:

  • بدلیل خارج شدن محور از بدنه در حالت باز کامل، ارتفاع بیشتری برای نصب و بهره برداری شیر مورد نیاز است.
  • این نوع شیر کشویی برای نصب بصورت دفنی مناسب نیست.

انواع دیگر شیرهای کشویی:

شیر چاقویی (Knife Valve ):

قطعه‎ مسدود‎کننده این نوع شیرها تیغه‌ای است از جنس گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ که قابلیت استفاده در خطوطی را که دارای اجسام جامد  خمیری، پودری می‎باشند را نیز فراهم می کند. فشار کاری این شیرها به خصوص در ابعاد بزرگ، پایین می‎باشد. این نوع شیرها به صورت آب بندی یک طرفه و دو طرفه طراحی می شوند.

مزایا :

  • افت فشار پایین
  • قابلیت استفاده برای عبور آبهای خام، تصفیه شده، پساب، فاضلاب و لجن
  • قابلیت استفاده برای خطوط عبور پودر
  • قابلیت استفاده برای سیالات با گرانروی بالا، صنایع غذایی و سیالات خمیری شکل
  • تعمیرات ساده بدون خارج کردن شیر از خط لوله
  • امکان نصب عملگرهای پنوماتیک و برقی

محدودیت‌ها:  

  • ارتفاع زیاد خصوصا در مورد ابعاد بزرگ
  • محدودیت استفاده در خطوط عمودی در ابعاد بزرگ
  • محدودیت استفاده در موقعیت نیمه باز ( آسیب مکانیکی به شیر در اثر ایجاد اغتشاش به سیال و لرزش عضو مسدودکننده )
  • هرگونه شکست در اتصال محور به قطعه‎ی مسدود‎کننده باعث سقوط قطعه‎ی مسدود‎کننده به حالت کاملا بسته و انسداد شیرخواهد شد
  • محدودیت استفاده در فشار و سرعت های متوسط و بالا

شیر دروازه ای پنستاک ( Slice Gate Valve):

“پنستاک” نوعی شیر دروازه‎ای با قطعه‎ مسدود‎کننده‎ تیغه‌‏ای شکل است که جهت کنترل جریان سیال در کانال های روباز و مجاری انتقال سیال با فشارهای پایین مورد استفاده قرار می‎گیرد. این نوع شیر دارای طرح اتصال به صورت نصب روی دیواره و یا به صورت فلنجی می‎باشد. غالبا این شیرها در ابعاد بزرگ تولید و ساخته می شوند.

مزایا :

  • قابلیت استفاده برای عبور آب های مشابه آب خام
  • قیمت مناسب
  • قابلیت عبور دبی بالا
  • سادگی در نصب و بهره‎برداری و تعمیرات
  • امکان نصب عملگرهای پنوماتیک و برقی 

محدودیت‌ها:  

  • ارتفاع زیاد خصوصا در مورد ابعاد بزرگ
  • هرگونه شکست در اتصال محور به قطعه‎ مسدود‎کننده باعث سقوط قطعه‎ مسدود‎کننده به حالت کاملا بسته و انسداد شیرخواهد شد
  • محدودیت استفاده در فشار متوسط و بالا

    شیر دروازه ای پنستاک ( Slice Gate Valve):

    “پنستاک” نوعی شیر دروازه‎ای با قطعه‎ مسدود‎کننده‎ تیغه‏ای شکل است که جهت کنترل جریان سیال در کانال های روباز و مجاری انتقال سیال با فشارهای پایین مورد استفاده قرار می‎گیرد. این نوع شیر دارای طرح اتصال به صورت نصب روی دیواره و یا به صورت فلنجی می‎باشد. غالبا این شیرها در ابعاد بزرگ تولید و ساخته می شوند.

    مزایا :

    • قابلیت استفاده برای عبور آب های مشابه آب خام
    • قیمت مناسب
    • قابلیت عبور دبی بالا
    • سادگی در نصب و بهره‎برداری و تعمیرات
    • امکان نصب عملگرهای پنوماتیک و برقی

     

    محدودیت‌ها:  

    • ارتفاع زیاد خصوصا در مورد ابعاد بزرگ
    • هرگونه شکست در اتصال محور به قطعه‎ مسدود‎کننده باعث سقوط قطعه‎ مسدود‎کننده به حالت کاملا بسته و انسداد شیرخواهد شد
    • محدودیت استفاده در فشار متوسط و بالا