شیر دروازهای (Gate Valve)
دریچه گیت، که به آن دریچه سد نیز گفته میشود، نوعی شیر است که با بلند کردن یک مانع (دریچه) از مسیر سیال باز میشود. این شیرها فضای بسیار کمی را در محور لوله اشغال می‌کنند و زمانی که دریچه به طور کامل باز است، جریان سیال را به شدت محدود نمی‌کنند. سطوح دریچه می‌توانند موازی باشند اما معمولاً به شکل کج (برای اعمال فشار بر روی سطح آب‌بندی) طراحی می‌شوند.
کاربرد معمولی:
دریچه‌های گیت برای قطع جریان مایعات به جای تنظیم جریان استفاده می‌شوند، که این کار معمولاً با یک شیر کروی انجام میشود. وقتی دریچه گیت به طور کامل باز است، هیچ مانعی در مسیر جریان وجود ندارد، که منجر به مقاومت جریان بسیار پایین میشود.
ساختار شیر:
شیرهای گیت معمولی توسط یک ساقه موضوعی فعال می‌شوند که اکچویتر (مانند دسته چرخان یا موتور) را به دریچه متصل می‌کند. آنها به عنوان دارای ساقه بالارونده یا غیربالارونده توصیف می‌شوند، بسته به اینکه کدام انتهای ساقه دارای موضوع باشد. ساقه‌های بالارونده به دریچه متصل شده و همراه با عملیات شیر بالا و پایین می‌روند، که نشانگر بصری از وضعیت شیر را فراهم می‌کند.
اجزای اصلی:
- ساقه (Stem): برای حرکت دادن دریچه به حالت باز و بسته استفاده میشود.
- دریچه (Gate): که جریان سیال را قطع یا اجازه می‌دهد.
- بدنه (Body): که محل قرارگیری دریچه و سایر اجزا است.
- بونت (Bonnet): که بخش بالایی شیر است و ساقه از آن عبور می‌کند.
- اکچویتر (Actuator): که می‌تواند دستی (مانند دسته چرخان) یا خودکار (مانند سیلندر پنوماتیک یا موتور دنده‌ای) باشد.
دریچه‌های گیت معمولاً برای قطع کامل جریان یا باز کردن کامل آن استفاده می‌شوند و برای تنظیم جریان مناسب نیستند، زیرا دریچه در حالت نیمه باز ممکن است آسیب ببیند و باعث فرسایش، سر و صدا و لرزش شود.
مواد ساخت:
شیرهای گیت معمولاً از چدن، فولاد ریخته‌گری، چدن داکتیل، برنج، استیل ضدزنگ، فولادهای آلیاژی و فولادهای فورج شده ساخته می‌شوند.
دریچه گیت با بالا و پایین بردن یک دریچه که معمولاً به شکل یک ورقه است، کار می‌کند. این دریچه می‌تواند مستطیلی یا دایره‌ای باشد و در مسیر جریان سیال قرار می‌گیرد. وقتی دریچه گیت کاملاً باز است، به دلیل اینکه قطر دریچه و لوله یکسان است، هیچ مانعی برای جریان وجود ندارد و به این ترتیب جریان سیال کاملاً آزاد است.
نحوه عملکرد: برای باز کردن دریچه، دسته چرخان را در جهت خلاف عقربه‌های ساعت می‌چرخانیم و برای بستن آن، در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخانیم. چرخش دسته باعث میشود که دریچه به بالا یا پایین حرکت کند و این حرکت از طریق یک مکانیزم رزوه‌ای انجام میشود. برای باز یا بسته کردن کامل دریچه گیت، بیش از یک دور کامل ۳۶۰ درجه‌ای لازم است.
شیر گیت کجا به کار می‌آید؟
شیرهای گیت در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف استفاده می‌شوند. این شیرها برای قطع جریان به صورت مثبت در مواقعی که نیاز به تعمیرات دستگاه‌های پایین‌دست یا تغییر جریان به فرآیند دیگری است، به کار می‌روند. برخی از کاربردهای رایج شیرهای گیت عبارتند از:
- صنعت نفت و گاز: برای کنترل جریان مایعات و گازها در خطوط لوله.
- صنایع داروسازی: جایی که نیاز به کنترل دقیق جریان مواد وجود دارد.
- صنایع تولیدی: استفاده در خطوط تولید برای قطع یا اتصال جریان مواد.
- صنعت خودروسازی: در سیستم‌های خنک‌کننده و دیگر بخش‌هایی که نیاز به کنترل جریان دارند.
- صنایع کشتیرانی و دریایی: به دلیل طراحی که فضای کمی اشغال می‌کند، در کشتی‌ها و زیردریایی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- کاربردهای زیرزمینی: جایی که فضای عمودی محدود است.
شیرهای گیت همچنین می‌توانند در کاربردهایی که نیاز به کنترل جریان‌های غلیظ مانند روغن‌های سنگین، گریس سبک، وارنیش، دبس، عسل، خامه و سایر مایعات غیرقابل اشتعال و غلیظ است، مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، شیرهای گیت محدودیت‌های فشار پایین دارند و در کاربردهایی که نیاز به تمیزی یا شرایط بهداشتی است، بهینه نیستند.
مزایای شیرهای دروازهای
- کاهش افت فشار: به دلیل طراحی مستقیم، افت فشار در شیرهای گیت بسیار کم است.
- قابلیت قطع کامل: این شیرها قادر به قطع کامل جریان هستند، که برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مهم است.
- ساختار ساده: شیرهای گیت دارای ساختار نسبتاً ساده‌ای هستند که تعمیر و نگهداری آنها را آسان می‌کند.
- دوام بالا: در صورت استفاده صحیح، شیرهای گیت می‌توانند عمر طولانی داشته باشند.
معایب شیرهایGate Valve:
- عدم مناسبت برای تنظیم جریان: شیرهای گیت برای تنظیم جریان مناسب نیستند و بیشتر برای قطع و وصل کامل جریان استفاده می‌شوند.
- زمان باز و بسته شدن طولانی: به دلیل مکانیزم رزوه‌ای، باز و بسته کردن شیرهای گیت ممکن است زمان‌بر باشد.
- خوردگی ساقه: در صورت عدم نگهداری مناسب، ساقه شیر ممکن است دچار خوردگی شود.
- محدودیت در کاربردهای فشار بالا: شیرهای گیت در مقابل فشارهای بسیار بالا ممکن است کارایی خود را از دست بدهند.
انواع شیرهای صنعتی دروازهای براساس ساقه (محور)
شیرهای دروازهای بر اساس ساقه به سه دسته زیر تقسیم بندی می‌شوند:
-
شیر دروازهای ساقه متحرک (Rising Stem Gate Valve)
در این نوع شیرها با چرخاندن فلکه دستی، ساقه و کشو با هم حرکت نموده و آن دو بالا و پایین می‌روند، ساقه این نوع شیرها در قسمت مجاور فلکه پیچ شده و قسمت پیچ شده در بوش ساقه قرار گرفته به طوری که پیچهای بوش درگیر هم می‌باشند. انتهای ساقه با کشوی شیر نیز یکپارچه شده به طوری که هنگام گردش فلکه کشوی شیر همراه ساقه به طرف بالا یا پایین حرکت می‌کند و در نتیجه موقعی که شیر در حالت کاملا باز باشد ساقه به اندازه طول کشو از فلکه دستی بالاتر و بیرون قرار می‌گیرد.
-
شیر دروازهای ساقه ثابت (Non Rising Stem Gate Valve)
ساقه این نوع شیرها در قسمت انتهایی پیچ شده و فلکه دستی آن با ساقه شیر یکپارچه ساخته شده است. ضمنا قسمتی از ساقه در محلی که از داخل کلاهک عبور می‌کند با یک عدد فلنج پوشانیده شده که در نتیجه نمی‌تواند به بالا و پایین حرکت نماید. هنگامی که فلکه دستی می‌گردد ساقه نیز می‌چرخد و به علت اینکه کشو (دیسک) نیز از داخل پیچ شده در اثر درگیری پیچ ساقه با پیچ کشو، هنگام حرکت ساقه، کشو کار مهره را انجام داده و بر حسب گردش ساقه بالا یا پایین می‌رود و در نتیجه شیر باز یا بسته میشود. به این نوع شیرهای دروازهای در اصطلاح و به اختصار، NRS می‌گویند.
در این نوع شیرها به علت اینکه قسمت پیچدار با مواد داخل شیر تماس دارد در معرض حمله اثرات شیمیایی زنگ زدگی و رسوبات قرار می‌گیرند. لذا آنها را روی جریان سیالاتی که جنبه خورندگی دارند قرار نمی‌دهند. ضمناً به علت اینکه قسمت پیچ دار ساقه داخل دنده شیر قرار دارد ضربه نخواهد دید.
-
شیر دروازهای ساقه گوشواره‌ای (Sliding Stem Gate Valve)
عملکرد ساقه این نوع شیر بصورت خطی بوده و در مسیر مستقیم به سمت بالا و پایین حرکت می‌کند. این عملیات با استفاده از اهرمی که جایگزین دسته گردان شده است، انجام می‌پذیرد. ساقه در این نوع شیر دارای هیچ دنده‌ای نمی‌باشد. این ساقه بیشتر در جاهایی که نیاز به باز و بسته شدن سریع خط می‌باشد کاربرد مفید دارد.
انواع شیرهای صنعتی دروازهای براساس نوع دیسک
شیرهای دروازهای بر اساس نوع دیسک به پنج دسته زیر تقسیم بندی می‌شوند:
-
شیر دروازهای دیسک موازی (Parallel Disk Gate Valve)
این نمونه از شیرهای دروازهای دارای دو صفحه موازی در اطراف دیسک می‌باشند که به صورت دروازهای بین دو سیت رینگ موازی حرکت می‌کنند. در برخی از انواع این نوع شیر می‌توان کلیه مکانیزم‌های موجود در شیرهای توپی از نوع باز و بسته را بکار برد. به همین دلیل می‌توان از آن در خطوط انتقال نفت و گاز استفاده نمود. این نوع شیر در دو نوع تک دیسک موازی (Single Disk Parallel) و دو دیسک موازی (Double Disk Parallel) تولید میشود.
از مزایای شیر دروازهای با دیسک موازی می‌توان به گشتاور نسبتا پایین آن اشاره نمود، ولی قیمت آن نسبت به نوع گوهای بالاتر و تعمیر آن سخت تر می‌باشد. برای افزایش عمر کارکرد این نوع شیر، سطح آنرا پس از سنگ زنی، سخت کاری می‌کنند که این عمل با پوشش دهی موادی مانند نیکل، کروم، کادمیم، و کربید تنگستن صورت می‌گیرد به طوری که پس از انجام این عمل سطح دیسک همانند یک آینه می‌گردد.
-
شیر دروازهای دیسک گوهای (Wedge Disk Gate Valve)
در این نوع شیر دروازه ای، دیسک یا عضو مسدود کننده گوهای شکل است و باز کردن شیر راحت تر از حالت دیسک موازی می‌باشد. مقدار تنش وارده به دیسک در حالت گوهای کمتر می‌باشد ولی به دلیل اینکه هنگام باز بودن شیر، جریان به قسمت بالا راه می‌یابد، افت فشار در این حالت بیشتر است و جریان متلاطم تر میشود. در این نوع شیرها از دو نوع نشیمنگاه مورب و یک دیسک مورب استفاده می‌گردد. شیرهای دروازهای که با این نوع دیسک ساخته می‌شوند بسیار فراوان می‌باشند و با توجه به آب بندی مناسب، قیمت کمتر و نشیمنگاه فلزی، کاربرد فراوانی در شبکه مایعات مختلف دارند.
دیسک فلزی در این نوع معمولا دارای زاویه‌ای بین ۳ تا ۵ درجه می‌باشد که باعث میشود تا هنگام بستن شیر، نیروی مورد نیاز برای آب بندی بین دیسک و حلقه نشیمن، حداکثر مقدار ممکن را داشته باشد. محل قرارگیری حلقه‌های آب بندی، زاویه و سطح صافی آنها بسیار مهم بوده و در عملکرد شیر تاثیر مهمی دارند. به طور کلی ساخت و یا تعمیر این نوع شیر بسیار آسان تر از انواع شیرهای دیگر می‌باشد، دیسک گوهای به دو دسته ساده و دو تکه تقسیم میشود. شیر دروازهای گوهای با توجه به کاربردهای فراوانی که دارد، دارای تنوع متفاوتی در نوع دیسک می‌باشد که در ادامه معرفی می‌گردند:
- Solid Wedge Gate Valve: دارای یک دیسک گوهای صلب یا انعطاف پذیر می‌باشد. علاوه بر سرویس‌های قطع و وصل، این شیرها را می‌توان برای تنظیم جریان، معمولا برای اندازه‌های بزرگتر و مساوی ۶ اینچ بکار برد، اما چنانچه دیسک مربوطه در طول مسیر به طور کامل مهار نشود دچار لرزش خواهد شد.
- Split Wedge Gate Valve: دیسک بصورت گوه بدون استفاده از راهنمای فشاری روی نشیمنگاههای زاویه دار قرار می‌گیرد. شرح آن مانند دروازهی دو دیسک با نشیمنگاههای موازی می‌باشد و برای شیرهای کوچک با سرویس‌های بخار ساخته میشود.
- Flexible Wedge Gate Valve: این نوع شیر بصورت یکپارچه ساخته شده و کناره‌های خارجی آن انعطاف پذیر است به طوریکه در صورت پیچیدگی بدنه، نیروی وارده بر روی کشو وارد میشود و کناره‌های خارجی آن را در بر می‌گیرد. در اثر انعطاف پذیر بودن گشتاور حاصله باز و بسته شدن شیر را تقلیل می‌دهد، همچنین امتیاز ویژه این شیر آن است که در شرایط فشار و حرارت بالا کاربرد فراوانی دارد.
-
شیر دروازهای دیسک تیغه‌ای یا چاقویی (Knife Disk Gate Valve)
در نوع چاقویی عضو مسدود کننده دارای لبه‌های تیزی است تا چنانچه ذراتی در نشیمنگاه قرار گرفته باشند، آنها را قطع نمایند و آب بندی به صورت بهتری انجام گیرد. با توجه به سادگی ساختمان این شیر، تعمیر و تعویض قطعات آن راحت تر و کم هزینه تر از بقیه شیرها می‌باشد.
-
شیر دروازهای دیسک مجرای مدور (Conduit Disk Gate Valve)
در این نوع، دروازه صفحه‌ای مقطع مستطیل است که حفرهای دایره‌ای شکل به اندازه مجرای ورودی شیر روی سطح آن ایجاد شده است. این نوع شیر در سامانه‌های گاز، مایع، سیال با ذرات جامد معلق در آن، و سامانه‌های برودتی کاربرد دارد.
-
شیر دروازهای دیسک کشویی یا دریچه‌ای (Penstock Disk Gate Valve )
ث. شیر دروازهای دیسک کشویی یا دریچه ای: این نوع شیر دارای دریچه بزرگی برای قطع و وصل جریان می‌باشد. از جمله کاربردهای آن می‌توان به عبور مقدار زیاد آب، استفاده در واحد‌های تصفیه فاضلاب، سدهای کوچک، کشتی ها، و دریچه‌های ضد نفوذ آب اشاره کرد.
استاندارد ۶۰۰ API یکی از مهمترین استانداردهایی است که برای شیرهای دروازهای فولادی از اندازه ۱ NPS تا اندازه ۲۴ NPS کاربرد دارد. همچنین استاندارد ۳۴/۱۶ ASME B شیرهای دروازهای کلاس ۱۵۰ تا کلاس ۲۵۰۰ را در بر می‌گیرد.
| استاندارد | ANSI B16.34, API 600, API 6D , ANSI B16.5, ANSI B16.10, API 602 , API 6A , BS 1414 |
|---|---|
| قطر شیر mm | 40 mm up to 1800mm (0.5 ʺ to 72 ʺ) |
| فشار کاری psi | up to ASME 300# , DIN PN 40 Up to 7500 Psi |
| دمای کاری C | -29˚C تا 260˚C |
| اتصال | Raised face – Ring type joint – ANSI B16.5 – ASME B16.47 series A or B – BS 4504 PN16, 25, 40, 64, etc – BS10 table D, E, F, G, H, etc – Undrilled – Butt weld – ANSI B16.25 |
| استاندارد بازرسی | API 600 , MSS SP 25, ANSI B 16.10 , DIN 1.2266-1 , EN 10204 , FCI 70-2 |
| بدنه شیر | Carbon Steel: ASTM A216-WCB , ASTM A352-LCC , ASTM A217WC6 , ASTM A217-C5 , ASTM A351-CF8M Stainless Steel: DIN 1.4571, DIN 1.4401 , DIN 1.4404 Titanium Grade 2 or 3 |
| دیسک یا دروازه | ASTM A216-WCB , ASTM A352-LCC , ASTM A217-WC6 , ASTM A217-C5 , ASTM A351-CF8M |
| استم | ASTM A 182 Gr. F6a , ASTM A 182 Graph. F304 , ASTM A 182 Gr. F6a , ASTM A 182 Gr. F316 |
| نشیمنگاه | ASTM A182 Gr. F6a , ASTM A182 Gr. F304 , ASTM A 182 Gr. F6a |
| واشر نشیمنگاه | ASTM A 105 + Stellite , ASTM A 182 Gr. F304 , ASTM A 182 Gr. F6a + Stellite |
| آب بندی | SS304 / Graphite , Spw SS304 / Graphite , RJ SS304 , PTFE |
