شیر دروازه ای (Gate Valve)، یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم کنترل جریان در صنایع مختلف، به دلیل عملکرد ساده و مؤثر خود شناخته می‌شود. این شیر با حرکت یک صفحه عمودی (دروازه) درون مسیر جریان، امکان کنترل کامل و دقیق قطع یا وصل مایعات و گازها را فراهم می‌کند. یکی از ویژگی‌های برجسته این نوع شیر، توانایی عملکرد در شرایط فشار بالا و قطرهای بزرگ است که آن را به انتخابی مناسب برای کاربردهایی مانند شبکه‌های آبرسانی، خطوط انتقال نفت و گاز، و سیستم اطفای حریق تبدیل کرده است. همچنین، شیر دروازه‌ای به دلیل طراحی بدون مانع در حالت باز، از افت فشار جلوگیری می‌کنند و در نتیجه بهره‌وری سیستم‌ها را افزایش می‌دهد. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند تا شیر دروازه‌ای به عنوان یکی از تجهیزات کلیدی در مدیریت ایمن و کارآمد جریان‌های مایع و گاز در صنایع گوناگون مورد توجه قرار گیرد.
شیر دروازه ای از نظر ساختار
شیر دروازه ای طراحی ساده‌ای دارند و در شرایط افت فشار در بسیاری از کاربردها مناسب هستند. این شیر به صورت فول پورت طراحی شده است، به این معنی که قطر داخلی شیر با قطر لوله یکسان است، که این ویژگی جریان بدون مانع و افت فشار کم را تضمین می‌کند. این ویژگی همچنین امکان استفاده از پاک کننده‌های لوله را برای نگهداری لوله فراهم می‌کند.
اجزای اصلی شیر دروازه ای:
- گوه(Wedge): قسمتی که برای مسدود کردن یا اجازه دادن به جریان حرکت می‌کند.
- بدنه(Body): از آهن داکتیل ساخته شده و تمامی اجزای داخلی را در بر می‌گیرد.
- ساقه (Stem): به گوه متصل شده و آن را بالا و پایین می‌کند.
- در پوش(Bonnet): قسمت پوشش دهنده اجزای داخلی شیر که با پیچ به بدنه متصل می‌شود.
- پکینگ (Packing): تضمین‌کننده یک مهر و موم بدون نشت در اطراف ساقه است.
- تریم (Trim): مجموعه‌ای از قطعات داخلی شیر که در تماس مستقیم با سیال هستند. این قطعات شامل دیسک، ساقه و سیت می‌شوند. تریم برای مقاومت در برابر فشار، دما و جلوگیری از نشتی طراحی شده است.
همچنین بخوانید: شیر یک طرفه چیست؟
تریم (Trim)
تریم (Trim) در شیر دروازه ای به مجموعه‌ای از قطعات داخلی اشاره دارد که در تماس مستقیم با سیال هستند. این قطعات شامل دیسک، ساقه و سیت می‌شوند.تریم را برای مقاومت در برابر فشار، دما و جلوگیری از نشتی طراحی می‌کنند. بسته به نوع سیالی که از شیر عبور می‌کند، از مواد مختلفی برای ساخت تریم استفاده می‌شود. تریم های فلزی مانند استیل ضد زنگ برای مقاومت در برابر خوردگی و سایش در شرایط سخت صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از طرف دیگر، تریم های نرم‌تر مانند تفلون برای کاربردهای با دماهای پایین‌تر و سیالات خورنده مناسب هستند. انتخاب تریم مناسب در شیر دروازه‌ای از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا به طور مستقیم بر عملکرد و عمر مفید شیر تاثیر می‌گذارد. این بخش‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با کاهش سایش و خوردگی، طول عمر شیر را افزایش داده و نگهداری آن را ساده‌تر کنند.
انواع تریم
تریم‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- تریم‌های فلزی: مانند استیل ضد زنگ که در برابر خوردگی و سایش مقاوم است.
- تریم‌های نرم: مانند تفلون که برای سیالات خورنده و دماهای پایین مناسب است.
انواع شیر دروازه ای
شیر دروازه ای به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که هر کدام بسته به نوع کاربرد و شرایط کاری متفاوت هستند. در ادامه، برخی از انواع شیر دروازه ای مورد بررسی قرار می‌گیرند:
شیر دروازه ای گوه‌ای (Wedge Gate Valve)
این نوع شیر دارای یک دیسک به شکل گوه است که هنگام بسته بودن شیر، به یک شیار در بدنه شیر فرو می‌رود. این شیرها می‌توانند به صورت تمام باز یا تمام بسته کار کنند و در سیستم‌های با دما و فشار بالا کاربرد دارند. نوع گوه می‌تواند جامد، انعطاف‌پذیر یا با فنر باشد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.
شیر دروازه ای موازی (Parallel Gate Valve)
شیرهای موازی دارای دو دیسک موازی هستند که با استفاده از یک ساقه متحرک بالا و پایین می‌روند. این نوع شیرها معمولاً در سیستم‌های با فشار پایین‌تر و جایی که نیاز به آب‌بندی دقیق‌تری وجود دارد، استفاده می‌شوند. ساختار موازی این شیرها امکان عبور جریان با حداقل افت فشار را فراهم می‌کند.
شیر دروازه ای چاقویی (Knife Gate Valve)
شیرهای چاقویی برای جریان‌های حاوی ذرات جامد، مایعات چسبناک و دوغاب‌ها بسیار مناسب هستند. این شیرها به دلیل داشتن یک تیغه باریک که می‌تواند از میان مواد جامد عبور کند، به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، شیمیایی و فاضلاب استفاده می‌شوند. طراحی سبک و قیمت مناسب این شیرها از مزایای اصلی آنها است.
انواع شیر دروازه ای بر اساس نوع ساقه (Stem)
شیرهای دروازه ای بر اساس نوع ساقه به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: شیر با ساقه بالارونده (Rising Stem) و شیر با ساقه ثابت (Non-Rising Stem). هر کدام از این انواع در کاربردها و شرایط خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند و دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که آنها را برای محیط‌های مختلف مناسب می‌سازد.
شیر دروازه ای با ساقه بالارونده (Rising Stem Gate Valves)
در شیرهای با ساقه بالارونده، ساقه به صورت عمودی حرکت می‌کند و کاربران می‌توانند با تغییر ارتفاع ساقه، وضعیت باز یا بسته بودن شیر را تشخیص دهند. این نوع طراحی به خصوص در سیستم‌هایی که نیاز به نشانگر وضعیت واضح دارند، بسیار مفید است. در این نوع شیر، ساقه به طور مستقیم به دیسک یا گوه متصل است و با چرخاندن دستگیره، ساقه و دیسک به طور همزمان حرکت می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود که بتوان وضعیت شیر را به راحتی از طریق ارتفاع ساقه مشاهده کرد.
شیر دروازه ای با ساقه ثابت (Non-Rising Stem Gate Valves)
در شیر های با ساقه ثابت، ساقه به صورت ثابت باقی می‌ماند و دیسک یا گوه به صورت داخلی بر روی ساقه حرکت می‌کند. این نوع شیرها بیشتر در مکان‌هایی که فضای عمودی محدود است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوع طراحی، حرکت دیسک به وسیله شیار های داخلی درون بدنه شیر انجام می‌شود، بدون اینکه ساقه به سمت بالا یا پایین حرکت کند. این ویژگی به خصوص در محیط‌های زیرزمینی یا مکان‌هایی که فضای نصب محدود است، بسیار کارآمد است.
همچنین بخوانید: انواع شیر هیدرانت آتش نشانی
تفاوت شیر دروازه ای موازی با شیر دروازه ای گوه ای
شیر دروازه ای موازی از یک گوه صاف بین دو نشیمنگاه موازی استفاده می‌کنند و برای کاربردهایی که افت فشار کم و عبور آسان مایعات لازم است، ایده‌آل هستند. در مقابل مدل دروازه ای گوه ای از گوه ای استفاده می‌کنند که در نشیمنگاه‌های مایل قرار می‌گیرد و مهر و موم مکانیکی ایجاد می‌کند. این طراحی فشار بالاتری را تحمل می‌کند و در برابر لرزش و صدا هنگام بسته شدن کامل مقاومت بیشتری نشان می‌دهد.
تفاوت شیر دروازه ای با ساقه بالا رونده در مقابل ساقه ثابت
شیرهای دروازه ای با ساقه بالا رونده(OS & Y) برای نصب‌های روی زمین مناسب هستند و وضعیت شیر را به صورت بصری نشان می‌دهند. این شیرها به راحتی روغن‌کاری و نگهداری می‌شوند. در مقابل، کاربران شیرهای دروازه‌ای با ساقه ثابت (NRS) را به دلیل فشرده‌تر بودن برای نصب‌های زیرزمینی یا فضاهای محدود ترجیح می‌دهند و معمولاً این شیرها با یک نشانگر برای نشان دادن وضعیت شیر همراه هستند.
کاربردهای شیر دروازه ای
برخی از کاربردهای رایج شیر دروازه ای شامل موارد زیر است:
- کارخانه‌های تصفیه آب برای شروع یا متوقف کردن جریان آب در طی فرآیندهای تصفیه.
- در بخش انرژی، برای کنترل جریان در خطوط لوله نفت و گاز.
- در صنایع تولیدی مانند غذا و نوشیدنی، داروسازی، و تولید خودرو.
- سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) برای کنترل سیالات گرمایشی و سرمایشی.
- صنعت دریایی برای مدیریت جریان آب دریا، توازن و سیستم‌های حفاظت آتش در کشتی‌ها.
- سیستم‌های حفاظت آتش‌نشانی برای کنترل سریع و موثر جریان آب.
- سیستم‌های آبیاری در صنعت کشاورزی برای تنظیم آبرسانی به مزارع.
استانداردهای طراحی و ساخت
- API 600: استاندارد طراحی، مواد و آزمون‌های شیرهای دروازه‌ای فولادی در صنایع نفت و گاز.
- ASME B16.34: ابعاد، مواد، و رتبه‌بندی فشار-دما برای شیرهای فلنج‌دار و جوشی استانداردهای مواد
- ASTM International: تعیین استانداردهای ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی مواد شیرهای دروازه‌ای.
- NSF/ANSI 61: ایمنی مواد برای استفاده در سیستم‌های آب آشامیدنی استانداردهای آزمون و گواهینامه
- API 598: استاندارد آزمون فشار و نشت برای شیرهای دروازه‌ای.
- ISO 9001: سیستم مدیریت کیفیت برای تضمین فرآیندهای تولید با کیفیت.
- CE Marking: انطباق محصولات با مقررات ایمنی و عملکردی اتحادیه اروپا
| ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| عملکرد (Operation) | مناسب برای جریان‌های کم و زیاد، با امکان قطع کامل جریان. طراحان شیر دروازه‌ای آن را به گونه‌ای طراحی می‌کنند که در حالت باز یا بسته، کمترین مقاومت را در برابر جریان ایجاد کند. |
| کاربردها (Applications) | تصفیه آب، صنایع نفت و گاز، سیستم‌های آتش‌نشانی، صنایع شیمیایی، سیستم‌های گرمایش و تهویه، صنایع غذایی و داروسازی. |
| مزایا (Advantages) | طراحی ساده، مقاومت بالا در برابر فشار و دما، دوام بالا، جریان بدون مانع و افت فشار کم، قابلیت استفاده در دو جهت. |
| معایب (Disadvantages) | عملکرد کند، نامناسب برای تنظیم جریان، احتمال نشت در شیرهای با نشیمنگاه فلزی، نیاز به چرخش‌های متعدد برای باز یا بسته کردن. |
| انواع (Types) | شیر دروازه‌ای گوه‌ای (Wedge Gate Valve)، شیر دروازه‌ای موازی (Parallel Gate Valve)، شیر دروازه‌ای چاقویی (Knife Gate Valve)، شیر دروازه‌ای با ساقه بالارونده (Rising Stem Gate Valve)، شیر دروازه‌ای با ساقه ثابت (Non-Rising Stem Gate Valve). |
| استانداردها (Standards) | API 600، ASME B16.34، ASTM International، NSF/ANSI 61، API 598، ISO 9001، CE Marking. |
مزایا و معایب شیر دروازه ای
مزایا:
- در شرایط افت فشار: طراحی فول پورت جریان بدون مانع را تضمین می‌کند.
- قابلیت استفاده در دو جهت: می‌تواند در هر دو جهت جریان استفاده شود.
- دوام: مناسب برای کاربردهای فشار و دمای بالا.
معایب:
- عملکرد کند: برای باز یا بسته کردن، نیاز به چرخش‌های متعدد دارد.
- نامناسب برای تنظیم جریان: این شیرها برای موقعیت‌های کاملاً باز یا بسته طراحی شده‌اند.
- احتمال نشت: به خصوص در شیرهای با نشیمنگاه فلزی اگر به درستی نگهداری نشوند.
نتیجه‌گیری
شیر دروازه ای از اجزای ضروری سیستم‌های کنترل جریان مایعات هستند که کنترل روشن و خاموش قابل اعتمادی با فشار کم نیز فراهم می‌کنند. درک انواع و طراحی‌های مختلف شیر دروازه ای به انتخاب شیر مناسب برای کاربردهای خاص کمک می‌کند و کارکرد مؤثر و ایمن شبکه‌های لوله‌کشی و توزیع مایعات را تضمین می‌کند. چه در تامین آب، نفت و گاز، یا فرآوری شیمیایی، شیرهای دروازه‌ای عملکرد لازم برای مدیریت جریان مایعات را به طور مؤثر ارائه می‌دهند.
