آشنایی با شیر دروازه ای یا Gate Valve
شیر دروازه ای یا Gate Valve یكی از متداول ترین و پركاربردترین شیرهای صنعتی می باشد .
این شیرها دارای قیمت نسبتاً ارزانتر و افت فشار پایین است.
این نوع شیرها كه ذاتاً bi-directional هستند معمولاً در مواردی كاربرد دارند .
هدف از به كارگیری آنها قطع یا وصل كامل جریان باشد. علت این امر حساسیت Seat ها در مقابل سایش می باشد.
چراكه حركت سریع سیال در نزدیكی وضعیت بسته شیر سایش و فرسایش زودهنگام شیر را در پی دارد.
لذا به هیچ وجه نباید شیر را در وضعیت نزدیك به حالت بسته رها كرد.
اجراء شیر های دروازه ای
این شیر دارای اجزاء اصلی بدنه، بندآور یا دیسك، نشیمنگاه، ساقه، درپوش و تجهیزات آب بندی می باشد.
حركت بندآور از نوع عمود بر جهت حركت سیال می باشد.
معمولاً این شیرها را از چدن نرم یا خشك می سازند
به طور كلی می توان شیرهای دروازه ای را به دو نوع موازی و گوه ای دسته بندی نمود:
۱- شیرهای دروازه ای با بندآور گوه ای:
در این شیرها بندآور یا دیسك به شكل یك گوه ساخته می شود.
در واقع دیواره های دیسك دقیقاً عمود بر جهت جریان سیال نیست بلكه زاوی های حدود ۵ تا ۱۰ درجه با صفحات عمود بر جهت جریان می سازد.
از آنجاییكه در این نوع شیرها تنها در نزدیكی وضعیت بسته شدن، تماس میان بندآور و نشیم نگاه بوجود می آید، میزان سایش و فرسوده شدن دیسك و Seat در اثر تماس مستقیم كاهش می یابد.
شیرهای دروازه ای با بندآور گوه ای
دیسك های گوه ای دارای دو نوع عمده می باشند:
الف) دیسك گوه ای ساده
این دیسك از یك گوه ساده تشكیل شده و یكی از رایج ترین و ارزان ترین شیرهای صنعتی می باشد.
در شیرهای دروازه ای با ساقه درونی كه دیسك باید در طول ساقه جابه جا شود از دیسك های گوه ای میان تهی استفاده می شود.
در میان این گوه ها سوراخی رزوه شده برای حركت ساقه در نظر گرفته شده است.
از جمله مشكلات به كارگیری این شیرها می توان به موارد زیر اشاره كرد:
– از بین رفتن آب بندی
این شیر در مقابل نیروهایی كه از طرف خط لوله ممكن است به آن وارد شود، بسیار حساس می باشد.
چراكه بر اثر اعمال نیروی خارجی به شیر، نشیمنگاه یا همان Seat از مكان خود جابجا شده و آب بندی گوه با آن از بین می رود و شیر نمی تواند جریان سیال را به طور كامل قطع كند.
‐ گیر كردن در اثر سرد شدن:
در زمان عملیات بهره برداری از شیری كه سیال گرمی را از خود عبور می دهد، بدنه شیر و دیگر اجزاء آن منبسط می شود. اما به دلیل آنكه طول بدنه بیشتر است، میزان انبساط بدنه و افزایش فاصله بین دو نشیمنگاه بیش از میزان انبساط عرضی گوه می باشد.
چنانچه شیر در این حالت بسته شود، گوه مقدار بیشتری به سمت پایین رانده می شود.
با توقف جریان سیال گرم، دمای شیر كاهش می یابد و بدنه و متعلقات آن منقبض می شوند.
اما همانطور كه در زمان انبساط میزان افزایش طول بدنه بیشتر از گوه بوده، در هنگام انقباض، كاهش طول آن نیز بیشتر خواهد بود و سبب می شود به گوه فشار عرضی زیادی وارد نماید. این پدیده موجب گیر كردن گوه در شیر می شود.
چنین اتفاقی در هنگام تغییرات دمای محیط نیز رخ می دهد.
‐ گیركردن در اثر گرم شدن
وقتی شیر به حالت بسته در می آید مقداری از سیال در محفظه درپوش محبوس میشود.
با بستن كامل شیر، این محفظه كاملاً از مسیر سیال جدا شده و ورود و خروج سیال از آن غیر ممكن می گردد.
زمانی كه با سپری شدن فصل زمستان و فرا رسیدن گرمای تابستان گرمای محیط اطراف شیر افزایش می یابد سیالی كه هنگام بستن شیر در زمستان در محفظه شیر محبوس شده بود به لحاظ گرم شدن در تابستان افزایش حجم یافته و به لحاظ تراكم پذیری پائین مایعات، فشار بالای دیسك افزایش چشمگیری خواهد داشت.
در این حالت افزایش فشار بالای درپوش می تواند مانع باز شدن شیر شود.
راه حل
برای حل این مشكل تمهیدات مختلفی پیش بینی می شود.
یكی از متداول ترین روشها، برقراری ارتباط میان درپوش شیر با ورودی یا خروجی شیر به وسیله ایجاد سوراخ ریزی در دیسك می باشد.
با تعبیه این سوراخ و كنترل فشار محفظه درپوش از بروز این مشكل جلوگیری می شود.
باید به این نكته توجه داشت كه هنگام تعمیرات شیر در صورت وجود سوراخ مذكور از تمیز شدن آن اطمینان حاصل شود.
ب) دیسك گو های دو تكه
ساختار این نوع دیسك از دو بخش مجزا تشكیل شده است.
زمانی كه شیر باز است و گوه در بالا قرار دارد، دو تكه گوه بوسیله چند فنر به یكدیگر نزدیك شده اند.
در این حالت عرض گوه كمتر از عرض نشیمنگاه است.
هنگامی كه شیر بسته می شود، گوه بدون هیچ گونه تماسی با نشیمنگاه تا انتهای مسیر خود حركت می كند.
با ادامه حركت ساقه به پائین، مكانیزم جدا كننده دو بخش فعال شده و سبب جدا شدن آنها از یكدیگر و فشرده شدن آنها به نشیمنگاه و آب بندی كامل شیر می شود.
به عبارت دیگر بندآور دو تكه پس از قرار گرفتن در وضعیت كاملاً بسته با نشیمنگاه خود تماس پیدا می كند.
مزایا
این طراحی دارای مزایایی از جمله آب بندی بهتر، عمر بیشتر دیسك و نشیمنگاه به دلیل سایش كمتر می باشد.
همچنین این نوع شیرها نسبت به دیگر انواع شیرهای گوه ای كه دارای مشكل گیركردن هستند،
كمتر گیر می كنند و حساسیت كمتری نسبت به تغییرات دما دارند.
به همین جهت در سرویس های بخار معمولاً از آنها استفاده می شود.
لازم به ذكر است این نوع شیرها نسبت به شیرهای با دیسك ساده و میان تهی گرانتر می باشند.
۲- شیرهای دروازه ای با بندآور موازی:
در این نوع شیر بندآور دارای دو سطح موازی در دو طرف خود می باشد.
برای كاهش سایش میان بندآور و نشیمن گاه، عرض بندآور كمی كوچكتر از فاصله بین دو نشیمنگاه در نظر گرفته می شود.
در حالت بسته، فشار سیال سرویس كمك می كند تا بندآور به نشیمنگاه سمت خروجی شیر چسبیده و آب بندی كامل شود.
هرچه فشار سیال پشت شیر بیشتر شود، بندآور محكم تر به نشیمنگاه خود می چسبد و آب بندی بهتر انجام می شود.
معایب
از معایب طراحی مذكور، این است كه در حالت بسته، درپوش شیر و به تبع آن حلقه های آب بندی، تحت فشار مستقیم سیال قرار داشته و سریع تر مستهلك می شوند.
یك نوع خاص از این شیرها، شیر Conduit می باشد.
این شیر دارای بندآوری به شكل صفحه فلزی كه در نیمه تحتانی آن سوراخی برابر با قطر لوله تعبیه شده ، می باشد.
این سوراخ در حالت كاملاً باز، هم قطر با لوله و در راستای آن قرار می گیرد.
به همین علت، یكی از كاربردهای این نوع شیرها در خطوط انتقال است،
تا به هنگام تمیز نمودن خط لوله ، Pig در مقطع شیر گیر نكند یا باعث كنده شدن تجهیزات شیر مانند نشیمنگاه نشود.
وجه مشخصه این شیرها، ارتفاع زیاد آن است كه از شكل خاص بندآور ناشی می شود.
از جمله معایب بندآور موازی ساده می توان به موارد زیر اشاره كرد:
‐ میان بندآور و نشیمن گاه سایش ناشی از باز و بسته شدن شیر بوجود می آید
‐ آب بندی تنها در سمت خروجی شیر انجام می شود
‐ در حالت بسته فشار سیال سرویس به درپوش و پكینگ ها انتقال می یابد
از این رو بندآورهای موازی و Conduit نیز مانند بندآورهای گوه ای در دو نوع ساده و دوتكه ساخته می شوند و دارای همان نوع عملكرد می باشند.
