شیرهای کشویی یا همان شیر دروازه ای (Gate Valve) در واقع یکی از رایج ترین شیرآلات مورد استفاده در صنعت هستند که دیسکی دایره ای یا مستطیلی در آن به صورت عمودی حرکت می کند و با باز و بسته کردن مسیر مستقیم حرکت سیال موجب شروع یا پایان جریان می شود اما برای تنظیم جریان مورد استفاده قرار نمی گیرد. همچنین بهتر است برای کاهش افت فشار هنگام استفاده از این نوع شیر، در موقعیت کاملاً باز یا کاملاً بسته قرار داده شود اگر نه ممکن است قطعات آسیب ببینند. از مزایای شیر دروازه ای می توان به این نکته اشاره کرد که دو جهته است و می تواند در هر دو جهت، جریان را متوقف کند.
قطعات شیر کشویی
همان طور که در تصویر مشاهده می کنید، شیرکشویی دارای قطعات زیادی است که برخی از مهم ترین آنها عبارت اند از:
کلاهک (Bonnet)
گوه (Wedge)
استم (Stem)
سیت (Seat)
بدنه (Body)
یوک (Yoke)
شیرهای کشویی بر اساس انواع مختلف این قطعات طبقه بندی می شوند و بدیهی است که از این رو هر کدام دارای ویژگی های خاص و متفاوتی باشند که در این مقاله به آنها می پردازیم.
طبقه بندی شیرهای کشویی بر اساس قطعات
انواع ساختار کلاهک
کلاهک قطعه ای از شیر است که مجموعه ی بدنه را تکمیل و معمولاً استم از میانش عبور می کند و هم اکنون به معرفی برخی از محبوب ترین کلاهک ها می پردازیم:
کلاهک بست فشار (Pressure Seal Bonnet) : ویژگی خاص این کلاهک این است که با افزایش فشار داخلی دریچه، بست اتصالات بدنه و کلاهک را بهبود می بخشد. در واقع فشار داخلی، کلاهک را به سمت بالا و در مقابل گسکت قرار می دهد و سبب ایجاد نیرو بین آنها می شود و نشتی را کاهش می دهد. ناحیه ی تماس بین این اجزا توسط فولاد ضد زنگ پوشیده می شود تا کیفیت را بهبود ببخشد و از خوردگی جلوگیری کند. کلاهک بست فشار در دماهای بالا کاربرد دارد.
کلاهک پیچی (Screwed Bonnet) : ساده ترین طراحی متعلق به این کلاهک است که دارای شیارهای پیچشی است و انواع آن برنجی و فولادی هستند. این مدل به دلیل قیمت پایین ترش بیشترین استفاده را دارد.
کلاهک پیچ شده (Bolted Bonnet) : یکی از پر طرفدارترین ترین کلاهک ها است که به یک گسکت بین کلاهک و بدنه نیاز دارد و در شمار زیادی از شیرهای کشویی به کار گرفته می شود. آب بندی مناسب بین بدنه ی شیر و کلاهک با طراحی تعداد بیشتر پیچ و مهره و انتخاب بهترین و مناسب ترین گسکت برای هر سیستم در بهبود کارایی این نوع کلاهک، نقش به سزایی دارد.
کلاهک جوش داده شده (Welded Bonnet) : شیر کشویی که بدنه و کلاهکش به صورت مستقیم جوش خورده باشند، نه با پیچ و مهره، احتمال نشت را کمتر می کند و در سیستم های فشار بالا و دما بالا کاربرد دارد. همچنین این نوع کلاهک نسبت به بقیه سبک تر است و نیاز به جداسازی قطعات نیز ندارد و به همین علت دارای محبوبیت است.
انواع گوه
یکی از اجزایی که انتخاب مدل صحیحش در عملکرد مناسب شیر کشویی نقش به سزایی دارد، گوه است پس ممکن است گوه ی مورد استفاده در هر شیر با دیگری فرق داشته باشد و دلیلش مبتنی بر ویژگی خاص هر کدام است که در ادامه به طور خلاصه هر یک را معرفی می کنیم:
گوه جامد (Solid Wedge) : گوه ی جامد به دلیل سادگی، استحکام و قیمت ارزانش از رایج ترین ها برای شیر کشویی است. این نوع گوه تقریباً برای تمام سیستم ها و مایعات به کار گرفته می شود و حتی می تواند در جریان های متلاطم نیز عملکرد مورد قبولی داشته باشد اما در این طراحی، دیسک در معرض نشت بیشتری است و همچنین هنگام استفاده در دماهای بالا، گوه ی جامد دچار قفل حرارتی می شود یعنی گوه بین سیت ها به علت انبساط فلز گیر می کند؛ پس بهتر است که در دماهای پایین تری استفاده بشود.
گوه انعطاف پذیر (Flexible Wedge): در واقع یک دیسک جامد یک تکه ی برش خورده است که برش ها، شکل، اندازه و عمق های مختلفی دارند که همین امر موجب تخصیص صفات خاص به هر یک می شود. به طور مثال اگر برشی عریض و عمیق داشته باشیم، انعطاف پذیری گوه افزایش می یابد اما باعث کاهش استحکام می شود این در حالی است که برش باریک تر و به نسبت کم عمق تر، انعطاف پذیری گوه را کاهش می دهد و در عوض استحکامش را حفظ می کند. گوه ی انعطاف پذیر در شیر کشویی هایی که در سیستم های بخار مورد استفاده قرار می گیرند به کار برده می شود.
دیسک دوگانه ی موازی (Double Disc-Parallel Faced) : ویژگی چرخشی دیسک ها باعث می شود که هنگام بسته شدن در موقعیت متفاوتی قرار بگیرند که همین موضوع سایش سیت را یکنواخت و از نقص های بزرگ جلوگیری می کند. از دیگر مزایای این مدل می توان به توزیع یکنواخت فشار و نگهداری و تعمیر آسان اشاره کرد. این نوع طراحی خاص برای اطمینان از بهترین عملکرد در سخت ترین و شدیدترین شرایط سیستم ها مناسب است.
گوه تقسیم شده (Split Wedge) : در این نوع گوه، دو نیمه ی دیسک می توانند آزادانه در جایگاه سیت تنظیم شوند. گوه ی تقسیم شده برای کار با مایعات در دمای طبیعی و بالا و همچنین گازهای غیر متراکم کاربردی است.
انواع ساختار استم
استم قطعه ای میله مانند از شیر است که وظیفه اش انتقال نیرو از اپراتور وارد کننده ی نیرو به دیسک یا گوه برای انسداد مسیر جریان سیال است که می تواند یک یا چند جزئی باشد که انواع مختلفی دارد و برخی از آنها عبارت اند از:
استم بالارونده ی بیرون پیچ (Rising Stem/Outside Screw) : استفاده از این استم در مواردی که دمای بالا و مواد خورنده ی موجود ممکن است به استم آسیب وارد کند توصیه می شود. وقتی که دسته چرخانده و و شیر کشویی باز می شود، استم به کمک شیارهای پیچشی خارجی خود بالا می رود. از برتری های استم بالارونده ی بیرون پیچ، تعیین موقعیت دیسک با مشاهده ی موقعیت استم است.
استم بالارونده ی داخل پیچ (Rising Stem/Inside Screw) : در این مدل، دسته و استم هر دو بالا می روند پس نیاز است فضای مناسبی برای کار تعبیه شود اما همین مورد به تعیین موقعیت دیسک داخل شیر کمک می کند. از دیگر خوبی های استم بالارونده ی داخل پیچ این است که در حالت باز، سیت از شیارهای پیچشی استم تا حد زیادی حفاظت می کند و آسیب کمتری می بیند.
استم غیر بالارونده ی داخل پیچ (Non rising Stem/Inside Screw) : استم غیر بالارونده حرکتش به صورت عمودی نیست پس مانند مدل قبلی نیاز به اختصاص فضا ندارد اما این امر مانع تعیین موقعیت دیسک می گردد. از طرفی نوع حرکتش باعث می شود که سایش بسیار کم باشد اما از طرفی دمای بالا و مواد جامد و خورنده می توانند به شیارهای پیچشی استم داخل شیر کشویی آسیب وارد بکنند.
انواع سیت
کار اصلی سیت ها جلوگیری از هر گونه نشتی در محل تماس قسمت مسدود کننده و سطوح داخل بدنه است و از این جهت نوع سیت مورد استفاده در شیر کشویی به اندازه ی نوع کلاهک، گوه و استم در تعیین عملکرد شیر تاثیر گذار نیست اما بهتر است انواع آنها را بشناسیم و بهترینشان را انتخاب کنیم:
سیت تعویض پذیر (Renewable Seat Ring) : سیت های تعویض پذیر با شیارهای پیچی یا با فشار وارد بدنه می شوند و از این رو جدا کردن و جایگزینی آنها آسان است.
سیت تعویض ناپذیر (Non-Renewable Seat Ring) : این مدل سیت ها به بدنه جوش داده و به طور کامل به آن وصل شده اند و همان طور که از نامش پیداست نمی توان آن را عوض کرد.
سیت یکپارچه (Integral Body Seat Ring)
باید با در نظر گرفتن شرایط محیط، دما، فشار و … انتخابی مناسب برای هر یک از قطعات داشت تا به بهترین عملکرد از شیر کشویی در سیستم مورد نظر برسیم.