دریچه های دروازه, محصول انقلاب صنعتی, علیرغم حضور تاریخی بسیاری از شیرهای دیگر مانند شیرهای گلوب و شیرهای پلاگین، مدت طولانی است که موقعیت غالبی در صنعت داشته اند.. با این حال, در سالهای اخیر, دریچه های دروازه ای با رقابت فزاینده ای از شیرهای توپی و شیرهای پروانه ای مواجه شده اند, که سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص داده اند.
بر خلاف دریچه های توپ, دریچه های پلاگین, و دریچه های پروانه ای, دریچه های دروازه یک مکانیسم بسته شدن منحصر به فرد دارند. عنصر بسته شدن, دروازه یا دیسک, با چرخش های متعدد ساقه یا دوک به صورت خطی حرکت می کند. از مسیر بالا می رود و وارد بالای شیر می شود (به نام کاپوت). این دریچه ها, به صورت خطی باز می شود, همچنین به عنوان شیرهای چند چرخشی یا خطی شناخته می شوند, با دریچه های یک چهارم چرخشی که در آن ساقه می چرخد متفاوت است 90 درجه, معمولا بدون صعود.
دریچه های دروازه ای در مواد و درجه بندی های فشار مختلف وجود دارند, با اندازه های مختلف از NPS ½ اینچ تا بزرگ NPS 144 اینچ, پاسخگویی به طیف گسترده ای از کاربردها. طراحی غالب برای شیرهای دروازه ای شامل اجزایی است که از طریق ریخته گری تولید می شوند, آهنگری, یا جوشکاری, با طرح ریخته گری که غالب است.
یکی از جنبه های قابل توجه دریچه های دروازه، توانایی آنها در باز شدن کامل است, تقریبا هیچ مانع یا اصطکاک در مسیر جریان ایجاد نمی کند. مقاومت جریان ارائه شده توسط شیرهای دروازه کاملاً باز تقریباً معادل یک بخش از خط لوله با اندازه پورت یکسان است.. در نتیجه, شیرهای دروازه ای هنوز به طور گسترده در برنامه های خاموش یا روشن / خاموش استفاده می شوند. در برخی اصطلاحات دریچه, دریچه های دروازه ای همچنین به عنوان شیرهای گلوب شناخته می شوند.
با این حال, دریچه های دروازه ای ممکن است بهترین انتخاب برای تنظیم جریان یا عملکرد در جهتی غیر از کاملا باز یا کاملا بسته نباشند.. استفاده از شیرهای دروازه نیمه باز برای دریچه گاز یا کنترل جریان می تواند منجر به آسیب به دروازه یا حلقه صندلی سوپاپ به دلیل برخورد در محیط جریان آشفته ایجاد شده در هنگام نیمه باز شود..
سازه های داخلی شیر دروازه
در حالی که اکثر شیرهای دروازه ممکن است از نظر ظاهری مشابه به نظر برسند, طرح های داخلی آنها می تواند متفاوت باشد. اکثر شیرهای دروازه از بدنه و کاپوت تشکیل شده اند, با کاپوت حاوی یک عنصر بسته به نام دروازه یا دیسک. عنصر بسته شدن به ساقه عبوری از درپوش متصل است, در نهایت به یک چرخ دستی یا سایر دستگاه های محرک برای عملکرد ساقه متصل می شود. فشار اطراف ساقه با بسته بندی فشرده در جعبه یا محفظه پر کردن محدود می شود.
قطعات داخلی شیر دروازه, ربطی به نازکی یا تناسب دریچه ندارد, به اجزای داخل دریچه که استرس قابل توجهی را تحمل می کنند یا در معرض فرسایش و خوردگی شدید قرار دارند، اطلاق شود. در شیرهای دروازه, قسمت داخلی از ساقه تشکیل شده است, قسمت صندلی دیسک, صندلی بدن, و صندلی عقب. شیرهای معمولی برنزی یا برنجی معمولاً دارای قسمت داخلی هستند که از همان مواد بدنه و کاپوت ساخته شده است.. دریچه های چدنی و چدنی داکتیل از قطعات داخلی تمام آهنی یا داخلی برنزی استفاده می کنند.
شیرهای فولادی را می توان به مواد داخلی مختلف مجهز کرد, از جمله آلیاژ تنگستن کروم کبالت, آلیاژ هاستلو, 316ss, 347ss, آلیاژ مونل, و آلیاژ 20, معمولا برای دریچه های داخلی دریچه استفاده می شود.
طراحی دیسک شیر دروازه
هسته دریچه های دروازه عنصر بسته شدن است, که در دو طرح موجود است: صندلی دیسکی گوه ای و موازی. طرح گوه, محبوبیت آن از زمان اختراع آن توسط مهندس بریتانیایی جیمز نسمیت در 1843, از دروازه ای با زاویه کمی شیبدار که با زاویه صندلی بدنه برای بسته شدن محکم استفاده می کند.. دریچه های گوه ای با اعمال گشتاور، دروازه را محکم به صندلی محکم می کنند.
سه نوع طراحی دروازه گوه ای وجود دارد:
- گوه جامد, قدیمی ترین و از نظر تاریخی رایج است, در یک نقطه تقریبا جهانی بود. با این حال, انعطاف پذیری ندارد و ممکن است به دلیل نوسانات شدید دما یا فشارهای لوله باعث تغییر شکل در صندلی شود.. دروازه های گوه ای جامد پیکربندی استانداردی برای برنز باقی می ماند, چدن, تامین آب, و شیرهای فولادی کربن فشرده (API 602 نوع).
- گوه کاملا انعطاف پذیر بسیار انعطاف پذیر است, سازگاری با تغییرات دما و تنش های نامطلوب لوله بدون محدودیت با افزودن شیارها یا شکاف ها در اطراف آن. ساخت طرح های انعطاف پذیر آسان تر است, جبران عیوب جزئی در سطح صندلی با انعطاف پذیری دروازه. به روز, طرح های گوه ای انعطاف پذیر رایج ترین نوع در شیرهای دروازه صنعتی هستند.
- گوه اسپلیت از یک طرح دو تکه تشکیل شده است, با چهره های همسان در پشت هر دروازه. این صفحات منطبق امکان انتقال یکنواخت رانش ساقه به سمت پایین را به سطح دروازه و نشیمنگاه می دهند. این طراحی انعطاف پذیر همچنین از تداخل ناشی از انبساط حرارتی جلوگیری می کند. با این حال, طرح های اسپلیت جنبه منفی دارند: در برنامه های کثیف, باقیمانده یا زباله ممکن است بین دو نیمه توده شود, باعث ایجاد ناهماهنگی یا حتی انسداد می شود. طرح های گوه شکاف در شیرهای فولادی ضد زنگ و آلیاژ بالا رایج است, و همچنین بسیاری از دریچه های کوچک برنزی.
دروازه‌های گوه‌ای توسط شیارها یا دنده‌هایی که به بدنه شیر جوش داده می‌شوند هدایت می‌شوند و توسط نشیمنگاه هدایت می‌شوند.. این دستگاه‌های هدایت گوه در حین باز یا بسته شدن تراز را حفظ می‌کنند, جلوگیری از سر خوردن روی صندلی پایین دست در طول این فرآیندها.
یکی دیگر از سبک های دیسک سوپاپ برای شیرهای دروازه، طراحی موازی صندلی دیسکی است. صندلی‌های موازی می‌توانند فنرهایی را برای آب‌بندی محکم‌تر نصب کنند یا یک مهر و موم قابل اعتماد در جهت بالادست ایجاد کنند.. صندلی موازی یک صندلی موضعی است; موقعیت دروازه اثر آب بندی را تعیین می کند, به جای بزرگی نیرو (گشتاور) توسط ساقه روی دروازه اعمال می شود.
طراحی بدنه / کاپوت
شیرهای دروازه ای معمولا از دو قسمت اصلی تشکیل شده اند: بدنه و کاپوت, تشکیل پوسته حاوی فشار شیر دروازه. طرح های مختلفی برای رابط بین این دو جزء وجود دارد.
- اتصالات رزوه ای ساده ترین طراحی هستند اما فقط برای ارزان استفاده می شوند, شیرهای برنزی کم فشار.
- اتصالات اتحادیه نیز عمدتاً برای شیرهای برنزی استفاده می شود, اما طراحی اتحاد امکان جداسازی آسان تر را فراهم می کند, تسهیل نگهداری و تعمیر.
- اتصالات پیچ و مهره ای از محبوب ترین اتصالات هستند, برای اکثریت قریب به اتفاق شیرهای دروازه ای در کاربردهای صنعتی امروزی استفاده می شود. برخلاف کلاه های نخی و اتحادیه, اتصالات پیچ و مهره ای به واشر برای مهر و موم کردن محل اتصال بین بدنه و کاپوت نیاز دارند.
- اتصالات مهر و موم تحت فشار با فشار سیال در داخل بدنه سوپاپ فعال می شوند که بر روی یک گوه ساخته شده از آهن نرم یا گرافیت که بین بدنه و کاپوت قرار داده شده است، فعال می شوند.. در شیرهای آب بند فشار, فشار در حفره بدن بیشتر می شود, نیروی وارد بر واشر بیشتر است. کلاه نمد فشار به طور گسترده ای در فشار بالا استفاده می شود, برنامه های کاربردی در دمای بالا, مانند صنعت برق.
- اتصالات کاپوت جوش داده شده یک اتصال بدنه / کلاه بسیار محبوب برای دریچه های فولادی فشرده با اندازه های ½ اینچ تا 2 اینچ و درجه بندی فشار از 800 به 2500, بدون نیاز به جداسازی.
مواد و استانداردها
فولاد و آهن متداول ترین مواد مورد استفاده در ساخت شیر دریچه هستند. مواد فولادی برای اکثر کاربردهای صنعتی مناسب هستند, در حالی که مواد آهنی برای کاربردهایی مانند آب مناسب هستند, فاضلاب, و گرمایش, تهویه, و تهویه مطبوع (تهویه مطبوع). از دیگر مواد متداول ساخت شیر دروازه ای می توان به فولاد ضد زنگ اشاره کرد, برنز, و مواد پر آلیاژ مانند هاستلو و آلیاژهای کروم-نیکل-آهن.
در مورد استانداردهای طراحی و ساخت شیر دروازه, استانداردهای داخلی شامل استانداردهای ملی GB و GB/T است, و همچنین استانداردهای صنعتی JB و JB/T, همراه با استانداردهای گروه و استانداردهای سازمانی. در سطح بین المللی, استانداردها توسط سازمان هایی مانند موسسه نفت آمریکا ایجاد شده است (API), انجمن استاندارد سازندگان (MSS), انجمن کار آب آمریکا (AWWA), و انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (مثل من).
زیر بازارهای شیر دروازه ای
اگرچه شیرهای یک چهارم چرخشی سهم قابل توجهی از بازار شیرهای دروازه ای را در گذشته به خود اختصاص داده اند 50 سال ها, برخی از صنایع هنوز به شدت به شیرهای دروازه ای متکی هستند, از جمله صنایع نفت و گاز طبیعی. علیرغم پیشرفت شیرهای توپی در خطوط لوله گاز طبیعی, خطوط لوله نفت خام یا مایع همچنان سنگر شیرهای دروازه موازی هستند. در شیرهای سایز بزرگتر, شیرهای دروازه همچنان انتخاب اصلی برای اکثر برنامه ها هستند, از جمله صنعت پالایش. ثبات در طراحی و هزینه کل اقتصادی عوامل بسیار مهمی هستند که بر پذیرش این شیرها تأثیر می‌گذارند.
از نظر کاربرد, بسیاری از صنایع فرآیندی از دماهای بالاتر از دمای کار ایمن پلی تترا فلوئورواتیلن استفاده می کنند (PTFE), مواد اصلی صندلی برای شیرهای توپی شناور. دریچه‌های پروانه‌ای با کارایی بالا و دریچه‌های توپی فلزی در کاربردهای پالایشی کاربرد بیشتری پیدا کرده‌اند., اگرچه هزینه کل آنها معمولاً بیشتر از شیرهای دروازه است. در بخش خدمات آب, دریچه های دروازه آهنی هنوز هم غالب هستند, ثابت کردن مقرون به صرفه و بادوام حتی در برنامه های مدفون.
صنعت برق از شیرهای دروازه آلیاژی برای کاربردهایی با فشار و دمای بسیار بالا استفاده می کند. علیرغم ظهور برخی از شیرهای کره ای با الگوی Y و شیرهای توپی فلزی که برای خدمات دریچه گاز طراحی شده اند., شیرهای دروازه ای همچنان در بخش خدمات مورد علاقه هستند.
امروز, دریچه های دروازه, به دلیل مقرون به صرفه بودن بالا شناخته شده است, انتخاب اصلی برای بسیاری از برنامه های کاربردی خدمات باقی می ماند. مارک تواین یک بار گفت, “گزارش های مرگ من بسیار اغراق آمیز است.” در حالی که شیرهای توپی, دریچه های پلاگین, و شیرهای پروانه ای سهم بازار خود را در طول دهه ها گسترش داده اند, شیر دروازه قدیمی نیز از احساسات تواین مستثنی نیست - شایعات در مورد مرگ آن بسیار اغراق شده است.!