معرفی انواع شیرهای دروازه‌ای یا کشویی

عمل اصلی شیر دروازه‌ای یا همان شیر کشویی (Gate Valve) در حقیقت قطع کامل و یا ایجاد ارتباط بین دو جریان سیال است. این بدان معناست که این نوع شیرها یا بایستی کاملا بسته باشند، یا باز و در واقع به صورت نیمه‌باز نمی‌توان از آن‌ها استفاده کرد. در این مقاله از آهن‌آنلاین به بررسی شیر کشویی و انواع آن خواهیم پرداخت.

شیر کشویی با حرکت خطی برای شروع یا قطع جریان سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیرها جهت رساندن افت فشار به پایین‌ترین سطح مورد استفاده قرار می‌گیرند و قابلیت تنظیم جریان را ندارند.

عملکرد شیر کشویی یا دروازه‌‌ای چگونه است؟

شیر کشویی در نمونه‌های مختلف و با اندازه‌های متفاوت موجود است. در مورد شیرهای دروازه‌ای ذکر این نکته لازم است که همگی دارای اجزای یکسان هستند که با توجه به مدل‌های مختلف از نظر نوع شرکت سازنده با یکدیگر تفاوت جزئی دارند و البته قیمت شیر کشویی برندهای مختلف هم متفاوت خواهد بود، ولی نکته‌ای را که بایستی بدان توجه نمود این است که به‌طور کلی تمامی شیرهای دروازه‌ای دارای مکانیزم یکسان بوده که فقط از لحاظ ساختمانی با یکدیگر تفاوت دارند.
همان‌طور که از نام این شیر مشخص است، به کمک دروازه‌ای که در مسیر حرکت سیال قابل تغییر مکان دادن است، عمل می‌نماید؛ این دروازه به صورت عمودی در مسیر جریان حرکت کرده و در موارد لزوم جریان را قطع و یا برقرار می‌کند.
شیرهای کشویی بزرگ اصولا باید قابلیت بسته شدن در حالت جریان کامل را داشته باشند، ولی بعد از بسته شدن باید فشار به کمک سامانه کنارگذر در طرفین شیر یکسان گردد و سپس اقدام به بازکردن شیر شود.

اجزا و استانداردهای شیر دروازه‌ای

شیر کشویی با حرکت خطی برای شروع یا قطع جریان سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد. نام دروازه (Gate) از قرار گرفتن مجرابند در مقابل سیال مشتق گردیده است. این شیرها جهت رساندن افت فشار به پایین‌ترین سطح مورد استفاده قرار می‌گیرند و قابلیت تنظیم جریان را ندارند.

Hand wheel در حقیقت دسته فلکه شیر است که به‌وسیله یک مهره به ساقه شیر وصل گردیده و حرکت آن در راستای عمودی محدود شده و چرخش آن باعث بالا آمدن و یا پایین رفتن stem (ساقه) و در نتیجه gate بر روی نشیمن‌گاه یا seat ring می‌نشیند. قسمت آب‌بندی نیز مانع خروج سیال از کنارهای ساقه شده و شاملpacking ،gland و gland flange است. قسمتی که packing درون آن قرار می‌گیرد، stuffing box گفته می‌شود.
در شیرهای کشویی معمولا اتصال شیر و لوله به وسیله فلنج و پیچ و مهره بوده و برای جلوگیری از نشتی بین فلنج شیر و لوله، واشر آب‌بندی (Gasket) گذاشته می‌شود. قسمتی از شیر کشویی که در بالای بدنه قرار گرفته و به وسیله فلنج و پیچ و مهره به بدنه اتصال یافته، سرپوش فلزی یا (Bonnet) نامیده می شود و برای محکم شدن و جلوگیری از نشتی بین بدنه و سرپوش، واشر گذاشته شده است.Gate یا عضو مسدودکننده شیر‎های دروازه‌ای می‌تواند به صورت parallel ،wedge ،through-conduit یا knife (تخت، گوه‌ای شکل، مجرای مدور یا چاقویی) باشد.

در نوع صفحه موازی، عضو مسدودکننده یا gate، صفحه تخت با ضخامت یکسان است. در حالیکه این قسمت در نوع دوم گوه‌ای شکل بوده و باز کردن شیر در این نوع راحت‌تر از حالت parallel است. در ضمن میزان تنش وارده به صفحه در حالت گوه‌ای کمتر است؛ ولی به دلیل اینکه هنگام باز بودن شیر، جریان به قسمت بالا نیز راه می‌یابد، افت فشار آن بیشتر در این حالت بیشتر است و جریان مغشوش‌تر می‌شود.

در نوع سوم gate صفحه‌ای با مقطع مستطیلی است که حفره‌ای دایره‌ای‌شکل به اندازه مجرای ورودی شیر بر سطح آن ایجاد شده است. در نوع چاقویی، عضو مسدودکننده دارای لبه‌های تیز است تا چنانچه ذراتی که در نشیمن‌گاه قرار گرفته باشد، آن‌ها را قطع کند و آب‌بندی بهتر صورت گیرد.با توجه به سادگی ساختار این شیر، تعمیر و تعویض قطعات آن راحت‌تر و کم هزینه‌تر از بقیه شیرها است.

شیرهای کشویی بر اساس استاندارد API 600 یا BS1414 طراحی و ساخته می‌شوند و استاندارد face to face آن‌ها بر اساس ANSI B16.10 و END FLANGE آن‌ها بر اساس MS SP44 و در صورت درخواست بر روی اجزا شیر استاندارد NACE MR0175 جهت گاز ترش نیز اعمال می‌گردد.

مشخصات شیر دروازه‌ای استاندارد

• کشو نشیمن‌گاه شیر خیلی سریع و آسان قابل تعویض است.
• یاتاقان‌های تعبیه شده باعث سهولت امر باز کردن و بستن شیر دروازه‌ای می‌شود.
• با تعویض مرتب آب‌بندها، محور می‌تواند برای عبور سیال با حرارت تا حدود ۱۷۵ درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار گیرد.
• به‌وسیله گریس‌کاری و روغن‌کاری از دریچه مخصوص، کشو و نشیمن‌گاه شیر کشویی می‌توانند در مقابل فشار بدنه مقاوم باشند.
• به وسیله پین محور می‌توان از عیوب حاصل از گشتاور ناگهانی بر چرخ دستی جلوگیری نمود.

تقسیم‌بندی شیرهای کشویی از نظر مکانیزم عملکرد

شیر کشویی از نظر عملکرد در دو نوع محور ثابت و متحرک موجود است که در ادامه به بررسی هر کدام پرداخته می‌شود:

شیر کشویی با محور متحرک

با چرخاندن فلکه، محور و کشو با هم حرکت کرده و بالا و پایین می روند. محور این نوع شیرها در قسمت مجاور فلکه پیچ شده و قسمت پیچ شده در بوش محور قرار گرفته، به‌طوری که پیچ‌های محور با پیچ‌های بوش درگیر هم می‌شوند. فلکه شیر با بوش محور یکپارچه ساخته شده، به‌طوری که هنگام گردش فلکه، بوش محور نیز می‌گردد.
هنگام گردش فلکه کشوی شیر همراه محور به طرف بالا یا پایین حرکت می‌کند و در نتیجه موقعی که شیر در حالت کاملا باز باشد، محور به اندازه طول کشو از فلکه بیرون و بالاتر قرار می‌گیرد.

در این نوع شیرها چون قسمت پیچ‌دار محور در صورت باز بودن شیر از فلکه بیرون می‌آید، با یک نگاه می‌توان متوجه شد که شیر باز و یا بسته است. ضمنا به علت بیرون آمدن ساقه احتیاج به مراقبت و حفاظت در مقابل ضربه خوردن و غیره را دارد. از مزایای این نوع شیر کشویی آن است که چون قسمت پیچ‌دار محور با آب درون شیر تماس نداشته، لذا از خوردگی در امان خواهد بود.

شیر کشویی با محور ثابت

محور این نوع شیرها در قسمت انتهایی پیچ شده و فلکه آن با محور شیر یک پارچه ساخته شده است. ضمنا به علت این که قسمت پیچ‌دار محور داخل بدنه شیر قرار دارد ضربه نخواهد دید.

انواع شیر کشویی از نظر آب‌بندی

از نظر آب‌بندی، چهار نوع شیر کشویی گوه‌ای، زبانه لاستیکی، موازی و چاقویی وجود دارد که از انواع یاد شده، شیرهای کشویی ردیف‌های یک و دو بیشترین مصرف را در شبکه‌ها و خطوط انتقال آب دارند.
شیرهای کشویی ردیف سه بیشتر در مواردی که مواد معلق شن و ماسه زیاد بوده و یا سرعت عبور سیال زیاد باشد، مورد استفاده قرار گرفته و ردیف چهار عمدتا در سامانه‌های فاضلاب استفاده می‌شود.

شیر دروازه‌ای موازی

شیر دروازه ای موازی (parallel gate valve) نوعی شیر کشویی است که قطعه متحرک آن از یک یا دو دیسک تشکیل می‌شود. دیسک شیرهای دروازه‌ای موازی از یک صفحه تخت تشکیل یافته است که سوراخی معادل قطر اسمی شیر در آن وجود دارد. در شرایط تمام باز این سوراخ در مقابل سوراخ‌های ورودی و خروجی بدنه شیر قرار می‌گیرد و مقطع عبور کامل را به وجود می‌آورد و در شرایط بسته شدن، دیسک شیر حرکت می‌کند تا قسمت بدون سوراخ شیر مقطع عبور آب را قطع کند، در این شیرها عمل آب‌بندی اصلی توسط نشیمن‌های واقع در بدنه شیر انجام می‌شود. این نشیمن‌ها به دو صورت طراحی می‌شوند؛ یکی به صورت متحرک، بدین معنی که فشار آب باعث فشرده شدن نشیمن آب‌بندی به سطح دیسک می‌شود و دوم به صورتی که در پشت نشیمن‌های آب‌بندی‌کننده فنرهایی تعبیه می‌شود تا فشار ثابتی را به صورت دائم به سطح دیسک وارد کنند و عمل آب‌بندی انجام شود.

در این نوع شیرها چون دیسک شیر به هیچ عنوان حالت لقی نداشته و در تمام مسیر حرکت خود با نشیمن‌های آب‌بندی‌کننده در تماس است، سیال را می‌توان با سرعت‌های زیاد از این نوع شیر عبور داد.
شیرهای دروازه‌ای موازی در سامانه‌های عادی صنعت آب مورد استفاده قرار نمی‌گیرند؛ زیرا ابعاد بزرگ، وزن زیاد و قیمت بالایی دارند. ولی در شرایطی که اجسام خارجی در خط لوله زیاد یا سرعت عبور آب بسیار بالا باشد، از آن‌ها استفاده می‌شود.

شرایط بهره‌برداری ممکن است محدودیت‌های زیر را در کاربرد شیرهای دروازه‌ای موازی به وجود آورد:

• اگر فشار سیال کم باشد ممکن است که آب‌بندی شیر به خوبی صورت نپذیرد.
• باز و بسته شدن مکرر این شیرها ممکن است باعث فرسودگی نشیمن آن‌ها شود. لذا شیر کشویی موازی در مواردی به کار می‌رود که شیر زیاد باز و بسته نمی‌شود.
• موقعی که سیال دارای سرعت زیاد باشد، قطعات شل شده دیسک سروصدای زیادی ایجاد می‌کنند.
• کنترل دبی در این شیرها فقط در ۵۰ درصد مرحله انتهایی بسته شدن آن‌ها صورت می‌پذیرد. به این دلیل شیرهای دروازه‌ای موازی را برای قطع و وصل جریان به کار می‌برند.

شیر دروازه‌ای گوه‌ای

تفاوت شیر کشویی گوه‌ای (wedge gate valves) با شیر دروازه‌ای موازی در گوه‌دار بودن قطعه متحرک آن است. هدف از گوه‌دار کردن قطعه متحرک این شیرها، تامین آب‌بندی بیشتر در برابر فشارهای زیاد یا کم است. میزان آب‌بندی شیر کشویی گوه‌ای با نشیمن فلزی بیشتر از شیر دروازه‌ای موازی با نشیمن فلزی است. البته آب‌بندی طرف بالادست شیر دروازه‌ای گوه‌ای با نشیمن فلزی به خوبی طرف پایین دست آن نیست. شیرهای دروازه‌ای گوه‌ای به دلیل شرایط مناسب نصب به صورت مدفون و در اندازه‌های تا قطر ۳۰۰ میلی‌متر، بیشتر در شبکه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نقطه ضعف اصلی شیرهای دروازه‌ای گوه‌ای آسیب‌پذیری شدید در مقابل اجسام سخت موجود و در خط لوله مانند ماسه است. مواد جامد معلق در نشیمن شیر کشویی گوه‌ای گیر می‌کنند و باعث اختلال در امر آب‌بندی آن می‌شوند. البته این موضوع با انتخاب شیر دروازه‌ای گوه‌ای با نشیمن لاستیکی حل می‌شود. در نشیمن این نوع شیرها مقداری فضای خالی برای ته نشینی رسوبات و مواد جامد معلق در نظر گرفته شده است؛ البته این فضای خالی در شیر کشویی گوه‌ای با نشیمن لاستیکی/گوه ارتجاعی (شیرهای کشویی با زبانه لاستیکی) وجود ندارد.

شیر دروازه‌ای چاقویی

شیرهای دروازه‌ای چاقویی (knife gate valves) جزو شیرهای اصلی سامانه‌های فاضلاب هستند که در آن‌ها دیسک از جنس فولاد زنگ‌نزن ساخته می‌شود و لبه پایینی آن نسبتا تیز است تا بتواند موادی مانند دوغاب الیاف شکل را قطع کند. برای آب‌بندی بهتر این نوع شیرها از آب‌بند اورینگ استفاده می‌شود.

انواع شیرهای کشویی از نظر جنس

شیرهای دروازه‌ای معمولا از جنس آلیاژهای آهنی فولاد و چدن ساخته می‌شوند که توضیحات مختصری در این راستا خواهیم داشت:
شیر کشویی چدنی
شیرهای دروازه‌ای چدنی بیش از هر مدلی دیگر در تاسیسات آب و فاضلاب کاربرد دارند، این دسته شیرها علاوه بر ایران در کشورهای همسایه نزدیک، مانند ترکیه و چین، هم تولید می‌شوند. البته همیشه شرکت‌های پیمانکار آب به دنبال کالای چینی نیستند و به دلیل کیفیت و استانداردهای بالای این محصول در تولیدات ایرانی لزومی به خرید از برندهای اروپایی هم نیست. با توجه به اینکه این تولیدات از استانداردهای بالایی برخوردار هستند و همین‌طور پروسه تولید این محصولات ساده است، می‌توانید از برندهای ایرانی مانند فاراب، وگ بی همتا، فارابل و غیره استفاده نمایید. این شیرها ممکن است زبانه لاستیکی و یا با زبانه‌های فلزی باشند که بسته به کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف می‌توانید آن‌ها را تهیه کنید.
شیر کشویی فولادی
فولادی که در این شیرها استفاده می‌شود معمولا از آلیاژ WCB یا WCC هستند؛ البته مدل آلیاژ شاید برای برخی، تفاوتی نداشته باشد و بیشتر عایق‌بند و همین‌طور پوشش رنگ این دسته محصولات است که برای آن‌ها اهمیت دارد. مسلما در زمان خرید، المان‌های این چنین را از مهندسین و کارشناس خط خود دریافت کرده‌اید. البته در ایران یافتن شیرها با آلیاژهای مختلف دردسر بزرگی است، اما می‌توان روی مارک‌های اروپایی حساب کرد.

نمایی از شیر کشویی استنلس استیل

کاربردهایGate Valve

شیر کشویی بیشتر در مـحل‌هایی به کار می‌رود که بخواهند جریان سیال را به طور کامل بسته یا باز نمایند. از خواص این شیر می‌توان به کم بودن افت فشار در طول آن اشاره نمود. به همین دلیل در سر راه لوله‌های با طول زیاد از این شیرها استفاده می‌شود.
یک Gate Valve برای محدوده وسیعی از سیالات می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد و در هنگام بسته شدن آب‌بندی خوبی دارد.
مهم‌ترین موارد استفاده از این شیرها در مایعات ویسکوز (چسبنده) همانند گریس‌های سبک، روغن‌های سنگین و سایر سیالات غیر قابل اشتعال است.
مجرابند این شیر وقتی که به‌طور کامل باز می‌شود، از مسیر عبور جریان حذف می‌گردد. این خاصیت باعث از بین رفتن هرگونه مقاومتی در شیر هنگامی که باز است می‌گردد. وقتی که شیر کاملا بسته شد، یک حلقه مجرابند را آب‌بندی می‌کند. با قرارگیری مجرابند در داخل حلقه آب‌بندی، نشتی به مقدار زیادی کاهش می‌یابد و حتی امکان دارد مقدار نشتی به صفر نیز نزدیک گردد.

جمع‌بندی

در این مقاله به بررسی شیر کشویی یا دروازه‌ای به عنوان یکی از انواع شیر فلکه صنعتی مهم پرداختیم. به عنوان یکی از اتصالات در کنار انواع پروانه‌ای، صافی و... با توجه به عملکرد، جنس و... انواع مختلفی دارد. همچنین در این مقاله به بررسی اجزا و کاربردهای آن پرداخته شد. امیدواریم بررسی جزئیات آن مفید باشد.