شیر دروازه‌ای (gate valve) چیست؟

شیر دروازه‌ای استیل یا گیت ولو (Gate Valve) یکی از رایج‌ترین شیرهای مورد استفاده در صنعت برای استفاده جهت قطع و وصل جریان سیالات است. طراحی ساده و عملکرد خوب این نوع شیر، امکان قطع کردن و یا برقراری جریان را به راحتی فراهم می‌کند. در این مطلب از استیل رخ به بررسی عملکرد و کاربردهای شیر دروازه‌ای استیل می‌پردازیم و به طور مختصر این نوع شیر را با سایر شیرهای صنعتی مقایسه می‌کنیم. تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.

گیت ولو چیست و چگونه کار می‌کند؟

همانطور که می‌دانید، انواع شیرهای صنعتی وظیفه قطع و وصل کردن و یا کنترل جریان سیالات را برعهده دارند. اما شیر‌ دروازه‌ای استیل تنها برای برقراری و یا ممانعت از جریان سیال مناسب است و برای کنترل جریان سیال وسیله مناسبی نیست. این نوع شیر برای جداسازی مناطق خاصی از شبکه انتقال سیالات به کار برده‌ می‌شود و می‌تواند کاملا جریان سریال را قطع کند. این ویژگی سبب می‌شود تا در هنگام بروز مشکلات و همچنین تعمیرات شبکه، شیر دروازه‌ای به عنوان یک گزینه بسیار کاربردی مورد استفاده قرار گیرد.

بر خلاف شیرهای صنعتی مثل شیر توپی یا گازی که قطع و وصل جریان با چرخش اهرم به مقدار 90 درجه صورت می‌گیرد، شیر دروازه‌ای استیل از طریق چرخش یک فلکه به صورت دستی یا خودکار عمل می‌کند. هرچند شیرهای دروازه‌ای با سیستم خودکار به کمک یک عملگر الکتریکی و یا پنوماتیکی کار می‌کنند، اما شیر دروازه‌ای دستی بسیار مقرون به صرفه‌ و رایج‌ است.

ساختار و اجزای گیت ولو

شیر دروازه‌ای استیل که به آن شیر کشویی استیل نیز می‌گویند، طراحی ساده‌ای دارد و می‌توان از آن در سیستم‌های انتقال سیالات با افت فشار کم استفاده کرد. شیر دروازه‌ای استیل شیری فول پورت است؛ یعنی قطر عبور جریان آن برابر با قطر لوله اصلی است. همچنین این برابر بودن قطرها سبب ایجاد امکان حرکت پیگران (Cleaning Pigs) را برای پاکسازی خطوط فراهم می‌کند.

طراحی و ساختار این نوع شیر سبب می‌شود تا در حالتی که شیر کاملاً باز است، با حداقل افت فشار سیال را عبور دهد. این بدان معناست که استفاده از این نوع شیر تقریباً سبب افت جریان در خطوط انتقال سیالات نمی‌شود. البته با توجه به ساختار این نوع شیر، در حالت نیمه باز افت فشار زیادی ایجاد خواهد شد و اصولاً این شیر برای کنترل جریان و بصورت نیمه باز به کار نمی‎رود.

به طور کلی اجزای تشکیل دهنده گیت ولو نیز عبارتند از:

• بدنه (Body): درواقع محفظه‌ای توخالی برای قرار گیری اجزای دیگر و عبور سیالات است که به خطوط لوله متصل می‌شود. جنس بدنه معمولاً از پلاستیک، برنج، برنز، چدن، فولاد، استنلس استیل و … می‌باشد.
• نشیمنگاه (Seat): درواقع همان سطح داخلی بدنه است که در تماس با عضو مسدودکننده جریان، عمل آب ‌بندی را انجام می‌دهد.
• کلاهک (Bonnet): در اغلب مواقع بعد از قرار دادن اجزای داخلی شیر، برای بستن و حفظ همه این اجزا در محل خود از کلاهک استفاده می‌کنند. کلاهک کامل کننده بدنه است و از اتصال فلنجی یا رزوه‌ ای در میان انواع اتصال استیل به آن وصل می‌‌شود.
• ساقه یا محور (Stem): ساقه یا استم میله‌ای است که وظیفه انتقال نیرو از سمت اپراتور یا عملگر به عضو مسدودکننده را بر عهده دارد.
• سر فلکه یا عملگر (Handwheel or Actuator): شکل ظاهری این جزء مانند غربیلک فرمان است و با چرخاندن آن با دست، می‌توان شیر را باز یا بسته کرد اما بعضی شیرها مثل ولوهای اتوماتیک، به ‌جای هندویل مکانیزم عملگر یا اکچویتور دارند.
• مهره فلکه (Handwheel Nut): با استفاده از مهره‌، فلکه به استم محکم می‌شود و جنس آن معمولاً از فولاد ساده کربنی است.
• عضو مسدودکننده (Obturator): این عضو قسمتی از شیر است که همان طور که از نامش پیداست، قطع و وصل کردن جریان سیال را عهده‌دار است. این قطعه در هر شیر شکل متفاوتی دارد مثلاً در شیر گیت ولو به شکل گوه یا دیسک است.
• واشرها (Gaskets): در شیرهایی که بدنه، کلاهک و … با فلنج متصل می ‌شوند، به منظور آب بندی، بین این فلنج‌ها گسکت یا واشر‌ قرار می‌گیرد. شایان ذکر است که هنگام انتخاب واشر باید به این نکته توجه کرد که گسکت موردنظر باید بتواند فشار سیال آن شیر را تحمل کند.

نشانه و نماد شیر دروازه‌ای

نماد گیت ولو در نقشه کشی و طراحی‌های مهندسی به صورت دو مثلث است که رئوس آن‌ها در یک نقطه قرار دارد و روبروی هم هستند. یک خط عمودی بین این دو مثلث قرار دارد و دو خط افقی از طرفین به سمت این دو مثلث کشیده می‌شود. خط عمودی بیانگر حالت بسته شیر است و خطوط افقی حالت عبور جریان را نمایش می‌دهند. این نماد در نقشه‌های لوله کشی و ابزار دقیق و در برنامه CAD استفاده می‌شود. برای نشان دادن نوع اتصال شیر دروازه‌ای استیل در خطوط انتقال نیز نشانه‌هایی مطابق شکل زیر تعریف شده‌است. این سه نشانه عبارتند از: شیر دروازه‌ای با جوش لب به لب، اتصال فلنجی و اتصال ساکت‌ولد.

انواع شیر دروازه‌ای استیل

با توجه به کاربرد گسترده گیت ولو در صنعت، این شیر بر اساس کاربرد و ویژگی‌هایش طراحی‌های متنوعی دارد و به چند دسته تقسیم می‌شود. در ادامه برخی از انواع پرکاربرد آن را معرفی می‌کنیم و به صورت مختصر توضیحی درباره آن‌ها می‌دهیم. در ابتدا و قبل از پرداختن به انواع شیر دروازه‌ای استیل ابتدا سه نوع اصلی آن در باز و بسته شدن را معرفی می‌کنیم:

گیت ولو دستی یا معمولی

این مدل دارای فلکه‌هی دستی است که با چرخاندن آن دریچه شیر باز یا بسته می‌شود که بیشترین کاربرد را در صنعت دارد. ایراد گیت ولو دستی آن است که برای باز یا بسته کردن نیاز به نیروی انسانی است. اگر شیر بزرگ باشد نیروی انسان توان باز و بست کردن آن را ندارد.

گیت ولو پنوماتیک و هیدرولیک

در این مدل به جای فلکه دستی از یک محرک پنوماتیک یا هیدرولیک برای باز و بسته کردن شیر استفاده می‌شود. استفاده از هوای فشرده یا روغن می‌تواند باعث چرخاندن محور و جابجایی تیغه شود و شیر را باز کند. از مزیت‌های این نوع شیر می‌توان به قابلیت اتوماتیک شدن آن اشاره کرد.

گیت ولو برقی

در ساخت این نوع شیر موتور الکتریکی وظیفه چرخاندن محور و جابجایی تیغه و باز و بسته کردن شیر را برعهده دارد. این نوع شیر را نیز مانند گیت ولو پنوماتیک می‌توان خودکار نمود و بدون دخالت نیروی انسانی باز یا بسته کرد. اما وابستگی این نوع شیر به برق را می‌توان از معایب آن دانست.

این سه نوع دسته بندی‌های شیر دروازه‌ای استیل بر اساس نوع باز و بسته شدن بودند. علاوه بر این دسته بندی سه دسته بندی کلی دیگر نیز برای شیر دروازه‌ای استیل در نظر گرفته می‌شود. این سه دسته بندی به صورت زیر هستند:

بر اساس نوع گوه مسدود کننده

• گوه یک‌پارچه Solid-Wedge: در این نوع گوه با یک قطعه فولادی یکپارچه ساخته می‌شود. شیر با این نوع مسدود کننده به عنوان یکی از پرکاربردترین شیرها در صنعت شناخته می‌شود. شیر گوه‌ای یک‌پارچه تقریبا برای استفاده تمامی سیالات مناسب است و می‌توان از آن در جریان‌های متلاطم نیز استفاده کرد.
• گوه انعطاف پذیرFlexible-Wedge: این نوع دیسک برای افزایش توانایی شیر، قابلیت تغییر زاویه طبق نشیمنگاه را دارد. شیر دروازه‌ای با دیسک ارتجاعی از تیغه‌ای با جنس استیل یا چدن داکتیل ساخته شده‌است که توسط موارد الاستومر محصور شده.
• گوه تقسیم شده Split-Wedge: دیسک برای تنظیم گوه بروی نشیمنگاه، ساختمانی دو تکه دارد و آببندی خود را در طول زمان حفظ می‌کند. در ضمن در این نوع مسدود کننده، به دلیل انبساط فلز گوه بین سیت‌ها قرار می گیرد و گیر می‌کند که این پدیده را قفل حرارتی می‌گویند. این شیرها اغلب در کاربری‌های دمای متوسط تا کم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• دریچه‌های موازی یا کشویی Parallel-Slide Wedge: این نوع مسدود کننده کمتر مورد استفاده است. یکی از انواع دیسک موازی مسدود کننده چاقویی یا گیوتینی است.

بر اساس سیت (نشیمن)

ننشیمن فلزی یا ارتجاعی، دو نوع رایج نشمنگاه یا سیت در شیر دروازه‌ای است. در شیرهای فلزی یکی گوه به سمت شیار در معکوس بدنه شیر می‌لغزد که اغلب مانع عبور مواد جامد درون سیال می‌شود. سیت بین لبه گوه و بدنه شیر قرار می‌گیرد. این نوع شیر دروازه‌ای می‌تواند مانع از عبور ذرات ریز درون جریان سیال شود. با توجه به اینکه نشیمنگاه به مرور زمان خورده شده و از بین می‌رور امکان تعویض و تعمیر آن در برخی شیرها پیش‌بینی می‌شود.

بر اساس نوع محور یا ساقه

محور ثابت یا محور متحرک دو نوع محور در شیر دروازه‌ای استیل هستند. این دو مکانیزم مختلف باعث تبدیل حرکت چرخشی محور به جابجایی خطی مسدود کننده یا دیسک می‌شوند. طراحی با محور متحرک سبب می‌شود تا هنگام باز شدن نیاز به فضای بیشتری باشد.

برخی از پرکاربردترین انواع شیر دروازه‌ای استیل

در ادامه به پرکاربردترین انواع شیر دروازه‌ای استیل اشاره می‌کنیم:

شیر دروازه‌ای چاقویی(Knife gate valve)

کاربرد این مدل شیر دروازه‌ای استیل در سیستم خطوط انتقال مایعات با غلظت بالاست. تیغه این مدل مانند تیغه چاقو نازک است و دلیل نامگذاری آن نیز همین موضوع است. این شیر‌ها خود تمیز شونده هستند چرا که با هر بار باز و بسته شدن از دریچه‌ای که در بدنه تعبیه شده‌اند عبور می‌کنند و سطح آن‌ها تمیز می‌شود.

شیر دروازه‌ای گوه‌ای (Wedge gate valve)

این نوع شیر دارای مسدود کننده جریان به شکل گوه است که روی دو نشیمنگاه شیب‌دار قرار می‌گیرد. عبور دریچه گوه‌ای شکل با فشار زیاد سیال به نشیمنگاه نمی‌چسبد که این عامل سبب سایش کمتر و در نتیجه عمر بالاتر شیر دروازه‌ای استیل می‌شود. اما این گوه‌ها فشاری مضاعف برو نشیمنگاه شیر اعمال می‌کنند. این عامل ممکن است بر اثر انبساط حرارتی سبب باز شدن محدود دریچه شود.

شیر دروازه‌ای استیل کشویی موازی (Parallel slide gate valve)

این مدل دارای یک دریچه تخت است که موازی نشیمنگاه شیر قرار می‌گیرد. این دریچه از فشار خطوط انتقال در جهت آب بندی کمک می‌گیرد که از دو تکه تشکیل شده‌اند و در وسط آن‌ها یک فنر قرار دارد. وظیفه فنر فشردن دریچه‌ها به سمت نشیمنگاه است که سبب سفت شدن و آب‌بندی بهتر می‌شود. گیت ولو با مسدود کننده موازی برای کاربردهای دما بالا بسیار مناسب است و ایمنی بسیار بالایی دارد. طراحی این شیر به گونه‌ایست که نیروی زیادی برای باز یا بسته شدن نیاز ندارد.

شیر دروازه‌ای استیل عبوری یا اسلب (Slab gate valves)

این نوع از شیر دروازه‌ای دارای سوراخی با حلقه نشیمن هم راستا و هم اندازه با لوله است. این هم راستا بودن سبب عدم ایجاد اختلال و تلاطم در جریان می‌شود. علاوه بر این در این طراحی کمترین میزان افت فشار رخ می‌دهد که سبب کاربرد این شیرها در انتقال نفت خام و گاز طبیعی مایع (LNG) می‌شود.

کاربردهای گیت ولو استیل

طراحی ساده شیر دروازه‌ای استیل، سبب می‌شود تا این شیرها در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه برخی از کاربردهای این شیرها به صورت زیر است:

• سیالات دوغابی: در سیستم‌های انتقال موادی مانند دوغاب، شیر دروازه‌ای استیل مورد استفاده قرار می‌گیرد. اغلب برای این مواد از تیغه‌های چاقویی استفاده می‌شود که می‌توانند به راحتی در این سیالات جابجا شوند و باز یا بسته شود.
• محیط‌های چسبناک: در سیالات با چسبندگی بالا مثل سیالات روغنی و گریس می‌توان از گیت ولو استفاده کرد. عدم تغییر جریان و همچنین قابلیت تمیزکاری با پیگران‌های تمیز کننده از جمله مواردی هستند که سبب کاربرد این نوع شیر برای این سیالات می‌‌شود.
• سیستم خطوط انتقال آب: شیر دروازه‌ای استیل به عنوان یکی از مناسب‌ترین گزینه‌های برای سیستم‌های آب است. چرا که در این کاربری نیازی به کنترل جریان نیست و اغلب شیرها برای باز یا بسته کردن جریان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزایا و معایب شیر دروازه‌ای استیل

شیر دروازه‌ای با توجه به طراحی خود مزیت‌های زیادی دارد که سبب کاربرد گسترده‌ آن در صنعت شده‌است. در این قسمت به عنوان مزایای آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• حداقل افت جریان و فشار
• آب‌بندی مناسب
• کاربردی بودن در صنایع مختلف
• جریان دو طرفه
• استفاده در فشارهای بالاتر نسبت به شیرهای پروانه‌ای
• استفاده برای سیالات با ویسکوزیته بالا
• طراحی ساده و نصب و تعمیر آسان

معایب آن نیز به صورت زیر می‌باشد:

• کند بودن در قطع یا وصل کردن جریان
• آسیب ناشی از تماس مکرر تیغه با سیت
• نیاز به فضای زیاد برای استفاده
• عدم توانایی استفاده از شیر دروازه‌ای بالا رونده در سیستم‌های زیر زمینی

سخن آخر

شیر دروازه‌ای استیل به عنوان قطعه‌ای اساسی و مهم در سیستم‌های انتقال سیالات شناخته می‌شود. طراحی ساده و کارآمد آن سبب کاربرد در صنایع مختلف شده است. این شیرها با عدم ایجاد تلاطم و همچنین حداقل بودن افت فشار در سیستم برای انتقال نفت خام و گاز طبیعی بسیار کاربردی هستند. در نهایت، انتخاب و نگهداری مناسب این شیرها می‌تواند به بهبود کارایی و ایمنی سیستم‌های لوله‌کشی کمک شایانی نماید.