شیر کشویی (Gate- Valve)
شیر کشویی که به آن شیر دروازهای نیز میگویند، شیری است که با بالا بردن یک مانع (دروازه) در مسیر مایع، باز میشود. بهبیاندیگر، شیرهای کشویی برای بستن جریان مایعات بهمنظور تنظیم جریان استفاده میشوند. شیرهای کشویی، نیازمند فضای بسیار کمی در طول محور لوله هستند و زمانی که دروازه بهطور کامل باز باشد، بهشدت میتواند جریان مایع را محدود کند. شکل دیسک دروازه میتواند بهصورت موازی باشد اما معمولاً به شکل گووه ای است (تا بتوان روی سطح مسدود شده، فشار وارد آورد). این شیرها رایجترین نوع شیر در بین سایر شیرآلات هستند. بهطورکلی، شیر کشویی یک شیر مناسب برای قطع جریان سیال است. شیرهای کشویی کاربردهای متنوع و گستردهای دارند و هم برای سازههای روی زمینی و هم زیرزمینی، به کار میروند. بهخصوص برای کاربردهای زیرزمینی، انتخاب نوع مناسب شیر برای جلوگیری از هزینههای بالای ناشی از نصب و جابهجایی، حائز اهمیت است.
ساختار شیرهای کشویی
شیرهای کشویی اغلب زمانی که نیاز به حداقل اتلاف فشار و یک دریچه آزاد باشد، استفاده میشوند. زمانی که یک شیر کشویی معمولی، بهطور کامل باز باشد، هیچ مانعی که منجر به اتلاف فشار بسیار کمی هم شود، در مسیر جریان ایجاد نخواهد کرد و این طراحی، امکان استفاده از یک پیگ تصفیه لوله را فراهم میآورد. شیر کشویی یک شیر چندمنظوره است به این معنا که کارکرد شیر بهوسیله یک میله رزوهای انجام میشود. ازآنجاییکه شیر برای اینکه از موقعیت باز به بسته، تغییر حالت دهد، باید چندین بار بچرخد، عملکرد آن کند میشود و درنتیجه از اثرات چکش آبی (ضربه قوچ)، جلوگیری میکند.
هنگامیکه شیرهای کشویی بهطور کامل باز باشند، هیچ مانعی که منجر به مقاومت بسیار کمی در مسیر جریان شود، نخواهند داشت. شعاع مسیر جریان باز، با حرکت دروازه (کشو)، بهصورت غیرخطی تغییر میکند. بسته به نوع سازه، جریان مایع میتواند یک شیر نیمهباز را دچار ارتعاش کند. شیرهای کشویی اغلب با لولههای با قطر بزرگتر (از “۲ تا بزرگترین اندازه) مورداستفاده قرار میگیرند چراکه نسبت به شیرهای دیگر در اندازههای بزرگ، پیچیدگی کمتری دارند.
در فشارهای بالا اصطکاک میتواند منجر به ایجاد مشکل شود. ازآنجاکه فشار متوسط جریان مایع، باعث فشار آمدن به دریچه شیر در برابر ریل هدایتکننده آن میشود، درنتیجه عملکرد اجرایی شیر سختتر خواهد شد. شیرهای کشویی بزرگ، گاهی با یک گذرگاه چفت میشوند که تحت کنترل شیر کوچک قرار دارند تا فشار را قبل از عملیات شیر کشویی کاهش دهند.
قاعده کلی عملکرد شیر کشویی چیست؟
عملکرد شیر کشویی با حرکت چرخشی ساعتگرد میله (stem) برای باز (CTO) یا بسته (CTC) شدن، انجام میشود. هنگام کارکرد میله (stem) شیر، دروازه بر روی بخش رزوهای میله، به سمت بالا یا پایین حرکت میکند.
هنگامیکه سر فلکه (hand wheel) در جهت عقربههای ساعت چرخانده میشود، استم و دریچه، در جهت رو به پایین خط جریان مایع، جابهجا میشوند و دروازه بهطور بسیار محکمی، بین دو جایگاه قرار خواهد گرفت. درنتیجه هنگامیکه شیر بهطور کامل بسته شود، هیچ نشتی مایعی از طریق شیر، رخ نخواهد داد.
هنگامیکه سر فلکه در خلاف جهت عقربههای ساعت بچرخد، استم و دروازه، در جهت رو به بالای خط جریان مایع، جابهجا میشوند و شیر از موقعیت بسته به باز، تغییر حالت میدهد و امکان جریان یافتن مایع را از طریق شیر کشویی فراهم میآورد. زمانی که شیر کشویی بهطور کامل باز باشد، هیچ مقاومتی دیده نمیشود یا مقاومت بسیار کمی نسبت به جریان مایع وجود خواهد داشت.
میتوان از شیر کشویی در شرایط نیمهباز نیز استفاده کرد اما در این حالت مشکل فرسایش دروازه شیر وجود خواهد داشت چراکه در صورت نیمهباز بودن شیر، مایع به دروازه ضربه میزند. درنتیجه توصیه میشود شیر کشویی در شرایط کاملاً باز یا کاملاً بسته مورداستفاده قرار گیرد.
لازم به ذکر است که این شیرها بهعنوان شیرهای جداکننده در خطوط لوله نصبشدهاند و نباید بهعنوان شیرهای تنظیمکننده یا کنترلی مورداستفاده قرار بگیرند.
انواع شیرهای کشویی
سهراه برای طبقهبندی شیر کشویی وجود دارد.
بر اساس نوع صفحه
گووه ای مخروطی مستحکم
گووه ای انعطافپذیر
گووه ای دوبخشی یا صفحات موازی
بر اساس نوع اتصال کلاهک (بونت) بدنه
بونت پیچخورده
بونت پیچی
بونت جوشی
بونت آببندیشده تحتفشار
انواع جابهجایی میله (stem)
دسته بالارونده یا نوع OS و Y (دسته خارجی و نوع پیچخورده)
دسته درجا
شیر کشویی گووه ای مستحکم
شیر کشویی گووه ای مستحکم، به دلیل سادگی و قدرتی که دارد، رایجترین و گستردهترین نوع دیسک مورداستفاده است. یک شیر با گووه مستحکم، میتواند در هر حالتی نصب شود و تقریباً برای تمام مایعات، مناسب است و در جریانهای آشفته نیز میتواند مورداستفاده قرار بگیرد.
اگرچه به دلیل بارهای لوله یا انبساط حرارتی، نمیتواند پاسخگوی تغییرات در تراز جایگاه (seat) باشد. درنتیجه این نوع از دیسک، بسیار مستعد نشت است.
درواقع میتوان برای این نوع از شیرهای کشویی یک بازه حرارتی تعریف کرد تا مسیر جریان مایعات را در صورت بالا رفتن حرارت، بیش از بازه تعیینشده، مسدود کنند. عملکرد این شیرها برای مسدود کردن جریان به این صورت است که دیسک گووه ای با انبساط فلز، پایین آمده و بین دو جایگاه (seat) گیر میکند.
شیر کشویی گووه ای منعطف
دیسک گووه ای منعطف، یک دیسک یکتکهای مستحکم با یک برش، حول محیط آن است. این برشها ازنظر اندازه، شکل و عمق، متفاوت هستند. یک برش باریک و کمعمق روی محیط دیسک گووه ای، انعطاف کمتری به دیسک میدهد اما استحکام آن را حفظ میکند.
این نوع طراحی، یکپارچگی جایگاه را بهبود بخشیده و سفتی بهتری را در برابر نشتی، ارائه میدهد. همچنین در شرایطی که امکان وجود حرارت بالا باشد، عملکرد را بهبود میبخشد. شیرهای کشویی گووه ای انعطافپذیر در سیستمهای بخار، مورداستفاده قرار میگیرند. توسعه حرارتی خط بخار، گاهی اوقات باعث از ریخت افتادگی بدنههای شیر میشود که ممکن است منجر به کور شدن حرارتی شود. دروازه منعطف، این امکان را ایجاد میکند که دروازه با فشرده شدن جایگاه ناشی از انبساط حرارتی لوله بخار، خم شود و از کور شدن حرارتی جلوگیری کند.
شیر کشویی گووه ای دوبخشی یا صفحات موازی
دیسک گووه ای دوبخشی، شامل دو بخش سخت میشود و با کمک یک مکانیسم مخصوص در کنار هم قرار میگیرند. در این طراحی، دیسک آزاد است تا خود را با سطح جایگاه، تنظیم کند. دیسک دوبخشی میتواند به شکل گووه یا نوع موازی آن باشد.
دیسکهای موازی بهصورت فنری، بار میشوند. لذا آنها همیشه متصل به جایگاهها هستند و بهصورت دوطرفه، آببندیشدهاند. گووه دوبخشی برای گازها و مایعات غیر متراکم در دمای معمولی و بالا مناسب است.
کاربرد شیر کشویی
شیرهای کشویی تقریباً در تمام سرویسهای سیال نظیر هوا، گاز مایع، بخارآب، روغن گریس، هیدروکربن و تقریباً هر سرویسی، مورداستفاده قرار میگیرند.
برخی شیرهای کشویی مخصوص نظیر شیر کشویی چاقویی، در محصولات پودری و آبکی مورداستفاده قرار میگیرند.
مزایای شیر کشویی
افت فشار، حین عملکرد آن بسیار پایین است.
از بیشتر شیرهای کشویی میتوان بهعنوان شیرهای دوطرفه استفاده کرد.
برای بهکارگیری در فشار و دمای بالا مناسب هستند و نیاز به نگهداری کمتری دارند.
ازآنجاییکه کانال واسطهای بدنه، مستقیم است، مقاومت کمتری نسبت به مایع نشان میدهد.
معایب شیر کشویی
نمیتوان از آن برای کنترل جریان استفاده کرد.
سرعت عملکرد شیر کشویی، کند است و باز و بسته کردن آن زمانبر است، این مورد همچنین میتواند یک مزیت محسوب شود، چراکه احتمال ضربه خوردن را کاهش میدهد.
هنگامیکه نیمهباز باشد، صدا و لرزش ایجاد میکند.
تعمیراتی نظیر لپینگ و سنگزنی به دلیل دسترسی محدود، با این شیرها دشوارتر خواهد شد.
