صمامات الفراشة وصمامات البوابة نوعان شائعان من الصمامات يُستخدمان في تطبيقات الحفاظ على المياه الصناعية والبلدية. تختلف الصماماتان اختلافًا واضحًا في التركيب والوظيفة والاستخدام. ستناقش هذه المقالة الفروقات بينهما بالتفصيل من حيث المبدأ، والتركيب، والتكلفة، والمتانة، وتنظيم التدفق، والتركيب، والصيانة.
1. المبدأ
مبدأ صمام الفراشة
الميزة الأكبر لـصمام الفراشةيتميز صمام الفراشة ببنيته البسيطة وتصميمه المدمج. مبدأ عمله هو أن صفيحة الفراشة الدائرية تدور حول ساق الصمام كمحور مركزي للتحكم في تدفق السائل. تعمل صفيحة الصمام كنقطة تفتيش، ولا يمكنها المرور إلا بموافقة صفيحة الفراشة. عندما تكون صفيحة الفراشة موازية لاتجاه تدفق السائل، يكون الصمام مفتوحًا تمامًا؛ وعندما تكون عمودية عليه، يكون الصمام مغلقًا تمامًا. وقت فتح وإغلاق صمام الفراشة قصير جدًا، إذ لا يحتاج سوى 90 درجة من الدوران لإتمام عملية الفتح أو الإغلاق بالكامل. وهذا أيضًا سبب تصنيفه كصمام دوار وصمام ربع دورة.
مبدأ صمام البوابة
لوحة الصمامصمام البوابةيتحرك رأسيًا لأعلى ولأسفل نحو جسم الصمام. عند رفع البوابة بالكامل، يُفتح التجويف الداخلي لجسم الصمام بالكامل، ويمر السائل من خلاله دون عوائق؛ وعند خفض البوابة بالكامل، يُسد السائل تمامًا. يتميز صمام البوابة بتصميم يُعطيه مقاومة تدفق شبه معدومة عند فتحه بالكامل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب فتحًا أو إغلاقًا كاملين. تجدر الإشارة هنا إلى أن صمام البوابة مناسب للفتح والإغلاق الكاملين! ومع ذلك، يتميز صمام البوابة بسرعة استجابة بطيئة، أي أن وقت الفتح والإغلاق أطول، نظرًا لأن دوران العجلة اليدوية أو الترس الدودي يستغرق عدة دورات لفتحه وإغلاقه بالكامل.
2. التكوين
تركيب صمام الفراشة
كما ذكرنا سابقًا، يتميز صمام الفراشة بهيكله البسيط نسبيًا، ويشمل مكوناته الرئيسية، مثل جسم الصمام، ولوح الصمام، وعمود الصمام، ومقعد الصمام، ووحدة التشغيل. كما هو موضح في الشكل أدناه.
جسم الصمام:
صمام الفراشة أسطواني الشكل، ويحتوي على قناة رأسية داخلية. يُمكن تصنيعه من مواد مختلفة، مثل الحديد الزهر، والحديد المطاوع، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ الكربوني، والألومنيوم والبرونز، وغيرها. ويعتمد اختيار المادة على بيئة استخدام صمام الفراشة وطبيعة الوسط المستخدم.
لوحة الصمام:
صفيحة الصمام هي جزء الفتح والإغلاق القرصي المذكور أعلاه، وهو مشابه للقرص في الشكل. عادةً ما تكون مادة صفيحة الصمام مماثلة لمادة جسم الصمام، أو أعلى منها، لأن صمام الفراشة يكون على اتصال مباشر بالوسط، على عكس صمام الفراشة المركزي حيث يكون جسم الصمام منفصلاً عنه مباشرةً بواسطة مقعد صمام. تتطلب بعض الوسائط الخاصة تحسين مقاومة التآكل والتآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية.
صمام الساق:
يربط ساق الصمام بين لوحة الصمام ووحدة التشغيل، وهو مسؤول عن نقل عزم الدوران اللازم لتدوير لوحة الصمام. يُصنع ساق الصمام عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ 420 أو مواد أخرى عالية القوة لضمان متانته وقوته.
مقعد الصمام:
يُبطَّن مقعد الصمام في التجويف الداخلي لجسم الصمام، ويتصل بلوحة الصمام لتشكيل مانع تسرب لضمان عدم تسرب المادة عند إغلاق الصمام. يوجد نوعان من المانعات: مانع تسرب ناعم ومانع تسرب صلب. يتميز المانع الناعم بأداء مانع تسرب أفضل. من المواد الشائعة الاستخدام المطاط، ومادة PTFE، وغيرها، والتي تُستخدم عادةً في صمامات الفراشة المركزية. أما المانعات الصلبة، فهي مناسبة للبيئات ذات درجات الحرارة والضغط العاليين. من المواد الشائعة الاستخدام SS304+Flexible Graphite، وغيرها، والتي تُستخدم عادةً في...صمامات الفراشة ثلاثية المركز.
المحرك:
يُستخدم المُشغِّل لدفع ساق الصمام للدوران. الأنواع الشائعة الاستخدام هي: اليدوية، والكهربائية، والهوائية، والهيدروليكية. عادةً ما تُشغَّل المُشغِّلات اليدوية بمقابض أو تروس، بينما تُتيح المُشغِّلات الكهربائية، والهوائية، والهيدروليكية التحكم عن بُعد والتشغيل الآلي.
تركيب صمامات البوابة
هيكل صمام البوابة معقد نسبيًا. فبالإضافة إلى جسم الصمام، ولوحه، وعموده، ومقعده، ومحركه، توجد أيضًا الحشوة، وغطاء الصمام، وما إلى ذلك (انظر الشكل أدناه).
جسم الصمام:
عادةً ما يكون جسم صمام البوابة أسطوانيًا أو إسفينيًا، مع قناة مستقيمة من الداخل. مادة جسم الصمام غالبًا ما تكون الحديد الزهر، أو الفولاذ المصبوب، أو الفولاذ المقاوم للصدأ، أو النحاس الأصفر، إلخ. وبالمثل، يجب اختيار المادة المناسبة وفقًا لظروف الاستخدام.
غطاء الصمام:
يُوصل غطاء الصمام بجسم الصمام لتشكيل تجويف مغلق. عادةً ما يحتوي غطاء الصمام على صندوق حشو لتثبيت الحشوة وإحكام غلق ساق الصمام.
بوابة + مقعد الصمام:
البوابة هي جزء الفتح والإغلاق في صمام البوابة، وعادةً ما تكون على شكل إسفين. يمكن أن تكون البوابة بوابة مفردة أو مزدوجة. صمام البوابة الذي نستخدمه عادةً هو بوابة مفردة. مادة بوابة صمام البوابة المرن هي GGG50 المغطاة بالمطاط، وبوابة صمام البوابة ذي الختم الصلب مصنوعة من مادة الهيكل + النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
صمام الساق:
يربط ساق الصمام البوابة بالمشغل، ويحركها لأعلى ولأسفل عبر ناقل حركة ملولب. مادة ساق الصمام عادةً ما تكون من مواد عالية القوة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الكربوني. وفقًا لحركة ساق الصمام، يمكن تقسيم صمامات البوابة إلى صمامات بوابة ذات ساق صاعدة وصمامات بوابة ذات ساق غير صاعدة. يقع خيط ساق الصمام في صمام بوابة الساق الصاعدة خارج جسم الصمام، ويمكن رؤية حالتي الفتح والإغلاق بوضوح؛ بينما يقع خيط ساق الصمام في صمام بوابة الساق غير الصاعدة داخل جسم الصمام، ويتميز بهيكل مدمج نسبيًا، ومساحة تركيب أصغر من صمام بوابة الساق الصاعدة.
التعبئة والتغليف:
توجد الحشوة في صندوق حشو غطاء الصمام، وتُستخدم لسد الفجوة بين ساق الصمام وغطاء الصمام لمنع تسرب المواد. تشمل مواد الحشو الشائعة الجرافيت، ومادة PTFE، والأسبستوس، وغيرها. تُضغط الحشوة بواسطة غدة لضمان أداء السد.
المحرك:
عجلة اليد هي أكثر المحركات اليدوية شيوعًا، حيث تُحرك ناقل حركة خيط ساق الصمام عن طريق تدويرها لتحريك البوابة لأعلى ولأسفل. في صمامات البوابة ذات القطر الكبير أو الضغط العالي، تُستخدم غالبًا محركات كهربائية أو هوائية أو هيدروليكية لتقليل قوة التشغيل وتسريع سرعة الفتح والإغلاق. بالطبع، هذا موضوع آخر. إذا كنت مهتمًا، يُرجى الاطلاع على المقالة.كم عدد الدورات اللازمة لإغلاق صمام الفراشة؟كم من الوقت يستغرق؟
3. التكلفة
تكلفة صمام الفراشة
عادةً ما تكون صمامات الفراشة أقل تكلفةً من صمامات البوابة. ويرجع ذلك إلى قصر هيكلها، وقلة موادها، وسهولة تصنيعها نسبيًا. كما أنها أخف وزنًا، مما يُقلل أيضًا من تكلفة النقل والتركيب. وتتجلى ميزة التكلفة في صمامات الفراشة بشكل خاص في خطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة.
تكلفة صمام البوابة
عادةً ما تكون تكلفة تصنيع صمامات البوابة أعلى، خاصةً في التطبيقات ذات الأقطار الكبيرة أو الضغط العالي. يتسم هيكل صمامات البوابة بالتعقيد، كما أن دقة تصنيع ألواح البوابة وقواعد الصمامات عالية، مما يتطلب عمليات ووقتًا أطول أثناء التصنيع. كما أن وزن صمامات البوابة أثقل، مما يزيد من تكلفة النقل والتركيب.
كما يمكن أن نرى من الرسم أعلاه، بالنسبة لنفس DN100، فإن صمام البوابة أكبر بكثير من صمام الفراشة.
4. المتانة
متانة صمام الفراشة
تعتمد متانة صمامات الفراشة على مواد مقعدها وجسمها. وتحديدًا، تُصنع مواد إحكام صمامات الفراشة ذات الختم الناعم عادةً من المطاط أو PTFE أو مواد مرنة أخرى، مما يجعلها عرضة للتآكل أو التلف مع الاستخدام طويل الأمد. وبالطبع، تُصنع مواد إحكام صمامات الفراشة ذات الختم الصلب من مواد تركيبية عالية الأداء أو أختام معدنية، مما يُحسّن من متانتها بشكل ملحوظ.
بشكل عام، تتمتع صمامات الفراشة بمتانة جيدة في أنظمة الضغط المنخفض والمتوسط، ولكن أداء الختم قد ينخفض في البيئات ذات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية.
تجدر الإشارة أيضًا إلى أن صمامات الفراشة قادرة على عزل الوسط عن طريق تغليف جسم الصمام بمقعده لمنع تآكله. وفي الوقت نفسه، يُمكن تغليف صفيحة الصمام بالكامل بالمطاط وتبطينها بالكامل بالفلور، مما يُحسّن متانتها بشكل كبير في مواجهة الوسائط المسببة للتآكل.
متانة صمامات البوابة
يواجه تصميم مانع التسرب المرن لصمامات البوابة نفس مشكلة صمامات الفراشة، وهي التآكل والتلف أثناء الاستخدام. ومع ذلك، تعمل صمامات البوابة الصلبة جيدًا في بيئات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية. ونظرًا لمقاومة سطح الختم المعدني للصمام للتآكل والتآكل، فإن عمره الافتراضي يكون أطول عادةً.
ومع ذلك، فإن بوابة صمام البوابة تتعطل بسهولة بسبب الشوائب الموجودة في الوسط، مما قد يؤثر أيضًا على متانتها.
بالإضافة إلى ذلك، فإن مظهره وبنيته يحددان أنه من الصعب صنع بطانة كاملة، لذلك بالنسبة لنفس الوسط التآكلي، سواء كان مصنوعًا من المعدن بالكامل أو بطانة كاملة، فإن سعره أعلى بكثير من سعر صمام البوابة.
5. تنظيم التدفق
تنظيم تدفق صمام الفراشة
صمام الفراشة ثلاثي المراكز قادر على ضبط التدفق عند فتحات مختلفة، إلا أن منحنى خصائص تدفقه غير خطي نسبيًا، وخاصةً عندما يكون الصمام قريبًا من الفتح الكامل، حيث يتغير التدفق بشكل كبير. لذلك، يُعد صمام الفراشة مناسبًا فقط للظروف ذات متطلبات دقة الضبط المنخفضة، وإلا، فيمكن اختيار صمام كروي.
تنظيم تدفق صمام البوابة
صُمم صمام البوابة ليكون أكثر ملاءمةً لعمليات الفتح والإغلاق الكاملين، ولكنه ليس مناسبًا لتنظيم التدفق. في حالة الفتح الجزئي، تُسبب البوابة اضطرابًا واهتزازًا للسائل، مما يُؤدي بسهولة إلى إتلاف مقعد الصمام والبوابة.
6. التثبيت
تركيب صمام الفراشة
تركيب صمام الفراشة بسيط نسبيًا. فهو خفيف الوزن، فلا يتطلب الكثير من الدعم أثناء التركيب، كما يتميز بهيكله المدمج، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للمساحات المحدودة.
يمكن تركيب صمام الفراشة على الأنابيب في أي اتجاه (أفقيًا أو رأسيًا)، ولا توجد شروط صارمة لاتجاه تدفق الأنبوب. تجدر الإشارة إلى أنه في التطبيقات عالية الضغط أو ذات القطر الكبير، يجب أن تكون صفيحة الفراشة في وضع الفتح الكامل أثناء التركيب لتجنب تلف الختم.
تركيب صمامات البوابة
يُعد تركيب صمامات البوابة أكثر تعقيدًا، خاصةً صمامات البوابة ذات القطر الكبير والإغلاق المحكم. ونظرًا لوزنها الثقيل، يتطلب التركيب إجراءات دعم وتثبيت إضافية لضمان ثبات الصمام وسلامة المُركّب.
عادةً ما تُركَّب صمامات البوابة على أنابيب أفقية، ويجب مراعاة اتجاه تدفق السائل لضمان التركيب الصحيح. إضافةً إلى ذلك، فإن شوط فتح وإغلاق صمامات البوابة طويل، خاصةً في صمامات البوابة ذات الساق الصاعدة، ويجب توفير مساحة كافية لتشغيل عجلة اليد.
7. الصيانة والصيانة
صيانة صمامات الفراشة
صمامات الفراشة أقل قطعًا، وسهلة الفك والتركيب، مما يُسهّل صيانتها. في الصيانة اليومية، يُراعى فحص عمر وتآكل صفيحة الصمام ومقعده بشكل أساسي. إذا وُجد تآكل شديد في حلقة الختم، فيجب استبدالها في الوقت المناسب. لذلك، نوصي العملاء بشراء صمامات فراشة ذات ظهر ناعم قابلة للاستبدال. إذا كان من الصعب تحقيق إحكام جيد لسطح صفيحة الصمام وتشطيبها، فيجب استبدالها أيضًا.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تزييت ساق الصمام. يُعزز التزييت الجيد مرونة ومتانة عمل صمام الفراشة.
صيانة صمامات البوابة
تتكون صمامات البوابة من أجزاء متعددة، ويصعب فكها وتركيبها، خاصةً في أنظمة الأنابيب الكبيرة، حيث يكون عبء الصيانة كبيرًا. أثناء الصيانة، يجب الانتباه جيدًا إلى سلاسة رفع البوابة وخفضها، والتأكد من عدم وجود أجسام غريبة في أخدود جسم الصمام.
إذا كان سطح التلامس بين مقعد الصمام والبوابة مخدوشًا أو مهترئًا، فيجب تلميعه أو استبداله. وبالطبع، يلزم أيضًا تزييت ساق الصمام.
ينبغي إيلاء اهتمام أكبر لصيانة الحشوة مقارنةً بصمام الفراشة. تُستخدم حشوة صمام البوابة لسد الفجوة بين ساق الصمام وجسمه لمنع تسرب السائل. يُعدّ تآكل الحشوة وتقادمها من المشاكل الشائعة في صمامات البوابة. أثناء الصيانة، من الضروري فحص إحكام الحشوة بانتظام وتعديلها أو استبدالها عند الحاجة.
8. الخاتمة
باختصار، صمامات الفراشة وصمامات البوابة لها مزاياها وعيوبها من حيث الأداء والتكلفة والمتانة وتنظيم التدفق والتركيب:
1. المبدأ: تتميز صمامات الفراشة بسرعات فتح وإغلاق سريعة وهي مناسبة لمناسبات الفتح والإغلاق السريعة؛ وتتميز صمامات البوابة بأوقات فتح وإغلاق طويلة.
2. التركيب: صمامات الفراشة لها بنية بسيطة وصمامات البوابة لها تركيبة معقدة.
3. التكلفة: تتمتع صمامات الفراشة بتكلفة أقل، وخاصة بالنسبة للتطبيقات ذات القطر الكبير؛ وتتميز صمامات البوابة بتكلفة أعلى، وخاصة بالنسبة للضغط العالي أو متطلبات المواد الخاصة.
4. المتانة: تتمتع صمامات الفراشة بمتانة أفضل في أنظمة الضغط المنخفض والمتوسط؛ وتعمل صمامات البوابة بشكل جيد في البيئات ذات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية، ولكن الفتح والإغلاق المتكرر قد يؤثر على عمرها الافتراضي.
5. تنظيم التدفق: صمامات الفراشة مناسبة للتحكم في التدفق الخشن؛ صمامات البوابة أكثر ملاءمة للعمليات المفتوحة بالكامل أو المغلقة بالكامل.
6. التركيب: صمامات الفراشة سهلة التركيب ويمكن تطبيقها على خطوط الأنابيب الأفقية والرأسية؛ صمامات البوابة معقدة التركيب وهي مناسبة لتركيب خطوط الأنابيب الأفقية.
٧. الصيانة: تُركّز صيانة صمامات الفراشة على تآكل وتقادم صفيحة الصمام ومقعده، وتزييت ساق الصمام. بالإضافة إلى ذلك، يحتاج صمام البوابة إلى صيانة حشوته.
في التطبيقات العملية، يجب أن يتم النظر في اختيار صمامات الفراشة أو صمامات البوابة بشكل شامل وفقًا لظروف العمل والمتطلبات المحددة لضمان أفضل أداء واقتصاد.