صمامات الفراشة وصمامات البوابة نوعان شائعان من الصمامات المستخدمة في تطبيقات الري الصناعية والبلدية. تختلف هذه الصمامات اختلافًا واضحًا في بنيتها ووظيفتها واستخداماتها. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل الفروقات بين صمامات الفراشة وصمامات البوابة من حيث المبدأ، والتركيب، والتكلفة، والمتانة، وتنظيم التدفق، والتركيب، والصيانة.
1. المبدأ
مبدأ صمام الفراشة
أبرز ما يميزصمام الفراشةيتميز صمام الفراشة ببنيته البسيطة وتصميمه المدمج. ويعتمد مبدأ عمله على دوران صفيحة الفراشة الدائرية حول ساق الصمام كمحور مركزي للتحكم في تدفق السائل. تعمل صفيحة الصمام كنقطة تفتيش، ولا يمر السائل إلا بموافقة صفيحة الفراشة. فعندما تكون صفيحة الفراشة موازية لاتجاه تدفق السائل، يكون الصمام مفتوحًا بالكامل؛ وعندما تكون عمودية على اتجاه تدفق السائل، يكون الصمام مغلقًا بالكامل. يتميز صمام الفراشة بسرعة فتحه وإغلاقه، إذ يكفيه دوران 90 درجة فقط لإتمام عملية الفتح أو الإغلاق. وهذا ما يفسر تسميته بالصمام الدوار وصمام ربع الدورة.
مبدأ صمام البوابة
صفيحة الصمام الخاصة بـصمام بوابةيتحرك الصمام عموديًا لأعلى ولأسفل باتجاه جسم الصمام. عند رفع البوابة بالكامل، ينفتح التجويف الداخلي لجسم الصمام بالكامل، مما يسمح بمرور السائل دون عوائق. وعند خفض البوابة بالكامل، يُغلق تدفق السائل تمامًا. تصميم صمام البوابة يجعله عديم المقاومة تقريبًا عند فتحه بالكامل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب فتحًا أو إغلاقًا كاملين. تجدر الإشارة هنا إلى أن صمام البوابة مناسب للفتح والإغلاق الكاملين! مع ذلك، يتميز صمام البوابة ببطء الاستجابة، أي أن زمن الفتح والإغلاق أطول، نظرًا لأنه يتطلب عدة دورات لتدوير عجلة اليد أو الترس الدودي لفتحه وإغلاقه بالكامل.
2. التكوين
مكونات صمام الفراشة
كما ذكرنا سابقاً، فإن بنية صمام الفراشة بسيطة نسبياً، وتشمل المكونات الرئيسية مثل جسم الصمام، ولوحة الصمام، وعمود الصمام، ومقعد الصمام، وآلية التشغيل. كما هو موضح في الشكل أدناه.
جسم الصمام:
جسم صمام الفراشة أسطواني الشكل ويحتوي على قناة رأسية داخلية. يمكن تصنيع جسم الصمام من مواد مختلفة، مثل الحديد الزهر، والحديد المطاوع، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ الكربوني، وبرونز الألومنيوم، وغيرها. وبطبيعة الحال، يعتمد اختيار المادة على بيئة استخدام صمام الفراشة وطبيعة الوسط.
صفيحة الصمام:
صفيحة الصمام هي الجزء القرصي الشكل الذي يُفتح ويُغلق، وهي تشبه القرص في شكلها. عادةً ما تكون مادة صفيحة الصمام مماثلة لمادة جسم الصمام، أو أجود منها، لأن صمام الفراشة يكون على اتصال مباشر بالوسط، على عكس صمام الفراشة المركزي حيث يكون جسم الصمام منفصلاً عن الوسط بواسطة مقعد الصمام. تتطلب بعض الوسائط الخاصة تحسين مقاومة التآكل، ومقاومة الصدأ، ومقاومة درجات الحرارة العالية.
ساق الصمام:
يربط ساق الصمام صفيحة الصمام بآلية التشغيل، وهو المسؤول عن نقل عزم الدوران لتدوير صفيحة الصمام. يُصنع ساق الصمام عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ 420 أو مواد أخرى عالية المتانة لضمان قوته ومتانته الكافية.
مقعد الصمام:
يُبطَّن مقعد الصمام في التجويف الداخلي لجسم الصمام، ويتلامس مع صفيحة الصمام لتشكيل مانع تسرب يضمن عدم تسرب السائل عند إغلاق الصمام. يوجد نوعان من موانع التسرب: مانع تسرب مرن ومانع تسرب صلب. يتميز مانع التسرب المرن بأداء أفضل في منع التسرب. تشمل المواد الشائعة الاستخدام المطاط، ومادة PTFE، وغيرها، وهي شائعة الاستخدام في صمامات الفراشة المركزية. أما موانع التسرب الصلبة فهي مناسبة للبيئات ذات درجات الحرارة والضغط العاليين. تشمل المواد الشائعة الاستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 304 مع الجرافيت المرن، وغيرها، وهي شائعة الاستخدام فيصمامات فراشة ثلاثية اللامركزية.
المشغل:
يُستخدم المُشغِّل لتحريك ساق الصمام وتدويره. ومن الأنواع الشائعة الاستخدام: اليدوي، والكهربائي، والهوائي، والهيدروليكي. عادةً ما يتم تشغيل المُشغِّلات اليدوية بواسطة مقابض أو تروس، بينما يمكن للمُشغِّلات الكهربائية والهوائية والهيدروليكية تحقيق التحكم عن بُعد والتشغيل الآلي.
مكونات صمامات البوابة
يُعدّ تركيب صمام البوابة معقداً نسبياً. فبالإضافة إلى جسم الصمام، ولوحة الصمام، وعمود الصمام، ومقعد الصمام، ومحرك التشغيل، توجد أيضاً مواد حشو، وغطاء الصمام، وما إلى ذلك (انظر الشكل أدناه).
جسم الصمام:
عادةً ما يكون جسم صمام البوابة أسطواني الشكل أو إسفيني الشكل، ويحتوي على قناة مستقيمة داخلية. وتُصنع مادة جسم الصمام في الغالب من الحديد الزهر، أو الفولاذ الزهر، أو الفولاذ المقاوم للصدأ، أو النحاس الأصفر، وما إلى ذلك. وبالمثل، ينبغي اختيار المادة المناسبة وفقًا لظروف الاستخدام.
غطاء الصمام:
يُوصل غطاء الصمام بجسم الصمام لتشكيل تجويف صمام مغلق. وعادةً ما يوجد صندوق حشو على غطاء الصمام لتركيب الحشوة وإحكام غلق ساق الصمام.
بوابة + مقعد الصمام:
البوابة هي الجزء المسؤول عن فتح وإغلاق صمام البوابة، وعادةً ما تكون على شكل إسفين. قد تكون البوابة مفردة أو مزدوجة. صمام البوابة الأكثر شيوعًا هو ذو البوابة المفردة. بوابة صمام البوابة المرن مصنوعة من مادة GGG50 المغطاة بالمطاط، بينما بوابة صمام البوابة ذي الختم الصلب مصنوعة من نفس مادة جسم الصمام بالإضافة إلى النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
ساق الصمام:
يربط ساق الصمام البوابة بالمشغل، ويحرك البوابة لأعلى ولأسفل عبر آلية لولبية. يُصنع ساق الصمام عادةً من مواد عالية المتانة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الكربوني. وبناءً على حركة ساق الصمام، تُصنف صمامات البوابة إلى صمامات ذات ساق صاعدة وصمامات ذات ساق غير صاعدة. يقع لولب ساق صمام البوابة ذي الساق الصاعدة خارج جسم الصمام، مما يجعل حالتي الفتح والإغلاق واضحتين. أما لولب ساق صمام البوابة ذي الساق غير الصاعدة فيقع داخل جسم الصمام، ويتميز ببنية أكثر إحكامًا، وبالتالي مساحة تركيب أصغر من تلك الموجودة في صمام البوابة ذي الساق الصاعدة.
التعبئة والتغليف:
توجد الحشوة في صندوق الحشو الخاص بغطاء الصمام، وتُستخدم لسد الفجوة بين ساق الصمام وغطاء الصمام لمنع تسرب السائل. تشمل مواد الحشو الشائعة الجرافيت، ومادة PTFE، والأسبستوس، وغيرها. يتم ضغط الحشوة بواسطة الغدة لضمان إحكام الإغلاق.
المشغل:
• تُعدّ عجلة اليد أكثر أنواع المشغلات اليدوية شيوعًا، حيث تُحرّك آلية نقل الحركة في ساق الصمام عن طريق تدويرها لتحريك البوابة لأعلى ولأسفل. أما في صمامات البوابات ذات الأقطار الكبيرة أو الضغط العالي، فتُستخدم غالبًا مشغلات كهربائية أو هوائية أو هيدروليكية لتقليل قوة التشغيل وتسريع عملية الفتح والإغلاق. بالطبع، هذا موضوع آخر. إذا كنت مهتمًا، يُرجى الاطلاع على المقال.كم عدد اللفات اللازمة لإغلاق صمام الفراشة؟كم من الوقت يستغرق الأمر؟
3. التكلفة
تكلفة صمام الفراشة
تُعدّ صمامات الفراشة عادةً أرخص من صمامات البوابة. ويعود ذلك إلى قصر طولها، واحتياجها إلى مواد أقل، وبساطة عملية تصنيعها. إضافةً إلى ذلك، تتميز صمامات الفراشة بخفة وزنها، مما يُقلل من تكاليف النقل والتركيب. وتبرز ميزة التكلفة لصمامات الفراشة بشكلٍ خاص في خطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة.
تكلفة صمام البوابة
عادةً ما تكون تكلفة تصنيع صمامات البوابة مرتفعة، خاصةً في التطبيقات ذات الأقطار الكبيرة أو الضغوط العالية. يتميز تركيب صمامات البوابة بالتعقيد، كما تتطلب دقة عالية في تصنيع ألواح البوابة ومقاعد الصمامات، مما يستلزم عمليات تصنيع أكثر ووقتًا أطول. إضافةً إلى ذلك، تتميز صمامات البوابة بوزنها الثقيل، مما يزيد من تكلفة النقل والتركيب.
كما يتضح 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 مقعد الصمام وجسمه. فعادةً ما تُصنع مواد منع التسرب في صمامات الفراشة ذات الختم المرن من المطاط أو مادة PTFE أو غيرها من المواد المرنة، والتي قد تتآكل أو تتقادم مع الاستخدام طويل الأمد. أما في صمامات الفراشة ذات الختم الصلب، فتُصنع مواد منع التسرب من مواد اصطناعية عالية الأداء أو أختام معدنية، مما يُحسّن متانتها بشكل ملحوظ.
بشكل عام، تتمتع صمامات الفراشة بمتانة جيدة في أنظمة الضغط المنخفض والمتوسط، ولكن قد ينخفض أداء منع التسرب في بيئات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية.
تجدر الإشارة أيضاً إلى أن صمامات الفراشة قادرة على عزل الوسط عن طريق تغليف جسم الصمام بمقعده لمنع تآكله. وفي الوقت نفسه، يمكن تغليف صفيحة الصمام بالكامل بالمطاط وتبطينها بالكامل بالفلور، مما يُحسّن بشكل ملحوظ من متانتها في مواجهة المواد المسببة للتآكل.
متانة صمامات البوابة
يواجه تصميم مانع التسرب المرن لصمامات البوابة نفس مشكلة صمامات الفراشة، ألا وهي التآكل والتقادم أثناء الاستخدام. مع ذلك، تتميز صمامات البوابة ذات مانع التسرب الصلب بأداء ممتاز في بيئات الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة. ونظرًا لمقاومة سطح منع التسرب المعدني للتآكل والصدأ العالية، فإن عمرها الافتراضي عادةً ما يكون أطول.
ومع ذلك، فإن بوابة صمام البوابة تتعطل بسهولة بسبب الشوائب الموجودة في الوسط، مما قد يؤثر أيضًا على متانتها.
بالإضافة إلى ذلك، فإن مظهرها وهيكلها يحددان صعوبة صنع بطانة كاملة، لذلك بالنسبة لنفس الوسط المسبب للتآكل، سواء كان مصنوعًا من المعدن بالكامل أو ببطانة كاملة، فإن سعره أعلى بكثير من سعر صمام البوابة.
5. تنظيم التدفق
تنظيم تدفق صمام الفراشة
يُمكن لصمام الفراشة ثلاثي المحاور ضبط التدفق عند فتحات مختلفة، إلا أن منحنى خصائص تدفقه غير خطي نسبيًا، خاصةً عندما يكون الصمام قريبًا من الفتح الكامل، حيث يتغير التدفق بشكل كبير. لذلك، يُناسب صمام الفراشة فقط التطبيقات التي تتطلب دقة ضبط منخفضة، وإلا يُمكن اختيار صمام كروي.
تنظيم تدفق صمام البوابة
صُمم صمام البوابة ليكون أكثر ملاءمة لعمليات الفتح والإغلاق الكاملين، وليس لتنظيم التدفق. في حالة الفتح الجزئي، ستتسبب البوابة في اضطراب واهتزاز السائل، مما قد يؤدي إلى تلف مقعد الصمام والبوابة نفسها.
6. التركيب
تركيب صمام الفراشة
يُعد تركيب صمام الفراشة بسيطاً نسبياً. فهو خفيف الوزن، لذا لا يتطلب الكثير من الدعم أثناء التركيب؛ كما أنه يتميز ببنية مدمجة، مما يجعله مناسباً بشكل خاص للأماكن ذات المساحة المحدودة.
يمكن تركيب صمام الفراشة على الأنابيب في أي اتجاه (أفقي أو رأسي)، ولا يوجد شرط محدد لاتجاه التدفق داخل الأنبوب. تجدر الإشارة إلى أنه في التطبيقات ذات الضغط العالي أو الأقطار الكبيرة، يجب أن تكون صفيحة الفراشة مفتوحة بالكامل أثناء التركيب لتجنب تلف مانع التسرب.
تركيب صمامات البوابة
يُعدّ تركيب صمامات البوابة أكثر تعقيدًا، لا سيما صمامات البوابة ذات القطر الكبير والمحكمة الإغلاق. ونظرًا لوزنها الثقيل، يلزم توفير دعامات إضافية وإجراءات تثبيت أثناء التركيب لضمان استقرار الصمام وسلامة القائم بالتركيب.
تُركّب صمامات البوابة عادةً على الأنابيب الأفقية، ويجب مراعاة اتجاه تدفق السائل لضمان التركيب الصحيح. إضافةً إلى ذلك، فإن شوط فتح وإغلاق صمامات البوابة طويل، خاصةً صمامات البوابة ذات الجذع الصاعد، لذا يجب توفير مساحة كافية لتشغيل عجلة اليد.
7. الصيانة والإصلاح
صيانة صمامات الفراشة
تتميز صمامات الفراشة بقلة أجزائها وسهولة فكها وتركيبها، مما يُسهّل صيانتها. في الصيانة الدورية، يُركز الفحص على تقادم وتآكل صفيحة الصمام ومقعده. في حال وجود تآكل شديد في حلقة الإحكام، يجب استبدالها فورًا. لذا، ننصح عملاءنا بشراء صمامات فراشة ذات ظهر مرن قابلة للاستبدال. كما يجب استبدال صفيحة الصمام إذا كان سطحها غير مستوٍ ولا يُحقق إحكامًا جيدًا.
بالإضافة إلى ذلك، هناك تزييت ساق الصمام. يساعد التزييت الجيد على مرونة ومتانة تشغيل صمام الفراشة.
صيانة صمامات البوابة
تتكون صمامات البوابة من أجزاء عديدة، ويصعب تفكيكها وتركيبها، لا سيما في أنظمة خطوط الأنابيب الكبيرة حيث يكون عبء الصيانة كبيرًا. أثناء الصيانة، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لضمان رفع وخفض البوابة بسلاسة، وخلوها من أي أجسام غريبة في مجرى جسم الصمام.
إذا كان سطح التلامس بين مقعد الصمام والبوابة مخدوشًا أو متآكلًا، فيجب تلميعه أو استبداله. وبالطبع، فإن تشحيم ساق الصمام ضروري أيضًا.
ينبغي إيلاء عناية أكبر لصيانة حشوة صمام البوابة مقارنةً بصمام الفراشة. تُستخدم حشوة صمام البوابة لسد الفجوة بين ساق الصمام وجسمه لمنع تسرب السائل. يُعدّ تقادم الحشوة وتآكلها من المشاكل الشائعة في صمامات البوابة. أثناء الصيانة، من الضروري فحص إحكام الحشوة بانتظام وتعديلها أو استبدالها عند الضرورة.
8. الخاتمة
باختصار، تتميز صمامات الفراشة وصمامات البوابة بمزايا وعيوب خاصة بها من حيث الأداء والتكلفة والمتانة وتنظيم التدفق والتركيب:
1. المبدأ: تتميز صمامات الفراشة بسرعات فتح وإغلاق سريعة وهي مناسبة لحالات الفتح والإغلاق السريع؛ أما صمامات البوابة فلها أوقات فتح وإغلاق طويلة.
2. التركيب: صمامات الفراشة لها بنية بسيطة بينما صمامات البوابة لها تركيب معقد.
3. التكلفة: صمامات الفراشة أقل تكلفة، خاصة بالنسبة للتطبيقات ذات الأقطار الكبيرة؛ صمامات البوابة أكثر تكلفة، خاصة بالنسبة للضغط العالي أو متطلبات المواد الخاصة.
4. المتانة: تتمتع صمامات الفراشة بمتانة أفضل في أنظمة الضغط المنخفض والمتوسط؛ تعمل صمامات البوابة بشكل جيد في بيئات الضغط العالي ودرجات 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 ومناسبة لتركيب خطوط الأنابيب الأفقية.
٧. الصيانة: تركز صيانة صمامات الفراشة على تآكل وتقادم صفيحة الصمام ومقعده، وتزييت ساق الصمام. إضافةً إلى ذلك، يحتاج صمام البوابة أيضًا إلى صيانة الحشوة.
في التطبيقات العملية، يجب مراعاة اختيار صمامات الفراشة أو صمامات البوابة بشكل شامل وفقًا لظروف العمل والمتطلبات المحددة لضمان أفضل أداء واقتصاد.