شیر دروازه ای گونه ای از شیر صنعتی است که برای باز و بسته کردن جریان سیال در یک خط لوله مورد استفاده قرار می گیرد. شیر با حرکت عمودی دیسک روی سیت، باز و یا بسته می شود. این شیر یک دریچه دو طرفه می باشد، زیرا ممکن است ماده سیال از هر جهتی جریان پیدا کند. نصب این نوع شیر، افت فشار متوسطی را کمتر از دریچه های گلوب ولو در خط لوله ایجاد می کند. شیرهای دروازه ای دارای بدنه های فورج برای مجراهای کمتر از 2 اینچ (5 سانتی متر) (API 602 / BS 5352) و بدنه های چدنی برای اندازه های بزرگتر (API 600، API 603 ، API 6D) می باشد.
انواع شیر دروازه ای
کست استیل Cast Steel
کست استیل رایج ترین نوع شیر دروازه ای بوده که با API 600 (کربن و آلیاژ استیل) و API 603 (استیل ضد زنگ و درجه بالاتر) پوشانده می شود. این نوع شیر در اندازه های بالاتر از 2 اینچ (5 سانتیمتر) و حداکثر 80 اینچ (200 سانتیمتر) موجود است.
فورج استیل Forged Steel
شیر فورج استیل گیت ولو به طور کلی برای لوله کشی های مجرای کوچک (کمتر از 5 سانتیمتر) استفاده می شود. مشخصات پوششی آن عبارتست از: API 602 و BS 5352
API 6Dبرای خط لوله ها
این شیر دروازه ای برای خطوط لوله ها بوده و در دو طرح اصلی، اسلب Slab و Expanding وجود دارد.
بست فشار Pressure seal
شیر بست فشار گیت ولو برای کاربردهای فشار قوی بوده و متداول ترین آنها گوۀ انعطاف پذیر و شیر موازی یا کشویی است. آنها معمولاً با بدنه های کست یا فورج، در ابعاد 2 تا 24 اینچ (5 تا 60 سانتیمتر) و درجه فشار از 600 # به 4500 # در دسترس بوده و با جوش سوکت یا جوش لب به لب، برای اطمینان از اتصالات محکم فلنج، پایان بندی می شوند.
برای کسب اطلاعات بیشتر خواندن مقاله شیر پروانه ای (Butterfly Valves) پیشنهاد میشود.
نوع چاقویی Knife Type
شیر دروازه ای چاقویی ابتدا در صنعت خمیر کردن کاغذ معرفی شد؛ جایی که شیرهای انسداد به دلیل ماهیت مایعات منتقل شده در فرآیند تولید کاغذ، نمی توانستند به درستی کار کنند. این نوع شیرها هرگز نباید به عنوان دریچه های تعدیل کننده برای تنظیم جریان مورد استفاده قرار گیرند؛ چون عبور جریان سیال از طریق دریچه نیمه بسته، تا حدودی لرزش ایجاد کرده و سبب سائیدگی دیسک و سیت می شود. لذا شیرهای چاقویی باید مانند همه انواع شیرهای دروازه ای به صورت کاملاً بسته یا باز استفاده شوند (شیرهای کروی یا گلوب برای تنظیم جریان توصیه می شوند). این نوع شیر برای محافظت در برابر اثر ضربات چکشی آب، از سرعت باز و بسته شدن بسیار کندی برخوردار است. شیر چاقویی را می توان از آهن تا فولاد ضدزنگ و در اندازه های بین 2 تا 24 اینچ (5 تا 60 سانتیمتر) – معمولا با بدنه کست – با درجات فشار کم (<300 پوند) تولید کرد.
انواع مختلفی از این نوع شیر دروازه ای وجود دارد. مانند سیت نرم (نوع ارتجاعی با سیت الاستومری)، سیت فلزی (سیت و دیسک، مهر و موم فلزی شده اند)، انواع دروازه کشویی Slide Gate و کلاهکی Bonneted
یک شیر چاقویی سیت فلزی (سمت چپ)، یک شیر چاقویی سیت ارتجاعی (سمت راست)
تفاوت آن با طراحی های استاندارد عبارتست از:
- شیر استاندارد با اتصالات جوش فلنج، لب به لب و سوکت در دسترس بوده اما نوع چاقویی عمدتا اتصالات لاگ یا ویفری دارد.
- شیر استاندارد یک بسته بندی با حلقه V شکل دارد که شافت متصل به دروازه را به خوبی به آن مهر و موم می کند اما نوع چاقویی با یک بسته بندی غده ای شکل به اطراف دروازه متصل شده است.
- شیرهای دروازه ای دو طرفه هستند، در حالی که نوع چاقویی معمولاً یک طرفه است.
- شیر چاقویی مقطع عرضی کمتری نسبت به شیر دروازه ای ANSI که حجیم تر و پالاینده است، دارد.
- نوع چاقویی سبک تر و ارزان تر از انواع API و ASME می باشد.
برای آشنای با انواع دیگر شیرها میتوانید مقاله شیر سماوری و شیر دیافراگمی را بخوانید.
نمودار شیر دروازه ای
نمودار شير دروازه ای، طرح مونتاژ استاندارد این شیر را نشان می دهد. بسته به پیکربندی قطعات آن، تغییراتی در طراحی ممکن است داشته باشد:
- مواد سازنده بدنه: فورج یا کست
- طراحی و اتصال کلاهک: می تواند استاندارد یا بست فشار Pressure Seal (دریچه های فشار قوی) و یا پیچ شده و جوش داده شده و … باشد.
- پایانه های اتصال: شیرآلات دروازه ای با طرح های پایانه ای متعددی در دسترس هستند (جوش سوکت و رشته ای برای شیرهای دروازه ای فورج و جوش لب به لب برای شیرهای دروازه ای با بدنه کست)
- نوع گوه: جامد / انعطاف پذیر / تفسیم شده / موازی
- نوع استم (Stem): بالارونده / غیربالارونده
- قاعده تولید: شیرآلات استاندارد API در مقایسه با استاندارد EN اندکی طراحی متفاوتی دارند.
- نوع عملکرد شیر: دستی / دنده ای یا پنوماتیک / هیدرولیک / برقی
نمودار شیر دروازه ای، قسمت های اصلی آن را برای لوله کشی نشان می دهد.
انواع گوه
تصویر زیر نشان می دهد که چگونه گوۀ شیر دروازه ای با یک حرکت عمودی (که می تواند به صورت دستی یا توسط یک محرک اداره شود) جریان سیال را باز و بسته می کند.
گوه بین دو سیت موازی (یا مایل) قرار دارد که عمود بر جریان است. جریان سیال از طریق شیر های دروازه ای به صورت افقی جریان پیدا کرده و در معرض افت فشار نیست. گوه ها می توانند انواع مختلفی داشته باشند:
- گوه جامد (Solid-Wedge) : در این مورد گوه با یک قطعه فولادی جامد تولید می شود.
- گوه انعطاف پذیر(Flexible-Wedge): در این نمونه، دیسک برای افزایش توانایی شیر در اصلاح تغییرات در زاویه بین سیت ها، محدود می شود.
- گوه تقسیم شده (Split-Wedge) : (دیسک برای تنظیم گوه بروی سیت، ساختمانی دو تکه دارد)
- گوه موازی – کشویی (Parallel-Slide Wedge)
انواع استم Stem
شیر دروازه ای ممکن است دارای یک استم بالارونده باشد (هنگام باز شدن شیر، استم بالا می رود) یا دارای استم غیر بالارونده باشد (هنگام باز شدن شیر به طرف بالا حرکت نمی کند).
طراحی OS&Y در مقایسه با IS&Y
اصطلاح ” OS&Y ” مربوط به شیرهای دروازه ایست. این اصطلاح به این معنی است که وقتی دسته ی شیر برای باز یا بسته کردن دریچه چرخانده می شود، به دلیل ارتباطی که با استم شیر دارد، دیسک را مستقیماً بالا و پایین می برد. در یک “شیر OS&Y”، در حالی که دسته در حالت ثابت قرار دارد، استم به خودی خود در خارج از بدنه شیر، از مسیری قابل روئیت بالا و پایین می رود. وقتی استم بالا می رود، دیسک داخل بدنه شیر، از سیت بالا رفته و اجازه می دهد جریان سیال از طریق دریچه (دریچه باز) جریان یابد. بنابراین با وجود شیر دروازه ای OS&Y، وضعیت واقعی شیر (بسته یا باز) همیشه برای اپراتورها مشهود است.
از طرف دیگر، وضعیت شیر برای “شیرهای IS&Y” بلافاصله قابل مشاهده نیست، زیرا در هنگام چرخش دسته، استم در خارج از بدنه شیر بالا و پایین نمی رود.
مواد سازنده شیر دروازه ای
بدنه
بدنه شیرهای دروازه ای کمتر از 2 اینچ (5 سانتیمتر) معمولاً از جنس فورج استیل ساخته شده است (رایج ترین درجات مواد بدنه ASTM A105 برای سرویس با درجه حرارت بالا، ASTM A350 برای سرویس با دمای پایین و، ASTM A182 F304 / F316 برای سرویس خورنده می باشد).
در عوض بدنه شیرهای دروازه ای با اندازه مجرای بالاتر از 2 اینچ از جنس کست استیل ساخته شده است (درجات اصلی کست ASTM A216 WCB برای سرویس با درجه حرارت بالا، ASTM A351 برای شرایط دمای پایین و ASTM A351 CF8 و CF8M – به عبارت دیگر شیرهای دروازه ای 304 و 316 استیل ضد زنگ هستند).
تریم TRIM
در مجموع قسمت های قابل جابجایی و قابل تعویض شیر به عنوان “تریم” تعریف می شوند (برای شیر دروازه ای: سیت، دیسک، قسمت پشت سیت و استم)
مشخصات API 600 تعدادی از ترکیب های استاندارد تریم مطابق جدول زیر تهیه شده است:
| API TRIM # | BASE MATERIAL | MATERIAL FOR SEAT | MATERIAL FOR DISC | BACKSEAT MATERIAL |
MATERIAL FOR STEM |
| 1 | 410 | 410 | 410 | 410 | 410 |
| 2 | 304 | 304 | 304 | 304 | 304 |
| 3 | F310 | 310 | 310 | 310 | 310 |
| 4 | Hard 410 | Hard 410 | 410 | 410 | 410 |
| 5 | Hardfaced | Stellite | Stellite | 410 | 410 |
| 5A | Hardfaced | Ni-Cr | Ni-Cr | 410 | 410 |
| 6 | 410 and Cu-Ni | Cu-Ni | Cu-Ni | 410 | 410 |
| 7 | 410 and Hard 410 | Hard 410 | Hard 410 | 410 | 410 |
| 8 | 410 and Hardfaced | Stellite | 410 | 410 | 410 |
| 8A | 410 and Hardfaced | Ni-Cr | 410 | 410 | 410 |
| 9 | Monel | Monel | Monel | Monel | Monel |
| 10 | 316 | 316 | 316 | 316 | 316 |
| 11 | Monel | Stellite | Monel | Monel | Monel |
| 12 | 316 and Hardfaced | Stellite | 316 | 316 | 316 |
| 13 | Alloy 20 | Alloy 20 | Alloy 20 | Alloy 20 | Alloy 20 |
| 14 | Alloy 20 and Hardfaced | Stellite | Alloy 20 | Alloy 20 | Alloy 20 |
| 15 | 304 and Hardfaced | Stellite | Stellite | 304 | 304 |
| 16 | 316 and Hardfaced | Stellite | Stellite | 316 | 316 |
| 17 | 347 and Hardfaced | Stellite | Stellite | 347 | 347 |
| 18 | Alloy 20 and Hardfaced | Stellite | Stellite | Alloy 20 | Alloy 20 |
انتخاب ماده
| تریم | سرویس های توصیه شده |
| 13% Cr, نوع 410 فولاد ضد زنگ | برای نفت و بخارات نفتی و سرویس های عمومی با سیت ها و گوه های گرم شده |
| 13% Cr, نوع 410 plus Hardfacing | تریم جهانی برای خدمات عمومی که به عمر طولانی سرویس حداکثر تا 1100 درجه فارنهایت (593 درجه سانتیگراد) نیاز دارد. |
| نوع 316 ضد زنگ | برای مایعات و گازهای خورنده ای تا فولاد ضد زنگ 410، تا حدود 1000 درجه فارنهایت (537 درجه سانتیگراد). |
| Monel | برای سرویس خورنده تا 842 درجه فارنهایت (450 درجه سانتیگراد) مانند اسیدها، قلیاها، محلول های نمکی و غیره |
| آلیاژ 20 | برای سرویس خورنده مانند اسیدهای گرم -49 درجه فارنهایت تا 608 درجه فارنهایت (-45 درجه سانتیگراد تا 320 درجه سانتیگراد) |
| NACE | Specially treated 316 or 410 trim combined optionally with B7M Bolts and 2HM nuts to meet NACE MR-01-75 requirements. |
| Full Stellite | برش کاملاً سخت ، مناسب برای سرویس ساینده و شدید تا 1200 درجه فارنهایت (650 درجه سانتیگراد) |
ابعاد شیر دروازه ای
جداول ابعاد و وزن شیرآلات دروازه ای API 600 را نشان می دهد (کلاهک پیچ شده / استم (Stem) بالارونده)
CLASS 150 ابعاد به اینچ (میلی متر)
| Sizes | L | L1 (BW) | H (Open) | W |
| 2″ | 7 (180) | 8-1/2 (216) | 14-1/2 (368) | 8 (200) |
| 2-1/2″ | 7-1/2 (190) | 9-1/2 (241) | 17 (432) | 8 (200) |
| 3″ | 8 (200) | 11-1/8 (283) | 18 (457) | 8-7/8 (225) |
| 4″ | 9 (230) | 12 (305) | 22 (559) | 11 (279) |
| 5″ | 10 (254) | 15 (381) | 26 (660) | 12-3/4 (325) |
| 6″ | 10-1/2 (266) | 15-7/8 (403) | 30 (762) | 14 (356) |
| 8″ | 11-1/2 (290) | 16-1/2 (420) | 38-1/2 (978) | 14 (356) |
| 10″ | 13 (330) | 18 (457) | 46 (1168) | 18 (457) |
| 12″ | 14 (356) | 19 (502) | 55-1/4 (1403) | 20 (508) |
| 14″ | 15 (381) | 22 (559) | 60 (1524) | 21-1/2 (546) |
| 16″ | 16 (407) | 24 (610) | 74-7/8 (1902) | 24 (610) |
| 18″ | 17 (432) | 26 (660) | 79 (2007) | 27 (686) |
| 20″ | 18 (457) | 28 (711) | 87-1/2 (2223) | 28 (711) |
| 24″ | 20 (508) | 32 (813) | 105 (2667) | 31-1/2 (800) |
| 30″ | 24 (610) | 38 (965) | 130 (3302) | 43 (1092) |
| 36″ | 28 (711) | 44 (1118) | 162 (4115) | 51 (1295) |
| OPERATOR GEAR برای اندازه 10 ″ و بالاتر توصیه شده است | ||||
CLASS 300 ابعاد به اینچ (میلی متر)
| SIZES | L/L1 | H (OPEN) | W |
| 2″ | 8-1/2 (216) | 16 (407) | 7-7/8 (200) |
| 2-1/2″ | 9-1/2 (241) | 17-3/8 (442) | 7-7/8 (200) |
| 3″ | 11-1/8 (283) | 19-3/4 (501) | 8-7/8 (225) |
| 4″ | 12 (305) | 23-3/8 (594) | 9-7/8 (251) |
| 5″ | 15 (381) | 23-3/4 (603) | 12-1/2 (318) |
| 6″ | 15-7/8 (403) | 32-1/8 (816) | 14 (356) |
| 8″ | 16-1/2 (420) | 41 (1041) | 15-3/4 (400) |
| 10″ | 18 (457) | 48-3/8 (1229) | 17-3/4 (451) |
| 12″ | 19-3/4 (501) | 57 (1448) | 20 (508) |
| 14″ | 30 (762) | 62-1/2 (1588) | 22 (559) |
| 16″ | 33 (838) | 69 (1753) | 25 (635) |
| 18″ | 36 (914) | 80-1/2 (2045) | 28 (711) |
| 20″ | 39 (991) | 91 (2311) | 35-1/2 (902) |
| 24″ | 45 (1143) | 120-1/2 (3061) | 43 (1092) |
| OPERATOR GEAR برای اندازه 8″ و بالاتر توصیه شده است | |||
CLASS 600 ابعاد به اینچ (میلی متر)
| SIZES | L/L1 | H (OPEN) | W |
| 2″ | 11-1/2 (290) | 16-1/2 (420) | 7-7/8 (200) |
| 2-1/2″ | 13 (330) | 18 (457) | 8-7/8 (225) |
| 3″ | 14 (356) | 20-1/8 (511) | 9-7/8 (251) |
| 4″ | 17 (432) | 25 (635) | 14 (356) |
| 5″ | 20 (508) | 30-1/2 (775) | 15-3/4 (400) |
| 6″ | 22 (559) | 33-5/8 (854) | 17-3/4 (451) |
| 8″ | 26 (660) | 42-3/8 (1076) | 20 (508) |
| 10″ | 31 (787) | 49 (1245) | 25 (635) |
| 12″ | 33 (838) | 68-1/2 (1740) | 27 (686) |
| 14″ | 35 (889) | 69 (1753) | 31-1/2 (800) |
| 16″ | 39 (991) | 74 (1880) | 35-1/2 (902) |
| 18″ | 43 (1092) | 84-1/4 (2140) | 43 (1092) |
| 20″ | 47 (1194) | 93-1/2 (2375) | 51 (1295) |
| 24″ | 55 (1397) | 110 (2794) | 51 (1295) |
| OPERATOR GEAR برای اندازه 8″ و بالاتر توصیه شده است | |||
CLASS 900 ابعاد به اینچ (میلی متر)
| SIZES | L/L1 | H (OPEN) | W |
| 2″ | 14-1/2 (368) | 26 (660) | 10-1/4 (260) |
| 3″ | 15 (381) | 26-3/8 (670) | 11-1/2 (292) |
| 4″ | 18 (457) | 30 (762) | 14 (356) |
| 6″ | 24 (610) | 40-3/4 (1035) | 20 (508) |
| 8″ | 29 (737) | 51 (1295) | 24 (610) |
| 10″ | 33 (838) | 61 (1549) | 27 (686) |
| 12″ | 38 (965) | 69-1/2 (1765) | 31-1/2 (800) |
| 14″ | 40-1/2 (1029) | 77 (1956) | 35-1/2 (902) |
| 16″ | 44-1/2 (1130) | 82-3/4 (2102) | 43 (1092) |
| OPERATOR GEAR برای اندازه 6″ و بالاتر توصیه شده است | |||
CLASS 1500 ابعاد به اینچ (میلی متر)
| SIZES | L/L1 | H (OPEN) | W |
| 2″ | 14-1/2 (368) | 21-1/2 (546) | 11-1/2 (290) |
| 3″ | 18-1/2 (470) | 27-1/8 (689) | 14 (356) |
| 4″ | 21-1/2 (546) | 31-1/2 (800) | 20 (508) |
| 6″ | 27-3/4 (705) | 45 (1143) | 24 (610) |
| 8″ | 32-3/4 (832) | 53-1/2 (1359) | 27 (686) |
| 10″ | 39 (991) | 65 (1651) | 35-1/2 (902) |
| 12″ | 44-1/2 (1130) | 74 (1880) | 43 (1092) |
| 14″ | 49-1/2 (1257) | 83-1/2 (2121) | 51 (1295) |
| 16″ | 54-1/2 (1384) | 88 (2235) | 63 (1600) |
| OPERATOR GEAR برای اندازه 6″ و بالاتر توصیه شده است | |||
CLASS 2500 ابعاد به اینچ (میلی متر)
| SIZES | L/L1 | H (OPEN) | W |
| 2″ | 17-3/4 (451) | 24-7/8 (632) | 12 (305) |
| 3″ | 22-3/4 (578) | 36 (914) | 20 (508) |
| 4″ | 26-1/2 (673) | 41-1/2 (1054) | 20 (508) |
| 6″ | 36 (914) | 57 (1448) | 24 (610) |
| 8″ | 40-1/4 (1022) | 63-3/8 (1610) | 24 (610) |
| OPERATOR GEAR برای اندازه 6″ و بالاتر توصیه شده است | |||