دليل شامل لأنواع مختلفة من الصمامات

ما هو الصمام وكيف يعمل؟

ببساطة، الصمام هو جهاز يستخدم للتحكم في تدفق وسيط - سائل، غاز أو صلب - من خلال نظام أنابيب. في معظم الأحيان، يتم استخدام الصمامات لإيقاف وبدء تدفق الوسائط. بعض الصمامات قادرة أيضًا على التحكم في معدل التدفق، ويشار إليها عادة باسم صمامات التحكم.

نظرًا لوجود العديد من الاستخدامات المختلفة للصمامات، تتوفر بمجموعة واسعة من التباينات الميكانيكية. باستخدام الصمام المناسب في السيناريو المعين يعني أن تطبيقك سيعمل بسلاسة وبأمان، محققًا الهدف المقصود بأكثر كفاءة.

على الرغم من وجود العديد من تصنيفات الصمامات المختلفة، تندرج معظم الصمامات ضمن ثلاث فئات: دوارة، خطية وذاتية التحريك.

• دوار

تستخدم الصمامات الدوارة عنصر إغلاق دوار لمنع التدفق داخل نظام أنابيب. في معظم الأحيان، يكون هذا الدوران محدودًا إلى 90 درجة، وهذا هو السبب في أن الصمامات الدوارة تُشار إليها أيضًا عادة باسم صمامات الربع دورة. تُغلق هذه الأنواع من الصمامات عند 0 درجة وتُفتح عند 90 درجة.

تستطيع بعض الصمامات الدوارة العمل بزاوية دوران أكبر وتشمل أكثر من وضعين. ومن الأمثلة الشائعة على أنواع الصمامات الدوارة صمامات الفراشة وصمامات السد وصمامات الكرة.

• خطية

تستخدم الصمامات الخطية عنصر إغلاق للتدفق - مثل قرص أو شريط أو غشاء - يتحرك بحركة مستقيمة لبدء التدفق أو إيقافه أو ضبطه من خلال نظام أنابيب. يمكن تقسيم هذه الصمامات إلى نوعين متميزين: النابضة (متعددة الدورات) والمحورية.

تعمل الصمامات الخطية متعددة الدورات بشكل خاص بشكل جيد في التطبيقات التحكمية وتشمل صمامات الكرة وصمامات البوابة وصمامات الإبرة. الصمامات المحورية، مثل صمامات القناة المتعاقبة وصمامات المقعد الزاوي، سريعة العمل وتستخدم بشكل أساسي في تطبيقات العملية التشغيلية التشغيل/إيقاف.

بالمقارنة مع فئات الصمامات الأخرى، تميل الصمامات ذات الحركة الخطية إلى أن تكون لديها أوقات دورية أطول من الصمامات الدوارة.

• ذاتية التحريك

على عكس الصمامات الخطية والدوارة، لا تتطلب الصمامات ذاتية التحريك إدخالًا مباشرًا من المشغل. بدلاً من ذلك، تستخدم الضغط داخل خط العملية لفتح أو إغلاق صمام التحكم في الضغط. يُستخدم هذا النوع من الصمامات عادة كصمام إغاثة الضغط ويتم فتحه فقط عندما يتم الوصول إلى الضغط الأقصى المسموح به داخل النظام. نتيجة لهذا الآلية، تعتبر الصمامات ذاتية التحريك متطلبات أمان شائعة في بعض التطبيقات.

تشمل الصمامات ذاتية التحريك الشائعة صمامات الإغاثة، وصمامات السلامة، وصمامات الفحص، وفخاخ البخار.

أنواع صمامات الربع دورة

نظرًا لأن صمامات الدورة الربعية تسمح بمجموعة واسعة من الحركة مع دورة اليد، فإن هذه الأنواع من الصمامات تستخدم عادة في التطبيقات التي تعطي الأولوية للفتح/الإغلاق السريع والسهل على دقة.

• صمامات الكرة

يمكن استخدام صمامات الكرة في معظم التطبيقات التي تحتاج إلى إيقاف تدفق السائل. في الواقع، إنها الصمامات الأكثر استخدامًا في التحكم في العملية. تستخدم هذه الصمامات الدوارة كرات مثقوبة تتأرجح في تيار الأنبوب، تعمل على بدء أو إيقاف التدفق.

نظرًا لأن يمكن تجهيز فتحة الصمام بدقة لتتناسب مع قطر الأنبوب، توفر صمامات الكرة فقدانًا منخفضًا للضغط. قد تكون صمامات الكرة أكثر تكلفة من خيارات الصمامات الدوارة الأخرى، ولكنها توفر ختمًا أفضل من أنواع مثل صمامات الفراشة.

• صمامات الفراشة

تعمل صمامات الفراشة باستخدام عنصر إغلاق على شكل قرص مركزي يتأرجح داخل وخارج تدفق نظام الأنابيب. تستخدم هذه الصمامات ذات الربع دورة بشكل متكرر مع أحجام الأنابيب الكبيرة وفي محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومحطات توليد الطاقة وغيرها من مصانع المعالجة. حيث يتطلب الإغلاق والتنظيم والعزل.

مزايا استخدام صمامات الفراشة تشمل تكلفة منخفضة وحجم أصغر. ومع ذلك، فإن هذه الأنواع الشائعة من الصمامات أكثر عرضة للتسرب وفقدان الضغط من صمامات الكرة وقد لا تعمل بشكل جيد ضد تدفقات ذات ضغط عالي.

• صمامات السد

تشبه صمامات السد إلى حد كبير صمامات الكرة في بنائها ووظيفتها. ومع ذلك، بدلاً من استخدام عائق على شكل كرة، تعمل صمامات السد على السماح أو منع التدفق عبر أسطوانة مدببة تتأرجح داخل أو خارج تدفق السائل. هناك نوعان رئيسيان من صمامات السد: المزيتة وغير المزيتة. يُستخدم هذا النوع من الصمامات الدوارة بشكل متكرر للإغلاق وكصمام تحكم في صناعات معالجة المواد الكيميائية ومحطات المعالجة ومرافق معالجة مياه الصرف الصحي. قد تكون صمامات السد مفضلة لعدم وجود فراغات وتجاويف وقدرتها على التكيف مع التسربات التي تظهر على المدى الطويل. ونتيجة لذلك، يتم استخدام هذه الصمامات في العديد من السيناريوهات الخدمية الشاقة - فكر في البيئات التآكلية مثل مصافي النفط ومصانع المواد الكيميائية.

أنواع الصمامات متعددة الدورات

تعمل صمامات متعددة الدورات عن طريق دوران مقبض لنقل عنصر عائق إلى مسار التدفق. يقيد هذا التدفق داخل نظام الأنابيب. تتيح بعض أنواع الصمامات متعددة الدورات للتدفق أن يتم إطلاقه أو يتم حظره بسرعات متغيرة. تُشار إلى هذه الأنواع من الصمامات عادة باسم صمامات التحكم.

• صمامات الكرة الأرضية

تعمل صمامات الكرة الأرضية عن طريق استخدام قرص على شكل كرة لمنع التدفق عند الإغلاق ضد فتحة تضييق أو لتمرير التدفق. تُستخدم هذه الصمامات متعددة الدورات عادة في التطبيقات التشغيل/إيقاف والتحكم في التدفق. يمكن لصمامات الكرة الأرضية أن تختتم سواء ضد تدفق السائل أو معه.

يُوصى باستخدام صمامات الكرة الأرضية ذات الاتجاهين للدقة، بينما تكون صمامات الكرة الأرضية ذات الاتجاه الثلاثة مناسبة لدمج الوسائط من مداخلين وإرسال الخليط الناتج من خلال مخرج. تُستخدم صمامات الكرة الأرضية بشكل متكرر في محطات معالجة مياه الصرف الصحي وخدمات معالجة الأغذية. على الرغم من توفر هذا النوع من الصمامات في العديد من التباينات، إلا أن الأكثر شيوعًا هو صمام نمط Z.

• صمامات البوابة

تعتبر صمامات البوابة صمامات متعددة الدورات تستخدم عادة لسد تدفقات السوائل وأحيانًا (وأحيانًا بشكل غير فعال) للتحكم في التدفق. يستخدم هذا النوع من الصمامات حاجزًا شبيهًا باللوحة لسد تدفق السائل.

تقدم صمامات البوابة خسائر رأس منخفضة عند الفتح مقارنة بأنواع الصمامات الأخرى. على الرغم من أن عملها مقارن بصمامات الكرة، تقدم صمامات البوابة أقل قيود على التدفق وقدرات تنظيمية.

• صمامات الإبرة

تشبه صمامات الإبرة إلى حد كبير صمامات الكرة باستثناء عدة عوامل رئيسية. أولاً، فهي أصغر من صمامات الكرة وتسمح بتحكم أكثر دقة في التدفق داخل الأنظمة الأصغر. بالإضافة إلى ذلك، تتكون من إبرة على شكل مخروط - بدلاً من قرص على شكل قرص - تتحرك داخل وخارج الفتحة لبدء وإيقاف التدفق.

ما هي درجة حرارة الوسط؟

أنواع صمامات التشغيل/الإيقاف

كما يوحي الاسم، تعتبر صمامات التشغيل/الإيقاف أجهزة سريعة الاستجابة تمكن التدفق غير المقيد أو توقف التدفق تمامًا. على الرغم من أن هذه الأنواع من الصمامات لا تسمح بضبط التدفق بدقة، إلا أنها مفيدة في مختلف التطبيقات حيث يكون السرعة أمرًا ضروريًا، على سبيل المثال عند استخدامها في حالات تتطلب إيقاف الطوارئ.

• صمامات الملف اللولبي

تستخدم صمامات الملف اللولبي عائقًا خطيًا ينزلق لفتح أو إغلاق الصمام أو إعادة توجيه التدفق من مخرج واحد إلى آخر. تتوفر هذه الأنواع من الصمامات بأحجام مختلفة، تتراوح من ملليمتر واحد إلى 100 ملليمتر. علاوة على ذلك، يمكن أن تتكون من مواد مختلفة مثل الحديد الزهر، الفولاذ المقاوم للصدأ، الألومنيوم، البلاستيك والنحاس.

تُستخدم صمامات الملف اللولبي عادة في تطبيقات خدمة إيقاف الطوارئ وأنظمة الضغط العالي. يمكنها أيضًا التعامل مع مجموعة واسعة من درجات الحرارة، حيث يمكن لبعض النماذج التعامل مع درجات حرارة تصل إلى -418 درجة فهرنهايت إلى 1472 درجة فهرنهايت، مما يجعل صمامات الملف اللولبي خيارًا شائعًا لعمليات التبريد الكريوجينية.

• صمامات الشفة

الصمامات الشفة هي صمام ذو وضعين يمكن تشغيله إما بالهواء المضغوط أو كهربائيًا. تستخدم صمامات الشفة الكهربائية ملفًا كهرومغناطيسيًا مقابل الربيع. تستخدم صمامات الشفة الهوائية الضغط الهوائي مقابل الربيع أو الضغط الهوائي المزدوج العمل (الضغط الهوائي القادم من كلا الاتجاهين). تستخدم هذه الصمامات عائقًا لفتح أو إغلاق وتوجيه التدفق إلى المخرج الصحيح.

تعتبر صمامات الشفة بديلاً جيدًا لصمامات الكرة في العديد من تطبيقات التشغيل/الإيقاف. في الواقع، فهي بديل أكثر تكلفة وأصغر وأخف وأكثر أمانًا وأسرع. من عيوب صمامات الشفة تشمل سعة تدفق أقل وتوافق سائل محدود.

• صمامات المقعد الزاوي

يختتم قائمة أنواع الصمامات المختلفة واستخداماتها صمام المقعد الزاوي، نوع آخر من الصمامات التي يمكن أن تكون بديلاً لصمام الكرة في تطبيقات التشغيل/الإيقاف. تستخدم صمامات المقعد الزاوي محرك هوائي مدمج يمكن أن يكون مزدوج العمل أو عودة باليد.

يتضمن هذا الصمام ذو الوضعين عائقًا يدخل إلى الصمام بزاوية من أجل التناسب مع المقعد المائل الموجود داخل مسار التدفق. عندما يكون الصمام مفتوحًا، يتم سحب العائق تقريبًا بالكامل خارج مسار التدفق، مما يجعل هذا النوع من الصمامات أعلى تدفق صمام سريع الاستجابة بأقل انخفاض في الضغط.

بالمقارنة مع صمامات الكرة، تعتبر صمامات المقعد الزاوي أسرع وأقل تكلفة ومتينة بنفس القدر. العيب الرئيسي الذي يواجه صمام المقعد الزاوي عند مقارنته بصمام الكرة هو أن صمامات المقعد الزاوي لا تؤدي بشكل جيد مع الوسط الذي يحمل جزيئات. نظرًا لطبيعتها الخطية، فإن صمام المقعد الزاوي أكثر عرضة للحصول على الأجسام ضد الختم عند الإغلاق، مما يمكن أن يؤدي إلى عدم تكوين ختم محكم ويمكن أن يلحق ضررًا بمكونات الختم الناعمة. بينما تميل صمامات الكرة، على الجانب الآخر، إلى مسح أي جزيئات أثناء الإغلاق مما يمنع الأجسام من الاحتفاظ بين الكرة والختم الناعم. كما أن صمامات المقعد الزاوي تكون أكثر ملاءمة للتطبيقات ذات الضغط التشغيلي المنخفض.

كيفية اختيار نوع الصمام: الاعتبارات الرئيسية للاختيار

طبيعة الوسط: أي أنواع من الوسط يمكن للصمام التعامل معه أو هل صمم لذلك؟

1. حجم الصمام: كيف سيؤثر الأحجام المختلفة على التطبيق؟
2. تصنيف الضغط: كيف تؤدي الصمام تحت مستويات مختلفة من الضغط؟
3. المواد: من ماذا يتكون الصمام وكيف يكون ذلك مهمًا للتطبيقات المختلفة؟
4. اتصالات المنفذ: كم من المنافذ الداخلية والخارجية وما نوعها تم تضمينها؟
5. لماذا من المهم اختيار نوع معين من الصمام؟
6. التشغيل: هل الصمام يعمل تلقائيًا أم يتطلب تشغيل يدوي؟

العوامل الإضافية ذات الصلة بالتطبيق المقصود، بما في ذلك:

1. التكلفة تتأثر بمجموعة واسعة من العوامل بما في ذلك مواد البناء وعمليات التصنيع وتعقيد التصميم. هناك العديد من الميزات والخيارات التي قد تؤثر على التكلفة أيضًا. على سبيل المثال، ستكون الصمامات المؤلفة عمومًا أكثر تكلفة من الصمامات اليدوية.
2. كم مرة سيتم تشغيل الصمام؟
3. ما هو العمر المفترض للصمام؟
4. ما هو السعر المستهدف للصمام؟

أسئلة شائعة حول أنواع الصمامات المختلفة

صمامات الإبرة توفر طريقة دقيقة لتعديل تدفق السائل من خلال النظام. يمكن استخدامها للتطبيقات التشغيل/الإيقاف ولكن قد لا تكون الخيار الأفضل في مثل هذه الحالات، حيث تتطلب العديد من الدورات للإغلاق.

ستؤدي أنماط الصمامات المختلفة بشكل مختلف في أي تطبيق معين. قد تعني الفروقات في الوظائف (سرعة الدورة، التحكم في الموضع، الخ) وعمر الصمام. قد تكون بعض أنواع الصمامات غير مناسبة تمامًا لبعض التطبيقات.

ما الفرق بين الصمامات الخطية والصمامات الدوارة؟

بمجرد أن تتمكن من فهم أنواع الصمامات المختلفة واستخداماتها، يمكنك تحديد أي نوع من الصمامات هو الأفضل لتطبيقك الخاص. عند اختيار صمام، انظر إلى العوامل والأسئلة التالية قبل اتخاذ القرار:

لماذا يجب علي أن أفكر في صمام تشغيل/إيقاف؟

يجب استخدام صمامات التشغيل/الإيقاف في التطبيقات التي تكون وظيفة الصمام المقصودة فيها هي إيقاف أو بدء تدفق الوسط. لا يجب استخدام صمامات التشغيل/الإيقاف لتعديل معدل التدفق.

لماذا يجب علي أن أفكر في صمام التحكم؟

يجب استخدام صمامات التحكم في التطبيقات التي تتطلب تحكمًا أكثر دقة في معدل تدفق الوسط، على الرغم من أنه ليس جميع صمامات التحكم موصى بها للتحكم في التدفق.

هل يمكن استخدام جميع الصمامات الخطية كصمامات تحكم؟

لا؛ على سبيل المثال، لا تُوصى بصمامات البوابة لتطبيقات التحكم وتهدف إلى أن تكون إما مفتوحة تمامًا أو مغلقة تمامًا.

لماذا تكون بعض الصمامات أكثر تكلفة من غيرها؟

ما هو السعر المستهدف للصمام؟

صمامات دوارة تستخدم عنصر إغلاق دوار لسد تدفق داخل نظام أنابيب، بينما تعمل الصمامات الخطية عن طريق رفع أو خفض عائق التدفق، مثل البوابة أو الكرة أو الغشاء. تتطلب الصمامات الدوارة عادة 90 درجة فقط من الدوران للتبديل على أو قبالة، بينما تتطلب الصمامات الخطية عدة دورات من العمود لتحريك عنصر الإغلاق.