صمام البوابة مقابل صمام الكرة الأرضية

تُعدّ الصمامات الكروية والصمامات البوابية من أكثر أنواع الصمامات استخدامًا. فيما يلي شرحٌ مُفصّلٌ للاختلافات بين الصمامات الكروية والصمامات البوابية.

1. تختلف مبادئ عمل الصمامين. صمام الكرة الأرضية من النوع ذي الجذع الصاعد، حيث تدور عجلة اليد وترتفع مع جذع الصمام. أما صمام البوابة، فيدور فيه عجلة اليد، ويرتفع جذع الصمام. يختلف معدل التدفق أيضًا؛ فصمام البوابة يتطلب فتحًا كاملًا، بينما لا يتطلب صمام الكرة الأرضية ذلك. كما أن صمام البوابة لا يشترط اتجاهًا محددًا للدخول والخروج، بينما صمام الكرة الأرضية له مداخل ومخارج محددة! يُعد كل من صمام البوابة المستورد وصمام الكرة الأرضية صمامات إغلاق، وهما من أكثر الصمامات شيوعًا.

٢. من الناحية الشكلية، يكون صمام البوابة أقصر وأطول من صمام الكرة الأرضية، وخاصةً صمام الجذع الصاعد الذي يتطلب مساحة رأسية أكبر. يتمتع سطح إحكام صمام البوابة بقدرة معينة على الإحكام الذاتي، حيث يكون قلب الصمام على اتصال وثيق بسطح إحكام مقعد الصمام بفعل الضغط المتوسط، مما يضمن إحكامًا تامًا ومنعًا للتسرب. يتراوح ميل قلب صمام البوابة الإسفيني عادةً بين ٣ و٦ درجات. عند زيادة قوة الإغلاق القسري أو التغيرات الكبيرة في درجة الحرارة، قد يعلق قلب الصمام بسهولة. لذلك، اتُخذت تدابير معينة في صمامات البوابة الإسفينية المصممة لتحمل درجات الحرارة والضغوط العالية لمنع انحشار قلب الصمام داخل الهيكل. عند فتح صمام البوابة وإغلاقه، يكون قلب الصمام وسطح إحكام مقعد الصمام على اتصال دائم ويحتكان ببعضهما، مما يُعرّض سطح الإحكام للتآكل، خاصةً عند اقتراب الصمام من الإغلاق، حيث يكون فرق الضغط بين مقدمة ومؤخرة قلب الصمام كبيرًا، مما يزيد من تآكل سطح الإحكام.

3. بالمقارنة مع صمام الكرة الأرضية المستورد، تتمثل الميزة الرئيسية لصمام البوابة في انخفاض مقاومة تدفق السائل. يبلغ معامل مقاومة التدفق لصمام البوابة العادي حوالي 0.08 إلى 0.12، بينما يبلغ معامل مقاومة صمام الكرة الأرضية العادي حوالي 3.5 إلى 4.5. كما أن قوة الفتح والإغلاق منخفضة، ويمكن للسائل أن يتدفق في كلا الاتجاهين. أما عيوبه فتتمثل في تركيبه المعقد، وارتفاعه الكبير، وسهولة تآكل سطح منع التسرب. يتطلب إغلاق سطح منع التسرب في صمام الكرة الأرضية قوة ضغط لتحقيق منع التسرب. عند استخدام نفس القطر وضغط التشغيل وجهاز التشغيل نفسه، يكون عزم دوران صمام الكرة الأرضية أعلى بمقدار 2.5 إلى 3.5 مرة من عزم دوران صمام البوابة. يجب مراعاة هذه النقطة عند ضبط آلية التحكم في عزم الدوران للصمام الكهربائي المستورد.

رابعًا، لا تتلامس أسطح منع التسرب في صمام الكرة الأرضية إلا عند إغلاقه تمامًا. ويكون الانزلاق النسبي بين قلب الصمام المغلق قسرًا وسطح منع التسرب ضئيلًا جدًا، وبالتالي يكون تآكل سطح منع التسرب ضئيلًا أيضًا. وينتج تآكل سطح منع التسرب في صمام الكرة الأرضية غالبًا عن وجود شوائب بين قلب الصمام وسطح منع التسرب، أو عن الاحتكاك السريع للوسط المتدفق نتيجةً لحالة الإغلاق غير المحكم. عند تركيب صمام الكرة الأرضية، يمكن للوسط المتدفق الدخول من أسفل قلب الصمام أو من أعلاه. وتكمن ميزة الدخول من أسفل قلب الصمام في أن الحشوة لا تتعرض للضغط عند إغلاق الصمام، مما يطيل عمرها الافتراضي، ويمكن استبدالها عند تعرض خط الأنابيب أمام الصمام للضغط. أما عيب الدخول من أسفل قلب الصمام فيكمن في أن عزم دوران الصمام يكون كبيرًا، حوالي 1.05 إلى 1.08 ضعف عزم الدوران عند الدخول من الأعلى، كما أن القوة المحورية المؤثرة على ساق الصمام كبيرة، مما يجعل ساق الصمام عرضةً للانحناء. لهذا السبب، فإنّ دخول السائل من الأسفل مناسبٌ عمومًا فقط لصمامات الكرة الأرضية اليدوية ذات الأقطار الصغيرة، ولا تتجاوز قوة السائل المؤثرة على قلب الصمام عند إغلاقه 350 كجم. أما صمامات الكرة الأرضية الكهربائية المستوردة، فتستخدم عادةً طريقة دخول السائل من الأعلى. وعيب هذه الطريقة هو عكس عيب طريقة الدخول من الأسفل تمامًا.

٥. بالمقارنة مع صمامات البوابة، تتميز صمامات الكرة الأرضية ببساطة تركيبها، وأدائها الممتاز في منع التسرب، وسهولة تصنيعها وصيانتها؛ أما عيوبها فتتمثل في مقاومتها العالية للسائل وقوة فتحها وإغلاقها الكبيرة. صمامات البوابة وصمامات الكرة الأرضية هي صمامات مفتوحة ومغلقة تمامًا. تُستخدم لقطع أو توصيل السائل، وهي غير مناسبة للاستخدام كصمامات تنظيم للواردات. يتحدد نطاق استخدام صمامات الكرة الأرضية وصمامات البوابة بخصائصها. في القنوات الصغيرة، حيث يُشترط إحكام إغلاق أفضل، تُستخدم صمامات الكرة الأرضية غالبًا؛ أما في خطوط أنابيب البخار وخطوط أنابيب إمداد المياه ذات الأقطار الكبيرة، فتُستخدم صمامات البوابة لأن مقاومة السائل المطلوبة عادةً ما تكون منخفضة.