راهنمای جامع و مقایسه شیر توپی و شیر دروازه‌ای : بررسی ۸ تفاوت اصلی

از رایج ترین انواع شیرآلات صنعتی شیر توپی (Ball Valve) و شیر دروازه ای (Gate Valve) به شمار می آیند که جهت کنترل جریان سیالات مختلف نظیر مایعات و گازها مورد استفاده قرار می گیرند.

این شیرها در ابعاد و متریال مختلف همچنین با محدوده دما و فشاری گوناگونی در بازار ارائه می شوند. از این نوع شیرها در برخی کاربرد مشابه میتوان استفاده نمود اما تفاوت های ساختاری و ظاهری قابل توجهی بین این دو شیر وجود دارد.

شیرهای توپی و دروازه ای از لحاظ سرعت عملکرد ، قابلیت های آب بندی و پاسخ آنها در محیط هایی با فشار بالا متفاوت می باشند. هر دو نوع شیر با توجه به عملکرد در طیف گسترده ای از صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، شیمیایی، غذایی، دارویی و غیره به کار می روند.

عملکرد شیرهای دروازه ای نسبت به شیرهای توپی آسانتر است همچنین از لحاظ قیمت ارزانتر از شیرهای توپی خواهند بود. هر دو شیر توپی و شیر دروازه ای دارای عملکرد خاصی جهت کنترل جریان سیالات می باشند و برخی از سیستم های پیشرفته از هر دو نوع شیر استفاده می کنند.

انتخاب بین شیر توپی و شیر دروازه ای می تواند یک تصمیم حیاتی باشد و درک تفاوت های کلیدی آنها ضروری است. در ادامه این مقاله به بررسی 8 مورد از تفاوت های شیر توپی و شیر دروازه ای می پردازیم.

شیر دروازه ای چیست؟

شیر دروازه ای (Gate Valve) نوعی از شیرآلات پایپینگ است که جهت قطع و وصل جریان سیال به کار می رود. همچنین شیر دروازه ای با نام شیر کشویی نیز شناخته می شود.

شیرهای دروازه ای با توجه به نوع مجرابند و مکانیزم آن نمی توانند جهت کنترل سیالات استفاده شوند زیرا نیمه باز ماندن مجرابند آن باعث آسیب دیدن سیت (آب بندی) و مجرابند (دیسک) شیر می شود. علاوه بر این شیر کشویی جزء شیرهای خطی (Linear) محسوب می شود زیرا در آنها استم و مجرابند به صورت خطی به سمت بالا و پایین حرکت می کند.

شیرهای دروازه ای جهت کنترل جریان استفاده نمی شوند و به گونه ای طراحی شده که کاملاً باز یا کاملاً بسته خواهند بود.

شیرهای دروازه ای معمولاً توسط فلکه شیر (Handwheel) کنترل می شوند اما با اکچویتورهای الکتریکی و پنوماتیکی نیز به کار می روند. هنگامی که فلکه شیر چرخانده می شود مجرابند شیر در امتداد استم به سمت بالا یا پایین حرکت کرده و شیر باز یا بسته می شود.

مزایای شیر دروازه ای

شیرهای دروازه ای مزایای متعددی دارند به همین دلیل جهت قطع و وصل مسیر سیالات در کاربردها و صنایع گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از مزایای شیرهای دروازه ای عبارتند از:

• این نوع شیرهای ساختار ساده ای دارند و از لحاظ قیمت ارزان می باشند.
• بدنه آنها به شکل مستقیم است بنابراین جهت جریان سیال را تغییر نمی دهد و به سیال اجازه می دهد از شیر (در حالت کاملا باز) با کمترین مقاومت در مقایسه با سایر انواع شیر عبور کند.
• شیرهای دروازه ای بسیار متنوع هستند و در طیف وسیعی از کاربردها با سیالات مختلف مانند بخار، روغن و غیره استفاده می شوند.همچنین می توان از آنها به عنوان شیر تهویه و شیر سیستم خلاء کم استفاده کرد.
• شیرهای دروازه دارای جهت جریان دوگانه Bidirectional)) می باشند. آنها محدود به جریان یک طرفه نیستند همچنین تابع جهت جریان سیال نمی باشند. بنابراین شیرهای دروازه ای برای استفاده در خطوط لوله که ممکن است جهت جریان تغییر کند مناسب هستند.

شیر توپی چیست؟

شیر توپی (Ball Valve)، یکی از انواع شیرآلات کنترلی است که جهت قطع و وصل جریان و در برخی موارد برای کنترل جریان مایعات و گازها به کار می رود.

این شیرها از اجزای مختلفی نظیر یک مجرابند توپی (Ball)، اکچویتور (Actuator)، شفت یا استم (Stem)، سیت (Seat) و بدنه (Body) تشکیل می شوند. مجرابند یک شیر توپی به گونه ای طراحی شده است که میتواند به طور کامل باز یا کاملا بسته و نیمه باز باشد. همچنین موقعیت شیر با استفاده از یک اهرم یا اکچویتور کنترل می شود و به وسیله ی آن مجرابند توپی به صورت ربع گرد (90 درجه) چرخانده می شود.

هنگامی که مجرابند توپی در شیر چرخانده شود سوراخ داخل آن با جهت جریان در یک راستا قرار می گیرد، در نهایت شیر باز می شود و اجازه عبور سیال را می دهد. اما هنگامی که مجرابند 90 درجه چرخانده شود مسیر جریان را مسدود کرده در نهایت شیر در وضعیت بسته قرار می گیرد و جریان سیال را متوقف می کند.

مزایای شیر توپی

شیرهای توپی دارای مزایای متعددی می باشند که در موارد زیر بیان شده است:

• شیرهای توپی جهت باز و بسته شدن سریع و کنترل جریان سیالات به کار می روند.
• شیرهای توپی دوام و طول عمر بالایی دارند همچنین می توانند طیف گسترده ای از دما و فشار را تحمل کنند.
• آنها با توجه به ساختار فشرده و جمع و جور نسبت به سایر شیرها اندازه و وزن کمتری دارند.
• دارای آب بندی قابل اطمینان جهت کاربرد در دما و فشارهای بالا می باشد و در معرض نشتی قرار نمی گیرد.
• طراحی ساده آنها خطر خرابی را کاهش می دهد و نیاز به نگهداری و تعمیرات مکرر را به حداقل می رساند.

مقایسه شیر توپی و شیر دروازه ای

شیرهای توپی و دروازه ای از لحاظ ظاهری و نحوه عملکرد تفاوت های زیادی دارند که در موارد زیر ذکر شده است:

1.نحوه عملکرد

مهمترین تفاوت شیرهای توپی و دروازه ای نحوه عملکرد آنها است. همانطور که در فوق اشاره شد شیرهای توپی دارای مجرابند توپی می باشند که با چرخش 90 درجه میتوانند مسیر جریان سیالات را باز یا بسته کنند.

اما شیرهای دروازه ای دارای مجرابند دروازه ای می باشند که با چرخش 360 درجه به بالا و پایین حرکت کرده و تنها قادر است مسیر سیال را باز و بسته کند اما در کاربردهای کنترلی استفاده نمی شود زیرا دیسک نمیتواند نیمه باز بماند. همچنین حرکت استم و مجرابند در شیرهای دروازه ای به صورت خطی و در شیرهای توپی به صورت چرخشی است.

2.سایز وابعاد

شیرهای توپی از لحاظ طراحی فشرده تر از شیرهای دروازه ای می باشند بنابراین در سایزهای یکسان شیرهای دروازه ای از شیرهای توپی بزرگتر خواهند بود. به همین دلیل شیرهای دروازه ای جهت نصب به فضای بیشتری نسبت به شیرهای توپی دارند و برای صرفه جویی در فضا شیرهای توپی گزینه مناسبی می باشند.

3.قیمت

شیرهای دروازه ای ارزان تر از شیرهای توپی می باشند اما بیشتر در معرض خوردگی قرار می گیرند به همین خاطر به تعمیر و تعویض بیشتری نیاز دارند. شیرهای توپی با توجه به عملکرد سریع و طراحی فشرده قیمت بالاتری برخوردار می باشند زیرا طول عمر و دوام بیشتری دارند و با توجه به آب بندی محکم کمتر در معرض نشتی قرار می گیرد.

4.تعمیرات و نگهداری

شیرهای دروازه ای به طور کلی دوام کمتری نسبت به شیرهای توپی دارند. همچنین بیشتر شیرهای توپی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری طراحی شده اند و به جای تعمیر باید تعویض شوند.

با این حال شیرهای توپی سه تکه به گونه‌ ای طراحی شده ‌اند که سیت شیر را می ‌توان به راحتی بدون خارج کردن شیر از سرویس تعویض کرد.

5.پدیده ضربه قوچ (Water Hammer)

شیرهای توپی به دلیل قابلیت سرعت باز و بسته شدن سریع احتمال ایجاد پدیده ضربه قوچ در خط لوله را دارند.

پدیده ضربه قوچ زمانی رخ می دهد که سیال در یک خط لوله به دلیل بسته شدن ناگهانی شیر سرعت آن تغییر و فشار آن افزایش یابد. این پدیده می ‌تواند موجب ایجاد نویز و آسیب رساندن به اجزای داخلی شیر شود.

هنگامی که جلوگیری از پدیده ضربه قوچ بسیار مهم است شیر دروازه ای انتخاب بهتری خواهد بود. زیرا سرعت باز و بستن طبیعی یک شیر دروازه ای بسیار کمتر از شیر توپی است بنابراین از افزایش فشار سیستم در هنگام فعال سازی شیر جلوگیری می کند.

6.نشتی

به طور کلی شیرهای توپی کمتر از شیرهای دروازه ای در معرض نشتی می باشند. شیرهای توپی به گونه ای طراحی می شوند که در صورت بسته شدن آب بندی محکمی ایجاد کنند و مجرابند کروی آنها امکان آب بندی موثر را فراهم می کند.

اما شیرهای دروازه ای دارای یک مجرابند خطی می باشند که در داخل بدنه شیر به بالا و پایین حرکت می کند. با توجه به نحوه عملکرد شیر دروازه ای است در سطوح آب بندی خود دچار سایش شود و به دلیل جریان سیالات حاوی ذرات معلق یا ناخالصی ها فرسایش رخ می دهد. در نهایت این سایش و فرسایش می تواند کارایی آب بندی شیر را به خطر بیندازد و در طول زمان منجر به مشکلات احتمالی نظیر نشت شود.

7.متریال و مواد سازنده

شیرهای توپی و دروازه ای با طیف وسیعی از متریالها متناسب با نوع سیال فرآیندی تولید می شوند.شیرهای توپی معمولا از متریالی مانند برنج، استنلس استیل، برنز، پی وی سی و پلاستیک های مختلف ساخته می شوند.

این متریال به دلیل مقاومت در برابر خوردگی سیالات انتخاب می شوند و شیرهای توپی را برای طیف وسیعی از سیالات از جمله آب، نفت، گاز و مواد شیمیایی مناسب می سازند.

همچنین شیرهای دروازه ای را می توان با طیف متنوعی از مواد نظیر چدن، فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، برنج و برنز تولید کرد. انتخاب متریال برای شیرهای دروازه ای نیز به عواملی مانند فشار، دما و نوع سیال فرآیندی بستگی دارد.

8. دوام و طول عمر

به طور کلی شیرهای توپی نسبت به شیرهای دروازه ای طول عمر بیشتری دارند. به این دلیل است که شیرهای توپی طراحی ساده‌ تر و قطعات متحرک کمتری دارند و سطح آب ‌بندی آن بزرگ ‌تر از شیرهای دروازه‌ ای است به همین خاطر کمتر مستعد سایش و فرسایش می باشند.

نحوه خرید و انتخاب شیرهای توپی و دروازه ای

در نهایت انتخاب بین شیر دروازه و شیر توپی به کاربرد در صنایع مختلف بستگی دارد. شیرهای توپی معمولاً برای شرایط کم فشار و دمای پایین که فضا محدود است توصیه می شوند. از سوی دیگر شیرهای دروازه ای در کاربردهای فشار و دمای بالا که در آن بهینه سازی جریان سیال از اهمیت بالایی برخوردار است به کار می روند.

برخی عوامل دیگری که باید هنگام خرید این شیرها توجه شود سرعت باز و بسته شدن، آب بندی، قیمت و اتصالات می باشد. به عنوان مثال شیرهای توپی برای کاربردهایی که نیاز به باز و بسته شدن سریع یا shut-off اضطراری دارند ترجیح داده می شوند. اما شیرهای دروازه ای نیاز به چرخش 360 درجه دارند که باعث کندتر شدن عملکرد آنها می شود.

شرکت تجهیز صنعت وارد کننده و تامین کننده ی انواع تجهیزات ابزار دقیق، شیر آلات صنعتی و پایپینگ می باشد. انواع شیر آلات صنعتی و پایپینگ از برند های معتبر در فروشگاه این شرکت موجود می باشد. جهت خرید، استعلام قیمت و مشاوره فنی می توانید با مراجعه به سایت با کارشناسان فنی و فروش درتماس باشید.

هنگام خرید و انتخاب بین شیر توپی و دروازه ای پارامترهای متعددی باید در نظر گرفته شود که در ادامه به شرح زیر است:

• ظرفیت شیر: جریان یک شیر با حجم سیالی که در هر ثانیه از آن عبور می کند اندازه گیری می شود، بنابراین شیرهایی با قطرهای بزرگتر می توانند حجم بیشتری از سیال را عبور دهند.
• پورت ها: شیرهای دروازه ای دارای دو پورت ورودی و خروجی هستند، در حالی که شیرهای توپی می توانند بیش از دو ورودی و خروجی (سه پورت) را در خود جای دهند.
• قیمت: شیرهای توپی معمولاً گرانتر از شیرهای دروازه ای با مشخصات مشابه می باشند. با این حال به دلیل دوام و کاهش نیازهای نگهداری و تعمیر در دراز مدت مقرون به صرفه تر هستند.
• نشتی : شیرهای توپی در مقایسه با شیرهای دروازه ای آب بندی بهتری دارند و در معرض نشتی قرار نمی گیرند. متریالی که برای ساخت سیت انتخاب می شوند باید به گونه ای باشند که توسط دمای بالای سیال دچار آسیب نشود همچنین خورندگی سیال موجب فرسایش و در نهایت نشتی نشود.
• نوع سیال فرآیندی: شیرهای توپی یک آب بندی محکم و قابل اعتماد ایجاد می کنند، بنابراین می توان از آنها با سیالات مختلف مانند مایعات و گازها استفاده کرد. شیرهای دروازه ای برای مایعات غلیظ (مانند روغن) مناسب تر هستند زیرا بیشتر از شیرهای توپی مستعد نشتی می باشند.