عمل اصلی شیر دروازه ای یا همان شیر کشویی (Gate Valve) در حقیقت قطع کامل و یا ایجاد ارتباط بین دو جریان سیال می باشد. این بدان معناست که این نوع شیرها یا بایستی کاملاً بسته باشند، یا کاملاً باز و در واقع به صورت نیمه باز نمی توان از آنها استفاده کرد.

همان طور که از نام این شیر مشخص است به کمک دروازه ای که در مسیر حرکت سیال قابل تغییر مکان دادن می باشد عمل می نماید؛ این دروازه به صورت عمودی در مسیر جریان حرکت کرده ودر موارد لزوم جریان را قطع و یا بر قرار می کند.

شیر کشویی در نمونه های مختلف و با اندازه های متفاوت موجود می باشد. در مورد شیرهای دروازه ای ذکر این نکته لازم است که همگی دارای اجزای یکسان می باشند که با توجه به مدل های مختلف از نظر نوع شرکت سازنده با یکدیگر تفاوت جزئی دارند ولی نکته ای را که بایستی بدان توجه نمود این است که بطور کلی تمامی شیرهای دروازه ای دارای مکانیزم یکسان بوده که فقط از لحاظ ساختمانی با یکدیگر تفاوت دارند.

در شیرهای دروازه ای معمولاً اتصال شیر و لوله به وسیله فلنج و پیچ و مهره بوده و برای جلوگیری از نشتی بین فلنج شیر و لوله، واشر آببندی (Gasket) گذارده می شود. قسمتی از شیر کشویی که در بالای بدنه قرار گرفته و به وسیله فلنج و پیچ و مهره به بدنه اتصال یافته، سرپوش فلزی (Bonnet) نامیده می شود و به منظور محکم شدن و جلوگیری از نشتی بین بدنه و سرپوش، واشر گذارده شده است. شیرهای کشویی بزرگ اصولاً باید قابلیت بسته شدن در حالت جریان کامل را داشته باشند ولی بعد از بسته شدن باید فشار توسط سامانه کنارگذر در طرفین شیر یکسان گردد و سپس اقدام به بازکردن شیر شود.

مشخصات شیر دروازه ای استاندارد

– کشو نشیمن گاه شیر خیلی سریع و آسان قابل تعویض است.
– یاتاقان های تعبیه شده باعث سهولت امر باز کردن و بستن شیر دروازه ای می شود.
– با تعویض مرتب آببندها محور می تواند برای عبور سیال با حرارت تا حدود ۱۷۵ درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرد.
– به وسیله گریس کاری و روغن کاری از دریچه مخصوص، کشو و نشیمن گاه شیر کشویی می توانند در مقابل فشار بدنه مقاوم باشند.
– به وسیله پین محور می توان از عیوب حاصل از گشتاور ناگهانی بر چرخ دستی جلوگیری نمود.

تقسیم بندی شیرهای کشویی از نظر مکانیزم عملکرد

الف- شیر کشویی با محور متحرک
با چرخاندن فلکه، محور و کشو با هم حرکت کرده و بالا و پایین می روند. محور این نوع شیرها در قسمت مجاور فلکه پیچ شده و قسمت پیچ شده در بوش محور قرار گرفته به طوری که پیچ های محور با پیچ های بوش درگیر هم می باشند. فلکه شیر با بوش محور یکپارچه ساخته شده به طوری که هنگام گردش فلکه، بوش محور نیز می گردد.
انتهای محور با کشوی شیر نیز یکپارچه ساخته شده به طوری که هنگام گردش فلکه کشوی شیر همراه محور به طرف بالا یا پایین حرکت می کند و در نتیجه موقعی که شیر در حالت کاملا باز باشد محور به اندازه طول کشو از فلکه بالاتر و بیرون قرار می گیرد.
در این نوع شیرها چون قسمت پیچ دار محور در صورت باز بودن شیر از فلکه بیرون می آید، با یک نگاه می توان متوجه شد که شیر باز و یا بسته است. ضمناً به علت بیرون آمدن ساقه احتیاج به مراقبت و حفاظت در مقابل ضربه خوردن و غیره را دارد. از مزایای این نوع شیر کشویی آن است که چون قسمت پیچ دار محور با آب درون شیر تماس نداشته لذا از خوردگی در امان خواهد بود.

ب- شیر کشویی با محور ثابت
محور این نوع شیرها در قسمت انتهایی پیچ شده و فلکه آن با محور شیر یک پارچه ساخته شده است. ضمناً به علت این که قسمت پیچ دار محور داخل بدنه شیر قرار دارد ضربه نخواهد دید.

شیرهای کشویی از نظر آببندی به انواع مختلف زیر تقسیم می شوند:

1. شیرهای کشویی گوه ای
2. شیرهای کشویی زبانه لاستیکی
3. شیرهای کشویی موازی
4. شیرهای کشویی چاقویی

از انواع یاد شده، شیرهای کشویی ردیف های ۱و ۲ بیشترین مصرف را در شبکه ها و خطوط انتقال آب دارند.
شیرهای کشویی ردیف ۳ بیشتر در مواردی که مواد معلق شن و ماسه زیاد بوده و یا سرعت عبور سیال زیاد باشد، مو رد استفاده قرار گرفته و ردیف ۴ عمدتاً در سامانه های فاضلاب استفاده می شود.

شیر دروازه ای موازی

شیر دروازه ای موازی (parallel gate valve) نوعی شیر کشویی است که قطعه متحرک آن را یک یا دو دیسک تشکیل داده است. دیسک شیرهای دروازه ای موازی از یک صفحه تخت تشکیل یافته است که سوراخی معادل قطر اسمی شیر در آن وجود دارد. در شرایط تمام باز این سوراخ در مقابل سوراخ های ورودی و خروجی بدنه شیر قرار می گیرد و مقطع عبور کامل را به وجود می آورد و در شرایط بسته شدن، دیسک شیر حرکت می کند تا قسمت بدون سوراخ شیر مقطع عبور آب را قطع کند، در این شیرها عمل آببندی اصلی توسط نشیمن های واقع در بدنه شیر انجام می شود. این نشیمن ها به دو صورت طر احی می شوند: یکی به صورت متحرک، بدین معنی که فشار آب باعث فشرده شدن نشیمن آببندی به سطح دیسک می شود و دوم به صورتی که درپشت نشیمن های آببندی کننده فنرهایی تعبیه می شود تا فشار ثابتی را به صورت دائم به سطح دیسک وارد کنند و عمل آببندی انجام شود. در این نوع شیر ها چون دیسک شیر به هیچ عنوان حالت لقی نداشته و در تمام مسیر حرکت خود با نشیمن های آببندی کننده در تماس است، بنابر این سیال را می توان با سرعت های زیاد از این نوع شیر عبور داد.

شیرهای دروازه ای موازی در سامانه های عادی صنعت آب مورد استفاده قرار نمی گیرند زیرا ابعاد بزرگ، وزن زیاد و قیمت بالایی دارند ولی در شرایطی که اجسام خارجی در خط لوله زیاد یا سرعت عبور آب بسیار بالا باشد، از آن ها استفاده می شود.

شرایط بهره برداری ممکن است محدودیت های زیر را در کاربرد شیرهای دروازه ای موازی به وجود آورد:

• اگر فشار سیال کم باشد ممکن است که آب بندی شیر به خوبی صورت نپذیرد.
• باز و بسته شدن مکرر این شیرها ممکن است باعث فرسودگی نشیمن آن ها شود. لذا شیر دروازه ای موازی در مواردی به کار می رود که شیر زیاد باز و بسته نمی شود.
• موقعی که سیال دارای سرعت زیاد باشد، قطعات شل شده دیسک سر و صدای زیادی ایجاد می کنند.
• کنترل دبی در این شیرها فقط در ۵۰ دصد مرحله انتهایی بسته شدن آن ها صورت می پذیرد. به این دلیل شیرهای دروازه ای موازی را برای قطع و وصل جریان به کار می برند.

شیر دروازه ای گوه ای

تفاوت شیر دروازه ای گوه ای (wedge gate valves) با شیر دروازه ای موازی در گوه دار بودن قطعه متحرک آن است. هدف از گوه دار کردن قطعه متحرک این شیرها، تأمین آببندی بیشتر در برابر فشارهای زیاد یا کم است. میزان آببندی شیر دروازه ای گوه ای با نشیمن فلزی بیشتر از شیر دروازه ای موازی با نشیمن فلزی است. البته آب بندی طرف بالادست شیر دروازه ای گوه ای با نشیمن فلزی به خوبی طرف پایین دست آن نیست. شیرهای دروازه ای گوه ای به دلیل شرایط مناسب نصب به صورت مدفون و در اندازه های تا قطر ۳۰۰ میلی متر، بیشتر در شبکه ها مورد استفاده قرار می گیرند.

نقطه ضعف اصلی شیرهای دروازه ای گوه ای آسیب پذیری شدید در مقابل اجسام سخت موجود و در خط لوله مانند ماسه است. مواد جامد معلق در نشیمن شیر دروازه ای گوه ای گیر می کنند و باعث اختلال در امر آببندی آن می شوند. البته این موضوع با انتخاب شیر دروازه ای گوه ای با نشیمن لاستیکی حل می شود. در نشیمن این نوع شیرها مقداری فضای خالی برای ته نشینی رسوبات و مواد جامد معلق در نظر گرفته شده است؛ البته این فضای خالی در شیر دروازه ای گوه ای با نشیمن لاستیکی/گوه ارتجاعی(شیرهای کشویی با زبانه لاستیکی) وجود ندارد.

نمایی شماتیک از شیر دروازه ای موازی و شیر دروازه ای گوه ای

شیر دروازه ای گوه ای

شکلی شماتیک از شیر دروازه ای گوه ای

شیر دروازه ای چاقویی

شیرهای دروازه ای چاقویی (knife gate valves) جزو شیرهای اصلی سامانه های فاضلاب هستند که در آنها دیسک از جنس فولاد ضد زنگ ساخته می شود و لبه پایینی آن نسبتاً تیز می باشد تا بتواند موادی مانند دوغاب الیاف شکل را قطع کند . برای آب بندی بهتر این نوع شیرها از آببند او-رینگ استفاده می شود.

شیر دروازه ای چاقویی

سمبل شیر دروازه ای (کشویی) در نقشه های آبرسانی

دیاگرام برشی از شیر دروازه ای (کشویی)

شیر دروازه ای (کشویی) فلنچ دار

منابعی که از آن ها برای تهیه این مطلب استفاده شده است:
- راهنمای انتخاب نوع و موقعیت شیرآلات صنعت آب و بهره برداری از آنها (نشریه شماره ۵۲۹)، ۱۳۸۹، معاونت برنامهریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور
- تائبی، امیر – چمنی، محمدرضا. شبکه های توزیع آب شهری (ویرایش دوم)،۱۳۸۶، دانشگاه صنعتی اصفهان