صمام بوابةهي نتاج الثورة الصناعية. على الرغم من أن بعض تصميمات الصمامات، مثل الصمامات الكروية والصمامات المقابس، موجودة منذ فترة طويلة، إلا أن صمامات البوابة احتلت مكانة مهيمنة في الصناعة لعقود، ولم تتنازل عن حصة سوقية كبيرة لتصميمات الصمامات الكروية وصمامات الفراشة إلا مؤخرًا.

يكمن الفرق بين صمام البوابة وصمام الكرة، وصمام السدادة وصمام الفراشة، في أن عنصر الإغلاق، المسمى بالقرص أو البوابة أو الحاجز، يرتفع من أسفل ساق الصمام أو محوره، ثم يخرج من مجرى الماء ويدخل إلى الجزء العلوي من الصمام، المسمى بالغطاء، ويدور حول المحور أو المغزل في عدة دورات. تُعرف هذه الصمامات التي تفتح بحركة خطية أيضًا بالصمامات متعددة الدورات أو الخطية، على عكس صمامات ربع الدورة، التي يدور ساقها 90 درجة ولا يرتفع عادةً.

تتوفر صمامات البوابة بعشرات المواد المختلفة وبمستويات ضغط متنوعة. وتتراوح أحجامها من نصف بوصة (المقاس المناسب لحجم اليد) إلى 144 بوصة (المقاس المناسب للشاحنات الكبيرة). تتكون صمامات البوابة من مصبوبات أو مطروقات أو مكونات مصنعة باللحام، مع أن تصميم المصبوبات هو الأكثر شيوعًا.

من أهم مزايا صمامات البوابة إمكانية فتحها بالكامل مع الحد الأدنى من العوائق أو الاحتكاك في فتحات التدفق. وتُعادل مقاومة التدفق التي يوفرها صمام البوابة المفتوح تقريبًا مقاومة التدفق في جزء من أنبوب بنفس حجم الفتحة. ولذلك، لا تزال صمامات البوابة خيارًا شائعًا لتطبيقات الإغلاق أو الفتح والإغلاق. وفي بعض المصطلحات، تُسمى صمامات البوابة بصمامات كروية.

لا تُعدّ صمامات البوابة مناسبة عمومًا لتنظيم التدفق أو التشغيل في أي اتجاه آخر غير الفتح الكامل أو الإغلاق الكامل. قد يؤدي استخدام صمام بوابة مفتوح جزئيًا للتحكم في التدفق أو تنظيمه إلى تلف صفيحة الصمام أو حلقة مقعد الصمام، لأنه في بيئة تدفق مفتوحة جزئيًا تُسبب اضطرابًا، ستتصادم أسطح مقعد الصمام مع بعضها البعض.

نمط صمام البوابة

تبدو معظم صمامات البوابة متشابهة من الخارج، إلا أن هناك العديد من التصاميم المختلفة. تتكون معظم صمامات البوابة من جسم وغطاء يحتوي على عنصر إغلاق يُسمى القرص أو البوابة. يتصل عنصر الإغلاق بساق الصمام المار عبر الغطاء، ثم بعجلة يدوية أو آلية تشغيل أخرى لتحريك الساق. يتم التحكم في الضغط حول ساق الصمام عن طريق ضغط الحشوة داخل حجرة الحشوة.

تحدد حركة صفيحة صمام البوابة على ساق الصمام ما إذا كان ساق الصمام يرتفع أو ينغلق في صفيحة الصمام أثناء الفتح. كما تحدد هذه الحركة النمطين الرئيسيين لساق/قرص صمامات البوابة: الساق المرتفعة والساق غير المرتفعة. يُعد تصميم الساق المرتفعة الأكثر شيوعًا في السوق الصناعية، بينما يُفضل تصميم الساق غير المرتفعة منذ زمن طويل في شبكات المياه وخطوط الأنابيب. وتستخدم بعض تطبيقات السفن التي لا تزال تستخدم صمامات البوابة وتتميز بمساحاتها الصغيرة أيضًا تصميم الساق غير المرتفعة.

يُعدّ تصميم الجذع/الغطاء الخارجي والوصلة (OS&Y) الأكثر شيوعًا في الصمامات الصناعية. يتميز هذا التصميم بملاءمته للبيئات المسببة للتآكل نظرًا لوجود اللولبة خارج منطقة مانع التسرب. ويختلف عن التصاميم الأخرى في أن عجلة اليد مُثبّتة على الجلبة الموجودة أعلى الوصلة، وليس على الجذع نفسه، مما يمنعها من الارتفاع عند فتح الصمام.

تقسيم سوق صمامات البوابة

على الرغم من أن الصمامات الدوارة ذات الزاوية القائمة قد استحوذت على حصة كبيرة من سوق صمامات البوابة خلال الخمسين عامًا الماضية، إلا أن بعض الصناعات لا تزال تعتمد عليها بشكل كبير، بما في ذلك صناعة النفط والغاز. ورغم التطور الذي حققته صمامات الكرة في خطوط أنابيب الغاز الطبيعي، إلا أن صمامات البوابة ذات المقعد المتوازي لا تزال تُستخدم في خطوط أنابيب النفط الخام أو السوائل.

في حالة الأحجام الكبيرة، لا تزال صمامات البوابة الخيار الأمثل لمعظم التطبيقات في صناعة التكرير. وتُعدّ متانة التصميم وانخفاض التكلفة الإجمالية للملكية (بما في ذلك اقتصاديات الصيانة) من أبرز مزايا هذا التصميم التقليدي.

من حيث التطبيق، تستخدم العديد من عمليات التكرير درجات حرارة أعلى من درجة حرارة التشغيل الآمنة للتفلون، وهو المادة الأساسية المستخدمة في صناعة مقاعد صمامات الكرة العائمة. بدأت صمامات الفراشة عالية الأداء وصمامات الكرة المعدنية المغلقة تكتسب استخدامًا متزايدًا في تطبيقات التكرير، على الرغم من أن تكلفتها الإجمالية عادةً ما تكون أعلى من تكلفة صمامات البوابة.

لا تزال صناعة محطات المياه تعتمد بشكل أساسي على صمامات البوابات الحديدية. حتى في التطبيقات المدفونة، فهي رخيصة نسبياً ومتينة.

يستخدم قطاع الطاقةصمامات بوابة مصنوعة من سبائك معدنيةتُستخدم هذه الصمامات في التطبيقات التي تنطوي على ضغوط ودرجات حرارة عالية جدًا. على الرغم من وجود بعض صمامات الكرة الأرضية من النوع Y وصمامات الكرة ذات المقعد المعدني المصممة للإغلاق في محطات الطاقة، إلا أن صمامات البوابة لا تزال مفضلة لدى مصممي ومشغلي المحطات.