صمام البوابةهي نتاج الثورة الصناعية. على الرغم من أن بعض تصاميم الصمامات، مثل صمامات الكرة وصمامات السدادة، موجودة منذ زمن طويل، إلا أن صمامات البوابة احتلت مكانة مهيمنة في الصناعة لعقود، ولم تفقد حصة سوقية كبيرة إلا مؤخرًا لصالح صمامات الكرة وصمامات الفراشة.

الفرق بين صمام البوابة وصمام الكرة وصمام السدادة وصمام الفراشة هو أن عنصر الإغلاق، المسمى بالقرص أو البوابة أو الحاجز، يرتفع من أسفل ساق الصمام أو المغزل، ويترك مجرى الماء ويدخل إلى الجزء العلوي، المسمى بالغطاء، ويدور عبر المغزل في دورات متعددة. تُعرف هذه الصمامات التي تفتح بحركة خطية أيضًا بالصمامات متعددة الدورات أو الخطية، على عكس صمامات ربع الدورة التي تدور ساقها بزاوية 90 درجة ولا ترتفع عادةً.

تتوفر صمامات البوابة بعشرات المواد وتصنيفات الضغط المختلفة. تتراوح أحجامها من صمام NPS الذي يناسب يدك بنصف بوصة إلى صمام NPS للشاحنات الكبيرة بـ 144 بوصة. تتكون صمامات البوابة من مصبوبات أو مطروقات أو مكونات مصنوعة باللحام، مع أن تصميم الصب هو السائد.

من أبرز مزايا صمامات البوابة إمكانية فتحها بالكامل مع الحد الأدنى من العوائق أو الاحتكاك في فتحات التدفق. مقاومة التدفق التي يوفرها صمام البوابة المفتوح تساوي تقريبًا مقاومة التدفق في مقطع أنبوبي بنفس حجم الفتحة. لذلك، لا تزال صمامات البوابة خيارًا شائعًا لتطبيقات الحجب أو التشغيل/الإيقاف. في بعض تسميات الصمامات، تُسمى صمامات البوابة صمامات كروية.

صمامات البوابة غير مناسبة عمومًا لتنظيم التدفق أو العمل في أي اتجاه بخلاف الفتح الكامل أو الإغلاق الكامل. قد يؤدي استخدام صمام بوابة مفتوح جزئيًا للتحكم في التدفق أو تنظيمه إلى إتلاف صفيحة الصمام أو حلقة مقعده، لأنه في بيئة تدفق مفتوحة جزئيًا تُسبب اضطرابًا، ستصطدم أسطح مقعد الصمام ببعضها البعض.

نمط صمام البوابة

من الخارج، تبدو معظم صمامات البوابة متشابهة. ومع ذلك، تتوفر العديد من خيارات التصميم المختلفة. تتكون معظم صمامات البوابة من جسم وغطاء، يحتوي على عنصر إغلاق يُسمى القرص أو البوابة. يتصل عنصر الإغلاق بالساق المار عبر الغطاء، ثم بعجلة يدوية أو أي محرك آخر لتشغيل الساق. يتم التحكم في الضغط حول ساق الصمام عن طريق ضغط الحشوة في منطقة أو حجرة الحشوة.

تُحدد حركة صفيحة صمام البوابة على ساق الصمام ما إذا كان ساق الصمام سيرتفع أم يُثبت في صفيحة الصمام أثناء الفتح. تُحدد هذه الحركة أيضًا النمطين الرئيسيين لصمامات البوابة: الجذع الصاعد أو الجذع غير الصاعد (NRS). يُعدّ الجذع الصاعد النمط الأكثر شيوعًا في السوق الصناعية، بينما لطالما استُخدم الجذع غير الصاعد في صناعة أنابيب المياه وخطوط الأنابيب. كما تستخدم بعض تطبيقات السفن التي لا تزال تستخدم صمامات البوابة وذات المساحات الصغيرة نمط NRS.

التصميم الأكثر شيوعًا للساق/الغطاء في الصمامات الصناعية هو تصميم الخيط الخارجي والنير (OS&Y). يُعد تصميم OS&Y أكثر ملاءمةً للبيئات التآكلية لأن الخيوط تقع خارج منطقة مانع تسرب السوائل. ويختلف عن التصاميم الأخرى في أن عجلة اليد مُثبتة بالجلبة أعلى النير، وليس بالساق نفسه، مما يمنع عجلة اليد من الارتفاع عند فتح الصمام.

تجزئة سوق صمام البوابة

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

في حالة الأحجام الأكبر، لا تزال صمامات البوابة الخيار الأمثل لمعظم تطبيقات صناعة التكرير. وتُعدّ متانة التصميم وتكلفة الملكية الإجمالية (بما في ذلك توفير الصيانة) من أهم مميزات هذا التصميم التقليدي.

من حيث التطبيق، تستخدم العديد من عمليات التكرير درجات حرارة أعلى من درجة حرارة التشغيل الآمنة للتفلون، وهي المادة الرئيسية لصمامات الكرة العائمة. وقد بدأت صمامات الفراشة عالية الأداء والصمامات الكروية المعدنية المغلقة تكتسب استخدامًا متزايدًا في تطبيقات التكرير، على الرغم من أن تكلفتها الإجمالية عادةً ما تكون أعلى من تكلفة صمامات البوابة.

لا تزال صمامات البوابة الحديدية تهيمن على صناعة محطات المياه. حتى في التطبيقات المدفونة، تتميز هذه الصمامات بانخفاض تكلفتها ومتانتها.

تستخدم صناعة الطاقةصمامات البوابة المصنوعة من السبائكللتطبيقات التي تنطوي على ضغوط ودرجات حرارة عالية جدًا. على الرغم من وجود بعض الصمامات الكروية الحديثة من النوع Y وصمامات كروية بمقعد معدني مصممة لخدمة الحجب في محطات الطاقة، إلا أن صمامات البوابة لا تزال مفضلة لدى مصممي ومشغلي المحطات.