صمامات الكرةلطالما كانت صمامات الكرة الأرضية ركيزةً أساسيةً في التحكم في السوائل على مدى 200 عام، وهي الآن موجودة في كل مكان. ومع ذلك، في بعض التطبيقات، يمكن أيضًا استخدام تصميمات صمامات الكرة الأرضية للتحكم في إيقاف السوائل تمامًا. تُستخدم صمامات الكرة الأرضية عادةً للتحكم في تدفق السوائل. ويمكن رؤية استخدام تشغيل/إيقاف وتعديل صمام الكرة الأرضية على واجهات المنازل والمباني التجارية، حيث تُستخدم الصمامات بشكل متكرر.

كان البخار والماء ضروريين للثورة الصناعية، ولكن كان لا بد من الحد من هذه المواد الخطيرة المحتملة.صمام كرويهو الصمام الأول اللازم لإنجاز هذه المهمة بفعالية. وقد حقق تصميم صمام الكرة نجاحًا كبيرًا وشعبية واسعة، مما أدى إلى حصول غالبية كبار منتجي الصمامات التقليدية (كرين، وباول، ولانكنهايمر، وتشابمان، وجينكينز) على براءات اختراعهم الأولية.

صمامات البوابةصُممت هذه الصمامات للاستخدام إما في وضعي الفتح الكامل أو الإغلاق الكامل، بينما يمكن استخدام صمامات الكرة كصمامات عزل أو صمامات كتلة، ولكنها مصممة لتكون مفتوحة جزئيًا للتحكم في التدفق عند التنظيم. يجب توخي الحذر عند تصميم صمامات الكرة للصمامات التي تعمل بالعزل أو صمامات التشغيل والإيقاف، إذ يصعب الحفاظ على إحكام الإغلاق عند الضغط الكبير على القرص. تساعد قوة السائل على تحقيق إحكام إغلاق محكم، وتسهل عملية الإغلاق عند تدفق السائل من أعلى إلى أسفل.

تُعد صمامات الكرة مثالية لتطبيقات صمامات التحكم بفضل وظيفتها التنظيمية، التي تتيح تنظيمًا دقيقًا للغاية باستخدام المواضع والمشغلات المتصلة بغطاء وساق صمام الكرة. تتفوق هذه الصمامات في عدد من تطبيقات التحكم في السوائل، ويُشار إليها في هذه التطبيقات باسم "عناصر التحكم النهائية".

مسار التدفق غير المباشر

يُعرف صمام الكرة الأرضية أيضًا باسم صمام الكرة الأرضية نظرًا لشكله الدائري الأصلي، والذي لا يزال يخفي الطبيعة غير الاعتيادية والمعقدة لمسار التدفق. بفضل قناتيْه العلوية والسفلية المسننة، يُظهر صمام الكرة الأرضية المفتوح بالكامل احتكاكًا كبيرًا أو حاجزًا أمام تدفق السوائل، على عكس صمام البوابة أو الكرة المفتوح بالكامل. يُبطئ احتكاك السوائل الناتج عن التدفق المائل مرور السوائل عبر الصمام.

يُستخدم معامل التدفق (Cv) للصمام لحساب التدفق عبره. تتميز صمامات البوابة بمقاومة تدفق ضئيلة للغاية عند فتحها، وبالتالي يختلف معامل التدفق اختلافًا كبيرًا بين صمام البوابة وصمام الكرة المتماثلين في الحجم.

يمكن تصنيع القرص أو السدادة، التي تعمل كآلية إغلاق صمام الكرة، بأشكال متنوعة. يتغير معدل التدفق عبر الصمام بشكل كبير بناءً على عدد دورات ساق الصمام عند فتحه، وذلك بتغيير شكل القرص. يُستخدم تصميم القرص المنحني التقليدي أو الأكثر شيوعًا في معظم التطبيقات، لأنه أكثر ملاءمة من التصاميم الأخرى لحركة (دوران) محددة لساق الصمام. تُعد أقراص المنافذ على شكل حرف V مناسبة لجميع أحجام صمامات الكرة، وهي مصممة لتقييد التدفق بدقة عبر نسب فتح متفاوتة. يُعد تنظيم التدفق المطلق هو الهدف من أنواع الإبر، إلا أنها غالبًا ما تُقدم بأقطار أصغر فقط. يمكن إدخال ملحق ناعم ومرن في القرص أو المقعد عند الحاجة إلى إيقاف التشغيل الكامل.

تقليم صمام الكرة

يتم توفير الإغلاق الحقيقي للمكونات في صمام الكرة الأرضية بواسطة البكرة. يتكون تقليم صمام الكرة الأرضية من المقعد والقرص والساق والمقعد الخلفي، وأحيانًا الأجهزة التي تربط الساق بالقرص. يعتمد الأداء الجيد لأي صمام وعمره الافتراضي على تصميم التقليم واختيار المادة، ولكن صمامات الكرة الأرضية أكثر عرضة للخطر بسبب احتكاكها العالي بالسوائل ومسارات التدفق المعقدة. تزداد سرعتها واضطرابها مع اقتراب المقعد والقرص من بعضهما البعض. ونظرًا للطبيعة التآكلية للسائل وزيادة السرعة، من الممكن إتلاف تقليم الصمام، مما سيزيد بشكل كبير من تسرب الصمام عند إغلاقه. التشابك هو المصطلح المستخدم لوصف عطل يظهر أحيانًا على شكل رقائق صغيرة على المقعد أو القرص. ما بدأ كمسار تسرب صغير قد يتطور ويتحول إلى تسرب كبير إذا لم يتم إصلاحه في الوقت المناسب.

غالبًا ما يُصنع سدادة الصمام في صمامات الكرة البرونزية الأصغر حجمًا من نفس مادة الهيكل، أو أحيانًا من سبيكة برونزية أكثر متانة. مادة البكرة الأكثر شيوعًا لصمامات الكرة المصنوعة من الحديد الزهر هي البرونز. يُطلق على هذا النوع من التشطيبات الحديدية اسم IBBM، أو "هيكل حديدي، تركيب برونزي". تتوفر العديد من مواد التشطيب المختلفة للصمامات الفولاذية، ولكن غالبًا ما يُصنع عنصر تشطيب واحد أو أكثر من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي من السلسلة 400. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم مواد صلبة مثل الستالايت، والفولاذ المقاوم للصدأ من السلسلة 300، وسبائك النحاس والنيكل مثل المونيل.

هناك ثلاثة أوضاع أساسية لصمامات الكرة. الشكل "T"، بساق عمودية على تدفق الأنبوب، هو الأكثر شيوعًا.
​
على غرار صمام T، يُدير صمام الزاوية التدفق داخل الصمام بزاوية 90 درجة، ويعمل كجهاز تحكم في التدفق وكوع أنبوب بزاوية 90 درجة. في أنظمة "أشجار عيد الميلاد" للنفط والغاز، تُعدّ صمامات الزاوية الكروية نوعًا من صمامات تنظيم المخرج النهائي التي لا تزال تُستخدم بكثرة فوق الغلايات.
​
تصميم "Y"، وهو التصميم الثالث، يهدف إلى إحكام الصمام لتطبيقات التشغيل/الإيقاف مع تقليل التدفق المضطرب في جسم الصمام الكروي. غطاء وساق وقرص هذا النوع من الصمام الكروي مائل بزاوية 30-45 درجة لجعل مسار التدفق أكثر استقامة وتقليل احتكاك السوائل. بفضل انخفاض الاحتكاك، يقل احتمال تعرض الصمام للتلف التآكلي، وتتحسن خصائص التدفق الكلية لنظام الأنابيب.