صمام

These water valves are operated by handles.

أنواع الصمامات الرئيسية: الصمامات غير الأوتوماتية مثل البوابي والصمام الكروي تستخدم لفتح وقفل تدفق السوائل. أما الصمام اللارجوعي (الأوتوماتي) فيسمح بتدفق السوائل باتجاه واحد وفي الوقت نفسه يغلق لمنع التدفق في الاتجاه المعاكس.

الصِمَام مصطلح لمختلف النبائط الآلية التي تُستعمل لضبط تدفق السوائل في الأنابيب. ويُستخدم المصطلح نفسه في علم وظائف الأعضاء ليعني الصمام الطبيعي الذي يؤدي نفس وظيفة الصِمَام الآلي. ومن بين هذه الصِمَامات صمامات القلب التي تضبط تدفق الدم بين أقسام القلب.

تشمل الصمامات الآلية، صمامات الضبط، صمامات التخفيف، الصمامات اليدوية، وصمامات التحكم الأوتوماتية. تسمح صمامات الضبط والتخفيف بمرور السائل في اتجاه واحد. ولصمام الضبط قرص يغطي فتحة تسمى المقعد، والقرص مثبت بمكانه بفعل الجاذبية أو زنبرك. ويفتح الضغط على جانب واحد من القرص الصمام، بينما يدفع الضغط من الجانب الآخر القرص في المقعد ويغلق الصمام. والقرص في صمام التخفيف مغلق ومثبت بزنبرك مضغوط من جانب واحد، ويفتح عندما يكون الضغط على الجانب الآخر من القرص أكثر من الضغط على الزنبرك.

والصمامات اليدوية يُتَحكم فيها يدوياً. فصنبور الماء العادي مثلاً صمام يدوي. أما الصمامات الأوتوماتية فيتم التحكُّم فيها بوساطة قوة خارجية مثل الكهرباء أو الهواء المضغوط. وأصبحت هذه الصمامات مهمة في الصناعة، حيث يمكن تشغيل مئات منها من موقع واحد بواسطة حاسوب أو جهاز تحكم.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تطبيقات

تستخدم الصمامات في شبكات توزيع المياه في المدن لتحقيق أغراض متنوعة، كعزل أنبوب من أنابيب الشبكة، أو لتصريف المياه منه، أو لتغيير معدل جريان الماء في أنبوب ما، أو للتحكم في منسوب الماء في الخزانات التي تغذي الشبكة، أو لطرد الهواء المتجمع داخل أنابيب الشبكة، أو لمنع الجريان العكسي، أو لغيرها من الأغراض.^[1]

فعلى سبيل المثال في حال حدوث كسر في أحد أنابيب الشبكة، تستخدم صمامات العزل isolation valves لعزل منطقة الكسر وإيقاف جريان الماء إليها في أثناء إجراء عمليات الإصلاح، في حين تستمر باقي أجزاء الشبكة في العمل طبيعياً. كذلك فقد تنشأ الحاجة لأن يكون الجريان في أحد أنابيب الشبكة في اتجاه واحد فقط، كما هي الحال في وصلات خدمة المشتركين، عند ذلك تركب على هذه الأنابيب صمامات عدم رجوع لا تسمح بالجريان إلا في الاتجاه المطلوب فقط.

الأنواع

تتضمن الصمامات التي تستخدم بكثرة في شبكات توزيع المياه الأنواع الآتية:

صمام البوابة

الشكل (1) صمام البوابة

يعد صمام البوابة gate valve أكثر الصمامات استخداماً في شبكات الأنابيب (الشكل ـ1)، وهو جهاز ميكانيكي يستخدم في عزل جزء معين من منظومة الجريان في أثناء إجراء أعمال الصيانة أو الإصلاح. يحتوي الصمام على بوابة على شكل قرص يتحرك نحو الأعلى ونحو الأسفل بوساطة ذراع ملولب يفتح الصمام أو يُغلقه. وعندما يكون الصمام مفتوحاً بالكامل، يسمح بالمرور بصورة مستقيمة وبأقل قدر من الإعاقة. غير أن صمامات البوابة غير مصممة لتنظيم الجريان أو معايرته. فهي إما تكون مفتوحة بالكامل أو مغلقة. ويراوح قطر صمام البوابة من نصف بوصة (نحو 13مم) كتلك التي تركب على الوصلات المنزلية للمشتركين، إلى 2000مم كتلك التي تركب على أنابيب جر المياه الضخمة.

صمام الفراشة

الشكل (2) صمام الفراشة

يتكون صمام الفراشة butterfly valve من جسم يحتوي على محور يدور حوله قرص دائري لفتح الصمام أو إغلاقه (الشكل ـ2). وعندما يكون الصمام في حالة الفتح الأعظمي، يكون القرص موازياً لمحور الأنبوب. وبما أن القرص يبقى في مسار الجريان حتى في وضع الانفتاح، فإن صمام الفراشة يتسبب في فاقدٍ أكبر من طاقة الجريان من صمام البوابة.

وعلى الرغم من أن الاستخدام الرئيسي لهذا الصمام هو لأغراض العزل، إلا أنه يمكن أن يستخدم في بعض الحالات أيضاً لتنظيم الجريان ومعايرته.

صمام التحكم في المنسوب

يستخدم صمام التحكم في المنسوب altitude control valve للتحكم بمنسوب الماء في خزان يغذَّى من الشبكة. وعندما يصير الخزان ممتلئاً بالمياه، يغلق الصمام فيمنع فيضان الخزان. وعندما ينخفض الضغط في الشبكة إلى ما دون ضغط الخزان الممتلئ، يفتح الصمام ويسمح بتصريف الماء من الخزان إلى شبكة التوزيع.

صمام إدخال الهواء وإخراجه

الشكل (3) صمام إدخال الهواء وإخراجه

يمكن للهواء أن يتجمع عند النقاط المرتفعة من الأنبوب الطويل مما يسبب انسداداً جزئياً له وإعاقة للجريان ضمنه. وتساعد صمامات إدخال وإخراج الهواء air valve (الشكل ـ3) على حل هذه المشكلة إذ تسمح للهواء بالخروج آلياً من الأنبوب.

كذلك تحتاج أنابيب الشبكة لتصريف المياه منها دورياً سواء لإجراء أعمال الصيانة أم الإصلاح. يؤدي خروج المياه من الأنبوب عبر صمام التصريف (الغسيل) إلى حدوث تكهف في الأنبوب (أي هبوط الضغط فيه إلى ما دون قيمة الضغط الجوي). فإذا كان التكهف شديداً، يمكن للأنبوب أن ينهار بالكامل. تسمح صمامات إدخال/إخراج الهواء بدخول الهواء إلى الأنبوب ليشغل الحجم الذي كان يشغله السائل مما يمنع حدوث التكهف.

صمام خفض الضغط

يقوم صمام خفض الضغط pressure reducing valve بتخفيض الضغط في جزء الأنبوب الواقع بعد الصمام لأية قيمة مرغوب فيها. ويكون ذلك بخنق الجريان المار عبره ومعايرته للمحافظة على قيمة الضغط المطلوبة. وغالباً ما يركب صمام تخفيض الضغط على الأنابيب الداخلة إلى المناطق المنخفضة من شبكة توزيع المياه حيث يمكن لضغط الماء في الشبكة في حال عدم وجود هذا الصمام، أن يرتفع إلى قيمة قد تشكّل خطراً على الأنابيب ووصلاتها وملحقاتها.

صمام تنفيث الضغط

الشكل (4) صمام تنفيث الضغط

تستخدم صمامات تنفيث الضغط pressure relief valves (الشكل ـ 4) لحماية أنابيب الشبكة من الضغوط المرتفعة التي يمكن أن تنشأ في الحالات الطارئة. يحتوي صمام تنفيث الضغط عامة على فتحة مغلقة بوساطة مكبس يرتكز على نابض، أو بوساطة بوابة مثقلة بوزن خارجي، فإذا زاد ضغط السائل الجاري في الأنبوب على حد مسبق التعيين (وهو الضغط الأعظمي المسموح للأنبوب تحمله)، يتحرك عند ذلك المكبس أو البوابة فتنكشف الفتحة ويخرج منها السائل، ويخف بذلك الضغط. يعود بعد ذلك المكبس أو البوابة إلى وضعهما الأصلي بفعل النابض أو الثقل الخارجي.

صمام عدم الرجوع

الشكل (5) صمام أحادي البوابة

الشكل (6) صمام متعدد الأبواب

الشكل (7) صمام فوهي

تنشأ الحاجة في العديد من حالات تصميم شبكات المياه المدنية والصناعية إلى أن يكون الجريان في أحد الأنابيب أو في جزء من الشبكة باتجاه واحد فقط، وتستخدم صمامات عدم الرجوع check valves أساساً لتحقيق هذا الغرض ولمنع السائل من الجريان بعكس الاتجاه المقرر له. فعلى سبيل المثال، عند توقف مضخة عاملة، تبدأ سرعة جريان السائل الموجود في أنبوب الضخ بالتباطؤ والتلاشي تدريجياً. وفي حال عدم وجود صمام عدم رجوع مركب على أنبوب دفع المضخة، فإن الجريان خلاله سرعان ما يعكس اتجاهه مسبباً دوران المضخة عكسياً، فيلحق ذلك أضراراً كبيرة بكل من المضخة والمحرك. لذا فمن الشائع جداً أن نرى صمامات عدم الرجوع مركبة على أنابيب تصريف المضخات لمنع الجريان المعاكس وتفادي أضراره.

يعد الصمام الأحادي البوابة swing check valve (الشكل ـ5)، صمام عدم الرجوع التقليدي والأكثر انتشاراً في العالم. يتكون هذا الصمام من باب يدور حول مفصل علوي، ويقوم وزن الباب الذاتي بتأمين العزم اللازم لإغلاقه عند تباطؤ الجريان. ويمكن زيادة عزم الإغلاق عن طريق وضع أثقال إضافية محمَّلة على ذراع خارجية متصلة بباب الصمام. صُمِّم الصمام المتعدد الأبواب multi-door check valve (الشكل ـ6)، ليحل محل الصمام الأحادي البوابة في الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة حيث يصبح وزن الباب اللازم لتأمين عزم الإغلاق كبيراً جداً وغير عملي. ولهذا الصمام مبدأ عمل الصمام الأحادي البوابة نفسه، لكن فتحته مقسمة إلى عدة فتحات لكل منها بابها المستقل.

في الحالات التي ينجم عنها تباطؤ وانعكاس سريع للجريان، يحتمل أن تتخلف بوابة الصمام الأحادي البوابة تخلفاً ملحوظاً عن مواكبة حركة السائل، بحيث يمكن للجريان أن يؤسس سرعة عكسية كبيرة قبل انغلاق الصمام. في هذه الحالة يكون انغلاق الصمام عاصفاً (وتدعى هذه الحادثة بانصفاق الصمام valve slam) ويؤدي القطع المفاجئ للجريان العكسي إلى حدوث ظاهرة المطرقة المائية الخطيرة، ويفضل في مثل هذه الحالة استخدام صمامات عدم الرجوع التي تكون فيها حركة عضو الإغلاق انتقالية (بفعل نابض) وليست دورانية. ويعدُّ الصمام الفوهي nozzle check valve (الشكل ـ7) الذي يتميز بمقطعه الانسيابي مثالاً عن هذه الصمامات.

صمام الغسيل: تحتاج أنابيب الشبكة لتصريف المياه منها دورياً، لإجراء أعمال الصيانة أو للإصلاح. يوفر صمام الغسيل drain valve الذي يركب في المناطق المنخفضة من أنابيب الشبكة تصريف المياه من هذه الأنابيب مما يسمح بتعزيلها وتنظيفها من المواد المترسبة فيها، وإجراء أعمال الصيانة الضرورية لها.

أجزاء الصمام

[[Image:Valve cross-section.PNG|frame|left|Cross-sectional diagram of an open globe valve.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

جسم الصمام

يتألف الصمام بشكل رئيسي من جسم الصمام وغطاء الصمام. يتم تصنيع جسم الصمام عادة من المعادن مثل النحاس، برونز، الحديد المطاوع أو المسبوك، الصلب، فولاذ غير قابل للصدأ، وغيرها. كما يتم تصنيع بعض الصمامات من البلاستيك في حال عملها عند ضغط منخفض.

غطاء الصمام

يعمل غطاء الصمام على أنه غطاء أو قبعة للصمام. غالباً ما يتم تثبيته بالجسم باستخدام قلاووظ بشكل نصف دائم. حيث توضع الأجزاء الداخلية للصمام داخل الجسم ومن ثم يتم إحكام إغلاق الجسم بواسطة الغطاء. حيث من أجل الوصول إلى الأجزاء الداخلية مرة أخرى يتوجب نزع الغطاء وهذا يتم على الغالب فقط عند إجراءات الصيانة. يوجب بعض الصمامات التي ليس لها غطاء.

فتحات

هي المعابر التي تسمح للمواد بالجريان داخلة وخارجة من الصمام. يتم فتح هذه الفتحات أو إغلاقها باستخدام القرص. يكون هناك فتحتين إلى ثلاث فتحات في الصمامات الشائعة الاستخدام.

المقبض أو المحرك

قرص

Valve disc

يتم منع أو السماح للتدفق بالجريان داخل الصمام بواسطة القرص. على الرغم من تسمية القرص، إلا أنه من الممكن أن يأخذ عدة أشكال أخرى مثل دوّار وغيرها. يكون القرص جزء متحرك ضمن الصمام الثابت من أجل التحكم بكمية الجريان.

كرسي القرص

[[Image:Gordon Power Station Control Valve.jpg|150px|thumb|left|The shut off butterfly valve for a Francis turbine at Gordon Power Station, Tasmania]]

Ball valve

كرسي القرص هو الجزء الداخلي من الصمام الذي يكون على تماس مع القرص من أجل إحكام الصمام بشكل جيد ومنع التسرب عند إغلاقه. يكون القرص على تماس مع الكرسي عند إغلاق الصمام، أما في حال وجود دوار داخل الصمام فيكون الكرسي على تماس دائم مع الدوار، ولكن يتغير فقط مساحة سطح التماس بتدوير الدوار. بكل الأحوال فإن الكرسي هو جزء ثابت لا يتحرك من الصمام.

ساق

Inconel X750 spring

ساق الصمام هي عبارة عن قطعة مستقيمة تتمحور داخل وخارج جسم الصمام من أجل نقل حركة التحكم بالجريان من الخارج إلى القرص أو الدوار الموجود في الداخل، حيث تكون متصلة أو متمفصلة مع القرص أو الدوار في داخل الصمام، أما خارجه فتكون متصلة مع مسكة الصمام أو أي جهاز تحكم آخر.

من الممكن أن تكون الحركة التي ينقلها الساق دائرية أو خطية على شكل كبس للداخل أو سحب للخارج. أما في الصمام الذي يحوي دوار فيجب أن تكون الحركة دائرية حصراً.

الجوانات

كرات الصمام

النابض

لدى العديد من الصمامات نوابض من أجل تثبيت القرص في موضعه عند تحريكه في الفتح أو الإغلاق.

Trim

عملية تشغيل الصمام

A seacock for cooling seawater, on a marine diesel engine.

يمكن تشغيل صمامات العزل بعدة طرائق: يدوياً أو كهربائياً أو هدروليكياً أو بوساطة الهواء المضغوط. وتعتمد الطريقة المتبعة في التشغيل على موقع استخدام الصمام ووظيفته ومصدر الطاقة المتوفر. ويعد التشغيل اليدوي أكثر الطرائق شيوعاً لتشغيل الصمام، ويستخدم في شبكات الأنابيب حينما يكون تشغيل الصمام مقتصراً على وضعيتي الفتح أو الإغلاق، وكذلك حين يكون تشغيل الصمام عرضياً. أما بالنسبة للصمامات التي تعمل بصورة متكرر فتشغَّل كهربائياً أو هدروليكياً أو بوساطة الهواء المضغوط. تعتمد طريقة التشغيل الكهربائية على استخدام محرك كهربائي يوفر فتح الصمام وإغلاقه. أما طريقة التشغيل الهدروليكية فتكون باستخدام سائل تحت ضغط كمصدر للطاقة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

صمامات ثنائية المنفذ

صمامات ثلاثة منافذ

Schematic 3 way ball valve: L-shaped ball left, T-shaped left

صمامات أربعة منافذ

التحكم

A sailor aboard a ship operates the wheel controlling a fuel valve.

اعتبارات أخرى

تصنَّع الصمامات التي تستخدم في شبكات مياه الشرب والصرف الصحي عامة من الحديد الصب cast iron أو الفولاذ steel أو الحديد المطاوع ductile iron، وذلك من أجل الأنابيب التي لا يقل قطرها عن 100ملم أو أكثر، ومن البرونز bronze من أجل الأنابيب التي يقل قطرها عن 100ملم. ويستخدم الفولاذ المصنَّع fabricated steel أحياناً في الصمامات ذات القطر الذي يزيد على 1800ملم.