يُبلغ المستخدمون الذين يستخدمون صمامات كروية كبيرة القطر بشكل يومي عن مشكلة تتمثل في صعوبة إغلاق هذه الصمامات عند استخدامها في وسائط ذات فرق ضغط كبير نسبيًا، مثل البخار والماء عالي الضغط. فعند محاولة إغلاقها بقوة، يتبين وجود تسريب، مما يجعل الإغلاق المحكم صعبًا. ويعود سبب هذه المشكلة إلى التصميم الهيكلي للصمام وعدم كفاية عزم الدوران الناتج عن قدرة المستخدم.

تحليل صعوبة تبديل الصمامات ذات القطر الكبير

يبلغ الحد الأقصى لقوة الإخراج الأفقية لدى البالغين 60-90 كجم، وذلك حسب البنية الجسدية المختلفة.

عادةً، يُصمّم اتجاه تدفق صمام الكرة الأرضية بحيث يكون منخفضًا عند الدخول وعاليًا عند الخروج. عند إغلاق الصمام، يدفع الجسم عجلة اليد لتدويرها أفقيًا، مما يؤدي إلى تحرك رفرف الصمام إلى الأسفل لإتمام الإغلاق. في هذه الحالة، من الضروري التغلب على مجموعة من ثلاث قوى، وهي:

(1) قوة الدفع المحورية Fa؛

(2) قوة الاحتكاك Fb بين الحشوة وساق الصمام؛

(3) قوة الاحتكاك التلامسي Fc بين ساق الصمام وقلب قرص الصمام

مجموع العزوم هو ∑M=(Fa+Fb+Fc)R

يتضح أنه كلما زاد القطر، زادت قوة الدفع المحورية. وعندما يكون الأنبوب قريبًا من حالة الإغلاق، تكون قوة الدفع المحورية قريبة جدًا من الضغط الفعلي لشبكة الأنابيب (بسبب P1-P2≈P1، حيث P2=0).

على سبيل المثال، عند استخدام صمام كروي عيار DN200 على أنبوب بخار بضغط 10 بار، فإن قوة الدفع المحورية الأولى للإغلاق Fa = 10 × πr² = 3140 كجم، والقوة الدائرية الأفقية المطلوبة للإغلاق قريبة من الحد الأقصى للقوة التي يمكن أن يبذلها جسم الإنسان العادي، لذا يصعب على شخص واحد إغلاق الصمام بالكامل في هذه الحالة.

بالطبع، توصي بعض المصانع بتركيب هذه الصمامات بشكل عكسي، مما يحل مشكلة صعوبة الإغلاق، ولكن هناك أيضًا مشكلة صعوبة الفتح بعد الإغلاق.

تحليل أسباب التسرب الداخلي لصمامات الكرة الأرضية ذات القطر الكبير

تُستخدم صمامات الكرة الأرضية ذات القطر الكبير عادةً في مخارج الغلايات، والأسطوانات الرئيسية، وخطوط أنابيب البخار، وغيرها من المواقع. وتواجه هذه المواقع المشاكل التالية:
(1) عمومًا، يكون فرق الضغط عند مخرج الغلاية كبيرًا نسبيًا، وبالتالي يكون معدل تدفق البخار أكبر، مما يزيد من تآكل سطح منع التسرب. إضافةً إلى ذلك، لا يمكن أن تصل كفاءة احتراق الغلاية إلى 100%، مما يؤدي إلى احتواء البخار الخارج منها على نسبة عالية من الماء، الأمر الذي يُسهّل حدوث التكهف وتلف سطح منع التسرب.

(2) بالنسبة لصمام الإيقاف القريب من مخرج الغلاية والأسطوانة الفرعية، نظرًا لأن البخار الخارج من الغلاية يعاني من ظاهرة التسخين الفائق المتقطع، فإنه أثناء عملية التشبع، إذا لم تكن معالجة تليين مياه الغلاية جيدة، يترسب جزء من الماء. وتتسبب المواد الحمضية والقلوية في تآكل سطح منع التسرب؛ كما قد تلتصق بعض المواد القابلة للتبلور بسطح منع التسرب للصمام وتتبلور، مما يؤدي إلى عدم قدرة الصمام على الإحكام.

(3) بالنسبة لصمامات الدخول والخروج للأسطوانات الفرعية، يكون استهلاك البخار بعد الصمام كبيرًا وأحيانًا صغيرًا بسبب متطلبات الإنتاج وأسباب أخرى. وهذا يُسبب التآكل والتجويف وغير ذلك من الأضرار لسطح إحكام الصمام.

(4) عادةً، عند فتح خط أنابيب ذي قطر كبير، يلزم تسخينه مسبقًا، وتتطلب عملية التسخين المسبق عادةً مرور تيار صغير من البخار، وذلك لتسخين خط الأنابيب ببطء وبشكل متساوٍ إلى حد معين قبل فتح صمام الإيقاف بالكامل لتجنب تلف خط الأنابيب. يؤدي التسخين السريع إلى تمدد مفرط، مما يُلحق الضرر ببعض أجزاء التوصيل. مع ذلك، في هذه العملية، غالبًا ما يكون فتح الصمام صغيرًا جدًا، مما يجعل معدل التآكل أكبر بكثير من معدل الاستخدام الطبيعي، ويقلل بشكل كبير من عمر سطح إحكام الصمام.

حلول لصعوبات تبديل صمامات الكرة الأرضية ذات القطر الكبير

(1) أولاً وقبل كل شيء، يوصى باختيار صمام كروي محكم الإغلاق بواسطة منفاخ، مما يتجنب تأثير مقاومة الاحتكاك لصمام المكبس وصمام التعبئة، ويجعل عملية التبديل أسهل.

(2) يجب أن يكون قلب الصمام ومقعد الصمام مصنوعين من مواد ذات مقاومة جيدة للتآكل وأداء جيد في مقاومة التآكل، مثل كربيد ستالايت؛

(3) يوصى باعتماد هيكل قرص صمام مزدوج، والذي لن يتسبب في تآكل مفرط بسبب الفتحة الصغيرة، مما سيؤثر على عمر الخدمة وتأثير الإحكام.