صمام كروي

صمام الكرة ، المعروف أيضًا بصمام المخروط ، هو جهاز للتحكم في التدفق يعمل باستخدام كرة كروية بها ثقب (يُعرف أيضًا باسم تجويف) في منتصفها. عند تدوير مقبض الصمام، تدور الكرة لتُحاذي التجويف مع مسار التدفق، مما يسمح بمرور السائل. عند تدويره 90 درجة، يغلق الجانب الصلب للكرة التدفق تمامًا، مُشكلاً مانعًا لتسرب الهواء. ^{[ 1 ]} جرت العادة أن يكون المقبض مُسطحًا ومُحاذيًا للتدفق عند فتحه، وعموديًا عليه عند إغلاقه، مما يُسهل التحقق البصري من حالة الصمام. ^{[ 2 ]} يمكن أن يكون وضع الإغلاق ربع دورة في اتجاه عقارب الساعة أو عكسها.

تتميز صمامات الكرة بالمتانة، حيث تعمل بكفاءة عالية حتى بعد دورات تشغيل متعددة، كما أنها موثوقة، إذ تُغلق بإحكام حتى بعد فترات طويلة من عدم الاستخدام. هذه الخصائص تجعلها خيارًا ممتازًا لتطبيقات الإغلاق والتحكم، حيث تُفضل غالبًا على صمامات البوابات والصمامات الكروية ، إلا أنها تفتقر إلى دقة التحكم التي توفرها هذه البدائل في تطبيقات الخنق.

تُسهّل سهولة تشغيل صمام الكرة وصيانته وتعدد استخداماته استخدامه على نطاق واسع في الصناعة، حيث يتحمل ضغوطًا تصل إلى 1000 بار (100 ميجا باسكال ؛ 15000 رطل لكل بوصة مربعة ) ودرجات حرارة تصل إلى 750 درجة فهرنهايت (400 درجة مئوية) ، وذلك حسب التصميم والمواد المستخدمة. تتراوح أحجامه عادةً من 0.2 إلى 48 بوصة (من 5 إلى 1200 مم). تُصنع أجسام الصمامات من المعدن أو البلاستيك أو المعدن مع السيراميك ؛ وغالبًا ما تُطلى الكرات العائمة بالكروم لزيادة متانتها. من عيوب صمام الكرة أنه عند استخدامه للتحكم في تدفق المياه، فإنه يحبس الماء في التجويف المركزي أثناء إغلاقه. في حال انخفاض درجات الحرارة المحيطة إلى ما دون الصفر، قد تتشقق جوانبه نتيجة التمدد المصاحب لتكوّن الجليد. ^{[ 3 ]} عادةً ما تمنع بعض وسائل العزل أو الشريط الحراري حدوث التلف في هذه الحالة. يُعد "صمام الكرة المقاوم للتجمد" خيارًا آخر مناسبًا للمناخات الباردة. يشتمل هذا النوع من صمامات الكرة على سدادة تجميد جانبية، بحيث تنفجر هذه السدادة في حالة التجمد، لتكون بمثابة نقطة ضعف احتياطية، مما يُسهّل عملية الإصلاح. فبدلاً من استبدال الصمام بالكامل، يكفي تركيب سدادة تجميد جديدة. ^{[ 4 ]}       

بالنسبة للسوائل المبردة، أو المنتجات التي قد تتمدد داخل الكرة، يوجد منفذ تهوية محفور في الجانب العلوي من الصمام. ويُشار إلى هذا النوع من الصمامات باسم الكرة المهواة.

لا ينبغي الخلط بين صمام الكرة و"صمام فحص الكرة"، وهو نوع من صمامات الفحص التي تستخدم كرة صلبة لمنع التدفق العكسي غير المرغوب فيه .

تشمل الأنواع الأخرى من الصمامات ربع الدورة صمام الفراشة وصمام السدادة وصمام الكرة المقاوم للتجمد.

توجد خمسة أنواع رئيسية لهياكل صمامات الكرة: الهيكل الأحادي ، والهيكل الثلاثي ، والهيكل المنفصل ، والهيكل ذو المدخل العلوي ، والهيكل الملحوم . ويكمن الاختلاف في طريقة تصنيع وتجميع أجزاء الصمام، وخاصة الغلاف الذي يحتوي على الكرة نفسها. أما آلية عمل الصمام فهي نفسها في جميع الحالات. ^{[ 5 ]}

توفر الهياكل المكونة من قطعة واحدة بنية صلبة للغاية، وفي بعض الإصدارات يمكن إزالة الكرة من الصمام دون إخراج الصمام بأكمله من الخط، ومع ذلك فإن الهياكل متعددة القطع توفر مجالًا أكبر لإبداع التصميم.

بالإضافة إلى ذلك، توجد أنماط مختلفة تتعلق بقطر آلية الكرة نفسها. وبناءً على ضغط التشغيل، تُصنف صمامات الكرة إلى صمامات كرة منخفضة الضغط وصمامات كرة عالية الضغط. في معظم الصناعات، تُعتبر صمامات الكرة التي يزيد ضغط تشغيلها عن 3000 رطل لكل بوصة مربعة (210 بار) صمامات كرة عالية الضغط. عادةً ما يكون الحد الأقصى لضغط التشغيل لصمامات الكرة عالية الضغط 7500 رطل لكل بوصة مربعة (520 بار) ، ويعتمد ذلك على البنية والأحجام ومواد منع التسرب. قد يصل الحد الأقصى لضغط التشغيل لصمامات الكرة عالية الضغط إلى 15000 رطل لكل بوصة مربعة (1000 بار) . تُستخدم صمامات الكرة عالية الضغط بكثرة في الأنظمة الهيدروليكية، ولذلك تُعرف أيضًا باسم صمامات الكرة الهيدروليكية.      

تأتي صمامات الكرة بأحجام تصل إلى 51 مم (بوصتين) عادةً بتصميمات من قطعة واحدة أو قطعتين أو ثلاث قطع. تتميز صمامات الكرة ذات القطعة الواحدة بقطر داخلي أصغر، وهي رخيصة نسبيًا، وعادةً ما يتم استبدالها بدلًا من إصلاحها. أما صمامات الكرة ذات القطعتين، فلها عادةً قطر داخلي أصغر قليلًا (أو قياسي)، ويمكن أن تكون إما للاستخدام لمرة واحدة أو قابلة للإصلاح. يسمح التصميم ثلاثي القطع بإزالة الجزء المركزي من الصمام، الذي يحتوي على الكرة والساق والمقاعد، بسهولة من خط الأنابيب. وهذا يُسهّل تنظيف الرواسب المتراكمة، واستبدال المقاعد وحشوات منع التسرب، وتلميع الخدوش الصغيرة على الكرة، كل ذلك دون الحاجة إلى إزالة الأنابيب من جسم الصمام. يكمن مبدأ تصميم الصمام ثلاثي القطع في إمكانية إصلاحه. حيث يتم تسخين كل صمام إلى درجة حرارة معينة، ثم تُزال المادة الزائدة من جسمه. ^{[ 6 ]} 

منفذ متعدد

• تحتوي الصمامات ثلاثية ورباعية الاتجاه على فتحة على شكل حرف L أو T في المنتصف. يوضح الشكل تركيبات التدفق المختلفة. من الواضح أن صمام T يمكنه توصيل أي زوج من المنافذ، أو المنافذ الثلاثة معًا، لكن وضعية 45 درجة التي قد تفصل المنافذ الثلاثة لا تترك مجالًا للخطأ. يمكن لصمام L توصيل المنفذ المركزي بأي من المنفذين الجانبيين، أو فصل المنافذ الثلاثة، لكنه لا يستطيع توصيل المنافذ الجانبية معًا.
• تتوفر تجارياً صمامات كروية متعددة المنافذ بأربعة اتجاهات أو أكثر، وغالباً ما يكون مدخلها متعامداً مع مستوى مخارجها. في التطبيقات الخاصة، مثل تشغيل المحركات الهوائية من الأمام إلى الخلف، يتم ذلك بتدوير صمام رباعي الاتجاهات ذي ذراع واحد . يحتوي الصمام الكروي رباعي الاتجاهات على منفذين على شكل حرف L داخل الكرة غير متصلين، ويُشار إليهما أحياناً بمنفذ " × ".

قد تشمل مواد الجسم، على سبيل المثال لا الحصر، أيًا من هذه المواد:

تُستخدم أنواع عديدة من المقاعد والحلقات المانعة للتسرب في صمامات الكرة. تُصنع الصمامات عادةً من مواد مختلفة، لكل منها استخدامات محددة تناسبها نظرًا لتوافقها الكيميائي وضغوطها ودرجات حرارتها. تشمل بعض المواد الشائعة الاستخدام النحاس الأصفر والفولاذ المقاوم للصدأ والبرونز، وغيرها. تضمن هذه الخيارات من المواد ملاءمة الصمامات لوظائفها المحددة، مما يوفر أداءً فعالاً وموثوقًا في مختلف الصناعات والتطبيقات. ^{[ 8 ]}