שסתומי פרפר משמשים להפעלה, עצירה או וויסות זרימת נוזלים או גזים דרך צינורות. שמם מקבל את שמם מהדיסק דמוי הכנף שמסתובב בתוך גוף השסתום, בדומה לתנועת פרפר. מבין הסוגים השונים של שסתומי פרפר, שסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים (HPBV) ושסתומי פרפר קונצנטריים הם שני העיצובים הנפוצים ביותר. השוואה זו תפרק את ההבדלים בין השניים מממדים מרובים כדי להבהיר את תפקידיהם ביישומים תעשייתיים ועירוניים.
| תכונה | שסתום פרפר קונצנטרי | שסתום פרפר בעל ביצועים גבוהים |
| לְעַצֵב | גזע מרכזי ודיסק | גזע אופסט עם מושב מתכת |
| מנגנון איטום | מושב אלסטומרי רך | מושב RPTFE |
| דירוג לחץ | עד 250 PSI | עד 600 PSI |
| דירוג טמפרטורה | עד 180°C (356°F) | עד 260°C (536°F) |
| בלאי וקריעה | גבוה יותר עקב מגע עם המושב | נמוך יותר עקב עיצוב אופסט |
| התאמת היישום | נוזלים בלחץ נמוך | נוזלים בלחץ בינוני, בטמפרטורה גבוהה |
| עֲלוּת | לְהוֹרִיד | גבוה יותר |
1. תכנון ובנייה
ההבדל העיקרי בין שסתומי פרפר קונצנטריים לשסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים טמון בתכנון המבני שלהם, ובפרט במיקום גזע השסתום ודיסקית השסתום יחסית לגוף השסתום ובחומרים המשמשים.
1.1 שסתומי פרפר קונצנטריים
העיצוב הקונצנטרי ידוע כשסתום "אפס היסט" או "מושב גמיש", והוא מיישר את גזע השסתום ודיסקית השסתום ישירות למרכז גוף השסתום וקדח הצינור. ליישור מרכז זה אין סטייה.
1.1.1 תנועת דיסק
הדיסק מסתובב 90 מעלות סביב ציר גזע השסתום, ועובר ממצב פתוח לחלוטין (מקביל לצינור) לסגור לחלוטין (מאונך לצינור) לכל אורך טווח תנועתו.
1.1.2 מנגנון איטום
האטימה מושגת על ידי התאמת הפרעה בין קצה דיסק השסתום לבין מושב השסתום הגמיש דמוי גומי (כגון EPDM, אקריליק או פלואורוגומי) המצפה את המשטח הפנימי של גוף השסתום.
1.1.3 חומרים
גוף השסתום עשוי בדרך כלל מחומרים בעלי חוזק גבוה ועמידים בפני קורוזיה כגון ברזל יצוק, ברזל רקיע או אפילו נירוסטה עבור יישומים פחות תובעניים, מכיוון שמושב השסתום מגומי מונע מגע של נוזל עם גוף השסתום.
הדיסק עשוי להיות נירוסטה, אלומיניום ברונזה, ברזל רקיע מצופה, או מצופה לחלוטין במתכת, בהתאם לרמת הקורוזיה של הנוזל.
1.2 שסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים
בדרך כלל עיצוב עם קיזוז כפול ושני קיזוזים עיקריים:
הגבעול ממוקם מאחורי הדיסק ולא דרך מרכז הדיסק, ו
מכלול הדיסק והגבעול מוזז מקו האמצע של קדח הצינור.
חלק מהגרסאות המתקדמות כוללות קיזוזים משולשים, אך קיזוז כפול הוא סטנדרט בדגמים בעלי ביצועים גבוהים.
1.2.1 תנועת דיסק
בשל ההיסט, הדיסק מסתובב בפעולה דמוית זיז, ומפחית את המגע עם המושב.
1.2.2 מנגנון איטום
המושב עשוי מחומרים עמידים יותר, כגון טפלון מחוזק, כדי לעמוד בלחצים וטמפרטורות גבוהים יותר. בניגוד למושב הגומי בשסתום קונצנטרי, האטם צפוף יותר ופחות תלוי בעיוות.
1.2.3 חומרים
הגוף והדיסק עשויים ממתכות חזקות, כגון נירוסטה, פלדת פחמן או סגסוגות, כדי לעמוד בתנאים קשים.
1.3 סיכום: השלכות עיצוביות
הפשטות של השסתום הקונצנטרי הופכת אותו לקל משקל וקומפקטי, מה שהופך אותו לאידיאלי להתקנה ישירה. עם זאת, הסתמכותו על מושב גומי ניתן לעיוות מגבילה את גמישותו.
העיצוב המוסט והחומרים החזקים יותר של שסתומים בעלי ביצועים גבוהים משפרים את עמידותם ואת יכולת ההסתגלות שלהם, אך על חשבון מורכבות ומשקל מוגברים.
---
2. יכולות ביצועים
ביצועים הם ההיבט המשתנה ביותר של שסתומים אלה וזה שהמשתמשים מעריכים ואכפת להם ממנו ביותר. באופן ספציפי, הם מנותחים במונחים של לחץ, טמפרטורה, אפקט איטום וחיי שירות.
2.1 שסתומי פרפר קונצנטריים
2.1.1 דירוגי לחץ
שסתומי פרפר קונצנטריים יכולים בדרך כלל לעמוד בלחצים של עד PN16, אך זה משתנה בהתאם לגודל ולחומר. מעל לחץ זה, מושב הגומי עלול להתעוות או להיכשל.
2.1.2 דירוגי טמפרטורה
הטמפרטורה המקסימלית היא 180°C (356°F), מוגבלת על ידי גבולות התרמיות של מושב הגומי או ה-PTFE. טמפרטורות גבוהות יפגעו בביצועי האלסטומר ויפגעו באיטום.
2.1.3 ביצועי איטום
זה יכול לספק סגירה אמינה במערכות בלחץ נמוך, אך החיכוך המתמשך בין דיסק השסתום למושב השסתום יגרום לבלאי, מה שיפחית את היעילות.
2.1.4 ויסות
מכיוון ששסתומי פרפר מתאימים יותר לפתיחה וסגירה מלאים, אם הם משמשים לוויסות זרימה, וירוס ארוך טווח יאיץ את שחיקת מושב השסתום, מה שהופך אותו לפחות מדויק ועמיד.
2.1.5 עמידות
בהיותם אלסטיים יותר, מושבי שסתומים ממתכת או מחוזקים עמידים יותר מגומי. עיצוב הסטייה מאריך עוד יותר את חיי השירות על ידי הגבלת החיכוך.
2.2 שסתום פרפר בעל ביצועים גבוהים
2.2.1 דירוג לחץ
בשל המבנה המחוספס שלו ועיצובו האופסט המפחית את הלחץ על מושב השסתום, הוא יכול לעמוד בלחצים עד PN16.
2.2.2 דירוג טמפרטורה
מכיוון שמושב השסתום משתמש ב-RPTFE, הוא יכול לפעול ביעילות בטמפרטורות של עד 280 מעלות צלזיוס.
2.2.3 ביצועי איטום
הודות להתאמה המדויקת של דיסקית השסתום המוסטת ומושב השסתום העמיד, הדליפה כמעט אפסית ובדרך כלל קרובה לסגירה אטומה. זה הופך אותו לאידיאלי עבור יישומים קריטיים.
2.2.4 ויסות
המבנה והחומרים המשמשים בשסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים מאפשרים להם לשלוט בזרימה במדויק גם בלחצים גבוהים. מגע מופחת עם המושב ממזער בלאי ושומר על שלמות האטם לאורך מחזורים מרובים.
2.2.5 עמידות
בהיותם גמישים יותר, מושבים ממתכת או מחוזקים עמידים יותר מגומי. עיצוב ההסטה מאריך עוד יותר את חיי השירות על ידי הגבלת החיכוך.
2.3 סיכום: נקודות עיקריות בביצועים
שסתומים קונצנטריים מתאימים לתנאים יציבים בלחץ נמוך, אך נכשלים בלחצים בינוניים וגבוהים.
שסתומים בעלי ביצועים גבוהים מציעים אמינות ועמידות גבוהה יותר בעלות התחלתית גבוהה יותר.
---
3. יישומים
הבחירה בין שסתומי פרפר בקו האמצע לבין שסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים תלויה בצרכים הספציפיים של המערכת בה הם מותקנים.
3.1 שסתומי פרפר קונצנטריים
עבור מערכות לחץ/טמפרטורה נמוכות עד בינוניות שבהן עלות ופשטות הן בראש סדר העדיפויות.
שימושים נפוצים:
- מים ושפכים: מערכות מים עירוניות, השקיה וביוב נהנות מחיסכון ובידוד הנוזלים שלהן.
- מזון ותרופות: מושבי גומי מונעים זיהום של נוזלים רגישים על ידי גוף השסתום.
- אספקת גז: קווי גז בלחץ נמוך משתמשים בו לבקרת הפעלה/כיבוי.
- הגנה מפני אש: מערכות ספרינקלרים מנצלות את פעולתן המהירה והאמינות שלהן בלחצים בינוניים.
קיטור בלחץ נמוך: לקיטור עד 250 PSI ו-350°F.
3.2 שסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים
עבור לחצים נמוכים-בינוניים או מערכות קריטיות הדורשות דיוק ועמידות.
שימושים נפוצים:
- נפט וגז: מטפל בכימיקלים קשים, פטרוכימיקלים ותנאים ימיים עם לחצים גבוהים ונוזלים קורוזיביים.
- ייצור חשמל: ניהול קיטור בלחץ גבוה ומי קירור בטורבינות ובדודים.
- עיבוד כימי: עמיד בפני נוזלים קורוזיביים ושומר על סגירה אטומה בסביבות נדיפות.
- HVAC: עבור מערכות גדולות הדורשות בקרת זרימה מדויקת.
בניית ספינות: עמידה בתנאים ימיים ובניהול נוזלים בלחץ גבוה.
3.3 חפיפה והבדלים בין יישומים
בעוד ששני השסתומים מווסתים את הזרימה, שסתומים קונצנטריים שולטים בסביבות רגישות לעלות ופחות תובעניות, בעוד ששסתומים בעלי ביצועים גבוהים עדיפים עבור תהליכים תעשייתיים שבהם כשל עלול להיות בעל השלכות חמורות.
---
4. שיקולים תפעוליים
בנוסף לתכנון ויישום, גם גורמים מעשיים כמו התקנה, תחזוקה ושילוב התאמת המערכת משחקים תפקיד.
4.1 התקנה
- קונצנטרי: התקנה פשוטה יותר הודות למשקל קל יותר ותאימות פשוטה יותר לפלאנג'.
- ביצועים גבוהים: נדרש יישור מדויק עקב עיצוב ההיסט, ומשקלו דורש תמיכה חזקה יותר.
4.2 תחזוקה
- קונצנטרי: התחזוקה מתמקדת בהחלפת מושב הגומי, שהיא שיטת תיקון מהירה וזולה יחסית. עם זאת, בלאי תכוף עלול להגדיל את זמן ההשבתה במערכות בעלות מחזורי מחזור גבוהים.
- ביצועים גבוהים: תחזוקה פחות תכופה הודות למושב העמיד, אך תיקונים (למשל, החלפת המושב) יקרים וטכניים יותר, ובדרך כלל דורשים אנשי תחזוקה מקצועיים עם כלים מיוחדים.
4.3 ירידת לחץ
- קונצנטריים: דיסקים ממורכזים יוצרים מערבולות רבה יותר כאשר הם פתוחים חלקית, מה שמפחית את היעילות ביישומי מצערת.
- ביצועים גבוהים: דיסקים אופסטים משפרים את מאפייני הזרימה, מפחיתים קוויטציה וירידת לחץ, במיוחד במהירויות גבוהות.
4.4 הפעלה
ניתן להשתמש בשני השסתומים עם מפעילים ידניים, פנאומטיים או חשמליים, אך שסתומים בעלי ביצועים גבוהים משולבים לעתים קרובות עם בקרות מתקדמות לאוטומציה מדויקת בסביבות תעשייתיות.
---
5. ניתוח עלויות ומחזור חיים
5.1 עלות ראשונית
שסתומים קונצנטריים זולים משמעותית משום שהם פשוטים יחסית לבנייה ומשתמשים בפחות חומר. זה לא המקרה עם שסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים.
5.2 עלות מחזור חיים
שסתומים בעלי ביצועים גבוהים הם בדרך כלל חסכוניים יותר לאורך זמן מכיוון שהם זקוקים לתחזוקה ומוחלפים בתדירות נמוכה יותר. במערכות קריטיות, אמינותם יכולה גם להפחית את עלויות ההשבתה.
---
6. סיכום: סיכום יתרונות וחסרונות
6.1 שסתום פרפר קונצנטרי
6.1.1 יתרונות:
- חסכון בעלות: עלויות ייצור וחומרים נמוכות יותר מעניקות לו יתרון תקציבי.
- עיצוב פשוט: קל להתקנה, הפעלה ותחזוקה, עם פחות חלקים נעים.
בידוד נוזלים: מושבי גומי מגנים על גוף השסתום, מאפשרים שימוש בחומרים זולים יותר ושמירה על טוהר הנוזל.
- קל משקל: אידיאלי עבור יישומים בהם משקל הוא דאגה.
6.1.2 חסרונות:
טווח מוגבל: הגבולות העליונים הם 250 PSI ו-356°F, מה שמגביל את השימוש בו לתנאים קשים.
- רגיש לבלאי: חיכוך מתמיד במושב עלול להוביל לירידה בביצועים, ולדרוש תחזוקה תכופה יותר.
- ביצועי וירוס בלחץ גבוה גרועים: מאבד דיוק ואיטום תחת לחץ.
6.2 שסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים
6.2.1 יתרונות:
- קיבולת גבוהה: יכול להתמודד עם לחצים בינוניים עד גבוהים (עד 600 PSI) וטמפרטורות (עד 536°F).
- חיי שירות ארוכים: שחיקה מופחתת של המושב וחומרים עמידים מאריכים את חיי השירות.
- דיוק: חנק וכיבוי מעולים גם בתנאים תובעניים.
- רב-תכליתיות: מתאים למגוון רחב של נוזלים וסביבות.
6.2.2 חסרונות:
- עלות גבוהה יותר: חומרים יקרים ותכנון מורכב מגדילים את ההשקעה הראשונית.
- מורכבות: התקנה ותיקון דורשים מומחיות רבה יותר.
- משקל: מבנה כבד יותר עלול לסבך התקנה שדרוג של מערכות מסוימות.
שסתומי פרפר קונצנטריים ושסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים משרתים תחומים חופפים אך שונים בבקרת נוזלים. עיצוב מושב הגומי ללא היסט של השסתום הקונצנטרי הופך אותו לבחירה מעשית ובמחיר סביר עבור יישומים מתונים כגון אספקת מים, עיבוד מזון או כיבוי אש. אם ביצועים ועמידות אינם ניתנים למשא ומתן, אז שסתום פרפר בעל ביצועים גבוהים הוא התשובה. עבור יישומים קבורים (כגון צינורות תת-קרקעיים), ניתן להשתמש בשתי השיטות, אך המשקל הקל יותר והעלות הנמוכה יותר של השסתום הקונצנטרי גוברים בדרך כלל אלא אם כן תנאים קיצוניים דורשים אחרת.