ניתוח מקיף של שסתומי פרפר גמישים

שסתומי פרפר גמישיםהם סוג שסתומי הפרפר הנפוצים ביותר בצנרת תעשייתית. הם משתמשים בחומרים אלסטיים כמו גומי כמשטח איטום, תוך הסתמכות על "חוסן החומר" ו"דחיסה מבנית" כדי להשיג ביצועי איטום.
מאמר זה לא רק מציג את המבנה, השימושים והחומרים, אלא גם מנתח אותם, החל מידיעת כללי ועד ללוגיקה מעמיקה.

1. הבנה בסיסית של שסתומי פרפר גמישים (תיאור קצר)

1.1 מבנה בסיסי

גוף השסתום:בדרך כלל סוג פרוסה, סוג לולאה או סוג אוגן.
דיסק שסתום:לוחית מתכת עגולה הדוחסת את מושב הגומי כאשר הוא סגור ליצירת אטימה.
מושב השסתום:עשוי מחומרים אלסטיים כגון NBR/EPDM/PTFE/מצופה גומי, פועל בשיתוף פעולה עם דיסקית השסתום.
גזע שסתום:משתמש בעיקר בעיצוב בעל פיר יחיד או פיר כפול.
מַפעִיל:ידית, גלגל שיניים, חשמלי, פנאומטי וכו'.

1.2 מאפיינים נפוצים

רמת איטום בדרך כלל משיגה אפס דליפה.
עלות נמוכה ומגוון רחב של יישומים.
משמש בעיקר במערכות לחץ נמוך עד בינוני כגון מים, מיזוג אוויר, HVAC ותעשיות כימיות קלות.

2. תפיסות מוטעות לגבי שסתומי פרפר גמישים

2.1 מהות האיטום היא גמישות הגומי

אנשים רבים מאמינים: "מושבים גמישים מסתמכים על גמישות גומי לאיטום."
המהות האמיתית של איטום היא:
גוף השסתום + מרחק מרכז גזע השסתום + עובי דיסק השסתום + שיטת הטמעת מושב השסתום
יחד יוצרים "אזור דחיסה מבוקר".
במילים פשוטות:
הגומי לא יכול להיות רופף מדי או הדוק מדי; הוא מסתמך על "אזור דחיסה לאיטום" הנשלט על ידי דיוק עיבוד שבבי.
למה זה קריטי?
דחיסה לא מספקת: שסתום דולף כשהוא סגור.
דחיסה מוגזמת: מומנט גבוה במיוחד, הזדקנות מוקדמת של הגומי.

2.2 האם צורת דיסק יעילה יותר חסכונית יותר באנרגיה?

השקפה נפוצה: דיסקיות שסתומים יעילות יכולות להפחית את אובדן הלחץ.
זה נכון על פי תיאוריית "מכניקת הזורמים", אך זה לא ישים לחלוטין ליישום בפועל של שסתומי פרפר גמישים.
לְנַמֵק:
המקור העיקרי לאובדן לחץ בשסתומי פרפר אינו צורת דיסק השסתום, אלא "אפקט מנהרת המיקרו-תעלה" הנגרם כתוצאה מהתכווצות גומי מושב השסתום. דיסק שסתום דק מדי עלול לא לספק לחץ מגע מספיק, מה שעלול להוביל לקווי איטום לא רציפים ולדליפות.
דיסק שסתום יעיל יכול לגרום לנקודות לחץ חדות על הגומי, ולקצר את תוחלת החיים שלו.
לכן, תכנון שסתומי פרפר בעלי מושב רך נותן עדיפות ל"יציבות קו האיטום" על פני ייעול.

2.3 שסתומי פרפר בעלי מושב רך הם בעלי מבנה קו מרכז בלבד

לעתים קרובות נאמר באינטרנט כי שסתומי פרפר אקסצנטריים צריכים להשתמש באטמים קשים ממתכת.
עם זאת, ניסיון הנדסי מהעולם האמיתי מראה כי:
אקסצנטריות כפולה משפרת משמעותית את תוחלת החיים של שסתומי פרפר גמישים.
לְנַמֵק:
אקסצנטריות כפולה: דיסקית השסתום נוגעת בגומי רק במהלך 2-3 מעלות האחרונות של הסגירה, מה שמפחית משמעותית את החיכוך.
מומנט נמוך יותר, מה שמוביל לבחירת מפעיל חסכונית יותר.

2.4 השיקול העיקרי לגבי מושב הגומי הוא "שם החומר"*

רוב המשתמשים מתמקדים רק ב:
EPDM
NBR
ויטון (FKM)
אבל מה שבאמת משפיע על תוחלת החיים הוא:

2.4.1 קשיות שור:

לדוגמה, קשיות Shore A של EPDM אינה מקרה של "ככל שרך יותר טוב". בדרך כלל, 65-75 היא נקודת האיזון האופטימלית, ומשיגה אפס דליפה בלחץ נמוך (PN10-16).
רך מדי: מומנט נמוך אך נקרע בקלות. בשיאי לחץ גבוה (>2 מגה פסקל) או בסביבות סוערות, גומי רך נדחס יתר על המידה, מה שגורם לעיוות שחול. יתר על כן, טמפרטורות גבוהות (>80°C) מרככות עוד יותר את הגומי.
קשה מדי: קשה לאטום, במיוחד במערכות בלחץ נמוך (<1 MPa), שבהן הגומי לא ניתן לדחוס מספיק כדי ליצור ממשק אטום, מה שמוביל לדליפות מיקרוסקופיות.

2.4.2 טמפרטורת גיפור וזמן ריפוי

טמפרטורת הגיפור וזמן הייבוש שולטים בקישור הצולב של שרשראות מולקולריות גומי, ומשפיעים ישירות על יציבות מבנה הרשת ועל הביצועים לטווח ארוך. טווח אופייני הוא 140-160 מעלות צלזיוס, 30-60 דקות. טמפרטורות גבוהות מדי או נמוכות מדי מובילות לקשייה לא אחידה ולהזדקנות מואצת. חברתנו משתמשת בדרך כלל בגיפור רב-שלבי (קשייה מוקדמת ב-140 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן קשייה לאחר ב-150 מעלות צלזיוס). 2.4.3 דחיסה
דחיסה מתייחסת לשיעור העיוות הקבוע שעובר גומי תחת לחץ מתמיד (בדרך כלל דחיסה של 25%-50%, נבדק ב-70°C/22 שעות, ASTM D395) ואינו יכול להתאושש לחלוטין. הערך האידיאלי לדחיסה הוא <20%. ערך זה הוא "צוואר הבקבוק" לאיטום ארוך טווח של השסתום; לחץ גבוה לטווח ארוך מוביל לפערים קבועים, היוצרים נקודות דליפה.

2.4.4 חוזק מתיחה

א. חוזק מתיחה (בדרך כלל >10 MPa, ASTM D412) הוא המאמץ המקסימלי שהגומי יכול לעמוד בו לפני שבר מתיחה, והוא קריטי לעמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קריעה של מושב השסתום. תכולת הגומי ויחס הפחמן השחור קובעים את חוזק המתיחה של מושב השסתום.
בשסתומי פרפר, הוא עמיד בפני גזירה על ידי קצה דיסק השסתום ופגיעת נוזל.

2.4.5 הסכנה הנסתרת הגדולה ביותר של שסתומי פרפר היא דליפה.

בתאונות הנדסיות, דליפה לרוב אינה הבעיה הגדולה ביותר, אלא דווקא העלייה במומנט.
מה שבאמת מוביל לכשל מערכתי הוא:
עלייה פתאומית במומנט → נזק לגלגל תולעת → ניתוק מפעיל → חסימה של שסתום

למה המומנט עולה פתאום?

- התפשטות מושב השסתום בטמפרטורה גבוהה
- ספיגת מים והתפשטות של הגומי (במיוחד EPDM באיכות נמוכה)
- עיוות קבוע של הגומי עקב דחיסה ארוכת טווח
- תכנון לקוי של הפער בין גזע השסתום לדיסק השסתום
- מושב השסתום לא הוכנס כראוי לאחר ההחלפה
לכן, "עקומת המומנט" היא אינדיקטור חשוב מאוד.

2.4.6 דיוק עיבוד גוף השסתום אינו חסר חשיבות.

אנשים רבים מאמינים בטעות כי איטום שסתומי פרפר בעלי מושב רך מסתמך בעיקר על גומי, ולכן דרישות דיוק העיבוד של גוף השסתום אינן גבוהות.
זה שגוי לחלוטין.
דיוק גוף השסתום משפיע על:
עומק חריץ מושב השסתום → סטיית דחיסה של איטום, מה שגורם בקלות לחוסר יישור במהלך פתיחה וסגירה.
שיפוע לא מספק של קצה החריץ → שריטות במהלך התקנת מושב השסתום
שגיאה במרחק המרכז של דיסק השסתום → מגע מוגזם מקומי

2.4.7 הליבה של "שסתומי פרפר מרופדים לחלוטין בגומי/PTFE" היא דיסק השסתום.

הליבה של המבנה המצופה כולו בגומי או PTFE אינה "שטח גדול יותר שנראה עמיד בפני קורוזיה", אלא לחסום את כניסת המדיום לתעלות המיקרו בתוך גוף השסתום. בעיות רבות עם שסתומי פרפר זולים אינן נובעות מאיכות גומי ירודה, אלא:

ה"פער בצורת טריז" בצומת מושב השסתום וגוף השסתום אינו מטופל כראוי.
שחיקת נוזלים לטווח ארוך → סדקים זעירים → שלפוחיות ובליטות בגומי
השלב הסופי הוא כשל מקומי של מושב השסתום.

3. מדוע משתמשים בשסתומי פרפר גמישים ברחבי העולם?

מלבד עלות נמוכה, שלוש הסיבות העמוקות יותר הן:

3.1. סבילות גבוהה במיוחד לתקלות

בהשוואה לאטמי מתכת, לאטמי גומי, בשל גמישותם המצוינת, יש סבילות גבוהה לסטיות התקנה ועיוותים קלים.
אפילו שגיאות בייצור מוקדם של צינורות, סטיות באוגן ומאמץ לא אחיד של ברגים נספגים על ידי גמישות הגומי (כמובן, זה מוגבל ולא רצוי, ויגרום נזק מסוים לצינור ולשסתום בטווח הארוך).

3.2. יכולת הסתגלות מיטבית לתנודות לחץ במערכת

אטמי גומי אינם "שבירים" כמו אטמי מתכת; הם מפצים אוטומטית את קו האיטום במהלך תנודות לחץ.

3.3. עלות מחזור החיים הכוללת הנמוכה ביותר

שסתומי פרפר אטומים קשיחים עמידים יותר, אך העלות ועלויות המפעיל גבוהות יותר.
לשם השוואה, עלויות ההשקעה והתחזוקה הכוללות של שסתומי פרפר גמישים הן חסכוניות יותר.

4. סיכום

הערך שלשסתומי פרפר גמישיםזה לא רק "איטום רך"
שסתומי פרפר אטומים רכים אולי נראים פשוטים, אך מוצרים מצוינים באמת מגובים על ידי לוגיקה קפדנית ברמת הנדסה, כולל:
עיצוב אזור דחיסה מדויק
ביצועי גומי מבוקרים
התאמה גיאומטרית של גוף השסתום והגבעול
תהליך הרכבת מושב השסתום
ניהול מומנט
בדיקות מחזור חיים
אלו הם הגורמים המרכזיים הקובעים את האיכות, לא "שם החומר" ו"מבנה המראה".

הערה:* הנתונים מתייחסים לאתר זה:https://zfavalves.com/blog/key-factors-that-determine-the-quality-of-soft-seal-butterfly-valves/