אטמי שסתומי פרפר: מבנה, חומרים וניתוח יישום

שסתומי פרפר מוערכים באופן נרחב בזכות יעילות העלות וההפעלה המהירה שלהם, כאשרביצועי אטםמכתיב ישירות את אמינות השסתומים ואת תוחלת החיים שלהם. עיצובי האטמים משתנים באופן משמעותי, כל אחד מתאים לתנאי הפעלה ספציפיים. מאמר זה בוחן את מבני האטמים הליבה, החומרים שלהם ויישומיהם המעשיים.

​1. מבני ותפקוד אטמי ליבה​

אטמי שסתום פרפר מהווים אתטבעת המושבומשטח איטום קצה הדיסק, מסווג לשני סוגים עיקריים:

• ​אטמים רכים:​
  הצג ​מושב אלסטומרי(גומי, PTFE) מותקן בגוף השסתום או בדיסק. הסגירה דוחסת את קצה הדיסק (בדרך כלל מתכת) לתוך המושב הרך, מעוותת אותו לאיטום הדוק.
  יתרונות:לחץ איטום נמוך, דליפה כמעט אפסית (אפשרי בדרגה VI), עלות נמוכה, מומנט מינימלי.
  חסרונות:עמידות מוגבלת לטמפרטורה/לחץ/כימיקלים; פגיע לשחיקה ולנזק לחלקיקים; לא מתאים לחנק תכוף.
• ​אטמי מתכת קשים (עיצוב משולש אופסט - איור 1):​
  השתמשו באיטום מתכת-למתכת (למשל, נירוסטה, סגסוגות). אלמנטים מרכזיים בתכנון:
  • ​קיזוז ראשון:ציר הגזע מוסט ממרכז הצינור.
  • ​קיזוז שני:ציר הגזע מוטה ממרכז משטח איטום הדיסק.
  • ​קיזוז שלישי (קריטי):פרופיל איטום בעל זווית חרוטית מאפשר מגע בקו/בשטח קטן.
    יתרונות:עמידות יוצאת דופן לטמפרטורה/לחץ/שחיקה/קביטציה; אורך חיים ארוך; פוטנציאל לשימוש חוזר.
    חסרונות:עלות ייצור גבוהה; מאמץ ישיבה גבוה; מומנט מוגבר; דליפה אפשרית בלחץ נמוך (בדרך כלל דרגה IV).

​איור 1: מבנה אטם מתכתי בעל אופסט משולש​
(ויזואלי: מדגים מגע קו חרוטי המבטל חיכוך הזזה במהלך הפעולה)

​2. השוואת ביצועים מרכזיים​

​אטמים רכים לעומת אטמים קשים:​

• ​טמפרטורה:אטמים רכים פועלים בין -50°C ל-200°C (תלוי ב-PTFE/גומי), בעוד אטמי מתכת עומדים בטמפרטורות קיצוניות מ-196°C ל-600°C+.
• ​לחץ:אטמים רכים מתאימים ל-PN25 ≤ (ANSI 150 ≈). אטמי מתכת מתאימים ל-PN16-PN150 (ANSI 900 ≈).
• ​דליפה:אטמים רכים משיגים דליפה כמעט אפסית (דרגה VI). אטמי מתכת מגיעים לדרגה IV/V, ומשתפרים תחת לחץ גבוה.
• ​תאימות מדיה:אטמים רכים מצטיינים עם מים/אוויר/נוזלים ניטרליים. אטמי מתכת סובלים קיטור, פחמימנים, תרחיפים, נוזלים קורוזיביים וגזים חמים.
• ​חוסן:אטמי מתכת מציעים עמידות מעולה בפני חלקיקים, שחיקה ובלאי. אטמים רכים מתכלים במהירות בשימוש שוחק או עם גזים תכופים.
• ​עלות ותפעול:אטמים רכים זולים יותר ודורשים מומנט מינימלי. אטמי מתכת דורשים השקעה ראשונית ומומנט גבוהים יותר, אך מציעים עמידות לאורך זמן בתנאים קשים.
• ​יישומים:אטמים רכים שולטים במערכות מיזוג אוויר, מערכות מים וגז בלחץ נמוך. אטמי מתכת חיוניים בזיקוק, קווי קיטור, עיבוד כימי ונפט/גז.

​3. חומרי מושב אטם רך​

בחירת חומרים מגדירה את גבולות הביצועים:

• ​NBR (גומי ניטריל):עמיד בפני שמנים ופחמימנים (-20°C עד 80°C).שימוש: מים, אוויר דחוס, נוזלים על בסיס נפט.
• ​EPDM (אתילן פרופילן דיאן):עמיד למים חמים/קיטור (<150°C), אוזון ואלקליות.שימוש: מערכות חימום, מזון/משקאות, אוויר לח.
• ​FKM (פלואורו-קרבון ויטון®):עמיד בפני שמנים, דלקים, חומצות וטמפרטורות גבוהות (-20°C עד 200°C).שימוש: עיבוד כימי, קווי דלק, מדיה חומצית.
• ​PTFE (פוליטטראפלואורואתילן):אינרטי מבחינה כימית (-50°C עד 200°C), חיכוך נמוך. משמש כ:
  • מושבים טהורים:עמידות בפני קורוזיה, איטום בינוני.
  • מושבים מחוזקים (זכוכית/גרפיט):עמידות טובה יותר לזרימה קרה.
  • מושבים מרופדים (שפתיים/צינורות בועות):משלב גמישות ועמידות בפני כימיקלים.

​4. חומרי איטום מתכתיים וטיפולים​

הביצועים תלויים בשילוב חומרים ובהנדסת פני השטח:

• ​אסטרטגיית חומרים:​
  • זיווג חומרים שונה מונע התגרות (למשל, נירוסטה לעומת Stellite®).
  • קשיות פני המושב > קשיות פני השטח של הדיסק (לפי ~HRC 2-5), מה שהופך את הדיסק להחלפה.
• ​שיפורי פני השטח:​
  • ​ציפוי קשיח:סטליט 6®(מבוסס קובלט, HRC 40-50) אוציפויי Inconel 625®** (על בסיס ניקל) עמידים בפני שחיקה וקורוזיה.פתרון עיקרי לשירות קשה.
  • ​הקשחת מקרה:הקשיית להבה/פלזמה/לייזר או ניטרידינג (≥HV 1000) מגבירים את העמידות בפני שחיקה/גירוש.
  • ​תרסיס תרמי:HVOF מיושםטונגסטן קרביד (WC)אותחמוצת כרוםציפויים מספקים עמידות גבוהה ביותר למשטחים.
• ​סגסוגות אקזוטיות:פלדת Hastelloy® או דופלקס המשמשת בסביבות קורוזיביות מאוד (עלות גבוהה).

​5. מגבלות וקריטריונים לבחירה​

​שיקולים מרכזיים:​

• ​מגבלות איטום רך:דחיסה קבועה, חוסר תאימות כימית (נפיחות/התפרקות), זרימה קרה/זחילה (PTFE/גומי), נזק לחלקיקים.
• ​מגבלות איטום קשיח:דליפה אפשרית בלחץ נמוך, עלות/מומנט גבוהים יותר.
• ​מניעי בחירה:תכונות המדיה (T, P, קורוזיביות, מוצקים), דרישות דליפה, תדירות מחזור חיים, חומרת תפעולית ותקציב.

​סיכום:​
בחירת שסתום פרפר מוגדרת על ידיסינרגיה בין מבנה לחומר אטימה. ​אטמים רכים(EPDM/NBR/PTFE) מצטיינים ביישומי מים/אוויר בלחץ נמוך, הרגישים לעלות.אטמים רכים FKM או PTFE מרוכביםלטפל במדיה קורוזיבית.אטמי מתכת בעלי שלוש אופסטותעםמשטחים מוקשים/סטליט®הם חובה עבור קיטור, פחמימנים, טמפרטורה גבוהה (T/P) וזרימות ארוזיביות. חומרים מבוססי ניקל משמשים לתנאים קיצוניים. הערכה קפדנית של פרמטרי הפעלה ותכונות החומר היא קריטית; אי-התחשבות במפרטי האטמים מסכנת דליפה, כשל מוקדם וזמן השבתה יקר.