שסתומי פרפר הם סוג של שסתום סיבוב שנפתח ונסגר על ידי סיבוב חבר סגירה בצורת דיסק (כגון מעגל או מלבן) עד 90 מעלות או זווית דומה. יש להם היסטוריה ארוכה. בשלב מוקדם, בגלל ביצועי איטום לקויים, שסתומי הפרפרים שימשו בעיקר לוויסות, כמו בשסתומי גז פליטה. עם זאת, עם הופעתם של חומרי איטום אלסטיים כמו גומי סינטטי ומחקר מעמיק על מנגנוני איטום, הופיעו שסתומי פרפר אטומים. כיום שסתומי הפרפר משמשים לא רק לוויסות אלא גם למטרות איטום.
שסתומי פרפר בולטים ביישומים שונים בגלל המבנה הפשוט שלהם, התנגדות לעיוות תרמי, קל משקל, עיסוק בחלל קטן, פתיחה וסגירה מהירה, צריכת חשמל נמוכה, ביצועי איטום מצוינים וחיי שירות ארוכים. במיוחד בתחום שסתומי הלחץ הנמוך, בקוטר גדול, היישומים שלהם נפוצים יותר ויותר. בין אם במערכות מים, מערכות גז, הנדסה עירונית או ייצור חשמל תרמי, שסתומי הפרפר ממלאים תפקיד מכריע. יתר על כן, עם התקדמות טכנולוגית, שופרה ברציפות את יכולת נושאת הלחץ של שסתומי הפרפר, כאשר כעת זמינים כעת שסתומי פרפר בכיתה 600 עד 1500.
מבחינת איטום, שסתומי הפרפרים משתמשים במנגנונים שונים. שיטה אחת היא להשתמש בהפרעה שמתאימה ליצירת לחץ ספציפי לאיטום הדוק. גישה אחרת כוללת יישום ישיר של לחץ או מומנט כדי לדחוס את משטחי האיטום, כמו תכנון של שסתומי פרפר כפול-אקסצנטריים ושלושה-אקסצנטריים. בנוסף, נעשה שימוש באפקט פויסון, כאשר הלחץ הבינוני פועל על טבעת האיטום כדי להשיג איטום. יתר על כן, "אפקט המיתוג" של גופים אלסטיים מיושם גם באופן נרחב בעיצוב האיטום של שסתומי הפרפר.
ניתן לסווג שסתומי פרפר בדרכים שונות. לדוגמה, בהתבסס על מטרתם ותפקודם, ניתן לחלק אותם לסוגי כיבוי ווויסות. מבחינת המבנה, ניתן לסווג אותם לשסתומי פרפר אקסצנטריים יחידים, אקוונטיים, כפולים-אקסצריים ומשולשים-אקסצנטריים. על ידי חומר איטום הם מסווגים עוד יותר לשסתומי פרפר אטומים, אטומים PTFE ואטומים מתכת.
שסתומי פרפר אטומים הם סוג חשוב מכיוון שזוגי האיטום שלהם יכולים להיות חותמות קשות בין מתכות או חותמות רכות בין מתכות לגומי או פלסטיק. ניתן למקם את טבעת האיטום על צלחת הפרפר או על גוף השסתום.
תלוי במיקום של צלחת הפרפר בשסתום, ניתן לחלק את השסתומים הללו עוד יותר לקיזוז סימטרי מרכזי, לקזז (כולל סוגים יחיד-אקסצנטריים, כפול-אקסצנטריים ומשולשים-אקסצנטריים) וסוגים נוטים. ביניהם, שסתום הפרפר הקו הוא סוג נפוץ. ציר גזע השסתום שלו והמטוס המרכזי של צלחת הפרפר נמצאים באותו מישור ומצטלבים בניצב עם קו האמצע של צינור גוף השסתום. מכיוון שהאזורים משני צידי צלחת הפרפר מופצים באופן סימטרי סביב ציר גזע השסתום, שסתום הפרפר קו מרכזית מספק איטום דו כיווני עם עמידות בפני זרימה נמוכה ומומנטים קטנים ופתיחה סגירה. זה הופך אותו למועדף באופן נרחב ביישומים קטנים ובינוניים. עם זאת, בגלל החיכוך התכוף בראש הציר, הבלאי מתרחש במהירות, מה שעלול להוביל לדליפה. כדי לטפל בבעיה זו, ראש הציר מרופד לעיתים בסרט PTFE או מצויד במעיינות כדי לפצות על בלאי. ראוי לציין שאם שסתום פרפר קו מרכזית נוקט בשיטת איטום מתכת-מטאל, האיטום הופך למאתגר יותר. לעומת זאת, שסתומי פרפר נוטים ומקזזים, אף שהם נקיים מחיכוך ראש הציר, הם בעלי עמידות לזרימה גבוהה יחסית ואיטום מומנט.
שסתום הפרפר היחיד-אקסצנטרי מתוכנן כך שציר השסתום חורג מהמטוס המרכזי של צלחת הפרפר ויוצר אקסצנטריות יחידה. תכנון זה משנה את המצב בו הקצוות העליונים והתחתונים של צלחת הפרפר מסתמכים על ציר השסתום כציר, ובכך מבטל בעיות חיכוך, בלאי ודליפה בקצוות הציר העליון והתחתון. אף על פי כן, השפעת האיטום של שסתום פרפר יחיד-אקסצנטרי אינה אחידה בשני הכיוונים. בדרך כלל, קל יותר להשיג איטום בכיוון קדימה (מציר השסתום למשטח האיטום), ואילו דליפה עשויה להתרחש בכיוון ההפוך בגלל חוסר התמיכה ממשטח האיטום. עם זאת, על ידי שימוש בחותם רך גומי ומינוף גמישותו, ניתן להשיג ביעילות איטום דו כיווני. מנגנון מגע איטום זה דומה ל"כדור בחרוט ", ומבטיח שתמיד יש שתי נקודות מגע בפתחים שונים של צלחת הפרפר. יש לציין כי שתי הנקודות הללו עשויות ללבוש מהר יותר במהלך הרגולציה, ומשפיעות לרעה על אפקט האיטום. אם משתמשים בחותם קשה מתכת, הזדווגות של שני קונוסים חיוביים עלולה להפריע במהלך סיבוב צלחת הפרפר, מה שמקשה על פתיחה וסגירה. מאפיין העיצוב של שסתום הפרפר מסוג זה הוא שציר השסתום חורג מהמטוס המרכזי של צלחת הפרפר, ויוצר אקסצנטריות יחידה, ובכך משפר את ביצועי האיטום.
שסתום פרפר אקסצנטרי דובל
העיצוב של שסתום הפרפר הכפול-אקסצנטרי מייעל עוד יותר את אפקט האיטום. על ידי קיזוז ציר השסתום במרחק מסוים, הקו המחבר את הציר ונקודת האיטום יוצר זווית סתמית (גדולה מ- 90 מעלות) עם משטח האיטום. עיצוב זה לא רק מבטל הפרעות במהלך איטום, אלא גם משיג חותם הדוק יותר כאשר השסתום סגור, ויוצר כוח דחיסה גדול יותר על משטח האיטום. בנוסף, כאשר נפתח שסתום הפרפר הכפול-אקסצנטרי, משטח האיטום של צלחת הפרפר נפרד במהירות ממושב השסתום, ומפחית משמעותית את המגע והגרד. תכנון זה מאפשר גם ליישם שסתום אטום מתכת.
שסתום פרפר-אקסצנטרי-אקסצנטרי
שסתום הפרפר המשולש-אקסצנטרי כולל תכנון חכם המסובב את זווית החרוט החיובית לזווית חרוט מלוכסנת, ומפחית את האקסצנטריות ומומנט הפתיחה. עם זאת, עדיין יש לקבוע את המיקום בפועל של הציר באמצעות ניתוח תנועה תלת ממדי כדי להבטיח שמשטחי האיטום לא יפריעו זה לזה. ראוי להזכיר כי טבעת האיטום של שסתום הפרפר המשולש-אקסצנטרי מעוצבת בגמישות ויכולה להיות מרובת שכבתה או בצורה של טבעת בצורת U או בצורת O, בדומה לעיצוב נלס. חומרים לא מתכתיים כמו גומי ו- PTFE הם גם אפשרויות קיימא לטבעת האיטום. עם זאת, אין צורך לאמץ תכנון משולש-אקסצנטרי כדי להשתמש בחומרי איטום אלסטיים שאינם מתכתיים אלה. אחד התכונה הייחודית של עיצוב שסתום פרפר זה הוא שניתן להסיר את לוחית הפרפר. כדי להבטיח יעילות איטום, השסתום מצויד בשתי קבוצות של טבעות איטום, אחת מקדימה ואחת מאחור. בשימוש יומיומי, אם קבוצה אחת של טבעות איטום פגומה, המשתמשים יכולים להחליף בקלות את החלק הפגוע מבלי שצריך להסיר את כל השסתום.
שסתום פרפר-דרך-דרך
שסתום הפרפר הארבע-כיווני הוא חבר במשפחת שסתום הפרפר, המובחן בארבעת התעלות שלו, המאפשרות לו לשנות גמישות את כיוון הזרימה של המדיום. ביישומים כמו שטיפה אחורית של מי קירור במעבות תחנות הכוח, שסתום הפרפר ארבע כיוונים מדגים את התאמתו המצוינת. שסתום זה מצויד בטבעות איטום כפולות על צלחת הפרפר כדי להבטיח ביצועי איטום מעולים הן בכניסה ובאופן בו. הוא כולל גם פונקציית מעבר מים אמצעית, המשפרת עוד יותר את אפקט האיטום. מתאים במיוחד לטיפול בתקשורת מים וגז, הוא משמש לעתים קרובות כשסתום ואקום. תכנון זה יושם על ידי Showa ביפן ויושם בתחנת הכוח של שנגחאי שידונגקו. עם זאת, במהלך תכנון המערכת, יש לנקוט בזהירות כדי למנוע מים לזרום חזרה לטורבינת הקיטור בעת פתיחת השסתום, ובכך להגן על הלהבים מפני נזק.