שסתום

שסתום (באנגלית: Valve) הוא התקן (בדרך כלל מכני), אשר משמש לפתיחת מעבר, לסגירת מעבר או לוויסות הזרימה של נוזל או גז. המלה "שסתום" היא מונח עברי מודרני, ומורכבת משתי מילים: שָׁתוּם - שפירושו פתוח, וסָתוּם - שפירושו סגור. את השסתומים במערכות צנרת ניתן לחלק לחמש קטגוריות עיקריות: שסתומי סגירה (stop valves) משמשים לפתיחה, לסגירה או לוויסות הזרימה של נוזל במערכת. שסתומים אל-חוזרים (check valves, non-return valves) מונעים זרימת הנוזל במערכת בכיוון הפוך. שסתומי סגירה אל-חוזרים (screw-down non-return valves) הם שילוב של שסתום סגירה ושל שסתום אל-חוזר. ברזים (cocks), בדרך כלל קטני ממדים, המצויים במצב סגור או פתוח ואינם מיועדים לוויסות הזרימה. שסתומים מיוחדים מסוגים שונים, כגון שסתומי ויסות לחץ, שסתומי ביטחון ועוד. זהו שסתום הסגירה הבסיסי ביותר, שנועד לפתוח, לחסום או לווסת זרימת נוזל או גז במערכת. לשסתום גוף דמוי כדור, ומכאן שמו באנגלית (globe valve). דיסקת השסתום נסגרת על תושבת השסתום באמצעות סיבוב כוש[דרושה הבהרה] בעל תבריג. זרימת הנוזל נעשית מהצד התחתון של התושבת בכיוון מעלה. זרימה בכיוון הפוך מפעילה לחץ על הדיסקה, מקשה על פתיחת השסתום ועלולה במקרים מסוימים לנתק את הדיסקה מהכוש. זאת ועוד, במצב סגור יפעל לחץ גבוה יותר של נוזל על התקן האטימה סביב הכוש, והאפשרות לדליפות תגדל. מאחר שהדיסקה והתושבת נמצאות בזווית ישרה לקו הציר של הצנרת, שינוי כיוון הזרימה בתוך השסתום יוצר מערבולת והפסדי זרימה. במקרים רבים הדבר אינו מהווה בעיה, אך לעיתים הדבר לא רצוי, ויש להשתמש בשסתום בעל מבנה שונה. שסתום סגירה, הנקרא באנגלית gate valve, ומאפשר לנוזל לזרום דרכו מבלי לשנות כיוון ועם מינימום הפסדי זרימה. החלק האוטם הוא מעין סכר ניצב לכיוון הזרימה, המועלה ומורד למקומו באמצעות כוש בעל תבריג. לסכר צורת דיסקה עגולה מקבילה או קונית, והיא מתיישבת על תושבות מתאימות בבית השסתום. שסתום שער צריך להימצא במצב סגור לגמרי או פתוח לגמרי, ואינו נועד לוויסות הזרימה בשל המערבולות הנוצרות סביב הסכר כשהוא פתוח חלקית. יתרה מכך, במצב זה הסכר רועד ונע לצדדים ופוגם בתושבות. ערך מורחב – שסתום פרפר זהו שסתום סגירה, הכולל דיסקה אשר נעה בתנועה סיבובית על ציר בתוך בית השסתום. לפתחי השסתום ממדים זהים לאלו של הצינורות המחוברים אליו. מאחר שהנוזל זורם למלוא שטח החתך של השסתום ובקו ישר, הפסדי הזרימה ומפל הלחץ קטנים מאוד. ניתן להשתמש בשסתום מסוג זה כשסתום פתיחה מהירה או סגירה מהירה, מאחר שנחוץ לסובב את הדיסקה רבע סיבוב בלבד ממצב סגור למצב פתוח ולהפך. שסתומי פרפר גדולים ניתנים להפעלה גם באמצעות מנגנון פנאומטי או הידראולי. שסתום סגירה, המצויד בדיסקת גומי סינתטי גמישה, אשר נלחצת על ידי כוש מתברג ואוטמת את מעבר הנוזל. סוג זה של שסתום מתאים במיוחד לכימיקלים ולנוזלים קורוזיביים בטמפרטורה נמוכה. זהו שסתום דיסקה או שער, המצויד בקפיץ דרוך ובמנגנון הפעלה מרחוק (כבל פלדה או בוכנה הידראולית). הפעלת המנגנון גורמת לקפיץ להשתחרר ולסגור את השסתום באופן מיידי. שסתומים מסוג זה מותקנים למשל במכלי דלק ושמן, על מנת לאפשר את ניתוקם המיידי מן המערכת במקרה שרפה. קיימים בשימוש גם שסתומים לפתיחה מהירה, הפועלים על פי עיקרון זהה. שסתומים אל-חוזרים או חד-כיווניים מותקנים במקומות שונים לאורך הצנרת, כדי למנוע זרימה חוזרת. הם נסגרים ונפתחים בלחץ הנוזל ולא ניתן לשלוט עליהם ידנית. מצויים בשימוש שני סוגים עיקריים: בעלי דיסקה, הנעה אנכית באמצעות מובילים, ובעלי דיסקה הנעה על ציר. אלו הם שסתומי דיסקה, שהכוש שלהם אינו מחובר לדיסקה בצורה קשיחה, אלא נשען עליה. צורת מבנה זו מאפשרת להם לתפקד הן כשסתומי סגירה הן כשסתומים חד-כיווניים. כאשר מבריגים את הכוש בכיוון מטה, הוא לוחץ על הדיסקה וסוגר את השסתום. כאשר מבריגים את הכוש בכיוון מעלה, יכולה הדיסקה לעלות ולרדת ולתפקד כשסתום חד-כיווני. דיסקת השסתום מצוידת במוביל, כדי להבטיח שתתיישב כיאות על תושבתה. ברזים הם שסתומים קטני מידות, שהחלק האוטם שלהם הוא מגופה (plug) קונית, גלילית או כדורית. הם משמשים כברזי סגירה on-off או כברזי מעבר רב-כיווניים. בברזים קוניים מושגת האטימה על ידי השחזה וליטוש של המגופה ותושבתה. בברזים כדוריים התושבות הן טבעות עשויות חומר אלסטי, המהודקות לשני צדי המגופה הכדורית. בברזים גלילים, התושבת בצורת שרוול גלילי, עשוי אף הוא מחומר אלסטי וניתן להחלפה. ערך מורחב – שסתום בטיחות הגנת המערכת מפני לחץ יתר נעשית על ידי שסתומי הקלת לחץ (relief valve) או שסתומי ביטחון (safety valve). השסתום כולל דיסקה, הנשענת על תושבתה בכוח קפיץ דרוך. את לחץ הפתיחה של השסתום ניתן לכוון על ידי הקשחה או הרפיית הקפיץ באמצעות אומי כיוון. לחץ הפתיחה של שסתומים מסוג זה הוא בדרך כלל עד 10% מלחץ העבודה של המערכת. תחזוקת השסתום ובדיקתו בפרקי זמן קבועים חיוניים להגנת המערכת. נשם הוא שסתום ביטחון פשוט המשמש לשחרור לחץ גזים במערכות אטומות. הנשם הוא חד כיווני. קיימים נשמים שמאפשרים זרימת אוויר רק לתוך המערכת, למשל למניעת היווצרות ריק במכל דלק מבלי לאפשר לדלק להישפך החוצה, ונשמים המאפשרים זרימת גזים רק אל מחוץ למערכת - למשל במיכלי תסיסה. נשם כזה עשוי להיות פשוט עד כדי צינור גמיש המוטה לתוך כלי פתוח המכיל מים. ערך מורחב – ונטיל ונטיל הוא שסתום חד-כיווני, המאפשר כניסת אוויר על ידי כך שלחץ האוויר מתגבר על כוח הקפיץ אשר מחזיק את ליבת השסתום לחוץ כנגד אטם, וכאשר מופסקת אספקת לחץ האוויר, הלחץ שבכלי נשאר הודות למנגנון זה. במידת הצורך ניתן לשחרר את הלחץ ששורר בכלי על ידי לחיצה על ליבת השסתום ובכך משווים לחצים עם הסביבה. השם ונטיל לקוח מהשפה הגרמנית, בארץ השתרש המושג ונטיל בהקשר של שסתום חד-כיווני למילוי אוויר בצמיגי אופניים ורכב, כדורי משחק ועוד. גם בגופם של אורגניזמים נמצאים שסתומים, שתפקידם דומה לתפקיד בו הם משמשים במכונות שונות - פתיחת מעבר, סגירת מעבר או וויסות זרימה. מספר שסתומים נמצאים במערכות שונות בגופם של אורגניזמים והם הכרחיים לשמירת ההומאוסטזיס בגוף היצור החי, ולתפקודו התקין. דוגמאות: שסתום השוער: שסתום הנמצא בחיבור בין הקיבה לבין התריסריון, תחילתו של המעי הדק ונסגר בעת הצורך, כאשר התריסריון מלא ונדרש עיכוב ביציאת המזון על מנת להמשיך בתהליך עיכולו התקין. מסתמי העליות-חדרים: מסתמי העליות-חדרים הם שסתומים הנמצאים בין העליות והחדרים בלב. הם נפתחים במהלך הדיאסטולה, ונסגרים במהלך הסיסטולה. תקלה במסתמים אלו עשויה לגרום לאיוושה או למחלת מסתמי לב. מסתמי הלב שסתום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)