في المناطق الصناعية وأنظمة الدورة الدموية للمباني، تؤدي شبكات خطوط الأنابيب بصمت المهمة الحاسمة المتمثلة في نقل الطاقة والمواد. تعمل هذه الأنظمة بشكل مستمر في ظل ظروف صعبة تتمثل في تقلبات درجات الحرارة وتغيرات الضغط والاهتزازات الميكانيكية، وتعتمد على مكون غالبًا ما يتم تجاهله لحمايتها: وصلة تمدد الأنابيب.
يعد التمدد الحراري والانكماش من الظواهر الفيزيائية الأساسية التي تؤثر على جميع أنظمة خطوط الأنابيب. عندما ترتفع درجات الحرارة، تتوسع الأنابيب؛ عندما تنخفض درجات الحرارة، فإنها تنكمش. وتعتمد درجة هذه الحركة على مادة الأنبوب وطوله واختلاف درجات الحرارة.
خذ بعين الاعتبار مقطعًا بطول 100 قدم من الأنابيب الفولاذية مقاس 4 بوصات. عند تسخينه إلى 200 درجة فهرنهايت، يولد التمدد الحراري ما يزيد عن 120.000 رطل من قوة الدفع، وهو ما يكفي لثني الأنابيب أو تمزيقها وإتلاف المعدات المتصلة. يمكن لأنابيب الغاز المثبتة على السقف والمعرضة للحرارة الشديدة أن تلتوي مثل الثعابين، مما يشكل مخاطر كبيرة على السلامة.
بدون وصلات التمدد، تتراكم هذه الضغوط الحرارية، مما قد يسبب:
يتطلب التصميم المناسب لنظام خطوط الأنابيب حسابات دقيقة للتمدد الحراري. تظهر المواد المختلفة معاملات تمدد مختلفة، على سبيل المثال، يتمدد النحاس أكثر من الفولاذ في ظل ظروف مماثلة. توفر معايير ASHRAE إرشادات لحساب الحركة الحرارية للنظام ومرونته.
تشمل الصيغ الرئيسية ما يلي:
التوسع الخطي:ΔL = α × L × ΔT
حيث ΔL هو تغير الطول، و α هو المعامل، و L هو الطول الأصلي، و ΔT هو الفرق في درجة الحرارة.
توسيع الحجم:ΔV = β × V × ΔT
حيث ΔV هو تغير الحجم، β هو المعامل الحجمي، وV هو الحجم الأصلي.
وصلات توسعة المنفاخ:وهي صغيرة الحجم وفعالة من حيث التكلفة، وتتعامل مع الحركة المحورية في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل أنظمة العادم. قدرتها المحدودة على الحركة تجعلها غير مناسبة للأنظمة الكبيرة.
وصلات التمدد بدون حزم:تم تصميمها لتطبيقات البخار عالي الضغط، وهي تسمح باستبدال الحشو أثناء التشغيل ولكنها تتطلب تثبيتًا كبيرًا وصيانة منتظمة.
منفاخ الضغط الخارجي:يعمل الضغط خارج المنفاخ، مما يتيح حركة محورية أكبر مع استقرار معزز للتطبيقات الصعبة.
المعوضات النحاسية:توفر هذه الوحدات الموثوقة التي لا تحتاج إلى صيانة تعويضًا للحركة المحورية، والتي تستخدم عادةً في أنظمة التدفئة.
تستوعب هذه المفاصل متعددة الاستخدامات الحركة متعددة الاتجاهات (المحورية والجانبية والزاوية) مع الحد الأدنى من متطلبات التثبيت، ولكن بتكلفة أعلى.
تتطلب حلقات الأنابيب التقليدية مساحة كبيرة، في حين أن البدائل مثل المنافيخ المزدوجة أو مفاصل المنفاخ المحورية توفر حلولًا مدمجة للحركة المحورية والجانبية في المناطق المحصورة.
يتكون إجمالي حمل التثبيت من ثلاثة مكونات:
التوجيه السليم والرسو ضروريان. يضع المبدأ التوجيهي القياسي الدليل الأول عند 4 أقطار أنبوب من المفصل، والثاني عند 14 قطرًا، والثالث عند 40 قطرًا. لا ينبغي أبدًا أن تكون الشماعات بمثابة أدلة.
تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:
في المناطق الصناعية وأنظمة الدورة الدموية للمباني، تؤدي شبكات خطوط الأنابيب بصمت المهمة الحاسمة المتمثلة في نقل الطاقة والمواد. تعمل هذه الأنظمة بشكل مستمر في ظل ظروف صعبة تتمثل في تقلبات درجات الحرارة وتغيرات الضغط والاهتزازات الميكانيكية، وتعتمد على مكون غالبًا ما يتم تجاهله لحمايتها: وصلة تمدد الأنابيب.
يعد التمدد الحراري والانكماش من الظواهر الفيزيائية الأساسية التي تؤثر على جميع أنظمة خطوط الأنابيب. عندما ترتفع درجات الحرارة، تتوسع الأنابيب؛ عندما تنخفض درجات الحرارة، فإنها تنكمش. وتعتمد درجة هذه الحركة على مادة الأنبوب وطوله واختلاف درجات الحرارة.
خذ بعين الاعتبار مقطعًا بطول 100 قدم من الأنابيب الفولاذية مقاس 4 بوصات. عند تسخينه إلى 200 درجة فهرنهايت، يولد التمدد الحراري ما يزيد عن 120.000 رطل من قوة الدفع، وهو ما يكفي لثني الأنابيب أو تمزيقها وإتلاف المعدات المتصلة. يمكن لأنابيب الغاز المثبتة على السقف والمعرضة للحرارة الشديدة أن تلتوي مثل الثعابين، مما يشكل مخاطر كبيرة على السلامة.
بدون وصلات التمدد، تتراكم هذه الضغوط الحرارية، مما قد يسبب:
يتطلب التصميم المناسب لنظام خطوط الأنابيب حسابات دقيقة للتمدد الحراري. تظهر المواد المختلفة معاملات تمدد مختلفة، على سبيل المثال، يتمدد النحاس أكثر من الفولاذ في ظل ظروف مماثلة. توفر معايير ASHRAE إرشادات لحساب الحركة الحرارية للنظام ومرونته.
تشمل الصيغ الرئيسية ما يلي:
التوسع الخطي:ΔL = α × L × ΔT
حيث ΔL هو تغير الطول، و α هو المعامل، و L هو الطول الأصلي، و ΔT هو الفرق في درجة الحرارة.
توسيع الحجم:ΔV = β × V × ΔT
حيث ΔV هو تغير الحجم، β هو المعامل الحجمي، وV هو الحجم الأصلي.
وصلات توسعة المنفاخ:وهي صغيرة الحجم وفعالة من حيث التكلفة، وتتعامل مع الحركة المحورية في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل أنظمة العادم. قدرتها المحدودة على الحركة تجعلها غير مناسبة للأنظمة الكبيرة.
وصلات التمدد بدون حزم:تم تصميمها لتطبيقات البخار عالي الضغط، وهي تسمح باستبدال الحشو أثناء التشغيل ولكنها تتطلب تثبيتًا كبيرًا وصيانة منتظمة.
منفاخ الضغط الخارجي:يعمل الضغط خارج المنفاخ، مما يتيح حركة محورية أكبر مع استقرار معزز للتطبيقات الصعبة.
المعوضات النحاسية:توفر هذه الوحدات الموثوقة التي لا تحتاج إلى صيانة تعويضًا للحركة المحورية، والتي تستخدم عادةً في أنظمة التدفئة.
تستوعب هذه المفاصل متعددة الاستخدامات الحركة متعددة الاتجاهات (المحورية والجانبية والزاوية) مع الحد الأدنى من متطلبات التثبيت، ولكن بتكلفة أعلى.
تتطلب حلقات الأنابيب التقليدية مساحة كبيرة، في حين أن البدائل مثل المنافيخ المزدوجة أو مفاصل المنفاخ المحورية توفر حلولًا مدمجة للحركة المحورية والجانبية في المناطق المحصورة.
يتكون إجمالي حمل التثبيت من ثلاثة مكونات:
التوجيه السليم والرسو ضروريان. يضع المبدأ التوجيهي القياسي الدليل الأول عند 4 أقطار أنبوب من المفصل، والثاني عند 14 قطرًا، والثالث عند 40 قطرًا. لا ينبغي أبدًا أن تكون الشماعات بمثابة أدلة.
تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:
