اتصالات آکاردئونی فلزی – تولید کننده لرزه گیرهای لاستیکی

“اتصالات آکاردئونی فلزی” چیست؟ Metal Expansion Joints

اتصالات آکاردئونی فلزی صرف نظر از لوازم جانبی مانند روکش و غلاف داخلی و … ؛ تجهیز یا وسیله ای است که متشکل از یک یا چند قسمت فلزی آکاردئونی شکل میباشد که بوسیله اتصال انتهایی خود مانند فلنج و یا لوله به لوله های اصلی متصل میگردند.

این اتصالات فلزی آکاردئونی به منظور جذب تغییرات ابعادی ناشی از انبساط یا انقباض حرارتی خطوط لوله و نیز جذب ارتعاشات ناشی از موتورها، پمپ ها، و غیره در خطوط لوله کشی تاسیسات صنعتی استفاده می شوند.

جزء کلیدی و اصلی در کنترل این تغییرات ابعادی (ناشی از انبساط و انقباظ های حرارتی) قسمت آکاردئونی شکل این تجهیز میباشد که به دلیل انعطاف پذیری ذاتی و نیز طراحی خاص قسمت آکاردئونی شکل آن ناشی می شود.

در طراحی و ساخت قسمت های آکاردئونی شکل (Bellows) این قسمت علاوه بر این که باید انعطاف پذیر بوده بلکه باید انعطاف پذیری قابل کنترل نیز داشته باشد. در طراحی (Bellows) باید پارامترهای عملیاتی دیگری نیز مانند فشار، دما و مقاومت شیمیایی در برابر سیال عبوری از آنها را نیز در نظر گرفت.

“اتصالات آکاردئونی فلزی” بیشتر در صنایع زیر کاربرد دارند

نیروگاه های بخار
نیروگاه های برق آبی
نیروگاه های هسته ای
پالایشگاه های نفت و گاز
کارخانجات صنایع پتروشیمی
کارخانجات صنایع فولاد
کارخانجات صنایع سیمان
تاسیسات و لوله کشی های سرد و گرم ساختمان های مهندسی ساز

اتصالات آکاردئونی فلزی زاویه ای

ANGULAR METAL EXPANSION JOINTS

“اتصالات آکاردئون فلزی زاویه ای”، برخلاف اتصالات آکاردئونی محوری که در محور خط لوله کشیده و فشرده می شوند، فقط در راستای حرکات مجاز زاویه ای به کار برده میشوند. مفاصل انبساط زاویه ای در یک چرخش زاویه ای در یک یا چند محور در راستای زاویه مجاز حرکت می کنند. این حرکات مجاز زاویه ای توسط یک جفت لولا یا یک قسمت گاردانی (Cardan) کنترل می شود. اتصالات قابل انبساط زاویه ای به صورت استاندارد با لولا یا گاردان(Cardan) ارائه می شوند. بسته به نیاز مشتری می توانند با هر اتصال انتهایی مانند انتهای لب جوش، فلنج های جوشی، یا فلنج های گردان یا ترکیبی از آنها طراحی و تولید شوند.

اتصالات آکاردئونی فلزی با امتداد محوری

AXIAL METAL EXPANSION JOINTS

“اتصالات آکاردئونی محوری” برای جذب حرکات محوری (کشیدگی و فشردگی در راستای محور و موازی با خط لوله اصلی ) طراحی شده اند. ازدیاد طول ناشی از دمای قسمتی از یک خط لوله مستقیم بین دو نقطه ثابت ( (Anchor می تواند توسط اتصالات فلزی قابل انبساط محوری جذب شود. این نوع اتصالات یک راه حل ساده و مقرون به صرفه از نظر کنترل حرکات محوری ارائه می دهند.

اتصالات انبساط محوری را می توان به انواع اتصال دهنده ها مانند اتصالات لب جوش یا فلنج های ثابت و یا فلنج های روتاری (قابل چرخش) مجهز کرد.

اتصالات آکاردئونی جانبی

LATERAL METAL EXPANSION JOINTS

از “اتصالات آکاردئونی جانبی” برای جذب انحرافات جانبی استفاده می شود. “اتصالات آکاردئونی جانبی” می توانند به طور همزمان در تمام جهات جانبی حرکت کنند تا انبساط را از دو بخش لوله در جهات مختلف جذب کنند. مفصل انبساط جانبی معمولاً مجهز به وسایلی مانند میله های مهار با اتصال خارجی است که به نوع از اتصالات اجازه می دهد تا حرکات را در تمام جهات جانبی جذب کند و همچنین فشار رانش (از جمله خلاء کامل) را نیز جذب کند.

اجزاء و قطعات اصلی “اتصالات آکاردئونی فلزی”

قسمت اصلی هر “اتصال آکاردئونی فلزی” بخش آکاردئونی(Bellows) آن میباشد. با افزودن قطعات و لوازم جانبی اضافی، پیچیدگی و قابلیت “اتصالات انبساطی فلزی” افزایش می یابد و آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردها و خدمات مناسب می کند.

اقلام زیر برخی از لوازم جانبی و اجزای اصلی و اساسی “اتصالات قابل انبساط فلزی” هستند.

قسمت آکاردئونی (Bellows)

بلوز (Bellows) قسمت اصلی و انعطاف پذیر یک اتصال انبساطی فلزی میباشد که متشکل از یک یا چند قوس و لبه اتصال انتهایی میباشد
بلوزها می توانند تک لایه و یا چند لایه طراحی و ساخته شوند.

نوع اتصال

از رایج ترین انواع اتصال، میتوان به اتصال جوشی ، اتصال فلنج ثابت ، اتصال فلنج گردان ، اتصال رزوه ای نام برد. در برخی موارد میتوان از اتصال نری رزوه از بیرون و یا مادگی رزوه از داخل نیز استفاده نمود.

اتصال فلنج دار

انتهای یک “اتصال آکاردئونی فلزی فلنج دار” مجهز به فلنج بوده که برای نصب “اتصال آکاردئونی فلزی” به فلنج های مقابل تجهیزات یا لوله های مجاور استفاده میگردد.
لرزه گیر های آکاردئونی فلنجی را می توان به صورت ثابت یا گردان عرضه کرد.

لبه انتهای بلوز Bellow

قسمت انتهایی لبه های بلوز که صاف و مستقیم میباشند.

لب جوش

انتهای یک اتصال آکاردئونی فلزی مجهز به لوله برای اتصال جوش لب به لب به تجهیزات یا لوله های مجاور استفاده میگردد. اتصال آکاردئونی فلزی با انتهای لب جوش معمولاً به صورت پخ دار برای جوشکاری لب به لب عرضه می شود.

اتصال انتهایی مختلف

یک اتصال آکاردئونی فلزی (لرزه گیر فلزی آکاردئونی ) میتوان طبق سفارش با دو اتصال مختلف در انتها طراحی و تولید کرد. مانند یک طرف فلنج دار و طرف دیگر لب جوش یا رزوه ای.

حلقه های تقویتی و هماهنگ کننده

حلقه های فولادی هستند که به‌ خوبی در عمق ریشه‌ پره های بلوز قرار می‌گیرند تا بلوز ها را در برابر فشار داخلی تقویت نموده و یا توزیع حرکت محوری و مقدار فشرده سازی در بین فواصل پره های یک بلوز را یکسان و هماهنگ مینمایند.

طوق کمکی

حلقه ای است که در اطراف مماس انتهایی قرار می گیرد تا جوشکاری تسهیل شود.

تقویت کننده طوق

غلاف یا حلقه ای است که برای تقویت و استحکام بخشی به قسمت انتهایی اتصال بلوز و فلنج یا لوله جوش میگردد.

کاور یا روکش بیرونی Cover

وسیله ای است که برای محافظت خارجی از بلوز Bellows استفاده می‌شود،وظیفه حفاظت در برابر اجسام خارجی، آسیب‌های مکانیکی و/یا جریان خارجی را انجام می‌دهد و ممکن است به عنوان پشتیبان برای عایق حرارتی خارجی نیز عمل کند.

جداره (غلاف) داخلی Sleeve

استوانه ای که معمولا از جنس Bellows ساخته میشود. کار غلاف داخلی جلوگیری از تماس مستقیم سیال با سطح Bellows میباشد. این جداره معمولا یک تکه یا دو تکه (تلسکوپی) طراحی شده و توسط عملیات جوشکاری در داخل بلوز یک “اتصال آکاردئونی فلزی” نصب میگردد. به این استوانه های محافظ داخلی آستر، غلاف ، جداره یا بافل Baffle نیز گفته می شود.

غلاف داخلی باید برای تمام “اتصالات قابل انبساط فلزی” طراحی و نصب گردد:

هنگامی که سرعت جریان بالا است و می تواند ارتعاش رزونانسی را در Bellows ایجاد کند.

در مواقعی که لازم است اصطکاک را به حداقل برسانید و جریان صاف و بدون تلاطم مورد نظر است.

هنگامی که احتمال فرسایش و خوردگی حاصل از اصطحکاک وجود دارد، مانند خطوط حامل کاتالیزور یا سایر مواد ساینده، باید از غلاف های داخلی ضخیم تر استفاده شود. بلوز های نسبتاً نازک به هیچ وجه نباید مستقیماً در معرض فرسایش قرار گیرند.

هنگامی که احتمال وزود جریان معکوس سیال وجود دارد، ممکن است به غلاف های داخلی ضخیم نیاز باشد، یا ممکن است استفاده از غلاف های تلسکوپی مناسب باشد.

برای کاربرد در دما های بالا و برای کاهش دمای بلوز و حفظ خواص فیزیکی متریال بلوز فضای حلقوی خالی بین بلوز و آستر داخلی با عایق فیبر سرامیکی پر میگردد.در حرادت های خیلی بالاتر ممکن است برای کاهش بیشتر دمای موثربلوز، یک دستگاه خنک کننده گاز نصب شود.

میله های مهار Tie Rods

میله‌های فولادی هستند که بر روی مجموعه یک” اتصال آکاردئونی فلزی “نصب می‌شوند. وظیفه اصلی آنها مهار مداوم فشار برگشت (Pressure Thrust) در حین کار عادی است . این میله ها فقط اجازه انحراف جانبی به “اتصال انبساطی” را می‌دهد. چرخش زاویه ای را می توان تنها در صورتی انجام داد که از دو میله اتصال استفاده و آنها را 90 درجه مخالف جهت چرخش قرار داد.

میله های کنترل Control Rods

میله‌ یا میله‌هایی فولادی هستند که بر روی یک مجموعه “اتصال آکاردئونی فلزی” نصب می‌شوند و وظیفه اصلی آنها توزیع جابجایی(حرکتی) بین دو بلوز در یک” اتصال آکاردئونی ” است. میله های کنترل برای مهار فشار برگشت (Pressure Thrust) نشده اند.

میله های محدود کننده

دستگاه‌هایی که معمولاً به شکل میله‌ها یا میله‌ها به مجموعه درز انبساط متصل می‌شوند و وظیفه اصلی آنها محدود کردن دامنه حرکت دم (محوری، جانبی و زاویه‌ای) در حین کار عادی است. در صورت خرابی لنگر اصلی، آنها به گونه ای طراحی شده اند که از امتداد بیش از حد یا فشرده سازی بیش از حد دم در حالی که بارگذاری فشار کامل و نیروهای دینامیکی ناشی از شکست لنگر را مهار می کنند، طراحی شده اند.

اتصالات آکاردئونی لولایی Hinged Metal Expansion Joints

“اتصالات آکاردئونی فلزی لولایی” دارای سیستمی از تکیه گاه های مفصلی هستند (یک جفت پین از طریق صفحات لولا که به انتهای درز انبساط لوله متصل شده اند) که امکان حرکت زاویه ای را فقط در یک سطح تراز فراهم می کند. لولاها و پین‌های لولا طوری طراحی می شوند که در صورت لزوم، اتصال آکاردئونی را در برابر نیروی رانش به دلیل فشار و نیروهای خارجی مهار کنند.
این واحدها اجازه حرکت محوری را نمی دهند، با این حال، برخی از انواع سیستم های لولا را می توان با سوراخ هایی برای پین لولا تهیه کرد که شکاف هایی برای جابجایی محوری محدود دارند. این نوع “لولا شیاردار slotted hinge ” نمی توانند در برابر نیروهای رانش فشار Pressure Thrust مقاومت کنند و بنابراین باید لنگرگاه و مسند مناسبی برای آن ها فراهم شود.

اتصالات آکاردئونی گیمبال/ گاردان Gimbal/Cardan Metal Expansion Joints

“اتصال آکاردئونی گیمبال / گاردان” شامل دو جفت لولا است که به یک حلقه گیمبال شناور مشترک چسبانده شده اند. حلقه گیمبال یا گرد و یا مربع شکل است. برای گیمبال های گرد، محاسبات گشتاور پیچشی و برای گیمبال های مربعی، محاسبات ناپایداری های ناشی از خمش در طراحی در نظر گرفته می شود.“اتصالات آکاردئونی گیمبال” به گونه ای طراحی شده اند که امکان حرکت زاویه ای را در هر سطح ترازی فراهم می کنند. حلقه گیمبال، لولا و پین ها برای مهار فشار برگشت ناشی از فشار داخلی (Pressure Thrust) و نیروهای برشی طراحی شده اند.

اتصالات آکاردئونی پانتوگراف Pantographic Metal Expansion Joints

“اتصالات آکاردئونی پانتوگراف” شکلی مانند قیچی است. میله کنترل متصل به “اتصالات آکاردئونی پانتوگرافیک” متشکل از مجموعه ای از مفاصل قابل گسترش میباشد که وظیفه اصلی آن توزیع مثبت حرکت به طور مساوی بین دو بلوز Bellows مفصل فراگیر در سراسر دامنه حرکتی آن است.

توجه داشته باشید که “اتصالات آکاردئونی پانتوگراف”، مانند میله های کنترل، برای مهار فشار رانش سیال Pressure Thrust طراحی نشده اند.

بلوز Bellows (قطعه آکاردئونی شکل) چگونه ساخته می شود؟

هر سازنده از روش های خاص خود برای تولید بلوز Bellows فلزی استفاده می کند ، اگرچه در همه موارد بلوز با استفاده از لوله های بدون درز یا استوانه های فلزی جوش داده شده تولید می شود.

بسته به طیفی از عوامل مختلف (به عنوان مثال قطر، تعداد لایه های استفاده شده، مواد مورد استفاده تعداد پره و غیره)، روش های نامبرده زیر از متداول ترین روش ها برای ساخت بلوز میباشد:

شکل دهی توسط پانچ Punch Forming

در این روش پره/ حلقه ها (Convolutions) به صورت تک به تک در یک لوله توسط یک سنبه داخلی قابل گسترش شکل میگیرند. این پره ها/حلقه ها با باز شدن سنبه در داخل قالب های قابل گسترش و همزمان با چرخاندن جزئی لوله شکل میگیرد. این فرآیند تا رسیدن پره/حلقه به ارتفاع و تعداد دلخواه تکرار می شود. سپس هر حلقه (Convolution) متعاقباً با استفاده از غلتک‌های داخلی و خارجی که برای این منظور طراحی شده اند همسان سازی و فرم دهی نهایی می‌شود.

شکل دهی هیدرولیکی Hydro Forming

یک لوله در دستگاه پرس هیدرو فرم قرار می گیرد. یک قالب استوانه ای حلقه ای شکل خارجی با حد فواصل مناسب در خارج از لوله و در فواصل طولی تقریباً برابر با طول گسترش یافته یک بلوز آماده شده قرار می گیرند. لوله با محیطی مانند آب پر می شود و تحت فشار قرار می گیرد تا تسلیم محیطی رخ دهد. این عملیات شکل دهی با تسلیم محیطی همزمان و کوتاه کردن طولی کنترل شده لوله تا زمانی که پیکربندی مناسب به دست آید ادامه می یابد. پره یا حلقه های برجسته تکی یا چند تایی ممکن است با این روش تشکیل شوند. بسته به پیکربندی بلوز، ممکن است چندین مرحله شکل دهی جزئی با عملیات حرارتی متوسط مورد نیاز باشد. بلوز های (Bellows) تقویت‌شده ممکن است با استفاده از حلقه‌های تقویت‌کننده خارجی که به عنوان بخشی از قالب‌ها عمل می‌کنند، تشکیل شوند. پس از اتمام، هنگامی که قالب ها برداشته می شوند، برجستگی های حلقه ای شکل به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از بلوز می مانند.

شکل دهی با غلطک Roll Forming

یک لوله در یک ماشین غلطک شکل‌دهی قرار می‌گیرد و پره /حلقه تکی یا چندتایی با فشار وارد شده توسط غلطک شکل‌دهی تشکیل می‌شوند. به طور کلی، غلطک ها در داخل و خارج لوله قرار دارند. کوتاه شدن طولی کنترل شده لوله بلوز در طی عملیات شکل دهی رخ می دهد. لوله ممکن است در اطراف چرخ های شکل دهنده شفت ثابت بچرخد، یا ممکن است لوله ثابت باشد و چرخ ها در اطراف دور لوله بچرخند.

شکل دهی الاستومری Elastomeric Forming

یک لوله طولی جوش داده شده روی یک سنبه حاوی یک چنبره لاستیکی وارد می شود. نیروی محوری روی سنبه چنبره را منبسط می کند و برآمدگی در لوله ایجاد می کند. سپس چنبره شل می شود و برآمدگی به صورت محوری توسط قالب های خارجی به صورت پیچشی فشرده می شود. پره/ حلقه ها یکی یکی تشکیل می شوند. لوله آزاد است که با تشکیل هر یک حلقه مقداری کوتاه می شود.

شکل دهی با روش پرسی Press – Brake Forming

برجستگی ها و پره ها در این روش با یک ورق تخت و با استفاده از قالب و پرس بریک ساخته شکل میگیرد. پره (Convolution) ها بصورت یک به یک در قالب شکل میگیرند. این روش عمدتاً در ساخت بلوز Bellows برای “اتصالات انبساط مستطیلی شکل” استفاده می شود. رایج ترین شکل پره ها شکل های “U” و “V” هستند. در تصویر زیر طراحی انواع گوشه های اتصالات انبساطی مستطیلی شکل را مشاهده مینمایید.

بلوز های چند لایه Multi-Ply Bellows

استفاده از بلوز های چند لایه راه حل ایده آلی برای اتصالات انبساطی فلزی است که در معرض تحمل فشارهای بالا هستند. این سیستم شامل ساخت یک بلوز با استفاده از چندین ورق نازک به جای یک ورق ضخیم است. این تکنیک به طور قابل توجهی انعطاف پذیری بلوز را که مهمترین ویژگی آن است، بهبود می بخشد.

اتصالات انبساط فلزی - مثال پیوندهای پانتوگرافی

مزایای اصلی استفاده از بلوز های فلزی چند لایه :

در برابر فشارهای بالا بسیار مقاوم هستند.
آنها حتی زمانی که تحت فشار بالا کار می کنند، انعطاف پذیری بالایی دارند.
نرخ ضریت فنریت کمتری نسبت به بلوزهای با ورقه های ضخیم دارند.
نرخ جذب بالایی برای حرکات در طول های کوتاه دارند و در نتیجه عمر کاری طولانی تری را تضمین می کنند.
امکان نشت یابی سوراخ ها در مواقع بروز نشتی های احتمالی زود هنگام.
امکان نصب نشت یاب برای سیالات مهم و حیاتی.

مزیت های مهم اتصالات انبساطی چند لایه:

به دلیل ظرفیت بیشتر آنها برای جذب و کنترل جابجایی ها ؛ با نصب تعداد کم تری از آنها میتوان به بیشترین کارایی دست یافت.
نرخ ضریب فنریت پایین این”اتصالات انبساطی چند لایه”موجب کمتر شدن هزینه های ساخت مسند و لنگرها ها (Anchors) و سازه های حمایتی میشود.
برای جلوگیری از خوردگی می توان از مواد مخصوصی (مثلاً Inconel، Incoloy و غیره) به منظور محافظت در برابر دما و خوردگی روی لایه داخلی استفاده کرد و از فولاد آستنیتی برای پوشش لایه های باقیمانده به منظور تحمل فشارهای بالا استفاده کرد.

طراحی و ساخت

استانداردها

اتصالات قابل انبساط فلزی آمــا مطابق با استانداردهای زیر طراحی، تولید و تست می شوند:

E.J.M.A. (Expansion Joint Manufacturers Association, Inc.)

ASME VIII, Div. I, App. 26

EN 14917, European Standard for Metal Expansion Joints

کنترل طراحی و اصلاحات در آخرین نسخه کتابچه راهنمای کنترل روش های کیفیت "طراحی و محاسبه" آمده است.

محدوده تولید

اتصالات انبساط دایره ای شکل به صورت تک لایه یا چند لایه با قطرهای 15 تا 10000 میلی متر ساخته می شوند.

و همچنین درزهای انبساط مستطیلی که با ابعاد بی حد و حصر، می توانند انواع مختلف پره و آکاردئون و گوشه را عرضه کنند:

W شکل، گوشه دوربین
V شکل، گوشه اریب (تک یا دوتایی)
U شکل، گوشه گرد

مواد مورد استفاده

جزء اساسی یک اتصال انبساط در درجه انعطاف پذیری بلوز آن است و این بستگی به طراحی پره / حلقه آن و مواد مورد استفاده در فرآیند تولید دارد.

انتخاب فلزات مورد استفاده در ساخت بلوز، که جزء اصلی یک اتصال انبساطی است، با در نظر گرفتن معیارهای زیر انجام می شود:

مقاومت در برابر دما.
مقاومت در برابر خوردگی.
ظرفیت شکل دهی
مشخصات مکانیکی
مقاومت در برابر خستگی.
انعطاف پذیری در هنگام استفاده

جداول زیر موادی را که بیشتر برای تولید بلوز استفاده می شود نشان می دهد: