اتصالات لوله چدن داکتیل: راهنمای مهندسی و مشخصات نهایی

اتصالات لوله چدن داکتیل هستند انتخاب غالب برای توزیع آب شهری، انتقال فاضلاب و سیستم های سیال صنعتی در سراسر جهان آنها قابلیت ریخته گری چدن سنتی را با استحکام کششی تا 448 مگاپاسکال ، ازدیاد طول تا 12% و توانایی تحمل فشار کاری بیش از حد 64 بار در تنظیمات استاندارد بر خلاف اتصالات چدن خاکستری - که به طور ناگهانی تحت فشار می‌شکنند - اتصالات چدن داکتیل قبل از شکست تغییر شکل می‌دهند و یک حاشیه ایمنی حیاتی در سیستم‌های خط لوله تحت فشار ایجاد می‌کنند.

برای مهندسان، تیم‌های تدارکات و پیمانکارانی که اجزای خط لوله را مشخص می‌کنند، اتصالات چدن داکتیل ترکیبی اثبات‌شده از عملکرد مکانیکی، حفاظت در برابر خوردگی، عمر طولانی و سازگاری با استانداردهای جهانی نصب را ارائه می‌دهند که در حال حاضر هیچ ماده جایگزینی با هزینه‌ای معادل مطابقت ندارد.

چه چیزی آهن داکتیل را به ماده مناسب برای اتصالات لوله تبدیل می کند

عملکرد اتصالات لوله چدن داکتیل در سطح ریزساختاری آغاز می شود. چدن داکتیل حاوی گرافیت به شکل ندول کروی است نه ورقه های موجود در چدن خاکستری سنتی. این گره ها به عنوان متمرکز کننده تنش عمل نمی کنند و به ماتریکس آهن اطراف اجازه می دهند که تحت بار اضافی به جای شکستن بدون هشدار، تغییر شکل پلاستیکی دهند.

برای اتصالات خط لوله - که باید حاوی فشار داخلی باشد، در برابر بارهای خاک خارجی مقاومت کند، حرکت حرارتی را در خود جای دهد، و در هنگام نصب دوام بیاورد - این به پنج مزیت مهم ترجمه می شود:

• استحکام کششی بالا: درجه 65-45-12 در هر ASTM A536 استحکام کششی 448 مگاپاسکال و استحکام تسلیم 310 مگاپاسکال را ارائه می دهد - برای کاربردهای فشاری سخت کافی است.
• شکل پذیری قابل اندازه گیری: 12% کشیدگی به این معنی است که اتصالات قبل از شکستگی به طور قابل مشاهده تغییر شکل می دهند و هشدار خرابی در حوادث فشار بیش از حد را ارائه می دهند.
• مقاومت در برابر ضربه: در هنگام حمل و نقل و نصب بدون بریدگی یا ترک خوردگی از دست زدن به خشن زنده می ماند
• قابلیت ریخته گری: هندسه های اتصال پیچیده - سه راهی ها، خم ها، کاهنده ها، ضربدرها - می توانند در یک قطعه با ضخامت دیواره ثابت ریخته شوند.
• عمر طولانی: اتصالات چدن داکتیل با روکش مناسب نصب شده در سرویس مدفون انتظار می رود دوام داشته باشند 100 سال بر اساس داده های خط لوله آهن خاکستری تاریخی و آزمایش شتاب

انواع اتصالات لوله چدن داکتیل و عملکرد آنها

اتصالات چدن داکتیل برای پاسخگویی به نیازهای هندسی و عملکردی در یک سیستم خط لوله تولید می شوند. دسته بندی های عمده عبارتند از:

خم شدن (آرنج)

خم ها جهت جریان را در یک خط لوله هدایت می کنند. زوایای انحراف استاندارد هستند 11.25 درجه، 22.5 درجه، 45 درجه و 90 درجه . خم های با زاویه کم (11.25 درجه و 22.5 درجه) در مسیرهای طولانی که نیاز به تغییر جهت تدریجی دارند استفاده می شوند. در نقاط تقاطع و اتصالات سرویس از خم های 45 درجه و 90 درجه استفاده می شود. شعاع داخلی یک خم چدن داکتیل برای به حداقل رساندن اغتشاش و افت فشار در تغییر جهت طراحی شده است.

سه راهی

سه راهی create branch connections from a main pipeline. سه راهی مساوی قطر اسمی یکسانی در هر سه خروجی داشته باشد. سه راهی های کاهش دهنده قطر شاخه کوچکتری نسبت به لوله اصلی دارند. سه راهی ها رایج ترین اتصالاتی هستند که برای ایجاد اتصالات سرویس در شبکه های توزیع آب و انشعاب های شیر آتش نشانی استفاده می شوند.

کاهنده و مخروطی

کاهنده ها لوله های با قطرهای مختلف را به هم متصل می کنند. کاهنده های متحدالمرکز حفظ همان خط مرکزی؛ کاهنده های غیرعادی خط مرکزی را برای حفظ سطح صاف یا پایین تنظیم کنید - در برنامه های زهکشی برای جلوگیری از تجمع هوا یا تجمع مواد جامد ضروری است. کاهش اندازه استاندارد می تواند یک تا چند مرحله اندازه اسمی لوله، مانند DN300 تا DN200 را شامل شود.

صلیب و اتصالات دو شاخه

صلیب ها دو اتصال شاخه را در 90 درجه از یک خط لوله اصلی ایجاد می کنند. در گره های اصلی شبکه توزیع استفاده می شود، آنها به یک اتصال واحد اجازه می دهند تا به طور همزمان به چهار بخش خط لوله خدمت کند. به دلیل توزیع تنش پیچیده در اتصالات متقاطع تحت فشار، اینها با فاکتورهای ایمنی بالاتر نسبت به سه راهی های معادل طراحی و آزمایش می شوند.

آداپتورهای فلنج دار و انتهای اسپیگوت

اتصالات فلنج دار به شیرها، پمپ ها، مترها و سایر تجهیزات فلنجی متصل می شوند. الگوهای حفاری فلنج مطابق با استانداردهای بین المللی - ISO 7005، EN 1092-2، یا AWWA C110/C153 - بسته به منطقه برنامه. اتصالات انتهایی اسپیگوت به سوکت‌های اتصال فشاری یا مکانیکی متصل می‌شوند و انعطاف‌پذیری سیستم اتصال را در سراسر اتصالات حفظ می‌کنند.

درپوش و دوشاخه

کلاهک‌های انتهایی بخش‌های خط لوله را خاتمه می‌دهند و باید فشار کامل سیستم را روی یک صفحه کور تحمل کنند. آنها در طول آزمایش هیدرواستاتیک خطوط لوله نصب شده و در پیکربندی های بن بست دائمی حیاتی هستند. کلاهک های چدن داکتیل برای کاربردهای تحت فشار معمولاً با فشاری مشابه سیستم لوله مجاور طراحی می شوند.

جداسازی اتصالات و کوپلینگ ها

اتصالات جداسازی به شیرها و تجهیزات اجازه می دهد تا بدون برش لوله از خط لوله خارج شوند. آنها دارای یک مکانیسم طول قابل تنظیم هستند - معمولا 50± تا 150± میلی متر حرکت محوری - و در مجاورت دریچه‌ها در ایستگاه‌های پمپ، تصفیه‌خانه‌های آب و اتاق‌های اندازه‌گیری که در آن‌ها دسترسی منظم به تعمیر و نگهداری لازم است، نصب می‌شوند.

سیستم های اتصال: نحوه اتصال اتصالات آهنی شکل پذیر به خطوط لوله

نوع اتصال مورد استفاده با اتصالات چدن داکتیل ظرفیت فشار، انحراف زاویه ای مجاز و مهار آن در برابر رانش محوری را تعیین می کند. چهار سیستم اتصال اولیه استفاده می شود:

مفصل فشاری (تایتون).

پرکاربردترین سیستم اتصال دهنده در سطح جهان. یک واشر لاستیکی که در شیار سوکت قرار دارد در حین مونتاژ توسط لوله لوله فشرده می شود و یک مهر و موم ضد آب بدون پیچ و مهره یا ابزار خاص ایجاد می کند. اتصالات فشاری استاندارد اجازه می دهد 3-5 درجه انحراف زاویه ای در هر مفصل، امکان نصب در اطراف منحنی های ملایم را بدون خمیدگی اضافی فراهم می کند. آنها ذاتاً در برابر نیروهای رانش محوری مهار نمی شوند و معمولاً به بلوک های رانش بتنی یا اتصالات مهار شده در خم ها، سه راهی ها و بن بست ها نیاز دارند.

مفصل مکانیکی (MJ)

اتصالات مکانیکی از یک حلقه غده، واشر لاستیکی و پیچ و مهره برای فشرده کردن آب بند اطراف لوله لوله استفاده می کنند. فراهم می کنند انعطاف پذیری زاویه ای بیشتر (تا 5 درجه) نسبت به اتصالات فلنجی و امکان جداسازی قطعات برای تعمیر و نگهداری را فراهم می کند. به طور گسترده در آمریکای شمالی استفاده می شود AWWA C111/A21.11 اتصالات مکانیکی روش استاندارد اتصال اتصالات چدن داکتیل و شیرها در سیستم های آب مدفون می باشد.

مفصل فلنج دار

اتصالات فلنجی از اتصالات رو به رو پیچ و مهره ای با واشر تمام صورت یا حلقه استفاده می کنند. آنها سفت و سخت هستند - هیچ انحراف زاویه ای مجاز نیست - و کاملاً در برابر رانش محوری مهار می شوند. اتصالات چدن داکتیل فلنج دار در تاسیسات بالای زمین، ایستگاه های پمپاژ، محفظه شیرها و لوله کشی فرآیندی که نیاز به جداسازی منظم دارد، استاندارد هستند. درجه بندی فشار از کلاس فلنج پیروی می کند: PN10، PN16، PN25، یا PN40 در سیستم های ISO/EN یا کلاس 125/250 در سیستم های AWWA.

سیستم های مشترک مهار شده

اتصالات مهار شده با استفاده از یک حلقه تقسیم شده یا مکانیزم قفل، لوله لوله را در داخل سوکت قفل می کنند و از بیرون کشیدن محوری تحت نیروهای رانش جلوگیری می کنند. سیستم هایی مانند TR FLEX، Lok-Ring و TYTON SIT از بین بردن نیاز به بلوک های رانش بتنی در بسیاری از تاسیسات، به طور قابل توجهی هزینه نصب را در محیط های شهری که حفاری گران است کاهش می دهد. اتصالات مهار شده با حداکثر فشار کاری مجاز و نیروی کششی که می توانند در برابر آن مقاومت کنند درجه بندی می شوند - مقادیری که باید در برابر محاسبات رانش سیستم تأیید شوند.

رتبه بندی فشار و محدوده اندازه

اتصالات لوله چدن داکتیل در طیف وسیعی از قطرهای اسمی و طبقات فشار تولید می شود. جدول زیر مشخصات معمول بر اساس استانداردهای بین المللی را خلاصه می کند:

ضخامت دیواره اتصالات چدن داکتیل با کلاس فشار و قطر اسمی تعیین می شود. تحت ISO 2531، حداقل ضخامت دیوار (e) به صورت زیر محاسبه می شود: e = K × (0.5 0.001 × DN) ، که در آن K ضریب کلاس فشار است. این فرمول تضمین می‌کند که اتصالات با قطر بزرگ‌تر دیواره‌های ضخیم‌تری دارند تا مقاومت تنش حلقه را حفظ کنند.

پوشش ها و آسترها: محافظت در برابر خوردگی داخل و خارج

آهن داکتیل لخت هم در محیط خاک و هم در تماس با آب خورده می شود. کلیه اتصالات لوله چدن داکتیل برای سرویس آب و فاضلاب به صورت استاندارد با آستر داخلی و پوشش خارجی عرضه می شود. انتخاب سیستم پوشش و پوشش برای دستیابی به عمر مفید مورد انتظار و حفظ کیفیت آب حیاتی است.

آسترهای داخلی

• پوشش ملات سیمانی (CML): پیش فرض جهانی برای اتصالات آب آشامیدنی. با چرخش گریز از مرکز به حداقل ضخامت اعمال می شود 3-6 میلی متر بسته به قطر (بر اساس ISO 4179 یا AWWA C104). ملات سیمان pH داخلی را به 12 ~ افزایش می دهد و سطح آهن را غیرفعال می کند و از خوردگی جلوگیری می کند. همچنین به دلیل بافت سطح صاف، جریان را کمی بهبود می بخشد (Manning's n ≈ 0.010-0.011).
• پوشش پلی اورتان (PU): یک لایه نازک (معمولا 1.0-1.5 میلی متر ) جایگزینی برای ملات سیمان برای شرایط آب تهاجمی از جمله آب نرم، محیط های پر کلرید و توزیع آب شیرین شده. برای تماس با آب آشامیدنی تحت NSF/ANSI 61 و WRAS تایید شده است. یک سوراخ صاف با مقاومت هیدرولیکی کمتر از CML فراهم می کند.
• آستر اپوکسی: در کاربردهای صنعتی و برای اتصالات با مواد شیمیایی تهاجمی استفاده می شود. پوشش های اپوکسی با ساخت بالا از 250-400 میکرون ضخامت فیلم خشک مقاومت شیمیایی عالی را ایجاد می کند. برخی از فرمول های اپوکسی برای تماس با آب آشامیدنی تایید شده اند.
• پوشش قیری: آستر سنتی برای اتصالات فاضلاب حمل فاضلاب. مقاومت شیمیایی متوسطی را با هزینه کم ارائه می دهد. در بسیاری از مشخصات با پلی اورتان یا اپوکسی برای عملکرد طولانی مدت جایگزین شده است.

پوشش های خارجی

• پوشش قیری فلزی روی: سیستم پوشش خارجی استاندارد ISO 8179. رنگ مبتنی بر روی (حداقل 130 گرم در متر مربع محتوای روی) با پاشش حرارتی یا کاربرد الکترواستاتیک و به دنبال آن یک پوشش تکمیلی قیر آبی اعمال می شود. روی محافظت کاتدی قربانی را فراهم می کند. قیر یک سد رطوبتی ایجاد می کند.
• آستین پلی اتیلن (PE): یک لوله پلی اتیلن شل (بر اساس AWWA C105 یا ISO 8180) که در اطراف اتصالات در ترانشه قرار داده شده است، مانع اضافی در برابر خاک های خورنده ایجاد می کند. به ویژه در خاک هایی با محتوای کلرید، سولفات یا اسید آلی بالا موثر است. یک روش حفاظت تکمیلی کم هزینه که به طور گسترده در ایالات متحده و بریتانیا استفاده می شود.
• اپوکسی با پیوند فیوژن (FBE): یک پوشش پودری ترموست که به صورت الکترواستاتیک اعمال می شود و در دمای بالا پخت می شود. یک فیلم سخت و پیوسته از 300-500 میکرون . در محیط های بالای زمینی، دریایی و صنعتی که مقاومت در برابر سایش و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی نگران کننده است استفاده می شود.
• پوشش خارجی پلی اورتان: به صورت جفت با پوشش داخلی برای محیط های خاکی تهاجمی اعمال می شود. انعطاف پذیری عالی (مهم برای جابجایی) و مقاومت بالا در برابر جدا شدن کاتدی در سیستم های حفاظت کاتدی تحت تاثیر جریان را فراهم می کند.

استانداردهای بین المللی کلیدی برای اتصالات لوله های چدنی شکل پذیر

تعیین اتصالات چدن داکتیل مستلزم ارجاع به استاندارد صحیح برای منطقه کاربرد و نوع خدمات است. استانداردهای اصلی خواص مواد، تحمل ابعادی، تست فشار و الزامات پوشش را پوشش می دهند:

مهار رانش: یک ملاحظه طراحی حیاتی

هر تغییر در جهت جریان یا مقطع خط لوله در یک سیستم تحت فشار، نیروی رانش خالص بر روی اتصالات ایجاد می کند. در یک خم 90 درجه روی خط لوله DN300 که در 10 بار ، نیروی رانش حاصل می تواند از آن بیشتر شود 70 کیلونیوتن - برای جدا کردن مفصل مهار نشده در طول زمان کافی است. مدیریت این نیرو یکی از مهمترین تصمیمات طراحی در هنگام تعیین اتصالات چدن داکتیل است.

دو روش اصلی استفاده می شود:

بلوک های رانش بتنی

بتن در مقابل وجه اتصال و باربر دیوار ترانشه ریخته می شود و رانش را به خاک اطراف منتقل می کند. این روش سنتی است که هنوز به طور گسترده در تاسیسات ترانشه باز در شرایط خاک پایدار استفاده می شود. سطح باربری مورد نیاز از نیروی رانش و فشار باربری مجاز خاک - در خاک های ضعیف (ظرفیت باربری زیر) محاسبه می شود. 50 کیلو پاسکال ، بلوک های رانش می توانند به طور غیر عملی بزرگ شوند.

سیستم های مشترک مهار شده

اتصالات مهار شده نیروهای رانش را از طریق اتصال لوله به اتصال به رشته لوله مجاور منتقل می کند و بار را در طول محدود محاسبه شده توزیع می کند. این رویکرد در نصب بدون ترانشه، شرایط صخره‌ای و محیط‌های شهری متراکم که در آن ساخت بلوک‌های رانش غیرعملی یا غیرممکن است، ترجیح داده می‌شود. طول مهار شده باید برای هر نصب محاسبه شود، وزن لوله، ضریب اصطکاک خاک و فشار عملیاتی در نظر گرفته شود.

اتصالات فشرده در مقابل اتصالات تمام بدن: درک تمایز AWWA

در عمل آمریکای شمالی، استانداردهای دو بعدی اتصالات چدن داکتیل را تعریف می کنند:

• AWWA C110 (اتصالات تمام بدن): ابعاد کلی بزرگتر با طول تخمگذار بیشتر. موجود در سایزهای DN75–DN1200 (3 تا 48 اینچ). بدنه بزرگتر فلز بیشتری را در اطراف ناحیه اتصال فراهم می کند و این اتصالات را در کاربردهای فشار بالا یا قطر زیاد ترجیح می دهد.
• AWWA C153 (اتصالات فشرده): طول های تخمگذار کوتاهتر - معمولا 40 تا 60 درصد کوتاه تر از معادل های C110 - و وزن کمتر. موجود در DN75–DN600 (3 "-24"). اندازه کاهش یافته هزینه مواد را کاهش می دهد، حمل و نقل را ساده می کند و حجم حفاری را در تاسیسات تنگ کاهش می دهد. اتصالات فشرده به دلیل ضخامت دیواره ها نسبت به اندازه بدنه، دارای درجه فشار بالاتری هستند (350 psi در مقابل 250 psi).

برای اکثر پروژه های توزیع آب شهری در آمریکای شمالی، اتصالات فشرده AWWA C153 در حال حاضر مشخصات پیش فرض در اندازه های تا 24 اینچ هستند، مگر اینکه شرایط خاص پروژه به نفع اتصالات تمام بدن باشد.

اتصالات چدن داکتیل در مقابل مواد جایگزین

اتصالات چدن داکتیل با اتصالات PVC، HDPE و فولاد ساخته شده در پروژه های خط لوله رقابت می کند. هر ماده دارای مجموعه ای از شرایط تعریف شده است که در آن رقابتی یا برتر است:

چک لیست مشخصات: هنگام سفارش اتصالات چدن داکتیل چه چیزی را باید تعریف کرد

برای اطمینان از عرضه و نصب صحیح محصول، یک مشخصات اتصال کامل باید همه موارد زیر را مشخص کند:

1. نوع اتصالات و هندسه: زاویه خم، پیکربندی سه راهی، نسبت کاهنده، یا توضیحات ویژه اتصالات
2. قطر اسمی (DN یا اینچ): تمام خروجی ها باید برای کاهنده ها، سه راهی ها و صلیب ها مشخص شوند
3. استاندارد قابل اجرا: ISO 2531، EN 545، AWWA C110، AWWA C153، یا موارد دیگر که توسط پروژه مورد نیاز است
4. کلاس یا درجه فشار: C25، C30، C40، C64 (ISO) یا 250 psi / 350 psi (AWWA)
5. سیستم اتصال: اتصال فشاری، مکانیکی، فلنج دار (با کلاس حفاری فلنج)، یا نوع اتصال مهار شده
6. آستر داخلی: ملات سیمان (CML)، پلی اورتان، اپوکسی یا قیری - با مرجع استاندارد قابل اجرا
7. پوشش خارجی: قیر روی (ISO 8179)، روکش FBE، پلی اورتان یا پلی اتیلن
8. تاییدیه آب آشامیدنی: در صورت نیاز، گواهینامه NSF/ANSI 61، WRAS یا معادل آن
9. الزامات تست: فشار تست هیدرواستاتیک (معمولا 2× فشار کاری )، بازرسی ابعادی، تأیید ضخامت پوشش
10. گواهی مواد: گواهی آسیاب تایید کننده درجه چدن داکتیل (ASTM A536 Grade 65-45-12 یا معادل آن) با نتایج آزمایش شیمیایی و مکانیکی