اتصالات آکاردئونی

اتصالات آکاردئونی :

1 – معرفی اتصالات آکاردئونی و کاربرد های آن ها

در سیستم هایی که در آن ها صحبت انتقال سیال می باشد , حرکت های ناخواسته ای بروز می کند که منشاء آن ها می تواند تغییرات دمایی ناشی از سیال یا محیط , لرزش دستگاه های موجود در سیستم اعم از پمپ , کمپرسور , … و یا حرکت های ناشی از عوامل خارجی از قبیل باد , زلزله , نشت سازه و … باشد . به منظور جذب حرکت های به وجود آمده و عدم اننتقال آن ها به دستگاه های موجود و خطوط لوله , از اتصالات انعطاف پذیر استفاده می شود .

تحمل درجه حرارت و فشار بالا و جذب حرکت های محوری , جانبی و زاویه ای با در نظر گرفتن آرایش مناسب از جمله خصوصیات اتصالات آکاردئونی است که باعث کاربرد وسیع آن ها در سیستم های مختلف Piping و Ducting در صنایع مختلفی از جمله آب , نفت , گاز , پتروشیمی , نیروگاه ها , صنایع ذوب آهن , مجتمع های فولاد , سیستم های تهویه مطبوع و … گردیده است .

در ذیل برخی از کاربرد های این قطعات ذکر شده است .

موارد کاربرد اتصالات آکاردئونی

1 . سیستم های گرمایشی و تهویه مطبوع

2 . انواع نیروگاه های بخار , سیکل ترکیبی , برق آبی و هسته ای

3 . پالایشگاه های نفت و گاز

4 . صنایع پتروشیمی

5 . صنایع فولاد

6 . صنایع سیمان

7 . مبدل های حرارتی

8 . صنایع چوب و کاغذ

9 . خروجی اگزوز موتور های احتراقی

2 – قسمت های مختلف اتصالات آکاردئونی

1 . بلوز (Bellows) : قسمت انعطاف پذیر اتصال آکاردئونی است که قابلیت انجام حرکت های مورد نظر را دارد .

2 . لوله (Pipe) : در اتصالات فلنج دار رابط بین فلنج و بلوز بوده و در اتصالات جوشی بصورت مستقیم به خط لوله متصل می شود .

3 . طوق (Collar) : تقویت کننده قسمت سادگی بلوز (Tangent) می باشد .

4 . فلنج (Flange) : وظیفه متصل کردن اتصال آکاردئونی به فلنج متقابل موجود در خط لوله را بر عهده دارد .

5 . غلاف داخلی (Sleeve) : از حرکت سیال در درون پره ها جلوگیری می کند تا جریانی آرام (Laminar Flow) داشته باشیم . در صورتی که سرعت سیال بالا باشد و از غلاف داخلی استفاده نشود پدیده توربولانس پیش می آید که موجب سر و صدا , افت فشار , سایش و افزایش دما می شود .

6 . پایه روپوش (Cover Base) : نگه دارنده روپوش می باشد .

7 . روپوش (Cover) : جهت ایمن نگه داشتن بلوز از آسیب های ناشی از عوامل خارجی و یا پیشگیری از پاشیده شدن سیال در صورت نشت احتمالی از بلوز مورد استفاده قرار می گیرد .

8 . پایه میل مهار (Tie Rod Base) : نگه دارنده میل مهار می باشد .

9 . میل مهار (Tie Rod) : در مورد قطعات با حرکت جانبی و زاویه ای در مقابل نیروی Thrust مقاومت می کند و در مورد قطعات با حرکت محوری کار محدود کردن حرکت اتصال را به منظور جلوگیری از اعمال حرکات ناخواسته به قطعه را بر عهده دارد . که در این حالت به آن Limit Rod می گوییم .

10 . رینگ تنظیم کننده (Equalizing Rings) : در مواردی که فشار بالا باشد برای تقویت بلوز از رینگ های تقویت کننده استفاده می شود . در نوع رینگ های تنظیم کننده (Equalizing Rings) علاوه بر تقویت , میزان حرارت پره ها نیز تنظیم می شود .

11 . پایه رینگ (Ring Base) : نگه دارنده رینگ های انتهایی می باشد .

12 . پایه لولا (Hing Base) : نگه دارنده صفحات لولا در قطعات لولایی و گاردانی می باشد .

13 . لولا (Hing) : علاوه بر مقاومت در برابر نیروی Thrust اجازه حرکت زاویه ای را در یک صفحه در مورد قطعات لولایی و در تمامی جهات گاردانی می دهد .

14 . صفحه (Plate) : صفحه ای است که لولا های قطعات گاردانی روی آن پین می شوند .

15 . پین (Pine) : در قطعات لولایی و گاردانی در محل اتصال لولا ها , لولا قرار می گیرد .

3 – انواع اتصالات آکاردئونی

اتصالات آکاردئونی محوری

اتصالات آکاردئونی محوری – Axial Expansion Joint
اتصال آکاردئونی فشار متعادل شده محوری خطی – Inline Pressure Balanced Expansion Joint
اتصال آکاردئونی فشار متعادل شده محوری زانویی – Elbow Type Pressure Balanced Expansion Joint

اتصالات آکاردئونی جانبی

اتصال آکاردئونی یونیورسال جانبی لولایی – Lateral Hinged Universal Expansion Joint
اتصال آکاردئونی یونیورسال جانبی مهاردار – Lateral Tied Universal Expansion Joint

اتصالات آکاردئونی زاویه ای

اتصالات اکاردئونی زاویه ای (لولایی) – Angular Expansion Joint (Hinged)
اتصالات آکاردئونی زاویه ای (گاردانی) – Angular Expansion Joint (Gimbal)

اتصالات آکاردئونی چند منظوره

اتصالات آکاردئونی فشار متعادل شده خطی – Inline Pressure Balanced Expansion Joint
اتصالات آکاردئونی فشار متعادل شده زانویی – Elbow Type Pressure Balanced Expansion Joint

اتصالات آکاردئونی چهار گوش یا مسطیلی

این اتصال عمدتا در داکت های نیروگاه ها , صنایع سیمان و کارخانجات فولاد سازی به کار می رود .

4 – مشخصات کلی اتصالات آکاردئونی ساخت شرکت ارتعاشات صنعتی ایران

قطر : از 19 الی 10000 میلیمتر (3/4 الی 400 اینچ)
فشار : از Full Vaccum الی 200 barg
انواع : دو تایی زاویه ای مقطع مستطیل چند لایه و سایر انواع اتصالات آکاردئونی طبق نیاز مشتریان
حرارت : از 180- الی 800 درجه سانتی گراد (292- الی 1472 فارنهایت)
طول : طبق استاندارد های کارخانه یا سفارش مشتری
طراحی و ساخت : بر اساس استاندارد E J M A
انواع اتصال : جوشی , رزوه دار , فلنج دار , با استاندارد های مختلف و سایر انواع اتصالات مطابق سفارش مشتری
جنس : ورق های استنلس استیل … , 321 , 316L , 316 , 304L , 304 آلیاژ های پایه نیکل , Incoloy 825-Incoloy 600/625 در ضخامت های 0/4 الی 6 میلیمتر
آزمایشات : آزمون های مخرب و غیر مخرب از قبیل :

بازرسی ابعادی
آزمون با مایعات نفوذی
آزمون فشار هیدرواستاتیک
آزمون اشعه X
آزمون نشتی
آزمون خستگی
متالوگرافی
آزمون کوانتومتری

5 – نحوه اتنخاب اتصالات آکاردئونی

1 . جنس ورق آکاردئونی با توجه به دما , نوع سیال و شرایط محیطی انتخاب می گردد . جدول شماره (1) خصوصیات عملکردی برخی از ورق های استنلس استیل را مشخص می کند .

2 . با استفاده از جدول شماره (2) با توجه به جنس خط لوله , دمای نصب , ماکسیمم و مینیمم دمای سیستم می توان مقدار حداکثر افزایش و کاهش طول خط لوله را مشخص کرد .

3 . هر اتصال آکاردئونی با توجه به شرایط کاری (دما و فشارسیستم) و حداقل عمر لازم , قابلیت جذب مقدار محدودی حرکت را دارد که در جدول بخش 10 و 11 این مقادیر برای برخی از اتصالات روتین شرکت ارتعاشات صنعتی ایران آمده اند . با توجه به میزان تغییرات ابعادی خط لوله و قابلیت های اتصال آکاردئونی می توان حداقل تعداد اتصال آکاردئونی را برای هر حالت محاسبه کرد .

مثال :

برای یک خط لوله 4 اینچ به طول 200 متر و جنس کربن استیل در دمای 10- الی 150 درجه خواهیم داشت :

انقباض Lmin = 0/11 × 200= -022 mm

انبساط Lmax = 1/78 × 200 = 356 mm

پس تغییرات کل خط لوله برابر است با :

Lt = Lmax – Lmin = 356 -(-22) = 378 mm

با مراجعه به جدول شماره (3) مقدار کل انقباض و انبساط برای اتصال 4 اینچ برابر خواهد بود با :

30 mm

با تقسیم Lt بر مقدار بدست آمده خواهیم داشت :

N = Lt /30 = 378 /30 = 12/6 = 13

جدول شماره 2

تغییر طول لوله ها به ازاء هر یک متر (mm)

6 – طراحی اتصالات آکاردئونی

استاندارد مرجع اتصالات آکاردئونی E J M A (Expansion Joint Manufacturers Association) می باشد که طراحی قطعات بر مبنای آن صورت می پذیرد .

نرم افزار های متعددی بر مبنای این استاندارد آماده شده اند که موجب بالا رفتن سرعت و تسهیل امر طراحی گردیده اند . این نرم افزار های ورودی مورد نیاز می باشد که با تعیین کردن مشخصات ابعادی پره ( عمق و گام پره , تعداد لایه و ضخامت هر لایه) تعداد پره لازم برای رسیدن به حداکثر عمر بدست می آید .

علاوه بر این می توان با تغییر دادن پارامتر های موجود به ضرایب فنریت مورد نظر نیز نزدیک شد . نرم افزار ها معیار های مختلفی را از جمله مقاومت قطعه در برابر تنش های ناشی از فشار و تغییر مکان , ناپایداری ستونی و صفحه ای , حداکثر حرکت مجاز , عمر مورد نیاز و امکان بروز پدیده خزش (Creep) را چک می کنند .

همچنین در صورت لزوم بسته به اهمیت و حساسیت قطعات , پس از اتمام مراحل طراحی , نتایج بدست آمده با استفاده از روش اجزاء محدوده و کمک گرفتن از نرم افزار های مربوطه مدل سازی شده و تحت بار های مورد نظر قرار می گیرد تا با چک کردن نتایج این روش اطمینان مضاعفی بر طرح پیشنهادی افزوده شود .

7 – نصب اتصالات آکاردئونی

در موارد متعددی دیده شده است که به علت عدم استفاده صحیح از قطعه و نصب نادرست آن , مشکلات متعددی برای اتصالات و خطوط لوله پیش آمده است . لذا آگاهی از چگونگی استفاده و نصب این قطعات بر عملکرد آن ها تاثیر بسزایی دارد .

الف) نحوه Preset کردن اتصالات آکاردئونی

لوله های به کار رفته در خطوط انتقال سیالات به علت افزایش یا کاهش دمای سیال جاری دچار افزایش یا کاهش طول می گردند . مقدار افزایش یا کاهش در واحد طول , بستگی به جنس لوله در دما های متفاوت در جدول شماره (2) نشان داده شده است .

در نصب اتصال آکاردئونی ابتدا طول کلی اتصال با در نظر گرفتن طول آن در حالت عادی و دمای سیستمی که باید در آن نصب گردد محاسبه می شود و پس از آن طول اتصال تنظیم شده و در سیستم نصب می گردد .

ب) مسند ها و راهنما ها (ANCHORS AND GUIDES)

1 – مسند

مسند قطعه ای است که وظیفه آن تحمل و دفع نیرو های ناشی از تغییرات طولی لوله , جهت جریان سیال و نیروی فرنیت قسمت آکاردئونی می باشد که به دو نوع تقسیم می شود :

الف) مسند اصلی (MAIN ANCHOR)

مسند های اصلی در دو انتهای یک خط لوله در صورت امکان محل های تغییر زاویه خط لوله نصب می گردند و وظیفه مقابله در برابر نیرو های Thrust ناشی از فشار و جریان سیال , نیروی فرنیت و سایر نیرو های اعمالی از طرف خط لوله را دارند .

ب) مسند میانی (INTERMEDIATE ANCHOR)

در فواصل میانی مسند های اصلی از مسند میانی استفاده می گردد . به جز نیروی Thrust , تمامی نیرو های وارد بر مسند اصلی به مسند میانی نیز اعمال می گردند .

MA : مسند اصلی در قسمت مستقیم لوله
MB : مسند اصلی در قسمت خم لوله
IA : مسند میانی
Fw : نیروی وارده بر مسند اصلی در قسمت مستقیم لوله
Fb : نیروی مرکب وارده بر مسند اصلی واقع در قسمت خم لوله
Fi : نیروی وارده بر مسند میانی
G : راهنما
Exp : اتصال آکاردئونی

2 – راهنما

راهنما قطعه ای است که علاوه بر تحمل وزن لوله , تغییرات طولی لوله را هدایت می کند . بنابراین راهنما باید جهت جلوگیری از خم شدن (کمانش) لوله در اثر تغییر طولی یا وزن آن دارای استحکام کافی باشد .

با توجه به جدول زیر و در نظر گرفتن قطر لوله , می توان فاصله اولین راهنما (L1) را از اتصال آکاردئونی بدست آورد . فاصله اولین راهنما 4 برابر و فاصله دومین راهنما (L2) 14 برابر قطر نامی لوله در نظر گرفته می شود . برای بدست آوردن حداکثر فاصله راهنما های بعد (Lmax) با در نظر گرفتن فشار خط لوله می توان از نمودار (1) استفاده کرد .

نمودار شماره (1)

ج) نکاتی درباره مسند و راهنما

اتصالات آکاردئونی حتی با اعمال نیروی بسیار کمی تغییر طول می دهند . لذا برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح اینگونه اتصالات موارد زیر را نباید فراموش کرد . در غیر این صورت نه تنها اتصال اکاردئونی عملکرد صحیحی نخواهد داشت بلکه منجر به بروز خرابی نیز خواهد گردید .

1 . اطمینان پیدا کنید که دو انتهای لوله مستقیم یا خم را بر روی مسند اصلی خود قرار داده اید .
2 . هر اتصال آکاردئونی باید بین دو مسند قرار داشته باشد .
3 . هنگامی که در یک خط لوله مستقیم با تغییر قطر (Reducer) مواجه هستید حتما در آن محل از مسند استفاده کنید تا از وارد آمدن نیروی اضافی ناشی از تغییر فشار سیال بر اتصال جلوگیری شود .
4 . مسند باید توانایی مقاومت در مقابل نیرو های وارده را داشته باشد .
5 . خط لوله را به گونه ای تنظیم کنید که اتصال به راحتی تغییر طول دهد . به همین خاطر از راهنما ها بگونه ای استفاده کنید که وزن لوله روی اتصال آکاردئونی تاثیر نگذارد و این اتصال دچار خمش یا انحراف نگردد .
6 . در خط لوله مستقیم جایی که لوله به یک شیر منتهی می شود , حتما از مسند استفاده کنید .

8 – سایر هشدار های نصب

1 . در زمان نصب اتصالات جوشی , قسمت آکاردئونی را کاملا بپوشانید تا از سوراخ شدن قطعه در اثر جرقه های ناشی از جوشکاری جلوگیری شود .
2 . قبل از نصب به پلاک , مشخصات فنی قطعات و نوع کاربرد آن ها در سیستم توجه کنید .
3 . خطوط انتقال آب آشامیدنی و سیستم های بهداشتی اتصالات مخصوص به خود را دارند . از سایر اتصالات جوشی و فلنجدار در این سیستم ها استفاده نکنید .
4 . قبل از تست سیستم , اتصالات را کاملا مهار کنید و هنگام بهره برداری , مهار ها را با توجه به مشخصات فنی قطعه آزاد نمائید .
5 . قسمت آکاردئونی یک اتصال آکاردئونی حساس ترین قسمت آن است , از وارد کردن هرگونه ضربه به آن جلوگیری کنید .
6 . در صورت وجود هرگونه ابهام در نصب قطعات , پیش از هر گونه اقدام با کارکنان شرکت ارتعاشات صنعتی ایران تماس حاصل فرمائید .

9 – عملکرد اتصالات آکاردئونی

قسمت انعطاف پذیر یک اتصال آکاردئونی قابلیت جذب سه نوع حرکت اصلی محوری (Axial) , جانبی (Lateral) و زاویه ای (Angular) را دارد . در اشکال زیر این سه حرکت نشان داده شده است :

با در نظر گرفتن آرایش های مناسب می توان از اتصال آکاردئونی برای کاربرد های مختلف استفاده کرد . برخی از انواع اتصالات آکاردئونی در شکل زیر نشان داده شده اند :

محاسبه مقدار جابجایی مخوری (در جهت محور X)

مقدار معادل انقباض (X-) و انبساط (X+) به ازا هر پره طبق فرمول زیر قابل محاسبه است :

اتصال با یک قسمت آکاردئونی (تکی)

اتصال با دو قسمت آکاردئونی (دو تای)

محاسبه مقدار اتحراف محوری (در جهت محور Y)

مقدار انحراف محور هنگامی که دو انتهای اتصال آکاردئونی در یک صفحه به طور موازی جابجا شود , طبق فرمول زیر محاسبه می گردد (به ازای یک پره) :

اتصال با یک قسمت آکاردئونی (تکی)

اتصال با دو قسمت آکاردئونی (دو تایی)

محاسبه مقدار انحراف زاویه ای

جابجایی در اثر ایجاد خمش در اتصال آکاردئونی (انحراف زاویه ای) باعث ایجاد دو نوع جابجایی یعنی کشش و تراکم در دو طرف قسمت آکاردئونی می گردد . مقدار این جابجایی مطابق فرمول زیر محاسبه می گردد (برای هر پره) :

مقدار مجموع جابجایی های بدست آمده نباید از میزان جابجایی مجاز بزرگتر باشد :

نیرو های حاصله در اثر جابجایی

نیرو های از دفع جابجایی های محوری و زاویه ای در اتصالات آکاردئونی طبق فرمول های زیر محاسبه می گردد :

نیروی ناشی از جابجایی محوری

نیروی ناشی از انحراف محوری

نیروی ناشی از چرخش زاویه ای

10 – اتصالات آکاردئونی روتین جوشی و فلنجدار شرکت ارتعاشات صنعتی ایران (تا فشار 10 بار-PN10)

استاندارد های سوراخکاری فلنج :

ANSI B 16.5 150# , DIN PN 10 , DIN PN 16

جدول مشخصات اتصالات آکاردئونی روتین تا فشار 10 بار (PN 10)

محاسبات طبق استاندارد EJMA 9 (2008) می باشد .

حرکت های اعلام شده می تواند به صورت کشیدگی یا فشردگی باشد . چنان چه اتصال هم فشرده و هم کشیده شود میزان عمر قطعه کمتر از 1000 سیکل خواهد شد . به عنوان مثال در مورد سایز 8 اینچ میزان عمر 1000 سیکل بر مبنای حرکت 40 میلیمتر کشیدگی یا 40 میلیمتر فشردگی و یا 20 میلیمتر کشیدگی و فشردگی هم زمان می باشد . چنان چه حرکت های مورد نظر بیش از مقادیر فوق باشد , می توان قطعه را به صورت سفارشی مطابق با نیاز مشتری طراحی نمود .

11 – اتصالات آکاردئونی روتین جوشی و فلنجدار شرکت ارتعاشات صنعتی ایران (تا فشار 16 بار-PN16)

جدول مشخصات اتصالات آکاردئونی روتین تا فشار 16 بار (PN 16)