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Che cosa sono i giunti di dilatazione per tubi

 

I giunti di dilatazione delle tubazioni sono punti di connessione tra sezioni di tubo che si muovono, si espandono e si contraggono per compensare la pressione derivante dalle variazioni legate al calore, dalle vibrazioni dei macchinari e dalle imperfezioni di allineamento. I giunti di dilatazione sono spesso chiamati anche compensatori, soffietti di dilatazione o giunti flessibili e possono essere utilizzati per una varietà di applicazioni, comprese le sezioni di trasferimento vicino a caldaie, motori, turbine, condensatori, pompe o scambiatori di calore.

 

Vantaggi dei giunti di dilatazione per tubi
 

I giunti di dilatazione dei tubi proteggono dalla dilatazione termica

Lo scopo principale dei giunti di dilatazione dei tubi è prevenire un guasto del sistema, un conseguente arresto e le costose riparazioni per ripristinare tutto in ordine. Raggiungono questo obiettivo attraverso diversi meccanismi. Innanzitutto, i giunti di dilatazione anticipano la dilatazione termica, che si verifica quando la temperatura aumenta all’interno del sistema. L'aumento delle temperature in generale induce espansione e ciò provoca la piegatura, la distorsione o addirittura la rottura delle tubazioni diritte e altrimenti regolari. I giunti di dilatazione limitano questo fenomeno muovendosi con l'espansione dei tubi e assecondando le forze assiali a valle. Fondamentalmente, questi giunti conferiscono al sistema una certa flessibilità che risponde ai cambiamenti nelle dimensioni del tubo.

Proteggono dalle risonanze vibrazionali

Un altro meccanismo attraverso il quale i giunti di dilatazione dei tubi salvano un sistema di tubazioni è la mitigazione della risonanza vibrazionale. I fluidi che passano attraverso i tubi applicano forza ai tubi che, se accumulati nel tempo, risuonano pericolosamente lungo la lunghezza del tubo. Quanto più lungo è il tubo, tanto più è probabile che queste forze possano risuonare fortemente e provocare fessurazioni. I giunti di dilatazione sono strumenti importanti per arrestare questa risonanza perché suddividono i sistemi di tubazioni in segmenti più piccoli e possono anche muoversi con determinate forze accumulate in diverse direzioni.

 

Vantaggi rispetto ad un loop di tubi

I notevoli vantaggi dei giunti di dilatazione dei tubi rispetto ai circuiti di tubi sono un altro vantaggio derivante dall'utilizzo dei giunti di dilatazione dei tubi. Sebbene ciascuno di essi sia uno strumento efficace quando si tiene conto della dilatazione termica, i giunti di dilatazione sono decisamente più efficienti in termini di spazio. La caratteristica distintiva di un circuito di tubo è la sua forma a U e per essere creata richiede ampio spazio all'interno di una struttura. D'altro canto, i giunti di dilatazione sono praticamente a filo con il resto del sistema di tubazioni e non occupano spazio aggiuntivo. Ciò significa che sono più pratici per le strutture che hanno poco spazio. Inoltre, i circuiti dei tubi non sono inclusioni realistiche nei sistemi a bassa pressione, rendendo i giunti di dilatazione, che preservano la pressione di un sistema in modo più coerente, l'opzione migliore.

 

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Struttura del giunto di dilatazione del tubo
 

Tubo

Un rivestimento protettivo a tenuta stagna in gomma sintetica o naturale. La funzione primaria dei tubi è quella di eliminare la possibilità che i materiali movimentati penetrino nella carcassa.

Ductile Iron Dismantling Joint
Ductile Iron Dismantling Joint

Anello di ritenzione

Utilizzato per comprimere la flangia del giunto di dilatazione sulla flangia di accoppiamento per creare una tenuta. Chiamate anche barre di bloccaggio o barre di supporto. Si applica alla maggior parte dei giunti di dilatazione.

Carcassa

La carcassa o corpo dei compensatori di dilatazione dei tubi è costituita da tessuto e, quando necessario, da metallo.

Ductile Iron Dismantling Joint
Ductile Iron Dismantling Joint

Copertina

La superficie esterna del giunto.

Rinforzo in tessuto

Il rinforzo in tessuto della carcassa è l'elemento flessibile e di supporto tra il tubo e la copertura.

Universal Flange Adaptor
Forged Stainless Steel Flange

Rinforzo metallico

Anelli in filo metallico o in acciaio massiccio incorporati nella carcassa, spesso utilizzati per il rinforzo.

Flangia di accoppiamento

Utilizzato per collegare il giunto del tubo al tubo in cui viene installato.

2-PC Stainless Steel Ball Valve
Malleable Iron Pipe Fittings

Asta di controllo

Utilizzato per limitare i movimenti assiali durante il funzionamento e impedire che il giunto superi le sue capacità di movimento. Le aste fissano la flangia di accoppiamento e il giunto di dilatazione. Solitamente utilizzato sui giunti delle tubazioni, ma può essere installato sulla maggior parte dei giunti quando necessario.

 

 
I 5 tipi più comuni di giunti di dilatazione per tubi
 

 

universale

Nel frattempo, i giunti di dilatazione universali gestiscono le forze laterali e la rotazione angolare oltre alle forze assiali. Le forze laterali agiscono in direzione perpendicolare al piano. Quindi, in questo caso, ciò comporterebbe tenere la lattina come se stessi per bere e premerne il lato con una mano. Le forze angolari si torcono, come se usassi le mani per rivoltarsi l'una contro l'altra e comprimere la lattina di soda. Ciò è possibile perché i giunti cardanici sono costituiti da due soffietti e da un tratto di tubo. Quando le forze assiali, laterali e angolari sono forti, i giunti universali sono una buona opzione.

 

Giunto cardanico

Paragonabile a un giunto a cerniera, un giunto cardanico è dotato di cerniere che consentono il libero movimento in qualsiasi direzione. Ciò consente un elevato grado di movimento del tubo poiché si muove in ogni direzione della forza laterale. I giunti cardanici sono ottimi strumenti per eliminare quanta più spinta possibile.

Semplice

I giunti di dilatazione semplici per tubi resistono specificatamente alle forze assiali. Sull'asse del tubo agiscono forze assiali. È come la forza usata per schiacciare una lattina di soda mettendo le mani sulla parte superiore e inferiore della lattina e spingendo una mano per incontrare l'altra. La mitigazione di queste forze di schiacciamento rende i giunti di dilatazione semplici efficaci nel proteggere i tubi.

Pressione bilanciata

Un tipo specializzato di giunto di dilatazione per tubi è il giunto di dilatazione a pressione bilanciata. Questi possono essere del tipo a gomito o in linea e sono utilizzabili quando non è possibile ancorare un giunto per limitare il movimento assiale. Per garantire che le forze assiali non travolgano il sistema, i giunti a pressione bilanciata utilizzano soffietti che si oppongono l'uno all'altro per annullare parte della forza. Inoltre, il giunto contiene forze assiali perché è presente un elemento in sezione trasversale che stabilizza il giunto.

Incernierato

I giunti di dilatazione incernierati, simili ai giunti universali, affrontano principalmente le forze laterali. Come prende il nome, si distingue per la cerniera posizionata vicino a un soffietto per sopportare le forze laterali in un unico orientamento. Puoi anche limitare una direzione della cerniera saldando e supportando un lato e non l'altro.

 

Materiali dei giunti di dilatazione dei tubi
 

Metallo

La struttura dei giunti di dilatazione dei tubi viene utilizzata principalmente in applicazioni in cui la dilatazione termica è un problema. Quando la temperatura del tubo aumenta, il compensatore metallico si comprime per compensare il movimento, allentando gli ancoraggi e il tubo. Un giunto di dilatazione in metallo è un ottimo esempio di come gestire i tubi caldi in espansione.

 

Gomma

La gomma può essere utilizzata per la dilatazione termica e assorbe molto bene anche le vibrazioni e le onde d'urto. Ecco perché questo tipo di struttura del giunto di dilatazione del tubo è ideale per ridurre al minimo la trasmissione di rumore e vibrazioni da altre apparecchiature per proteggere apparecchiature come le pompe. Funzionano anche come ammortizzatori per ridurre al minimo i traumi causati da colpi d'ariete, picchi di pressione ed eventi sismici (non che ci siano molti terremoti in Wisconsin...).

 

Intrecciato

I tubi in acciaio inossidabile intrecciati con rivestimenti flessibili o metallici non sono tecnicamente un giunto di dilatazione, ma più un connettore flessibile. Funzionano bene in applicazioni ad alta pressione e temperatura che richiedono smorzamento delle vibrazioni o disallineamenti dei tubi. Sono spesso utilizzati su pompe e altre apparecchiature per contribuire a eliminare il carico di spinta sugli ugelli dell'apparecchiatura dovuto alla dilatazione termica. L'eliminazione di tale carico è fondamentale per le prestazioni della pompa.

 

 
Le cose da fare e da non fare quando si conservano i giunti di dilatazione per tubi metallici
 

 

 
Conservare i giunti di dilatazione dei tubi all'interno

È meglio conservare sempre i giunti di dilatazione dei tubi metallici in un'area interna pulita, lontana dalla luce solare diretta, preferibilmente su dei cunei. Tuttavia, se li tieni sul pavimento, la superficie dovrebbe essere uniforme, solida e asciutta per evitare filigrane e ruggine sull'acciaio. I giunti di dilatazione dovrebbero essere piatti per evitare danni e deformazioni e dovrebbero essere lontani da oggetti appuntiti. È inoltre preferibile tenere i componenti di espansione lontani da olio, grasso e sostanze chimiche, preferibilmente in stanze separate.

 
Conservare le parti di espansione nella confezione originale

La conservazione delle parti di espansione nella confezione originale fino al momento dell'installazione preserva l'integrità del componente. L'imballaggio protegge inoltre le parti da detriti estranei che entrano e si depositano nei manicotti e nelle spire del flusso interno.

 
Non utilizzare detergenti abrasivi

Molte soluzioni detergenti e saponi contengono sostanze chimiche aggressive responsabili della tensocorrosione. Quando si puliscono i giunti di dilatazione dei tubi metallici immagazzinati, è necessario utilizzare solo alcool isopropilico e un panno morbido per pulire delicatamente le superfici. Evitare l'uso di strumenti di pulizia abrasivi come spazzole e spugne in acciaio durante la pulizia dei componenti di dilatazione metallici.

 
Non esitate a impilare le parti

È meglio conservare le parti di espansione in metallo una accanto all'altra. Tuttavia, ci sono casi estremi in cui lo spazio è limitato e nessuna alternativa. Se ti trovi in ​​una situazione del genere, puoi impilare i soffietti uno sopra l'altro in modo da preservare i componenti e mitigare il rischio di caduta delle pile. Queste sono le cose da fare e da non fare quando si conservano i giunti di dilatazione metallici. Ricordarsi di posizionarli in un'area pulita e asciutta, priva di traffico pesante o fattori dannosi. Ispezionare le parti per individuare eventuali danni quali ammaccature, componenti rotti e filigrane sui cartoni di stoccaggio. Se conservati correttamente, i giunti di dilatazione possono durare più a lungo.

 

 

Come scegliere i giunti di dilatazione dei tubi

 

 

Piano delle tubazioni

Prima di intervenire sui giunti di dilatazione dei tubi stessi, assicurarsi che le tubazioni e le apparecchiature adiacenti siano conformi alle buone e solide pratiche di ingegneria delle tubazioni. Fondamentalmente, ciò significa che il corretto posizionamento e progettazione degli ancoraggi, delle guide e dei supporti sono importanti affinché il giunto di dilatazione funzioni correttamente.

 

Movimento articolare

Poiché i giunti di dilatazione dei tubi e i connettori flessibili della pompa vengono utilizzati per assorbire il movimento assiale, laterale e angolare del tubo, nonché le vibrazioni, è necessario fare un'attenta considerazione per calcolare correttamente tali movimenti. È importante utilizzare il coefficiente di dilatazione termica (CTE) corretto. È necessario conoscere il materiale specifico del tubo poiché il CTE differisce notevolmente tra i materiali del tubo. Queste differenze possono influenzare il movimento calcolato al punto che il movimento del tubo potrebbe superare di molto la capacità del giunto di dilatazione quando i calcoli iniziali mostrano che rientrano nei suoi limiti.

 

Mezzi pompati

Anche la determinazione dei mezzi di processo è importante poiché ogni anno vengono lavorate nuove sostanze chimiche. Il mezzo è uno dei fattori determinanti più importanti per la selezione dell'elastomero compatibile. La selezione dei materiali non deve essere compromessa durante il processo di specifica. La scelta di un materiale per tubi marginali è rischiosa e comporta elevati costi di sostituzione e/o tempi di inattività. Dovrebbe essere analizzato anche qualsiasi materiale abrasivo presente nel mezzo poiché anche piccole quantità di materiale abrasivo ad alta velocità possono usurare prematuramente un tubo. Dovrebbe essere studiato un rivestimento protettivo o un design ad arco pieno. Il conservatorismo è la politica migliore poiché un prodotto compromesso può portare a un rapido deterioramento e fallimento. Si consiglia che i giunti per servizi gravosi siano dotati di requisiti di certificazione del materiale e che le proprietà del materiale siano controllate per confermare che la certificazione del materiale corrisponda al fluido pompato.

 

 

Pressione e temperatura

Dati accurati su temperatura e pressione sono importanti e dovrebbero essere inclusi nell'analisi dei requisiti dell'applicazione. Quando le temperature superano i 200 gradi Fahrenheit (93 gradi Celsius), è necessario effettuare un adeguato declassamento della pressione per garantire che il giunto di dilatazione o il connettore flessibile possano gestire la pressione di esercizio del sistema alla temperatura massima elevata. È necessario un declassamento della pressione per prevenire il potenziale deterioramento del tessuto di rinforzo. Quando si utilizzano connettori allo scarico, è necessario indagare sulla pressione pulsante o d'urto. Una regola generale è che i giunti di dilatazione del tubo o il connettore flessibile dovrebbero essere dimensionati per resistere a quattro volte il funzionamento del sistema per compensare la pressione d'urto.

 

Ancore

È necessario utilizzare ancoraggi affidabili e di alta qualità in grado di resistere alla spinta della pressione del giunto e alla forza risultante dal movimento del tubo. Si consiglia inoltre l'uso di aste di controllo o bulloni di limitazione come riserva per la possibilità di cedimento dell'ancoraggio. Queste aste impediscono al giunto di estendersi o separarsi se un ancoraggio di ritenuta dovesse cedere o esplodere. L'uso delle aste di controllo è una polizza assicurativa poco costosa. I sistemi di giunti di dilatazione per tubi non metallici, se progettati correttamente e applicati correttamente, possono durare 30 anni o più. Un esempio è un'applicazione in cui l'acqua di raffreddamento ad alta pressione passa attraverso un giunto di dilatazione in etilene propilene diene monomero (EPDM) con un diametro interno di 132- pollici a una temperatura superiore a 200 gradi F (93 gradi C) in un impianto di energia nucleare . Una volta rimosso, il giunto di dilatazione mostrava poca usura e una maggiore durezza del durometro dopo oltre 25 anni di servizio.

 

 
Applicazione di giunti di dilatazione per tubi
 
01/

Sistemi HVAC

I giunti di dilatazione dei tubi vengono utilizzati nei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) per assorbire il movimento dei tubi causato dalle variazioni di temperatura. Ciò può includere condutture, tubazioni e persino l'apparecchiatura stessa.

02/

Centrali elettriche e applicazioni industriali

I giunti di dilatazione dei tubi sono comunemente utilizzati nelle centrali elettriche e in altre applicazioni industriali in cui sono presenti temperature e pressioni elevate. Sono utilizzati nei tubi del vapore, nei sistemi di scarico e in altre aree in cui l'espansione e la contrazione termica sono fattori significativi.

03/

Lavorazione chimica

Anche l'industria della lavorazione chimica si affida ai giunti di dilatazione dei tubi per accogliere il movimento termico. Questi giunti vengono generalmente utilizzati in sistemi di tubazioni ad alta temperatura che trasportano acidi, sostanze chimiche e altri materiali pericolosi.

04/

Applicazioni marine e offshore

I giunti di dilatazione dei tubi vengono utilizzati anche in applicazioni marine e offshore per accogliere il movimento dei tubi dovuto al movimento di una nave o di una piattaforma petrolifera. Sono fondamentali per mantenere l'integrità strutturale del sistema e prevenire danni derivanti dal movimento dei tubi.

05/

Industrie alimentari e delle bevande

I giunti di dilatazione vengono utilizzati negli impianti di lavorazione di alimenti e bevande per accogliere le variazioni termiche nei sistemi di tubazioni e isolare le vibrazioni dalle apparecchiature, come pompe e compressori.

06/

Industrie farmaceutiche

I giunti di dilatazione dei tubi vengono utilizzati nei processi di produzione farmaceutica per ridurre al minimo i rischi di contaminazione derivanti dalle vibrazioni e pulsazioni del sistema e anche per compensare l'espansione termica.

 

Profilo Aziendale

 

 

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Domande chieste
 

 

D: Qual è la regola pratica per l'espansione dei tubi?

R: Una regola pratica comune e facile da ricordare è che l'acciaio si espande di 0,76 pollici per 100 piedi per 100 gradi F (10,8 × 10-6 per grado). Per un pozzo alto 200 piedi (61 m) con il tubo installato a 40 gradi F (4,4 gradi) che ha una temperatura massima dell'acqua di riscaldamento di 180 gradi F (82,2 gradi), l'espansione totale è di 2,1 pollici.

D: Perché i giunti di dilatazione falliscono?

R: Il guasto dei giunti di dilatazione può verificarsi quando una quantità eccessiva di vibrazioni o movimento provoca crepe nel soffietto. I giunti di dilatazione devono essere progettati e realizzati tenendo presente i movimenti previsti.

D: Come scelgo un giunto di dilatazione?

R: Una regola generale è che il giunto di dilatazione o il connettore flessibile devono essere dimensionati per resistere a quattro volte il funzionamento del sistema per compensare la pressione d'urto. È necessario utilizzare ancoraggi affidabili e di alta qualità in grado di resistere alla spinta della pressione del giunto e alla forza risultante dal movimento del tubo.

D: Quanto sono importanti i giunti di dilatazione?

R: I giunti di dilatazione svolgono un ruolo prezioso nella resilienza ai terremoti. Possono assorbire e distribuire le forze di un evento sismico, riducendo il rischio di cedimento strutturale.

D: Qual è la regola 1500 nelle tubazioni?

R: Una linea guida generale e meno rigorosa viene talvolta definita "la regola del 1500": se la dimensione della linea (dimensione nominale del tubo) moltiplicata per (x) la temperatura (gradi F) è inferiore a 1500, allora la linea "potrebbe" non necessitare di formalità analisi dello stress. Esempio 3' (x) 400 gradi (F)=1200.

D: Cosa sono i giunti di dilatazione nel codice idraulico?

R: I raccordi per giunti di dilatazione devono essere utilizzati solo dove necessario per provvedere all'espansione e alla contrazione dei tubi. I raccordi dei giunti di dilatazione dovranno essere del materiale tipico adatto all'uso con il tipo di tubazione in cui tali raccordi sono installati.

D: Quanto devono essere distanti i giunti di dilatazione?

R: In generale, i giunti di dilatazione non dovrebbero essere più distanti di 2 o 3 volte (in piedi) la larghezza totale del calcestruzzo (in pollici).

D: È normale che i giunti di dilatazione si rompano?

R: Il calcestruzzo si restringe quando si asciuga. I giunti di dilatazione, se posizionati correttamente e con sufficiente frequenza, limiteranno le fessurazioni nella posizione dei giunti di dilatazione. Le crepe si verificano più spesso a causa della mancanza di giunti di dilatazione.

D: Cosa accadrebbe se non ci fossero giunti di dilatazione?

R: Un giunto di dilatazione è una parte del ponte che aiuta ad assorbire l'espansione o la contrazione termica. Fondamentalmente, quando il calcestruzzo si scalda, può espandersi e quando si raffredda, si contrae. Per tenere conto di tale movimento, nei ponti vengono inseriti giunti di dilatazione. Senza questi giunti ci sarebbero delle crepe nelle strutture.

D: Con quale frequenza è necessario sostituire i giunti di dilatazione?

R: Sebbene la progettazione e l'applicazione siano altrettanto cruciali, la corretta installazione dei giunti di dilatazione è vitale per la loro durata. Una parte progettata e installata correttamente dura in genere dai 15 ai 20 anni nella maggior parte delle applicazioni industriali.

D: Qual è la regola per le dimensioni di 2 tubi?

R: La regola pratica è che il doppio del diametro equivale a quattro volte la portata. Nella figura puoi vedere che quattro tubi da 1″ possono essere inseriti in un tubo da 2″.

D: Dove sono necessari i giunti di dilatazione?

R: I giunti di dilatazione vengono posizionati prima del getto del calcestruzzo. I giunti di dilatazione vengono utilizzati per consentire il movimento della lastra e non sollecitare ciò che appoggia. Questi giunti vengono posizionati dove una lastra incontra un edificio, dove una lastra incontra un'altra lastra e dove la terrazza della piscina incontra il bordo.

D: Qual è la regola per i giunti di dilatazione in PVC?

R: Una regola generale è che per ogni variazione di temperatura di 100 gradi F in un tratto di 100 piedi di condotto in PVC, il condotto subirà 3,6" di espansione o contrazione. Nelle installazioni in cui la variazione di temperatura prevista supera i 25 gradi F nei giunti di dilatazione deve essere usato.

D: Qual è la differenza tra un giunto flessibile e un giunto di dilatazione?

R: Rispetto ai connettori flessibili, i soffietti o i giunti di dilatazione sono progettati per assorbire la dilatazione del tubo. Poiché i soffietti hanno ondulazioni più grandi rispetto ai connettori flessibili, sono in grado di comprimersi di più e tendono a gestire meglio il movimento laterale per tollerare il disallineamento del tubo.

D: Qual è il problema articolare più comune?

R: L'artrosi è il tipo più comune. Nel corso del tempo, l’artrite può causare gravi danni articolari. Può colpire persone di tutte le età. Un infortunio articolare quando si è giovani può causare l'artrosi più avanti nella vita.

D: Quali informazioni prendono in considerazione gli ingegneri quando utilizzano i giunti di dilatazione?

R: Pertanto, l'ingegnere strutturale deve conoscere la percentuale di movimento previsto per determinare le larghezze massima e minima. La percentuale di movimento previsto è molto importante nella scelta dei sistemi di giunti di dilatazione.

D: Quali sono i tre tipi di giunti di dilatazione?

R: Esistono tre tipi principali di giunti di dilatazione utilizzati nelle applicazioni industriali: giunti di dilatazione in metallo, giunti di dilatazione in gomma e giunti di dilatazione in tessuto.

D: Quanto in profondità si tagliano i giunti di dilatazione?

R: Una buona regola pratica è quella di tagliare le giunture da un quarto a un terzo dello spessore della lastra. Per una lastra spessa 6-pollici, ciò significa tagliare da 1 1/2 a 2 pollici di profondità. Assicurarsi che la profondità del taglio della sega soddisfi le specifiche di ingegneria strutturale.

D: Come si sigillano le fessure nei giunti di dilatazione?

R: Per risolvere questo problema, usa una lama da muratura su una sega circolare per pulire la fessura, quindi riempila con una goccia di mastice siliconico specifico per il cemento. Il mastice sigillerà il giunto di dilatazione e manterrà l'acqua fuori.

 

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