5. Połączenia rurowe.
W zależności od metody łączenia rur rozróżnia się połączenia nierozłączne: nitowe, spawane, zgrzewane, lutowane, klejone, roztłaczane oraz połączenia rozłączne: kielichowe, gwintowe i kołnierzowe. Dla utrzymania jednakowej średnicy przewodu rurowego rury łączy się stykowo (czołowo) lub też koniec jednej z nich rozwalcowuje się, otrzymując odpowiednio większą średnicę.
Nitowanie (rys. 8.1a, b) stosuje się rzadko i tylko do rur o średnicach powyżej 800 mm, gdy jest możliwy dostęp do łbów nitów od wewnątrz. Rury stalowe są przeważnie spawane czołowo (rys. 8.1c). Stosując nakładkę w postaci tulei spawa się najpierw same rury, a następnie nakładkę z rurami (rys. 8.1d), co zwiększa wytrzymałość połączenia. Zgrzewania rur stalowych w zasadzie nie
stosuje się, ponieważ przy mniejszych średnicach rur usuwanie sopli z nadtopionego metalu wewnątrz rury jest prawie niemożliwe, natomiast przy dużych średnicach spawanie jest technologią tańszą. Klejenie jest stosowane przeważnie do łączenia rur z tworzyw sztucznych.
Połączenie roztłaczane powstaje w wyniku rozwalcowania na zimno końcówki rury przy montażu (rys. 8.1f) i jest stosowane m.in. w segmentach rurek kotłowych (płomieniówek) lub do łączenia rur rozwalcowanych przed montażem na odpowiedni wymiar (np. rys. 8.1e).
Połączenia rozłączne są stosowane do łączenia rur między sobą oraz z innymi elementami rurociągu (kształtkami, armaturą, zbiornikami). Połączenia wymagają z reguły stosowania uszczelek.
Połączenia kielichowe stosuje się przeważnie do łączenia rur żeliwnych kamionkowych, używanych w rurociągach wodnych przy ciśnieniu czynnika ok. 0,2 MPa (max. do 1 MPa) oraz czasami do rur stalowych (rys. 8.2). Połączenie powstaje przez wsunięcie gładkiej rury do rozszerzonego końca drugiej rury, zwanego kielichem; do kielicha wkłada się szczeliwo (np. sznur konopny smołowany) i zalewa ołowiem, smołą lub cementem. W razie potrze‑
stosuje się połączenia podatne (rys. 8.2d), uszczelniane gumowymi pierścieniami.
Połączenia kielichowe powinny być mocowane w taki sposób, aby nie przenosily sił wzdłużnych i poprzecznych.
Połączenia gwintowe stosuje się do łączenia rur o małych średnicach (do Dn = 80 mm), przewodzących czynnik pod ciśnieniem pn do 4 MPa. Istnieje wiele różnych rozwiązań tych połączeń, z których kilka podano na rys. 8.3.
Najprostszym rozwiązaniem jest skręcenie nagwintowanych rur (rys. 8.3a), których jedna jest rozwalcowana. Do łączenia rur o jednakowej średnicy stosuje się również różne złączki. Połączenie jednozłączkowe (rys. 8.3b) jest proste i tanie; jego wadą jest konieczność przesuwania wzdłużnego obracania rury przy montażu i demontażu. Lepszym rozwiązaniem jest nacięcie długiego gwintu na jednej z rur (2 na rys. 8.3c). Montaż i demontaż połączenia przeprowadza się wówczas przy nieruchomych rurach, przesuwając złączkę (nakrętkę) 3 z rury 2 na rurę 1. Nakrętka 4 zabezpiecza przed zmianą położenia złączki 3 np. pod wpływem drgań.
Równie korzystne warunki montażu i demontażu zapewnia połączenie dwuzłączkowe (rys. 8.3d).
Uszczelnienie połączeń gwintowych wykonuje się przez owinięcie gwintu nićmi konopnymi lub lnianymi, smarowanymi minią z pokostem lub szybko schnącym lakierem nitrocelulozowym; stosuje się również płaskie uszczelki pierścieniowe na powierzchniach oporowych, np. w połączeniach dwuzłączkowych (rys. 8.3d).
Połączenia s k r ę t k o w e (rys. 8.3e) służą do łączenia rur o niedużych średnicach i cienkich ściankach. Rozwalcowane stożkowo końcówki rur 1 i 2 są dociskane nakrętkami 4 do skrętki gwintowanej 3. Przy dokładnym wykonaniu powierzchni stożkowych połączenie to zapewnia dostateczną szczelność; w innych rozwiązaniach stosuje się dodatkowo pierścienie uszczelniające. Połączenia skrętkowe są używane w smarowniczych przewodach olejowych, w instalacjach hydraulicznych i pneumatycznych, w automatyce przemysłowej itp.
Łączniki rurowe gwintowe oraz ich elementy (korpusy złączek, nakrętki itp.) są objęte normami od PN-65/M-73109 do PN-66/M-73149.
Połączenia kołnierzowe (rys. 8.4) mogą być stosowane w bardzo szerokim zakresie, tzn. do przewodzenia wszelkich czynników o różnym ciśnieniu i temperaturze. Wadą ich jest zwiększony ciężar i większe wymiary połączenia, dlatego w praktyce stosuje się je przy łączeniu przewodów o
większych średnicach w rurociągach naziemnych i w przypadkach, gdy zastosowanie innych sposobów łączenia jest utrudnione. Stosuje się połączenia z kołnierzami stałymi (rys. 8.4a) i luźnymi (rys. &4b). Kołnierze stałe mogą być przyspawane do rury, zgrzane, przylutowane, przynitowane, nakręcone na gwint lub w przypadku rur lanych wykonane razem z rurą. W przypadku zastosowania pierścieni luźnych rury są zakończone wieńcem utworzonym przez wywinięte brzegi rur lub przez pierścienie przyspawane do rur, nakręcone na gwint itd. Na rysunku 8.5 podano przykłady kołnierzy stałych, a na rys. 8.6 — kołnierzy luźnych.
Kołnierze są elementami znormalizowanymi (PN-ISO 7005-1:1996). Zestawienie typów i wielkości kołnierzy jest również zawarte w tej normie łącznie z wymiarami przyłączeniowymi kołnierzy; w normie tej są podane m.in. Wymiary średnic kołnierzy oraz liczba i wymiary śrub. Liczba śrub jest wielokrotnością liczby 4 (4, 8, 12, 16, 20).
Uszczelnianie połączeń kołnierzowych. Najczęściej stosuje się uszczelki płaskie (rys. 8.7a) grubości do 6 mm, wykonane z miękkich metali lub materiałów niemetalowych: tektury, gumy, skóry, tworzyw sztucznych, masy tekstolitowej wzmocnionej siatką miedzianą i wielu innych. Wybór materiału uszczelki zależy od rodzaju czynnika przewodzonego oraz jego ciśnienia i temperatury. Podstawowe rodzaje uszczelek są podane w normach PN-86/H-74374 ÷ PN-67/H-74449. W przypadku stosowania uszczelek o różnych przekrojach (rys. 8.7b ÷ e) w kołnierzach wykonuje się odpowiednie kanałki (rowki) — rys. 8.7e.
Stosując uszczelki płaskie, otrzymuje się uszczelnienie otwarte, półzamknięte lub zamknięte. Uszczelnienie otwarte z uszczelką szeroką (rys. 8.7f) stosuje się przy ciśnieniach p < 1,6 MPa, zaś z uszczelką wąską (rys. 8.7g) — przy p < 4 MPa. Dla zabezpieczenia przed wyrwaniem uszczelki pod wpływem ciśnienia czynnika stosuje się uszczelnienie półzamknięte (rys. 8.7h) lub zamknięte (rys. 8.7i). Uszczelnienia te mogą być stosowane przy p, < 10 MPa, a nawet i wyższych.
Obliczanie połączeń rurowych polega na sprawdzeniu wytrzymałości złącza. W połączeniach znormalizowanych, stosowanych wg zaleceń podanych w normach (np. w połączeniach kielichowych, gwintowych, kołnierzowych), obliczanie wytrzymałości elementów złącza nie jest wymagane. Połączenia rurowe nitowe, spawane itp. oblicza się według ogólnych zasad dotyczących danego złącza. Wartość siły osiowej Q, pochodzącej od parcia czynnika w kierunku osiowym i działającej na złącze.
w której: D, — średnica wewnętrzna rury.
Obliczanie uszczelek stosowanych w połączeniach kołnierzowych skręcanych śrubami polega na wyznaczeniu siły Q, niezbędnej do zaciśnięcia uszczelki i zapewniającej szczelność podczas pracy połączenia
gdzie:
ko— wymagany nacisk powierzchniowy przy montażu połączenia (tabl. 8. 1),
Dz Dww średnice uszczelki (zewnętrzna i wewnętrzna).
Orientacyjne naciski powierzchniowe na uszczelki
Materiał uszczelki |
Nacisk powierzchniowy, wymagany przy montażu ko,w MPa |
Guma miękka |
3 |
Guma twarda |
5,5 |
Tektura |
10 |
Tekstolit prasowany lub wzmocniony siatką miedzianą |
31,5 |
Tekstolit w metalowej osłonce falistej |
42÷50 |
Aluminium |
30÷70 |
Miedź |
45 ÷100 |
Monel lub żelazo armco |
125 |
Stal miękka |
76 ÷125 |
Stal nierdzewna |
90÷170 |
Polichlorek winylu |
150 |
Dla znormalizowanych kołnierzy wymiary uszczelki wynikają z wymiarów kołnierzy. W pozostałych przypadkach przyjmuje się, że szerokość uszczelki wynosi :
0,07 Dn + 0,5 cm — dla uszczelnień otwartych z uszczelką wąską,
0,05 Dn + 0,4 cm — dla uszczelnień półzamkniętych,
> 0,03 Dn + 0,3 cm — dla uszczelnień zamkniętych.
Pod działaniem parcia czynnika zacisk uszczelki maleje. Zgodnie z treścią rozdz. 6.6, w obliczeniach przybliżonych przyjmuje się, że siła zacisku re (zapewniająca szczelność połączenia) powinna wynosić Qr = (0,2÷ 0,3)Q. Ponieważ siła zaciskająca uszczelkę przy montażu (Qu) ma pokonac parcie czynnika Q i zapewnić zachowanie zacisku resztkowego Qr`
zatem
Qu, = Q + Qr = (1,2 ÷1,3)Q
Jeżeli siła Qu. wyznaczona z wzoru 8.4 mieści się w tych granicach, to uszczelka została dobrana prawidłowo. Dla Qu. < 1,2 Q warunek szczelności połączenia podczas pracy nie może być zachowany, dla Qu. > 1,3 Q zaś uszczelka może ulec uszkodzeniu przy montażu.