11-آب بندها و کاربرد آن در لوله ها

خطوط لوله مدفون شونده در خاك از جنس چدن نشكن تقريباً بدون استثناء همراه با اتصال سركاسه اسپيگات مي باشند. آب بندهاي سيستم تايتون و استاندارد داراي اهميت زيادي هستند. آنها داراي واشرهاي فشرده شونده در محفظه با پروفيل معين خاص مي باشند.
كاركرد آب بندي آنها در طول مدت كلي استفاده خط لوله مطمئن مي باشد. مواد واشر نيازها را براي يك مدت زمان طولاني برآورده مي سازند. از اين رو براي نيازهاي سرويس هاي انتقالي و مخصوص اضافي مناسب مي باشند.
١–١١- كليات
خطوط لوله مدفون شونده در خاك داراي كنترل دائمي و نظارت هستند. اطمينان به دوام طولاني واشر در خطوط لوله از اهميت خاصي برخوردار است. اطمينان به دوام و طول عمر مواد واشرها در ابعاد زيادي اطمينان از خط لوله را حاصل مي كند. اين اطمينان به حفاظت سرويس هاي حياتي مهم و آب آشاميدني كمك مي كند. جدا از اين از نشت آب زميني آلوده جلوگيري مي كند و نفوذ فاضلاب و گاز را كم مي كند.

حوزه اي كاربردي متفاوت امكان استفاده از مواد واشر با بخش هاي مختلف را سبب مي شودكه بايد از كيفيت خيلي خوبي ساخته شوند. نياز به واشرهاي بادوام در يكسري از نيازمندي ها مانند استحكام، الاستيسيته، رفتار پير شدن و پايداري شيميايي جلوه گر مي شود. بخشي از خطوط لوله هاي چدني مدفون شونده با پيوند سركاسه اسپيگات مي باشند. از اين بابت با گذشت چندين دهه كاربردهاي عملي سيستم تايتون و استاندارد از معناي خاصي برخوردار مي باشند.
جز ء مهم آب بندهاي پيوندهاي سركاسه اسپيگات قابليت فرم پذيري پروفيل واشر لاستيكي است. ماده لاستيك داراي حالت الاستيسيته و دوام بالاي خوبي جهت واشر مي باشد.
در گذشته واشرها فقط از كائوچوي طبيعي ولكانيزه شده) :NRكائوچوي طبيعي( ساخته مي شدند. اما امروزه واشرها منحصراً از لاستيك مصنوعي ساخته مي شوند. جهت آب آشاميدني از ) EPDMاتيلن– پروپلين– دين– كوپلي مر( . براي فاضلاب و گاز از NR )كائوچوي نيتريل– بوتادين( استفاده مي شود.
آنها از كائوچوي طبيعي از نظر پايداري حرارتي و شيميايي برتر هستند و از اين بابت به خصوص جهت استفاده در خطوط گازو خطوط كانال هاي فاضلاب مناسب مي باشند. ديگر محصولات مصنوعي مثلاً )FPMكائوچوي فلوئور دار( مقاومت بالائي در مقابل درجه حرارت بالاي 50°Cدارند.
براي واشرها در خطوط آب و فاضلاب استاندارد ماده ، EN681-1در خطوط گاز استاندارد EN 682معتبر است. در اين ميان در چهارچوب راهنماي ساخت محصولات
اروپايي EN681-1هماهنگ شده است و علامت شناسايي CEاجباري را نياز دارد.
آزمايش و نيازمندي هاي ملي واشرها براي لوله هاي چدن نشكن با پيوند سركاسه اسپيگات در اصول آزمون رايج VP546از DVGWآمده است.

٢–١١انواع آب بند ها (واشر ها )

١–٢–١١واشرهاي تايتون

سطح مقطع پروفيل واشرهاي تايتون در شكل ١–١١نشان داده شده است. آن شامل تركيبي از دو نوع لاستيك است . يك قسمت با سختي 55IHRDبا كاركرد آب بندي بهينه و الاسيسيته طولاني مدت(قسمت نرم) مي باشد. قسمت ديگر با سختي 85IHRDاست و اين وظيفه را دارد كه واشر را در نشيمنگاهش محكم نگه دارد، هنگامي كه اسپيگات لوله در سركاسه حركت مي كند.(قسمت سخت)

به وسيله تغيير شكل قسمت نرم بين طرف داخلي سركاسه و طرف خارجي لوله نيروي بازگشت به عقب بالايي ايجاد مي شود. اين امر باعث آب بندي پيوند مي شود كه فقط در فشارهاي بالا و يا پايين داخلي رخ نمي دهد بلكه در فشار خارجي همانند فشار داخلي عمل مي كند.
واشر تايتون در محدوده اندازه اسمي سايز DN80تا DN1000قابل استفاده است و با توجه به محدوده استفاده از كيفيت لاستيك مصنوعي EPDMيا NBRساخته مي شود.

٢–٢–١١- واشرهاي استاندارد

شكل ٢–١١سطح مقطع واشر استاندارد را نشان مي دهد. همانند واشر تايتون پيوند به وسيله نيروي بازگشت به عقب در واشري كه در تمام جهات دايره بصورت كلي فشرده شده است سبب آب بندي مي شود.

شكل ١–١١: واشر تايتون(سطح مقطع)

شكل ٢–١١: واشر استاندارد(سطح مقطع)

واشر شامل يك نوع لاستيك يكپارچه با سختي 67IRHDمي باشد.
واشر استاندارد در محدوده اندازه اسمي DN80تا DN2000بكار مي رود.

٣–٢–١١واشرهاي تخت

واشرهاي تخت جهت آب بندي كردن پيوندهاي فلنجي بكار مي روند. اثر آب بندي به اين صورت است كه دو فلنج مقابل هم توسط پيچ و مهره به يكديگر فشرده
مي شوند. بين اين جفت واشر قرار مي گيرد كه توسط يك فشار بالا كاركرد آب بندي مطمئن مي شود.
واشرهاي تخت بصورت معمول از لاستيك با سختي كمتر 80IRHDساخته مي شوند. جهت جلوگيري از روان شدن واشر مابين دو فلنج از يك ساپورت فلزي داخل واشر كه با آن ولكانيزه مي شود، استفاده مي شود.
واشرهاي تخت براي تمام اندازه هاي اسمي رايج و براي فشار اسمي تا DN40قابل كاربرد مي باشند. ابعاد آنها در EN1514-1معين شده است. نيازهاي ملي و آزمون ها در برگيرنده اصول آزمون رايجVP547 از DVGWمي باشند.
–٣–١١خواص
واشرهاي الاستومر داراي اين وظيفه هستند كه پيوند لوله ها را ده ها سال از نظر آب بندي مطمئن سازند.
پارامترهاي زير مهم مي باشند:
• سختي
• استحكام
• كرنش پارگي
• مانايي تغيير فرم فشاري
• رهايي تنش
• پير شدن
• رفتار حالت سرد
• پايداري در برابر ازن
• پايداري شيميايي

1-3-11سختي

سختي واشر مقاومت سنجي در برابر ورود يك جسم است. جهت آزمون سختي روش آزمون طبق Shore Aو )IRHDدرجه سختي بين المللي واشر بكار مي رود(. در
استانداردهاي ENسختي لاستيك طبق IRHDداده شده است.
جهت تعيين سختي واشر طبق Shore Aبه سادگي از يك دستگاه آزمون (دورومتر، شكل ١١–٣) استفاده مي شود.
شكل 3-11: دورومتر

سختي سنجي واشر طبق IRHdهزينه بر مي باشد و فقط در مواردي استفاده مي شود كه مقادير سختي دقيق و تكرار پذير لازم باشد. سختي به تركيب شيميايي لاستيك و ولكانيزه شدن آن بستگي دارد. بنابراين اين پارامتر بدون ترديد متاثر از تغيير خواص ماده لاستيك مي باشد و بنابراين نيازمندي هاي ماده واشر طبق كلاس سختي طبقه بندي مي شود. سختي واشرهاي سركاسه اسپيگات طبق ساختمان پيوند تعيين مي شود.
اندازه گيري سختي در كل حلقه يا در نمونه اي صورت مي گيرد كه از واشر بصورت صفحه اي تهيه شده است.

2-3-11- استحكام و كرنش پارگي

استحكام و كرنش پارگي به آساني تعيين مي شود و مشخصه بحراني براي كيفيت لاستيك است.
اثر پير شدن كه مثلاً ناشي از تشكيل اكسيد است سبب مي شود كه كرنش پارگي به آساني تغيير كند.

3-3-11مانايي تغيير شكل

يك رفتار تغيير شكل فشاري جهت اطمينان از كاركرد واشر لازم است، وقتي كه پيوند حركت مي كند. شكاف پيوند لوله كه بين سركاسه و لوله قرار دارد بايد هنگام كار دائمي لوله توسط واشر پر شود به صورتي كه واشر يك نيروي فشردگي كافي بر سطح خود را تجربه كند.
تغيير شكل پلاستيك ماندگار در واشر كه به عنوان پايداري تغيير فرم فشاري مشخص
مي شود، توسط تعيين ابعاد و تلرانس هاي تمام قسمت هاي پيوند با انتخاب كيفيت متناسب
واشر در نظر گرفته مي شود.
مانايي تغيير شكل فشاري توسط نمونه هاي استوانه آي شكل تعيين مي شود كه در طول يك
زمان معين در درجه حرارت معين در جهت محورها % ٢٥فشردگي را تحمل مي كنند.
در رفتار الاستيك ايده ال جسم نمونه پس از رهايي به ابعاد اوليه باز مي گردد. اما آزمون
نشان مي دهد كه نمونه يك جسم فشرده شده پس از برگشت داراي مقدار كمي تغيير شكل
است كه بنام مانايي تغيير شكل فشاري مشخص مي شود و بر حسب تغيير شكل كلي داده
مي شود.(شكل ٤–١١)
شكل :٤–١١تعيين مانايي تغيير شكل فشاري

٤–٣–١١-رهايي تنش

“رهايي تنش” يك كميت براي الاسيسيته واشر لاستيكي است . جهت دوام بالاي يك آببندي بايد واشر داراي كمترين مقدار رهايي تنش باشد.
رهايي تنش و مانايي تغيير شكل فشاري رابطه اي با يكديگر ندارند.

رهايي تنش كميت بهتري براي بررسي رفتار الاستيك يك واشر لاستيكي به نسبت تغييرفرم فشاري است چون فشار فشردگي جهت آب بندي پيوند را حقيقتاً بهتر نشان مي دهد.
رهايي تنش در هر صورت جهت اندازه گيري مشكل تر است و زمان طولاني تري را لازم دارد، لذا مانايي تغيير شكل فشاري به عنوان آزمون روتين بكار مي رود.
جهت تعيين رهايي تنش يك جسم, نمونه توسط يك دستگاه آزمون خاص در يك درصد معيني فشرده مي شود.
تغيير شكل موجود ثابت كه نيروي برگشت را اعمال مي كندبه عنوان تابعي از زمان اندازه گيري مي شود.
برداشت زماني نيروي بازگشت كه بر حسب درصد ارزش خروجي اندازه گيري مي شود، رهايي تنش مي باشد.

٥–٣–١١پير شدن

جهت كار كردن آب بندي بدون عيب يك پيوند در كنار خواص الاستيكي در مدت چندين ده سال، رفتار تغيير شكل لاستيك از اهميت خاصي برخوردار است. پير شدن از نور، مواد اسيدي و درجه حرارت تاثير مي گيرد.
به همين دليل در استاندارد ISO2230توصيه شده است كه واشرها در محل خنك و تاريك نگهداري شوند.
رفتار پير شدن اغلب بوسيله آزمون پير شدن حرارتي siebentatigenدر دماي 70°C آزمون مي شود. تغيير اندازه سختي، استحكام پارگي و كرنش پارگي در برابر حالت جديد آزمايش مي شود.

6-3-11رفتار در حالت سرد

در درجه حرارت هاي پايين، الاسيسيته واشر و سختي آن كاهش مي يابد. اين رفتار برگشت پذير است و اتلاف كيفيت را سبب نمي شود. در گرم كردن مجدد واشر به خواص اوليه خود باز مي گردد.
هنگام سرد شدن شرايط لاستيكي واشر از يك حد معيني بيشتر تغيير نمي كند. بنابراين خطري در هنگام مونتاژ در درجه حرارت هاي پايين وجود ندارد. در راهنماي نصب
واشرهاي لوله هاي چدن نشكن مراحل زير آمده است:

نمونه هاي عملي:
واشرها مي توانند در درجه حرارت هاي زير 0 °Cيك كاهش سختي معيني داشته باشند.
دردرجه حرارت هاي نصب زير 0 °Cواشرها بايد جهت نصب آسان به درجه حرارت در صورت امكان بالاي 10 °Cبرسند و واشرها ابتدا مدت زمان كمي قبل از مونتاژ از
محل انبارش مثلاً )ماشين مالك ( برداشته مي شوند.
جهت آزمون رفتار سرد واشر )آزمون قرارگيري آزاد( افزايش سختي بعد از انبارش در سرما)هفت روز در (-10°Cتعيين مي شود. پله بعدي براي رفتار در سرما در پايداري
تغيير فرم فشاري -25°Cاست.

٧–٣–١١مقاومت در برابر ازن

يك نوع خاص از شكست اكسيدي، تشكيل ترك ازني است كه هنگام بررسي مقاومت ازني آزمايش مي شود.
در آزمون يك نمونه لاستيك ازدياد طول مي يابد و در يك درجه حرارت معين و زمان معين در اتمسفر حاوي ازن قرار مي گيرد. در اين حالت تركي بر سطح واشر نبايد
مشاهده شود.

–٨–٣–١١پايداري شيميايي

واشرها براي اتصال سركاسه–اسپيگات با توجه به نوع استفاده در خطوط آب آشاميدني ، خام و يا شستشو داراي نيازهاي پايداري شيميايي خاص نمي باشند.
جهت استفاده در كانال هاي فاضلاب و خطوط فاضلاب براي واشرها مقاومت به فاضلاب طبق استاندارد EN681-1گواهي مي شود. تغييرات حجمي مطابق ISO 1817توسط قرارگيري نمونه در آب بدون يون به مدت هفت روز و 70°Cآزمايش مي شود.
در صورتيكه تغييرات حجمي بيشتر از % -1/+8مقدار اوليه نباشد، واشر پايدار است.
واشرها در اتصال سركاسه اسپيگات براي خطوط تامين گاز بايد مطابق با EN682 مناسب بوده و جهت نگهداري در مواد گازي) (CHمايع تضمين شوند.
مطابق با ISO1817تغييرات حجمي بعد از قرارگيري در مايع آزمون 70 )Bجزء حجمي ايزواكتان و 30جزء حجمي (Toluolو يا مطابق روغن ASTMشماره 3
اندازه گيري مي شوند.
تغييرات حجمي بعد از خشك شدن مجدد نبايد از % 15بيشتر شود.

٤–١١واشرها براي خطوط آب آشاميدني

واشرهاي تايتون براي استفاه در خطوط آب آشاميدني تا معرفي EN681-1به جزء موارداستثنايي كمي از لاستيك طبيعي بوده اند. سپس EPDMيك لاستيك مصنوعي غلبه
پيدا كرد. الزامات اين واشر در VP546مشخص شده است.
EN681-1هيچ گونه تعريفي از نظر بهداشتي ندارد. بنابراين اين موارد در VP546 وغيره وجود دارند.
از آنجائيكه خطوط آب عمدتاً جهت مصارف انساني آب را منتقل مي كنند مواد واشر براي استفاده در حوزه آب آشاميدني هيچ گونه ماده اي به همراه ندارند كه اثرات مضر براي آب توليد كنند. اين الزامات هنگامي برآورده مي شوند كه واشرها تعاريف توصيه هاي KTW بخش ١٣–٣–١را برآورده سازند و آزمون مطابق با برگه كار W270-DVGWگواهي شود.
واشرها بايد همچنين جهت تماس با مواد غذايي مناسب باشند. آنها مجاز نيستند كه آب آشاميدني را رنگي، مزه دار، بودار و باكتري دار سازند.

٥–١١واشرها براي كانال ها و خطوط فاضلاب

خطوط و كانال هاي فاضلاب نايد دائمي آب بند باشند. در كنار يك سيستم پيوندي عمل كننده لوله براي واشرها كيفيت لاستيكي لازم است كه در يك خط فاضلاب باتنش هاي مورد نظر، به خصوص در محيط هاي خورنده تا حد ممكن بادوام باشند. هنگامي كه فاضلاب
عمدتاً با مواد هيدروژني كربني) (CHهمراه است به صورت معمول از واشرها با جنس NBRاستفاده مي شود.
جهت مستندسازي مقاومت اين مواد در برابر ناخالصي هاي آبي كه بيشتر وجود دارند، مطالعات گسترده اي در آزمايشگاه هاي مختلف انجام شده است. (شكل٥–١١)