Hướng dẫn cơ bản về phụ kiện đồng thau: Các loại, ứng dụng và lợi ích trong hệ thống ống nước
Phụ kiện đồng thau là thành phần không thể thiếu để kết nối các đường ống, điều chỉnh dòng chảy và cho phép vận chuyển nước hiệu quả trong hệ thống ống nước. Đồng thau, một hợp kim của đồng và kẽm, là vật liệu được lựa chọn cho các phụ kiện từ thế kỷ 19. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về các loại, mục đích, cách lắp đặt và lợi thế của phụ kiện đồng thau trong các ứng dụng hệ thống ống nước dân dụng và công nghiệp.
Phụ kiện đồng thau là gì?
Phụ kiện bằng đồng thau là các đầu nối và van được làm từ hợp kim đồng thau nối các đường ống chạy thẳng và thay đổi hướng, đường kính hoặc loại đường ống. Chúng tạo ra các phớt thủy lực an toàn giữa các đoạn ống bằng cách sử dụng ren gia công hoặc mối hàn. Đồng thau có đủ độ bền và độ dẻo để các phụ kiện chịu được dao động áp suất, ứng suất giãn nở nhiệt và lắp ráp lặp đi lặp lại.
Hợp kim đồng thau được sử dụng cho phụ kiện chứa 15-45 phần trăm kẽm pha trộn với đồng. Kẽm cải thiện khả năng đúc, độ cứng và khả năng chống ăn mòn so với đồng nguyên chất. Một lượng nhỏ asen, chì và phốt pho được thêm vào để tăng cường khả năng gia công và bôi trơn trong quá trình tạo ren và các hoạt động gia công khác [1]. Thay vào đó, đồng thau "không chì" hiện đại sử dụng bismuth, selen hoặc silicon để tuân thủ luật môi trường.
Tại sao phụ kiện đồng thau được sử dụng trong hệ thống nước?
Phụ kiện đồng thau đã là một thành phần thiết yếu của hệ thống ống nước kể từ khi giới thiệu hệ thống cấp nước và vệ sinh trong nhà. Đồng thau mang lại những lợi thế vô song làm nền tảng cho việc sử dụng phổ biến của nó cho các ứng dụng nước uống được:
- Chống ăn mòn - Hợp kim đồng thau ổn định hơn vật liệu kim loại màu hoặc nhôm khi tiếp xúc với nước. Lớp gỉ đồng oxit chống lại các phản ứng tiếp theo và ngăn chặn sự tích tụ cặn trên bề mặt [2].
- Khả năng chống bám bẩn sinh học - Các phụ kiện bằng đồng thau hạn chế sự bám dính của vi khuẩn và hạn chế hình thành màng sinh học. Điều này duy trì chất lượng nước so với các thành phần sắt [3].
- Độ bền kéo cao - Đồng thau đúc thể hiện độ bền chảy trên 200 MPa và độ bền kéo trên 450 MPa. Điều này cho phép hoạt động lâu bền dưới áp suất cao và ứng suất lặp đi lặp lại [4].
- Tính dẻo và khả năng gia công - Đồng thau dễ dàng được rèn thành các dạng hình học phức tạp. Các ren gia công mang lại khả năng làm kín và lắp ráp đáng tin cậy so với các phụ kiện bằng nhựa [5].
- Vật liệu không độc hại - Đồng thau không chì hiện đại chứa ít hơn 0.25 phần trăm chì nên an toàn khi tiếp xúc với nước uống theo quy định của EPA [6].
- Đặc tính không phát ra tia lửa - Đồng thau không thể tạo ra tia lửa khi bị va đập hoặc siết chặt. Điều này loại bỏ các nguy cơ hỏa hoạn trong các ứng dụng khí đốt hoặc nhiên liệu dễ cháy [7].
Những thuộc tính này làm cho đồng thau trở thành vật liệu lý tưởng cho các phụ kiện kết nối đường ống, điều chỉnh dòng chảy và cho phép sử dụng nước hiệu quả trong gia đình và các tòa nhà thương mại.
Các loại phụ kiện đồng thau và ứng dụng của chúng
Phụ kiện đồng thau có thể được phân thành bảy loại chính dựa trên hình học và ứng dụng hệ thống ống nước riêng biệt của chúng:
1. Khớp nối ống
Khớp nối ống là phụ kiện tay áo có ren trong nối cơ học hai đoạn ống. Các khớp nối cho phép mở rộng tuyến tính của đường ống và sắp xếp linh hoạt các đường ống chạy. Các khớp nối có ren hoặc kẹp chặt ngăn ngừa rò rỉ do rung động, lệch trục hoặc chuyển động của đường ống.
Có ba thiết kế khớp nối: khớp nối thẳng để kết nối các ống có cùng kích thước, khớp nối giảm tốc để nối các đường kính khác nhau và khớp nối lệch cho phép chuyển tiếp theo góc giữa các đoạn ống bị lệch. Thợ ống nước sử dụng rộng rãi các khớp nối bằng đồng thau để liên kết các ống đồng, thép mạ kẽm, PVC và CPVC trong hệ thống phân phối nước.
2. Khuỷu ống
Các cút ống chứa các chỗ uốn góc để định tuyến lại dòng chất lỏng giữa các hướng đường ống vuông góc hoặc cấp tính. Góc khuỷu tay 90 độ và 45 độ là phổ biến. Khuỷu tay giúp tránh tắc nghẽn cho đường ống được định tuyến xung quanh thiết bị, tường hoặc cột kết cấu. Chúng gây ra nhiễu loạn và mất áp suất do thay đổi hướng nhanh chóng.
Khuỷu tay được hình thành bằng cách đúc và gia công phôi đồng thau, tấm kim loại uốn cong hoặc nhựa nhiệt dẻo ép phun. Các khuỷu tay bằng đồng thau duy trì một cách đáng tin cậy các ứng suất thay đổi động lượng và xói mòn trong nước nóng, khí nén, dầu và dòng thoát nước. Các giá đỡ khuỷu tay cứng được khuyến nghị để tránh sai lệch khớp.
3. Áo ống
Tê ống là phụ kiện nối ống cơ bản nhất - có hình chữ "T" với ba cổng kết nối để phân nhánh hoặc kết hợp các dòng chất lỏng. Kích thước tee bằng nhau duy trì đường kính dòng chảy để chuyển hướng đến nhiều điểm sử dụng. Giảm tees làm thay đổi đường kính khi phân nhánh sang các đường dịch vụ thứ cấp.
Định hướng chạy bao gồm chạy thẳng, chạy rẽ nhánh và giảm điểm phát bóng. Các tees bằng đồng và đồng thau DZR được ưu tiên sử dụng để cân bằng thủy lực chính xác trong các hệ thống nước sinh hoạt, sưởi ấm và nước ngưng tụ. Đường chạy qua duy trì dòng chảy, trong khi các đường phân nhánh hút hoặc bơm chất lỏng.
4. Công đoàn đường ống
Các liên kết ống cho phép ngắt kết nối nhanh chóng các đoạn ống mà không cần tháo dỡ rộng rãi tại các khớp nối. Chúng tạo điều kiện thay thế nhanh chóng đồng hồ, van và các bộ phận giữa các lần chạy đường ống. Các liên kết bao gồm các đầu nam và nữ có ren được siết chặt vào một vòng có mặt bích ở giữa.
Các liên kết đơn giản hóa việc bảo trì và sửa đổi bằng cách cho phép lắp ráp trước và sau đó định vị linh hoạt các đoạn đường ống. Đồng thau ngăn không cho các sợi chỉ bị siết chặt lặp đi lặp lại. Các liên kết được thiết kế cho dịch vụ 10,000 cộng với psi được lắp đặt trong các trạm điều chỉnh áp suất, cụm thiết bị và ống dụng cụ.
5. Bộ điều hợp đường ống
Bộ điều hợp nối các đường ống có kích thước hoặc loại không khớp, cho phép kết nối các thành phần mới với hệ thống hiện có. Kết thúc bộ chuyển đổi nam và nữ để phù hợp với hai kiểu dáng và kích thước ống nối. Bộ điều hợp phổ biến là ống lót giảm tốc, khớp nối điện môi và liên kết đệm cao su.
Bộ điều hợp ngăn ngừa hư hỏng cho các thành phần đường ống nhựa do ứng suất từ các mối nối hoàn toàn bằng kim loại có mô-men xoắn cao. Phụ kiện điện môi cách điện các kim loại không tương thích như thép mạ kẽm và đồng. Niêm phong thích hợp ngăn chặn sự xâm nhập của vi sinh vật và cho phép theo dõi và kiểm soát thông qua đồng hồ đo và van.
6. Nút bịt ống
Nút bịt ống cung cấp khả năng bịt kín tạm thời hoặc vĩnh viễn các lỗ mở ống. Chúng cách ly các đường dây dịch vụ và vòi phun của thiết bị trong quá trình bảo trì hoặc thay đổi. Các phích cắm bằng đồng thau hình côn được dẫn vào các cổng có ren giúp đóng kín các phần cắt của hệ thống không bị rò rỉ. Cấu hình phích cắm chìm làm giảm nhiễu loạn dòng chảy.
Các phích cắm vừa vặn vĩnh viễn được điều khiển bằng cách sử dụng lực cho các ứng dụng yêu cầu đóng lâu dài đáng tin cậy. Phích cắm bằng đồng thau đầu vuông và đầu lục giác cho phép kiểm soát mô-men xoắn chính xác trong quá trình lắp đặt. Phích cắm là bắt buộc để cách ly an toàn các phần nhàn rỗi dễ bị ăn mòn bên trong.
7. Mũ ống
Các nắp ống tạo ra một lớp đệm kín nước ở đầu hở của đường ống. Nắp ngăn rò rỉ và oxy xâm nhập vào các đường ống bị ngắt kết nối có thể ăn mòn đường nước tù đọng. Chúng được cố định trên các đầu ra của đường ống bằng cách sử dụng xi măng, mối nối có ren hoặc khớp nối ma sát.
Các nắp phải chịu được áp suất của hệ thống mà không bị đẩy ra ngoài khi bịt kín lỗ hở. Các nắp bằng đồng có ren được vặn vào các ổ cắm cái giúp đóng kín chống rò rỉ và tháo ra dễ dàng. Nắp và phích cắm thường được sử dụng thay thế cho các ứng dụng cách ly và đóng.
Lợi ích của việc sử dụng phụ kiện đồng thau trong hệ thống nước
Phụ kiện kim loại cung cấp độ bền không thể so sánh với nhựa cho các hệ thống ống nước áp suất và nhiệt độ cao. Đồng thau đúc đã nổi lên như một vật liệu phù hợp hàng đầu do những ưu điểm sau:
- Khả năng chống ăn mòn – Đồng thau không bị rỉ sét hoặc tích tụ cặn như thép, duy trì dòng nước chảy trơn tru [8].
- Khả năng chống bám cặn sinh học – Các phụ kiện bằng đồng thau ức chế màng vi khuẩn, bảo vệ chất lượng và mùi vị của nước [9].
- Độ bền kéo cao – Đồng thau có thể chịu được ứng suất lắp ráp lặp đi lặp lại và giãn nở nhiệt lên đến 150 độ [10].
- Dễ uốn và dễ uốn – Đồng thau dễ dàng được gia công thành các hình dạng phức tạp và hấp thụ lực mà không bị nứt [11].
- Công thức không chứa chì – Đồng thau hiện đại bảo vệ nguồn cung cấp nước uống được khỏi nhiễm chì [12].
- Không phát tia lửa điện – Đồng thau không thể phát ra tia lửa điện đốt cháy khí hoặc nhiên liệu dễ cháy trong quá trình lắp đặt [13].
- Kinh tế – Đồng thau có giá cả phải chăng hơn so với các hợp kim cao cấp như thép không gỉ hoặc phụ kiện bằng đồng [14].
Việc lựa chọn, bố trí và lắp đặt phụ kiện đồng thau thích hợp là rất quan trọng để tạo ra các cụm ống nước đáng tin cậy và lâu dài. Mức mô-men xoắn chính xác trong quá trình siết chặt ngăn ngừa biến dạng hoặc gãy khớp. Hiểu khả năng phù hợp cho phép hiệu suất hệ thống tối ưu.
Phần kết luận
Các phụ kiện bằng đồng thau đã đóng vai trò là nền tảng của hệ thống ống nước hiện đại trong hơn một thế kỷ nhờ các đặc tính vật liệu vô song của chúng. Khớp nối, khuỷu tay, tees, bộ điều hợp, công đoàn và các phụ kiện khác thúc đẩy độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính linh hoạt của hợp kim đồng thau. Hướng dẫn này đã cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về các loại phụ kiện, mục đích, cân nhắc lắp đặt và các lợi thế đảm bảo vai trò phổ biến của đồng thau trong các ứng dụng hệ thống ống nước dân dụng và công nghiệp. Các phụ kiện bằng đồng thau cung cấp một ống dẫn chắc chắn và đáng tin cậy để vận chuyển an toàn một trong những nguồn tài nguyên quý giá nhất của chúng ta – nước.
Người giới thiệu:
[1] CDA - Hiệp hội phát triển đồng, "Hợp kim đồng thau không chì", 2020.
[2] M. Betts, "Hợp kim đồng thau tuân thủ luật không chì," Vật liệu và Thiết kế, tập. 32, tr.2527-2531, 2011.
[3] JR Davis (Ed.), "Vật liệu hệ thống ống nước gang và đồng thau," trong Hợp kim đồng và đồng, ASM International, 2001.
[4] ASTM B124/B124M - 15, Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho thanh, thanh và khuôn rèn hợp kim đồng và đồng, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015.
[5] K. Morvay và F. Giles, "Dự đoán hiệu suất của đồng thau trong các thiết bị dẫn nước uống được," The Int. Tạp chí Đánh giá Vòng đời, tập. 23, trang 1297–1309, 2018.
[6] EPA, "Quy tắc Chì và Đồng", Bộ luật Quy định Liên bang, 40 CFR 141.43, tiêu đề 40, phần 141, phần 43.
[7] JA Echard và NE Holdren, Hướng dẫn chống ăn mòn, tái bản lần 2. Houston, Tex.: Hóa chất Cao su, 1994.
[8] V. Ashworth và cộng sự, "Đồng thau có phải là vật liệu an toàn cho các ứng dụng đường ống dẫn nước sinh hoạt không?", Khoa học và Công nghệ Nước: Cấp nước, tập. 17, trang 1537–1548, 2017.
[9] "Tại sao nên sử dụng các phụ kiện và van bằng đồng thau," năm 2020. [Trực tuyến].
[10] MIL-STD-777J, Lịch trình đường ống, van, phụ kiện và các thành phần đường ống liên quan cho tàu nổi của hải quân, Bộ Quốc phòng, Hợp chủng quốc Hoa Kỳ, ngày 30 tháng 10 năm 2019.
[11] A. Krämer, S. McNeil, và B. Peters, Hình thành và rèn, Sê-ri RWTHedition, Đại học RWTH Aachen, 2019.
[12] EPA, "Quy tắc Chì và Đồng", Bộ luật Quy định Liên bang, 40 CFR 141.43, tiêu đề 40, phần 141, phần 43.
[13] MM Avedesian và H. Baker, Hợp kim Magiê và Magiê. Công viên Vật liệu, OH: ASM International, 1999.
[14] SN Lekakh, V. Richards, KD Peaslee, "Hiểu về hợp kim đồng thau," Tạp chí Quốc tế về Đúc kim loại, tập. 12, trang 69-94, 2018.
