Khớp nối mềm cao su là đoạn nối bằng cao su gia cường vải, lắp giữa hai mặt bích trên đường ống. Nó hấp thụ giãn nở nhiệt, rung động và độ lệch nhỏ giữa các thiết bị. Loại này thường gặp cạnh bơm và quạt, trong hệ HVAC và trạm xử lý nước. Tên gọi hay bị lẫn với khớp nối trục đàn hồi nối motor với hộp số, và nó cũng không phải thiết bị giảm áp. Bài này giải thích cấu tạo, kiểu vòng sóng, cách chọn cao su theo môi chất, nhiệt độ, rồi các bước lắp theo hướng dẫn của Fluid Sealing Association.
Hệ đường ống của bạn còn cần gioăng mặt bích hoặc tấm cao su?
Gửi kích thước, môi chất và số lượng để nhận báo giá hoặc gọi 0901.608.533.
Khớp nối mềm cao su là gì và làm được việc gì?
Theo Fluid Sealing Association (FSA), khớp nối mềm phi kim loại là đoạn nối dẻo làm từ cao su tự nhiên hoặc tổng hợp, polymer fluor và vải. Nó làm giảm ứng suất do rung và chuyển động trong đường ống. Loại FSA mô tả có mặt bích liền thân, lắp thẳng vào bích của ống hoặc thiết bị.
| Việc khớp nối làm | Mô tả theo FSA |
|---|---|
| Bù chuyển động dọc trục | Hấp thụ giãn nở, co ngót và xung thủy lực; theo FSA, hoạt động giống lò xo xoắn ở chiều dọc trục |
| Bù lệch ngang, lệch góc, xoắn | Hấp thụ chuyển vị sinh ra do mòn, tải trọng và lún nền móng |
| Cách ly rung động | Giảm rung truyền từ thiết bị như bơm, quạt vào đường ống |
| Giảm tiếng ồn truyền dọc ống | Cao su làm tắt tiếng ồn và rung; loại thành dày giảm rõ hơn kim loại |
| Chịu sốc thủy lực | Chịu tốt xung áp do búa nước hoặc bơm xâm thực |
Số liệu trong bảng lấy từ FSA Expansion Joints – Piping Technical Handbook, 8.1 Edition, chương I mục B và C. Sổ tay này nêu các ứng dụng điển hình: hệ HVAC trong tòa nhà, nhà máy điện, trạm xử lý nước và nước thải. Thêm vào đó là đường ống công nghệ trong nhà máy giấy, hóa chất, luyện kim và lọc dầu.
Khớp nối mềm cao su khác gì khớp nối trục, gioăng mặt bích và ống cao su bố vải?
Khớp nối mềm cao su nằm trên đường ống giữa hai mặt bích. Khớp nối trục nằm giữa hai trục quay và truyền mô men. Gioăng mặt bích chỉ làm kín khe giữa hai bích, còn ống cao su bố vải là đoạn ống mềm dẫn lưu chất. Các thiết bị này không thay thế được nhau.
| Thiết bị | Lắp ở đâu | Việc chính |
|---|---|---|
| Khớp nối mềm cao su (rubber expansion joint) | Giữa hai mặt bích của ống | Hấp thụ chuyển động, rung và ồn trong đường ống |
| Khớp nối giãn nở kim loại (ống xếp thép) | Đường ống | Cùng việc bù chuyển động, làm bằng kim loại và theo quy tắc thiết kế EJMA |
| Khớp nối trục đàn hồi (kiểu chốt, vấu, lốp) | Giữa hai trục, ví dụ motor và bơm | Truyền mô men xoắn, bù lệch trục nhỏ; phần tử cao su chịu cắt |
| Gioăng cao su mặt bích | Giữa hai mặt bích | Làm kín khe hở, không bù chuyển động |
| Ống cao su bố vải | Đoạn ống mềm dẫn lưu chất | Dẫn lưu chất; là đoạn ống mềm, không phải bộ phận bù chuyển động có bích liền thân |
| Khe co giãn cầu đường | Giữa hai nhịp cầu | Bù chuyển vị của kết cấu cầu, không liên quan đến đường ống |
Mô tả khớp nối kim loại dựa theo Wikipedia, Expansion joint. Mô tả khớp nối trục dựa theo Wikipedia, Coupling: loại chốt và bạc, loại vấu đều nối hai trục và truyền mô men. Các bài mô tả chốt trụ, vòng đệm cao su và hai nửa khớp đang nói về khớp nối trục, không phải khớp nối cho đường ống.
Cấu tạo khớp nối mềm cao su: tube, khung vải, lớp phủ và mặt bích
Thân khớp nối gồm bốn phần. Lớp tube cao su bên trong tiếp xúc môi chất. Khung gia cường vải đôi khi kèm dây hoặc vòng thép nằm giữa tube và lớp phủ. Lớp phủ ngoài bảo vệ khung, còn mặt bích liền thân nối vào ống.
| Bộ phận | Vai trò theo FSA |
|---|---|
| Tube (lớp trong) | Lớp lót cao su liền, kín, chọn theo môi chất; kéo dài qua lòng khớp ra mép ngoài của mặt bích |
| Khung gia cường vải (carcass) | Lớp vải gia cường nằm giữa tube và lớp phủ |
| Dây hoặc vòng thép trong khung | Chôn trong khung để nâng áp suất định mức và tăng độ cứng khi có chân không |
| Lớp phủ ngoài (cover) | Bảo vệ khung vải khỏi hư hại từ bên ngoài |
| Mặt bích cao su liền thân | Khoan lỗ khớp với bích kim loại của ống, làm kín không cần gioăng; bích mặt nâng có thể cần thêm gioăng vòng |
| Vòng giữ (retaining ring) | Vòng kim loại ép lên mặt bích cao su; loại vòng sóng rộng dựa vào vòng giữ ngoài để chịu áp |
Nguồn: FSA Technical Handbook 8.1, chương I mục D và chương II. Về loại đầu ren: sổ tay FSA chỉ mô tả dạng khớp cầu có đầu nối ren (union) cho cỡ ống nhỏ nhất trong bảng. Loại một vòng sóng và nhiều vòng sóng trong sổ tay đều dùng bích.
Cách chế tạo
Theo Wikipedia, khớp nối cao su được làm bằng ba cách. Quấn tay: cuốn tấm cao su và vải lên cốt gá hình vòng sóng, có thể thêm dây hoặc vòng thép. Đúc khuôn: quấn lên cốt trụ cùng vòng bích, gập qua vòng rồi lưu hóa trong khuôn, hợp với sản lượng lớn. Quấn robot: robot đặt từng lớp vải với góc sợi thay đổi theo chiều dài. Cơ chế của bước lưu hóa có ở bài cao su lưu hóa là gì.
Các kiểu vòng sóng: một vòng, nhiều vòng, vòng rộng, vòng đệm đầy
Số vòng và hình dạng vòng sóng quyết định khoảng chuyển động của khớp. Theo FSA, vòng sóng rộng cho chuyển động lớn hơn vòng hẹp cùng cỡ. Khớp nhiều vòng nên giới hạn bốn vòng khi lắp ngang. Vòng đệm đầy giảm chuyển động 50% so với vòng hở.
| Kiểu | Đặc điểm theo FSA |
|---|---|
| Một vòng sóng hẹp | Kiểu cơ bản, có bảng chuyển động tiêu chuẩn cho từng cỡ ống |
| Nhiều vòng sóng | Nhiều vòng sóng liền nhau trên một thân; khuyến nghị tối đa bốn vòng cho lắp ngang để giữ ổn định ngang |
| Vòng sóng rộng | Chuyển động lớn hơn loại hẹp cùng cỡ (Bảng VI); dựa vào vòng giữ ngoài để chịu áp |
| Vòng đệm đầy (filled arch) | Lấp đầy vòng sóng bên trong; chuyển động giảm 50% so với vòng hở |
| Dạng ống lót, dạng “U”, dạng cầu | Kiểu riêng: dạng “U” dùng nối tuabin với bình ngưng; dạng cầu có góc lệch lớn hơn kiểu vòng sóng cùng cỡ |
Nguồn: FSA Technical Handbook 8.1, chương II (các mục A đến J). Với loại “U”, sổ tay khuyến nghị cho dịch vụ chân không hoàn toàn hoặc áp suất tối đa 25 psig, tức khoảng 1,7 bar.
Chuyển động cho phép: con số thật trong sổ tay FSA
Khớp nối mềm không co giãn vô hạn. Mỗi cỡ ống có hành trình nén, giãn, lệch ngang, lệch góc và xoắn riêng. Bảng dưới là giá trị điển hình của khớp một vòng sóng hẹp theo FSA. Sản phẩm của từng hãng có thể khác, nên cần đối chiếu bảng thông số của nhà sản xuất.
| Cỡ ống | Chiều dài giữa hai bích | Nén dọc trục | Giãn dọc trục | Lệch ngang | Lệch góc | Xoắn |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 in (DN50) | 150 mm | 11 mm | 6 mm | 13 mm | 14,5° | 3° |
| 6 in (DN150) | 150 mm | 11 mm | 6 mm | 13 mm | 5,0° | 3° |
| 12 in (DN300) | 200 mm | 18 mm | 10 mm | 13 mm | 3,75° | 3° |
Nguồn: FSA Technical Handbook 8.1, Bảng V. Theo ghi chú của bảng, góc lệch tính ở hành trình giãn lớn nhất và giá trị chỉ đúng khi lắp đúng quy trình. Loại vòng đệm đầy chỉ đạt một nửa các số trên. Cỡ ống càng lớn thì góc lệch cho phép càng nhỏ, còn lệch ngang ở ba cỡ này đều là 13 mm.
Nói thẳng:
Nhiều bài mô tả khớp nối mềm “giãn ra để giảm áp lực nước”. Không phải vậy. Khớp nối không phải van giảm áp, và danh sách chức năng của FSA không có việc giảm áp. Áp suất trong ống còn tạo lực đẩy lên khớp, nên neo, giá đỡ và dẫn hướng phải đủ sức chịu lực đó. Thanh giới hạn (control rod) chỉ hạn chế hành trình dọc trục, không thay được neo và không chống lệch ngang.
Chọn cao su cho khớp nối: EPDM hay NBR, và nhiệt độ ghi trong catalog nghĩa là gì?
Tube cao su tiếp xúc trực tiếp môi chất, nên chọn theo môi chất trước, nhiệt độ sau. EPDM hợp với nước nóng, nước lạnh, hơi và ngoài trời. NBR hợp với dầu và nhiên liệu. Con số nhiệt độ của cả khớp thấp hơn con số của riêng polymer, vì vải gia cường yếu dần khi nóng.
| Cao su tube | Nhiệt độ liên tục tối đa, vải nylon hoặc polyester | Vải aramid |
|---|---|---|
| Cao su thiên nhiên (pure gum) | 82 °C | 82 °C |
| Nitrile (NBR) | 99 °C | 99 °C |
| Neoprene (CR) | 107 °C | 107 °C |
| EPDM | 121 °C | 149 °C |
| Butyl | 121 °C | 149 °C |
| CSM (Hypalon) | 121 °C | 121 °C |
| FKM | 121 °C | 204 °C |
Nguồn: FSA Technical Handbook 8.1, Bảng I, nhiệt độ liên tục tối đa của cả khớp nối. Bảng ghi chú rằng vải mất một phần độ bền theo nhiệt độ và thời gian tiếp xúc. Nhiệt độ cao hơn chỉ đạt được khi hạ áp suất làm việc và thiết kế đúng. Để so sánh, Wikipedia ghi riêng polymer EPDM dùng được tới khoảng 150 °C, cao hơn 121 °C của khớp dùng vải nylon.
- EPDM: theo Wikipedia, chịu rất tốt hơi nước, ozone và thời tiết, ổn định trong nước nóng lẫn nước lạnh, nhưng bị phá hỏng khi tiếp xúc bitum. Xem thêm cao su EPDM là gì.
- NBR: theo Wikipedia, chịu dầu, nhiên liệu và hydrocarbon rõ rệt (càng nhiều acrylonitrile càng chịu dầu), nhưng dễ bị ozone và một số hóa chất làm hư. Xem thêm cao su Buna-N là gì.
- Môi chất khác như axit, kiềm, dung môi hay hỗn hợp nhiều chất: tra bảng tương thích hóa chất của nhà sản xuất, đừng suy từ tên polymer. So sánh chung bốn loại cao su tổng hợp có ở bài chọn NBR, EPDM, CR hay SBR.
Cần nêu những thông số nào khi đặt mua khớp nối mềm cao su?
Một khớp nối không chọn được chỉ bằng đường kính. Nhà sản xuất cần biết đường ống chạy thế nào, chuyển động bao nhiêu và lưu chất gì, rồi mới đề xuất vật liệu và kiểu vòng sóng.
| Thông số | Vì sao cần |
|---|---|
| Cỡ ống (DN) và tiêu chuẩn mặt bích: ASME B16.5, EN 1092-1, JIS Nhật Bản | Mặt bích cao su phải khớp số lỗ và đường kính tâm lỗ với bích kim loại của ống |
| Áp suất làm việc, áp suất thử, có chân không không | Quyết định cấu tạo khung gia cường, kể cả có vòng thép hay không (FSA: vòng thép nâng áp định mức và độ cứng khi có chân không) |
| Nhiệt độ liên tục và nhiệt độ đỉnh | Quyết định loại cao su và vải; nhiệt độ cao thường kéo theo hạ áp suất cho phép |
| Môi chất và nồng độ | Quyết định cao su tube |
| Chuyển động cần bù: nén, giãn, lệch ngang, lệch góc | Quyết định chiều dài và kiểu vòng sóng |
| Chiều dài giữa hai bích | Khoảng trống thực tế giữa hai bích của ống |
| Môi trường bên ngoài: nắng, ozone, dầu, hàn gần khớp | Quyết định lớp phủ và cách che chắn |
| Vật liệu mặt bích đối ứng | Bích PVC hoặc FRP yếu, cần cân nhắc khi dùng thanh giới hạn và lực siết |
Về tiêu chuẩn bích, Wikipedia ghi ASME B16.5 áp dụng cho bích cỡ đến 24 in, EN 1092-1 là tiêu chuẩn chính của châu Âu, và cấp áp ASME không tương ứng trực tiếp với con số psi mà phụ thuộc vật liệu bích và nhiệt độ (Wikipedia, Flange). Vì thế khi báo “PN16” hay “10K”, cần nói rõ tiêu chuẩn nào, và áp suất cho phép của chính khớp nối do nhà sản xuất khớp công bố.
Lắp khớp nối mềm cao su theo sáu bước của FSA
FSA-PSJ-702-19 là tài liệu hướng dẫn lắp, bảo trì và bảo quản khớp nối bích cao su. Điểm dễ bị bỏ qua nhất là neo và giá đỡ: nếu chúng không chịu được lực đẩy do áp suất, lực đó dồn lên khớp nối. Công ty chỉ cung cấp vật tư; các bước dưới đây giúp người lắp hiểu cách khớp làm việc.
- Kiểm tra khi nhận hàng. Đối chiếu hàng với đơn đặt và tìm dấu hiệu hư hại do vận chuyển. Phát hiện lúc này thì xử lý được ngay; lắp xong mới thấy thì phải tháo đoạn ống.
- Kiểm tra neo, giá đỡ, dẫn hướng. Chúng phải được thiết kế và chịu được lực đẩy sinh ra tại khớp. Nếu chưa đủ, FSA cho phép dùng thanh giới hạn có ống lót chịu nén để khống chế hành trình dọc trục.
- Kiểm tra độ thẳng hàng của ống. Độ lệch phải nằm trong dung sai của nhà sản xuất. Nếu vượt, đặt loại khớp có độ lệch (offset) từ đầu. Ép khớp thẳng vào ống lệch là dùng hết một phần hành trình ngay lúc lắp.
- Bôi chất bôi trơn và nâng đúng cách. Bôi lớp mỏng chất không gốc dầu mỏ, như nước xà phòng, lên mặt bích cao su. Nâng bằng dây đai, không xỏ qua lỗ bu lông, và đỡ khớp cho tới khi bắt xong bu lông. Bích mặt nâng có thể cần thêm gioăng đệm.
- Bắt bu lông. Cho bu lông xuyên qua vòng giữ từ phía vòng sóng, siết chéo, vặn tay trước rồi siết theo bảng mô men của nhà sản xuất. Nơi vòng giữ bị tách đôi bắt buộc dùng vòng đệm kim loại. Siết lại sau khoảng một tuần vận hành.
- Lắp thanh giới hạn nếu có. Dùng tấm đệm và êcu được hãm chắc. Thanh này không bảo vệ khỏi lệch ngang, không thay neo, và không dùng cho bích yếu như PVC hay FRP.
Nguồn: FSA-PSJ-702-19, mục 3.1 đến 3.3. Bảng mô men bu lông trong tài liệu chỉ để tham khảo, mô men thực tế phụ thuộc vật liệu bích đối ứng và hướng dẫn của hãng. Khi vận hành, nên kiểm tra và siết lại định kỳ; ở nơi nắng gắt nên sơn chống tia cực tím, và che chắn khi hàn gần khớp.
Bảo quản trước khi lắp
- Để nơi khô, tối, mát, nhiệt độ không quá 27 °C, xa nguồn sinh ozone.
- Đặt mặt bích úp xuống pallet, không chất vật nặng lên khớp.
- FSA nêu thời hạn lưu kho tối thiểu lý tưởng khoảng năm năm.
Ba con số về năng lực cung ứng
- 15+ năm kinh nghiệm cung ứng vật tư cầu cảng của kỹ sư phụ trách A. Mạnh.
- 14 dự án có nêu tên công trình và hạng mục trên trang dự án.
- 3 loại chứng từ kèm hàng: CO-CQ, phiếu thí nghiệm, ISO.
Câu hỏi thường gặp về khớp nối mềm cao su
1. Giá khớp nối mềm cao su bao nhiêu?
Không có mức giá chung vì mỗi khớp khác nhau về cỡ ống, tiêu chuẩn bích, áp suất, số vòng sóng và loại cao su tube. Nhà cung cấp chỉ báo giá được khi có đủ các thông số ở bảng trên. Với gioăng mặt bích hoặc cao su tấm đi kèm hệ ống, gửi kích thước và môi chất qua trang báo giá hoặc gọi 0901.608.533.
2. Khớp nối mềm cao su là gì?
Là đoạn nối cao su gia cường vải, có mặt bích liền thân, lắp trên đường ống. Nó hấp thụ giãn nở nhiệt, rung động, tiếng ồn và độ lệch nhỏ giữa ống và thiết bị.
3. Khớp nối mềm cao su có giảm áp suất nước không?
Không. Khớp nối không phải thiết bị giảm áp. Nó phải đủ áp suất làm việc của hệ, và lực đẩy do áp suất tại khớp do neo, giá đỡ của ống chịu.
4. Khớp nối mềm cao su khác khớp nối trục đàn hồi thế nào?
Khớp nối mềm cao su lắp giữa hai mặt bích trên ống và bù chuyển động của đường ống. Khớp nối trục đàn hồi nối hai trục quay, như motor và bơm, và truyền mô men xoắn. Hai loại khác chức năng và không dùng thay nhau.
5. Nên chọn khớp nối EPDM hay NBR?
Chọn theo môi chất. EPDM hợp với nước, hơi và ngoài trời nhờ chịu ozone, thời tiết tốt. NBR hợp với dầu và nhiên liệu. Với hóa chất khác, tra bảng tương thích của nhà sản xuất.
6. Khớp nối mềm cao su chịu nhiệt tối đa bao nhiêu?
Theo FSA, nhiệt độ liên tục tối đa của cả khớp dùng vải nylon hoặc polyester là 99 °C với NBR và 121 °C với EPDM. Vải aramid nâng EPDM lên 149 °C. Giá trị thực của từng sản phẩm nằm trong bảng thông số của hãng.
7. Khớp nối mềm có cần neo ống và thanh giới hạn không?
Cần neo, giá đỡ và dẫn hướng đủ sức chịu lực đẩy do áp suất. Thanh giới hạn chỉ dùng thêm để hạn chế hành trình dọc trục và không thay được neo.
Cần gioăng mặt bích hoặc cao su tấm cho hệ đường ống?
Gửi kích thước, môi chất, nhiệt độ và số lượng để nhận báo giá. Cao Su Kỹ Thuật Sài Gòn báo giá kèm phương án hợp chất, CO-CQ, phiếu thí nghiệm và ISO. Công ty chỉ cung cấp vật tư.
