یکی از اصلاحات فنی مربوط به لوله‌ها “مقاومت حلقوی” یا “رینگ استیفنس” است. منظور از Ring Stiffiness یک لوله، میزان توانایی آن برای مقاومت در برابر فشارهای شعاعی است که به لوله وارد میشود. درحقیقت لوله‌ها باید در مقابل انواع فشارهای حلقوی و آسیب‌های ساختاری به میزان کافی مقاومت داشته باشند. میزان سختی و مقاومت لوله با استانداردهای ملی و بین‌المللی متفاوتی سنجیده میشود. به‌همین منظور آزمایش استیفنس یکی از راه‌هایی است که برای ارزیابی این موضوع به کار می‌رود.
روش استیفنس درواقع یکی از راه‌هایی است که برای سنجش مقاومت حلقوی لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد. همیشه باید مطمئن بود که نتایج آزمایش با استانداردهای آزمایشگاهی صحیح به دست آمده است. چنانکه با انجام تست «رینگ استیفنس»، میتوان میزان مقاومت لوله‌ها در کوتاه‌مدت و طولانی‌مدت را مشخص نمود. اگرچه شماعزیزان میتوانید برای تهیه لوله‌های پلیمری با کیفیت بالا و مقاومت زیاد به وب‌سایت ناب زیست مراجعه داشته باشید. اما توصیه میکنیم با تکنیک‌های انتخاب لوله‌های مرغوب آشنا شوید.
آشنایی با مفهوم رینگ استیفنس
زمانی که صحبت از رینگ استیفنس لوله میکنیم، می‌خواهیم در مورد قدرت مقاومت لوله در مقابل فشارهای شعاعی که از محیط بر آن وارد میشود، صحبت کنیم. برای این که بتوان در زمینه مورد نظر خود از لوله مناسبی استفاده کنیم، باید مطمئن شویم که این لوله در برابر:
- فشارها و
- انحراف حلقوی،
به قدر کافی مقاومت دارد. گاهی لوله‌ها مانند لوله‌های آب و فاضلاب (مثلاَ لوله کاروگیت ، زهکش و…) در زیر یک سطح مدفون می‌شوند. این لوله‌ها در معرض فشار خاک، فشار هیدرواستاتیک و فشار موجودات زنده مانند جریان ترافیک قرار می‌گیرند. بخصوص آنهم در حالت نصب دفنی!
همانگونه که پیشتر مطرح شد، آزمایش استیفنس برای ارزیابی میزان سفتی یک لوله انجام میشود. در واقع هدف ما از انجام این آزمایش، اینست که مطمئن شویم زمانی که لوله را در سطحی مدفون میکنیم، ماده استفاده شده در آن میتواند در مقابل خاک و حجم قرار گرفته روی آن، مقاومت کافی داشته باشد. بنابراین انجام آزمایش رینگ استیفنس میتواند دو فایده‌ی عمده داشته باشد:
- اول آنکه برای جلوگیری از شکستن لوله‌ها، آزمایشی کاملاً منطقی و ضروری به نظر می‌رسد؛
- و از هزینه‌های زیاد جایگزینی لوله‌های جدید اجتناب خواهد شد.
البته گاهاَ بازرسان با ورود به منهول پلی اتیلن و دسترسی به شبکه‌های فاضلاب قدیمی، تشخیص میدهند که باید انواع لوله پلی اتیلن دوجداره فاضلابی جدید، جایگزین لوله‌های فولادی قدیمی شوند. چنین مواردی غالباَ به موضوع زنگ زدگی، پوسیدگی و تجزیه‌ی پایپ‌های فولادی قدیمی مربوط میشود. (و ربطی به مفهوم رینگ استیفنس لوله ها نخواهد داشت)
انجام تست مقاومت حلقوی چه اهمیتی دارد؟
آزمایش استیفنس یکی از مهمترین شاخص‌هایی است که برای ارزیابی میزان مقاومت لوله استفاده میشود. البته شما نمی‌توانید نتایج تست را خیلی قابل اعتماد و مطمئن در نظر بگیرید. مگر این که اطمینان داشته باشید که آزمایش در شرایط آزمایشگاهی درست و با استانداردهای مناسب انجام شده‌است. انعطاف‌پذیری لوله‌های ترموپلاستیک همیشه مورد توجه بوده است و این انعطاف‌پذیری یکی از دلایل استفاده گسترده از این لوله‌ها در 50 سال اخیر به حساب می‌آید.
این موضوع که لوله‌ها از مقاومت کافی برخوردار باشند و در مقابل فشار زیادی که روی آن‌ها اعمال میشود، تغییر شکل ندهند، بسیار اهمیت دارد. جالب است بدانید که بخشی از این مقاومت، به واسطه‌ی ویژگی‌های ذاتی یک ماده (و نه انجام امور تقویتی) بدست می‌آید. مثلاَ لوله‌های ترموپلاستیک اغلب می‌توانند به خاطر انعطاف‌پذیری زیاد خود بسیاری از فشارهای محیطی را کاهش دهند. (و یا حتی بسیاری از فشارها را بطور کامل حذف کنند)
تجربه نشان داده است که محاسبات استاتیک می‌توانند نتایج واقع‌گرایانه‌ای را نشان دهند و اغلب میزان انحراف لوله، کمتر از مقدار اندازه‌گیری شده در این آزمایش‌ها است. استانداردهای تست مقاومت حلقوی روی انحراف 3% تمرکز دارند. اما میتوان با انجام این آزمون در آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت معتبر، انحراف‌های بزرگ‌تر را نیز ارزیابی کرد.
مراحل انجام آزمایش استیفنس روی لوله
بمنظور انجام آزمایش رینگ استیفنس در خصوص ارزیابی میزان سختی لوله، ابتدا باید بخشی از لوله را متناسب با اندازه لازم برای تست ببریم و آن را استفاده کنیم. طول لوله مورد نیاز برای انجام این کار، به قطر اسمی یا ND آن بستگی دارد. اغلب لوله‌هایی را که قطر آن‌ها بیشتر از 1500 میلیمتر است، در طول 300 میلیمتر آزمایش می‌کنند. برای شروع باید لوله بریده شده را میان دو صفحه صاف قرار داد.
پس از این که لوله میان صفحات قرار گرفت، نیرویی به آن اعمال میشود تا بتواند در حدود 3 درصد، قطر لوله را منحرف سازد. سپس به لوله اجازه داده میشود برای مدت دو دقیقه در حالت ریلکس و بدون فشار قرار گیرد. پس از گذشت این زمان ریلکسیشن، دوباره فشار اعمال شده و در شعاع 120 درجه تا 27 میلیمتر به لوله وارد میشود. بعد از آن دوباره اجازه استراحت به پایپ‌ها داده میشود. در مرحله بعد لوله با شعاع 240 درجه، تحت فشار قرار گرفته و میزان انحراف آن ارزیابی می‌گردد. زمانی که تست با سه شعاع مختلف انجام شد، میانگین:
- فشار و
- انحراف
آن‌ها ارزیابی میشود؛ تا به وسیله این پارامترها، رینگ استیفنس لوله تخمین زده شود.
روش اعمال بار ثابت برای انجام تست
روش انجام تست رینگ استیفنس برای سنجش میزان مقاومت لوله با بار ثابت، بر اساس استاندارد DIN 16961 انجام میشود. استاندارد موردنظر، یکی از معیارهایی است که کارشناسان آن را مناسب و منطقی می‌دانند. اغلب این تست به 24 ساعت زمان نیاز دارد و شاخص 24 ساعته میزان سختی لوله SR24 است. دقت داشته باشید، گاهی انجام تست رینگ استیفنس با روش اعمال بار ثابت، میتواند در بازه زمانی:
- 2000؛ تا
- 10000 ساعت
نیز انجام شود. به‌طور خلاصه میتوان گفت:
در این روش تست مقاومت حلقوی، ابتدا محاسبات هندسی تئوری برای ساختار دیواره‌ی مورد استفاده، انجام میشود. چنانکه بر اساس آنالیزهای هندسی و زمان تست، میزان سفتی لوله محاسبه میشود. سپس میزان وزن بر اساس انحراف انتخابی که اغلب 3% است، حساب میشود.
حالا زمان آزمایش عملی رسیده است. در شروع، وزن محاسبه شده روی لوله قرار می‌گیرد. پایپ مورد نظر برای آزمایش، میتواند شامل انواع: لوله‌های کاروگیت فاضلابی، لوله پلی اتیلن، لوله زهکش ، PP PIPE و… باشد. بخاطر داشته باشید که در طی زمان آزمایش، میزان انحراف لوله اندازه‌گیری میشود. مقدار این انحراف، باید برابر با مقدار انحراف محاسبه شده یا از آن کمتر باشد.
روش سرعت ثابت برای انجام سنجش سختی لوله
آزمایش سرعت ثابت با استاندارد DIN EN ISO 9969 شناخته میشود و اغلب یک روش تست کوتاه‌مدت است. درست در زمانی که لوله با یک سرعت انحراف ساده تحت تأثیر قرار می‌گیرد، رینگ استیفنس با اندازه‌گیری نیرو و میزان انحراف ارزیابی میشود. در حقیقت میتوان گفت که مقاومت لوله با عملیاتی اندازه‌گیری میشود که طی آن لوله تحت تأثیر نیروی لازم برای ایجاد یک انحراف شعاعی 3 درصد است.
مقدار سرعت انحراف به شعاع اسم لوله بستگی دارد. برای لوله‌های بزرگ‌تر که شعاع اسمی آن‌ها بیشتر از 710 میلیمتر است، سرعت با 0,03 ضربدر قطر داخلی (میلیمتر بر دقیقه) و با تحمل %5-+ مشخص میشود. اغلب سختی لوله‌ها بر اساس استانداردهای مشخص شده در کلاس‌های خاصی قرار می‌گیرند. این کلاس‌ها عبارت‌اند از:
- SN2
- SN4
- SN8
- SN16
بمنظور ساخت انواع لوله پلی اتیلن دوجداره فاضلابی (کاروگیتی)، غالباَ مقاومتهای حلقوی «SN4» و بخصوص «SN8» مدنظر قرار می‌گیرد.
کاربردهای تست رینگ استیفنس
چنانچه این تست بر روی لوله‌ها انجام نشود هم در کوتاه مدت و هم در بلند مدت ممکن اتفاقاتی برای لوله‌ها اتفاق بیفتد. در ادامه تاثیرات کوتاه مدت و بلند مدت انجام این تست را برایتان تشریح خواهیم نمود.
تأثیر تست استیفنس بر انحراف‌های کوتاه مدت در لوله‌ها
یکی از مواردی که اغلب در مورد لوله‌های انعطاف‌پذیر رخ می‌دهد، بی‌توجهی به انحراف‌های کوتاه‌مدت در طول فرایند نصب است. این لوله‌ها ممکن است بر اثر فعالیت‌های مختلف در طول روند نصب، تغییر شکل دهند. بنابراین فارغ از مزایای جذاب منعطف بودن لوله‌های پلیمری، این ویژگی گاهاَ میتواند دردسرساز نیز شود. شاید بلند کردن و حمل عادی لوله‌ها این نتیجه را به دنبال نداشته باشد. ولی اندازه و نیروی تجهیزات ساخت میتواند باعث تغییر شکل آن‌ها شود. ازطرف دیگر، بعد از نصب لوله ممکن است بار زیاد واردشده روی آن، بر مقاومت لوله اثر بگذارد.
در اینجا است که بحث رینگ استیفنس اهمیت پیدا می‌کند. سنجش میزان مقاومت حلقوی لوله در زمان نصب و بعد از آن، مهمترین عاملی است که میتواند انحراف‌های لوله را کنترل کند. در واقع تست رینگ استیفنس، اصلی‌ترین ابزاریست که میتوان برای جلوگیری از آسیب به لوله مورد استفاده قرار داد. بمنظور خرید لوله‌هایی که بطور قطع از مقاومت کافی در مقابل فشارهای محیطی برخوردار باشند، میتوانید به مجموعه معتبر ناب زیست مراجعه کنید.
نکته 1: اگرچه شیوه تولید و انجام تستهای کنترل، مهمترین اقدامات برای تقویت مقاومت لوله‌ها بشمار می‌آید. اما نباید از شیوه حمل صحیح نیز غافل شد. بعنوان مثال انواع لوله کاروگیت با طول شاخه 12 متر را نباید توسط دو کارگر (یکی در ابتدا و یکی در انتها) حمل نمود. زیرا خاصیت انعطاف‌پذیری این لوله‌ها، اینجا به یک عیب تبدیل شده و میتواند موجب تاب برداشتن لوله گردد!
نکته 2: آزمایشات رینگ استیفنس در تعیین مقاومت حلقوی محصولات تولید شده از لوله‌ها همچون کالورت‌ها، منهولهای کاروگیتی، سپتیک تانک پلی اتیلن و… نیز موثر خواهد بود.
تأثیر تست استیفنس بر انحراف‌های طولانی‌مدت در لوله‌ها
مقاومت در مقابل انحراف‌های طولانی‌مدت در لوله‌های انعطاف‌پذیر، تحت تأثیر حجم خاک اطراف لوله و رینگ استیفنس خود لوله قرار دارد. با این وجود، عدد اندازه‌گیری شده در استیفنس با این دو شاخص، تقریباً مساوی است. در طراحی لوله‌های انعطاف‌پذیر، سنجش فشار خاک اطراف لوله برای کنترل انحراف‌های طولانی‌مدت، مهم‌تر از میزان سفتی خود لوله است.
استفاده از این روش برای ایجاد یک تخمین مناسب برای انحراف طولانی‌مدت در لوله‌ها (با میزان سختی متفاوت)، مناسب است. لازم بذکر است لوله‌هایی که انعطاف‌پذیرتر هستند، اغلب سختی بین ۵ تا ۷۵ دارند. این مقدار بر اساس شعاع و مواد مورد استفاده در ساخت لوله، متغیر است.
ماشین‌های انجام تست مقاومت حلقوی
ماشین‌های تست خاصی برای ارزیابی میزان رینگ استیفنس و انعطاف‌پذیری لوله‌های ترموپلاستیک استفاده می‌شوند. در تمام این ماشین‌ها از صفحات فشرده بزرگی استفاده میشود که اجازه میدهند تست بر اساس شعاع قطر خاص انجام گیرد. گاهی این ماشین‌ها انجام تست روی لوله‌هایی با طول بیشتر از یک متر را امکان‌پذیر می‌سازند. یک نرم‌افزار کامپیوتری نیز امکان نمایش اطلاعات را فراهم می‌کند. مدلهای اجرایی مختلف به شما امکان میدهند فشار ثابتی را به نمونه وارد کنید. یا این که به طور پیوسته صفحات فشار را با سرعت ثابتی به سمت یکدیگر حرکت دهید. در هر دو حالت، 2 پارامتر زیر در سیستم ضبط‌شده و بر اساس آن نمودارهای نمایشی رسم می‌شوند:
- میزان مسافت؛ و
- نیروی اعمال شده یا بدست آمده.
به‌علاوه، انحراف شعاع بیرونی یا درونی لوله قابل‌اندازه‌گیری است و با یک سیستم اندازه‌گیری خاص ضبط میشود.
کلام نهایی؛ تضمین مقاومت حلقوی لوله‌ها
لوله‌های انعطاف پذیر ترموپلاستیک در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این لوله‌ها باید از مقاومت حلقوی خوبی برخوردار باشند و بتوانند در مقابل انواع فشارهای محیطی مقاومت کنند. ازسویی با رعایت استانداردها در تولید پایپ‌ها، مقاومت مناسبی تجهیزات صنعتی مختلف ساخته‌شده از لوله‌ها نیز تضمین خواهد شد. برای این که بتوان متوجه شد لوله مورد نظر در چه محیطی قابل استفاده است و چه فشاری را میتواند تحمل کند، از روش‌های متفاوتی استفاده میشود.
تست رینگ استیفنس آزمایشی است که میتوان به کمک آن میزان انحراف لوله و مقاومت آن را اندازه‌گیری کرد. این روش با استانداردهای بین‌المللی متفاوتی قابل انجام است.
یکی از بهترین مطالبی بود که در مورد مقاومت حلقوی لوله‌ها مطالعه کردم. خدا بهتون قوت بده و زنده باشید همیشه.