كيف تؤثر تقلبات درجات الحرارة والتمدد الحراري على الختم والسلامة الميكانيكية للصمامات البلاستيكية CPVC؟

CPVC عبارة عن بوليمر ترموبلاستيكي ذو معامل تمدد حراري خطي أكبر بحوالي 50 إلى 100 مرة من المعادن النموذجية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس. وهذا يعني أنه مقابل كل درجة مئوية تزيد في درجة الحرارة، تستطيل مكونات CPVC أو تتوسع بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، يمكن لأنبوب أو جسم صمام CPVC بطول متر واحد أن يتمدد بمقدار مليمتر واحد أو أكثر تحت ارتفاعات درجة حرارة التشغيل النموذجية، وهو أمر كبير في أنظمة الأنابيب المحصورة بإحكام. يمكن أن يؤدي هذا التوسع إلى إحداث ضغوط في المفاصل والحواف وداخل أجسام الصمامات إذا لم يتم أخذه في الاعتبار بشكل صحيح أثناء التصميم والتركيب. قد تتسبب الطبيعة المتباينة لأجزاء CPVC المشكلة بالحرارة في توسع غير متساوٍ بسبب اتجاه سلسلة البوليمر الاتجاهي، مما قد يؤدي إلى تشوه أو تغييرات في الأبعاد تؤثر على تشغيل الصمام.

آلية الختم في صمام بلاستيكي CPVC يعتمد على الأختام المرنة أو المقاعد المصبوبة المصممة للتشوه بشكل مرن والحفاظ على حاجز محكم للسوائل تحت الضغط. نظرًا لأن جسم الصمام والمقعد والأختام مصنوعة من مواد ذات معاملات تمدد حراري مختلفة، فإن التغيرات في درجات الحرارة تتسبب في تمدد هذه المكونات أو انكماشها بمعدلات مختلفة. إذا تمددت مادة الختم بدرجة أقل من جسم CPVC، فقد تتشكل فجوات، مما يؤدي إلى حدوث تسربات. وعلى العكس من ذلك، إذا تمددت الأختام بشكل مفرط، فقد تنفصل عن أخاديدها أو تتلف. لذلك فإن الحفاظ على قوة ضغط ثابتة على الختم طوال دورات درجة الحرارة أمر ضروري. يستخدم المصممون أختامًا مصنوعة من إلاستومرات مستقرة حرارياً، مثل EPDM أو Viton، والتي تحتفظ بالمرونة والضغط على نطاقات واسعة من درجات الحرارة، مما يمنع التسربات على الرغم من عدم تطابق التمدد.

يؤدي تكرار الدورة بين درجات الحرارة الساخنة والباردة إلى إحداث إجهادات تعب داخل صمامات CPVC. تؤدي كل مرحلة تسخين إلى التمدد، بينما يؤدي التبريد إلى انكماش المادة مرة أخرى إلى حجمها الأصلي. يمكن أن يؤدي هذا الضغط الدوري إلى توليد شقوق دقيقة أو تشققات أو انفصال، وخاصة في نقاط تركيز الإجهاد مثل الزوايا المصبوبة أو الوصلات الملولبة أو أخاديد الحشية. وبالمثل، فإن الأختام المعرضة للضغط والاسترخاء المتكرر قد تفقد مرونتها أو تتطور إلى تماسك دائم، مما يقلل من قدرتها على الختم. يمكن أن يؤدي الإجهاد الحراري الدوري إلى فك أدوات التثبيت أو التسبب في تشوه بطيء للمكونات، مما يتطلب فحصًا وصيانة دورية لضمان الأداء المستمر للصمام.

ولمواجهة تحديات التمدد الحراري، يقوم المصنعون بدمج استراتيجيات تصميم متعددة. تستوعب مواد المقاعد المرنة مثل مخاليط PTFE أو الحشيات المرنة ذات الاستطالة الكافية التغيرات الأبعادية دون المساس بالختم. قد تشتمل أجسام الصمامات على فتحات تمدد أو ميزات تشبه المنفاخ تمتص الحركات المحورية. تسمح هياكل الصمامات المكونة من ثلاث قطع مع الأغطية المثبتة بمسامير بالتمدد الحراري دون ضغوط داخلية مفرطة. تم تصميم حشوة الغدة وأختام الجذع للحفاظ على الضيق مع السماح بحركة الجذع الناتجة عن التوسع. يضمن تطبيق عزم الدوران الصحيح أثناء التجميع أن تثبت أدوات التثبيت الأجزاء بقوة دون التسبب في حدوث تشققات، مع السماح بالتمدد الطبيعي لمكونات CPVC.

تبدأ الإدارة الفعالة للتمدد الحراري بالتصميم على مستوى النظام. تشتمل تخطيطات الأنابيب على حلقات تمدد أو وصلات أو معوضات لامتصاص الحركات الناجمة عن التغيرات في درجات الحرارة. يتم تركيب الصمامات بمسافة كافية للسماح بالتوسع الحر دون الارتباط بالدعامات الثابتة أو المعدات المجاورة. يمكن أن يؤدي الإفراط في شد التركيبات الملولبة أو الأنابيب المدعومة بشكل غير صحيح إلى تقييد التمدد، مما يسبب ضغوطًا تنتشر إلى أجسام الصمامات والأختام. من الضروري أن يتبع القائمون على التركيب إرشادات عزم الدوران الخاصة بالشركة المصنعة، وأن يستخدموا مواد تشحيم متوافقة أو مواد مانعة للتسرب، وأن يتجنبوا فرض التوصيلات بما يتجاوز الحدود المحددة لمنع الفشل المبكر.