Trois façons d'utiliser des raccords rainurés pour s'adapter au mouvement thermique dans la tuyauterie montante

Oct 10, 2023

Objectifs d'apprentissage

Lorsqu'elle est soumise à des variations de température, la tuyauterie subira une dilatation ou une contraction linéaire. La clé pour s'adapter efficacement à ce mouvement thermique dans la tuyauterie montante d'un bâtiment est de permettre le mouvement prévisible et contrôlé de la tuyauterie.

Il existe d'autres méthodes pour s'adapter à ce type de mouvement. Cependant, les composants de tuyauterie rainurés offrent trois façons distinctes de s'adapter à ce mouvement thermique du tuyau, permettant au concepteur du système de choisir la méthode la mieux adaptée à chaque application spécifique.

Rainuré pour la tuyauterie montante

Lorsqu'ils sont installés en gardant à l'esprit les considérations de conception, les raccords mécaniques rainurés sont capables de s'adapter au mouvement thermique de la tuyauterie. Cela signifie que pour obtenir cet avantage supplémentaire, les concepteurs de systèmes doivent reconnaître cette caractéristique critique lors de la spécification de systèmes de raccordement de tuyaux rainurés. Les accouplements mécaniques rainurés sont disponibles en versions rigides et flexibles :

Dans un accouplement de tuyau flexible, les dimensions de la clavette d'accouplement sont plus étroites que la rainure dans le tuyau, ce qui permet à la clavette d'accouplement de se déplacer dans la rainure du tuyau. De plus, la largeur du boîtier de raccord de tuyau flexible permet une séparation de l'extrémité du tuyau, laissant de la place pour un mouvement linéaire et angulaire contrôlé. Le raccord de tuyau flexible reste un joint auto-retenu, et la conception du joint sensible à la pression assure une étanchéité positive même pendant le mouvement du système de tuyauterie.

Il existe trois méthodes standard d'utilisation de raccords mécaniques rainurés pour s'adapter au mouvement thermique de la tuyauterie (dilatation et contraction) dans une colonne montante de bâtiment :

Méthode 1 : Utiliser la capacité de déviation angulaire des raccords de tuyaux flexibles pour s'adapter au mouvement au sommet de la colonne montante.

Méthode 2 : Utiliser la capacité de mouvement linéaire des raccords de tuyaux flexibles pour s'adapter au mouvement à chaque joint.

Méthode 3 : Utiliser la capacité de mouvement linéaire pour s'adapter au mouvement dans un compensateur de dilatation en ligne rainuré.

Le choix d'une méthodologie spécifique dépendra des paramètres du projet ainsi que de la préférence du concepteur.

Méthode 1 : flottement libre

La première méthode pour s'adapter à la dilatation ou à la contraction thermique dans une colonne montante avec des raccords rainurés consiste à construire un système flottant dans lequel le mouvement est dirigé vers le haut de la colonne montante avec un ancrage de base et des guides. Les raccords de tuyaux rainurés reliant les sections de tuyauterie de la colonne montante sont rigides, tandis que ceux situés au sommet du premier tuyau horizontal sont flexibles, comme illustré à la figure 2. Cet agencement de raccords rigides et flexibles utilise les capacités de déviation angulaire des raccords de tuyaux flexibles. en haut de la contremarche. Pour calculer la longueur de tuyau horizontale requise, divisez la quantité prévue de mouvement thermique par la capacité de déviation du raccord par rapport à l'axe central, en tenant compte de tous les facteurs de conception requis.

En plus des raccords rainurés flexibles au sommet de la colonne montante, des raccords flexibles doivent également être utilisés sur la tuyauterie de dérivation pour permettre la déviation des connexions de dérivation lorsque la colonne montante se dilate ou se contracte. Au moins deux raccords flexibles rainurés sont nécessaires sur chaque embranchement pour absorber le déplacement vertical. La longueur de tuyau entre les raccords de tuyaux flexibles au niveau des piquages ​​doit être suffisamment longue pour que la déviation angulaire maximale des raccords ne soit jamais dépassée et qu'ils s'adaptent au mouvement anticipé de la colonne montante. Avec cette méthode, la quantité de mouvement de la tuyauterie de branchement augmente du premier étage au dernier étage.

Exemple : Une colonne montante de 200 pieds construite en 6 pouces. tuyau en acier au carbone (valeur de dilatation : 0,75 po par 100 pi par 100 °F ΔT). La colonne montante est installée à 60 °F, qui est également la température la plus basse, et a une température de fonctionnement maximale de 180 °F.

0,172 po par pied de tuyau Déviation de l'accouplement par rapport à l'axe central sur un tuyau rainuré par moletage, y compris le facteur de réduction de conception

1,8 po. Mouvement thermique du tuyau basé sur 120 °F ΔT

Longueur minimale du tuyau horizontal de 10,5 pi au sommet de la colonne montante.

Méthode 2 : mouvement adapté à chaque accouplement flexible et rainuré

La deuxième méthode utilisant des raccords mécaniques rainurés pour la prise en charge des mouvements thermiques dans une colonne montante consiste à utiliser tous les raccords de tuyaux flexibles pour joindre les sections de tuyauterie de la colonne montante. En utilisant la capacité de mouvement linéaire des accouplements flexibles et rainurés, l'expansion ou la contraction est prise en charge dans chaque accouplement.

Lors de l'installation, les espaces d'extrémité de tuyau doivent être définis dans les raccords rainurés proportionnellement aux exigences de mouvement (entièrement écartés pour l'expansion uniquement, entièrement aboutés pour la contraction uniquement) pour s'adapter au mouvement prévu de la colonne montante. La colonne montante doit être ancrée en haut et en bas et le tuyau doit être guidé pour empêcher la déviation au niveau des joints ("serpentage" de la ligne) et diriger le mouvement dans les raccords de tuyaux flexibles rainurés.

Pour calculer le nombre de raccords de tuyaux flexibles requis pour s'adapter à l'expansion ou à la contraction prévue, divisez le changement prévu de longueur de la tuyauterie par la capacité de mouvement linéaire (y compris tout facteur de conception) du type et de la taille du raccord à installer.

Bien que les exigences de guidage soient accrues, cette méthode minimise le mouvement des branches par rapport à la méthode flottante.

Exemple : Une colonne montante de 200 pieds construite en 6 pouces. tuyau en acier au carbone. La colonne montante est installée à 60 °F, également la température la plus basse, et a une température de fonctionnement maximale de 180 °F.

0,097 po. Capacité de mouvement linéaire de l'accouplement sur un tuyau rainuré par roulage, y compris le facteur de réduction

1,8 po. Mouvement thermique du tuyau basé sur 120 °F ΔT

19 Nombre de raccords requis.

Dans cet exemple, l'utilisation d'un té réducteur rainuré pour les connexions de dérivation à chaque étage fournirait le nombre requis de raccords flexibles. Si le nombre de raccords requis calculé est supérieur au nombre de raccords nécessaires pour installer la tuyauterie de la colonne montante, des raccords flexibles supplémentaires devront être espacés uniformément le long de la colonne montante.

Méthode 3 : Compensateur de dilatation constitué d'accouplements mécaniques rainurés

La troisième méthode d'utilisation de raccords rainurés pour s'adapter à la dilatation et à la contraction thermiques consiste à utiliser un compensateur de dilatation en ligne rainuré construit à partir de raccords mécaniques flexibles. Cette méthode implique l'utilisation de tous les raccords rigides sur les joints de la colonne montante avec un mouvement dirigé dans le compensateur de dilatation rainuré.

Les joints de dilatation rainurés, ou compensateurs, permettent jusqu'à plusieurs pouces de mouvement axial. Ils se composent d'une série de raccords de tuyaux flexibles et de mamelons de tuyaux spécialement rainurés pour s'adapter à une gamme d'exigences de mouvement, en fonction du nombre de raccords dans l'appareil. Un compensateur de dilatation rainuré doit être dimensionné et préréglé selon les exigences du concepteur pour s'adapter au mouvement anticipé : entièrement dilaté, entièrement comprimé ou dans une position proportionnelle à la température d'installation et aux températures extrêmes du système.

Pour un bon fonctionnement du compensateur de dilatation rainuré, la colonne montante doit être correctement ancrée et guidée. Le compensateur de dilatation rainuré est installé entre des ancrages opposés, ce qui dirige le mouvement dans le dispositif et empêche le joint de s'ouvrir à sa longueur déployée maximale lors de la pressurisation du système à partir de la force de poussée de pression.

Le tuyau doit être guidé des deux côtés du compensateur de dilatation rainuré pour éviter la déviation de l'unité. La déviation réduira le mouvement axial disponible et peut causer des dommages, selon le type d'appareil utilisé. Lorsque les conditions du système le permettent, les guides d'un côté du compensateur de dilatation peuvent être éliminés en plaçant l'unité à côté d'un ancrage.

La colonne montante peut nécessiter plusieurs compensateurs de dilatation en fonction de la hauteur de la colonne montante, de la quantité de mouvement thermique de la tuyauterie et de la déviation autorisée des lignes secondaires. Dans ce cas, la colonne montante nécessiterait des ancrages principaux en bas et au-dessus du compensateur de dilatation le plus haut. L'utilisation d'ancrages intermédiaires serait déterminée en fonction de la méthode de support de colonne montante utilisée.

Les compensateurs de dilatation rainurés ne nécessitent aucun entretien. Ils sont généralement construits avec le même matériau de tuyau et la même épaisseur de paroi que la colonne montante elle-même. Il en résulte un joint de dilatation plus fiable et durable, évitant ainsi les problèmes d'inspection et de maintenance à long terme requis par d'autres conceptions de joints de dilatation.

Exemple : Une colonne montante de 200 pieds construite en 6 pouces. tuyau en acier au carbone. La colonne montante est installée à 60 °F, également la température la plus basse, et a une température de fonctionnement maximale de 180 °F.

1,8 po. Mouvement thermique du tuyau basé sur 120 °F ΔT

3 po. Mouvement linéaire maximal pris en charge par le compensateur de dilatation rainuré

1 Nombre de compensateurs de dilatation nécessaires.

Quelle que soit la méthode choisie, la spécification de raccords mécaniques rainurés pour la tuyauterie montante d'un bâtiment offre plusieurs avantages supplémentaires.

La tradition veut que des méthodes distinctes soient nécessaires pour joindre le tuyau et s'adapter au mouvement thermique, mais ce n'est pas le cas. Les raccords mécaniques rainurés rejoignent le tuyau et s'adaptent au mouvement thermique dans les limites de la capacité de conception du raccord.

Les accouplements rainurés sont également beaucoup plus rapides à installer que les autres méthodes d'assemblage, ce qui peut aider les projets accélérés à se terminer à temps ou même en avance sur le calendrier. Les raccords rainurés standard peuvent être installés jusqu'à cinq fois plus rapidement que les joints soudés, tandis que les raccords « prêts à installer » peuvent doubler ce gain de temps.

Les accouplements mécaniques rainurés éliminent les boucles d'expansion soudées encombrantes qui, dans les limites étroites d'une colonne montante, ne sont généralement pas réalistes. Les raccords mécaniques rainurés permettent d'adapter le mouvement de la tuyauterie dans des espaces plus petits avec des contraintes globales du système plus faibles.

En fin de compte, les ingénieurs ont besoin d'une méthode fiable pour s'adapter au mouvement thermique dans la colonne montante d'un bâtiment. L'utilisation réussie et à long terme de la tuyauterie rainurée dans les systèmes de tuyauterie des services de construction à travers le monde soutient la viabilité de la méthode dans ces applications. Les ingénieurs et les propriétaires de bâtiments peuvent avoir confiance en spécifiant la tuyauterie mécanique rainurée comme un moyen efficace et plus sûr de joindre les tuyaux en plus de s'adapter à la dilatation et à la contraction thermiques.

Dave Hudson est ingénieur senior chez Victaulic, un fabricant de systèmes mécaniques de raccordement de tuyauterie et de protection incendie. Hudson est un ingénieur en mécanique pratiquant avec plus de 34 ans d'expérience.

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