Kiertäminen vai venyttäminen – siinäpä pulma

Mikä on paras menetelmä ruuviliitoksen kontrolloituun kiristämiseen? Bolted kilpailuttaa hydraulisen kiertämisen vääntömomentin avulla ja hydraulisen venyttämisen. Ja voittaja on...

Lähes jokainen on kiristänyt mutterin joskus elämässään ja pystyy ymmärtämään momenttiin kiertämisen periaatteen. Se on vanhin, yksinkertaisin ja useimmille ei-insinööreille ainoa ruuviliitosten kiristämistapa.

Tehdäänpä se manuaalisesti tai hydraulisesti, muihin menetelmiin verrattuna momenttiin kiertäminen on helppo ymmärtää, mikä tekee siitä kustannustehokkaamman vaihtoehdon. Siitä huolimatta tarvitaan koulutusta ja momenttiin kiertämisen avaintekijöiden ymmärtämistä.

”Momenttiavaimella ja muutamalla hylsyllä voit kiristää suuren määrän eri kokoisia muttereita ja ruuveja”, sanoo Asset 55:n tekninen päällikkö Robert Noble. ”Se on melko joustavaa, ja teknikolle on helppo selittää momenttityökalujen käyttö.”
Se on usein ensimmäinen valinta, koska se on tehokas useimmissa sovelluksissa.

Hydraulisella momenttiin kiertämisellä on rajansa, ennen kaikkea kitka, jota Noble kutsuu ”vääntömomentin viholliseksi numero yksi”. Tavallisesti kitkaa on 90 prosentissa mutteriin käytetystä vääntömomentista, mikä tarkoittaa, että vain pieni osa vääntömomentista muuttuu hyödylliseksi ruuvivoimaksi. Koska momenttiin kiertäminen on epäsuoraa kuormitusta, tarkkaa ruuvivoimaa on vaikea ennakoida. Monet tekijät on otettava huomioon, ennen kaikkea käytetty voiteluaine, mahdollisen kontaminaation välttäminen ja hyvä pintakäsittely mutterin painepinnoissa. Tämä on ratkaistava, jotta voidaan taata riittävä tarkkuus, kun vääntömomenttia käytetään esijännityksen tuottamiseen, ja se voi olla merkittävä haitta kriittisissä liitoksissa.

Noble painottaa, että hyvillä menetelmillä, kalibroiduilla laitteilla ja pätevällä henkilökunnalla momenttiin kiristäminen voi onnistua useimmissa liitoksissa. Siihen vaikuttaa paljolti hajonta, jonka mukaan yksittäisen pultin esijännityksen on oltava +/- 25 prosenttia tavoitteesta, mutta laipassa, jossa on useampi ruuvi, halutaan normaalisti tavoittaa keskimääräinen ruuvivoima, joka on lähellä tavoitetta (edellyttäen, että menettelytapa on hyvä ja kitkakerroin määritetty). ”Tämä sopii useimpiin tiivistettyihin laippaliitoksiin, joten vääntömomenttia tullaan soveltamaan edelleen”, Noble sanoo.

Hydraulista venyttämistä alettiin käyttää 1970-luvulla. Sen edelläkävijä oli muun muassa brittiläinen insinööri Fred Heaton, joka perusti yritykset Hydratight ja Boltight. Se yleistyi pikku hiljaa 20 seuraavan vuoden aikana, ja nyt se alkaa olla suosituin menetelmä isojen kriittisten liitosten kiristyksessä monilla teollisuudenaloilla, kuten öljy ja kaasu, tuuli,meri tai sähköenergian tuotannossa.

Hydrauliseen momenttiin kiertämiseen verrattuna se on paljon monimutkaisempi menetelmä, johon tarvitaan erikoistyökaluja. Joissakin sovelluksissa venyttäminen voi olla tarkempaa ja paremmin hallittavissa sekä nopeammin koottava ratkaisu. Se sopii hyvin laippoihin, joissa on useampi ruuvi. Perinteistä vääntömomenttia käytettäessä jokainen ruuvi kiristetään erikseen tarkasti noudatettavassa järjestyksessä, jotta tiivisteen tai laipan toista sivua ei kuormiteta liikaa. Useampaa kiinnitintä käytettäessä voidaan kiristää useampaa ruuvia samanaikaisesti ja näin puristaa tiivistettä tasaisesti.

”Tämä oli tärkeää venytyksen alkuaikoina”, sanoo Boltightin projekti- ja kaupallinen johtaja Nitin Patel. ”Sen ansiosta voitiin hallita puristusvoimaa, ja jos se onnistuu yhdellä kerralla koko ympärysmitalta, se on hyväksi tiivisteelle ja liitokselle, ja on mahdollista ennakoida liitoksessa oleva voima.”

Toinen venyttämisen etu on parempi tarkkuus, mutta kuten Noble painottaa, se ei ole aina niin yksinkertaista. ”Valitettavasti teollisuudessa yritetään käyttää yhtä kaikkeen sopivaa ratkaisua, mutta sellainen ei päde vääntömomentin ja venyttämisen kohdalla”, hän selittää. ”Venyttäminen voi olla hyvin tarkkaa oikeissa olosuhteissa. Näin on normaalisti sellaisten ruuvien kohdalla, joilla on suuri pituuden ja halkaisijan suhde – pitkät, ohuet ruuvit, ja siellä, missä on suuret ruuvivoimat. Näissä sovelluksissa venytys on tarkempaa kuin momenttiin kiristäminen. Ja päinvastoin lyhyiden, paksujen ruuvien ja pienien ruuvivoimien kohdalla venyttäminen ei ole niin tarkkaa.”

Venyttämisellä on siis huonot puolensa, mainittakoon voiman häviäminen, mitä tapahtuu, kun kiinnitin irrotetaan ja voima siirtyy mutteriin. Tämä kompensoidaan arvioimalla voiman häviäminen, ja teknikko huomioi arvioidun häviämisen ennalta. Se tarkoittaa, että ruuvi, tiiviste ja laipat altistuvat suuremmalle jännitykselle kuin kokoonpanon tavoitejännitys. Se on otettu huomioon joko liitoksen suunnitteluvaiheessa tai ennen työkalujen käyttöä. Kiristyksen voi vaihtoehtoisesti tehdä uudelleen painumien kompensoimiseksi.

Hydraulisella venytyksellä voi siis olla käytännöllisiä ja logistisia haittapuolia. Se voi olla myös huomattavasti kalliimpaa, koska siihen tarvitaan enemmän laitteita ja erikoistyökaluja. ”Venyttämällä kiristäminen ei ole helposti ymmärrettävissä, paitsi niille, jotka tekevät sitä säännöllisesti”, Noble sanoo. ”Tarvitset erikoistyökaluja, ja on vaikea suunnitella kiristimiä, jotka ovat yhtä joustavia kuin momenttiavain.”

Joten totuus on, että ei voida antaa yksinkertaista vastausta, kumpi on parempi menetelmä: momenttiin kiertäminen vai venyttäminen. Asia ratkaistaan parhaiten liitoskohtaisesti.

”Yleiset ohjeet tuovat mukanaan monia teknisiä kysymyksiä, ja joissakin tapauksissa on tingittävä ruuvivoimasta. Sen sijaan on toimittava sen mukaan, mikä on parasta kyseiselle liitokselle”, Nobel sanoo ja lisää: ”Joskus sovellusta on tarkasteltava avoimin silmin, miettien, miten laitteet saadaan työmaalle, minkälaisessa paikassa niitä käytetään ja kuinka ne sopivat käyttötapaukseen.”

Tiesitkö, että...

Kitkaa on 90% mutteriin käytetystä vääntömomentista?

Yhteistoimintaa

Ruuviliitoksissa on otettava huomioon monia tekijöitä, ennen kuin valitaan momenttiin kiertäminen tai venyttäminen.

• Määritä kokoonpanon tarvitsema tavoitevoima.
• Mieti kaikkia tekijöitä, jotka voivat suoraan vaikuttaa valintaasi. Sovelluksissa, joissa on hyvä välttää ruuvin vääntöä, kuten alustaruuvit betonissa, venyttäminen on parempi vaihtoehto. Momenttiin kiertäminen on parempi ratkaisu, kun tila asettaa rajoitteita.
• Älä aliarvioi konkreettisia ja logistisia rajoitteita. Jotta kiinnitin saa hyvän pidon, vähintään kierteen yhden halkaisijan täytyy työntyä ulos mutterista.

Hydraulinen momenttiin kiertäminen: Vääntömomentti siirretään mutteriin hydraulisella paineella painaen mutteri laippaan. Näin ruuvi venyy ja saadaan aikaan kiristysvoima. Se luo myös kitkaa ruuvin ja mutterin kierteiden sekä mutterin ja laipan väliin.

Hydraulinen momenttiin kiertäminen: Vääntömomentti siirretään mutteriin hydraulisella paineella painaen mutteri laippaan. Näin ruuvi venyy ja saadaan aikaan kiristysvoima. Se luo myös kitkaa ruuvin ja mutterin kierteiden sekä mutterin ja laipan väliin.

Hydraulinen venyttäminen: Ruuviin asetetaan holkki, ja ruuvia venytetään hydraulisesti toimivalla laitteella, joka nostaa mutterin laipasta. Sen jälkeen mutteri voidaan helposti kiertää takaisin laippaan. Kun hydraulinen paine poistuu, venytetty ruuvi muodostaa kiristysvoiman, kun se palautuu takaisin muotoonsa.