ในด้านวิศวกรรมการผลิตและการก่อสร้างท่อกระบอกสูบเป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่กําหนดโดยรูปทรงเรขาคณิตทรงกระบอกกลวงและความสามารถในการสร้างสมดุลความแข็งแรงของโครงสร้างประสิทธิภาพการขนส่งของเหลว / ก๊าซและความคล่องตัวในวัสดุซึ่งแตกต่างจากแท่งทรงกระบอกที่เป็นของแข็ง (ซึ่งให้ความสําคัญกับการรับน้ําหนักโดยไม่มีช่องว่างกลวง) หรือท่อที่ไม่ใช่วงกลม (เช่นสี่เหลี่ยมจัตุรัสสี่เหลี่ยมผืนผ้า) ท่อกระบอกมีความโดดเด่นด้วยส่วนตัดวงกลมสม่ําเสมอ - การออกแบบที่กระจายความเครียดอย่างสม่ําเสมอลดแรงเสียดทานของของเหลวและช่วยให้สามารถเข้ากันได้กับอุปกรณ์มาตรฐาน (เช่นวาล์วขั้วต่อ)แต่สิ่งที่จําแนกหลอดกระบอกสูบการเลือกวัสดุส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทํางานอย่างไรและทําไมจึงแพร่หลายในอุตสาหกรรมตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงประปา?คู่มือนี้จะแบ่งคําจํากัดความทางเทคนิคลักษณะหลักตัวเลือกวัสดุการใช้งานและกระบวนการผลิตเพื่อชี้แจงบทบาทในระบบวิศวกรรมที่ทันสมัย

 

คําจํากัดความหลักและคุณสมบัติที่สําคัญของ หลอดกระบอกสูบ  

ท่อทรงกระบอก (หรือท่อทรงกระบอก) เป็นโครงสร้างกลวงยาวที่มีส่วนตัดวงกลมที่สอดคล้องกันตามความยาวทั้งหมดการจําแนกประเภททางเทคนิคของมันขึ้นอยู่กับสามคุณลักษณะที่ไม่สามารถเจรจาต่อรองได้ซึ่งแยกแยะความแตกต่างจากส่วนประกอบท่อหรือทรงกระบอกอื่น ๆ:

 

1.กลวงแกน: ซึ่งแตกต่างจากกระบอกแข็ง (เช่นเหล็กแท่ง), ท่อกระบอกสูบมีโพรงภายใน (รู) ที่ช่วยให้การขนส่งของเหลว / ก๊าซการรวมส่วนประกอบ (เช่น,ลูกสูบในกระบอกสูบไฮดรอลิก) หรือลดน้ําหนักโดยไม่เสียสละความแข็งแรง

2.ส่วนตัดวงกลมแบบสม่ําเสมอ: เส้นผ่าศูนย์กลางด้านนอกและด้านใน (OD และ ID) ยังคงคงที่ตามความยาวของท่อเพื่อให้มั่นใจว่าการกระจายความเครียดแม้กระทั่ง (สําคัญสําหรับการใช้งานความดัน) และการไหลของของเหลวที่คาดการณ์ได้ (ผ่านพื้นที่ตัดขวางที่สม่ําเสมอ)

3.ความหนาของผนังที่กําหนด: ระยะห่างระหว่างพื้นผิวด้านนอกและด้านใน (ความหนาของผนัง, t) ได้รับการออกแบบเพื่อให้มีความสมดุลของความสมบูรณ์ของโครงสร้าง (ต้านทานแรงกดดันภายนอกหรือการดัด) และประสิทธิภาพน้ําหนักความหนามักจะระบุโดยมาตรฐาน (เช่นASTM สําหรับโลหะ, ISO สําหรับพลาสติก) เพื่อให้แน่ใจว่าความเข้ากันได้กับการใช้งานในอุตสาหกรรม

 

หมายเหตุทางเทคนิค: หลอดกระบอกสูบแตกต่างจาก "ท่อ" แม้ว่าคําศัพท์บางครั้งจะสับสนท่อได้รับการออกแบบมาเป็นหลักสําหรับการขนส่งของเหลว / ก๊าซและมีขนาดตามเส้นผ่าศูนย์กลางที่ระบุ (มาตรฐานอุตสาหกรรมที่ไม่แม่นยํา) ในขณะที่ท่อกระบอกสูบได้รับการออกแบบมาสําหรับการใช้งานที่แม่นยํา (เช่น,ระบบไฮดรอลิก) และขนาดโดยการวัด OD / ID ที่แน่นอน

 

 

วัสดุทั่วไปสําหรับท่อกระบอกสูบและลักษณะประสิทธิภาพของพวกเขา

การเลือกวัสดุสําหรับท่อกระบอกสูบจะถูกกําหนดโดยความต้องการในการใช้งาน: ความต้านทานต่อความดันการสัมผัสกับการกัดกร่อนข้อ จํากัด น้ําหนักการนําความร้อนและต้นทุนด้านล่างนี้เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดและบทบาทเฉพาะของพวกเขา:

 

| วัสดุ | คุณสมบัติที่สําคัญ | การใช้งานที่เหมาะ |

|------------------------|--------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------|

| เหล็ก (คาร์บอน / โลหะผสม)| ความต้านแรงดึงสูง (300-1,500 MPa) ความต้านทานแรงดันที่ดีเยี่ยมความสามารถในการจ่ายเงิน| สนับสนุนโครงสร้าง (นั่งร้านก่อสร้าง), ถังไฮดรอลิก / นิวเมติก, เพลาขับรถยนต์|

| เหล็กชุบสังกะสี | เหล็กเคลือบด้วยสังกะสี; ความต้านทานการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น (เมื่อเทียบกับเหล็กเปลือย) | การก่อสร้างกลางแจ้ง (รั้วโครงสร้างกรอบ) ท่อน้ําในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน|

| อลูมิเนียม | น้ําหนักเบา (1/3 ความหนาแน่นของเหล็ก) ทนต่อการกัดกร่อนที่ดีความแข็งแรงปานกลาง| ส่วนประกอบการบินและอวกาศ (สายไฮดรอลิกเครื่องบิน), ระบบไอเสียยานยนต์, กรอบโครงสร้างน้ําหนักเบา|

| ทองแดงทองแดง | การนําความร้อนที่โดดเด่นความต้านทานการกัดกร่อนตามธรรมชาติคุณสมบัติต้านจุลชีพ| ประปา (สายน้ําประปา), ท่อทําความเย็น HVAC, แท่งสายดินไฟฟ้า|

| สแตนเลส (304/316)| ความต้านทานการกัดกร่อนสูง (ต้านทานน้ําเค็มสารเคมี) เข้ากันได้ทางชีวภาพ | อุปกรณ์ทางการแพทย์ (เครื่องมือผ่าตัด), การใช้งานทางทะเล (เรือแท่นขุดเจาะ), อุปกรณ์แปรรูปอาหาร (หลอดสุขาภิบาล) |

| พลาสติก (พีวีซี, HDPE, PTFE)| น้ําหนักเบา, ทนต่อสารเคมี, แรงเสียดทานต่ํา, ค่าใช้จ่ายต่ํา | ประปา (ท่อระบายน้ํา PVC), การขนส่งสารเคมี (HDPE), สายของเหลวอุณหภูมิสูง (PTFE) |

การใช้งานอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ของท่อกระบอกสูบ

ส่วนตัดวงกลมการออกแบบกลวงและความหลากหลายของวัสดุของท่อกระบอกสูบทําให้พวกเขาขาดไม่ได้ในทุกภาคส่วนด้านล่างนี้เป็นกรณีการใช้งานที่มีผลกระทบมากที่สุด:

 

1.วิศวกรรมก่อสร้างและโครงสร้าง

- สนับสนุนการโหลดแบริ่ง: ท่อเหล็กกระบอก (มักชุบสังกะสี) ใช้ในนั่งร้านโครงและกรอบสถาปัตยกรรมรูปร่างวงกลมของพวกเขากระจายความเครียดการบีบอัดอย่างสม่ําเสมอรองรับภาระหนัก (เช่น, 100+ กก. ต่อหลอด) โดยไม่มีการเปลี่ยนรูป

- ซุ้มและความงาม: ท่ออลูมิเนียมหรือสแตนเลสสตีลกระบอกสร้างองค์ประกอบสถาปัตยกรรมที่เพรียวบางและทันสมัย (เช่นกรอบผนังม่านราว) เนื่องจากเส้นที่สะอาดและความต้านทานการกัดกร่อน

 

2.ระบบไฮดรอลิกและนิวเมติก

- ถังกระบอกสูบ : ท่อกระบอกสูบเหล็กหรือสแตนเลสที่มีความแม่นยําเป็นแกนหลักของกระบอกสูบไฮดรอลิก / นิวเมติกรูภายในเรียบ (เครื่องจักรกลเพื่อ ±0.01 มม.) ช่วยให้ลูกสูบสามารถเคลื่อนที่ด้วยแรงเสียดทานน้อยที่สุดสร้างแรงเชิงเส้นสําหรับเครื่องจักร (เช่นแขนรถขุดโรงงานกด)

- สายของเหลว: ท่อทองแดงหรือท่อพลาสติกขนส่งน้ํามันไฮดรอลิกหรืออากาศอัดระหว่างส่วนประกอบของระบบ (ปั๊มวาล์ว) แรงเสียดทานภายในต่ําช่วยให้มั่นใจได้ว่าการถ่ายโอนแรงดันมีประสิทธิภาพ

 

3.ยานยนต์และการบินและอวกาศ

- ระบบท่อไอเสีย: ท่อสูบเหล็กอลูมิเนียมหรือสแตนเลสทนต่ออุณหภูมิสูง (สูงสุด 800 องศาเซลเซียส) และการกัดกร่อนจากก๊าซไอเสียทําให้เหมาะสําหรับท่อไอเสียรถยนต์/รถบรรทุก

- ไฮดรอลิคการบินและอวกาศ: อลูมิเนียมน้ําหนักเบาหรือท่อกระบอกไทเทเนียม (ไทเทเนียมสําหรับการใช้งานความดันสูง) ใช้ในเกียร์เชื่อมโยงไปถึงของเครื่องบินและระบบควบคุมอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ําหนักของพวกเขาช่วยลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง

 

4.ประปาและการขนส่งของเหลว

- น้ําประปา: ท่อกระบอกทองแดงหรือ PEX (พลาสติก) ให้คุณสมบัติต้านจุลชีพของน้ําดื่ม - ทองแดงป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรียในขณะที่ PEX มีความยืดหยุ่นและติดตั้งง่ายในพื้นที่แคบ

- การกระจายก๊าซ: ท่อกระบอกเหล็กหรือโพลีเอทิลีน (PE) ขนส่งก๊าซธรรมชาติ - เหล็กกล้าทนต่อแรงดันสูง (สูงสุด 10 MPa) ในขณะที่ PE ทนต่อการกัดกร่อนสําหรับใช้ใต้ดิน

 

5.อุตสาหกรรมการแพทย์และสุขาภิบาล

- อุปกรณ์ทางการแพทย์: ท่อสแตนเลส 316 ใช้ในเครื่องมือผ่าตัด (เช่น, endoscopes) และอุปกรณ์ฝัง (เช่น,แท่งกระดูกและกระดูก) ความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความต้านทานการกัดกร่อนของพวกเขาหลีกเลี่ยงการระคายเคืองเนื้อเยื่อ

- การแปรรูปอาหาร: สุขาภิบาลท่อสแตนเลสกระบอกขนส่งของเหลว (เช่น,นม, น้ําผลไม้) ในพืชอาหารพื้นผิวด้านในเรียบของพวกเขาทําความสะอาดได้ง่ายสอดคล้องกับมาตรฐานความปลอดภัยของอาหาร FDA และ EU

 

 

กระบวนการผลิตสําหรับท่อกระบอกสูบ

การผลิตท่อกระบอกสูบแตกต่างกันไปตามวัสดุ แต่เป็นไปตามขั้นตอนการทํางานที่ได้มาตรฐานเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยําและความสม่ําเสมอด้านล่างนี้เป็นรายละเอียดของวิธีการผลิตที่พบมากที่สุด:

 

1.สําหรับท่อกระบอกโลหะ

ก.การผลิตท่อไร้รอยต่อ (สําหรับงานแรงดันสูง)

- ขั้นตอนที่ 1: การให้ความร้อนด้วยบิลเล็ตโลหะ: ให้ความร้อนกับบิลเล็ตโลหะที่เป็นของแข็ง (เหล็ก, อลูมิเนียม, ทองแดง) ที่อุณหภูมิ 1,100-1,300 องศาเซลเซียส (สําหรับเหล็ก) เพื่อให้อ่อนได้

- ขั้นตอนที่ 2: การเจาะ: แกน (แท่งโลหะยาว) ถูกผลักผ่านบิลเล็ตเพื่อสร้างโพรงกลวงสร้าง "บานกลวง" "

- ขั้นตอน 3: การอัดขึ้นรูป / การรีด: บานกลวงจะถูกส่งผ่านโรงงานรีดหรือเครื่องอัดรีดเพื่อลดเส้นผ่าศูนย์กลางและความหนาของผนังให้เป็นมิติที่ต้องการสําหรับความแม่นยํา (เช่นท่อไฮดรอลิก), การวาดภาพเย็นจะใช้ดึงหลอดผ่านตายเพื่อให้บรรลุความคลาดเคลื่อนที่แน่น (± 0.005 มม.)

- ขั้นตอนที่ 4: การรักษาด้วยความร้อน: หลอดถูกอบ (อุ่นและเย็นช้า) เพื่อลดความเปราะและปรับปรุงความแข็งแรง

- ขั้นตอนที่ 5: เสร็จสิ้น: เจาะด้านในถูกขัด (เครื่องจักรกลด้วยเครื่องมือขัด) เพื่อสร้างพื้นผิวเรียบ (Ra <0.8μm) สําหรับการใช้งานไฮดรอลิกมีการเพิ่มการรักษาพื้นผิว (ชุบสังกะสี, anodizing) เพื่อความต้านทานการกัดกร่อน

 

b.การผลิตท่อเชื่อม (สําหรับการใช้งานความดันต่ําถึงปานกลาง)

- ขั้นตอนที่ 1: การคลายม้วนโลหะ: ขดลวดโลหะแบน (เหล็ก, อลูมิเนียม) จะถูกคลายและตัดเป็นแถบแบน

- ขั้นตอนที่ 2: การขึ้นรูป: แถบจะงอเป็นรูปทรงกระบอกโดยใช้เครื่องขึ้นรูปม้วนโดยมีขอบพบกันเพื่อสร้างตะเข็บ

- ขั้นตอนที่ 3: การเชื่อม: ตะเข็บจะถูกเชื่อมโดยใช้การเชื่อมเหนี่ยวนําความถี่สูง (สําหรับเหล็ก) หรือการเชื่อม TIG (สําหรับอลูมิเนียม) เพื่อสร้างข้อต่อกันรั่ว

- ขั้นตอนที่ 4: การปรับขนาด / ตัด: ท่อเชื่อมจะผ่านม้วนปรับขนาดเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นผ่าศูนย์กลางสม่ําเสมอจากนั้นตัดความยาว

 

2.สําหรับท่อกระบอกพลาสติก

- การอัดรีด: เรซินพลาสติก (PVC, HDPE) ถูกละลายและบังคับให้ผ่านแม่พิมพ์วงกลมเพื่อสร้างหลอดกลวงแกนหมุนภายในแม่พิมพ์รักษาโพรงด้านใน

- การระบายความร้อน: หลอดอัดรีดจะถูกระบายความร้อนในอ่างน้ําเพื่อให้รูปร่างแข็งตัว

- ตัด / เสร็จสิ้น: ท่อถูกตัดให้มีความยาวและอุปกรณ์ (เช่นเธรด) จะถูกเพิ่มผ่านการฉีดขึ้นรูปหรือเครื่องจักรกล

 

 

มาตรฐานการควบคุมคุณภาพสําหรับท่อกระบอกสูบ

เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือท่อกระบอกสูบจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานเฉพาะของอุตสาหกรรมที่ควบคุมมิติความแข็งแรงและประสิทธิภาพ:

- โลหะ: ASTM A519 (ท่อเหล็กกล้าคาร์บอนไม่มีรอยต่อ), ASTM B280 (ท่อทองแดงสําหรับประปา), ISO 4394-1 (ท่อเหล็กไฮดรอลิก)

- พลาสติก: ASTM D1785 (ท่อ / ท่อพีวีซี), ISO 4427 (ท่อ PE สําหรับน้ําประปา)

- การทดสอบ: ท่อผ่านการทดสอบความดัน (การทดสอบไฮโดรสถิต - เติมน้ําและใช้แรงดันเพื่อตรวจสอบการรั่วซึม) การทดสอบมิติ (โดยใช้ calipers / ไมโครเมตร) และการทดสอบความต้านแรงดึง (ดึงจนกว่าจะล้มเหลวในการวัดความแข็งแรง)