Bu lông, đai ốc và vòng đệm tháp là gì?

Tài liệu này cung cấp tổng quan kỹ thuật chi tiết về các loại ốc vít chuyên dụng—bu lông, đai ốc và vòng đệm— được sử dụng trong việc xây dựng các công trình như cột truyền tải điện, tháp tuabin gió và các công trình thép quan trọng khác. Các cấu kiện này được thiết kế để có độ bền cao, độ chắc chắn và khả năng chống chịu với các điều kiện môi trường.

1. Các thành phần và chức năng chính

Một cụm vít cố định tháp thường bao gồm ba thành phần chính, mỗi thành phần có một vai trò cụ thể:

• Bu lông: Đây là những thanh ren, thường có đầu hình lục giác, được thiết kế để xuyên qua các lỗ đã được khoan sẵn trên các cấu kiện kết cấu được liên kết. Chức năng chính của chúng là chịu được lực kéo (lực căng) và lực cắt (lực trượt). Các loại phổ biến nhất được sử dụng là Bu lông đầu lục giác và Bu lông neo (để cố định chân tháp vào móng).
• Đai ốc: Các bộ phận có ren bên trong này khớp với bu lông để siết chặt mối nối. Đai ốc lục giác là loại tiêu chuẩn, và đối với các mối nối cần độ bền cao, đôi khi người ta sử dụng thêm đai ốc mỏng (hoặc đai ốc hãm) cùng với đai ốc tiêu chuẩn để ngăn ngừa hiện tượng lỏng lẻo do rung động.
• Vòng đệm: Đây là những vòng phẳng được đặt dưới đầu đai ốc hoặc bu lông. Chúng có một số chức năng quan trọng:
• Phân bổ áp lực: Bảo vệ các bề mặt thép được kết nối khỏi hư hại bằng cách phân bổ lực kẹp trên một diện tích lớn hơn.
• Ngăn ngừa hiện tượng lỏng lẻo: Vòng đệm lò xo (còn gọi là lò xo đĩa) tạo ra lực bù giúp ngăn ngừa đai ốc bị lỏng do rung động.
• Bù đắp các khe hở: Giúp khắc phục những sai lệch nhỏ trong các lỗ khoan.

2. Kích thước bên ngoài

Kích thước của các loại ốc vít này được tiêu chuẩn hóa và tương ứng với kích thước ren và cấp độ bền của chúng.

• Kích thước ren: Đối với các kết cấu tháp chịu tải nặng, các kích thước ren hệ mét thông dụng dao động từ M10 đến M64 và lớn hơn. Các tiêu chuẩn như NB/T 31082-2016 quy định kích thước của vòng đệm được sử dụng với bu lông từ M36 đến M64, cho thấy quy mô của các chi tiết lắp ghép được sử dụng trong các ứng dụng như tháp tuabin gió.
• Chiều dài bu lông: Chiều dài được xác định bởi độ dày của các vật liệu cần nối, cộng với khoảng trống cần thiết cho đai ốc và vòng đệm. Quy tắc chung là ren của bu lông nên nhô ra khỏi đai ốc từ 1-2 bước ren để đảm bảo kết nối chắc chắn.
• Kích thước vòng đệm: Vòng đệm được xác định bằng đường kính trong (d), phải vừa khít với thân bu lông, và đường kính ngoài (dc), quyết định diện tích bề mặt tiếp xúc. Ví dụ, vòng đệm cho bu lông M42 có đường kính trong là 43,4 mm và đường kính ngoài là 78 ​​mm theo tiêu chuẩn NB/T 31082-2016.

3. Khối/Lớp

"Cấp độ" hoặc "loại" thể hiện độ bền cơ học của ốc vít, yếu tố rất quan trọng đối với tính toàn vẹn của cấu trúc.

• Bu lông: Cấp độ chịu lực của bu lông được đánh dấu trên đầu bằng hai con số được ngăn cách bởi một dấu chấm (ví dụ: 6.8, 8.8, 10.9).
• Con số đầu tiên biểu thị cường độ kéo danh nghĩa (tính bằng MPa) chia cho 100. Một bu lông cấp 8.8 có cường độ kéo danh nghĩa là 800 MPa.
• Con số thứ hai là tỉ lệ giới hạn chảy (tỷ lệ giữa giới hạn chảy và giới hạn bền kéo). Một bu lông cấp 8.8 có giới hạn chảy là 800 * 0.8 = 640 MPa.
• Các mức điểm cao hơn như 10.9 và 12.9 được sử dụng cho các kết nối quan trọng nhất, chịu áp lực cao.
• Đai ốc: Cấp độ bền của đai ốc được ký hiệu bằng một con số duy nhất (ví dụ: 8, 10, 12), thường phải phù hợp hoặc vượt quá cấp độ của bu lông để đảm bảo ren không bị trờn dưới tải trọng.
• Các loại chuyên dụng: Có những tiêu chuẩn như T/CISA 193-2021 dành cho bu lông và đai ốc thép chịu thời tiết, được thiết kế đặc biệt để chống ăn mòn khí quyển trong các cấu trúc như cột truyền tải điện.

4. Xử lý bề mặt

Xử lý bề mặt là rất cần thiết để ngăn ngừa ăn mòn, vì ăn mòn có thể làm suy yếu nghiêm trọng độ bền của mối nối theo thời gian.

· Bu lông mạ kẽm nhúng nóng (HDG): Đây là loại bảo vệ phổ biến và bền chắc nhất cho bề mặt ngoài trời. chốt thápCác bộ phận được nhúng vào bể kẽm nóng chảy, tạo thành một lớp phủ dày, liên kết chắc chắn, mang lại khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều thập kỷ. Điều này được quy định cụ thể trong các tiêu chuẩn như DL/T 284-2012 dành cho hệ thống truyền động. bu lông tháp và các loại đai ốc. Một nhược điểm là lớp phủ có thể dày và ảnh hưởng đến độ khít của ren, đòi hỏi sự cẩn thận trong quá trình lắp ráp.
• Mạ cơ học: Quá trình này, bao gồm việc quay các chi tiết với bột kẽm và các hạt thủy tinh, tạo ra một lớp phủ đồng nhất mà không cần sử dụng điện. Một ưu điểm chính là nó hầu như loại bỏ nguy cơ giòn hydro, một hiện tượng nguy hiểm có thể gây nứt vỡ thép cường độ cao.
• Xử lý phốt phát: Phương pháp xử lý hóa học này tạo ra một lớp phốt phát tinh thể trên bề mặt, lớp này tự nó không có khả năng chống ăn mòn cao nhưng lại rất tốt trong việc giữ dầu. Khi được phủ dầu, nó cung cấp khả năng bảo vệ tốt và đặc biệt có giá trị đối với các bu lông cường độ cao (cấp 10.9 trở lên) vì, giống như mạ cơ học, nó tránh được hiện tượng giòn hydro. Nó cũng có đặc tính chống kẹt tốt.
• Quá trình oxy hóa (làm đen): Đây là một quy trình chi phí thấp tạo ra một lớp magnetit mỏng trên bề mặt, chỉ cung cấp khả năng chống ăn mòn tối thiểu. Quá trình này thường được bổ sung bằng cách bôi dầu. "Làm đen + bôi dầu" là một lựa chọn phổ biến và tiết kiệm cho các loại ốc vít công nghiệp mà khả năng chống ăn mòn không phải là mối quan tâm hàng đầu.
• Dacromet: Lớp phủ dạng vảy kẽm-nhôm có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với mạ điện tiêu chuẩn và cũng tránh được hiện tượng giòn hydro. Tuy nhiên, nó mềm hơn và có thể bị hư hại trong quá trình thi công, và có những lo ngại về môi trường liên quan đến hàm lượng crom của nó.

5. Tiêu chuẩn quốc tế

Việc sản xuất và sử dụng các loại ốc vít này tuân theo nhiều tiêu chuẩn quốc tế, quốc gia và tiêu chuẩn ngành khác nhau để đảm bảo an toàn, hiệu suất và khả năng thay thế lẫn nhau.

• Thuật ngữ chung: Tiêu chuẩn GB/T 3099.3-2017 (phù hợp với ISO 1891) định nghĩa các thuật ngữ cho các phương pháp xử lý bề mặt của ốc vít.
• Tiêu chuẩn chuyên ngành:
• Cột truyền tải điện: Tiêu chuẩn T/CISA 193-2021 quy định về bu lông và đai ốc thép chịu thời tiết cho các cấu trúc này. Tiêu chuẩn DL/T 1236-2013 quy định các yêu cầu đối với bu lông và đai ốc neo được sử dụng trong cấu trúc cột truyền tải điện.
• Tháp tuabin gió: Tiêu chuẩn NB/T 31082-2016 mô tả chi tiết các cụm bu lông cường độ cao, bao gồm cả vòng đệm, được sử dụng cho mặt bích của tháp tuabin gió.
• Tiêu chuẩn quốc tế và khu vực:
· ASTM (Mỹ): Các tiêu chuẩn như ASTM F436 Xác định các yêu cầu đối với vòng đệm thép tôi cứng.
· EN (Châu Âu): The EN14399 dòng sản phẩm này điều chỉnh tải trước cường độ cao bu lông kết cấu các cụm lắp ráp, bao gồm nhiều loại vòng đệm khác nhau.
· ISO (Quốc tế): Các tiêu chuẩn như ISO 7416 quy định về vòng đệm thép tôi cứng và ram dùng cho bu lông cường độ cao.

Tóm lại, bu lông, đai ốc và vòng đệm tháp không phải là các loại ốc vít thông thường. Chúng là một hệ thống được thiết kế tỉ mỉ, trong đó kích thước, cấp độ bền cao và xử lý bề mặt chắc chắn (như mạ kẽm nhúng nóng) đều được lựa chọn để hoạt động hài hòa, đảm bảo an toàn và ổn định lâu dài cho các cấu trúc quan trọng mà chúng giữ chặt.