Лекция 3. Трубы, фасонные части, способы соединения и прокладки труб

3.1. Трубы из полимерных материалов

3.1.1. Характеристика полимерных материалов

Согласно СниП [3,п.10.1] для внутреннего водопровода холодной и горячей воды следует в первую очередь рассматривать применение пластмассовых труб и фасонных частей. Для изготовления труб применяют следующие пластмассы:

1. полиэтилен (низкой плотности –ПНП (РЕLD), средней плотности –ПСП (PEMD), высокой плотности –ПВП (PEHD));

2. сшитый полиэтилен -ПЭС (а) в зависимости от способа сшивки и защиты от диффузии кислорода: пероксидный (PEXa) , радиационный (PEXc), с органосилоксанами (PEXb); б) с противокислородным диффузионным барьером из: алюминия (PEXa-Al-PEXa), этиленвинилового спирта (PEXa-EVON) ];

3. полипропилен –ПП (РР) {гомополимер – тип 1(PPH), блоксополимер – тип 2(PPB), рандом сополимер – тип 3(PPR), с противокислородным диффузионным барьером из алюминия (PPR- Al- PPR)};

4. поливинилхлорид –ПВХ (PVC);

5. хлорированный поливинилхлорид –ПВХХ (PVCC);

6. полибутен –ПБ (PB) (с противокислородным диффузионным барьером из этиленвинилового спирта);

7. стеклопластики (со связующим из: эпоксидных смол (GRE); полиэфирных смол (GRP))

8. другие полимерные материалы.

Положительные свойства полимерных труб:

• коррозионная стойкость (расход материала только на обеспечение прочностных характеристик: отсутствует необходимость обеспечивать запас материала на его окислительное разрушение и делать стенку трубы толще, как в стальных трубах);

• небольшие гидравлические сопротивления;

• малый вес (в 7-8 раз меньше стальных);

• просто соединяются;

• заменяют стальные трубы при давлении до 2,5 МПа;

• сравнительно длительный срок службы (при гидростатическом давлении 0,45 МПа 50 лет – холодный водопровод при температуре воды 20 С^о, 25 лет – горячий водопровод при температуре воды 75 С^о).

Отрицательные свойства:

• сравнительно низкая прочность;

• большие коэффициенты температурного удлинения (или коэффициенты радиального расширения);

• обладают «холодной текучестью» материала;

• не термостойки (нельзя применять для противопожарного водопровода);

• обладают свойством «старения» (снижение эластичности, прочности, повышение хрупкости, трещинообразование, снижение стойкости к агрессивным средам);

• применение при строго ограниченных параметрах (давление, температура).

3.1.2. Классификация полимерных труб

Трубы из полимерных материалов можно разделить по следующим признакам.

1. По полимерному материалу.

2. По способу производства (методом непрерывной экструзии и литья под давлением при переработке термопластов; методом намотки и центробежного формования при изготовлении изделий из стеклопластиков).

3. По номинальному внутреннему давлению (PN), минимальной длительной прочности (MRS), жесткости (SN) и трубной серии (S).

4. По конструкции труб: с гладкой или гофрированной стенкой, однослойные и многослойные, армированные, из разнородных материалов, с гладким и раструбным концом.

Параметры, характеризующие полимерные трубы

Размерные характеристики труб

Ряды наружных диаметров и номинальных давлений для пластмассовых труб нормализованы ГОСТ(ом) 29324-92 «Трубы из термопластов. Номинальные наружные диаметры и номинальные давления» и международным стандартом ISO 161/1-96.

За основу нормализации принят наружный диаметр трубы, а внутренний диаметр трубы зависит от толщины её стенки. Полный ряд допускаемых наружных диаметров пластмассовых труб, мм, следующий: 10, 12, 16, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1200.

SDR – стандартное размерное отношение номинального наружного диаметра трубы к номинальной толщине стенки.

SDR = D_e/e,

где D_e – наружный диаметр трубы;

e – толщина стенки.

К размерным показателям можно отнести так называемую трубную серию (S), дополнительно характеризующую полимерную трубу.

S = (SDR-1)/2.

Номинальное давлениу (PN), минимальная длительная прочность (MRS), жесткость (SN)

Все отечественные пластмассовые трубы изготавливают 5-ти типов: Л(лёгкие), СЛ(среднелёгкие), С(средние), Т(тяжёлые), ОТ(особо тяжёлые) в зависимости от допускаемого давления (см. табл.1).

Согласно новой классификации максимальное допускаемое рабочее давление (MOP- обозначение в России, МАОP – международное обозначение; МАОP – Maximum Allowable Presse), МПа, определяется по формуле:

МАОP=2MRS/[C∙(SDR-1)],

где MAOP – зависит от свойств полимерного материала и

условий работы трубопровода;

МRS – минимальная длительная прочность, МПа, - это напряжение или стойкость материала труб к внутреннему гидростатическому давлению на срок службы 50 лет при температуре воды 20 ^оС;

С - коэффициент запаса прочности; для каждого материала труб назначается на стадии проектирования в зависимости от условий эксплуатации.

Таблица 1

Соотношение между типами труб, номинальным давлением

(PN), и размерными характеристиками (SDR) и (S)

Тип труб	PN, бар (кгс/см2)	SDR	S
Л - лёгкие	2,5	41	20
-	3,2	33	16
СЛ - среднелёгкие	4	26	12,5
С - средние	6	17,6	8,3
Т – тяжёлые	10	11	5
-	12	9	4
ОТ–особо тяжёлые	16	7,4	3,2
-	20	6	2,5
-	25	5	2

Номинальное давление (PN) – это постоянное рабочее внутреннее давление воды при 20 ^оС, которое выдерживают трубы и соединительные детали в течение 50 лет при MRS материала, равной 6,3 МПа (Н/мм²). PN используется в качестве классификационного признака полимерных труб.

Рабочее давление – максимальное давление, которое может выдерживать труба при постоянной эксплуатации.

Для безнапорных труб, например, труб из стеклопластика (табл. 3), добавляется ещё один классификационный признак, важный при прокладке труб в траншеях, - жёсткость. Жёсткость трубы определяет её способность сопротивляться нагрузкам от окружающего грунта, от движения транспорта и от отрицательных внутренних давлений.

Номинальная жёсткость (SN) равна минимальной начальной удельной жёсткости в кольцевом сечении S_p, Па (Н/м²), определяемый по формуле:

S_p = E∙I/ (D_m)³,

где Е – модуль упругости при деформации;

I = e³/12,

D_m = D_e – I,

D_m – диаметр, м;

e – толщина стенки трубы, м;

D_e – наружный диаметр, м.

Классы жёсткости труб в зависимости от системы стандартизации (международной - ISO, немецкой – DIN, американской – ASTM) представлены в табл. 2

Классы жёсткости труб Таблица 2

Обозначение		Система стандартиза-ции		Классы жёсткости
			SN2500		SN5000	SN10000
	Sp, Н/м2 (Па)	ISO	2500		5000	10000
	Sr=EI/(rm)3, Н/мм2 (МПа)	DIN (Германия)	0,02		0,04	0,08
	Sr=F/y,psi (фунт/дюйм2)	ASTM (США)	20		40	80

Примечание. r_m – средний радиус, мм; y – прогиб трубы по вертикали, дюйм.

Таблица 3

Характеристика стеклопластиковых труб фирмы Ноbas.

Рабочее давление, МПа	Класс по давлению (PN)	Класс по жёсткости (SN)	Обозначение (PN/SN)
0,4	4	2500	4/2500
0,6	6	5000	4/5000
1,0	10	5000	10/5000
1,0	10	10000	10/10000
1,6	16	10000	16/10000
2,0	20	10000	20/10000
2,5	25	10000	25/10000