четверг, 5 апреля 2012 г.

Критические замечания по способам сварки труб из термопластичных полимерных материалов

При сварке труб из полимерных материалов оптимальными являются три способа: нагретым инструментом враструб, нагретым инструментом в стык и терморезисторная, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим указанные способы сварки труб, акцентируя внимание на их отрицательных сторонах.

Сварка нагретым инструментом враструб.

Этот способ сварки заключается в нагреве предварительно подготовленных к сварке труб и соединительных деталей. Температура нагревателя должна быть на уровне преддеструкционной. Для полиэтилена низкого и среднего давления она составляет 260±5 °С (начало деструкции ~270 °С).

Время прогрева определяется диаметром и толщиной стенки труб, и составляет 6 ÷ 40 с. При этом не оговариваются ни время вдвигания труб и муфты в нагреватель, ни точка отсчета времени прогрева, ни величина осевого давления после введения трубы в муфту. Каждый из указанных параметров влияет на качество сварки.

Если предположить, что после зачистки и выравнивания овальности труба с трудом заходит в гильзу нагревательного инструмента, то практически требуется затратить 2 ÷ 5 с для ее полного ввода в нагреватель. Далее, начинается время отсчета согласно нормативным параметрам. Этот период определяет глубину проплавления трубы и соединительной детали. Высокая температура нагревателя обусловливает ухудшение молекулярной структуры материала, особенно на границе перехода «муфта-труба». Таким образом, на участке перехода от суммарной толщины (толщина муфты + толщина трубы) к непосредственно трубе свойства материала трубы ухудшаются за счет ее перегрева на уровне преддеструкции материала. Итак, в зоне высокой концентрации напряжений на участке перехода «муфта-труба» наблюдается ухудшение качества трубы примерно на 20%. Такое ослабление трубы в зоне концентрации напряжений может привести к ее разрушению при неблагоприятных сочетаниях изгибающей и растягивающей нагрузок.

Кроме того, незначительные усадки муфты и трубы в зоне расплава «труба-муфта» могут вызвать порообразования или усадочные раковины в зоне кристаллизующегося расплава. В критических ситуациях они объединяются и образуют сквозные несплавления, через которые происходит утечка транспортируемого материала (рис. 1).


Изображение


Терморезисторная сварка – один из наиболее высокопроизводительных, экономичных и надежных способов сварки. Его суть заключается в подаче электроэнергии к нагревательному элементу (проволоке), расположенному на внутренней части литой соединительной детали. Проволока нагревается при пропускании через нее электрического тока и под воздействием тепла соединяемые поверхности элементов оплавляются и свариваются между собой.

Отметим наиболее типичные недостатки, характерные для этого способа сварки. Например, определенный нормативами зазор между муфтой и трубой должен быть в диапазоне 0,1 ÷ 0,3 мм. Если зазора нет, то посадка плотная, т.е. возможна ситуация, когда при достаточно тонких трубах давление расплава, объемное количество которого увеличивается примерно на 30%, вызывает потерю устойчивости трубы (локальное изменение ее геометрии) – так называемый «хлопун», куда устремляется весь расплав, оставляя недостаточно проплавленным остальное сечение и вызывая, при определенных условиях, появление усадочных раковин на участках сосредоточения большого количества расплава (рис. 2).


Изображение


При нагреве до температуры порядка 200 °С линейное температурное удлинение закладной металлической проволоки вызывает в ряде случаев потерю ее устойчивости по периметру соединительной детали и, если витки не закорачиваются друг на друга, то сближаются с компоновкой групп перегрева локальных участков, что вызывает увеличенный глубинный прогрев труб и деформацию их поверхности (рис. 3).

Инструкцией на сварку не оговаривается усилие зажима труб в позиционере. При сильном зажиме труб в процессе остывания сварного соединения возможно появление сдвиговых усилий на трубы, направленных к участкам зажима в позиционере. Это может отрицательно сказаться на процессе кристаллизации расплава сварного соединения, поскольку он должен происходить при неподвижном состоянии труб и соединительной детали.


Изображение


Сварка нагретым инструментом в стык. Этот способ сварки основан на оплавлении и прогреве на заданную глубину торцевых поверхностей соединяемых элементов при их контакте с рабочими поверхностями нагревательного инструмента. После инструмент убирается, а полиэтиленовые элементы соединяются между собой под требуемым давлением.

Зачастую даже при соблюдении установленного технологического процесса сварки при определенном стечении обстоятельств возникает дефектность сварных соединений, выявить которую существующими методами испытаний не представляется возможным.

Так, один из наиболее опасных дефектов – несплавление сварных стыковых соединений (зеркальная сварка) – происходит или вследствие чрезмерно завышенной температурой нагревательного инструмента Тм (на уровне термоокислительной деструкции свариваемых материалов), или из-за переохлаждения переведенных в вязкотекучее состояние свариваемых поверхностей на этапе удаления нагревательного инструмента (рис. 4). Несплавление также наблюдается при загрязнении свариваемых поверхностей (маслом, пылью, водой и пр.).

Локально располагаемые в сварных швах раковины и поры возникают вследствие затрудненной усадки замкнутых объемов расплава. Основная причина таких образований – неравномерная глубина прогрева свариваемых материалов в серединных участках шва. Невозможность усадки приповерхностных слоев сварных соединений может привести к образованию трещин как по плоскости сплавления, так и на подгратовых участках по границе «расплав – основной материал».
В первом случае, например, при сварке толстостенных труб большого диаметра и быстром остывании наружной поверхности, трещина прорастает по плоскости сплавления с внутренней поверхности трубы, а во втором – трещина является результатом больших остаточных напряжений растяжения у наружных поверхностей за счет раскрытия дендритной зоны материала труб, образующейся при охлаждении труб водой после их экструзии.

В дополнение к сказанному рассмотрим недостатки общепринятых способов врезки в пластмассовые трубопроводы (изготовление отводов).


Изображение


Сварку седелок с трубой нагретым инструментом встык следует выполнять только с использованием центратора, обеспечивающего перпендикулярность отвода относительно трубы, точную посадку на участок расплава, устранение овальности трубы, фиксацию величины сварочного давления. Сварка таких отводов целесообразна только при толщине стенки труб свыше 5 мм.

При изготовлении отводов, выполняемых седелками с закладными нагревательными элеметами, особое внимание следует обращать на величину прижима седелки к трубе, не допуская ее пережима с образованием вогнутости в зоне под седелкой, но, в то же время, обеспечивая плотный их контакт.
Тонкие трубы (d = 40-75 мм SDR 17) с фитингами сваривать также не рекомендуется во избежание их перегрева и потери устойчивости.

Приведенный перечень критических замечаний по способам сварки труб из термопластичных полимерных материалов – далеко не полный. Однако, качественное выполнение работ по сварке труб без их учета невозможно.


Изображение

МАШИНА ДЛЯ ТРУБЫ

Проблемы и перспективы развития технологических линий для изготовления полимерных труб, машиностроительной базы для их создания, в т.ч. у нас в Украине, состояния рынка полимерперерабатывающего оборудования неразрывно связаны с рынком производства полимерной трубной продукции. В отраслевой прессе этому уделялось достаточно много внимания [ 1, 2 ].

Со времени последних исследований украинского рынка прошло пять лет. Многие проблемы решены или еще решаются. Часть прогнозов сбылась, а главные – бурное развитие оборудования для экструзии, рост потребности в трубах, расширение их номенклатуры – продолжают сбываться.
К сожалению, кое-что потеряно бесповоротно. А тема – производство труб и оборудование для этого – продолжает быть актуальной и проблемной, такой, которая требует постоянного к себе внимания.

В данное время в мире полимерных труб изготовляется больше, чем труб из всех остальных материалов вместе взятых. Многообразие типов востребованных полимерных труб, разнообразие исходных полимеров и композиций предопределяют необходимость наличия множества технологий для изготовления труб и, соответственно, специализированного оборудования для реализации этих технологий. В данной статье рассматриваются оборудование и этапы его развития на примере анализа технологических линий экструзий для производства четырех типов (по особенностям изготовления) труб: гладких напорных; гофрированных дренажных; гофрированных двухслойных канализационных; навитых канализационных. Технические данные, которые приводятся в статье, относятся к трубам из полиолефинов.

Машина для трубы
Исторический экскурс
Экструзия (выдавливание) вязких материалов как способ их промышленной обработки известна уже около 200 лет. Сначала с помощью поршневых прессов и с применением мускульной силы человека и животных экструдировались трубы из свинца, макароны из теста, кирпич из глины и другие изделия. С середины XIX века был осуществлен переход поршневых прессов на механический или гидравлический привод и началось использование как исходного сырья естественных полимеров – например, гуттаперчи для покрытия проводов. В начале 70 годов того же столетия впервые появились шнековые (червячные) экструдеры с паровым обогревом и водяным охлаждением для переработки резины. А в 1892–1912 гг. фирма «Troеster» (Германия) освоила их серийное производство и поставила около 600 шнековых прессов для нужд промышленности, в т.ч. на экспорт [3]. На некоторых резиноперерабатывающих заводах нашей страны еще есть образцы машин «Troеster», которые поступили в цеха по репарации после второй мировой войны.

В середине 20-х годов начали экструдироваться такие термопласты как полихлорвинил (поливинилхлорид) и полистирол. В 1935 г. Фирмой «Troеster» был создан экструдер для переработки пластмасс, который имеет комбинированный (электропаровой) обогрев и значительно более длинный червяк, чем в шнековых прессах для резины. А уже в 1936 г. была изготовлена машина с электрообогревом для прямой переработки порошкообразных и гранулированных пластмасс. В 1939 г. фирма «Troеster» на экструдерах с электрообогревом впервые установила воздушное охлаждение. В эти же годы итальянцы Коломбо и Паскетти сконструировали двухчервячный пресс для переработки пластмасс. Вторая мировая война способствовала ускорению создания новых видов пластмасс, развитию экструзионного оборудования для их переработки. Первым же этапом интенсивного развития техники экструзии для пластмасс следует считать период 1946 – 1953 гг. К его концу были упорядочены и систематизированы опыт и знания в этой области, а также проведены теоретические и экспериментальные исследования, которые дополнили и подкрепили практику, особенно в конструктивном совершенствовании механической составляющей оборудования линий и в создании машиностроительной технологической базы их изготовления. Выполненная в этот период работа стала основой последующего развития экструдеров, комплектующего технологические линии оборудования и превращения их в универсальное и рациональное оборудование современной промышленности пластмасс [3].

Ко второму этапу ускоренного развития техники экструзии в комплексе со вспомогательным и периферийным оборудованием линий можно отнести период с 1988 по 2001 гг., автоматические экструзионные технологические линии были трансформированы в компьютеризованные автоматы. Обновились с перспективой последующего совершенствования первичные датчики характеристик процессов, вторичные приборы.
Уменьшилась инерционность и повысилась стабильность систем тепловой автоматики и электроприводов. Разработанные математические модели операций процесса переработки позволили создать компьютерные программы управления как отдельными операциями, так и процессом в целом.



Изображение
Состав оборудования и принцип его работы
Из-за ограниченного объема статьи рассматриваем оборудование для изготовления только четырех типов труб, указанных выше, с внешним диаметром от 160 мм и больше, которые режутся на мерные куски.

Гладкие напорные трубы. Технологическая схема линии для изготовления гладких труб при- ведена на рис. 1. Гранулированный материал, который перерабатывается, загружается в бункер червячного пресса 1 с помощью дозатора или непосредственно загрузчиком. Из бункера материал самотеком попадает в витки червяка (червяков), где под действием тепла диссипации и внешнего обогрева нагревается и плавится, сжимается и гомогенизируется. В головке 2 формируется заготовка трубы в виде кольца бесконечной ширины, которая в калибраторе 3 принимает заданную форму и размеры, фиксирующиеся при охлаждении. Окончательно труба охлаждается водой в ванне (ваннах) 4. Протяжка трубы через калибратор и ванны охлаждения производится тянущим устройством 5, резка трубы на мерные отрезки – планетарной пилой 6, отрезки труб стопируются в штабеле качающимся желобом 7.


Загрузка материала в экструдеры бывает как «голодная», так и дозируемая. Гранулы перерабатываются на одночервячных экструдерах, а порошкообразные полимеры – на двухчервячных. Калибрование осуществляется в калибраторах избыточного давления, вакуумных или комбинированных; охлаждение трубы используется как внешнее, так и внутреннее.

Основными модулями оборудования (или технологическими операциями процесса), которые определяют качество и производительность линий при изготовлении гладких труб, являются: экструдер (подготовка расплава); формующая головка (формирование заготовки трубы); калибратор (формообразование трубы); ванны охлаждения (охлаждение трубы).

Максимальной внешний диаметр труб: 2000 мм – «PipeLife» (Норвегия); 1600 мм – KWН PIPE (Финляндия, Польша); Firat (Турция); Dizayn Group (Турция).

Фирмы-производители оборудования: «Reifenhauser» (Германия); «Cincinnati Exstrusion» (Австрия); «Kraus-Maffei» (Германия); «Zhejiang Jinhai Plastic Machinery» (Китай); «Weber» (Германия); «Shanghai Jwell Machinery» (Китай); «Wittmann» (Австрия); «Krah» (Германия); «Luigi Bandera» (Италия); «Amut» (Италия); «Leistritz» (Германия); «ДАК» (Украина); «Smart Extrusion Technologies» (США); «Pol-Servise» (Польша); «IMG-Liansu» (Германия- Китай); «Luhua», (Китай); УкрНИИпластмаш (Украина); завод «Большевик» (Украина).
Изображение

Изображение
Гофрированные трубы, в т.ч. дренажные.

Гофрированные трубы, как и гладкие, должны обеспечивать достаточную кольцевую жесткость.
Технологическая схема для изготовления гофрированных дренажных труб приведена на рис.2. Подготовка расплава аналогична рассмотренному выше процессу; формирование заготовки трубы происходит аналогично предыдущей трубе в прямоточной головке 1 с диффузорным формирующим каналом 2, но внутренний технологический диаметр оформляется на необогреваемом киль-дорне 5. Для формообразования гофротрубы необходимо специальное калибровочное устройство (гофратор) [5], которое представляет собою двухгусеничный конвейер 3, что несет полуформы для формирования гофров трубы. При работе заготовка трубы на киль-дорне 5, попадает непосредственно в цилиндрическую полость сомкнутых полуформ конвейера 3, который в данном случае играет и роль тянущего устройства. Формообразование гофр происходит как с помощью сжатого воздуха, который поступает через киль-дорн 5 в полость заготовки трубы, ограниченной пробкой 4 (см. рис. 2), так и с помощью создания вакуума в полуформах (рис 3). Предварительное охлаждение сформированной трубы (до формоустойчивого состояния) осуществляется в охлаждаемых полуформах, окончательное – в воздушных или водяных ваннах. Если труба используется для мелиоративных целей, то она поступает на перфоратор, где в ее стенке пробиваются (фрезеруются) дренажные отверстия.

Изображение
Основными модулями оборудования (или технологическими операциями процесса), которые определяют качество и производительность линий при изготовлении гофротруб, являются: экструдер (подготовка расплава); формующая головка (формирование заготовки трубы); гофратор (формообразование и предварительное охлаждение гофротрубы); ванны воздушного или водяного охлаждения гофротрубы.

Максимальной внешний/внутренний диаметр труб: 630/90, «Pol-Servise» (Польша).

Фирмы-производители оборудования: УкрНИИ-пластмаш (Украина); завод «Большевик» (Украина); «Smart Extrusion Technologies» (США); «Pol-Servise» (Польша).

Гофрированные двухслойные трубы, в т.ч. канализационные.

Первые два рассмотренных выше типа труб являются основой для производства гофрированных двух- и трехслойных труб. В отличие от однослойной гофротрубы, при изготовлении двухслойной (внутренний слой гладкий) экструзия проводится одновременно, но последовательно из двух экструдеров через две головки (в отличие от соэкструзионных головок) двух заготовок: для внутренней гладкой и внешней гофрированной поверхности труб. Эти трубы еще имеют название «трубы со структурированной стенкой» [7].

Гомогенный расплав из первого экструдера поступает в прямоточную головку 1 (рис. 4), где формируется трубная заготовка гладкого слоя двухслойной трубы 7. Участки транспортного и формующего конфузорного зазоров головки 1 находятся в цилиндрической полости угловой трубной головки 2. В головке 2 формируется заготовка для гофрированного слоя 4, из которой благодаря вакууму камеры 5 в сошедшихся полуформах 3 образуются гофры 6. К внутренним перемычкам между гофрами за счет давления, которое создается во внутренней полости гладкой трубы при ее формообразовании, привариваются соответствующие участки гладкой трубы.

Охлаждение изготовленной двухслойной трубы осуществляется аналогично описанным выше. Максимальный внешний диаметр структурированных труб 2400 мм.

Комбинированием способов производства гладких и гофрированных труб можно получить двухслойные гофротрубы с гладким внешним слоем и трехслойные трубы с гладкими внутренним и внешним слоями.

Основными модулями оборудования (или технологическими операциями процесса), которые определяют качество и производительность линий при изготовлении двухслойных гофротруб, являются: экструдеры (подготовка расплава); формующие головки (формирование заготовок труб); калибраторы (формообразование гладкой и гофрированной труб, их предварительное охлаждение в калибраторе); ванны воздушного или водяного окончательного охлаждения двухслойной гофротрубы.

Фирмы-производители оборудования: «Unicor Plastmaschinen» (Германия); «Drossbach», (Германия); «Pol-Servise» (Польша); «IMG-Liansu» (Германия–Китай); «Luhua» (Китай).
Изображение

Изображение
Навитые трубы, в т.ч. канализационные.

В отличие от рассмотренных выше способов, в данном случае изготовление безнапорных навитых труб большого диаметра осуществляется намоткой (навивкой) экструдируемого профиля (элемента) на вращающуюся цилиндрическую оправку при ее осевом перемещении или при перемещении экструдера на специальной платформе вдоль оправки. Если профили полые, то такие навитые трубы называются еще сотовыми, структурированными.

На рис. 5 представлена в двух проекциях технологическая схема изготовления навитых труб экструзионной технологической группы «IMGLiansu», (Германия–Китай). В экструдере 1 готовится расплав, который в головке 2 формуется в полую заготовку цилиндрического или квадратного профиля. В вакуумном калибраторе 3 фиксируется заданная форма профиля и происходит предварительное охлаждение заготовки профиля, при котором увеличивается его прочность, что позволяет протянуть профиль через калибратор. Дальнейшая термообработка заготовки проходит в вакуумной ванне 4, где полый профиль 5 охлаждается до формоустойчивого состояния, достаточного для сохранения формы в условиях навивки на оправку 7, которая в данном случае выполняет роль тянущего устройства. Полый профиль 5 при его винтовой (спиральной) укладке сваривается с предыдущем витком благодаря сварочному слою расплава, поступающего из вспомогательного экструдера 6.

Более мобильной является навивка на вращающуюся оправку, перемещающуюся перпендикулярно оси экструдера. В этом случае переход от одной оправки на другую занимает меньше времени [8]. Скорость вращения оправки зависит от диаметра навиваемой трубы и ширины профиля (шага трубы), определяющих угол навивки трубы. Также при навивке кроме тела труб стандартных размеров (внутренний диаметр, длина) формируются их раструбы.

Распространены три основных способа сварки (соединения) элементов трубы на оправке: сваркой ступенчато внахлест с последующей прокаткой шва; сваркой встык с последующим прижатием элементов и сваркой встык с введением между элементами сварочного слоя расплава и последующего прижатия элементов.

Новыми и перспективными являются сотовые трубы, изготавливающиеся навивкой. Особый интерес из них представляют два типа: трубы КОРСИС ПЛЮС «ПОЛИПЛАСТИКА» [9] и трубы «Энергоресурс-инвеста» [10]. Если основой труб первого типа являются спирально намотанные на оправку и сваренные между собой горячие полые профили разного сечения, то основой труб второго типа – спирально навитые водопроводные ПЭ трубы диаметром 20-110 мм, сваренные между собой расплавом полиэтилена. Промежутки между витками труб заполняются также расплавом (как с внутренней, так и с внешней стороны). Количество навитых слоев может быть разным, в зависимости от требований к сотовой трубе.

Изображение
Основными модулями оборудования (или технологическими операциями процесса), которые определяют качество и производительность линий при изготовлении навитых труб, являются: основной и вспомогательный экструдеры (подготовка расплава); формующие головки (формирование заготовок полого профиля, профиля сварочного слоя); калибраторы полого профиля (формообразование основного элемента навитой трубы), вакуумная ванна (частичное охлаждение полого профиля), калибраторы-оправки (формообразование навитой трубы); воздушное или водяное (орошением) охлаждение навитой трубы на оправке.

Максимальной внешний диаметр труб: 3000 мм – «IMG-Liansu», (Германия-Китай); 3500 мм – «KWH PIPE» (Финляндия, Польша); 4000 мм – «Полипластик» (Россия); 6000 мм – «Энергоресурс-инвест» (Украина). Фирмы-производители оборудования: Krah (Германия); «Cincinnati Extrusion» (Австрия); «Bauku» (Германия); «IMG-Liansu» (Германия-Китай); «Luhua» (Китай).

Изображение

Особенности основных модулей современных трубных линий

Анализ технологий изготовления рассмотренных типов труб показывает, что они принципиально не отличаются от общей технологической схемы, хотя имеют свои особенности в исполнении отдельных операций (модулей). Наиболее отработаны модули подготовки расплава и формирования заготовок изделий, в т.ч. соэкструзионных. Есть отличия в исполнении модулей формообразования изделий и их охлаждения, которые вызваны особенностями технологии изготовления труб, отличием в их конструкции.

Червячные прессы (подготовка расплава).

Современные одночервячные экструдеры имеют червяки диаметром до 200 мм и длиной 25–35 диаметров с производительностью до 2500 кг/ч. Максимальной диаметр изготавливаемых гладких труб – 1600 мм (имеется информация об освоении выпуска труб диаметром 2000 мм), максимальная толщина стенки – до 120 мм и более. В промышленных экструдерах используются дозирующие устройства («голодное» питание), рифленые втулки в загрузочной зоне, барьерные червяки с дополнительными смесительными элементами, тепловые трубы для термостатирования червяка, автоматически сменяемые фильтры расплава, датчики давления и температуры расплава, электродвигатели переменного тока с частотными преобразователями и другие новые технические решения. [10].

Благодаря внедрению рифленой втулки и барьерного червяка фирма «Cincinnati Extrusion» (Австрия) подняла производительность экструдера при производстве гладких труб на 40 %, обеспечивая при этом достаточную гомогенность расплава при более низкой температуре массы, чем обычно. Представляет интерес также регулирование температуры расплава с помощью пропорционального магнитного клапана на выходе из экструдера в головку, что позволяет постоянно поддерживать оптимальную температуру для каждого типа полимера, который перерабатывается. Мощность привода червяка используется более полно, чем в классических экструдерах [11].

Вместе с одночервячными прессами, которые загружаются обычно гранулами, для подготовки расплава из порошкообразных композиций применяются двухчервячные прессы. Чаще всего встречаются двухчервячные экструдеры с зацепляющимися червяками встречного вращения, как цилиндрическими, так и коническими. Диаметр цилиндрических червяков – 63–125 мм, конических, – 40/84 – 92/188 мм. Длина нарезной части червяков в современных двухчервячных экструдерах достигает 27 и более диаметров, большинство двухчервячных прессов оснащены зонами дегазации.

Обязательном атрибутом экструдеров являются фильтры с устройствами их автоматической смены, которые обеспечивают непрерывную фильтрацию расплава «Dynisco» Германия; «Bagsik» (Украина).

Вспомогательные экструдеры. Необходимы для маркировки труб или изготовления сварочного профиля при навивке труб.

Формующие головки (формование заготовок труб, профилей элементов навитых труб). При прохождении потока расплава через отверстия обычного дорнодержателя появляется локальная «память» каждой струи по сечению общего потока, что приводит к огранке внутренней поверхности некалибруемой трубы из-за разной степени эластического восстановления потока.
С целью ликвидации этих последствий поток необходимо подвергнуть новому деформационному воздействию для выравнивания внутреннего напряжения по кольцевому сечению заготовки. Это реализуется в винтовых (спиральных) распределителях кольцевых головок, нашедших применение и совершенствование ранее в пленочных головках [12]. Для выравнивания перепада давления расплава по поперечному сечению любых головок необходимо создавать участки выравнивания [13], своеобразные ресиверы для расплава.

Калибраторы (формообразование труб, их элементов). Трубная заготовка или заготовки элементов (профилей) будущей трубы должны быть откалиброваны до заданных размеров (внешний или внутренний диаметр трубы, толщина ее стенки). Для гладких труб это вакуумкалибраторы [13]; для гофротруб – пневмо- или вакуумгофраторы; для двух- или трехслойных гофротруб калибраторами являются гофратор и внутренняя или внешняя полимерные поверхности ранее откалиброванной гофротрубы; для навитых труб внутренний диаметр – внешний диаметр оправки для намотки труб, внешний – внешний диаметр оправки плюс толщина наматываемого профиля.

Переход с одного диаметра труб на другой является сложной и длительной операцией, особенно при изготовлении труб большого диаметра. Технологи и конструкторы ищут пути быстрой смены инструмента. Фирма «Cincinnati Extrusion» создала комплексную систему, которая включает трубную головку с набором дорнов, укомплектованных гидравлической регулировкой формующего зазора. В комплект системы входят также регулируемый по диаметру и длине калибратор, двухкамерная вакуумванна с вращающимся калибрационным диском, тянущее устройство с автоматической настройкой перехода на другой диаметр трубы [14].

Средства охлаждения. Охлаждение гладкой трубы начинается еще в калибраторе, установленном на входе вакуумной ванны (вакуум от 0,01 до 0,09 МПа). Разряжение в вакуумной ванне обеспечивает плотный контакт поверхности трубной заготовки с поверхностью внутри калибра. На поверхности заготовки образуется слой твердого полимера, который после выхода из калибратора непосредственно в ванну должен выдерживать избыточное давление воздуха в трубе, а также силы трения, которые возникают в калибраторе. Длина вакуумных ванн должна быть достаточной для последующего охлаждения трубной заготовки. В ваннах избыточное давление препятствует овализации заготовки, а растущая ее прочность дает возможность преодолевать силы трения герметичных шторок (эластичных диафрагм) во время перехода трубы из одной ванны в другую. Длина вакуумных ванн приблизительно соответствует половине общей длины зоны охлаждения, необходимой для полного охлаждения трубы. При современных производительностях на трубах большого диаметра (например, труба 1200х67,9 ПЭ 100 SDR 17,6 Рубежанского трубного завода группы «ПОЛИПЛАСТИК») и соответствующей им значительной толщине, требуется наличие двух-трех вакуумных ванн длиной не менее 6 м каждая [13]. В целом длина зоны охлаждения может достигать 30 и более метров.

Сокращение длины зоны охлаждения – актуальная и разрешимая проблема благодаря переходу от пневмоформования к вакуумформованию, особенно труб большого диаметра, в полости которых можно консольно разместить системы внутреннего охлаждения трубы [15], например, методом орошения.

Средства автоматизации и компьютеризации. Новый уровень контроля и управления процессом переработки современных линий для изготовления труб достигнут благодаря бурному развитию средств автоматизации и компьютеризации, разработке математических моделей отдельных операций и процесса переработки полимеров в трубы в целом.

Контроль размеров труб. Основными геометрическими размерами труб являются: внутренний и внешний диаметры, толщина стенок, эксцентриситет, овальность. Наиболее распространены ультразвуковые бесконтактные измерительные системы с возможностью измерения труб как в горячем, так и холодном состоянии, в т.ч. диаметром до 2000 мм. По результатам измерений, например, толщины, вносятся поправки на ее изменение за счет регулировки частоты вращения червяка, скорости вытяжки трубы тянущим устройством. Допуск к управлению защищен трехуровневой системой кодов.

Фирмы-производители: «Zumbach» (Швейцария); «Extrudex-Kuststoffmaschinen» (Германия).

Датчики давления расплава. Фирмы-производители: «Dynisco» (Германия); «Bagsik» (Германия).

Бесконтактные лазерные устройства для измерения диаметра труб. Фирма-производитель – «Sikora» (Германия).

Датчики температуры расплава. Фирмы-производители: «Vetter» (Германия); «Extrudex-Kuststoffmaschinen»(Германия); «Bagsik» (Германия).

Устройства контроля и регулирования температуры. Фирма-производитель – «Tool-Temp» (Швейцария).

Процессорные системы для мониторинга и контроля технологической линии: фирмы производители: «Sikora» (Германия); «Wittmann» (Австрия); «Vipa art of automation» (Германия).

Были созданы системы визуализации процесса, важным качеством и существенной эффективностью которых является эргономичное представление информации пользователям в соответствии с принципами промышленного дизайна. Особенное внимание уделено возможности быстрого изменения технологических параметров как с помощью сенсорного экрана, так и с помощью клавиатуры. Прямые интуитивные методы навигации целенаправленно ведут оператора к необходимой информации или функции путем нажатия кнопок выбора или тематически расположенных функциональных клавиш. Важно удобство манипулирования с целью эффективного анализа неисправностей и обработки данных, возможность дистанционного управления процессом, протоколирования результатов измерений и изменений, которые вносятся в процесс, «запоминание» освоенных технологических регламентов с возможностью их быстрого воссоздания.

Вакуумные загрузчики. Предназначены для транспортировки гранулированных и порошкообразных, в т.ч. пылящих материалов.

Фирмы-производители: «Wittmann» (Австрия); «Plastic Systems» (Италия); «IBC Systems» (Украина); «Koch Technik» (Германия).

Дозирующие устройства. Позволяют задавать точную величину погонной массы трубы. Кроме точного учета производительности экструдера и трубной линии в целом, удобной и оперативной возможностью управления производительностью, появилась возможность регулировать соотношение толщины слоев материалов при соэкструзии.

Фирмы-производители: «Wittmann» (Австрия); «Maguire Products» (США); «IBC Systems» (Украина); «Koch Technik» (Германия).

Сушилки. Фирмы производители: «Kreyenborg» (Германия); «Wittmann» (Австрия); «Plastic Systems» (Италия); «IBC Systems» (Украина); «Koch Technik» (Германия).

Контактное и бесконтактное маркировочное оборудование для труб. Фирмы производители — «Domino» (Великобритания), «Gnatta» (Италия), «IMAJE S.A.» (Франция)

Термостаты (воздушные, водяные). Фирмы-производители: «Wittmann» (Австрия); «Plastic Systems» (Италия); «Green Box» (Италия); «Tool-Temp» (Щвейцария); «IBC Systems» (Украина).

Литература

1. Мельник В. «Полеты» вокруг экструдера – в мечтах и наяву. – Инженерные сети из полимерных материалов, № 1, 2003.
2. Мельник В. «Сборка в Украине»: игру определяет бытие. – Инженерные сети из полимерных материалов, № 1, 2003.
3. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. – СПб: Госхимиздат, 1962. – 467с.
4. Шварц О., Эбелинг Ф.-В., Фурт Б. Переработка пластмасс. – СПб:. Профессия, 2005. – 467 с.
5. Ануфриев В., Зверлин В. Машиностроительные аспекты производства гофрированных пластмассовых труб. Инженерные сети из полимерных материалов, № 3, 2005.
6. Третьяков А. Полимерные гофрированные трубы. – Полимеры – деньги, № 1, 2006.
7. Пластиковые трубы со структурированной стенкой для канализационных сетей. – Инженерные сети из полимерных материалов, № 1, 2007.
8. Бат П. Производственная линия нового поколения от фирмы «Krah AG». – Полимерные трубы – Украина, № 1, 2008.
9. Новое на рынке: труба КОРСИС ПЛЮС. – Полимерные трубы – Украина, № 1, 2008.
10. Корпорация «Энергоресурс-инвест» представляет новую технологию производства крупно-габаритных изделий с пустотелой (сотовой) конструкцией стенки. – Полимерные трубы – Украина, № 3, 2007.
11. Новые горизонты производительности с экструдерами MONOS+. – Инженерные сети из полимерных материалов, № 3, 2007.
12. Лукач Ю.Е., Петухов А.Д., Сенатос В.А. Оборудование для производства полимерных пленок. – М:. Машиностроение, 1981. – 224 с. 13. Производство труб большого диаметра из полиэтилена. – Полимерные трубы, № 1, 2004.
14. IntelliChange: экономически эффективный метод смены диаметра труб. – Экструзия, № 4, 2005. 15. Бисеров В., Гвоздев И., Гориловский М., Швабауэр В. Охлаждение полимерных труб в процессе их производства методом экструзии. – Полимерные трубы – Украина, № 1, 2008.

К оценке износостойкости трубных марок полиэтилена

Трубы из полиэтилена широко используются для газо- и водоснабжения, а также для транспортировки различных суспензий и взвесей в горнодобывающих и других отраслях промышленности. При эксплуатации полиэтиленовые трубы подвергаются интенсивному изнашиванию твердыми абразивными частицами, содержащимися в воде и других средах, транспортируемых по трубам. Поэтому вопрос износостойкости ПЭ труб является важным и требует ясного понимания и четкой оценки.

В настоящее время действует один стандарт на износостойкость пластмасс – это ГОСТ 11012, который оценивает износостойкость в наиболее тяжелых условиях абразивного износа. Так как показатели износостойкости сильно меняются при изменении условий эксплуатации, разработано и стандартизировано несколько методов испытаний, позволяющих имитировать условия эксплуатации. Эти стандарты представлены в группе «Обеспечение износостойкости изделий».

Наиболее близкими к условиям работы полиэтиленовых труб являются следующие стандарты:

1) ГОСТ 23.207-89 Метод испытания машиностроительных материалов на ударно-абразивное изнашивание.
2) ГОСТ 23.208-79 Метод испытаний материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы.
3) ГОСТ 23.219-84 Метод испытаний на износостойкость материалов и деталей при гидроэрозионном изнашивании дисперсными частицами.

Изображение
Ситуация в международной стандартизации характеризуется тем, что в 1995 году был принят стандарт международной организации по стандартизации ISO 9352-1995 «Пластмассы. Определение сопротивления износу при помощи абразивных дисков». Этот стандарт разработан на базе американского стандарта ASTM. Сегодня этот стандарт принят и в Европе, ему соответствует немецкий стандарт DIN 5375-1 и британский стандарт BS-2782-3: Метод 370:1996.

Однако, несмотря на большое количество стандартов, возможность с их помощью точно определить сравнительную износостойкость материалов в конкретных условиях эксплуатации есть не всегда. Вследствие этого в некоторых случаях приходится разрабатывать специальные методики. Так, например, методика по оценке износостойкости полиэтиленовых труб предлагается в статье [2]. Представлена схема испытательного стенда, в котором отрезки труб длиной 1000 мм были заполнены водной суспензией с абразивными частицами и подвергались раскачиванию с определенной частотой, вызывая износ при движении частиц вдоль стенки. Испытаниям подвергались трубы из линейного полиэтилена и сшитого полиэтилена – РЕХ-а. В результате было показано, что трубы из сшитого полиэтилена РЕХ-а по сопротивлению гидроабразивному износу в три раза превосходят трубы из линейного полиэтилена высокой плотности.

Ранее по проблеме износостойкости пластмасс проводились многоплановые исследования [1, 3, 4, 5, 6]. В работах С.Б. Ратнера и его учеников последовательно и разносторонне ставились и решались вопросы износа пластмасс и влияния на него различных факторов. Были показаны связь износостойкости пластмасс с другими механическими свойствами и способы повышения износостойкости различных полимерных материалов.

Задачей настоящего исследования было изучение наиболее жесткого вида износа – абразивного износа по шлифовальной шкурке. Была использована шлифовальная шкурка Н12 по ГОСТ 13344. Эта шкурка имеет средний показатель шероховатости, что позволяет производить износ полимерных материалов быстро и с довольно хорошей воспроизводимостью оценивать износостойкость материалов. В принципе, для оценки износостойкости полимерных материалов можно использовать шлифовальные шкурки различной зернистости, но, как было показано в работах [3, 4, 6], для оценки абразивного износа можно использовать шкурку только одной зернистости, т.к. при истирании любых материалов имеется единый переходный коэффициент от одной шкурки к другой. Также была выявлена корреляция между истиранием по шкурке и в массе свободного незакрепленного абразива [4]. Это объясняется, в частности, тем, что независимо от размеров зерна и закрепленности абразива, механизм износа пластмасс остается u1086 одинаковым, сохраняя характер микрорезания.

Изображение
Для сравнительных испытаний были выбраны трубы, изготовленные из различных полиэтиленов трубных марок как линейного, так и сшитого. Линейными полиэтиленами высокой плотности были марки 3802В ООО «Ставролен» (ПЭ 80) и KPIC Р600ВL (ПЭ 100). В качестве образца сшитого полиэтилена был выбран пероксидносшитый полиэтилен РЕХ-а, изготовленный из порошкообразного полиэтилена марки Lupolen 5261 ZQ 456 фирмы LyondellBassel. Для сравнения исследовались образцы в виде брусков 10х10х15 мм, полученные методом литья под давлением из порошкообразного полиэтилена марки Lupolen 5261 ZQ 456, который используется для получения пероксидно-сшитого РЕХ-а.
Подробно свойства материалов описаны в [7]. Образцы пластмасс для возможного сравнения с полиэтиленом.

Для каждого вида полиэтилена было проведено не менее семи параллельных испытаний. Результаты испытаний представлены в табл. 2. Полученные данные показывают, что у всех образцов полиэтиленов показания износа являются близкими. Это связано с тем, что при испытаниях все образцы полиэтиленов, и линейных, и сетчатых, имели близкие величины плотности, твердости и предела текучести. Из литературных данных [1, 4] известно, что показатель истирания по шкурке не особенно чувствителен к модификациям пластмасс одного типа. К модификациям в данном случае относят введение стабилизаторов, а также создание сетчатой структуры полимера, в случае, если полимер не изменяет своего для испытаний из труб вырезались механически.

Изображение
Испытания на абразивный износ проводились на машине Шоппер по методике ГОСТ 11012 (рис. 1).

Испытательная машина состоит из следующих частей:

– вращающегося цилиндра диаметром 150-170 мм, предназначенного для крепления на нем шлифовальной шкурки. Окружная скорость поверхности цилиндра составляет 0,30±0,05 м/с;
– патрона для съемного держателя с закрепленным в нем образцом;
– нагружающего устройства, обеспечивающего приложение нагрузки 1 кгс перпендикулярно истирающей поверхности;
– механизма, обеспечивающего равномерное перемещение патрона вдоль образующей цилиндра на расстояние 10+1 мм за время одного оборота цилиндра;
– устройства, обеспечивающего плотное закрепление шлифовальной шкурки на боковой поверхности цилиндра (без вздутий и перекосов),
– продольной планки;
– специального устройства, поднимающего патрон при подходе образца к планке и опускающего его без удара после прохождения планки.

При испытании образец, зажатый в патрон, истирается по шкурке, натянутой на барабан. Причем при вращении барабана патрон перемещается подобно резцу токарного станка так, что истирание происходит все время по свежей поверхности шкурки. Такая траектория избрана потому, что абразивная способность снижается вследствие скольжения образца пластмассы по шкурке, уже засоренной продуктами износа.

По методу ГОСТ определяются значения износа как величина уменьшения объема образца в кубических миллиметрах на 1 м пути износа, размерность мм /м. В табл. 1 представлены данные об износе некоторых видов состояния. Износ РЕХ-а по сравнению с исходным полиэтиленом марки Lupolen 5261 ZQ 456 слегка изменился. Из этого можно сделать заключение, что создание сетчатой структуры оказывает слабое влияние на износостойкость полиэтилена в условиях абразивного износа. Износостойкость сшитого полиэтилена несколько ниже, чем у ПЭ 80 и ПЭ 100.

При сравнении показателей износа полиэтиленов трубных марок с полимерами других типов видно, что полиэтилены трубных марок намного превосходят другие типы материалов по этому показателю.

Литература

1. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс. – М.: Химия, 1992. – 186 с.
2. Yosi Bar, Hansjoerg Nitz. Новые возможности применения труб из сшитого полиэтилена // Пластические массы, 2006. № 10, с. 48-49.
3. Двуглова Л.Я., Лурье Е.Г., Радюкевич О.В., Ратнер С.Б., Фарберова И.И. Износ (истирание) пластмасс и методы его оценки // Пластические массы, 1962. № 1, с. 60-66.
4. Фарберова И.И., Ратнер С.Б., Лурье Е.Г., Гурман И.М., Игнатова Т.А., Носова Л.А. О влиянии некоторых рецептурных и технологических факторов на истирание пластмасс // Пластические массы, 1962. № 9, с. 35-38.
5. Ратнер С.Б. ДАН СССР, т. 144. – 1962. – № 2.
6. Ратнер С.Б., Фарберова И.И., Радюкевич О.В., Лурье Е.Г. Связь износостойкости пластмасс с другими механическими свойствами // Пластические массы, 1963. № 7, с. 38-42.
7. Гориловский М.И. Разработка оптимизированных технологических процессов производства напорных труб из сополимеров этилена с бутеном и гексеном и сшитого полиэтилена. Автореф. дисс. – М., 2006.

Вес труб - расчетная масса газовых труб

Расчетная масса приведена в таблице (вычислена при плотности полиэтилена 950 кг/м 3 )

Таблица весов гаопроводных труб

dn
SDR 17,6
SDR 11
16
-
0,123
20
-
0,162
25
-
0,209
32
-
0,276
40
-
0,427
50
0,443
0,663
63
0,691
1,050
75
0,970
1,462
90
1,400
2,120
110
2,070
3,140
125
2,660
4,080
140
3,330
4,080
160
4,340
6,700
180
5,520
8,430
200
6,780
10,400
225
8,550
13,200
250
10,600
16,300
280
13,300
20,400
315
16,800
25,100
355
21,300
32,800
400
27,000
41,800

Вес труб - расчетная масса водопроводных полиэтиленовых труб

Ниже представлены расчетные массы наиболее употребимых стандартных размерных отношений полиэтиленовых труб для водоснабжения, расчитанные в соответствии с Приложением В ДСТУ Б В.2.7-151:2008. Массы определены при плотности полиэтилена 950 кг/м 3 и учете половины допусков на толщину стенки и средний наружный диаметр.

Таблица весов водопроводных труб

dn
SDR 26
SDR 21
SDR 17
SDR 13,6
SDR 11
SDR 9
16
-
-
-
-
-
0,092
20
-
-
-
-
0,119
0,135
25
-
-
-
0,152
0,173
0,214
32
-
-
0,197
0,235
0,282
0,330
40
-
0,255
0,302
0,368
0,437
0,516
50
0,322
0,383
0,462
0,558
0,674
0,797
63
0,504
0,590
0,731
0,884
1,06
1,27
75
0,677
0,832
1,02
1,25
1,48
1,78
90
1,005
1,21
1,49
1,80
2,15
2,57
110
1,47
1,82
2,21
2,66
3,19
3,82
125
1,90
2,32
2,82
3,43
4,14
4,94
140
2,40
2,91
3,54
4,23
5,16
6,19
160
3,14
3,81
4,62
5,60
6,76
8,06
180
3,91
4,79
5,83
7,10
8,54
10,2
200
4,84
5,93
7,20
8,71
10,5
12,6
225
6,10
7,50
9,13
11,1
13,3
16,0
250
7,54
9,17
11,2
13,6
16,4
19,6
280
9,41
11,6
14,1
17,1
20,6
24,6
315
12,0
14,5
17,8
21,6
26,0
31,2
355
15,2
18,5
22,6
27,4
33,0
39,6
400
19,2
23,5
28,6
34,8
41,9
50,2
450
24,3
29,8
36,4
44,1
53,3
63,6
500
30,0
36,7
44,8
54,4
65,5
78,3
560
37,6
46,0
56,2
68,2
82,1
97,3
630
47,6
58,1
71,1
86,2
104
123
710
61,6
75,1
91,4
110
131
-
800
78,1
95,2
116
140
-
-
900
99,1
120
147
173
-
-
1000
122
175
181
214
-
-
1200
175
214
252
-
-
-

Расчет веса полимерных труб

РАСЧЕТ ВЕСА ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ



Полимерные трубы являются погонажным изделием постоянного сечения заданной длины, поэтому вес (масса) трубы устанавливается для одного погонного метра (в дальнейшем будем говорить просто «вес»)

Различают расчетный и реальный (фактический) вес. Фактический вес – реальная масса одного погонного метра произведенной полимерной трубы, определяемая на специальных весах для взвешивания труб.
Расчетный (теоретический) вес определяется по формуле:

М = R * S


где:
R – плотность материала трубы, кг/м 3 ;
S– площадь поперечного сечения трубы, м 2 .
Значение плотности для полиэтилена высокой плотности (полиэтилена низкого давления), из которого, в частности, и изготавливаются трубы, принимается на уровне 950 кг/м 3 . В случае применения для производства полимерных труб полиэтилена с другим значением плотности (либо любого другого материала) предварительно полученная расчетная масса в дальнейшем умножается на коэффициент, как показано ниже

M=М 950 * R / 950


где:
М 950 – масса трубы, изготовленной из полиэтилена плотностью 950 кг/м 3 ;
Площадь поперечного сечения определяется по одной из ниже представленных формул:

S= 3,142 * ( d12 - d22 ) / 4


S= 3,142 * d3 * e


где:
е - толщина стенки трубы , м;
d1 - наружный диаметр трубы , м;
d2 - внутренний диаметр трубы, м, d2 = d1 - 2 * е ;
d3 - средний диаметр трубы, м, d3 = d1 - е ;

Не смотря на уверения некоторых специалистов, что первая формула более точная, результаты полученные по ним абсолютно одинаковые.

труба ПЭ SDR


Согласно стандартам на соответствующий тип полимерных труб: и на диаметр трубы, и на толщину стенки заданы предельные отклонения , которые представляют собой алгебраическую разность между предельно допустимым для качестенной продукции и номинальным значением соответствующего параметра (диаметра или толщины стенки). Для напорных труб существует только верхнее предельное отклонение (разница между максимальным и номинальным значением), нижнее предельное отклонение равно 0 (минимальное значение равно номинальному).
На рисунке предствлен фрагмент сечения водопроводной трубы из полиэтилена . Номинальное сечение трубы отмечено на рисунке крупной штриховкой. Область, заштрихованная мелко в верхней части, – является частью сечения, образованной за счет увеличения диаметра трубы на величину предельного отклонения. Область, заштрихованная мелко в нижней части, – является частью сечения, образованной за счет увеличения толщины стенки трубы на величину предельного отклонения. Для определения расчетной массы используются половинные значения отклонений, т.е. масса определяется для некоторой усредненной трубы.

Пример.
Труба из полиэтилена для подачи холодной воды по ДСТУ Б В.2.7-151:2008 SDR17-630х37,4.
Номинальный наружный диаметр 630 мм, предельное отклонение +3,8 мм, расчетный наружный диаметр 631,9 мм.
Номинальная толщина стенки 37,4 мм, предельное отклонение +3,9, расчетная толщина стенки 39,4 мм. Труба произведена из полиэтилена класса ПЭ100 с плотностью 950 кг/м 3
Площадь поперечного сечения:
по первому варианту:

S = 3,142 * [ 631,92 - (631,9 - 2 * 39,4)2] / 4 = 73 339 мм2 = 0,0733 м2


по второму варианту:

S = 3,142 * (631,9 - 39,4) * 39,4 = 73 339 мм2 = 0,0733 м2


Вес трубы (погонного метра трубы):

М = 950 * 0,0733 = 69,6 кг

Визуальный контроль качества стыка (стыковая сварка).

Внешний вид сварных соединений, выполненных сваркой нагретым инструментом встык , должен отвечать следующим требованиям:
- валики сварного шва должны быть симметрично и равномерно распределены по окружности сваренных полиэтиленовых труб;
- цвет валиков должен быть одного цвета с трубой и не иметь трещин, пор, инородных включений;
- симметричность шва (отношение ширины наружных валиков грата к общей ширине грата) должна быть в пределах 0,3-0,7 в любой точке шва. При сварке труб с соединительными деталями это отношение допускается в пределах 0,2-0,8;
- смещение наружных кромок свариваемых заготовок не должно превышать 10 % от толщины стенки трубы (детали);
- впадина между валиками грата (линия сплавления наружных поверхностей валиков грата) не должна находиться ниже наружной поверхности труб (деталей);
- угол излома сваренных труб или трубы и соединительной детали не должен превышать 5°.

Отдельные наружные повреждения валиков сварного шва (срезы, сколы, вдавленности от клеймения стыка) протяженностью не более 20 мм и не затрагивающие основного материала трубы считать браком не следует.


Изображение Размеры наружного грата и внешний вид шва соответствуют требованиям согласно стандарта. Такое соединение достигается за счет правильного выполнения всех технологических параметров при сварке.
Изображение Различие по высоте более 50 % в противоположных точках шва. После процесса торцевания было допущена ошибка при проверке зазоров полиэтиленовой трубы перед сваркой. Зазоры превышают допустимые.
Изображение Величина наружного грата по высоте и ширине меньше нижних предельных значений, приведенных в стандарте. Недостаточное давление при осадке шва или малое время прогрева торцов трубы.
Изображение Величина наружного грата по высоте и ширине больше верхних предельных значений, приведенных в стандарте. Чрезмерное время прогрева торцов трубы или температура нагревательного элемента превышает допустимое. Большое давление осадки.
Изображение Различие по высоте и ширине валиков грата по всей окружности шва превышает 40%. Различный материал свариваемых труб или деталей (ПЭ80 с ПЭ100), или разная толщина стенки свариваемых труб.
Изображение Высота валиков грата больше или равна его ширине, концы валиков имеют заострённую форму. Чрезмерное давление сварочного оборудования при осадке стыка или пониженная температура нагревательного элемента.
Изображение Устье впадины расположено ниже наружной и выше внутренней образующих труб. Чрезмерное давление при осадке стыка при пониженной температуре нагревательного элемента.
Изображение Различие по высоте валиков грата в одной плоскости более 40 % с одновременным смещением образующих труб более 10 % от толщины стеки. Смещение свариваемых полиэтиленовых труб относительно друг-друга.
Изображение Высота грата в месте неравномерного выхода больше его ширины, впадина между валиками грата нечетко выражена или отсутствует. В противоположной точке шва грат имеет размеры. меньшие на 50 % и более. Смещение нагревательного элемента в процессе прогрева торцов трубы.
Изображение Многочисленные раковины, расположенные вплотную друг к другу. Чрезмерная температура нагревателя, значение которой выше температуры деструкции данной марки полиэтилена.


Результаты внешнего осмотра сварных соединений, выполненных при помощи нагревательным элементом в стык считают положительными, если они отвечают всем вышеперечисленным требованиям и критериям оценки дефектов.

Режимы сварки полиэтиленовых труб ПЭ-80, ПЭ-100

Сварка полиэтиленовой трубы методом в стык осуществляется стыковым сварочным оборудованием. Такое сварочное оборудование бывает нескольких видов: ручные, полуавтоматические и автоматические аппараты (SUVI).

Ручные аппараты самые простые, в основном они предназначены для сварки в стык полиэтиленовых труб малого диаметра. Все параметры сварки в ручных аппаратах устанавливаются непосредственно сварщиками по таблицам сварки и процесс соединения двух труб осуществляется в ручную.

Полуавтоматические аппараты уже имеют в своем составе гидравлическую систему, которая позволяет соединять две трубы не в ручную, а с помощью гидравлической станции и гидравлического центратора, что намного облегчает работу сварщика. Такие аппараты в основном используются для сварки полиэтиленовой трубы большего диаметра в отличии от ручного. Однако в полуавтоматических аппаратах режимы сварки также выставляются в ручную непосредственно сварщиком.

Выставление параметров сварки в ручную может приводить к ошибкам, которые влияют на качество свариваемого стыка. Для исключения влияния человеческого фактора были придуманы автоматические стыковые аппараты (CNC-машины, SUVI) с компьютерным управлением процесса сварки. Режимы сварки выставляются автоматически, после того как сварщик введет диаметр, SDR и материал полиэтиленовой трубы. Дальше автоматический аппарат осуществляет сварку сам без вмешательства человека.

Соблюдение режимов сварки согласно таблицам сварки приводит к качественному конечному стыку. В таблицах сварки указываются такие параметры:

• толщина стенки;
• давление сварки (давление которое добавляется к нулевому давлению);
• ширина первоначального грата;
• давление в стадии донагрева трубы;
• время нагрева торцов трубы;
• время переналадки (время изъятия нагревательного элемента);
• время создания давления на стадии осадки трубы;
• время остывания стыка под рабочим давлением.

Еще один из параметров, который не указан в таблице – это температура нагревательного элемента аппарата. Этот параметр является не менее важным для сварки трубы в стык. Правильность выставления температурного режима зависит от материала из которого изготовлена полиэтиленовая труба. Ниже приведены графики выставления температуры нагревательного элемента.


Изображение Если полиэтиленовая труба изготовлена из материала ПЭ-100, то температура нагревательного элемента 220°С и она постоянна.
Изображение Если полиэтиленовая труба изготовлена из материала ПЭ-80, то температура нагревательного элемента колеблется от 200°С до 220°С в зависимости от толщины стенки трубы.


Ниже приведена сводная таблица режимов сварки.

Номинальная толщина стенки,мм
Образование грата, мм (минимальные значения)
Донагрев, сек.
Изъятие нагревательного элемента, сек (максимальное время)
Стыкование, сек.Остывание, мин.
до 4,5
0,5
45
5
5
6
4,5 - 7,0
1,0
45 - 70
5 - 6
5 - 6
6 - 10
7,0 - 12,0
1,5
70 - 120
6 - 8
6 - 8
10 - 16
12,0 - 19,0
2,0
120 - 190
8 - 10
8 - 11
16 - 24
19,0 - 26,0
2,5
190 - 260
10 - 12
11 - 14
24 - 32
26,0 - 37,0
3,0
260 - 370
12 - 16
14 - 19
32 - 45
37,0 - 50,0
3,5
370 - 500
16 - 20
19 - 25
45 - 60
50,0 - 70,0
4,0
500 - 700
20 - 25
25 - 35
60 - 80

Гидравлический расчет и уклон канализационной трубы

Гидравлические характеристики коллекторов определяются их наибольшей пропускной способностью при заданном уклоне и площади живого сечения потока. Для проектирования бытовых водоотводящих сетей принимается безнапорный режим движения жидкости с частичным (0,5-0,8) наполнением труб. Следует иметь в виду, что в сетях, предназначенных для транспортировки дождевых вод, расчетные расходы наблюдаются не чаще одного раза в несколько лет. Следовательно, водоотводящие сети работают в безнапорном режиме при частичном заполнении. Этот режим обладает рядом преимуществ перед напорным. В бытовых и производственно-бытовых сетях необходимо обеспечивать некоторый резерв живого сечения трубопровода. Через свободную от воды верхнюю часть сечения трубы осуществляется вентиляция разветвленной водоотводящей сети. При этом из трубопровода непрерывно удаляются образующиеся в воде газы, которые вызывают коррозию трубопроводов и сооружений на них, осложняют эксплуатацию водоотводящих сетей и т.п.


В сточных водах также содержатся нерастворенные примеси органического и минерального происхождения. Первые имеют небольшую плотность и хорошо транспортируются потоком воды. Вторые (песок, бой стекла, шлаки и др.) имеют значительную плотность и транспортируются лишь при определенных скоростях турбулентного режима движения жидкости. Поэтому важнейшим условием проектирования водоотводящих сетей является обеспечение в трубопроводах при расчетных расходах необходимых скоростей движения жидкости, исключающих образование плотных несмываемых отложений. Для проведения гидравлических расчетов гофрированных двухслойных труб КОРСИС могут использоваться гидравлические формулы, номограммы и таблицы в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» и СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования». Расчет самотечных трубопроводов заключается в определении их диаметра, уклона и параметров работы - наполнения и скорости. Обычно исходным для расчета является расход, который определяется в первую очередь.


Для расчета рекомендуются формулы постоянства расхода.

фрмула расхода


и Шези

формула Шези


где q - расчетный расход; W; - площадь живого сечения; v - скорость; С – коэффициент Шези; R; - гидравлический радиус; X; - смоченный периметр; i = hl /L - уклон лотка; hl - падение лотка на длине L.

В формуле Шези принято, что гидравлический уклон L равен уклону лотка i, так как движение воды равномерное.
Для определения коэффициента Шези рекомендуется формула Н. Н. Павловского (при 0,1< R < 3 м)

формула Павлоского


где y - показатель степени, определяемый по формуле:

формула степени


где n - коэффициент шероховатости, зависящий от состояния стенок трубопровода.

Для приблизительных расчетов Н. Н. Павловский рекомендовал следующие формулы:

Изображение


при y = 1/6 формула для С (коєфициента Шези) известна как формула Маннинга, справедливая для турбулентного режима жидкости.

Известно, что максимальный расход воды в трубах наблюдается при наполнении h/d=0,95, поэтому наполнение больше этого значения принимать нецелесообразно. Расчетные наполнения рекомендуется принимать даже меньше этого значения по следующим причинам. Во-первых, при определении расчетных расходов не учитывается колебание значений в пределах часа суток, когда может наблюдаться максимальный расход. Данное колебание может быть как в меньшую, так и в большую сторону. Во-вторых, вследствие неравномерности движения воды, наполнение отдельных участков трубопровода может бать больше расчетного. В целях исключения подтопления при расчетных условиях наполнение в трубопроводах бытовой водоотводящей сети рекомендуется принимать не более 0,8. Рекомендуемые максимальные значения степени наполнения приведены в Таблице.


талица максимального наполнения


В трубопроводах ливневой канализации и водостоках полных раздельных систем водоотведения, а также в общесплавных трубопроводах при расчетных условиях наполнение рекомендуется принимать равным 1, т.е. полным. Это объясняется тем, что расчетные условия в этих трубопроводах наблюдаются весьма редко. Таким образом, значительную часть времени эти трубопроводы будут работать при частичном наполнении. Расход сточных вод в водоотводящих сетях изменяется в широких пределах от определенного минимального до известного максимального, который принимается за расчетный. Обеспечить возможность транспортированиявсех примесей потоком во всем диапазоне расходов, в том числе и при минимальном, не представляется возможным, так как это потребувало бы прокладки трубопроводов с большими уклонами, а это привело бы к их значительным заглублениям.

В настоящее время расчет трубопроводов производится на условии поддержания труб в чистом состоянии при максимальном расчетном расходе. Таким образом, при минимальных рас ходах в трубопроводах допускаются отложения, но при достижении расчетного расхода трубопроводы должны самоочищаться. Здесь вводится понятие скорости самоочистки – минимальной скорости, которая должна обеспечиваться в водоотводящих сетях при расчетном расходе.


Если в формулу Шези подставить минимальную скорость, то можно получить минимальный уклон, при котором трубопровод самоочищается. Минимальные диаметры и уклоны водоотводящей сети приведены в Таблице.

минимальный уклон


Содержащиеся в сточных водах песок и другие минеральные примеси являются абразивними материалами, истирающими стенки трубопроводов. При этом интенсивность истирания пропорциональна скорости потока. Поэтому на основании многолетнего опыта эксплуатации водоотводящих сетей установлены максимально допустимые скорости, равные 4 м/с для неметаллических труб и 8 м/с - для металлических труб.


Для определения минимального уклона можно использовать следующую формулу:

минимальный уклон


где d - диаметр трубопровода, мм;Изображение - коэффициент, равный:

1 при d = 500 мм,
1,1 при d = 600-800 мм,
1,3 при d = 1000-1200 мм.

Расчет трубопроводов по формулам чрезвычайно сложен. Методы решения различных задач по расчету трубопроводов изложены в специальной литературе При проектировании водоотводящих сетей требуется выполнять расчеты большого числа отдельных участков трубопроводов с различными условиями проектирования. Их расчет производится с применением тех или иных упрощающих приемов, при которых используются разработанные таблицы, графики, диаграммы.

Изображение


уклон от диаметра


Изображение


Изображение


На рисунке приведены кривые изменения скоростей v и расходов q в трубах круглого сечения в зависимости от степени их наполнения. По оси ординат отложены степени наполнения h/d , а по оси абсцисс - соответствующие этим наполнениям скорости v и расходы q, выраженные в долях от скорости и расхода при полном наполнении. Диаметр самотечного трубопровода может быть определен по номограмме в зависимости от скорости течения жидкости, уклона трубопровода и величины расчетного рас хода стоков. Номограммы представляют собой графическое отображение формулы КолбрукаУайта. При условии, что температура воды составляет 10°С, а шероховатость трубопровода -0,00025 м. Наполнение трубы - это соотношение уровня воды (Н) к внутреннему диаметру трубы (Di).