Соответственно в качестве сырья для производства сегментных фитингов используются полиэтиленовые трубы.

Если отечественная нормативная база по проектированию и строительству водопроводов и канализационных коллекторов из полиэтиленовых труб предусматривает применение стыковых фитингов, полученных, как методом литья, так и сегментных, то в газоснабжении использование сегментных фитингов не допускается.

Чем вызвана такая дискриминация?

 Качество литых фитингов, производство которых зачастую полностью автоматизировано, минимально зависит от человеческого фактора, имеет высокую повторяемость от детали к детали, а свойства самого фитинга равномерно распределены в его массе. Соответственно производство литых фитингов достаточно капиталоемкое, предприятия, их выпускающие, имеют лаборатории, оборудованные всем необходимым для контроля используемых композиций полиэтилена, а также контроля самих фитингов.
Сегментные фитинги производятся всегда вручную. В зависимости от «обеспеченности» предприятия-изготовителя их могут выпускать на автоматических и полуавтоматических сварочных аппаратах ведущих мировых производителей, а могут использовать примитивные ручные станки. В таких условиях повторяемость качества деталей может обеспечиваться как характеристиками оборудования, так, и это главное, квалификацией работающего на нем персонала. Учитывая тот факт, что для запуска примитивного производства сегментных фитингов не требуется значительных капиталовложений, они выпускаются многими отечественными фирмами, в составе которых нет лабораторного оборудования не только для испытаний производимой продукции, но и даже для входного контроля поступающих на производство полиэтиленовых труб. Кроме того, учитывая наличие на фитинге сварных швов (минимум одного, максимум 4 и более), плоскость которых зачастую не перпендикулярна оси трубы, возникает неравномерность свойств в материале фитинга. Но об этом подробнее мы остановимся ниже.

Основным требованием, определяющим качество фитинга, является определение стойкости к постоянному внутреннему давлению. Для этого фитинг, помещается в специальную ванну, где при определенной температуре нагружается испытательным давлением, которое превышает рабочее от в 1,25 раза – для водопроводных сегментных фитингов, до в 4 раза – для литых фитингов в газоснабжении.

Не смотря на кажущуюся дешевизну недорогих сегментных фитингов отечественного производства, ситуация не так однозначна, как это можно было бы себе представить.

Условно фитинги для стыковой сварки можно подразделить на три группы по величине диаметра.

1. В диапазоне диаметров до 225 мм литые фитинги в последнее время получают все большие преимущества. Это объясняется низкой себестоимостью массового производства литья по сравнению с затратами при ручном труде в производстве сегментных фитингов. На ходовых диаметрах 110, 160 и 225 мм литые фитинги имеют практически одинаковую стоимость с сегментными.

2. В средней группе диаметров (от 250 до 315 мм) более дорогие литые фитинги могут конкурировать с сегментными с учетом затрат на заливку сегментных в армированный бетон. Так на газопроводах и ответственных водопроводах в основном используется литье, на прочих объектах водоснабжения, напорных канализационных коллекторах применяются сегментные фитинги

3. Литые фитинги больших диаметров (от 400 мм) характеризуются сложностью изготовления и обслуживания пресс-форм, а потому разница в цене с сегментными фитингами более существенна. Поэтому для строительства и монтажа полиэтиленовых трубопроводов таких диаметров используются в основном сегментные фитинги. Хотя на очень ответственных объектах целесообразно использовать литые фитинги.

В Украине только наиболее крупные компании-производители имеют соответствующее оборудование для производства качественных сегментных фитингов. К ним относятся такие предприятия как ООО «ЦТ «ВИК», концерн «Водполимер», группа ПОЛИПЛАСТИК (ООО «ТД «Евротрубпласт» и Рубежанский трубный завод), ООО «Эльпласт-Львов».

Компания «ВиК» выпускает сегментные фитинги диаметром до 315 мм (установка WM-315, Georg Fischer-Omicron), компания «Эльпласт» – до 400 мм (установка Ritmo). Производство сегментных фитингов более крупных диаметров (до 630 мм) освоено концерном «Водполимер» (установки WM-315, Georg Fischer-Omicron, WIDOS 630) и предприятиями группы ПОЛИПЛАСТИК (установки WM-315, WM-630, Georg Fischer-Omicron).

Качество выпускаемых соединительных деталей непременно должно быть подтверждено испытаниями в специальной лаборатории. Концерн «Водполимер» и компания «Эльпласт» располагают лабораторной базой для испытания фитингов диаметром до 315 мм. Среди перечисленных компаний только Рубежанский трубный завод имеет полноценную гидравлическую лабораторию для испытания фитингов диаметром до 630 мм.

Следует отметить, что после гидравлических испытаний фитинги к повторному использованию не подлежат, их необходимо утилизировать в обязательном порядке.

Сегментные фитинги диаметром свыше 710–1200 мм поступают в Украину из-за рубежа. Это в основном российская продукция, преимущественно Климовского трубного завода (предприятие группы ПОЛИПЛАСТИК). Это обусловлено очень высокой стоимостью производственного оборудования (от 250 тыс. евро).

Теперь подробнее остановимся на особенностях прочностного расчета фитингов и связанных с этим нюансами их применения.

Напряжение в стенке гладкого напорного трубопровода, возникающее от действия внутреннего давления Р определяется по формуле:

В момент подачи первоначального давления в трубопровод (в момент опрессовки) под действием указанного напряжения наблюдается незначительное перемещение стенки трубы – уширение трубопровода. Из-за этого возникает продольная сила, стремящаяся сократить длину трубопровода, которая, складываясь с усилием от температурной деформации, может привести к разрушению трубопровода при отсутствии на нем обустроенных компенсаторов.

В случае наличия на трубопроводе фитингов, изменяющих направление движения потока, суммарное напряжение, возникающее в стенке фитинга, складывается из собственного напряжения в стенке фитинга от действия внутреннего давления и напряжения от восприятия усилия деформации линейной части трубопровода. Если со вторым слагаемым все более-менее понятно, то на первом остановимся поподробнее.

В качестве примеров рассмотрим расчет напряженного состояния от действия внутреннего давления в моделях таких наиболее распространенных фитингов, как:
– тройник, изготовленный из ПЭ 100, SDR17 диаметром 160 мм;
– отвод под 90° с одной промежуточной секцией, изготовленный из ПЭ 100, SDR17 диаметром 160 мм.

Фитинги нагружаются рабочим давлением MOP, МПа, соответствующим аналогичным трубам:

Из рис. 1 и 2, отображающих напряженное состояние деформированных под воздействием внутреннего давления фитингов, видим, что напряжение в стенке цилиндрических участков фитингов (в зависимости от ориентации) находится в пределах 8-10 МПа, что отвечает напряжению в гладкой полиэтиленовой трубе при прочих равных условиях (диаметр, стандартное размерное отношение, давление) – см. формулу выше. При приближении к плоскости изменения направления потока напряжение на внешней стороне фитинга постепенно спадает (для отвода достигает всего 1,5 МПа), а на внутренней – резко возрастает: для тройника это значение находится на уровне 24 МПа, для отвода – 18 МПа. Это объясняется двумя факторами: во-первых, более высоким усилием, действующим изнутри на наружную, большую по площади, часть трубопровода, а во-вторых, изгибающими моментами, действующими на краях цилиндрических участков.

Все эти факторы приводят к тому, что реально возникающие в стенке литого фитинга напряжения меньше расчетных и не оказывают разрушительного влияния в процессе эксплуатации.

Сегментные фитинги

Отличие реальных сегментных фитингов от моделей, приведенных выше, в том, что свойства полиэтилена неравномерно распределены в массе фитинга. В цилиндрических участках фитинга молекулы ориентированы вдоль образующей трубы.

В плоскости же изменения направления потока – плоскости сварного шва – концы молекул хаотически оборваны, в результате чего деформация одной цилиндрической части фитинга не может быть равномерно передана другой части.

Приведенные выше расчеты наглядно показывают, что плоскость сварного шва сегментного фитинга является потенциально опасной областью с точки зрения разрушения фитинга (рис. 7).