Журнал Полимерные трубы - Технологии и материалы

УСУНЕННЯ ОВАЛЬНОСТІ ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБ ВЕЛИКОГО ДІАМЕТРА

Поліетилен давно завоював всесвітнє визнання в якості матеріалу для труб. Раніше трубопроводи з поліетилену будували в основному компанії, що займаються газопостачанням. Однак у наші дні основне зростання споживання трубного поліетилену пов'язане з його використанням у системах водопостачання, де типові діаметри труб досить великі. Неухильно зростає попит на труби великих діаметрів, а разом з ним ростуть і вимоги до відповідних технологій монтажу. При цьому під час зварювання поліетиленових труб великого діаметра з використанням муфт із закладним електронагрівачем гостро постає питання щодо усунення негативних наслідків, зумовлених овальністю труб.

Формально труби великого діаметра мають ті самі базові характеристики (табл. 1), що й труби меншого діаметра, однак, тим не менш, вони вимагають дещо іншої технології поводження з ними. Невелика та зручна для монтажу вага поліетиленової труби діаметром, скажімо, 110 мм стає великою та незручною, коли йдеться про стандартну довжину труби діаметром 630 мм. Для переміщення поліетиленової труби великого діаметра вже не обійтися без крана чи інших вантажопідйомних пристосувань.

Таблиця 1. Порівняння характеристик труб діаметром 110 і 630 мм


 
Труби виготовляються з використанням безперервного процесу екструзії та розпилюються на мірні відрізки необхідної довжини безпосередньо під час виробництва після охолодження труби до заданої температури. При розрізанні труби на частини внутрішні напруги призводять до виникнення так званої бочкоподібності – зменшення діаметра на кінці труби з утворенням конуса, причому зі збільшенням діаметра труби величина бочкоподібності росте, і це слід брати до уваги.

Перед зварюванням труб за допомогою муфт із закладним нагрівачем (ЗН) важливо вимірювати зовнішній діаметр труби, щоб уникнути поганої зварюваності через занижений зовнішній діаметр труби. При цьому вимірювання діаметра не повинно проводитися по торцю труби за допомогою рулетки, оскільки бочкоподібність напевно наявна, і вона буде спотворювати результати вимірів. Зовнішній діаметр поліетиленової труби великого розміру зазвичай визначається з використанням спеціальної вимірювальної стрічки – циркометра на відстані не менше 15-30 см від торця труби. Цей метод автоматично дає середній діаметр труби, але не враховує її овальність (рис.1).



Рис. 1. Геометричне порівняння круглої форми з овальною

Європейські стандарти вказують, що мінімальний зовнішній діаметр для поліетиленових труб повинен дорівнювати їх номінальному розміру. Для труби діаметром 630 мм допускається відхилення максимального діаметра від номінального до 3,8 мм. При цьому для труби діаметром 110 мм максимально допустиме перевищення розміру має становити всього лише 0,7 мм.

Зі збільшенням номінальних розмірів дозволені стандартами допуски по овальності збільшуються. Використовуючи при розрахунках максимально допустиму овальність для труб великого діаметра 3,5 % відразу після виробництва, необхідно розуміти, що для труб діаметром 630 мм ця величина означає відхилення від номінального діаметра в межах ± 11 мм, і, таким чином, сукупну різницю в 22,1 мм. У багатьох випадках овальність часто збільшується під час зберігання. Причин цього кілька:

– неправильне складування труб у вигляді піраміди або простим нагромадженням однієї на одну;
– збільшення кільцевої напруги при збільшенні товщини стінок; – вплив власної ваги труб при тривалому зберіганні.

Надмірна овальність труб є джерелом багатьох проблем при монтажі поліетиленових труб великих діаметрів. Оскільки всі технологічні операції, які використовуються під час виробництва корпусів муфт великого діаметра, здійснюються на токарному верстаті, то можна припустити, що форма муфт є практично ідеально круглою, і що в готовій муфті з закладним нагрівачем може проявлятися тільки дуже незначна овальність.

Таким чином, при спробі поєднання труби та муфти будуть існувати як зони (рис. 2), де овальна труба має більший зовнішній діаметр, ніж внутрішній діаметр муфти, що унеможливлює надягання муфти на трубу, так і зони, в яких є великий зазор між трубою та муфтою. І цю проблему зварникам необхідно вирішувати на робочому місці щодня при створенні зварних з'єднань поліетиленових труб великого діаметра за допомогою муфт з ЗН.



Рис. 2. Діапазон допусків труб і фітингів великого діаметра

Рішення проблеми – спеціальна технологія вирівнювання труб

У результаті проведення науково-дослідних робіт компанія «Georg Fischer Piping Systems Ltd» (Switzerland) запатентовала процес вирівнювання поліетиленових труб великого діаметра за допомогою комплекту обтискних подушок. Він дозволяє вирівнювати форму і усувати овальність пластикових труб діаметрами від 355 до 630 мм.

Даний комплект складається з 2 обтискних подушок, 4 з’єднувальних ременів і корсета з натяжних ременів. Обтискні подушки виготовлені з вулканізованої гуми з армуванням і при роботі наповнюються стисненим повітрям до максимального тиску в 10 бар. Велика зона контакту подушок у поєднанні з тиском повітря створює величезне зусилля – приблизно 15 000 Н або 1,5 тонни на 1 бар тиску!

Корсет складається з трьох спеціальних ременів, з'єднаних один з одним поперечними стрічками, на кінцях яких закріплені натяжні механізми підвищеної міцності. Він допомагає обтискним подушкам передавати тиск на поверхню труби, з якої вони стикаються, для відновлення її початкової форми. Крім того, ремінний корсет виключає надмірне збільшення обсягу подушок при накачуванні їх повітрям, а за допомогою з’єднувальних ременів обтискні подушки можна розташовувати на трубі на однаковій відстані одна від одної в потрібному положенні. Іншими важливими компонентами є шланги високого тиску, розподільний колектор для підключення подушок і манометр для контролю тиску повітря, що нагнітається в подушки. Весь цей комплект для вирівнювання труб зберігається в міцному транспортувальному контейнері (рис. 3).
 

Рис. 3. Комплект обтискних подушок

Відновлення первісної форми труби

Трубам великого діаметра зазвичай властива значна овальність, яку не можна виправити без використання спеціального інструмента, і в минулому для цього використовувалися важкі, громіздкі та досить дорогі гідравлічні лещата. Зараз же овальність труб можна усунути за допомогою компактного комплекту подушок.

Для цього спочатку визначається овальність труби на її торці шляхом вимірювання найбільшого і найменшого діаметрів за допомогою лінійки. Значення обох діаметрів, зафіксовані у міліметрах, повинні бути промарковані на торці труби.

Дві обтискні подушки попередньо з'єднуються одна з одною за допомогою з’єднувальних ременів і розміщуються на відстані не менше 30 см від торця труби так, щоб площина найбільшого діаметра проходила через їх центр (рис. 4), і жорстко фіксуються за допомогою ремінного корсета.

 
Рис. 4. Установка подушок на овальну трубу

Потім подушки підключаються за допомогою шлангів до колектора, який в свою чергу підключений до повітряного компресора. Переконавшись у правильній збірці та установці комплекту подушок (рис. 5), необхідно, плавно відкриваючи впускний кран і контролюючи по манометру тиск повітря, заповнювати притискні пластини стисненим повітрям до тих пір, поки обидва діаметра не стануть однаковими.


Рис. 5. Відновлення початкової форми поліетиленової труби з використанням комплекту пластин

Таким чином завдяки комплекту обтискних подушок вирівнювання поліетиленових труб діаметром від 355 до 630 мм у польових умовах стало більш простим і ефективним. З іншого боку, не варто забувати, що на можливість усунення овальності суттєво впливають не тільки параметри труби, а й температура навколишнього повітря. Зниження температури повітря до 5 ° С вимагатиме збільшення навантажень, що прикладаються, в 2 рази у порівнянні з температурою повітря 20 °С.

Автори: Бернд Шустер, Юрій Яковлев, Компанія «Georg Fischer Piping Systems Ltd» (Switzerland)
ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА