Ассоциация по исследованию труб из высокопрочного чугуна (аитвчшг) dipra icon

Ассоциация по исследованию труб из высокопрочного чугуна (аитвчшг) dipra


Смотрите также:
Влияние лазерного упрочнения и последующих механо-термических обработок на сопротивление...
Исследование взаимосвязи структуры...
«анализ состояния конкуренции на рынке труб»...
Наномодификатор как инструмент генной инженерии структурного состояния расплава чугуна...
Учебное пособие Москва 2002 Рецензия Введение Сведения о материалах...
«Технология производства чугуна и стали»...
В. А. Харькин, член-корр. Академии коммунального хозяйства, лауреат премии Правительства рф...
«Организация производства пластиковых труб холодного и горячего водоснабжения»...
Обзор отрасли: производство труб...
«опыт внедрения системы менеджмента качества на ОАО «тагмет»...
Инструкция сн 478-80, сокращенный...
Реферат по дисциплине: «Оборудование процессов омд» на тему: «Оборудование для отделки труб»...



Загрузка...
скачать
Ассоциация по исследованию труб из высокопрочного чугуна (АИТВЧШГ) – DIPRA

Сравнение труб из ВЧШГ с трубами из Пвх


Ричард Бондс, технический директор АИТВЧШГ по исследованиям.

Введение


При разработке трубопровода для питьевого водоснабжения инженерам-проектировщикам приходится учитывать множество факторов: начальная стоимость системы, требования по его эксплуатации, стоимость обслуживания, надёжность и долговечность.

В данной брошюре сравниваются как краткосрочные, так и долгосрочные структурные и эксплуатационные качества труб из ВЧШГ и молекулярно - ориентированного поливинил хлорида (ПВХ). В ней содержатся ценные новейшие сведения для инженеров, выбирающих материал для трубопровода.

В дополнение к приведённым данным о физических сравнительных тестах двух материалов, в данной брошюре рассматриваются также стандарты AWWA для каждой из труб (ANSI/AWWA C150/A21.50 для труб из ВЧШГ и ANSI/AWWA C909 для труб из ПВХ).

Нижеприведенные данные были взяты из нескольких источников, включая стандарты Американской ассоциации водопроводных работ (AWWA), литературу, опубликованную производителями труб и ассоциаций, и результаты физических тестов, проведённых Ассоциацией по исследованию труб из высокопрочного чугуна, Стракчерал Композитс Инк. и Плэстикс Инжиниринг Лэборатори. Тесты, рассмотренные в данной брошюре, проводились на 6- и 12-дюймовых напорных трубах из ВЧШГ класса 350 (самого низкого класса по давлению) и 6- и 12- дюймовых трубах из ПВХ класса 150. Была сделана попытка получить и испытать напорные трубы из ПВХ класса 200 (рассчитанного на самое высокое давление, согласно стандарта ANSI/AWWA C909); но получить их оказалось невозможным.

Данная брошюра представляет техническую информацию, доказывающую, что все материалы имеют различные характеристики.


Сравнение стандартов.

В приведённой ниже таблице сравниваются требования стандартов ANSI/AWWA C150/A21.50 и ANSI/AWWA C151/A21.51 с требованиями стандарта ANSI/AWWA C909.


^ Таблица 1

Сравнение стандартов труб из ВЧШГ и стандартов труб из ПВХ



характеристика

труба из ВЧШГ

^ ANSI/AWWA C150/A21.50 ANSI/AWWA C151/A21.51

труб из ПВХ

ANSI/AWWA C909

размеры

3-64 дюйма

4-12дюймов

Длина трубы

18, 20 дюймов

20 дюймов

Класс/уровень по давлению

Рассчитано до 350 фунтов на кв.дюйм

Класс по давлению 150, 200, 250, 300 и 350

Рассчитано на 100, 150, 200 фунтов на кв. Дюйм при рабочей температуре 73,4ºF. При боле высокой рабочей температуре расчетное давление следует соответственно снижать.

Метод проектирования

Спроектирован как гибкий проводник. Отдельно рассматриваются внутреннее давление (уравнение кольцевого напряжения) и внешние нагрузки (напряжение при изгибе и осевое отклонение). Сервисный допуск и допуск на литьё добавляются к расчётной толщине трубы.

Спроектирован как гибкий проводник. Отдельный расчёт по внутреннему давлению (уравнение кольцевого напряжения) и внешним нагрузкам (изгиб). Внешние нагрузки стандартом не предусмотрены. Напряжение при изгибе не рассматривается.

Расчёт внутреннего давления

Класс по давлению: напряжение вследствие рабочего давления плюс пиковое напряжение не должны превышать минимальный предел текучести материала 42 000 фунтов на кв.дюйм при факторе надёжности 2.

Класс по давлению: напряжение вследствие рабочего давления плюс пиковое напряжение не должны превышать гидростатическую базу для проектирования (ГБП) (7 100 фунтов на кв.дюйм) при факторе надёжности 2,5 (расчетное гидростатическое напряжение = 2 840 фунтов на кв. дюйм).

Допуск по пиковым нагрузкам

Номинальный допуск по давлению 100 фунтов на кв. дюйм (основанный на мгновенном увеличении скорости приблизительно на 0,6 м/сек), однако, может эксплуатироваться в условиях реальных пиковых нагрузок.

Допуск по пиковым нагрузкам 23,27 или 31 фунтов на кв. дюйм для труб класса 100, 150 и 200 фунтов на кв. дюйм соответственно. Основан на мгновенном увеличении скорости приблизительно на 0,6 м/сек.

Расчёт внешних нагрузок

Призменная нагрузка + динамическая нагрузка от грузового автотранспорта. Кольцевые напряжения при изгибе ограничены 48 000 фунтов на кв.дюйм, что является ½ минимального предела прочности при изгибе. Прогиб ограничен 3% внешнего диаметра трубы, что является ½ величины отклонения, способной повредить внутреннее цементно-песчаное покрытие. Большая из этих двух величин является основной и берётся за толщину нетто (расчётную)

^ Не предусмотрено стандартом. При проектировке ссылки делаются на AWWA М23. Призменная нагрузка + динамическая нагрузка от грузового автотранспорта. Применяется уравнение отклонения, но при проектировке нет данных по минимальным отклонениям и не определяется фактор надёжности.

подвижная нагрузка

AASHTO H20, допускается колёсная нагрузка 16 000 фунтов (7257 кг). коэффициент динамического воздействия 1,5 для всех глубин.

^ Не предусмотрено стандартом. При проектировке ссылки делаются на AWWA М23. AASHTO H20, допускается колёсная нагрузка 16 000 фунтов (7257 кг). Рассчитан на глубину до 4 футов. Ударная нагрузка не рассматривается.

Фактор надёжности

^ По давлению (расчётный) 2,0 (включая пиковые нагрузки), основанные на минимальном пределе прочности на разрыв в 42 000 фунтов на кв.дюйм.

Основанный на расчёте внешних нагрузок : 2,0 на изгиб предел прочности при кольцевых напряжениях 96 000 фунтов на кв.дюйм, или 1,5 для изгиба при минимальных значениях 72000 фунтов на кв.дюйм фактор 2,0 для труб из ВЧШГ с внутренним цементно-песчаным покрытием

Примечание: В действительности фактор надёжности намного выше вследствие добавления сервисного допуска и допуска на литьё.

^ По давлению (расчётный) 2,5 (включая пиковые нагрузки), основанный на гидростатической базе для проектирования 7100фунтов на кв.дюйм. ASTM D 2837 допускает снижение гидростатической базы для проектирования до 6810 фунтов на кв. дюйм.

^ Основанный на расчёте внешних нагрузок: Невозможно подсчитать фактор надёжности. Не определены критерии внешних нагрузок.

Примечание: Фактор надёжности и прочность в значительной мере зависят от температуры, наличия царапин на поверхности и воздействия солнечного света. Трубы под воздействием циклических нагрузок имеют фактор надёжности меньший, чем под воздействием статической нагрузки.

Условия укладки в траншеи

Предусмотрено 5 типов укладки. Консервативный Е с перечислением параметров плотности почвы. Тип 1 (траншея с плоским ложем, засыпка рыхлым грунтом) или тип 2 (траншея с плоским ложем, уплотнение грунта по оси трубы ) применимы в большинстве случаев.

^ Не определено стандартом. Предисловие и Приложение А к стандарту ссылается на AWWA М 23 и ANSI/AWWA C605. В С605 перечислены 5 типов траншей, которые названы «общими типами траншей». Эти типы траншей являются аналогичными тем, что используются при прокладке труб из ВЧШГ (стандарт AWWA С150), однако, в AWWA С605 используются намного менее свободные значения для константы ложа (К) и модуля почвы (Е’).

Гидростатические испытания

Каждая труба испытывается под давлением 500 фунтов на кв.дюйм в течение как минимум 10 секунд при максимальном значении

Каждая труба испытывается четыре раза при полном расчётном давлении для своего класса в течении 5 секунд. В дополнении (раздел 5.1.9.) для «покупателя и поставщика» производителю разрешается проводить гидравлические испытания труб с иной частотой, нежели предусмотренной стандартом. Другими словами, не каждый экземпляр труб обязан подвергаться проверке на давление .

Производственные испытания

По крайней мере один образец из каждой плавки приблизительно через каждые 3 часа проверяется на предел прочности на разрыв; должен показать не менее: временное сопротивление 60 000 фунтов на кв.дюйм, предел текучести 42 000 фунтов на кв.дюйм, и минимальное удлинение 10%. Как минимум один образец в час испытывается на удар (мин. 7 футов-фунт), с дополнительным низкотемпературным тестом на удар (мин. 3 фута-фунт) по методу Шарпи.

Продолжительные испытания на прочность под давлением (1000часов) проводятся один раз в полгода с превышением расчётного давления в своём классе в 3,25-3,5 раза. Быстрое испытание на разрыв (с превышением расчётного давления приблизительно в 5 раз) проводится 1 раз в 24 часа. Испытание на сопротивление сплющиванию проводится, согласно требованиям ASTM D2412, каждые 8 часов. Качество экструзии проверяется, согласно ASTM D2152, каждые 8 часов.



^ Предел прочности на разрыв высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в 10 раза выше, чем у ПВХ.


Предел прочности на разрыв материала, из которого изготавливаются трубы – очень важная характеристика, поскольку она оказывает сопротивление силам, вызываемым внутренним гидростатическим давлением и гидравлическим ударом.


На рис. 1 сравнивается предел прочности на разрыв труб из ВЧШГ и труб из ПВХ. На диаграмме представлены как минимальные требования стандарта, так и так и данные исследования образцов 6-дюймовых труб из ВЧШГ класса 350 (минимального класса по давлению для труб из ВЧШГ) и 6-дюймовой трубы из ПВХ класса 150. Все материалы для труб были протестированы в соответствии с ASTM E8 (методы тестирования растяжения материалов из металла). Трубы из ПЭВП были исследованы, кроме этого, и в соответствии с ASTM D2290 и ASTM D 638. Стандартом ANSI/AWWA C151/A21.51 определяется, что предел прочности на разрыв, условный предел текучести и относительное удлинение труб из ВЧШГ определяются в соответствии с ASTM E8. Стандартом AWWA C909 не определены испытания на растяжение или на предел прочности на разрыв.


Значения предела прочности для труб из ПВХ на рис.1 представляют «краткосрочные значения». «Долгосрочные значения» будут намного меньше. В отличие от ВЧШГ, ПВХ испытывает ползучесть при растяжении даже при сравнительно низких значениях нагрузки. При увеличении нагрузки на ПВХ или при её постоянном воздействии в течении длительного времени, у молекул бывает время для высвобождения, что приводит к уменьшению величины нагрузки, требуемой для деформации материала.


Рис.1

^ Временное сопротивление разрыву


Предел прочности на разрыв труб из ВЧШГ

Предел текучести труб из ВЧШГ

Предел прочности на разрыв труб из ПВХ

Временное сопротивление разрыву

(в фунтах на кв. дюйм)



Минимальные значения

по стандарту AWWA C151

Значения, полученные на

серийных трубах

*AWWA С909 (для труб из ПВХ) не содержит минимальных данных


^ Типичные условия эксплуатации или температура, при которой производится прокладка трубопровода, не влияют на прочность труб из ВЧШГ.


Поскольку у ВЧШГ умеренный и надежный коэффициент теплового расширения, при смене рабочих температур почти не возникает проблем. У ВЧШГ нет значительной разницы в пределе прочности при обычной рабочей температуре водопроводов (от 0ºC до 35ºC или при самых экстремальных условиях прокладки трубопровода (от -30ºС до + 60ºС).

Вследствие термопластичной полимерной природы ПВХ, эксплуатационные характеристики труб из этого материала в значительной мере зависят от температуры эксплуатации. При эксплуатационной температуре выше 73,4ºF трубы из ПВХ теряют прочность, жёсткость и пространственную стабильность. Запас прочности по давлению труб из ПВХ ограничен, и при прокладке трубопроводов следует избегать излишнего осевого отклонения. И наоборот, при температуре ниже 73,4ºF ПВХ теряет ударную вязкость и становится менее гибким, что требует осторожного обращения с этим материалом в холодную погоду.

Вследствие того, что по коэффициенту теплового расширения ПВХ в 5 раз превышает ВЧШГ, при воздействии экстремальных значений температур в ПВХ возможны нежелательные структурные изменения, такие как продольный изгиб стыков или их разъединение из-за сжатия или расширения.

На рис. 2 представлено соотношение, основанное на стандартной прочности на разрыв в 11100 фунтов на кв. дюйм и гидростатической базой для проектирования (ГБП) со значением 7100 фунтов на кв. дюйм для труб из ПВХ. При температуре 110ºF предел прочности на разрыв и ГОП для труб из ПВХ составляет приблизительно половину (50%) от соответствующих значений при температуре 73,4ºF. Это изменения прочности следует учитывать при проектировании трубопроводов из ПВХ.



Временное сопротивление разрыву (в фунтах на кв. дюйм)



Расчётная температура Температура ºF


Гидростатическая база проектирования (в фунтах на кв. дюйм)
Рис.2

Зависимость прочности труб из ПЭВП от температуры


^ Гидростатическое давление разрыва труб из ВЧШГ в 5,6 раза выше, чем соответствующее значение для труб из ПВХ.

Испытание на разрыв – самый прямой показатель сопротивления материала гидростатическому давлению. Испытания проводились в соответствии с ASTM D1599. На концы образцов труб надевались заглушки с уплотнением и фиксировались в гидростатической тестовой [контрольной] структуре для предотвращения продольного давления. Данная схема позволяет сосредоточить давление главным образом в круговом направлении по стенкам труб при подведении внутреннего гидростатического давления.

Все образцы труб из ВЧШГ (диаметром от 6 до 24 дюймов) разрывались в форме осколков размером от 15 до 41 дюйма (от 38,1 до 104 см) в длину.

Четыре из 6-дюймовых труб из ПВХ лопнули спиралеобразно. Другой контрольный образец вздулся и, изогнувшись, вызвал течь на стыке с постоянным увеличением диаметра трубы на 4,49%. Фланец последней испытывавшейся в гидростатической контрольной структуре трубы был надет на втулку из ВЧШГ. При повышении давления, фланец раздулся настолько, что манжету вытолкнуло наружу, и стык дал течь. Одна из испытывавшихся 12-дюймовых труб из ПВХ взорвалась, четыре другие вздулись, некоторые также изгибались в форме дуги или змейки, уходя в сторону от концевых отверстий и вызывая течи в местах соединений. Использованием блокирующих устройств, попытками привязать трубы, так же, как и использованием коротких секций труб не удалось сдержать подвижность труб из ПВХ. Это доказывает, насколько трудно достичь надёжного механического соединения в трубах из ПВХ. Вздутие труб вызывало постоянные деформации во всех испытывавшихся 12-дюймовых образцах. Постоянные изменения диаметра образцов труб из ПВХ (после снятия внутреннего давления и демонтажа из гидростатической тестовой структуры ) составляли от 4,09% до 12,96%.* Фланцевый конец последней испытывавшейся трубы из ПВХ был надет на втулку из ВЧШГ. При повышении давления, фланец раздулся настолько, что манжету вытолкнуло наружу, и стык дал течь.

*Примечание: При более высоких значениях давления диаметр был бы ещё больше.


^ Рис.3

Гидростатические испытания на разрыв

6-дюймовых труб* ASTM D1599


^ Температура отказа (в фунтах на кв. дюйм)



Первая диаграмма представляет значения для 6-дюймовых труб из ВЧШГ РС350, вторая – для 6-дюймовых труб из ПВХ класса РС150


Примечания:

*Давление, при котором труба из ПВХ раздувается или разрывается.


На рис. 3 и 4 сравнивается среднее гидростатическое давление разрыва (труб из ВЧШГ) и давление, при котором выходят из строя трубы из ПВХ (вследствие разрыва или вздутия). Следует отметить, что трубы из ВЧШГ в классах по давлению до 350фунтов на кв. дюйм имеются во всех размерных группах, от 3 до 64 дюймов. С такими значениями, как у труб из ВЧШГ, не выпускается ни одна труба из ПВХ.


^ Рис.4

Гидростатические испытания на разрыв

12-дюймовых труб* ASTM D1599


^ Температура отказа (в фунтах на кв. дюйм)



Первая диаграмма представляет значения для 12-дюймовых труб из ВЧШГ РС350, вторая – для 12-дюймовых труб из ПВХ класса РС150


Примечания:

*Давление, при котором труба из ПВХ раздувается или разрывается.

^ Со временем прочность труб из ВЧШГ не снижается

Невозможно определить взаимосвязь между воздействием гидростатического давления и временем выхода из строя труб из ВЧШГ. Таким образом, за прочность труб из ВЧШГ, учитываемую при гидростатическом проектировании, принимается половина минимального предела текучести материала под воздействием давления, т.е. 42 000 фунтов на кв.дюйм.


Трубы из ПВХ выходят из строя под воздействием растягивающего напряжения в течение периода времени, обратно пропорционального интенсивности напряжения. Это означает, что прочность, учитывающаяся при гидростатических расчётах труб из ПВХ, меньше, чем предел текучести материала, установленный в кратковременных тестах. Используемое значение называется гидростатической базой для проектирования (ГБП)

Значение ГБП, определяемое как давление, вызывающее выход трубы из строя после 100 000 часов (11,4 года) его воздействия определяется в соответствии со стандартом ASTM по экстраполяции данных, полученных в результате тестов, продолжавшихся 10 000 часов (1,14 года). Трубы стандарта AWWA C909 с ГБП 7100 фунтов на кв. дюйм, изготавливаются из материала ПВХ с ГБП, составляющей 4000 фунтов на кв. дюйм. Труба из ПВХ с ГБП 7100 фунтов на кв. дюйм может в действительности иметь ГБП всего 6810 фунтов на кв. дюйм в соответствии с ASTM D2837. ГБП должна снижаться в случае эксплуатации трубы при температуре выше 73,4ºF.

На рис. 5 представлен график падения напряжения труб из ПВХ, показывающий соотношение между интенсивностью напряжения и временем до отказа трубы. Следует отметить, что после 11,4 лет интенсивность напряжения, вызывающего отказ трубы, составляет всего половину начального значения.

Рис.5

график разрушения для напорных труб из ПЭВП


^ Кольцевое напряжение (в фунтах на кв. дюйм)



Время до отказа (в часах) 11,4 года и 50 лет


Противодействие кратковременным разрушающим нагрузкам труб из ВЧШГ в 41 раза выше, чем труб из ПВХ, и гораздо больше при воздействии долговременных разрушающих нагрузок

Существование различных теорий проектирования подземных трубопроводов становится наиболее важным в связи с учётом требований противодействия внешним нагрузкам. Трубы из ВЧШГ и из ПВХ, будучи гибкими кольцеобразными материалами, противодействуют внешним нагрузкам изгибанием. Взаимодействие изогнутого кольцеобразного материала с окружающей почвой является сложным вопросом в теориях проектирования.

Процедура учёта внешних нагрузок для труб из ВЧШГ, предусмотренная стандартом ANSI/AWWA C150/A21.50, основана на ограничении как кольцевых нагрузок изгиба, так и осевого отклонения. Учёт внешних нагрузок стандартом ANSI/AWWA C909 не предусмотрен; единственным фактором, учитывающимся при проектировании труб из ПВХ, является осевое отклонение.

Процедура проектирования труб из ВЧШГ также ограничивает осевые нагрузки под воздействием внешних сил 3 процентами. Этот предел, основанный на характеристиках внутреннего цементно-песчаного покрытия, и выверенный для труб из ВЧШГ, включает в себя фактор надёжности 2. Эти расчёты включают тот же привычный подход по параметрам почвы и нагрузкам от земли и возникающему вследствие этого осевому напряжению.

Обычная процедура проектировки трубопроводов из ПВХ ограничивает осевое отклонение 5% - единственным параметром, касающимся внешних нагрузок. При проектировке труб как из ВЧШГ, так и из ПВХ, применяется формула Лоуа для расчётов отклонения трубы. В формуле Лоуа факторами, ограничивающими осевое отклонение, считаются как жёсткость трубы, так и жёсткость материала, окружающего трубу. Поскольку ПВХ обладает намного меньшей жёсткостью, чем ВЧШГ, важность фактора жёсткости почвы для ПВХ намного выше, чем для ВЧШГ. Это означает, что для труб из ПВХ качество ложа траншей, и проверка работ на месте установки намного более важны, чем для ВЧШГ.

Параллельные испытания на разрушение дают лишь простые сравнительные данные об относительной прочности двух материалов. На рис. 6 сравнивается жёсткость труб, вытекающая из таких тестов, проведённых на 6-дюймовых напорных трубах из ВЧШГ класса 350 и 6-дюймовых трубах из ПВХ класса 150. Аналогичным образом на рис. 7 сравниваются 12-дюймовые трубы из ВЧШГ класса 350 и 12-дюймовые трубы из ПВХ класса 150.

На основании данных испытаний на разрыв труб из ВЧШГ определены основные механические свойства, такие, как модуль упругости почвы, предел пропорциональности и предел текучести. Эти основные константы применяются во многих уравнениях при проектировании труб, разработанных на основе теории эластичности, где напряжение всегда считается пропорциональным нагрузке. У пластиков нет такой пропорциональности. Взаимосвязь между нагрузкой и деформацией зависит от длительности нагрузки, температуры и окружающей среды. Значения модуля эластичности, предела текучести , предела прочности, и других краткосрочных свойств пластмасс необходимы для определения и классификации материалов. Значения прочности и жёсткости, полученные по результатам краткосрочных испытаний, не вполне подходящие константы для использования в огромном количестве уравнений, полученных на основе эластичных характеристик. Однако многие из этих уравнений могут быть использованы и используются с пластиками, хотя их прочность и жёсткость определены значениями, которые рассматриваются как неэластичные характеристики.


Лабораторные испытания на разрушение труб из ПВХ, проведённые с последовательным увеличением радиальной нагрузки со скоростью 0,5 дюйма в минуту представляют завышенные показатели, чем долгосрочные испытания вследствие свойственной ПВХ ползучести. Свойством материала, от которого зависит кольцевая жёсткость, является модуль эластичности. Под воздействием давления модуль эластичности труб из ПВХ со временем уменьшается. Параллельные тесты на разрушение представляют лишь данные о кратковременной кольцевой жёсткости пластиковых труб. Долговременная кольцевая жёсткость может быть рассчитана лишь на основе долговременного модуля.


Рис.6

^ Жёсткость труб

6-дюймовые трубы – ASTM D2412



Жёсткость труб (в фунтах на кв. дюйм)






6-дюймовая труба из ВЧШГ 6-дюймовая труба из ПВХ

РС 350 (отклонение 3%) РС 150 (отклонение 5%)




Рис.7

^ Жёсткость труб

12-дюймовые трубы – ASTM D2412


Жёсткость труб (в фунтах на кв. дюйм)



12-дюймовая труба из ВЧШГ 12-дюймовая труба из ПВХ

РС 350 (отклонение 3%) РС 150 (отклонение 5%)




Трубы из ВЧШГ обладают ударной вязкостью, в 55 раз превышающей трубы из ПВХ.


Ударная вязкость – следующая немаловажная характеристика материала для труб. Эта характеристика относится скорее к реальным условиям хранения, транспортировки и установки, но может также оказаться важной, если в будущем предстоят работы около действующего трубопровода. Она является важной потому, что повреждения, причинённые трубопроводу при проведении таких работ, могут остаться незамеченными и сказаться при дальнейшей эксплуатации трубопровода.

На рис.8 сравниваются ударная вязкость труб из ВЧШГ и труб из ПВХ (ударная вязкость не предусмотрена стандартом ANSI/AWWA C909 для труб из ПВХ. Испытания проводились по изодовскому методу (консольной балкой) и по методу Шарпи (простая двухопорная балка). Эти значения представлены испытаниями, проведёнными при температуре 70ºF ±10ºF. (22ºС). Так же, как и прочностью на разрыв, нет связи, поддающейся измерению, между прочностью на удар и температурой установки или эксплуатации для труб из ВЧШГ. Между тем, ПВХ обнаруживает значительное снижение ударной вязкости при температуре ниже 22ºС. Прочность на удар труб из ПВХ значительно снижается при длительном воздействии солнечного света – это повод для размышлений тем, кто хранит трубы на складах.


^ Ударная вязкость

ASTM Е23


Трубы из ВЧШГ

Трубы из ПЭВП

Ударная вязкость (фут – фунт на дюйм)




Минимальное значение по методу

Шарпи AWWA С 151

Результаты измерений по

Методу Шарпи


Результаты измерений

по изодовскому методу


*AWWA C909 (для ПВХ) не содержат данных по минимальным значениям ударной вязкости.


^ Установка прямых отводов на трубах из ВЧШГ быстрее, легче и менее затратная, чем на трубах из ПВХ.


Монтаж ответвлений на трубах из ВЧШГ производится до или после установки трубы. Процедура включает в себя подгонку машины, сверление трубы, нарезание внутренней резьбы и установку вентиля ответвления. Минимальный класс давления труб из ВЧШГ позволяет устанавливать отводы диаметром ¾ дюйма. К тому же, трубы из ВЧШГ диаметром от 6-дюймов и выше минимального класса давления могут оснащаться отводами диаметром 1 дюйм. Стандартные вентили ответвления могут использоваться на всех напорных трубах из ВЧШГ и накручиваться непосредственно на трубы с соответствующим уплотнителем.

Стандарт ANSI/AWWA C909 для труб из ПВХ требует использования седел для монтажа ответвлений на всех размерах напорных труб из ПВХ всех классов давления. Использование же седел для монтажа ответвлений на трубах из ВЧШГ не представляется необходимым.


Энергосбережение

Производители труб из ПВХ рекламируют, что «внутренний диаметр труб из ПВХ больше, чем у труб из ВЧШГ, обеспечивая большую пропускную способность и меньшую потерю напора». Данное заявление является корректным для всех размеров и классов труб. Внутренние размеры труб из ВЧШГ и ПВХ очень близки, при том, что трубы из ВЧШГ имеют больший внутренний диаметр, чем 8-дюймовые напорные трубы из ПВХ класса 200, и 10- и 12-дюймовые классов 150 и 200.


К тому же, производители труб как из пвх, так и ПЭВП провозглашают значение коэффициента «С» Хэйзена-Уильямса для их труб 150. Ассоциация по исследованию труб из высокопрочного чугуна – DIPRA (АИТВЧШГ), так же, как и её предшественник, Ассоциация по исследованию труб из серого чугуна, объявляет значение коэффициента «С» Хэйзена-Уильямса 140 для труб как из ВЧШГ, так и серого чугуна, с внутренним цементно-песчаным покрытием. Данная рекомендация о значении «С» для проектирования трубопроводов имеет под собой веские основания. Она признаёт, что в условиях реальной эксплуатации трубопроводы ведут себя совсем не так, как в лабораториях. Более того, длительные исследования Ассоциации по исследованию труб из высокопрочного чугуна (АИТВЧШГ) на действующих трубопроводах показали, что показатель «С» 140 для труб из ВЧШГ с внутренним цементно-песчаным покрытием реалистичен и сохраняется в течение длительного времени – даже при транспортировке агрессивных вод. С другой стороны, АИТВЧШГ провела сравнительные испытания в потоке труб из ВЧШГ и из ПВХ. Среднее значение коэффициента «С» для труб из ПВХ составило 139,53.


Другие факторы.


Проницаемость


Трубы из ПВХ легко проницаемы и не должны прокладываться в отравленных почвах, загрязнённых углеводородами, включая сырую нефть, масла, бензин, дизельное топливо, керосин, или в или местах хранения или использования данных веществ или их составляющих. Эти химические соединения могут растворять и проникать через стенки труб из ПВХ и других пластиковых труб, растворяя их и снижая прочность труб и/или придавать питьевой воде неприятный вкус и/или запах.

В отличие от ПВХ трубы из ВЧШГ непроницаемы для углеводородов и не портятся под их воздействием. В трубопроводах из ВЧШГ потенциально проницаемыми могут быть только манжеты. Однако, благодаря большой массе манжеты и относительно малой площади её контакта с почвой, значительное загрязнение воды вследствие проникновения через манжету маловероятно, если только она не будет длительное время подвергаться воздействию чистых органических веществ. Это зафиксировано Дженкинсом из Калифорнийского университета в Беркелей в отчёте под названием «Проницаемость пластиков под воздействием органических веществ», опубликованном в августовском номере журнала Американской Ассоциации водоснабжения AWWA за 1991 г. под названием «Загрязнение питьевой воды через проницаемость пластиковых труб». Результаты обширных поисков в публикациях и в обзорах трубопроводов в США показали, что пластиковые трубы были виновниками основных случаев загрязнения воды, при этом на полибутилен , полиэтилен и поливинилхлорид приходилось 43, 39 и 15 процентов всех зафиксированных случаев соответственно. Не было зафиксировано ни одного случая загрязнения воды через трубопровод из ВЧШГ и всего один случай загрязнения через манжету, (тип трубы не указывался).

Некоторые материалы, из которых изготавливаются манжеты, лучше противостоят воздействию углеводородов, чем другие. Хотя результаты с другими материалами и многообещающие, фтороуглеродистые резиновые прокладки пока обладают наилучшими свойствами противостоять проникновению углеводородов. Манжеты из этого материала можно использовать в трубопроводах из ВЧШГ, прокладываемых в местах, загрязнённых углеводородами или подверженных риску такого загрязнения.


Гидравлический удар и циклические нагрузки.

Трубы как из ВЧШГ, так и из ПВХ подвержены циклическим нагрузкам от гидравлического удара, вызываемыми изменениями скорости потока в системе.


Трубы из ВЧШГ имеют минимальный предел текучести материала 42 000 фунтов на кв.дюйм и проектируются с учётом фактора надёжности 2,0 от данного показателя. Это устанавливает максимальное внутреннее напряжение в рабочем режиме при проектировании трубопровода на уровне 21000 фунтов на кв. дюйм. Усталость от циклических нагрузок для ВЧШГ в литературе указывается в пределах от 28000 до 35000 фунтов на кв. дюйм. Поэтому ВЧШГ не выходят из строя под воздействием усталости от нагрузок.

С другой стороны, ПВХ имеет предел усталости на уровне 1500 фунтов на кв. дюйм. При проектировании трубопроводов с трубами С900 или С905, максимально допустимое напряжение на стенках труб составляет 1600 фунтов на кв. дюйм (для С 900) или 2000 фунтов на кв. дюйм (для С905). Становится очевидным, что есть потенциал для циклической усталости. Максимально допустимое напряжение на стенках труб из ПВХ составляет 2840 фунтов на кв. дюйм. По нашим сведениям, до настоящего времени не было проведено испытаний на предел усталости труб из ПВХ.


Устройство траншей.

Вследствие малой прочности труб из ПВХ, требования к траншеям при прокладке трубопроводов из ПВХ намного выше. Правильное устройство траншей необходимо для контроля осевого отклонения, которое является единственным критерием, предусмотренным при проектировании труб из ПВХ с чётом внешних нагрузок. Стандарты, связанные с рекомендуемой практикой установки пластиковых подземных трубопроводов, предусматривают засыпку трубы частицами минимального размера, зависящего от диаметра трубы, так, чтобы почва была равномерно уплотнена для того, чтобы обеспечить равномерные пассивные боковые силы почвы. Почва также не должна содержать органические вещества. Ложе траншеи должно быть гладким и не должно содержать большие камни, комки грязи, замёрзшие материалы, так как эти предметы могут ослабить прочность материала из-за царапин и проницания. Такие жёсткие требования непрактичны и не всегда реализуемы во многих регионах.


Благодаря прочности, присущей трубам из ВЧШГ, траншеи типа 1 (плоское ложе, свободная засыпка) или типа 2 (плоское ложе, засыпка с небольшим уплотнением), предусмотренные стандартом ANSI/AWWA C150/A21.50 – наиболее характерны для большинства мест, где они применяются и лучше всего подходят для таких условий.


Соединения и угловые отклонения стыков.


Согласно брошюре Упонор, отклонения для муфтовых соединений труб из ПВХ составляет около 2º. Для изгибов с большими отклонениями требуется либо наличие специальных фитингов, либо осевого отклонения самой трубы, что приведёт к увеличению нагрузки на стенки труб (возможно, зачастую не до конца просчитанной при проектировании трубопровода).

С трубами из ВЧШГ не требуется выдерживать определённое усилие для поворота стыка на нужный угол. Раструбные соединения труб из ВЧШГ позволяют, в зависимости от диаметра труб, угловое отклонение до 5º. Трубы из ВЧШГ, оснащённые шаровыми и муфтовыми соединениями, допускают угловые отклонения до 15º на каждом стыке во всех размера, включая 24 дюйма; на трубах диаметром 30 дюймов и выше, максимальное отклонение составляет от 12,5º до 15º.


Фланцевые соединения

Поскольку не все фланцевые соединения легко адаптируемы к трубам из ПВХ, с этими трубами может комплектоваться лишь ограниченное число типов фланцевых соединений. Более того, вследствие того, что все механизмы фланцевых соединений имеют желобок или зубчатые края, врезающиеся в трубу, они могут вызвать царапины на поверхности труб. Поэтому в местах изменения направления потока или осевого отклонения трубопровода требуется установка не фланцевых соединений, а упорных подушек.


Для труб из ВЧШГ имеется широкий выбор фланцевых соединений, дающий проектировщикам свободу выбора и гибкость при проектировании и прокладке трубопроводов.


Провод для обнаружения металлоискателем.

Вследствие того, что подземный трубопровод из ПВХ является неметаллическим, его невозможно обнаружить с помощью детектора металла. Для обеспечения возможности его обнаружения с помощью электронных металлоискателей, в траншеи должен укладываться специальный провод. Трубопровод из ВЧШГ не требует применения таких мер, так как выполнен из металла.


Земляные работы вблизи трубопровода


Существующие труб из ПВХ намного более уязвимы к проколам и повреждению, чем трубопроводы из ВЧШГ при проведению земляных или строительных работ вблизи трубопровода.


Плавучесть.

Труба из ПВХ легче воды – это вызывает озабоченность при прокладке трубопроводов в местах, имеющих высокий уровень грунтовых вод или при вероятности затопления траншеи. Для предотвращения сдвига уложенного трубопровода с места из-за всплытия трубы из ПВХ, она должна быть надёжно прикреплена к днищу траншеи. При правильной установке всплытие трубопроводам из ВЧШГ не грозит.


Воздействие солнечных лучей.

Следует применять меры предосторожности по предотвращению воздействия солнечных лучей в течение длительного времени на трубы из ПВХ, потому что в этом случае может наступить повреждение их поверхности от солнечного ультрафиолетового излучения. Этот эффект обычно называют старением материала под воздействием ультрафиолета. Согласно спецификациям ASTM, если пластиковая труба хранится на открытом воздухе, ей требуется защита в соответствии с рекомендациями производителя. В жарком климате покрытие должно обеспечивать циркуляцию воздуха вокруг труб и внутри них. Трубы из ВЧШГ не требуют защиты от света или от погодных факторов.

В справочнике по монтажу труб из ПВХ говорится, что «при воздействии на ПВХ солнечного света в течение длительного времени, может происходить медленное обесцвечивание труб. Это обесцвечивание является индикатором возможной потери ударной вязкости материала».

Хотя долгосрочные эффекты воздействия солнечных лучей на трубы из ПЭВП и ПВХ пока не ясны, можно определённо говорить об изменении свойств материалов, поскольку говорится о снижении ударной вязкости.

Трубы из ВЧШГ не ухудшают своих свойств под воздействием солнечного света или других погодных факторов.


Последствия царапин.

По сравнению с трубами из ВЧШГ, ПВХ – очень мягкий материал, и, следовательно, очень уязвим, и легко царапается, истирается и другим образом повреждается при транспортировке или установке. В действительности, стандартом ANSI/AWWA C909 предусмотрено, что «стенки труб не должны иметь зазубрин и значительных царапин». Это то же положение, которое содержится в стандартах С900 и С905 для труб из ПВХ и довольно непрактичное в отношении многих стройплощадок.


Согласно Хакс, тесты, проведённые на пластиковых трубах, показали, что царапины глубиной 0,01 дюйма и длиной 10 дюймов на трубе диаметра 1-1/2 дюйма и класса давления 160 фунтов на кв. дюйм снижают число циклов до отказа с 52 000 до 9 600. Компания Джей-Эм Мэньюфэкчуринг Компани в своём «Руководстве по установке труб из ПВХ для водоснабжения» рекомендует «ремонтировать зазубрины, имеющие глубину более, чем 10 % от толщины стенок труб». Эта критическая глубина представляет 0,02 дюйма для 6-дюймовой трубы из ПВХ класса 150. Согласно Джей-Эм, повреждённый участок должен ремонтироваться хомутом или удаляться.


Благодаря высокой прочности и долговечности труб из ВЧШГ, царапины и выбоины на них при нормальном обращении не могут сказаться на их надёжности или на сроке их службы.


История эксплуатационных качеств


Производство труб, возможно, происходит от литья пушек, которое впервые датируется 1313 годом. Существует официальная запись о производстве чугунных труб в г. Зигерланд (Германия) в 1455 г. для трубопровода в замке Дилленбург.

Самая ранняя запись о стандартах AWWA для труб из серого чугуна содержится в Докладе о мероприятиях, посвящённых десятому ежегодному совещанию Американской ассоциации водопроводных работ (1890г.). 10 сентября 1902 г. Ассоциация водоснабжения Новой Англии приняла более детальный доклад стандарт под названием «Стандартные спецификации для чугунных труб и специальных фасонных частей».

Появление труб из ВЧШГ в 1948 г. явилось одним из наиболее заметных событий в развитии производства напорных труб. Первое издание ANSI/AWWA C150/A21.50 стандарт разработки труб из ВЧШГ) и ANSI/AWWA C151/A21.51 (стандарт производства труб из ВЧШГ) был издан в 1965 г.

Срок службы труб из ВЧШГ превышает 40 лет. Исходя из их близкого физического сходства с трубами из серого чугуна, и основываясь на длительности эксплуатации чугунных трубопроводов, можно сделать прогноз о сроках службы трубопроводов из ВЧШГ. Это сравнение подтверждается данными обширных исследований о сравнении степени коррозии труб из ВЧШГ и из серого чугуна, которые показывают, что ВЧШГ, как минимум, столь же коррозийно-устойчив, как и серый чугун.

Серый чугун и ВЧШГ прошли проверку временем. С другой стороны, стандарт ANSI/AWWA C909 для труб из ПВХ был издан в 1998 г.


Заключение

--------------------------------------------------------------------------------------------------

Трубы из ВЧШГ давно признаны непревзойдённым материалом для строительства водопроводов и канализаций. Его превосходные прочность и долговечность позволяют проектировать трубопроводы при традиционных подходах и устанавливать их с уверенностью, что реальные условия эксплуатации, в которых им предстоит служить, не окажутся невыполнимыми для труб из ВЧШГ.


При изначальном выборе материала для труб следует принимать во внимание, что учёт долгосрочных перспектив со временем поможет избежать непомерных расходов, связанных с ранней заменой подземных трубопроводов.


Свойства труб из ВЧШГ доказаны временем – этот продукт находится на рынке уже более 45 лет, а если учитывать его предшественника - трубы из серого чугуна, то уже несколько столетий.


Вне зависимости от критериев – прочность, долговечность, установка прямых отводов, пропускная способность, фактор надёжности, реальный опыт прокладки трубопроводов – легко понять то, что знают все, кто давно знаком с трубами. Трубы из ВЧШГ – правильный выбор!


Ссылки

------------------------------------------------------------------------------------------------

  1. Стандарт ANSI/AWWA C150/A21.50, «Американский стандарт толщины стенок труб из ВЧШГ» Американская ассоциация водопроводных работ, Денвер, Колорадо (1996).

  2. ANSI/AWWA C909 «Американский Национальный стандарт для напорных труб из молекулярно ориентированного поливинилхлорида (от100 до 300 мм), для водоснабжения», Американская Ассоциация водопроводных работ, Денвер, Колорадо (1996)

  3. Оригинальные испытания были проведены независимой инженерной тестинговой фирмой Стракчрал Композитс в 1999 г. в Мельбурне, Флорида, а также Американ Каст Компании в Бирмингеме, шт. Алабама в 1999 г. и засвидетельствованы независимой консалтинговой тестинговой фирмой Профешнл Сервисез Индастриз. Дополнительные испытания были проведены независимой тестинговой фирмой Пластикс Инжиниринг Лаборатории в 2000 г. в Лоуренсвилле, шт. Джорджия и Юнайтед Стейтс Фаундри Компании в 1999 – 2000 гг. в Бирмингеме, шт. Алабама.

  4. Стандарт ANSI/AWWA C151/A21.51 «Американский национальный стандарт для центорбежнолитых труб из ВЧШГ для водоснабжения», Американская ассоциация водопроводных работ (AWWA), Денвер, Колорадо (1996)

  5. ANSI/AWWA C605 «Американский национальный стандарт по подземной прокладке напорных водопроводных труб и фитингов из ПВХ», Денвер, Колорадо (1994)

  6. Методы испытаний металлических материалов на растяжение ASTM Е8

  7. ASTM D2290 Испытание на временное сопротивление разрыву кольцеобразных и трубообразных материалов из пластика и усиленного пластика.

  8. ASTM D638 «Временное сопротивление разрыву пластиков».

  9. Американская ассоциация водопроводных работ, руководство М23 «Проектировка и монтаж труб из ПВХ» Американская ассоциация водопроводных работ, Денвер, Колорадо (1980), стр.9, Юни-Белл Плэстик Пайп Ассоушиэйшн, «Руководство по проектировке и монтажу трубопроводов из ПВХ», Даллас, Техас, 1991, стр. 116.

  10. AWWA М23, стр. 9

  11. AWWA М23, стр. 9

  12. «Руководство по монтажу труб из ПВХ»

  13. ASTM D1599 Методы кратковременных гидравлических испытаний на отказ пластиковых труб, тюбингов и фитингов.

  14. ««Руководство по монтажу труб из ПВХ»

  15. ASTM D2837 «Стандартный метод испытаний термопластиковых материалов для труб с целью получения гидростатической базы для проектирования (ГБП)»

  16. ^ ANSI/AWWA C909

  17. «Руководство по монтажу труб из ПВХ»

  18. «Инженерные свойства полиэтилена», Институт пластиковых труб, стр. 3-11.

  19. ASTM Е23 «Испытания на удар металлических материалов»

  20. «Руководство по монтажу труб из ПВХ»,стр 213

  21. «Руководство по монтажу труб из ПВХ», стр. 60

  22. Д.Дженкинс. «Проницаемость пластиковых труб для органических химикатов», журнал Американской ассоциации водопроводных работ (AWWA), август 1991

  23. «Руководство по монтажу труб из ВЧШГ» Американская ассоциация литейщиков, 1992, стр. 25, 26.

  24. Руководство АСМ, том 19«Усталость и фракции», АСМ Интернэшнл,1996, стр. 665-679

  25. Специальный выпуск АСМ, «Чугун», АСМ Интернэшнл,1996, стр.395-408.

  26. Сборник о ВЧШГ, Понт-а-Муссон, 1986, А 81

  27. Роберт Т.Хукс «Разработка трубопроводов из ПВХ для водоснабжения», Журнал Американской ассоциации водопроводных работ, июль 1972,стр. 447

  28. ASTM D2774,»Стандартная практика прокладки подземных напорных трубопроводов из термопластиков», 1994

  29. ASTM D2774.С909, секция 4.3.2.

  30. УПОНОР, «Ультра-голубые СIOD»

  31. УПОНОР, «Спецификации ультра-голубых кратких форм»

  32. AWWA С600 – 99, стр. 12-14.

  33. Прокладка подводных трубопроводов из ВЧШГ, Ассоциация по исследованию труб из высокопрочного чугуна, Бирминген, Алабама.

  34. «Руководство по монтажу труб из ПВХ»

  35. ASTM D2774.

  36. Руководство по монтажу водопроводных труб из ПВХ класса Блу Брут, Джонс-мэнвилл, Денвер, Колорадо, 1979, стр. 7.

  37. С909, секция 4.3.2.

  38. Роберт Т.Хукс «Разработка трубопроводов из ПВХ для водоснабжения», «Гражданское строительство», июнь 1972, стр. 73.

  39. Руководство по монтажу водопроводных труб из ПВХ класса Блу Брут, стр. 37

  40. Руководство по монтажу водопроводных труб из ПВХ класса Блу Брут, стр. 37

  41. Приблизительно 560 хозяйств в США и Канаде являются членами «Векового клуба труб из серого чугуна» за непрерывную эксплуатацию чугунных трубопроводов на протяжении 100 и более лет. По меньшей мере 16 хозяйств удостоились членства в «Полуторавековом клубе труб из серого чугуна» за непрерывную эксплуатацию чугунных трубопроводов на протяжении 150 и более лет.

  42. Е.С.Сирс. «Сравнение коррозийной устойчивости в почве труб из серого чугуна и из ВЧШГ», защита материалов. Октябрь 1968.




Скачать 278.66 Kb.
оставить комментарий
Дата30.11.2011
Размер278.66 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх