Склопластикові труби: переваги, технологія виробництва,

02-01-2018
Труби

Як виглядає виробництво труб зі склопластику? Якими повинні бути склопластикові труби по ГОСТу? Наскільки привабливі їх характеристики на тлі альтернативних рішень? Давайте спробуємо відповісти на ці питання.

Зразки труб з сполуками різних типів.

Що це таке

Що являє собою склопластик? Назва, в общем-то, дає вичерпне уявлення про склад матеріалу: сполучна (епоксидна або поліефірна смола) армується скловолокном. Армування забезпечує стійкість по відношенню до навантажень на розтяг і вигин; сполучна гарантує стійкість до ударних навантажень.

Зверніть увагу: застосовуються смоли - типові реактопласти. При твердінні в них відбуваються незворотні хімічні зміни; раз так - на відміну від термопластів, контактне зварювання виробів неможлива. Для з'єднання труб застосовуються клей, фланці під болти, різьблення і т.д.

Фланцеве з'єднання стеклопластикового трубопроводу.

Історія

Технологія виробництва зародилася в п'ятдесятих роках минулого століття, коли почалося промислове виготовлення епоксидних смол. Як і будь-яка нова технологія, на початковому етапі ця не користувалася особливою популярністю: відсутність досвіду використання склопластику доповнювала невисока ціна на традиційні матеріали (сталь, мідь і алюміній).

Приблизно до середини 60-х, проте, картина почала змінюватися.

Що сталося?

  • Зросли ціни на сталь і кольорові метали.
  • Почалася комерційна розробка шельфових родовищ нафти і газу. Склопластикові труби НКТ (насосно-компресорні) вигідно відрізнялися від металевих невеликою вагою і, що ще важливіше, корозійну стійкість: контакт з солоною водою не завдавав їм жодної шкоди, на відміну від конкуруючих продуктів.
  • Нарешті, самі технології виробництва склопластику теж не стояли на місці: він ставав дешевше і міцніше.

Результат не змусив себе чекати: до кінця 60-х американська компанія Ameron вийшла зі своїми склопластиковими трубами високого тиску спочатку на північноамериканський, а потім і на близькосхідний ринок. До 80-років підтягнулися європейські і, трохи пізніше, радянські (пізніше - російські) виробники.

Продукція Ameron і зараз затребувана російським ринком, незважаючи на наявність вітчизняних виробників.

переваги

Чим склопластик завоював популярність?

Список його переваг не надто великий, але виглядає вельми переконливо.

  1. Вельми розумна на тлі високолегованих і неіржавіючих сталей вартість.
  2. Стійкість до корозії і агресивних середовищ.

Корисно: при необхідності транспортування особливо агресивних рідин елементи трубопроводів футеруются поліетиленом високого тиску.

  1. Невелика вага. Питома міцність склопластику (міцність, віднесена до щільності) в 3,5 рази вище, ніж у сталі; таким чином, равнопрочние конструкції з цих матеріалів будуть відрізнятися вагою в кілька разів.
При такій же товщині стінок, як у сталевої труби, склопластикові поступається їй в міцності досить незначно.
  1. Можливість отримання матеріалу із заданими механічними властивостями завдяки певною схемою армування. Наприклад, спірально-кільцева намотування скловолокна забезпечує найвищу стійкість до внутрішнього тиску.

виробництво

Як виглядає виробництво склопластикових труб?

До теперішнього часу можна виділити чотири основні технології їх виготовлення.

Назва опис
екструзія Смола змішується з затверджувачем і рубаним скловолокном, після чого продавлюється екструдером через кільцевий отвір. Виробництво дешево, технологічно, однак відсутність регулярного армирующего каркаса позначається на підсумковій міцності виробів.
пултрузії Труба формується між внутрішньою і зовнішньою оправками. Обидві поверхні виходять ідеальними; проте ряд технологічних обмежень не дозволяє виробляти таким чином труби великих діаметрів і з високим робочим тиском.
відцентрове формування Армування є готовий рукав з склотканини, який притискається до поверхні обертової форми відцентровими силами. Вони ж сприяють рівномірному розподілу смоли по майбутнім стінок. Основна перевага технології - можливість отримати гладку зовнішню поверхню; основний недолік - енергоємність і, відповідно, дорожнеча.
намотування Просочене сполучною скловолокно (нитка, стрічка або тканину) намотується на циліндричну оправку. Устаткування для виробництва склопластикових труб методом намотування найбільш поширене завдяки відносній простоті і високій продуктивності.
Схема виробництва методом пултрузии.

У останнього методу виробництва є кілька, так би мовити, підвидів. Давайте познайомимося з ними.

Спірально-кільцева намотування

Укладальник - кільце з декількома механізмами подачі просоченої нитки - здійснює зворотно-поступальні рухи уздовж обертається оправлення. При кожному проході укладається шар волокон з постійним кроком; кільцева схема укладання, як ми пам'ятаємо, дозволяє домогтися максимальної міцності труби на розрив.

Цікаво: попередній натяг нитки теж сприятливо позначається на підсумковій міцності вироби, запобігаючи появі тріщин при навантаженнях, що вигинають.

Методом спірально-кільцевої намотування виготовляються насосно-компресорні труби, розраховані на високі робочі тиску, несучі конструктивні елементи (в тому числі композитні опори ЛЕП) і навіть корпусу ракетних двигунів.

Виготовлення НКТ спірально-кільцевої намотуванням.

Спірально-стрічкова намотування

Різниця з попереднім методом - лише в тому, що за один прохід укладальник формує вузьку стрічку в десяток-другий волокон. Відповідно, для формування суцільного армування потрібно куди більше проходів; саме армування виходить трохи менш щільним. Головне достоїнство методу - куди простіше і, відповідно, дешеве обладнання.

Поздовжньо-поперечна намотування

Принципова відмінність від попередніх схем - в тому, що намотування робиться безперервної: укладальник одночасно укладає поздовжні і поперечні нитки. Здавалося б, це повинно спростити і здешевити технологію; однак тут є суто механічна проблема.

Оправлення, на якій намотується майбутня труба, обертається; раз так - повинні обертатися і котушки, з яких розмотується нитку поздовжнього армування. Причому чим більше діаметр труби, тим більше повинно бути котушок.

Поздовжньо-поперечний намотчик.

Косослойное поперечно-поздовжнє намотування

Це рішення було розроблено ще за життя Радянського Союзу в Харкові і спочатку застосовувалося при виробництві корпусів реактивних снарядів. Пізніше воно набуло поширення на всьому пострадянському просторі.

У чому суть методу?

  • Укладальник формує широку стрічку паралельних просочених сполучною волокон.
  • Стрічка перед намотуванням на оправлення попередньо обмотується ниткою без просочення, згодом утворює осьову арматуру. Самі ж зібрані в стрічку нитки утворюють, відповідно, арматуру поперечну: стрічка укладається поперек осі оправлення.
  • Після укладання кожен шар прокочується валиками, що ущільнюють армування і витісняють зайве сполучна.

Чим вигідна така схема?

  • Можливістю безперервного виробництва. За один прохід можна сформувати як завгодно товсті стінки, просто міняючи нахлест стрічки.
  • Високою продуктивністю.
  • Можливістю робити склопластикові труби великого діаметра (в теорії - без будь-яких обмежень максимального розміру). Габарити обмежені тільки розміром оправлення.
  • Надзвичайно високим вмістом скловолокна в готовому матеріалі. Воно доходить до 85% проти 45-65% при альтернативних способах. Це впливає як на підсумкову міцність, так і на горючість продукції.
Косослойное поперечно - поздовжня намотування.

стандарти

Виробництво цікавлять нас виробів регламентується двома нормативними документами:

  1. ГОСТ Р 53201-2008 містить техумови для виготовлення труб діаметром 50-200 мм на різьбових з'єднаннях.
  2. Розроблений за участю ТОВ НТТ (Нові Трубні Технології) ГОСТ Р 54560-2011 описує деталі трубопроводів з реактопластів, армованих скловолокном.

Вивчимо основні положення документів.

ГОСТ Р 53201-2008

Передбачений стандартом режим експлуатації труб виглядає так:

  • Температура - від -60 до + 60С.
  • Відносна вологість - до 100%.
  • Температура рідини, що транспортується - до + 110С.
  • Робочий тиск - від 3,5 до 27,6 МПа.

Передбачаються наступні варіанти використання описаних стандартом виробів:

  1. Транспортування нафти і газового конденсату.
  2. Транспортування розчинів солей (включаючи морську воду).
  3. Спорудження ліфтових колон.
  4. Кріплення свердловин різного призначення.
Розібрана обсадная колона.
  1. Підтримка пластового тиску при розробці підземних родовищ.
  2. Технічне і питне водопостачання.

Стандарт виділяє три типи труб:

позначення розшифровка
НК Насосно-компресорні
Про обсадні
Л лінійні

Якими можуть бути діаметри склопластикових труб, вироблених за ГОСТ Р 53201-2008, і інші їх характеристики?

Насосно-компресорні, обсадні

Внутрішній діаметр, мм Номінальний тиск, МПа Мінімальна товщина стінки, мм Маса погонного метра, кг
50 6,9 - 27,6 4,3 - 8,4 1,6 - 3,3
63 6,9 - 27,6 4,6 - 10,7 2,2 - 5,5
100 10,3 - 17,2 8,1 - 12,2 5,8 - 8,2
150 10,3 - 17,2 13,5 - 15,0 14,0 - 14,9
200 10,3 13,6 16,5
На фото - склопластикові НКТ високого тиску.

лінійні

Внутрішній діаметр, мм Номінальний тиск, МПа Мінімальна товщина стінки, мм Маса погонного метра, кг
50 10,3 - 27,6 2,79 - 8,10 1,2 - 3,1
63 8,6 - 27,6 2,80 - 9,90 1,4 - 5,2
100 5,5 - 27,6 2,80 - 16,00 2,3 - 12,8
150 5,5 - 13,8 4,57 - 11,20 5,1 - 12,2
200 5,5 - 13,8 5,84 - 14,70 8,6 - 22,6

Крім типорозмірів труб, в документі міститься детальна інструкція по виготовленню фітингів із зазначенням базових розмірів, вимоги до зовнішнього вигляду, максимальним допуском і маркування всіх виробів.

ГОСТ Р 54560-2011

Стандарт описує трубопроводи, що експлуатуються в куди більш м'яких порівняно з описаними вище умовах:

  • Робочий тиск - до 3,2 МПа;
  • Температура середовища - до 35С;
  • Транспортуються рідини - вода, водні розчини і стоки (побутові і промислові).
М'які вимоги до міцності дозволяють обійтися стінками невисокою товщини.

Важливо: дія ДСТУ не поширюється на трубопроводи для внутрішніх водопроводів і каналізації.

В рамках документа продукція класифікується за такими ознаками:

  • Діаметру (DN). Діапазон значень - від 300 до 3000 міліметрів.
  • Номінальному тиску (PN). Для безнапірних труб саме поняття PN досить умовно і береться рівним 0,1 - 0,4 МПа; для напірних воно приймає значення 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 і 3,2 МПа.
  • Номінальної жорсткості (SN). Вона теж вимірюється в мегапаскалях і може бути рівною 1250, 2500, 5000 і 10000.

Зверніть увагу: при прокладці стеклопластиковой системи каналізації своїми руками варто враховувати, що труби SN 1250 не рекомендовані для підземної прокладки в принципі, а SN 2500 рекомендується прокладати в лотках.

Для підземного укладання використовуються товстостінні труби високої жорсткості.

Документ, як і попередній, перераховує основні розміри всіх видів фітингів і вимоги до їх зовнішнім виглядом, міцності, маркування та методам армування.

висновок

Зрозуміло, в нашому матеріалі ми торкнулися лише невеликої частини досить великою теми використання склопластику. Ми не з'ясували, чи можна застосовувати склопластикові труби для опалення або побутової каналізації, наскільки вони гарні на тлі металополімерних або повністю пластикових виробів. Частина з цих питань зачіпає відео в цій статті. Успіхів!