Как выглядит производство труб из стеклопластика? Какими должны быть стеклопластиковые трубы по ГОСТу? Насколько привлекательны их характеристики на фоне альтернативных решений? Давайте попробуем ответить на эти вопросы.
Образцы труб с соединениями разных типов.
Что это такое
Что представляет собой стеклопластик? Название, в общем-то, дает исчерпывающее представление о составе материала: связующее (эпоксидная или полиэфирная смола) армируется стекловолокном. Армирование обеспечивает устойчивость по отношению к нагрузкам на растяжение и изгиб; связующее гарантирует стойкость к ударным нагрузкам.
Обратите внимание: применяющиеся смолы — типичные реактопласты.
При твердении в них происходят необратимые химические изменения; раз так — в отличие от термопластов, контактная сварка изделий невозможна.
Для соединения труб применяются клей, фланцы под болты, резьбы и т.д.
Фланцевое соединение стеклопластикового трубопровода.
История
Технология производства зародилась в пятидесятых годах прошлого века, когда началось промышленное изготовление эпоксидных смол. Как и любая новая технология, на начальном этапе эта не пользовалась особой популярностью: отсутствие опыта использования стеклопластика дополняла невысокая цена на традиционные материалы (сталь, медь и алюминий).
Примерно к середине 60-х, однако, картина начала меняться.
Что произошло?
- Выросли цены на сталь и цветные металлы.
- Началась коммерческая разработка шельфовых месторождений нефти и газа. Стеклопластиковые трубы НКТ (насосно-компрессорные) выгодно отличались от металлических небольшим весом и, что еще важнее, коррозионной стойкостью: контакт с соленой водой не наносил им никакого ущерба, в отличие от конкурирующих продуктов.
- Наконец, сами технологии производства стеклопластика тоже не стояли на месте: он становился дешевле и прочнее.
Результат не заставил себя ждать: к концу 60-х американская компания Ameron вышла со своими стеклопластиковыми трубами высокого давления вначале на североамериканский, а затем и на ближневосточный рынок. К 80-годам подтянулись европейские и, чуть позже, советские (позже — российские) производители.
Продукция Ameron и сейчас востребована российским рынком, несмотря на наличие отечественных производителей.
Преимущества
Чем стеклопластик завоевал популярность?
Список его достоинств не слишком велик, но выглядит весьма убедительно.
Полезно: при необходимости транспортировки особо агрессивных жидкостей элементы трубопроводов футеруются полиэтиленом высокого давления.
При такой же толщине стенок, как у стальной трубы, стеклопластиковая уступает ей в прочности весьма незначительно.
Производство
Как выглядит производство стеклопластиковых труб?
К настоящему времени можно выделить четыре основных технологии их изготовления.
| Название | Описание |
| Экструзия | Смола смешивается с отвердителем и рубленым стекловолокном, после чего продавливается экструдером через кольцевое отверстие. Производство дешево, технологично, однако отсутствие регулярного армирующего каркаса сказывается на итоговой прочности изделий. |
| Пултрузия | Труба формируется между внутренней и наружной оправками. Обе поверхности получаются идеальными; однако ряд технологических ограничений не позволяет производить таким образом трубы больших диаметров и с высоким рабочим давлением. |
| Центробежное формование | Армирование представляет собой готовый рукав из стеклоткани, который прижимается к поверхности вращающейся формы центробежными силами. Они же способствуют равномерному распределению смолы по будущим стенкам. Основное достоинство технологии — возможность получить гладкую наружную поверхность; основной недостаток — энергоемкость и, соответственно, дороговизна. |
| Намотка | Пропитанное связующим стекловолокно (нить, лента или ткань) наматывается на цилиндрическую оправку. Оборудование для производства стеклопластиковых труб методом намотки наиболее распространено благодаря относительной простоте и высокой производительности. |
Схема производства методом пултрузии.
У последнего метода производства есть несколько, так сказать, подвидов. Давайте познакомимся с ними.
Спирально-кольцевая намотка
Укладчик — кольцо с несколькими механизмами подачи пропитанной нити — совершает возвратно-поступательные движения вдоль вращающейся оправки. При каждом проходе укладывается слой волокон с постоянным шагом; кольцевая схема укладки, как мы помним, позволяет добиться максимальной прочности трубы на разрыв.
Любопытно: предварительное натяжение нити тоже благоприятно сказывается на итоговой прочности изделия, предотвращая появление трещин при изгибающих нагрузках.
Методом спирально-кольцевой намотки изготавливаются насосно-компрессорные трубы, рассчитанные на высокие рабочие давления, несущие конструктивные элементы (в том числе композитные опоры ЛЭП) и даже… корпуса ракетных двигателей.
Изготовление НКТ спирально-кольцевой намоткой.
Спирально-ленточная намотка
Разница с предыдущим методом — лишь в том, что за один проход укладчик формирует узкую ленту в десяток-другой волокон. Соответственно, для формирования сплошного армирования требуется куда больше проходов; само армирования получается несколько менее плотным. Главное достоинство метода — куда более простое и, соответственно, дешевое оборудование.
Продольно-поперечная намотка
Принципиальное отличие от предыдущих схем — в том, что намотка делается непрерывной: укладчик одновременно укладывает продольные и поперечные нити. Казалось бы, это должно упростить и удешевить технологию; однако здесь есть сугубо механическая проблема.
Оправка, на которой наматывается будущая труба, вращается; раз так — должны вращаться и катушки, с которых разматывается нить продольного армирования. Причем чем больше диаметр трубы, тем больше должно быть катушек.
Продольно-поперечный намотчик.
Косослойная поперечно-продольная намотка
Это решение было разработано еще при жизни Советского Союза в Харькове и первоначально применялось при производстве корпусов реактивных снарядов. Позже оно получило распространение на всем постсоветском пространстве.
В чем суть метода?
- Укладчик формирует широкую ленту параллельных пропитанных связующим волокон.
- Лента перед намоткой на оправку предварительно обматывается нитью без пропитки, впоследствии образующей осевую арматуру. Сами же собранные в ленту нити образуют, соответственно, арматуру поперечную: лента укладывается поперек оси оправки.
- После укладки каждый слой прокатывается валиками, уплотняющими армирование и вытесняющими лишнее связующее.
Чем выгодна такая схема?
- Возможностью непрерывного производства. За один проход можно сформировать сколь угодно толстые стенки, просто меняя нахлест ленты.
- Высокой производительностью.
- Возможностью производить стеклопластиковые трубы большого диаметра (в теории — без каких-либо ограничений максимального размера). Габариты ограничены только размером оправки.
- Чрезвычайно высоким содержанием стекловолокна в готовом материале. Оно доходит до 85% против 45-65% при альтернативных способах. Это влияет как на итоговую прочность, так и на горючесть продукции.
Косослойная поперечно — продольная намотка.
Стандарты
Производство интересующих нас изделий регламентируется двумя нормативными документами:
Изучим основные положения документов.
ГОСТ Р 53201-2008
Предусмотренный стандартом режим эксплуатации труб выглядит так:
- Температура — от -60 до +60С.
- Относительная влажность — до 100%.
- Температура транспортируемой жидкости — до +110С.
- Рабочее давление — от 3,5 до 27,6 МПа.
Предусматриваются следующие варианты использования описанных стандартом изделий:
Разобранная обсадная колонна.
Стандарт выделяет три типа труб:
| Обозначение | Расшифровка |
| НК | Насосно-компрессорные |
| О | Обсадные |
| Л | Линейные |
Какими могут быть диаметры стеклопластиковых труб, произведенных по ГОСТ Р 53201-2008, и прочие их характеристики?
Насосно-компрессорные, обсадные
| Внутренний диаметр, мм | Номинальное давление, МПа | Минимальная толщина стенки, мм | Масса 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 — стеклопластиковые НКТ высокого давления.
Линейные
| Внутренний диаметр, мм | Номинальное давление, МПа | Минимальная толщина стенки, мм | Масса 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 |
Кроме типоразмеров труб, в документе содержится детальная инструкция по изготовлению фитингов с указанием базовых размеров, требования к внешнему виду, максимальным допускам и маркировке всех изделий.
ГОСТ Р 54560-2011
Стандарт описывает трубопроводы, эксплуатирующиеся в куда более мягких по сравнению с описанными выше условиях:
- Рабочее давление — до 3,2 МПа;
- Температура среды — до 35С;
- Транспортируемые жидкости — вода, водные растворы и стоки (бытовые и промышленные).
Мягкие требования к прочности позволяют обойтись стенками невысокой толщины.
Важно: действие ГОСТ не распространяется на трубопроводы для внутренних водопроводов и канализации.
В рамках документа продукция классифицируется по следующим признакам:
- Диаметру (DN). Диапазон значений — от 300 до 3000 миллиметров.
- Номинальному давлению (PN). Для безнапорных труб само понятие PN довольно условно и берется равным 0,1 — 0,4 МПа; для напорных оно принимает значения 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 и 3,2 МПа.
- Номинальной жесткости (SN). Она тоже измеряется в мегапаскалях и может быть равной 1250, 2500, 5000 и 10000.
Обратите внимание: при прокладке стеклопластиковой системы канализации своими руками стоит учитывать, что трубы SN 1250 не рекомендованы для подземной прокладки в принципе, а SN 2500 рекомендуется прокладывать в лотках.
Для подземной укладки используются толстостенные трубы высокой жесткости.
Документ, как и предыдущий, перечисляет основные размеры всех видов фитингов и требования к их внешнему виду, прочности, маркировке и методам армирования.
Заключение
Разумеется, в нашем материале мы коснулись лишь небольшой части весьма обширной темы использования стеклопластика. Мы не выяснили, можно ли применять стеклопластиковые трубы для отопления или бытовой канализации, насколько они хороши на фоне металлополимерных или полностью пластиковых изделий. Часть из этих вопросов затрагивает видео в этой статье. Успехов!
Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен