Что такое mrs в трубах

Выбор характеристик полиэтиленовых труб в зависимости от результатов гидравлического расчета

Selecting Characteristics of Polyethylene Pipes depending on the Hydraulic Calculation Results

Keywords: pressure polyethylene pipes, single-layer pipes, multi-layer pipes, hydraulic calculation of pipelines, flow head losses

Use of pressure polyethylene (PE) pipes for construction of outside networks is becoming more and more popular over the last years. An important stage of outside water supply pipelines’ design is correct selection of pipes. This article describes the main characteristics of pipes, provides an algorithm for hydraulic calculations and recommendations on selection of pipes based on their characteristics.

Использование напорных полиэтиленовых (ПЭ) труб для прокладки наружных сетей получило широкое распространение в последние годы. При проектировании трубопроводов наружного водоснабжения важным этапом является правильный выбор труб. В данной статье описаны основные характеристики труб, дан алгоритм проведения гидравлического расчета и рекомендации по выбору труб в зависимости от их характеристик.

Выбор характеристик полиэтиленовых труб в зависимости от результатов гидравлического расчета

Использование напорных полиэтиленовых (ПЭ) труб для прокладки наружных сетей получило широкое распространение в последние годы. При проектировании трубопроводов наружного водоснабжения важным этапом является правильный выбор труб. В статье описаны основные характеристики труб, дан алгоритм проведения гидравлического расчета, преставлены рекомендации по выбору труб в зависимости от их характеристик.

Использование труб из полиэтилена для устройства трубопроводов наружного водоснабжения, канализации и технологических трубопроводов обусловлено рядом преимуществ, которыми ПЭ-трубы обладают по сравнению с трубами из традиционных материалов, а именно:

Типы напорных полиэтиленовых труб и выбор способа прокладки

Трубы для водоснабжения и канализации изготавливаются в соответствии с ГОСТ 18599–2001 [1]. Выпускаются следующие типы напорных труб из полиэтилена:

Трубы с защитной оболочкой предназначены для траншейного и бестраншейного способов прокладки напорных сетей водоснабжения и водоотведения.

Однослойные трубы из ПЭ 100 или ПЭ 100 RC с/без защитной оболочки

Пример возможного вида труб приведен на рис. 1, 2.

Многослойные трубы из ПЭ 100 или ПЭ 100 RC

Трубы изготавливаются из ПЭ 100 и ПЭ 100 RC. ПЭ 100 RC – новый тип полиэтилена. Отличительной чертой полиэтилена ПЭ 100 RC является повышенная стойкость к распространению трещин по сравнению с обычным полиэтиленом ПЭ 100. При условии соблюдения правил монтажа и эксплуатации срок службы сетей из труб ПЭ 100 RC составляет 100 лет. В соответствии с классификацией труб из ПЭ100 RC РМД 40–20–2016 трубы с защитной оболочкой относятся к типу 3.

Наружные сети из полиэтиленовых труб рекомендуется прокладывать подземным способом, так как при надземной прокладке требуется защита трубопровода теплоизоляционными материалами для предотвращения замерзания транспортируемого вещества при отрицательных температурах воздуха и нагрева стенок труб при воздействии солнечной радиации и повышенных температур воздуха (табл. 1).

Полиэтиленовые трубопроводы также могут быть проложены:

Понятия MRS и SDR, применяемые при подборе труб и расчете трубопроводов из полиэтилена

Полиэтилен, как и все термопласты, является вязкоупругим материалом, поведение которого в деформированном состоянии зависит от нагрузки, температуры и времени. Это означает, что закон Гука для него не применим и в соответствии с ГОСТ ИСО 12162 [2] и ISO 9080[3] допустимая нагрузка на трубу при прочих равных условиях зависит от величины минимальной длительной прочности материала, обозначаемой как MRS (Minimum Required Strength). Минимальная длительная прочность – напряжение, полученное путем экстраполяции на срок службы 50 лет в результате испытаний труб на их стойкость к внутреннему гидростатическому давлению воды при ее температуре 20 °C. Напряжение, возникающее в стенке трубы, как известно, прямо пропорционально гидростатическому давлению и приведенному среднему радиусу трубы и обратно пропорционально толщине ее стенки. Поэтому при прочих равных условиях с увеличением толщины стенки трубы увеличивается и допустимое гидростатическое давление, которое в ней может быть создано.

Максимально допустимое рабочее давление в трубопроводе обозначается как MOP (Maximum Allowable Operating Pressure) и определяется по формуле

(1)

С – коэффициент запаса прочности, принимаемый равным 1,25 для водопроводов из полиэтиленовых труб;

SDR – стандартное размерное соотношение, равное отношению номинального наружного диаметра трубы dн к номинальной толщине стенки е, определяется по формуле

(2)

Между SDR и номинальным рабочим давлением PN труб существует зависимость, представленная в табл. 2.

Для маркировки труб вместо SDR иногда используется трубная серия S.

Выражение SDR – 1, входящее в формулу (1), характеризует трубную серию S

(3)

Максимальное рабочее давление в трубопроводе, МПа

(4)

σ – допускаемое напряжение в стенке трубы, равное MRS/C, МПа.

(5)

Зависимости (1) – (5) дают возможность рассчитать соотношение диаметра и толщины стенки трубы применительно к конкретным условиям объекта строительства. Окончательно выбор диаметра трубы производится на основании гидравлического расчета трубопровода.

Гидравлический расчет полиэтиленовых напорных трубопроводов

Гидравлический расчет трубопроводов выполняется с целью определения потерь напора потока, на основании чего в дальнейшем выбираются диаметр труб и марка повысительного (или вакуумного) насоса.

Потери напора Н, мм вод. ст., в общем случае течения жидкости равны

(6)

i – удельная потеря напора на трение, м/м;

hм.с. – потери напора в местных сопротивлениях, м;

l – расчетная длина трубопровода, м;

hв – потери напора в водоизмерительных устройствах, м;

hг.в – геометрическая высота подъема воды (плюс или минус), м;

hг – гарантийный напор перед насосным оборудованием, м;

hсв.н – свободный напор, необходимый для создания комфортной струи в водоразборной арматуре.

Удельная потеря напора i определяется по формуле

(7)

λ – коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода;

V – скорость течения жидкости, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

dр – расчетный диаметр труб, м. Допускается определять как d – 2е (наружный диаметр минус две толщины стенки).

Скорость течения жидкости равна

(8)

q – расчетный расход жидкости, м³/c;

w = πdр2/4 – площадь живого сечения трубы, м².

Коэффициент сопротивления трения λ определяется в соответствии с регламентами СП 40-102–2000 [4]

(9)

b – некоторое число подобия режимов течения жидкости. При b > 2 принимается b = 2.

(10)

Re – фактическое число Рейнольдса.

(11)

υ – коэффициент кинематической вязкости жидкости, мг/с. При расчетах холодных водопроводов принимается равным 1,31 · 10 м²/с – вязкость воды при температуре +10 °C;

Reкв – число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений

(12)

Кэ – гидравлическая шероховатость материала труб, м. Для труб из полимерных материалов принимается Кэ = 0,00002 м, если производитель труб не дает других значений шероховатости.

В случае течения, когда Re > Reкв, расчетное значение параметра b становится равным 2 и формула (9) существенно упрощается, обращаясь в известную формулу Прандтля

(13)

При Кэ = 0,00002 м квадратичная область сопротивлений наступает при скорости течения воды (υ = 1,31 · 10–6 м²/с), равной 32,75 м/с, что практически недостижимо в коммунальных водопроводах.

Затраты электроэнергии на перекачку жидкости находятся в прямой пропорциональной зависимости от величины Н (при прочих равных условиях). Подставив выражение (9) в формулу (8), нетрудно увидеть, что величина i (а следовательно, и Н) обратно пропорциональна расчетному диаметру dp в пятой степени

(14)

Выше показано, что величина dp зависит от толщины стенки трубы е: чем тоньше стенка, тем выше dg и тем, соответственно, меньше потери напора на трение и затраты электроэнергии.

Таким образом, результаты расчетов толщины стенки е трубы по формулам (1) – (5) в сочетании с результатами гидравлических расчетов по формулам (6) – (14) позволяют выбрать трубу с конкретным значением SDR и конкретным значением MRS. В зависимости от величины расчетного расхода жидкости на объекте и требуемого напора подбирается марка повысительного (вакуумного) насоса. Если в дальнейшем по каким-либо причинам меняется значение MRS трубы, ее диаметр и толщина стенки (SDR) должны быть пересчитаны.

Следует иметь в виду, что в ряде случаев применение труб с MRS10,0 взамен труб с MRS8,0 позволяет на один типоразмер уменьшить диаметр трубопровода. Например, применение компанией «ИКАПЛАСТ» полиэтилена ПЭ 100 (MRS10,0) взамен полиэтилена ПЭ 80 (MRS8,0) для изготовления труб позволяет уменьшить толщину стенки труб, их массу и материалоемкость.

Литература

Статья подготовлена по материалам компании ООО «ИКАПЛАСТ».

* При использовании в сетях холодного водоснабжения и канализации в соответствии с ГОСТ 18599–2001.

Источник

Ползучесть, время релаксации напряжений, минимальная длительная прочность, долговременная прочность, MRS

Ползучестью называют медленную пластическую (необратимую) деформацию изделия под действием созданного в материале напряжения. Строго говоря, способность к деформации под напряжением также называют ползучестью. Когда говорят о большей или меньшей скорости деформации под напряжением, также говорят о большей или меньшей ползучести.

К ползучести приводит напряжение любого рода – растяжение, сжатие, кручение или пр.

Не существует нижнего порога величины напряжения в материале, ниже которого изделие вообще не будет медленно деформироваться. Снижение напряжения приведет к снижению скорости деформации, но не к ее прекращению.

Ползучести в большей или меньшей мере подвержены все материалы – как аморфные, так и кристаллические и частично кристаллизованные. Микропроцессы, приводящие к ползучести у аморфных и у кристаллических веществ, различны. У аморфных веществ деформация под нагрузкой сродни вязкому течению термопластов.

У кристаллов ползучесть обусловлена, в основном, взаимным перемещением зон с идеальной кристаллической решеткой вдоль т.н. «линий дислокаций» – зон, в которых идеальность кристаллической решетки нарушена. Линии дислокации есть в любом кристалле.

Другой микропроцесс, характерный только для кристаллов – смещение слоев кристаллической решетки под действием напряжения – незначителен по сравнению с движением вдоль линий дислокаций.

В общем случае ползучесть у кристаллических веществ меньше, чем у аморфных. На примере полимеров – увеличение степени кристаллизации полимера заметно снижает скорость его деформации под действием напряжения.

Микропроцессы, описанные для аморфных и кристаллических веществ, при повышении температуры материала протекают быстрее. Таким образом, текучесть материала зависит от его химической природы, от степени кристаллизации и от температуры.

Для демонстрации ползучести и численного описания ее величины используют образец материала, деформированный на фиксированную величину ∆L. Образец сжимают или растягивают, создавая соответственно напряжение сжатия или растяжения, с возможностью измерения напряжения, и оставляют в зафиксированном виде на длительное время. Постепенная деформация образца приводит к снижению созданного напряжения во времени по экспоненциальному закону. Время, за которое напряжение снизится в e раз, называют «временем релаксации напряжений», присущим данному материалу.

Время релаксации напряжений довольно однозначно описывает ползучесть конкретного материала, но трудно применимо для практических расчетов.

В инженерных расчетах используют понятие «предела ползучести» материала – напряжение, которое за заданный период времени при заданной температуре приведет к заданной деформации образца. Условия определения предела ползучести в каждой отрасли свои. Например, при конструировании авиационных моторов период времени принимают равным 100-200 ч, а при проектировании паровых турбин атомных и тепловых электростанций – 100 000 ч.

Все напорные трубы из полимеров номинально рассчитаны на 50-летнюю эксплуатацию при заданном внутреннем давлении и при температуре 20°С. Условие успешной эксплуатации – отсутствие разрыва в течение заданного срока. Поэтому предел ползучести полимеров определяют не для какой-то заданной величины деформации, а для полного разрыва образца в течение 50 лет при постоянной температуре 20°С.

Для полимеров предел ползучести имеет особое название. В международном (английском) оригинале – Minimum required strength (MRS). В русской версии – «Минимальная длительная прочность» или «Долговременная прочность» полимера. Физический смысл – максимально допустимое статическое напряжение растяжения, которое можно создать в образце материала при постоянной температуре 20ºС, с тем чтобы образец, постепенно растягиваясь, гарантированно не успел порваться за 50 лет. Рассчитывается методом экстраполяции на 50 лет постепенного растяжения образца под действием растягивающей нагрузки в течение какого-то разумного периода времени – например, 3 месяца. Затем полученное значение допустимого напряжения растяжения округляется вниз до ближайшего ряда R10 предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-84 (или ИСО 3).

Зная требуемое эксплуатационное давление трубопровода, диаметр трубы и минимальную длительную прочность материала, легко рассчитать минимально допустимую толщину стенки трубы. Затем к расчетной толщине стенки применяют «перестраховочный» коэффициент запаса прочности.

Значение долговременной прочности иногда используется в наименовании типа материала.

Например: ПЭ 63 имеет характеристику MRS, равную 6,3 МПа. Это обозначает, что при растягивающем статическом напряжении 63 кг/см 2 и при постоянной температуре 20ºС образец из ПЭ 63 будет постепенно растягиваться и порвется не раньше, чем через 50 лет. Аналогичный смысл имеют наименования материалов ПЭ 80 и ПЭ 100.

Минимальная длительная прочность полимеров, используемых для производства труб, приводится в табл.1:

Источник

Описание используемых маркировок для обозначения пластиковых труб

Часто возникают вопросы по выбору нужного типа или обозначению, нанесенному на поверхность пластиковых труб для водоснабжения или отопления.

Маркировка наносится в сокращенном виде для удобства потребителя. Кроме того, в документах на производство труб, в обязательном порядке, должны быть прописаны все сведения характеризующие данную продукцию.

Эти обозначения позволяют однозначно определить назначение и допустимые характеристики конкретной трубы.

В России используют ГОСТ Р 52134-2003 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия».

Условное обозначение состоит из:

Также указывают:

Некоторые данные в обозначениях не всегда понятны. Это сокращенное обозначение материала труб, значения давления, MRS и SDR и другим. Дадим пояснения.

Маркировка по используемым материалам

Полипропиленовые трубы.

Примеры обозначений:

Написание – латинскими буквами.

В России используются обозначения соответственно:

PP – Первая часть маркировки – сокращение от ПолиПропилен (ПП),
Вторая часть – обозначение примененного типа материала:

Возможное использование:

Также существуют обозначения для труб и фитингов из специальных видов полипропилена:

Трубы с маркировкой PPs и PPs-el используют для перевозки взрывоопасных веществ, в различных технических и промышленных системах вентиляции: выхлопные, заборные вентиляционные системы, системы во взрывозащищенных помещениях, систем дегазации, шлам проводов и других.

Трубы PP-Pure и Polypure используются при необходимости в трубопроводах для транспортировки особо чистых сред: чистой и ультра чистой воды, водоочистке и водоподготовке, в фармацевтике для передачи суспензий.

Отдельно опишем PPSU пластик.

Как правило применяется для производства фитингов (применительно к системам отопления, водоснабжения).

Имеет высокую ударную прочность и химическую стойкость, хорошую стабильность размеров при температурах до +180ºС, превосходную гидролизную стойкость, практически неограниченную способность к стерилизации. Материал PPSU не вступает в химическую реакцию с водой (реакцию гидролиза).

По тепловой и химической устойчивости превосходит все остальные типы пластиков.

Температурная стойкость:
PPSU-фитинги выдерживают температуру до +170° C.

Химическая стойкость:
PPSU-фитинги обладают хорошей устойчивостью к минеральным кислотам, щелочам и соляным растворам.
Также они устойчивы к моющим средствам и гидрокарбоновым (углеводородным) маслам, даже под действием высоких температур при не высоком уровне давления. Органические химикаты, за исключением кетонов, не оказывают большого влияния на PPSU-фитинги.

Не применяйте данные фитинги для сред, содержащих следующие вещества:

Полиэтиленовые трубы.

Важно знать! Чем выше давление при производстве трубы из полиэтилена создают, тем меньшую плотность на выходе имеет сам материал. При этом страдает и прочность, материал получается менее жестким.
Простая труба из полиэтилена высокого давления не может быть использована в напорных системах. Для того чтобы передавать жидкости по ним под давлением, их низкую прочность компенсируют большей толщиной стенки и различным армированием стенки.
Полиэтиленовые изделия низкого давления имеет большую плотность, однако при этом получаются намного более хрупкими.

Используют для передачи холодной питьевой и технической воды, для устройства коробов при прокладке электрических сетей.

Также различают полиэтилен среднего давления.
Обозначение: ПСД или ПЭСД

PE-X или PEX, ПЭ-С, СПЭ, ПЕКС – обозначение сшитого (шитый) полиэтилена.
Сшитым называют материал, где параллельные друг другу цепочки молекул дополнительно связаны между собой. Это увеличивает стойкость цепочек к смещению между собой. А соответственно повышает механические и термические качества материала.

Полное формирование сшивки труб PE-Xb и PE-Xc типов происходит через несколько месяцев после их изготовления.

При сравнении их механических свойств, можно сказать, что в общем и целом разница у них незначительна.

PVC или ПВХ в русском сокращении.

PVC-U (НПВХ) — не пластифицированный поливинилхлорид

PVC-C (ХПВХ) — хлорированный поливинилхлорид

PVC-М — модифицированный поливинилхлорид

PVC-О — структурно ориентированный поливинилхлорид

Однако ПВХ трубы представляют собой прекрасную альтернативу полипропиленовым, металлопластиковым трубам. Их порог воспламеняемости гораздо выше, расширяемость от температуры среды гораздо ниже. Обладают высокой стойкостью ко многим агрессивным жидкостям. Поэтому используются в качестве трубопроводов в химической промышленности.

Многослойные трубы.

Различают армированные и трубы, в конструкции которых применено несколько разных пластиков для улучшения тех или иных характеристик продукции.

Армировка труб, в основном, осуществляется двумя способами: слоем алюминиевой фольги или стекловолокна. Армирование позволяет достигнуть более высокие прочностные качества труб, повысить их надежность, стойкость к температурам и давлению и как результат эксплуатационную долговечность.

При расположении армирования снаружи трубы, требуется обязательная зачистка в местах соединений. Это делается для устройства надежного соединения фитинга и самой трубы.

Слой стекловолокна может быть окрашенным в разные цвета и служит для удобной идентификации трубы.

Диаметр наружный и толщина стенки трубы

Следует сразу помнить о применении в России метрической системы мер. Стандартизированные размеры наружных диаметров труб из пластиков производятся по ISO 161-1.1996 «Трубы из термопластов. Номинальные давления. Метрическая серия».

Размерный ряд стандартных размеров, в мм:
10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000 и 1200.

Поставляемые в Россию дюймовые трубы не переводятся в стандартизованные метрические размеры, а соответственно не взаимозаменяемые, за исключением некоторых типоразмеров.

Под толщиной указываемой стенки трубы подразумевается минимально возможная толщина конкретной трубы.

Примеры маркировки: 16х2,7; 26х3; 63х6,0

SDR — стандартное размерное соотношение наружного диаметра к минимальной толщине стенки.
Безразмерная геометрическая характеристика.

Если известна долговременная прочность MRS трубы, то значение SDR позволяет выяснить максимальное эксплуатационное давление трубы (MAOP).

S — применяют вместо SDR для маркировки некоторых серий труб. Является прямым коэффициентом пропорциональности между MAOP и SDR.

Вычисляется по следующей формуле S=(SDR–1)/2 или SDR=2*S+1.

Номинальное давление

PN — класс давления — цифры указывают на внутреннее давление среды при +20 °С, которое трубы могут гарантированно выдерживать в течение 50 лет эксплуатации.

При классификации труб через PN, должны быть указаны данные по максимально допускаемым параметрам эксплуатации: рабочее давление, температура эксплуатации, срок службы.

Соотношения типа трубы S, SDR и PN, по ГОСТ Р 52134-2003 следующие:

Источник