Трубы из ВЧШГ для воды и канализации

В коммунальной сфере большей популярностью пользуются трубы из полимерных материалов (ПНД, ПП, ПВХ), но без металлических сплавов в сетях водоснабжения и канализации не обойтись. Когда возникает необходимость использовать трубные изделия повышенной прочности, выбор останавливают на продукции из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ).

Особенности ВЧШГ

Для получения ВЧШГ серый чугун нагревают до температуры 1480°C - 1538°C. Также металл подвергается модифицированию путем добавления специальных присадок (лигатур). Это позволяет изменить форму графита с пластинчатой на сфероидальную. Такое преобразование приводит к снижению напряжений внутри металла в процессе эксплуатации и делает менее вероятным возникновение микротрещин.

Таким образом, высокопрочный чугун получает ряд преимуществ перед другими металлическими сплавами. Для сравнения, сталь Ст20 — материал используется при производстве валов, осей, шестерней, других элементов машин и агрегатов, которые в процессе эксплуатации подвергаются повышенному износу. Как минимум, по двум ключевым техническим показателям ВЧШГ выигрывает у Ст20.

• Прочность. У высокопрочного чугуна этот показатель составляет не менее 420 Н/мм², у стали — не менее 353 Н/мм². Таким образом, ВЧШГ выдерживает на 20% большие нагрузки. Это касается типов воздействий: внутренний напор труб, вибрационные и ударные воздействия, вертикальная нагрузка.
• Предел текучести. Параметр указывает на механическое напряжение, превышение которого приводит к необратимым деформациям в структуре материала. Для ВЧШГ значение предела текучести составляет 300 МПа, для стали марки 20 — 216 МПа. Это означает, что максимальное напряжение внутри материала у высокопрочного чугуна на 38% выше. Достигается такой показатель благодаря шаровидной формы графитовых вставок.

За счет высокого содержания углерода трубы из ВЧШГ не подвергаются коррозии. Этому же способствует и наличие других элементов — магния, кремния, марганца. Помимо противодействия коррозии, они служат и для улучшения других показателей материала. Например, при содержании магния не менее 0,03% кристаллизация графита происходит не в пластинчатой, а в сфероидальной форме.

Также на механические и эксплуатационные свойства ВЧШГ влияют все остальные элементы, входящие в состав.

• Углерод не только повышает устойчивость сплава к коррозии, но и упрощает производство литейных изделий. Содержание в ВЧШГ — от 3,2% до 3,6%.
• Кремний повышает содержание феррита в сплаве, однако чрезмерное содержание негативно влияет на пластичность сплава. Поэтому при производстве чугуна доля кремния составляет 2—2,4%.
• Марганец, в противоположность кремнию, снижает долю феррита и увеличивает содержание перлита. Это также имеет свои положительные стороны, однако ВЧШГ обладает преимущественно ферритной структурой. Поэтому содержание марганца удерживается на уровне не более 0,4%.
• Хром повышает устойчивость материала к высоким температурам, износу и коррозии. Содержание не должно превышать 0,1%, поскольку увеличение доли приводит к образованию карбидов, что негативно влияет на прочность чугуна.

Другие элементы, которые добавляются в различные виды чугунных сплавов, не должны содержаться в ВЧШГ в заметных количествах. Алюминий способствует образованию пластинчатого графита, что нецелесообразно при производстве чугуна с шаровидными вставками. Аналогичным образом действует и сера. Наличие доли молибдена приводит к измельчению графита и перлита. Фосфор снижает ударную вязкость и относительное удлинение чугуна. Суммарное содержание этих элементов не должно превышать 0,1%.

При производстве труб из ВЧШГ допускается использование сплава, который соответствует ГОСТ 7293-85. Сами трубные изделия, а также соединительные элементы отвечают требованиям российского стандарта ГОСТ Р 57430-2017 и межгосударственного ГОСТ ISO 2531-2012.

Трубы из ВЧШГ

Труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом представляет собой многослойный цилиндр. Основа конструкции — слой из ВЧШГ, который придает изделию необходимую прочность, стойкость к механическим воздействиям и другие эксплуатационные свойства.

Внутренний слой выполняется из цементно-песчаной смеси (ЦПС). Соотношение между цементом и песком в смеси не менее, чем 1 к 3,5. ЦПС нужен не только для защиты чугуна от постоянного воздействия воды. Его наличие со временем улучшает гидравлические свойства трубопровода: в процессе эксплуатации внутренний слой становится более гладким, что повышает скорость движения рабочей смеси и, соответственно, пропускную способность трассы.

Допустимая толщина футеровки (внутреннего слоя) зависит от номинального диаметра трубы (DN):

• при DN = 40—300 мм — 3 мм;
• при DN = 350—600 мм — 5 мм;
• при DN = 700—1200 мм — 6 мм;
• при DN = 1400—2000 мм — 9 мм;
• при DN = 2200—2400 мм — 12 мм.

Толщина ЦПС, равно как и другие параметры внутреннего слоя трубы из ВЧШГ, регламентируются согласно ISO 4179.

На поверхность чугуна при производстве трубных элементов наносится слой цинка, необходимый для дополнительной защиты от внешних коррозионных и химических воздействий. Поверх него наносится слой лака на битумной основе.

ВЧШГ трубы для воды

Первоочередная задача при сооружении систем бытового водоснабжения жилых, общественных и прочих объектов - полная герметичность трассы. Только при соблюдении этого требования питьевая вода будет соответствовать санитарно-эпидемиологическим требованиям, а потребление будет безопасным.

Кроме того, в крупных городах остро стоит проблема потери воды при транспортировке. Особенно этому подвержены магистральные трубопроводы больших диаметров, некоторые из которых уже давно выработали свой ресурс, поскольку последняя замена труб производилась свыше 50 лет назад. При этом процесс выхода из строя может происходить относительно незаметно, поскольку магистральные трассы располагаются под землей. Поэтому замена трубопроводов водоснабжения - приоритетная задача в коммунальной сфере.

Трубы из ВЧШГ - приемлемый вариант для водопроводов районного или городского масштаба. Этому способствует прочность, благодаря которой они могут в течение длительного времени выдерживать вибрационные нагрузки, характерные для мегаполисов. Речь идет, например, о воздействии транспорта на почву и расположенные внутри коммуникации. Загруженные автомобильные трассы, трамвайные пути, железные дороги и метрополитен оказывают постоянную нагрузку на трубопроводы. При этом сети из высокопрочного чугуна имеют повышенную устойчивость к такого рода воздействиям, что обеспечивает их герметичность и надежность в течение всего расчетного срока эксплуатации.

Для реализации магистральных водопроводов используются трубы диаметром свыше 530 мм, с достаточной пропускной способностью для снабжения питьевой водой микрорайона или жилого квартала. Участки районного или городского масштаба выполняются на основе изделий из ВЧШГ с номинальным диаметром от 1000 мм.

ВЧШГ трубы для канализации

Канализационные трубопроводы, размещаемые в больших городах, также должны быть достаточно прочными. Однако, имеются и требования к их герметичности. Они обусловлены, в первую очередь, обязательствами коммунальных служб по поддержанию экологической чистоты. Нарушение герметичности канализационных трубопроводов приводит к серьезным загрязнениям окружающей среды и изменениям в экологической обстановке, которая и без того страдает вследствие антропогенного воздействия.

Использование труб из ВЧШГ помогает предотвратить утечку отходов в течение всего эксплуатационного периода изделий. Этому способствует, в первую очередь, наличие цементно-песчаного внутреннего слоя, который защищает металлические оболочки от воздействия агрессивных химических веществ. Кроме того, при изготовлении обеспечивается высокая степень гладкости внутреннего покрытия — это предотвращает оседание твердых отходов на трубах и возникновение крупных засоров.

Внешние канализационные сети и магистральные участки выполняются на основе труб диаметром от 600 мм, для беспрепятственного прохождения трассы крупными отходами вплоть до очистных сооружений. При этом локальные ответвления выполняются с использованием труб, изготовленных из других материалов, в том числе — полимеров.

Монтаж труб из ВЧШГ

Соединение труб этой категории производится с помощью тремя технологиями. Каждая подразумевает наличие специальной формы на одном из соединяемых элементов раструба со внутренним профилем. При этом раструб может находиться на одном из концов трубы, либо с обеих сторон дополнительного фасонного элемента.

• Tyton обеспечивает целостность стыка при рабочем давлении не менее 3 МПа. Герметичность и прочность соединения достигаются за счет использования гибких манжет, которые устанавливаются в желоб внутри раструба. После запрессовки гладкого конца трубы, манжета выполняет функции удерживающего элемента за счет радиального сдавливания, а также играет роль уплотнителя, который предотвращает утечку рабочей среды.
• RJ предназначен для сетей с проектным рабочим давлением от 2,5 до 6,4 МПа (в зависимости от диаметра труб). За герметичность стыка также отвечает гибкая манжета, а закрепление гладкого конца трубы внутри раструба обеспечивается за счет стопорного механизма из двух отдельных элементов. После запрессовки они размещаются в специальной выемке раструба и фиксируются с помощью стопорной проволоки. Этот механизм осуществляет прокладывание трубопроводов в местности со сложным рельефом или подвижной почвой.
• Соединение RJS также подразумевает наличие отдельного стопорного механизма. Отличие заключается в том, что в данном случае фиксационные элементы располагаются по всей окружности раструба и скрепляются металлической лентой. Это гарантирует максимальную прочность стыка, которая подходит для сооружения трубопроводов даже в сейсмически активных зонах. Но номинальное давление для труб с таким типом соединения составляет всего от 1,6 до 3,2 МПа.

Способ запрессовки гладкого конца трубы во внутреннюю полость раструба зависит, в первую очередь, от диаметра соединяемых изделий. При DN<300 мм используется обыкновенный ручной лом, с помощью которого фасонный элемент размещается в нужной позиции. Для раструбных труб использование этого метода нецелесообразно из-за длины.

Соединение труб с диаметром свыше 300 мм производится с помощью специальных механизмов. В этом качестве выступает либо устройство с тросовой тягой либо вильчатая штанга. Эти метод используются в случае, если применяются раструбные трубы.

Также существует еще один способ запрессовки труб — с помощью ковша экскаватора. Этот метод применим, если используются фасонные изделия — в противном случае есть вероятность повреждения трубы. Для того, чтобы предотвратить деформацию фитинга, между ковшом и соединительным изделием помещается деревянный брус.

Для контроля запрессовки на гладкий конец трубы наносятся специальные метки, которые определяют глубину размещения в полости раструба. Кроме того, при использовании соединения типа Tyton следует контролировать целостность и правильность расположения манжеты - проверяется с помощью щупов. Глубина погружения должна быть одинакова на всем диаметре соединения — это будет свидетельствовать о правильности размещения уплотнителя. В противном случае повышается вероятность утечки рабочей среды в процессе эксплуатации трубопровода.