Фітинги для стикового зварювання. Литі або сегментні?
Одним з найважливіших елементів трубопроводу поряд з поліетиленовими трубами є фітинги, що дозволяють вести трубопровід під потрібними кутами, виконувати розгалуження потоку, змінювати робочий перетин трубопроводу і т.д.
Фітинги можна розділити на такі групи:
1) компресійні фітинги для «ручного» монтажу труб;2) терморезисторні фітінги для терморезисторного зварювання;
3) втулки під фланець і переходи з діаметру на діаметр;
4) литі фітинги для зварювання у стик;
5) сегментні (зварні) фітинги для зварювання у стик.
У цій статті ми зупинимося докладніше на двох останніх групах - сегментних і литих фітингах для стикового зварювання.
Литі фітинги виробляються методом термоформування на спеціально обладнаних термопластавтоматах. Початковою сировиною для виробництва литих фітингів є безпосередньо композиція поліетилену для виробництва труб класу ПЕ 100 або ПЕ 80 в гранулах.
 | Сегментні фітинги виробляються методом стикового зварювання окремих, попередньо підготовлених фрагментів поліетиленових труб - «сегментів». Зварювання проводиться на спеціальних зварювальних апаратах, що дозволяють виставляти окремі елементи фітинга під різними кутами. Необхідним пристосуванням для виробництва сегментних фітингів є стрічкова пила, за допомогою якої проводиться обробка крайок фітинга під потрібним кутом. Відповідно в якості сировини для виробництва сегментних фітингів використовуються поліетиленові труби. Якщо вітчизняна нормативна база з проектування та будівництва водопроводів та каналізаційних колекторів з поліетиленових труб передбачає застосування стикових фітингів, отриманих, як методом лиття, так і сегментних, то в газопостачанні використання сегментних фітингів не допускається. |
Чим викликана така дискримінація?
На жаль, на сьогоднішній день поліетиленові фітинги для зварювання встик (так само як і будь-які інші полімерні фітинги та полімерні труби) не підлягають обов'язковій сертифікації.
Якість литих фітингів, виробництво яких часто повністю автоматизовано, мінімально залежить від людського фактора, має високу повторюваність від деталі до деталі, а властивості самого фітинга рівномірно розподілені в його масі. Відповідно виробництво литих фітингів досить капіталомістка, підприємства, що їх випускають, мають лабораторії, обладнані всім необхідним для контролю використовуваних композицій поліетилену, а також контролю самих фітингів. Сегментні фітинги виробляються завжди вручну. Залежно від «забезпеченості» підприємства-виробника їх можуть випускати на автоматичних та напівавтоматичних зварювальних апаратах провідних світових виробників, а можуть використовувати примітивні ручні станки. У таких умовах повторюваність якості деталей може забезпечуватися як характеристиками обладнання, так, і це головне, кваліфікацією працюючого на ньому персоналу. Враховуючи той факт, що для запуску примітивного виробництва сегментних фітингів не потрібно значних капіталовкладень, вони випускаються багатьма вітчизняними фірмами, у складі яких немає лабораторного обладнання не лише для випробувань виробленої продукції, а й навіть для вхідного контролю поступаючих на виробництво поліетиленових труб. Крім того, враховуючи наявність на фітингу зварних швів (мінімум одного, максимум 4 і більше), площина яких часто не перпендикулярна осі труби, виникає нерівномірність властивостей в матеріалі фітинга. Але про це докладніше ми зупинимося нижче. Основною вимогою, що визначає якість фітинга, є визначення стійкості до постійного внутрішнього тиску. Для цього фітінг, поміщається в спеціальну ванну, де при певній температурі навантажується випробувальним тиском, який перевищує робочий від в 1,25 рази - для водопровідних сегментних фітингів, до в 4 рази - для литих фітингів в газопостачанні. Не дивлячись на уявну дешевизну недорогих сегментних фітингів вітчизняного виробництва, ситуація не так однозначна, як це можна було б собі уявити. |   |
Умовно фітинги для стикового зварювання можна поділити на три групи за величиною діаметра.
1. У діапазоні діаметрів до 225 мм литі фітинги останнім часом отримують все більші переваги. Це пояснюється низькою собівартістю масового виробництва лиття в порівнянні з витратами при ручній праці у виробництві сегментних фітингів. На ходових діаметрах 110, 160 і 225 мм литі фітинги мають практично однакову вартість з сегментними.
2. У середній групі діаметрів (від 250 до 315 мм) більш дорогі литі фітинги можуть конкурувати з сегментними з урахуванням витрат на заливку сегментних в армований бетон. Так на газопроводах і відповідальних водопроводах в основному використовується лиття, на інших об'єктах водопостачання, напірних каналізаційних колекторах застосовуються сегментні фітинги
3. Литі фітинги великих діаметрів (від 400 мм) характеризуються складністю виготовлення та обслуговування прес-форм, а тому різниця в ціні з сегментними фітингами більш істотна. Тому для будівництва та монтажу поліетиленових трубопроводів таких діаметрів використовуються в основному сегментні фітинги. Хоча на дуже відповідальних об'єктах доцільно використовувати литі фітинги.
В Україні тільки найбільш великі компанії-виробники мають відповідне обладнання для виробництва якісних сегментних фітингів. До них відносяться такі підприємства як ТОВ «ЦТ«ВІК», концерн «Водполімер», ТОВ «ТД «Євротрубпласт» і Рубіжанський трубний завод, ТОВ «Ельпласт-Львів».
Решта - менш потужні фірми, навряд чи можуть забезпечити гідну якість продукції через відсутність сучасного обладнання.
Компанія «ВіК» випускає сегментні фітинги діаметром до 315 мм (установка WM-315, Georg Fischer-Omicron), компанія «Ельпласт» - до 400 мм (установка Ritmo). Виробництво сегментних фітингів більших діаметрів (до 630 мм) освоєно концерном «Водполімер» (установки WM-315, Georg Fischer-Omicron, WIDOS 630) і підприємствами ТД Євротрубпласт (установки WM-315, WM-630, Georg Fischer-Omicron).
Якість випущених сполучних деталей неодмінно має бути підтверджено випробуваннями в спеціальній лабораторії. Концерн «Водполімер» і компанія «Ельпласт» мають у своєму розпорядженні лабораторну базу для випробування фітингів діаметром до 315 мм. Серед перерахованих компаній тільки Рубіжанський трубний завод має повноцінну гідравлічну лабораторію для випробування фітингів діаметром до 630 мм.
Слід зазначити, що після гідравлічних випробувань фітинги до повторного використання не підлягають, їх необхідно утилізувати в обов'язковому порядку.
Сегментні фітинги діаметром понад 710-1200 мм надходять в Україну з-за кордону. Це в основному російська продукція, переважно Климівського трубного заводу. Це обумовлено дуже високою вартістю виробничого обладнання (від 250 тис. євро).
Тепер докладніше зупинимося на особливостях міцнісного розрахунку фітингів і пов'язаних з цим нюансами їх застосування.
Напруга в стінці гладкого напірного трубопроводу, що виникає від дії внутрішнього тиску Р визначається за формулою:
 | У момент подавання первісного тиску в трубопровід (в момент опресування) під дією зазначеної напруги спостерігається незначне переміщення стінки труби - уширшеня трубопроводу. Через це виникає поздовжня сила, яка прагне скоротити довжину трубопроводу, яка, складаючись із зусиллям від температурної деформації, може призвести до руйнування трубопроводу при відсутності на ньому облаштованих компенсаторів. У разі наявності на трубопроводі фітингів, що змінюють напрямок руху потоку, сумарна напруга, що у стінці фітинга, складається з власної напруги в стінці фітинга від дії внутрішнього тиску і напруги від сприйняття зусилля деформації лінійної частини трубопроводу. Якщо з другим доданком все більш-менш зрозуміло, то на першому зупинимося детальніше. Як приклади розглянемо розрахунок напруженого стану від дії внутрішнього тиску в моделях таких найбільш поширених фітингів, як: - Трійник, виготовлений з ПЕ 100, SDR17 діаметром 160 мм; - Відведення під 90° з однією проміжною секцією, виготовлений з ПЕ 100, SDR17 діаметром 160 мм. Фітинги навантажуються робочим тиском MOP, МПа, відповідним аналогічним трубам:  |
Як ми домовилися раніше, приймаємо той факт, що фітинги навантажуються «самі по собі», тобто не враховуємо вплив лінійного зусилля приєднаного трубопроводу, а для спрощення розрахунку вважаємо, що кінці фітингів жорстко закладені. З рис. 1 і 2, що відображають напружений стан деформованих під впливом внутрішнього тиску фітингів, бачимо, що напруга в стінці циліндричних ділянок фітингів (залежно від орієнтації) знаходиться в межах 8-10 МПа, що відповідає напрузі в гладкій поліетиленовій трубі при інших рівних умовах (діаметр, стандартне розмірне відношення, тиск) - див. формулу вище. При наближенні до площини зміни напрямку потоку напруга на зовнішній стороні фітинга поступово спадає (для відводу досягає всього 1,5 МПа), а на внутрішній - різко зростає: для трійника це значення знаходиться на рівні 24 МПа, для відводу - 18 МПа. Це пояснюється двома факторами: по-перше, більш високим зусиллям, діючим зсередини на зовнішню, більшу за площею, частину трубопроводу, а по-друге, згинальними моментами, діючими на краях циліндричних ділянок. |  |
На рис. 3 і 4 показані переміщення стінок фітинга від впливу внутрішнього тиску. Чітко видно, що максимальне переміщення відбувається на бічних стінках фітингів і досягає 2,3 мм для відводу (в площинах зміни напрямку потоку) і 7,7 мм - для трійника.
В результаті перевірочного розрахунку трубопроводу (рис. 5 і 6) видно, що мінімальний запас міцності у фітингів спостерігається на внутрішніх частинах в площинах зміни напрямку потоку.
 |  |
Наведені тут розрахунки свідчать про те, що в критичних зонах (площині зміни напрямку потоку) стінок фітингів діють великі напруги, ніж виникають у стінці гладкої циліндричної труби.
Який же вплив надають ці напруги на фітинги при їх експлуатації?
 | Литі фітингиВідмінності реальних литих фітингів від моделей, розрахованих вище, обумовлені особливостями конструкції прес-форми для виробництва фітинга: |
Всі ці фактори призводять до того, що реально виникаючі у стінці литого фітинга напруги менше розрахункових і не надають руйнівної впливу в процесі експлуатації.
Сегментні фітинги
Відмінність реальних сегментних фітингів від моделей, наведених вище, в тому, що властивості поліетилену нерівномірно розподілені в масі фітинга. У циліндричних ділянках фітинга молекули орієнтовані вздовж твірної труби.
У площині ж зміни напрямку потоку - площині зварного шва - кінці молекул хаотично обірвані, в результаті чого деформація однієї циліндричної частини фітинга не може бути рівномірно передана іншій частині.
Наведені вище розрахунки наочно показують, що площина зварного шва сегментного фітинга є потенційно небезпечною областю з точки зору руйнування фітинга (рис. 7).
 |  Як же вийти з цієї ситуації? Відповідно до яких норм застосовувати сегментні фітинги для забезпечення довготривалої і безпечної експлуатації? Відповідно до технічних умов ТУ У В.2.7-25.2-32926466-004: 2007, за якими фітинги виробляються на Рубіжанському трубному заводі, при будівництві необхідно розміщувати і фіксувати їх в опорах з армованого бетону (конфігурація і розміри опор докладно описані в ТУ) для передачі виникаючих навантажень на матеріал бетонного каркасу (рис. 8). У разі неможливості облаштування бетонних опор рекомендуємо використовувати фітинги, виготовлені з труби з більш високою групою тиску. Так, наприклад, для зварювання труби ПЕ 100 SDR17-160x9, 5 на максимальний робочий тиск 1,0 МПа слід використовувати трійник, виготовлений з труби ПЕ 100 SDR13 ,6-160x11, 8. А для з'єднання труб ПЕ 80 SDR13 ,6-250x18, 4 на максимальний робочий тиск 1,0 МПа потрібно застосувати відвід, виготовлений з труб ПЕ 80 SDR11-250x22, 7 або ПЕ 100 SDR13 ,6-250x18, 4. |
При замовленні необхідно попередити, для чого буде використаний фітінг що купується, і тоді, в заводських умовах, буде підібраний оптимальний режим зварювання (у разі зварювання труби і фітинга з поліетилену різних класів) або на краях фітинга будуть виконані фаски для відповідності товщин зварюваних стінок (у випадку різного SDR фітинга і труби).
Не варто економити при будівництві інженерних комунікацій (різного призначення) на з'єднувальних деталях і їх монтажі. Витрати на фітинги складають, як правило, від 5 до 20% загальної вартості трубопроводу. Використання ж якісних виробів окупається відсутністю аварійних ситуацій при експлуатації, відповідно зниженням витрат на ремонтні роботи.
Коментарі:
Олександр Воробкало, директор ТОВ «Аквагрупмаркет»
Наш цех з виготовлення термопресованих фітингів і сталевих муфт різного призначення оснащений сучасним апаратом для виробництва сегментних фітингів (установка WM-315, Georg Fischer-Omicron).
Нині "ВіК" створив торгову компанію "Аквагрупмаркет", відпрацював якість вироблених фітингів до бездоганного, асортимент до необхідного, заробив довіру, ставши надійним постачальником фасонних виробів для всіх виробників ПЕ труб України.
На сьогоднішній день асортимент українського ринку сполучних деталей для ПЕ труб дуже різноманітний: від всесвітньо відомих компаній до немаркованої продукції фірм «темних конячок». Вітчизняний виробник може витримувати конкуренцію тільки за рахунок якості, швидкості поставок і моментального реагування на попит.
Олег Коржевський, ТОВ «ТД« Євротрубпласт »
