Глава 3
Соединение труб
Сеть трубопроводов, по которой под определенным давлением перемещаются вода, пар или газ, состоит из отдельных соединенных между собой участков труб. Трубопровод на всем протяжении, в том числе в местах соединений, должен быть прочным, плотным и сохранять свою непроницаемость при удлинении или укорачивании от температурных изменений.
3.1. Соединение стальных труб на резьбе
Соединение труб на резьбе (рис. 3.1, а), обеспечивающее его герметичность и прочность, выполняется простыми, безопасными в обращении инструментами, но требует больших затрат времени на сборку, чем сварное. Из-за уменьшения толщины стенки трубы в месте резьбы снижается долговечность соединения, поэтому его можно применять только в местах, доступных для осмотра и ремонта.
При резьбовом соединении труб на их концах нарезают или накатывают наружную резьбу и навертывают муфту 1 с резьбой. Чтобы предотвратить утечку воды через зазор между муфтой и трубой, его заполняют уплотнительным материалом.
При соединении используют трубную цилиндрическую (ГОСТ 6357-81) (рис. 3.2, а, б) и, реже, коническую (ГОСТ 6211-81) (рис. 3.2, е) резьбу.
Рис. 3.1. Виды соединений труб и соединительные части: а – резьбовое; б – сварное стыковое; в – сварное враструб; г – фланцевое; д – накидной гайкой; е – соединение со сгоном; ж – соединительные части; 1 – муфта; 2 – сварной шов; 3 – раструб; 4 – фланец, – 5 – уплотнительная прокладка; 6 – болт с гайкой; 7 – накидная гайка; 8 – контргайка; 9 – сгон; 10 – переходная муфта; 11 – пробка; 12 – крест (крестовина); 13 – тройник; 14 – угольник
Цилиндрическая резьба может быть нарезной и накатной; последняя формуется на тонкостенных трубах. Для обеспечения прочности трубы критическая (минимальная) толщина стенки трубы должна быть не менее определенной величины. При изготовлении резьбы две последние нитки имеют неполный профиль, называемый сбегом 2 (см. рис. 3.2, а). Для неразъемных резьбовых соединений используют короткую резьбу, длина которой несколько меньше половины длины муфты. В этом случае между концами соединяемых труб остается зазор 2–3 мм, что позволяет заклинить муфту на сбеге резьбы и герметизировать соединение.
Рис. 3.2. Трубные резьбы: а – цилиндрическая нарезная; цилиндрическая накатная; в – коническая; 1 – труба;2 – сбег; 3 – рабочая часть
Разъемные резьбовые соединения выполняют с помощью сгона 9 (рис. 3.1, е), который соединиют с трубами муфтами 1 и уплотняют контргайкой 8. На концах сгона нарезают короткую и длинную резьбу. Длина последней должна быть такова, чтобы на нее при разъединении сгона муфта и контргайка навинчивались свободно. Длина резьбы сгона зависит от диаметра трубы. Для присоединения боковых ответвлений, изменения диаметра, направления трубопровода используют соединительные части (рис. 3.1, ж). Трубы на резьбе соединяют в такой последовательности: размечают и отрезают трубы, нарезают или накатывают резьбу, выбирают и укладывают уплотнительный материал, собирают соединение. Разметку и отрезку труб производят вручную или на станках. Чтобы облегчить нарезание первых витков резьбы, снимают фаску снаружи трубы.
Резьбу нарезают вручную раздвижными или разрезными клуппами (рис. 3.3, а) или плашками (рис. 3.3, б). При этом используют приспособление (рис. 3.3, е). Оно состоит из зажимного устройства 4, в котором закрепляют трубу 7, и плашко держателя 5 с плашкой 3, поворачиваемого рукояткой 7 в направляющей опоре 6. В заводских условиях резьбу нарезают тангенциальными плашками на резьбонарезных станках. На тонкостенных водогазопроводных трубах резьбу накатывают накатными головками; нарезать резьбу на таких трубах не допускается, так как толщина стенки уменьшается ниже критической δкр.
Резьба должна быть ровной, чистой, а также иметь полный профиль и одинаковый диаметр витков. В пределах рабочей части резьбы (без сбега) не должно быть сорванной или неполной резьбы более 10 % от общей длины. Перекос резьбы не допускается, так как в этом случае толщина стенки может оказаться меньше критической.
Рис. 3.3. Нарезание резьбы вручную: а – разрезным клуппом; б – плашкой; в – приспособлением; 1 – труба; 2 – вороток; 3 – плашка; 4 – зажимное устройство; 5 – плашкодержатель; 6 – опора; 7 – рукоятка
Уплотнительный материал для резьбового соединения выбирают в зависимости от температуры теплоносителя. При температуре его до 105 °C применяют льняную прядь, пропитанную суриком или белилами на натуральной олифе; при большей температуре – асбестовый шнур с льняной прядью, пропитанной графитом на натуральной олифе; при температуре теплоносителя до 150 °C используют ленту и шнур ФУМ1 (фторопластовый уплотнительный материал).
При укладке уплотнительной льняной пряди сначала резьбу промазывают суриком или белилами. На короткую резьбу льняную прядь наматывают со второй нитки от торца трубы по ходу резьбы тонким ровным слоем врасстилку, без обрыва. Прядь, которая должна быть сухой, предварительно тщательно обрабатывают так, чтобы волокна хорошо отделялись. Намотанную прядь сверху по ходу резьбы промазывают разведенным суриком. Она не должна свисать с конца трубы или входить внутрь нее, так как это может вызвать засорение трубопровода. Асбестовый шнур с льняной прядью наматывают от сбега к началу резьбы, что позволяет более плотно уложить его на резьбе и не сбить при навинчивании соединительной части. Ленту ФУМ наматывают на резьбу, очищенную от загрязнений, в направлении резьбы (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Уплотнение резьбовых соединений лентой ФУМ
Соединения на резьбе собирают с помощью трубных ключей различных конструкций (рис. 3.5). Трубный рычажный ключ (рис. 3.5, а) состоит из неподвижного рычага 7, соединенного с подвижным рычагом 2 обоймой 4. Степень раскрытия губок регулируют гайкой 3. Ключи изготовляют пяти размеров:
№ 1 – для труб диаметром от 15 до 25 мм, № 2 – от 15 до 38 мм, № 3 – от 15 до 50 мм, № 4 – от 20 до 75 мм и № 5 – для труб диаметром от 25 до 100 мм. Раздвижной ключ (рис. 3.5, б) состоит из рычага 7, подвижной губки 5, соединенной с рычагом обоймой 4. Ключ регулируют по диаметру трубы гайкой 3. Пружина 6 служит для отжатия вверх подвижной губки. Трубный накидной ключ (рис. 3.5, в) состоит из рычага 7, головки с гайкой 3, с помощью которой он соединен с рычагом. Такие ключи применяют для свинчивания труб диаметром от 15 до 7 5 мм.
Рис. 3.5. Трубные ключи: а – рычажный; б – раздвижной; в – накидной; 1 – неподвижный рычаг; 2 – подвижный рычаг; 3 – гайка; 4 – обойма; 5 – подвижная губка; 6 – пружина;7 – накидная губка
Трубные ключи требуют тщательного ухода, систематической очистки, смазывания винтов и шарнирных соединений машинным маслом. Не разрешается работать неисправными ключами, в том числе ключами со сработанными губками. Такие ключи при работе соскакивают с труб и могут причинить ушибы и ранения. Не следует работать ключами, номера которых не соответствуют диаметру свинчиваемых труб, так как труд при этом малопроизводителен, а ключи быстро становятся непригодными. Запрещается надевать обрезки труб на рычаги ключей для увеличения силы, прилагаемой к ключам, так как от этого рычаги гнутся и ключи становятся непригодными для работы. Соединяемые трубы должны быть прочно закреплены в прижиме, тисках или на месте монтажа.
Муфты или соединительные части навертываются на резьбу, на которую нанесен уплотнительный материал, трубным ключом до отказа так, чтобы соединительная часть или арматура надежно заклинивалась на сбеге резьбы. При свинчивании труб не разрешается подавать назад навинченную соединительную часть, чтобы герметичность соединения не нарушилась. Если эта часть или арматура не заняла требуемого положения и ее нельзя повернуть по ходу резьбы, то нужно разобрать соединение и вновь его собрать, заменив уплотнительные материалы.
Сгоны соединяют следующим образом. На длинную резьбу насухо навертывают контргайку и муфту. Затем свинчивают муфту с длинной резьбы и навинчивают ее, применяя уплотнительный материал, на короткую резьбу трубы до конца. Далее наматывают у торца муфты по ходу резьбы свитый в жгутик уплотнительный материал и контргайку плотно подгоняют к муфте. Жгутик помещается в фаске муфты и препятствует просачиванию воды или пара по резьбе. Если в муфте отсутствует фаска, жгутик уплотнительного материала выдавливается контргайкой и соединение не будет достаточно плотным. Места соединения труб очищают от выступающего уплотнительного материала ножовочным полотном.
Соединения на резьбе выполняют после сварки трубопровода. Если же необходимо выполнить сварной стык после уплотнения резьбового соединения, то он должен располагаться на расстоянии не менее 400 мм от резьбового соединения.
3.2. Соединение стальных труб на сварке, фланцах и с помощью накидной гайки
Сварное соединение труб (см. рис. 3.1, б, в) широко применяют благодаря его высокой прочности, герметичности и долговечности. Однако при этом требуются сложное пожаро-, взрывоопасное оборудование и высокая квалификация рабочего. При сварке образуются наплывы расплавленного металла на внутренних стенках труб, что увеличивает сопротивление движению жидкости, особенно в трубопроводах малого диаметра (10–32 мм). Чтобы исключить этот дефект, применяют сварку враструб.
Сварное соединение осуществляется оплавкой концов труб и заполнением зазора между трубами жидким металлом, который, застывая, образует прочное и герметичное соединение.
Соединение на фланцах – вид разъемного соединения трубопроводов, характеризующегося простотой конструкции, легкостью сборки и разборки, распространенностью фланцевой трубопроводной арматуры. Соединение на фланцах (см. рис. 3.1, г) выполняют в виде двух дисков с отверстиями – фланцев 4, которые закрепляются на концах труб с помощью резьбы, сварки или отбортовки. Между фланцами помещают уплотнительную прокладку 5, которая сжимается болтами с гайками 6. Такое соединение при установке арматуры не допускается заделывать в строительные конструкции. Фланцы, изготовленные из стали по стандартизованным размерам (ГОСТ 12815-80*), приваривают к трубе. Торцовые поверхности фланцев должны быть перпендикулярны оси трубы. Конец трубы, включая шов приварки фланца к трубе, не должен выступать за плоскость фланца.
Уплотнением между фланцами служит прокладка из листового материала в форме шайбы. При температуре среды до 105 °C применяют прокладки из термостойкой резины, а при большей температуре – из паронита толщиной 2–3 мм. На паропроводах давлением до 0,15 МПа в качестве уплотнительной прокладки используют асбестовый картон толщиной 3–6 мм. Прокладка должна доходить до болтовых отверстий и не выступать внутрь трубы. Поэтому внутренний диаметр прокладки не должен доходить на 2–3 мм до края трубы, а наружный диаметр – на 2–3 мм до болтов.
Перед сборкой фланцевого соединения концы труб располагают так, чтобы плоскости фланцев были параллельны. Отклонения фланцев должны быть не более 0,2 мм на каждые 100 мм наружного их диаметра.
Коническими оправками, вставляемыми в отверстия, фланцы центрируют, чтобы болтовые отверстия в обоих фланцах совпадали. Далее между ними устанавливают прокладку. Использовать скошенные прокладки или несколько прокладок для компенсации перекосов фланцев или большого расстояния между ними не допускается. Не снимая оправок, в свободные отверстия вводят болты и навинчивают на них гайки без сильного нажима. После этого оправки вынимают и заменяют их болтами и гайками.
Болты вводят в отверстия фланцев так, чтобы их головки размещались с одной стороны соединения. На вертикальных трубопроводах головки располагаются сверху. Диаметр болта должен соответствовать диаметру отверстия во фланце. Длину болтов выбирают такой, чтобы болт выступал из гайки не более чем на 0,5 диаметра болта. На болты навертывают гайки без натяга и после выравнивания прокладки их затягивают гаечным ключом. Чтобы обеспечить равномерное уплотнение прокладки и исключить перекос фланцевого соединения, гайки затягивают постепенно и равномерно по окружности фланца. Для этого сначала подтягивают попарно гайки, расположенные диаметрально противоположно на фланцах, затем гайки на диаметре, перпендикулярно первому, и так попарно затягивают все гайки до упора.
Соединение накидной гайкой (см. рис. 3.1, используют как разъемное соединение для труб небольшого диаметра. Соединение имеет небольшие габариты и требует меньших затрат времени для сборки, чем фланцевое. Чтобы выполнить такое соединение, на конец одной трубы надевают накидную гайку 7 и конец отбортовывают; на второй трубе закрепляют патрубок с резьбой или нарезают резьбу. Торцы, между которыми помещается уплотнительная прокладка, стягивают накидной гайкой, навертываемой на резьбу.
3.3. Способы склеивания стальных труб
Применение новых клеевых соединений при монтаже стальных трубопроводов позволяет по сравнению со сварными, фланцевыми и резьбовыми обеспечивать не только требуемую прочность и плотность, но и противокоррозионную защиту стыков соединяемых труб, в том числе имеющих коррозионно-стойкие покрытия – оцинкованные, эмалированные, алюминированные и т. п. Такие соединения получили в последнее время применение при монтаже трубопроводов наружным диаметром до 133 мм, работающих при давлении до 1 МПа, рабочей температуре 60–90 °C и предназначенных для транспортирования различных сред, к которым при указанных рабочих параметрах химически стойки эпоксидные клеи или стеклопластик на эпоксидной основе.
Клеевые соединения подразделяются на три типа: бандажные, раструбные (муфтовые) и клеемеханические.
Соединения бандажного типа устраивают методом многослойной намотки на концы стыкуемых труб ленты из конструкционной стеклоткани с нанесенным на нее слоем эпоксидного клея. После холодного или горячего отверждения клея на месте стыка образуется монолитный стеклотекстолитовый бандаж с высокими упругомеханическими и прочностными характеристиками, имеющий прочную адгезионную связь с поверхностями труб, что обеспечивает надежное и герметичное их соединение.
Раструбные (муфтовые) соединения устраивают методом нанесения клея на наружную поверхность конца трубы и внутреннюю поверхность раструба (муфты), последующих ввода конца трубы в раструб или надвижки муфты на концы стыкуемых труб и отверждения клея.
Клеемеханические соединения идентичны раструбным (муфтовым). Отличие их состоит в фиксации клеевого соединения трехточечным обжатием по периметру раструба или муфты, за счет чего обеспечивается механический контакт сопрягаемых поверхностей.
Исходя из условий монтажа и эксплуатации трубопроводов, клеи должны быть технологичными, обеспечивать достаточную жизнеспособность при нормальных температурах, высокую адгезию и когезию, длительную работоспособность при воздействии рабочих параметров транспортируемых веществ, климатических факторов, отверждаться при нормальной температуре и небольших удельных давлениях.
Подготовительные работы при склеивании трубопроводов включают разрезку конструкционной стеклоткани на ленты требуемых размеров (при отсутствии тканых лент); приготовление и расфасовку компаундов и отвердителя; изготовление навивных каркасов для бандажных соединений (при необходимости); изготовление муфт и раструбов. Работы осуществляют в отдельных, оборудованных для этих целей помещениях.
Ширина ленты из стеклоткани, равная 2L (L – величина нахлестки), для бандажных соединений определяется наружным диаметром склеиваемых труб: 2L = (1,2… 1,3) DH; для клеевых соединений бандажного типа с навивным каркасом ширина ленты принимается 30–40 мм. Минимальную длину ленты для одного стыка принимают в зависимости от наружного диаметра склеиваемых труб из расчета не менее шести слоев в намотке: / = (6,2…6,3)πDH. Для удобства хранения и последующего использования лент их сматывают в рулончики или на бобины и хранят в закрытых полиэтиленовых пакетах.
Клеевые составы поставляют на монтажную площадку в виде двухкомпонентной системы – компаунда и отвердителя (полиамидная смола или полиэтиленполиамин). При приготовлении компаундов необходимо тщательное перемешивание (ручным способом или в клеемешалках с электроприводом) компонентов в такой последовательности: для состава I – эпоксидная смола ЭД-20, дибутилфталат, алюминиевая пудра; для состава II – смола ЭД-20, алюминиевая пудра; для состава III – смола ЭД-20, дибутилфталат, портландцемент; для состава IV – смола ЭД-20, асбест, кварц молотый (или двуокись титана, или окись хрома).
Емкость должна быть рассчитана на предстоящий объем работ, соответствующий количеству готовых клеевых составов, жизнеспособность которых при температуре 15–20 °C – 45–60 мин. Срок хранения компаундов устанавливается исходя из наименьшего гарантийного срока хранения входящих в них компонентов.
Навивной каркас (вставку) в виде проволочной спирали (пружины) для клеевых соединений бандажного типа изготовляют из стальной проволоки диаметром 1–1,5 мм. Внутренний диаметр пружины должен соответствовать наружному диаметру соединяемых труб. Для труб, имеющих защитные покрытия, рекомендуется использовать оцинкованную или алюминиевую проволоку.
Клеевые соединения бандажного типа (рис. 3.6). Перед склеиванием необходимо обеспечить правильное фиксированное взаимное расположение стыкуемых труб на весь период работ, включая время на отверждение клея; свободный доступ к стыкам труб для осуществления технологического процесса склеивания. Величины допускаемых зазоров и смещений кромок принимают в соответствии с требованиями нормативной документации на сборку под сварку.
Фиксацию стыков обеспечивают сварной прихваткой в двух точках по окружности трубы; применением различных центрирующих устройств и приспособлений в виде струбцин с призмами; традиционными средствами с помощью опор и подвесок.
Рис. 3.6. Клеевое соединение труб бандажного типа:1 – концы склеиваемых труб; 2 – клей; 3 – стеклоткань
Склеивание стыков труб производят при температуре окружающего воздуха не ниже 5 °C. При низких температурах окружающего воздуха склеивание осуществляют в утепленных укрытиях или с обогревом стыков. При работе на открытом воздухе место склеивания необходимо защищать от атмосферных осадков.
После фиксации концов труб их наружные поверхности зачищают на ширину нахлестки, т. е. наружным диаметром не менее 0,7 мм (степень очистки вторая по ГОСТу), и обезжиривают ацетоном или бензином-растворителем. Клеевые составы приготовляют непосредственно на монтажной площадке, смешивая компаунд и отвердитель, при этом смешивание осуществляют в емкости, в которой находится компаунд.
Готовый клеевой состав должен быть израсходован до потери им жизнеспособности, т. е. за 45–60 мин.
Нанесение клея на стеклоленты осуществляют на ровной плоскости, покрытой полиэтиленовой пленкой, на которую предварительно наносят шпателем полосу клея шириной, равной ширине ленты. По нанесенной полосе клея раскатывают ленту из рулона, затем клей наносят на поверхность ленты тонким (не более 0,15 мм) слоем, прилагая к шпателю небольшое усилие, обеспечивающее внедрение клея в структуру стеклоткани. Клеевую полосу на полиэтиленовой пленке периодически восстанавливают. Расход клея должен составлять не более 300 г на 1 м2 стеклоткани.
Намотку на концы стыкуемых труб подготовленной ленты производят вручную в радиальном направлении с натягом и без перекосов. Середина ленты при этом располагается над местом стыка концов труб.
При холодном отверждении клеевых соединений их выдерживают в неподвижном положении до полного отверждения клея и набора им требуемой прочности в течение следующего времени: при температуре окружающего воздуха от 5 до 17 °C – 4 сут.; при температуре от 17 до 25 °C – 2 сут. Для осуществления процесса склеивания при невысоких положительных или отрицательных температурах, а также для ускорения отверждения клея и повышения прочностных свойств клеевых соединений их выдерживают при температуре 80 °C в течение 3 ч или при температуре 120 °C в течение 1–1,5 ч.
Горячее (с обогревом) отверждение осуществляют с помощью любых нагревателей: инфракрасных устройств, ламп накаливания, трубчатых электронагревателей, гибких ленточных нагревателей типа ЭНГЛ-180 (рис. 3.7) или с помощью специальных устройств, позволяющих поддерживать в клеевом соединении указанную выше температуру.
Рис. 3.7. Горячее отверждение клеевого соединения труб бандажного типа с помощью гибкого ленточного нагревателя типа ЭНГЛ-180:1 – концы труб; 2 – гибкий ленточный нагреватель; 3 – клеевое соединение; 4 – стеклолента для фиксации витков нагревателя на поверхности трубы; 5 – выводы электронагревателя
Бандажное клеевое соединение с навивным каркасом применяют для соединения монтажных стыков трубопроводов, имеющих зазор с превышением предельных отклонений, а также линейное или пространственное смещение осей труб (рис. 3.8). Оно может быть выполнено в виде линейной вставки, отвода, перехода и их сочетаний. Соединение указанного вида получают путем прикрепления к концам труб вставки в виде проволочной спирали, последующей намотки на концы труб и спираль ленты с нанесенным на нее слоем эпоксидного клея и его отверждения. Проволочную спираль размещают между торцами труб, затем концевые витки (по 2–3 витка с обеих сторон) надвигают на концы труб с обеспечением плотного контакта с их поверхностями. Для обеспечения электропроводности стыка концы крайних витков зачеканивают в тело труб. Расстояние между витками спирали в рабочем положении не должно превышать 1/5 ширины ленты. Намотку стеклолент производят вначале радиально по поверхности трубы в зоне до первого витка спирали, затем винтообразно по спирали и вновь радиально за последним витком спирали. Винтовую намотку производят с нахлестом. Величину перекрытия последующим витком ленты предыдущего принимают равной не менее 1/5 ширины ленты. Число проходов по всей длине соединения не менее 5.
Рис. 3.8. Клеевые соединения труб бандажного типа с навивным каркасом: а – в виде линейной вставки; б – при параллельном смещении осей соединяемых труб; в – в виде отвода; 1 – концы склеиваемых труб; 2 – бандаж; 3 – навивной каркас; 4 – зачеканка витка навивного каркаса в трубу
При транспортировании, погрузке и разгрузке склеенных трубных заготовок необходимо принимать меры, исключающие возможность их механического повреждения, появление недопустимых деформаций. Недопустимо сбрасывание склеенных трубных заготовок с транспортных средств и перемещение их волоком.
Раструбные (муфтовые) и клеемеханические соединения. Конструктивно-технологические параметры раструбных (муфтовых) клеевых соединений труб приведены на рис. 3.9. Детали соединений изготовляют из труб по ГОСТ 8732-78 и ГОСТ 8734-75. Раструбы получают с помощью станков «ПГ-100», «Восток Д45-325» или другого специализированного оборудования.
Рис. 3.9. Клеевые соединения труб муфтового (а) и раструбного (б) типов: 1 – концы склеиваемых труб; 2 – муфта; 3 – раструб; 4 – зазор для клея
Рис. 3.10. Клеемеханическое соединение труб: а – раструбное; б – муфтовое; 1 – концы склеиваемых труб; 2 – раструб (муфта); 3 – клей
Получение требуемых размеров муфт достигается проточкой соответствующих патрубков на токарных станках. Длину нахлестки клеемеханических соединений (рис. 3.10) принимают из расчета L = (1,1–1,2)DH. Расход клея – 300–350 г/м2 склеиваемой поверхности. Соединение труб фиксируется в трех точках равномерно по периметру на расстоянии 10–15 мм от торца раструба (муфты) с помощью обжимного устройства (рис. 3.11). Зазор между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью раструба (муфты) должен быть минимальным и не превышать 1 мм. В отдельных случаях для предотвращения вытекания клея следует производить подбивку торца раструба (муфты) льно- или стекловолокном или добавлять в состав клея 3 мае. ч. тиксотропной добавки «Аэросил А-380».
Рис. 3.11. Устройство для точечного обжима клеемеханических соединений труб: 1 – труба; 2 – рычаг; 3 – пуансон; 4 – кронштейн; 5 – насос; 6 – масляный бак;7 – петля; 8 – рукоятка; 9, 11 – пружина; 10- поршень
Клей наносят движением в одну сторону шпателем или жесткой плоской кистью равномерным тонким слоем для раструбных (муфтовых) соединений толщиной 0,1–0,2 мм, для клеемеханических – не более 0,5 мм. Подготовка склеиваемых поверхностей, клеевых составов, режимы и средства отверждения клеев, продолжительность выдержки раструбных (муфтовых) и клеемеханических соединений в неподвижном положении такие же, как и для бандажных соединений.
3.4. Соединение чугунных труб
Чугунные трубы соединяются с помощью раструбного соединения (рис. 3.12), для чего их изготовляют с раструбом 2 (уширением) на одном конце. Раструбы бывают гладкие (рис. 3.12, а) и с желобком 5 (рис. 3.12, б). При сборке чугунных труб в раструб 2 одной трубы вставляют гладкий конец 1 другой трубы. Зазор между трубами заполняют уплотнителем.
Рис. 3.12. Раструбное соединение чугунных труб с заполнителем; а – твердеющим; б – эластичным (резиновым); 1 – гладкий конец трубы; 2 – раструб; 3 – цемент; 4 – смоляная прядь; 5 – желобок; 6 – резиновое кольцо
В качестве уплотнителя используют твердеющие (см. рис. 3.12, а) и эластичные (см. рис. 3.12, б) заполнители. Твердеющие заполнители – цемент, асбестоцементная смесь, расширяющийся цемент, сера и т. д. – придают стыку прочность и герметичность. Эластичные заполнители – резиновые кольца, манжеты, шнуры, герметики – обеспечивают высокую гибкость и также герметичность стыка при небольших затратах труда.
Рис. 3.13. Чугунные соединительные (фасонные) части: а – компенсационный патрубок; б – отвод 110, 120, 135°; в – муфта; г – колено; д – двухплоскостная крестовина; е – косая крестовина; ж – прямая крестовина; з – переходной патрубок; и – отступ; к – прямой тройник; л – косой тройник
Присоединение боковых ответвлений, изменение диаметров трубопроводов осуществляют с помощью чугунных соединительных (фасонных) частей (рис. 3.13).
Раструбные соединения труб выполняют в такой последовательности: размечают и отрезают трубы, подготовляют концы труб и собирают соединение. Чугунные трубы размечают так же, как и стальные.
Рис. 3.14. Резка чугунных труб: а – зубилом; б – ручным труборезом, – в – маятниковой пилой; 1 – труба; 2 – подкладки; 3 – режущая цепь; 4 – натяжное устройство; 5,7 – рукоятки; 6 – электродвигатель; 8 – режущий диск; 9 – прижим
Отрезку труб необходимой длины производят их перерубкой. При небольшом количестве трубы перерубают вручную зубилом (рис. 3.14, а) или ручным труборезом ТРР-150/ТРВ-150 (рис. 3.14, б). На сантехмонтажных заводах трубы перерубают механизмом СТД-22014, обеспечивающим 7 – 12 перерубов в минуту. Трубы можно отрезать также на электрической дисковой пиле (рис. 3.14, е), оборудованной абразивным, армированным диском. Плоскость отрезки или перерубки труб должна быть перпендикулярна оси трубы. Допускаются отклонение перпендикулярности торцов труб после отрубки не более 5°, трещины длиной не более 15 мм и волнистость кромок не более 10 мм.
Рис. 3.15. Заделка раструбов труб: а – канализационных безнапорных; б – водопроводных напорных; в-е – последовательность заделки; 1 – гладкий конец трубы; 2 – цемент; 3 – раструб; 4 – смоляная прядь;5 – асбестоцементная смесь; 6 – конопатка; 7 – чеканка
Подготовка труб перед соединением состоит в очистке концов и раструбов от грязи, осмотре и обстукивании их молотком (для обнаружения сколов и трещин). Поверхность труб и раструбов снаружи и внутри должна быть чистой и гладкой, без пузырей, раковин, свищей, шлаковых включений и других дефектов. Трубы с трещинами и отколами концов отбраковывают.
При соединении канализационных труб (рис. 3.15, а) гладкий конец 1 вводят в раструб 3 до упора, а при соединении водопроводных напорных (рис. 3.15, б) между гладким концом 1 и упорной поверхностью раструба 3 оставляют зазор b = 3–9 мм.
Ширина зазора между внутренней поверхностью раструба и наружной поверхностью трубы, вставленной в раструб, должна быть одинакова по периметру трубы.
Заделка раструбов цементом или асбестоцементной смесью зависит от типа труб.
При соединении канализационных труб на гладкий конец трубы 1 (рис. 3.15, в) навертывают смоляную прядь 4, скрученную в жгут диаметром 7–8 мм. Чтобы конец жгута не попал в трубу и не засорил ее, при навертывании первого витка его прижимают, захлестывая сверху очередным витком. Конопаткой 6 (рис. 3.15, г) жгут вгоняют в зазор раструба 3 и уплотняют его. Жгут должен заполнять 2/3 глубины раструба. После уплотнения жгута приготовляют цемент. Для заделки раструба используют цемент марки не ниже 300. Его просеивают, увлажняют водой (10–12 % по массе) и перемешивают. Оставшееся в раструбе место (1/3 его глубины) заполняют с помощью совка увлажненным цементом 2 (рис. 3.15, д) и зачеканивают чеканкой 7 (рис. 3.15, е) до тех пор, пока чеканка не станет отскакивать от цемента. Для получения менее жесткого стыка применяют асбестоцементную смесь, которую приготовляют, перемешивая асбестовое волокно не ниже IV группы (30 % по массе) и портландцемент марки не ниже 400 (70 %). За 30–40 мин до использования асбестоцементную смесь увлажняют, добавляя воду в количестве 10–12 % от массы смеси.
Чтобы обеспечить хорошие условия твердения цемента, раструб сверху закрывают мокрой тканью, которую в жаркую погоду периодически смачивают. В зимнее время для увлажнения цемент или смесь разводят горячей водой, раструбы подогревают, стыки после заделки утепляют. На сантехмонтажных заводах для сборки узлов из чугунных труб диаметром 50 и 100 мм применяют стенд-карусель на шесть рабочих мест с пневмоприжимами. Каждое место подается к рабочему поворотом стола вручную.
При соединении водопроводных труб диаметром до 300 мм раструб заделывают пеньковой прядью на глубину 25 мм и асбестоцементной смесью на глубину 25–30 мм. Для ускорения заделки стыка используют уширенные конопатки и чеканки (рис. 3.16), а также приспособления А.Н. Васильева, К.Г. Козлова и др. Приспособление А.Н. Васильева (рис. 3.17, а) состоит из металлической плиты 3 и шарнирно закрепленной на ней скобы 5 для прижима трубы 1 к плите. Скоба запирается чекой 4, что позволяет удерживать трубу в вертикальном положении, удобном для заделки раструба.
Рис. 3.16. Инструмент для заделки раструбных труб: а – конопатка; б – чеканки; в – уширенная конопатка
Рис. 3.17. Приспособления для заделки раструбов чугунных канализационных труб: а – А. Н. Васильева; б – К. Г. Козлова; 1 – труба; 2, 4 – чека; 3 – плита; 5 – скоба; 6 – защелка; 7 – звездочка; 8 – ось; 9 – винт; 10 – хомут
Приспособление К.Г. Козлова (рис. 3.17, б) более совершенно, так как позволяет укреплять трубу в различных положениях. Труба закрепляется хомутом 10 с зажимным винтом 9. Хомут приварен к оси 8, которая может поворачиваться во втулке. Для установки хомута с трубой в определенном положении на оси насажена и приварена звездочка 7, которая фиксируется защелкой 6, поворачивающейся на оси. Соединения труб с заделкой раструба цементом и асбестоцементной смесью наиболее просты и безопасны, но требуют длительного времени для схватывания цемента.
Рис. 3.18. Стенд-карусель для сборки узлов канализационных трубопроводов
Заделка раструбов расширяющимся цементом. Соединение канализационных труб ведут в такой последовательности. Одну трубу укрепляют раструбом вверх в приспособлении (рис. 3.18). На конец другой или фасонной части наматывают два витка пряди толщиной 5–6 мм, длиной 440 мм – для труб диаметром 50 мм и длиной 760 мм – для труб диаметром 100 мм (рис. 3.19, а). Конец трубы с намотанной прядью вставляют в раструб трубы, укрепленной в приспособлении, и прядь осаживают конопаткой (рис. 3.19, б). Затем трубу, вставленную в раструб, центруют тремя металлическими клиньями так, чтобы ширина кольцевого зазора между трубой и раструбом была везде одинакова, после чего клинья вгоняют легкими ударами молотка (рис. 3.19, в).
Для приготовления раствора в сосуд насыпают расширяющийся цемент. Для труб диаметром 50 мм на один стык требуется 125 г цемента, а для труб диаметром 100 мм – 250 г. Затем в сосуд с цементом наливают воду (55–65 % от массы цемента).
Рис. 3.19. Заделка раструба расширяющимся цементом или серой: а – намотка пряди; б – осадка пряди; в – центровка трубы; г – заливка цементом (серой)
Раствор непрерывно перемешивают, чтобы не было комков и сухих частиц. Раствор приготовляют в таком количестве, чтобы один замес для заливки подготовленных стыков можно было использовать в течение 3–4 мин. Кольцевой зазор стыка заливают раствором за один раз и штыкуют его, чтобы не образовалось раковин и пустот (рис. 3.19, г). Через 40 мин после заливки раструба цементом трубу снимают с приспособления, залитые стыки обертывают мокрой тканью или укладывают на 10–12 ч в ванну с водой температурой не менее 20 °C. Чем выше температура воды в ванне, тем быстрее цемент схватывается: при температуре 40 °C цемент в стыке набирает прочность через 5–6 ч.
После выдержки в ванне из стыков легкими ударами молотка извлекают клинья, а оставшиеся от них отверстия заделывают расширяющимся цементом. Заготовленные узлы трубопроводов можно отправлять на объекты не ранее чем через 20 ч после заделки стыков.
Заделка раструбов расплавленной серой. Стоимость и трудоемкость работ по заделке стыков серой ниже по сравнению с заделкой расширяющимся цементом. Однако герметичность стыка уменьшается из-за водопроницаемости серы. Поэтому такой способ задельем раструбов не следует использовать при скрытой прокладке трубопровода и соединении напорных трубопроводов. Раструбы чугунных труб заделывают технической серой (порошковой или комовой) аналогично заливке расширяющимся цементом. Стык, заделанный серой, жесткий и хрупкий. Чтобы уменьшить хрупкость соединения, в серу добавляют 10–15 % молотого каолина.
Перед соединением канализационных труб серу вместе с каолином разогревают в бачке, который установлен внутри специальной печи и омывается минеральным маслом, нагреваемым до температуры 130–135 °C. Сера разогревается в течение 1,5–2 ч и может храниться в расплавленном состоянии не более 2 ч.
Серу заливают в раструб из ковша вместимостью 0,5 л на удлиненной ручке за один прием, не разрывая струи. Количество серы на один раструб трубы диаметром 50 мм составляет 130 г, диаметром 100 мм – 205 г, диаметром 150 мм – 480 г. Твердение серы после заливки раструбов труб диаметром 50 и 100 мм длится 5 мин; а диаметром 150 мм – 10 мин. После затвердевания ее узлов трубопроводов готовы к транспортированию.
Заделка раструбов резиновым кольцом или манжетой. После очистки поверхностей соединяемых труб и уплотнителя – резинового кольца б, манжеты (см. рис. 3.12, б) от пыли и грязи уплотнитель вставляют в желобок 5 раструба 2. Гладкий конец 1 соединяемой трубы на расстоянии 80 – 100 мм покрывают графитоглицериновой смазкой. Выверяют положение труб в плане и по вертикали. Далее надевают на трубы приспособление для стяжки – винтовое или реечное (рис. 3.20) – и с его помощью плавно сближают трубы, вводя гладкий конец в раструб.
Заделка раструбов герметикой. После осмотра и очистки поверхностей трубы и раструба их зачищают, чтобы они имели шероховатую поверхность. Далее одну трубу центруют таким образом, чтобы ширина раструбной щели в рабочей зоне была одинаковой по всей окружности раструба. Затем вводят виток пряди.
Герметик УТ-37А – полимерный материал вязкой пастообразной консистенции, состоящий из герметизирующей К-1 (100 мае. ч.) и отвердевающей (вулканизирующей) Б-1 (9 – 14 мае. ч.) паст. Компоненты смешивают не более чем за 1 ч до использования герметика, после чего полученную смесь подают по шлангу 2 в полость стыка через специальную насадку 1 (рис. 3.21).
Рис. 3.20. Монтажные приспособления для заделки труб с резиновым кольцом: а – винтовое; б – реечное; 1 – захват; 2 – тяги; 3 – упоры; 4 – винтовой механизм; 5 – рычаг; 6 – реечный механизм
Рис. 3.21. Заделка раструбов герметиком: 1 – насадка; 2 – шланг
При вертикальном расположении стыка заполнение герметиком ведут так же, как заливку раструба серой; при горизонтальном – стык заполняют снизу вверх равномерно с двух сторон трубы. После заполнения стыка к герметику по окружности прижимают накладку, которую снимают после вулканизации герметика (превращение его в резиноподобный материал).
Стыки труб, заделанные герметиком УТ-37А, эластичные и прочные, выдерживают давление до 1,5 МПа.
Контроль качества. После того как уплотнитель затвердеет, соединение осматривают, проверяя плотность заполнения зазора между раструбом и гладким концом. Расслоение, раковины в залитых серой и цементом стыках, а также неполная их заливка не допускаются. Прочность и плотность раструбных соединений проверяют контрольной разборкой нескольких стыков.
3.5. Соединение полимерных труб
Полимерные трубы соединяют сваркой, склеиванием, с помощью раструбов, фланцев, накидных гаек. Выбор соединения зависит от материала труб, условий работы и прокладки трубопроводов. Полимерные трубы соединяют в такой последовательности: размечают и отрезают трубную заготовку заданной длины, подготовляют место соединения труб, выполняют стыковые соединения.
Разметку этих труб производят аналогично стальным, но разметочный инструмент, оставляющий на поверхности трубы риски или надрезы, использовать запрещается.
Рис. 3.22. Резка полимерных труб: а – ножовкой; б – труборезом; в – шаблон для резки
Резку труб выполняют ножовками для резки металла, мелкозубыми ручными пилами по дереву, труборезом. При резке труб под углом используют шаблон (рис. 3.22, в). При резке отклонение от плоскости реза не должно превышать 0,5 мм для труб диаметром до 50 мм, 1 мм – для труб диаметром 50 – 160 мм, 2 мм – для труб большего диаметра.
Соединение сваркой. При соединении полимерных труб применяют контактную стыковую или раструбную сварку, а также сварку нагретым газом с применением присадочного материала.
Подготовка труб к сварке начинается с осмотра труб и подборки их по диаметрам, толщинам и партиям поставки. Трубы с дефектами, овальностью более 10 %, трещинами, задирами, царапинами глубиной более 0,5 мм отбраковывают. Трубы с овальностью более допустимой (10 %), ведущей к смещению кромок при сборке более чем на 10 % от толщины стенок, но не более 1,2 мм можно исправить путем калибровки на специальном приспособлении.
Трубы с трещинами или другими дефектами на концах могут быть использованы только после отрезки поврежденных участков. Причем место отрезки должно находиться на расстоянии не менее 50 мм от края повреждения.
Для соединения отбирают трубы из одной партии поставки, что позволяет уменьшить влияние свойств материала на качество сварки и подобрать трубы со стабильными размерами. Недопустимо соединять трубы из полиэтилена высокой (ПВП) и низкой (ПНП) плотности, полиэтилена и полипропилена (ПП).
Рис. 3.23. Устройство для торцовки и снятия фасок полимерных труб
Следующий этап подготовки труб к сварке – очистка концов труб от грязи, масла, краски, а также поверхности труб снаружи и внутри на расстоянии от конца не менее чем на 30 мм. Грязь удаляют водой с применением волосяных щеток и последующей протиркой. Соскабливать загрязнения металлическими щетками и инструментом не допускается. Затем концы труб обезжиривают ацетоном (ГОСТ 2768-84*), уайт-спиритом (ГОСТ 3134-78*).
Поврежденный и подвергшийся старению поверхностный слой выравнивают и снимают зачисткой торцов (торцовкой) путем обрезки или фрезерования острым инструментом или специальным устройством (рис. 3.23). Толщина удаляемого слоя – не менее 1–3 мм. Торцы зачищают непосредственно перед сваркой (но не ранее чем за 6–8 ч до сварки), чтобы свариваемые поверхности не окислялись и не загрязнялись.
Контактную стыковую и раструбную сварку выполняют путем нагревания до расплавления материала с последующим сдавливанием соединяемых поверхностей и охлаждением стыка под давлением. Контактную сварку выполняют при температуре воздуха не ниже – 10 °C для ПНП и ПВП и 0 °C – для ПП.
Контактную стыковую сварку осуществляют следующим образом. После подготовки трубы укладывают и центрируют, далее вводят нагревательный элемент, который оплавляет торцы труб. Затем нагревательный элемент удаляют и трубы соединяют под давлением, выдерживая их до охлаждения стыка.
Контактную сварку разделяют на механизированную и ручную.
Механизированную выполняют на сварочных установках, обеспечивающих высокую точность поддержания технологического режима и высокое качество сварки. Сварочная установка (рис. 3.24, а) состоит из зажимов для закрепления концов труб 2 больших диаметров и нагревательного элемента 3, подвижно закрепленного на установке. Нагревательный элемент, как правило, снабжен электрическим нагревом. Для этого в диск вмонтирован тепловой электрический элемент (ТЭЭ), который питается от блока напряжением 36 В. Постоянная температура элемента поддерживается терморегулятором.
Рис. 3.24. Контактная стыковая сварка полимерных труб: а – механизированная; б – ручная; 1 – зажимы; 2 – трубы; 3 – нагревательный элемент; 4 – блок питания
При ручной сварке (рис. 3.24, б), применяемой в малоудобных местах (подвалах, колодцах, траншеях), используют нагревательный элемент, устройства для торцовки и центровки труб (рис. 3.25). Устройство для центровки труб небольшого диаметра состоит из зажимов 2, которыми захватываются трубы, и рычагов 7, сжимающих их после оплавления торцов труб.
Рис. 3.25. Устройство для центровки труб:1 – рычаги; 2 – зажимы
При сварке после закрепления в зажимах торцы труб приводят в соприкосновение; при этом зазор между ними не должен превышать 0,5 мм для труб диаметром до 110 мм и 0,7 мм – для труб большего диаметра. Если это условие не достигается, производят дополнительную обработку торцов труб.
Затем трубы разводят и в зазор между ними вводят нагревательный элемент (рис. 3.26, а). Температуру элемента, зависящую от материала трубы, контролируют термометром. При его отсутствии температуру можно определить приблизительно, проведя куском материала, отрезанным от свариваемой трубы, по нагретой поверхности элемента: он должен плавиться, но не должен дымиться.
Рис. 3.26. Технологическая последовательность соединения полимерных труб контактной стыковой сваркой: а – введение нагревательного элемента; б – оплавление концов труб; в – удаление нагревательного элемента; г – соединение (осадка) труб; 1 – трубы; 2 – нагревательный элемент; 3 – валик из расплавленного материала; 4 – сварной шов
Оплавление концов труб (рис. 3.26, б) производят путем плотного и равномерного прижатия их торцов к нагревательному элементу. Время нагрева зависит от толщины стенки трубы и материала. Давление при нагреве поддерживают до тех пор, пока не будет достигнут полный контакт между свариваемыми поверхностями и инструментом. С появлением валика 3 из расплавленного материала давление постепенно снижают, а нагрев продолжают до образования валика высотой 2–2,5 мм при толщине стенки трубы до 5 мм и не более 3–5 мм при большей толщине.
После окончания оплавления трубы разводят и извлекают элемент (рис. 3.26, в), а затем не более чем через 2–3 с после того, как извлекли инструмент, плотно соединяют оплавленные концы труб (осадка труб) (рис. 3.26, г). Трубы прижимают одну к другой под давлением осадки 0,1–0,25 МПа, при этом образуется прочный шов. Сварное соединение охлаждают, не снижая давления осадки, в течение 3 – 10 мин в зависимости от толщины стенки и вида материала труб. При охлаждении не допускается перемещать и вращать концы труб в зоне сварного шва.
Контактную раструбную сварку выполняют в такой последовательности. После подготовки труб нагревательный элемент вводят между их концами, которые затем сближают таким образом, чтобы они соприкасались с нагревательным элементом. После оплавления соединяемых поверхностей трубы разводят, удаляют нагревательный элемент и быстро вставляют гладкий конец трубы в раструб, выдерживая соединяемые детали в неподвижном состоянии до охлаждения.
Преимущества контактной раструбной сварки по сравнению со стыковой состоят в следующем: не образуются наплывы материала, которые мешают свободному движению жидкости в трубопроводе; создается прочное соединение – за счет большой площади соприкосновения; не требуется усилий для центровки и сжатия труб при их соединении.
Раструбное соединение (рис. 3.27, а) обычно выполняют с помощью раструбных соединительных деталей: тройников 4 (рис. 3.27, б), муфт 5 (рис. 3.27, в). При отсутствии соединительных деталей сварку производят в раструб 1 (рис. 3.27, г), отформованный на гладком конце трубы 3. Внутренний диаметр соединительной детали или раструба должен быть меньше наружного диаметра соединяемой трубы.
Рис. 3.27. Контактная раструбная сварка (а) в литой тройник (б), муфта (в), раструб (г):1 – раструб; 2 – нагревательный элемент; 3 – гладкий конец трубы; 4 – тройник;5 – муфта
Нагревательный элемент 2 (см. рис. 3.27, а), используемый для контактной раструбной сварки, по конструкции проще, чем для стыковой. Однако в зависимости от диаметра соединяемых труб следует применять определенный нагревательный элемент или сменные насадки. Нагревательный элемент изготовляют из сплавов алюминия или нержавеющей стали. Поверхности инструмента, соприкасающиеся с материалом труб, должны быть отполированы и покрыты материалом, к которому не прилипает расплавленная пластмасса.
Рис. 3.28. Технологическая последовательность контактной раструбной сварки;а – введение нагревательного элемента; б – оплавление концов труб; в – соединение труб; 1 – раструб; 2 – дорн; 3 – нагревательный элемент; 4 – гильза; 5 – гладкий конец трубы; 6 – хомут
При сварке труб небольшого диаметра на строительной площадке элемент нагревают паяльной лампой или газовой горелкой. При этом температуру элемента контролируют термокарандашом или куском материала, отрезанным от свариваемой трубы.
При нагреве и оплавлении труб нагревательный элемент 3 помещают между концами соединяемых труб так, чтобы дорн 2 (рис. 3.28, а) находился напротив раструба 7, а гильза 4 – напротив гладкого конца трубы 5. Чтобы ограничить глубину входа гладкого конца трубы 5 в нагревательный элемент на расстоянии, равном глубине гильзы 4, устанавливают ограничительный хомут 6. Раструб 1 и гладкий конец трубы 5 быстро надвигают на нагревательный элемент 3 (рис. 3.28, б). Время нахождения концов труб на нагревательном элементе должно обеспечить равномерное оплавление всей площади соприкасающихся поверхностей без потери формы и жесткости деталей. Если надвигание производить медленно, то концы соединяемых труб могут прогреться на всю толщину стенки или большую часть ее и потерять форму.
Процесс оплавления продолжают до тех пор, пока у кромок раструба и на трубе по всему периметру не появится валик оплавленного материала высотой 1–2 мм. После этого быстро раздвигают соединяемые трубы и удаляют нагревательный элемент из зоны соединения. Затем, не более чем через 2–3 с, трубы соединяют, вводя гладкий конец трубы 5 в раструб 7 (рис. 3.28, в) и выдерживая их под осевой нагрузкой 20–30 с до начала отверждения материала. После соединения труб их нельзя поворачивать и смещать относительно друг друга.
Сварку нагретым газом с применением присадочного материала (рис. 3.29) выполняют путем разогрева кромок соединяемых труб (деталей) 1 и прутка 2 присадочного материала с помощью горелки 3 и последующего заполнения шва материалом прутка, который вдавливают в разогретые поверхности. Этот способ универсален, так как позволяет производить сварку в любом положении шва, не требует точной подгонки деталей и сложного инструмента.
Рис. 3.29. Сварка полимерных труб нагретым газом с применением присадочного материала:1- трубы; 2 – пруток из присадочного материала; 3 – горелка; 4 – шланг для подачи газа; 5 – провод
В горелки 3, используемые для подогрева стыка, газ подается от компрессора по шлангу 4. Газ нагревается электрической спиралью, питаемой током по проводу 5, и через сопло подается в зону сварки.
Сварка труб нагретым газом может быть стыковой или раструбной. Прочность стыкового соединения на растяжение выше, чем раструбного, а на изгиб – наоборот. Сварку труб нагретым газом ведут в такой последовательности: подготовляют пруток присадочного материала к сварке, подбирают горелку и включают ее, контролируют температуру нагретого газа и производят сварку.
При подготовке труб к сварке зачищают и обезжиривают места сварки. При стыковой сварке труб толщиной 2–5 мм снимают фаску под углом 60–65°. Материал прутка выбирают в соответствии с материалом свариваемой трубы, его толщиной, формой шва, прочностью соединения. Для сварки используют пруток простого (круглого) и сложного (двойного) профиля толщиной 3–4 мм. Пруток простого профиля используют при сварке труб толщиной до 5 мм, сложного профиля – при большей толщине. Конец прутка обрезают под углом 30°. Горелку подбирают так, чтобы диаметр ее сопла был на 1 мм больше диаметра прутка. Подача газа – 3–7 м3/ч при давлении перед горелкой до 0,04 МПа. Температура газа на выходе из сопла зависит от вида материала: для ПВХ, ПНП – 230–270 °C; ПВП, ПП – 250–300 °C. Горелку включают и выводят на расчетный режим следующим образом. Открывают вентиль подачи сжатого воздуха и включают питание спирали. Через 3–5 мин после прогрева горелки окончательно устанавливают температуру газа, регулируя его подачу: при уменьшении подачи температура повышается, при увеличении – уменьшается. Температуру контролируют термометром или путем теплового воздействия на контрольные образцы. При этом на кусочке, отрезанном от свариваемого изделия и размещенном на расстоянии 6–8 мм от сопла, через 5 с должно появиться матовое пятно, а белая бумага, поднесенная к соплу, должна окраситься в темно-бурый цвет.
Нагретый газ должен быть чистым: не содержать пыли, масла и других веществ, ухудшающих качество шва. Чистоту нагретого газа проверяют, размещая на пути потока белый кусок хлопчатобумажной ткани или бумаги: на них не должно появляться черных пятен или точек.
При сварке полимерных труб 1 (см. рис. 3.29) струю горячего газа направляют попеременно круговыми или колебательными движениями горелки 3 на пруток 2 и свариваемые кромки до образования матовой поверхности. Расстояние между наконечником горелки и поверхностью свариваемого шва должно быть в пределах 5–8 мм. По мере размягчения прутка и свариваемых труб пруток с усилием (для прутка диаметром 3 мм – 18–22 Н, а диаметром 4 мм – до ЗО Н) вдавливают в разделку стыка. При этом его следует держать по отношению к оси трубы под углом 60–90° при стыковой сварке и 45° – при раструбной. Сопло горелки должно составлять с осью трубы угол 15–25° – для труб толщиной стенки до 5 мм и 30–45° – свыше 5 мм в направлении, противоположном общему направлению сварки.
При сварке пруток держат в левой руке между большим и указательным пальцами на расстоянии 70–80 мм от поверхности сварки, а горелку – в правой руке. Пруток укладывают в шов в определенном порядке, обеспечивая равномерное распределение напряжений в шве. По мере укладки прутка пальцы передвигают равномерно вверх. Перехватывать пруток следует плавно, не прерывая процесса сварки. При этом следят, чтобы при укладке первого валика часть прутка выступала с внутренней стороны шва на 0,5–1 мм, а в раструбных соединенях, катет углового шва по периметру трубы должен быть равен толщине стенки раструба.
При размягчении прутка на расстоянии более 20–30 мм от точки сваривания сварку приостанавливают и пруток охлаждают. При смене или обрыве прутка конец приваренного прутка нагревают и срезают под углом 20–30°, затем к полученному срезу внахлестку приваривают также подготовленный новый пруток. Необходимо, чтобы на шве расстояние между стыками прутков было не менее 8 мм.
Соединение полимерных труб на клею. Этот способ используют для соединения раструбных труб и фасонных частей из ПВХ с зазором и без зазора.
При склеивании труб без зазора, когда разность диаметров склеиваемых элементов менее 0,1 мм, применяют клей, состоящий из перхлорвиниловой смолы (14–16 мае. ч.) и метилхлорида (86–84 мае. ч.). При склеивании труб диаметром более 100 мм, а также труб различных диаметров при повышенных температуре (более 25 °C) и скоростях движения воздуха в зоне монтажа используют Белей, состоящий из перхлорвиниловой смолы (14–16 мае. ч.), метилхлорида (76–72 мае. ч.), циклогексаната (10–12 мае. ч.).
Для склеивания труб с зазором, когда разность диаметров склеиваемых элементов менее 0,6 мм, используют зазорозаполняющий клей ГИПК-127, состоящий из тетрагидрофурана (растворитель ПВХ), поливинилхлоридной смолы, оксида кремния. Трубы СБелеивают при температуре воздуха не ниже 5 °C. Рабочее место должно быть защищено от ветра и атмосферных осадков. СБелеивание труб производят в такой последовательности: размечают посадочную длину, подготавливают склеиваемые поверхности, наносят клей, соединяют трубы.
Разметку посадочной длины (рис. 3.30, а) выполняют линейкой, складным метром 3 и карандашом 2. Длина посадочной части равна длине нахлеста клеевого соединения, которая должна быть на 6 мм больше наружного радиуса трубы.
Рис. 3.30. Последовательность соединения полимерных труб на клею: а – разметка посадочной длины; б – очистка склеиваемых поверхностей гладкого конца и раструба; в – проверка консистенции клея; г – нанесение клея на раструб и гладкий конец трубы; д – соединение труб; 1 – гладкий конец трубы; 2 – мягкий карандаш; 3 – складной метр; 4 – раструб; 5 – шлифовальная шкурка; 6 – палочка; 7 – клей;8 – кисть
Подготовка склеиваемых поверхностей заключается в зачистке гладкого конца трубы 1 и внутренней поверхности раструба 4 шлифовальной шкуркой 5 (рис. 3.30, б). Затем зачищенные поверхности обезжиривают органическими растворителями (метиленхлоридом). Перед склеиванием труб без зазора проверяют плотность сопряжения деталей. При плотном сопряжении клей наносят одним слоем, при свободном сопряжении – двумя слоями (второй наносят после просыхания первого слоя до отлипа). Клей наносят кистью из натуральной щетины. Перед нанесением клея проверяют его консистенцию (рис. 3.30, в), обмакивая палочку 6 в клей 7: Белей должен стекать с палочки ровной струей (консистенция сметаны). Густой клей разбавляют растворителем. Сначала Белей наносят кистью 8 на внутреннюю поверхность раструба 4 (рис. 3.30, г), а затем на гладкий конец трубы 1.
При склеивании труб без зазора клей наносят на 2/3 глубины раструба и на всю длину калиброванного конца трубы равномерным тонким слоем. При сбелеивании с зазором на раструб наносят тонкий слой, а на конец трубы – толстый слой Белея. Гладкие концы труб из ПВХ с раструбами, имеющими желобки под резиновое кольцо, склеивают только зазорозаполняющими іелеями. На поверхность желобка клей не наносят.
Соединяют трубы (рис. 3.30, д) сразу после нанесения клея, вдвигая гладкий конец трубы 1 в раструб 4. Лишний клей, вытесняемый из зазора, немедленно удаляют.
Склеенные стыки в течение 5 мин нельзя подвергать механическим воздействиям. Узлы и плети труб перед монтажом выдерживают не менее 2 ч.
Раструбное соединение полимерных труб с резиновым кольцом. Такое соединение по конструкции аналогично соединению чугунных труб.
Полимерные трубы соединяют в такой последовательности (рис. 3.31, а). В желоб 2 предварительно очищенного раструба 1 трубы или фасонной части вводят резиновое кольцо 3. Гладкий конец трубы 4 или фасонной части (но не кольца) смазывают мыльным раствором и, слегка вращая, вставляют в раструб до нанесенной на детали метки 5, при этом гладкий конец трубы не должен доходить до упора в раструб (рис. 3.31, б). Между торцом и упорной поверхностью раструба оставляют зазор, необходимый для обеспечения свободного перемещения трубы при ее удлинении от изменения температуры стыков. После сборки соединения проверяют наличие кольца в желобке, для чего одну из соединяемых деталей поворачивают вокруг другой. Если кольцо находится в желобке, то деталь легко поворачивается.
Рис. 3.31. Соединение на резиновом кольце: a – соединяемые детали; б – собранное соединение; 1 – раструб; 2 – желоб; 3 – кольцо; 4 – гладкий конец трубы; 5 – метка
Рис. 3.32. Ключи для завертывания полимерных накидных гаек
Фланцевое соединение и соединение накидной гайкой. Для таких соединений на конце трубы после ее нагрева формуется с помощью пуансона утолщенный бурт или отбуртовка. Соединения собирают так же, как на стальных трубах. Для уплотнения используют прокладку из мягкой резины. Накидные гайки завертывают специальными ключами, которые не деформируют их (рис. 3.32).
Соединение полимерных труб с трубами из других материалов. В связи со свойствами полимерных труб (большой температурный коэффициент линейного расширения, низкая прочность и жесткость) для надежной работы трубопроводов большое значение имеет правильное соединение их с трубопроводами из других материалов.
Соединение с чугунными напорными раструбными трубами выполняют с помощью резиновых колец с последующим заполнением раструба раствором расширяющегося цемента. При отсутствии колец допускается заделка раструба смоляной прядью и расширяющимся цементом, при этом внутрь пластмассовой детали запрессовывают в нагретом состоянии отрезок стальной трубы. Поверхность труб из ПВХ на длине раструба следует очистить растворителем, покрыть слоем клея и обсыпать песком, а поверхность труб из ПВП и ПНП оплавить и покрыть песком.
Соединение с чугунными канализационными трубами 1 (рис. 3.33, а) производят с помощью полимерного переходного патрубка 4, на конце которого имеется раструб 5 с резиновым кольцом б, обеспечивающим плотное соединение с пластмассовой трубой.
Соединение труб из ПВХ 9 с полимерными трубами 7 (рис. 3.33, б) осуществляется с помощью переходного патрубка 4, который приклеивают к трубе 9 и уплотняют резиновым кольцом 6 на полимерной трубе 7.
Рис. 3.33. Соединение полимерных труб с трубами из других материалов: а – с чугунной канализационной; в – трубы из ПВХ с трубой из ПВП или ПНП; 1 – чугунная труба; 2 – смоляная прядь; 3 – цемент; 4-патрубок; 5-раструб; 6-резиновое кольцо; 7 – полимерная труба; 8 – клей; 9 – труба из ПВХ
Соединение со стальными трубами водоразборной и трубопроводной арматуры выполняют с помощью фланцев и накидных гаек.
Контроль качества. При соединении полимерных труб должно быть обеспечено высокое качество стыков, их прочность и плотность.
Качественный сварной стык должен иметь ровную поверхность без трещин и складок, вызванных перегревом деталей. Валик оплавленного материала должен быть сплошным и равномерным по ширине по всему периметру и слегка выступать за наружную поверхность трубы или торцовую поверхность раструба. Высота валика не должна превышать 2 мм при толщине стенки до 10 мм и 3–4 мм при большей толщине, смещение кромок – 10 % от толщины стенки, а отклонение углов между осевыми линиями труб и фасонных частей в месте стыка – 10°.
Качество сварных соединений полимерных труб контролируют на всех стадиях: до начала сварочных работ, в процессе сварки (операционный контроль) и после его окончания. До начала сварочных работ проверяют размеры соединяемых деталей и сварочного инструмента. При операционном контроле проверяют качество подготовки мест соединений, производят контроль режима сварки (температуры нагревательного элемента, времени нагрева и т. д.).
После окончания сварки все сварные швы подлежат внешнему осмотру. При этом выявляют зоны непровара (пустоты), перегрева материала, величину и равномерность валика, перекосы в соединении. При клеевых соединениях контролируют равномерность и непрерывность клеевой пленки по периметру соединения и определяют дефекты: непроклей, наличие мягкой клеевой прослойки, пористости клеевого шва, перекос соединения и т. д. Стыки с дефектами заменяют новыми или ремонтируют.
3.6. Соединение асбестоцементных, керамических, бетонных и железобетонных труб
Асбестоцементные напорные и безнапорные трубы соединяют муфтами цилиндрической формы. Концы труб должны быть обрезаны перпендикулярно оси труб и не иметь обломов, заусенцев и расслоений.
Напорные трубы соединяют двухбуртными асбестоцементными муфтами с резиновыми кольцами при давлении до 0,3 МПа. При больших давлениях используют самоуплотняющиеся муфты (САМ) или чугунные муфты, которые натягивают на стык с помощью рычажных или винтовых домкратов.
Безнапорные трубы соединяют цилиндрическими асбестоцементными муфтами, имеющими с обоих концов нарезку (2–3 нитки). Стыки труб конопатят смоляной прядью и заделывают асбестоцементной смесью, цементом или битумной мастикой.
Керамические трубы соединяют раструбным соединением, в котором зазор заполняют смоляной прядью на высоту 2/3 раструба, а в остальной части раструба делают замок из цемента, асбестоцементной смеси или мастики. Цементом раструбы заделывают при укладке трубопроводов на плотное основание, исключающее просадку. Асбестоцементную смесь для устройства замка приготовляют так же, как для заделки раструбов чугунных труб.
Мастика заводского изготовления состоит из асфальта – 1 часть и битума БН 70/30 – 3 части. Перед употреблением мастику разогревают в котлах, не доводя до кипения, чтобы она не была хрупкой.
Поверхности трубы и раструба должны быть сухими, так как мастика не прилипает к влажной поверхности. Если трубы расположены вертикально, то мастику заливают непосредственно в раструб; если же трубы расположены горизонтально, то мастику заливают через литник, сделанный в глиняном валике, или с помощью металлического хомута, который обеспечивает затекание мастики в раструб.
Бетонные и железобетонные трубы соединяют с помощью раструбного стыка, уплотняемого резиновым кольцом и закрываемого замком из цемента.