Коэффициент запаса прочности трубы

Какие величины запаса прочности в зависимости от материала?

Данная классификация применяется для всех труб из пластика, в том числе, водопровода, полива, фильтрации, отопления, транспортировки технических жидкостей и растворов. Коэффициент запаса прочности используется для расчетов величинами, не менее тех, которые указаны в таблице:

При этом берутся только модели труб из термопластов, сопоставимых типоразмеров, а также в схожих условиях применения.

Как видно из таблицы, коэффициент запаса зависит от типа полимера, также на него может влиять рабочая температура транспортируемой жидкости, температура окружающей среды, дополнительные нагрузки в виде давления, вибрации, влияния магнитов и прочие факторы. Чем сложнее система, чем выше требования надежности, тем большее значение коэффициента запаса используется в расчетах. При проектировании трубопроводов используется следующая классификация:

• Класс 1 – в него вошли РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB, PVC-C;
• Класс 2 – РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB, PVC-C;
• Класс 3 – PVC-C, РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB;
• класс 4 – РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB;
• класс 5 – РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB;
• класс «ХВ» — для РЕ и PVC-U.

К примеру, для класса 2 принимается:

• Рабочая температура – 70 °C;
• Длительность при рабочей температуре (в годах) – 49;
• Максимальная температура – 80 °C;
• Длительность при максимальной температуре (в годах) – 1;
• Температура аварии – 95 °C;
• Время до аварии (часов) – 100.

При расчете аварийных величин, длительности эксплуатации учитываются коэффициенты запаса.

Величина коэффициента запаса может получаться путем расчетов, либо проведения экспериментов или испытаний. При проведении испытаний учитываются:

• Получаемые величины напряжения и уровень деформации образцов (систем, участков трубопроводов);
• Полученные величины максимальных нагрузок до разрушения образцов;
• Получаемые расчеты для участков трубопроводов, отдельных элементов и систем.

Важно понимать, что коэффициент запаса принимается в зависимости от условий эксплуатации, назначения систем трубопровода, требуемых технических характеристик системы. Минимальные значения допустимых коэффициентов запаса должны обеспечить заданный уровень надежности и безаварийности, поэтому рассчитываются отдельно для каждого участка с разными условиями внешней среды, температуры транспортируемой жидкости и прочих параметров. Если требуемая надежность не обеспечивается, тогда либо уменьшаются рабочие характеристики, либо проектируется система с учетом условий эксплуатации (применяются другие системы трубопроводов, иные диаметры, специальные решения).

Где еще используется коэффициент запаса?

Коэффициент запаса используется при расчете следующих величин:

• Минимальная длительная прочность MRS, Minimum Required Strength (МПа) – напряжение, гарантирующее срок эксплуатации от 50лет (при температуре жидкости и среды 20 °С).
• Максимальное рабочее давление МОР (МПа) – величина давления, обеспечивающая безаварийную эксплуатацию:
  , где
  Сt – коэффициент уменьшения давления,
  SDR – стандартное размерное отношение,
  МRS – длительная прочность.
  С – коэффициент запаса,
  
• Расчетное напряжение (МRS/С, МПа) – допустимое давление для обеспечения длительности эксплуатации в течение как минимум 50 лет (температура 20 °С).
• Суммарное годовое повреждение (TYD = Σ ai / ti, %) – где аi это срок воздействия температуры в течение календарного года, ti – непрерывное воздействие температуры. При расчете берется фиксированный коэффициент запаса для последующей аппроксимации.

Основной же формулой, учитывающей коэффициент запаса можно считать определение PN (Нормального давления):

В результате получается основная классифицирующая величина PN, которая означает допустимое рабочее давление, выраженное в 1 бар, 0,1 МПа.

ГОСТы и сертификация

• ГОСТ ИСО 12162 от 2006 – описывает пластиковые трубопроводы и соединителей.
• ГОСТ Р 52857.1-2007, ГОСТ 14249-89, ГОСТ 25215-82 – касаются, в том числе, трубопроводов и емкостей, находящихся под давлением.
• ISO 4065 от 1996 – международная сертификация труб из пластика;
• ISO 9080 от 2003 – стандарт определения прочности труб из термопласта;
• ISO 10508 от 1995 – отдельная сертификация труб для ХВ и ГВ из термопласта;
• ГОСТ 24157 от 1980 – основной регламентирующий ГОСТ для труб из пластмасс;
• ГОСТ 26277 от 1984 – требования к изделиям из пластмасс для их подготовки к испытаниям.

Касательно формул, описывающих сроки эксплуатации, надежность, требуемые величины коэффициентов запаса, основным документом можно считать ГОСТ 32415-2013. Он регламентирует технические условия для эксплуатации напорных труб из пластика.