Исследование соединений типа «евроконус» для пластиковых фитингов, в частности для систем трубопроводов из PPR

О.В. Козлов, технический директор компании «Альтерпласт» 

Е.Я. Шаев, кандидат технических наук, доцент, технический специалист компании «Альтерпласт»

Cтатья посвящена использованию традиционного для металлов типа уплотнения «евроконус» в трубопроводах из пластиковых труб. Данный вопрос рассматривается в литературе впервые. Надеемся, что статья будет интересна проектировщикам, монтажникам и другим специалистам.

В современных инженерных системах водоснабжения и отопления широко применяются пластиковые трубопроводы и соединительные элементы (далее – фитинги). Хорошо известны трубопроводы из поливинилхрорида и его производных (ПВХ, НПВХ и т.д.), полиэтилена (ПЭ или ПНД), сшитого полиэтилена (PEX), полипропилена (PPR). В каждом конкретном случае выбор определяется параметрами эксплуатации, стоимостью оборудования и монтажа.

Характеристикам трубопроводов из пластиковых материалов, вопросам их применения уделяется достаточно много внимания, и их технические данные известны широкому кругу потребителей. Стоимость собранной системыопределяется ценой трубы и во многом зависит от стоимости и разнообразия фитингов, применяемых с конкретными трубопроводами. Наличие широкого спектра фитингов позволяет создать систему без использования дополнительных переходных элементов с минимальным количеством соединений. Благодаря этому можно минимизировать стоимость системы и повысить ее надежность.

В настоящее время к системам трубопроводов с широким спектром фитингов можно отнести ПЭ трубопроводы, трубопроводы из PEX, PPRтрубопроводы. Для труб PEXиспользуются цанговые (обжимные) и пресс-фитинги; их недостатком является высокая стоимость (для изготовления применяется высококачественная латунь). Однако трубы PEXпоставляются, как правило, в виде бухт с большой длиной трубы и предназначаются в основном для прокладки в штробе или стяжке. При этом число замоноличенных в раствор (бетон) фитингов невелико, так что суммарная стоимость фитингов при правильном проектировании не будет определяющей.

Для ПЭ труб используются фитинги с различными способами присоединения к трубе: цанговые, приварные, электросварные муфтовые –широкий ассортимент позволяет выбрать оптимальный вариант использования.

Для PPRтруб применяются сварные муфтовые фитинги; тип сварки – диффузионный, то есть имеет место взаимное проникновение полипропилена трубы и фитинга. У этих фитингов низкая стоимость (PPRнедорог) и очень широкий ассортимент.

По сравнению с «традиционными» металлическими (стальными, медными) трубопроводами, пластиковые существуют не так давно, и процесс формирования соответствующего ассортимента непрерывно продолжается – производители ежегодно предлагают новые виды PPRтруб и фитингов для них. Интерес потребителей к данным трубопроводам не снижается, и сфера их применения расширяется; соответственно, нарастают и производственные мощности.

В нашей статье речь пойдет о новой области ассортимента фитингов для ПЭ и PPR– соединении пластик–металл через уплотнение типа «евроконус». В пластиковых фитингах широко применяется плоское (через бурт) уплотнение (рис.1), имеющее очевидный недостаток: оно плохо переносит температурные циклические нагрузки. В то же время хорошо известны традиционные для металлов уплотнения «шар по конусу» (латунь, сталь, чугун, медь) и «евроконус», или «конус по конусу» (латунь, медь). Такой тип соединения успешно выдерживает большие перепады температур и долгие годы применяется в системах отопления и горячего водоснабжения.

Рис.1

  При монтаже стальных панельных радиаторов с нижней подводкой используется «узел нижнего подключения» (рис. 2), выпускаемый многими производителями. У «узлов нижнего подключения» имеются порты с внутренней конической поверхностью, и для подключения к трубопроводу используются фитинги с ответной конусной частью (рис. 2) – подобный тип соединения именуется «евроконусом». Аналогичные порты имеют, например, коллекторы Itap, Oventrop и др.

 

Рис.2

Присоединение радиаторов с нижней подводкой к полипропиленовым трубам вызывает у клиентов много вопросов; это заставило специалистов компании «Альтерпласт» разработать специальный полипропиленовый фитинг. В чем трудность соединения полипропиленовых труб с узлом нижнего подключения радиатора при помощи существующих полипропиленовых фитингов?

 Можно, например, непосредственно на узел накрутить муфты комбинированные с накидной гайкой (из линейки полипропиленовых фитингов с внутренней резьбой). Получим уплотнение только по резьбе, однако на узлах резьба G3/4" под накидную гайку имеет всего три-четыре витка – герметизация такого резьбового соединения ненадежна, у торцов узла достаточно острые кромки, так что плоские прокладки муфт (EPDM) могут быть повреждены, что неминуемо приведет к протечке. То есть необходимо применять комбинированный фитинг с латунным штуцером, имеющим шаровую поверхность посадки на конус узла, с накидной гайкой 3/4" и полипропиленовым корпусом (рис. 3, деталь 1). Однако высота конструкции подсоединения горизонтального трубопровода и радиатора ограничена высотой установки радиатора над полом – это может иметь принципиальное значение. Применяемый же фитинг (рис. 3, деталь 1) имеет достаточно большие габаритные размеры. Кроме того, он довольно дорог (что обусловлено высокой металлоемкостью).

    

Рис. 3                                                                                        Рис. 4

У специалистов компании Альтерпласт возникла идея разработать дешевый фитинг, по функциям аналогичный описанному выше, но с полипропиленовым штуцером, имеющим коничекую поверхность посадки типа «евроконус». Общий вид такого фитинга (далее – штуцер) представлен на рис. 5, подсоединение к узлу видим на рис. 3 (деталь 2) и рис 4.: вариант подсоединения радиатора с помощью двух штуцеров и уголков из PPRна 90° и 45°. Были основания предполагать, что такое соединение будет герметичным и надежным. При высоких температурах это обусловлено разницей коэффициентов температурного линейного расширения полипропилена (0,15 Мм/мТ°С) и латуни (для латуни марки ЛС59-1 коэффициент температурного линейного расширения составляет 0,02 Мм/мТ°С). Благодаря этой разнице нагрев конического соединения в системе отопления дополнительно увеличивает натяг, что повышает герметичность. Кольцеобразная уплотнительная прокладка из EPDMспособствует герметичности соединения при понижении температуры. Посадка уплотнительной прокладки на цилиндрическую часть узла при монтаже происходит без задиров и повреждений – она как бы скользит по конической части узла; плоский упор на полипропиленовой части штуцера под уплотнительным кольцом обеспечивает довод уплотнительного кольца до его рабочего места.

Конструкция штуцера не создает особых трудностей при монтаже и обеспечивает стабильный результат посадки соединительного элемента по конической поверхности. Высота штуцера минимальна.Таким образом, конструкция удовлетворяет всем предъявленным к ней теоретическим требованиям.

 

Рис. 5

Для экспериментальной проверки герметичности и надежности соединения были изготовлены опытные образцы полипропиленового штуцера (рис. 5).

На одном образце проведены испытания на герметичность соединения, прежде всего при температурных циклических нагрузках в диапазоне 20–100°С и начальном давлении 15 атм при Т=20°С и конечном давлении18 атм при 100°С. В качестве ответной части для штуцера использовался выпускаемый компанией ITAP угольник н.р. 1/2"х3/4" из системы MULTI-FIT, имеющий точно такой же «евроконус», как в узлах нижнего подключения Испытания проводились в течение нескольких суток; выполнено более 100 полных циклов. Соединение сохранило полную герметичность, накидная гайка во время испытаний не подтягивалась.

Затемна том же образце проводились испытания на форсированные режимы давления. При помощи опрессовочного насоса в конструкцию была закачана вода при 20°С. Давление резко (в течение 1 с) поднималось до 5 атм., до 10 атм., до 15 атм., до 20 атм., до 25 атм., до 30 атм. Выдержка при каждом давлении – 5 мин. Протечек в соединении не обнаружено.

На рис. 6 представлена фотография испытанного штуцера. Очевидно, что никаких изменений, дефектов (повреждений, смятий и пр.) полипропилена на «евроконусе» не возникло.

Рис. 6

Дальнейшие испытания проводились в лаборатории ООО «Инженерный центр “Трубопроводы и экология”», имеющей аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.22ХП99 от 30.11.2009 г. Были проведены все виды испытаний для полипропиленовых труб и фитингов и их соединений согласно ГОСТ Р 52134 «ТРУБЫ НАПОРНЫЕ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ К НИМ ДЛЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ». Испытания также прошли успешно.

 В начале 2010 г. компания «Альтерпласт» приступила к реализации на российском рынке полипропиленового штуцера с «евроконусом» серийного производства. В течение 2010 г. реализовано более 10 000 данных изделий. Нареканий от клиентов по качеству и надежности соединения до настоящего времени не поступало.

С учетом накопленного положительного опыта разработки и внедрения штуцера с уплотнением типа «евроконус» в техническом отделе компании «Альтерпласт» разработаны полипропиленовые комбинированные разъемные муфты с уплотнением «евроконус» 20х1/2", 25х3/4", 32х1", 40х1.1/4", 50х1 1/2", 63х2". Основными их достоинствами являются: сравнительно низкая материалоемкость, надежность в эксплуатации, герметичность при переменных температурных нагрузках.

 В 2010 г. в Роспатент и зарубежные патентные организации были поданы заявки на получение патентов по разработанным муфтам. В настоящее время получены патенты на полезную модель № 91130 и изобретение № 2408814 от 10.01.2011 г.; патентообладатель – компания «Альтерпласт».

В 2011 г. компания «Альтерпласт» планирует осуществить поставки муфт с соединением типа «евроконус» на российский рынок.