1.2. Труби та арматура для водопровідних мереж

1.2.1. Труби та їх з’єднання

Водопровідні мережі й водоводи вкладаються із труб різних типів і різних матеріалів. Застосування того або іншого типу труб залежить від геологічних і кліматичних умов у районі укладання, від величини передбачуваних напорів у мережі, від способу прокладки (підземна в траншеях і каналах, колекторах, наземна, надземна).

Основу під труби виконують після розкриття траншеї. В залежності від призначення трубопроводів (теплопровід, водопровід, газопровід, кабельна каналізація), діаметра і матеріалу труб (сталеві, чавунні, залізобетонні), конструкції прокладки (канальна, безканальна), конструкції стикових з’єднань (зварні, розтрубні, фальцові, на муфтах), стан ґрунтів (щільні, скельні, слабкі, просадочні, пливуни), водонасиченості ґрунтів основи під трубопроводами може бути природнім (рис.1.4, І) або штучним (рис.1.4 ІІ).

Рис.1.4. Основи під трубопроводи:

І – природні; ІІ – штучні; а – плоска; б – з вийманням ґрунту; в – з підсипкою піщаного шару; г – з залізобетонним підсиленням; д – з влаштуванням розстворку.

При достатній спроможності ґрунту (витримуються навантаження від ваги трубопроводу та його конструкцій, не дає просадки в основі і виключає небезпеку виникнення зломів осі трубопроводу і можливих в зв’язку з цим руйнувань стикових з’єднань) трубопроводи укладають безпосередньо на ґрунт, тобто на природну основу. В інших випадках основи під трубопроводи потрібно підсилювати, тобто створювати штучну основу.

Основа повинна бути міцною і забезпечувати збереження трубопроводу під час його експлуатації. Ґрунти, за виключенням скельних, пливунних, болотистих та просадочних, можуть служити надійною основою під труби. Дно траншеї вирівнюють, при необхідності ущільнюють (трамбують) і на ґрунт, який знаходиться в непорушеному стані, укладають труби (рис.1.4,а).

Для збільшення опору труб від різних навантажень трубопровід укладають не на плоску поверхню, а влаштовують приямок таким чином, щоб труба по всій довжині щільно прилягала до ґрунту непорушеної структури не менше ніж на ¼ кола (рис.1.4,б), або створюють плоску піщану подушку (рис.1.4,в). В пливунах і в свіжонасипаних ґрунтах створюють монолітну залізобетонну основу (рис.1.4,г); в болотистих ґрунтах – основу у вигляді паль з розстворками (рис.1.4, д).

У сучасній практиці будівництва напірних водопроводів застосовуються чавунні, сталеві, азбестоцементні, бетонні, залізобетонні, пластмасові, скляні й інші труби. Для безнапірних водопровідних мереж застосовуються бетонні й залізобетонні труби, відкриті канали з бетону, залізобетону, дерева, канали із земляним одягом, а також браковані сталеві й чавунні труби.

Чавунні труби Д = 65-300 мм (ГОСТ21053-75); Д = 65-1200 мм (ГОСТ 9583-75) залежно від товщини стінок й іспитового тиску підрозділяються на три класи - ЛА, А и Б. З'єднання таких труб - розтрубні й розтрубно-гвинтові. Довжини труб, що випускають вітчизняною промисловістю, коливаються в межах від 2 до 6 м, а діаметри - від 65 до 1200 мм.

Перевагою чавунних труб є великий термін служби, тому що вони менш піддані корозії, чим, наприклад, сталеві труби, можливість легко й просто робити монтаж мереж у порівнянні з азбестоцементними й пластмасовими трубами завдяки наявності різноманітних асортиментів фасонних частин, що випускають нашою промисловістю. Основні недоліки чавунних труб - їх відносно слабкий опір динамічним навантаженням, значна витрата металу в порівнянні зі сталевими трубами, тривалість монтажу, обов'язкова наявність фасонних частин для пристрою вузлів мережі. Недоліком чавунних труб є також те, що у випадку порушення цілісності з них можуть випадати цілі шматки стінок, що приводить до більших втрат води, особливо на лініях, що мають більші діаметри труб.

Монтаж чавунних розтрубних труб із закладенням стикових з'єднань гумовими ущільнювачами. Для забезпечення герметичності стикового з'єднання в розтрубну щілину вводиться гумовий ущільнювач - манжета 3 (рис.1.5,а). Герметичність створюється за рахунок радіального обтискання.

Монтаж чавунних розтрубних труб із закладенням стику прядивним бітумінізованим пас­мом і азбестоцементною сумішшю. Після центрування гладкого кінця труби в розтрубі раніше укладеної труби (рис. 1.6, а), скручують прядивне бітумінізоване пасмо в джгути завтовшки, дещо більшої кільцевого зазору.

Рис.1.5. Розтрубне стикове з'єднання чавунних труб:

а - з гумовою манжетою ущільнювача, б - з гумовим кільцем ущільнювача; 1 - запірний зуб. 2 - розтруб, 3 - гумова ущільнююча манжета, 4 - гумове кільце ущільнювача, 5 - гвинтова запірна гайка (муфта)

Довжина пасма рівна ¹/з довжини зовнішнього кола труби. Джгути 2 (рис. 1.6,б) (в кількості трьох) ущільнюють конопаткою 3 в кільцевій щілині і стик закарбовують азбестоцементом 4 (рис.1.6,в), використовуючи набір тонких і товстих чеканок 5. Коли чеканка відскакує від азбестоцементної суміші, стик вважається закарбованим.

Рис.1.6. Закладення стику прядивним бітумінізованим пас­мом і азбестоцементною сумішшю:

а - центрування труб, б - ущільнення прядивного пасма в кільцевій щілині, в – зачеканка азбестоцементної суміші; 1 - клин (зубило), 2 - прядивний джгут, 3 - конопатка, 4 - азбестоцементна суміш, 5 - чеканки

Азбестоцементну суміш для замку виготовляють, ретельно перемішуючи цемент (марки не нижче 400) і азбестове волокно (не нижче за 6-й сорт) у відношенні 2:1 (по масі). Перед закладенням стику азбестоцементну суміш зволожують, додаючи в неї воду в кількості 10 - 12% від маси суміші.

Діаметр сталевих труб на відміну від чавунних труб виміряється по зовнішньому розмірі. В системах водопостачання найчастіше застосовують труби таких видів та діаметрів: труби сталеві водогазопровідні діаметром Ду = 6-150 мм; безшовні холодо- і гарячеформовані діаметром відповідно Ду = 10-200 мм і Ду = 200-500 мм; електрозварні, холоднодеформовані Ду = 5-110 мм, прямошовні Ду =8-1620 мм та із спіральним швом Ду =15—1400 мм. У порівнянні із чавунними сталеві труби мають істотні переваги: вони можуть витримувати більші внутрішні тиски - до 2,5+3,0 МПа, добре пручаються динамічним навантаженням, вимагають меншої витрати металу, дають можливість легко й швидко робити їхній монтаж індустріальними методами й тим самим значно знижувати строки провадження робіт.

Рис. 1.7 З’єднання сталевих труб:

а – просте зварне в стик; б – зварне звичайною муфтою; в – зварене із пелюстковою муфтою (підсилений стик); г – фланцеве з’єднання;

1 – кінці труб; 2 – зварні шви; 3 - звичайна сталева муфта; 4 – пелюсткова муфта; 5 – фланець; 6 – гумова прокладка; 7 – болт з гайкою.

Сталеві труби у водопровідній практиці знаходять застосування головним чином при влаштуванні високонапірних водоводів і трубопроводів, що піддаються впливу динамічних навантажень.

Для монтажу трубопроводів застосовують електричне або газове зварювання, фланцеве, розтрубні й з'єднання на муфтах Зварені стики міцні й герметичні. У цей час вони знайшли найбільш широке застосування. Фланцеві з'єднання влаштовуються за допомогою сталевих фланців або приварюють до труби, або надягають на трубу з наступним розвальцьовуванням кінців труб або наваркою на них опорних кілець. Розтрубні з'єднання можуть здійснюватися приваркою до труби сталевих розтрубів або пристроєм розтруба на одному з кінців труб, що з'єднують, шляхом розвальцьовування при виготовленні труб або застосуванням дворозтрубних муфт. Цей спосіб з'єднання застосовується вкрай рідко. Муфтові з'єднання знайшли застосування для труб малих діаметрів - до 75 мм.

Для з'єднання сталевих труб, зміни й поділи потоків води виготовляються сталеві фасонні приварні частини: відводи з кутом 30, 45, 60 й 90°, трійники прохідні й перехідні, переходи й ін.

До серйозних недоліків сталевих труб варто віднести схильність їхньої значної корозії як внутрішньої з боку транспортує рідини, що, так і із зовнішньої - з боку ґрунтових вод.

Бетонні й залізобетонні труби, виготовляються як заводським способом, так і безпосередньо на будівельних майданчиках. Труби можуть бути безнапірними (бетонні й залізобетонні) і напірними (залізобетонні). Якщо транспортує рідини, що, або ґрунтові води є агресивними стосовно бетону й арматур труб, то труби варто виготовляти з бетонів, стійких до даного виду агресії.

1.8 Стикове з'єд­нан­ня залізобетонних роз­труб­них труб з гумовим кіль­цем ущільнювача: 1 - розтруб, 2 - кільце, 3 - гладкий кінець труби

По типу стикових з'єднань бетонні й залізобетонні труби розділяються на розтрубні, фальцові й муфтові.

Рис. 1.9 Способи з'єднання залізобетонних напірних розтрубних труб за допомогою механізмів і пристосувань:

а - натяжного пристосування, що встановлюється всередині труб, б - натяжного пристосування гвинтового типу з шарнірним хомутом, в - лебідкою важеля, г - шестерінчастої лебідки, д - рейкового домкрата з пристроєм бетонного упору, е - бульдозера; 1 - укладена труба, 2 - гвинтова розпірка, 3 - гумове кільце, 4 - тяга, 5 - вкладена труба, 6 - дерев'яний брус, 7 - натяжний гвинт, 8 - упорна балка, 9 - гайка натяжного гвинта, 10 - шарнірний хомут, 11 - канат, 12 - регулювальні гвинти, 13 - опорна хрестовина, 14 - рухлива хрестовина, 15 – напівхомут, 16 - важіль, 17 - лебідка важеля, 18 - крюк лебідки, 19 - блоки, 20 - шестерінчаста лебідка, 21 - рейковий домкрат, 22 - бетонний упор, 23 - бульдозер

З'єднання труб за допомогою натяжного пристосування гвинтового типу з шарнірним хомутом (рис. 1.9, б). Шарнірний хомут 10 закріплюють на розтрубі другої 1 або третьої укладеної труби. На розтрубний кінець труби, що укладається, 5 встановлюють опорну хрестовину 13 з натяжним гвинтом 7 і робочою (рухливою) хрестовиною 14. Один кінець канатів 11 закріплюють на хомуті 10, другою надівають на регулювальні гвинти 12. Обертанням натяжного гвинта 7 наводиться в рух робоча хрестовина 14, канати плавно натягаються, а гладкий кінець труби, що укладається, вводиться в розтруб раніше укладеною.

З'єднання труб за допомогою лебідки важеля (рис.1.9, в). Після установки наполегливої балки і закріплення блоків 19 розміщують лебідку важеля 17. Тяговий канат 11 лебідок одним кінцем з петлею пропускають через крюк напівхомута 15, потім його протягують на іншу сторону труби, пропускають через другий крюк напівхомута, далі через блоки підводять до лебідки і надівають петлею на її крюк 18. За допомогою важеля 16 лебідки канат натягується, пересуваючи трубу, що укладається, і гладкий кінець труби вводиться в розтруб раніше укладеної.

З'єднання труб за допомогою шестерінчастої лебідки (рис.1.9, г). Лебідку 20 встановлюють і закріплюють на раніше укладеній трубі 1. Канат 11 лебідок закріплюють на трубі, що укладається, 5. Повертаючи рукоятку барабана, канат натягається, труба, що при цьому укладається, пересувається у напрямі раніше укладеної до кінцевого положення. Знявши канат і захопивши їм наступну трубу, що укладається, вмонтовують другу трубу. Таким чином, не знімаючи лебідку, можна з'єднати декілька труб.

З'єднання труб за допомогою рейкового домкрата і бетонного упору (рис.2.9д). Перед розтрубом труби, що укладається, 5 встановлюють за допомогою крану тимчасовий бетонний упор 22. На торець розтруба труби, що укладається, встановлюють бруси 6. Зусиллям домкрата 21 труба, що укладається, переміщається у бік укладеної до необхідного положення стикованих труб.

З'єднання труб за допомогою бульдозера (рис.1.9 е). У розтруб труби, що укладається, 5 поміщають дерев'яний брус 6 так, щоб він трохи виступав за торець розтрубу. Бульдозер 23 обладнали спеціальним дерев'яним брусом 6, тиском якого на дерев'яний брус, установленим в розтрубі труби, що укладається, переміщають трубу у напрямку до раніше укладеною до необхідного положення стикованих труб.

Після з'єднання труб за допомогою затягачів гумове кільце в розтрубі 1 повинно прийняти положення, показане на рис. 1.9

Безнапірні залізобетонні труби виготовляються умовним діаметром D_У від 500 до 2400 мм при їхній довжині 5000 мм і бетонні - від 100 до 1000 мм при довжині від 1000 до 2000 мм. Напірні залізобетонні труби виготовляються методами віброгідропресування й центрифугування й випускаються умовними діаметрами від 500 до 1600 мм.

Залізобетонні напірні труби залежно від величини розрахункового внутрішнього тиску підрозділяються на три класи: I - на тиск 1,5 МПа, II - на 1,0 МПа й III - на 0,5 МПа. Труби I класу випробовуються на водонепроникність внутрішнім гідравлічним тиском 1,8 МПа, труби II класу на 1,3 МПа й труби III класу - на 0,8 МПа (труби, що виготовляють віброгідропресуванням) і на 0,7 МПа (труби, що виготовляють центрифугуванням).

Окремими підприємствами методом вібрації виготовляються залізобетонні напірні труби зі сталевим циліндром діаметрами від 600 до 1500 мм при довжині до 5270 мм і полімер залізобетонні труби з D_У = 300-1500 мм при довжині до 5200 мм.

Азбестоцементні труби для зовнішніх водопроводів використовувались трьох класів - ВТ6, ВТ9 і ВТ12 на максимальний робочий тиск відповідно 0,6, 0,9 й 1,2 МПа. Для з'єднання труб застосовуються азбестоцементні муфти типу САМ або чавунні муфти.

Рис.1.10. Стикові з’єднання азбестоцементних труб:

а – стикові з’єднання на азбестоцементній двобуртній муфті; 1 – гумове кільце; 2 – труба; 3 – муфта; б – стикове з’єднання на чавунних фланцевих муфтах; 1 – гумове кільце; 2 – болт; 3 – фланець; 4 – втулка

Завод-виготовлювач повинен поставляти напірні труби комплектно з муфтами й гумовими кільцями. Труби випускаються умовним діаметром від 100 до 500 мм довжиною від 2950 до 3950 мм.

В даний час в багатьох країнах Америки і Європи використання цих труб заборонена через те, що за даними дослідників вони сприяють розвитку ракових захворювань. У нас в країні їх використання обмежено і не рекомендується використовувати при проектування нових водопровідних ліній. В той же час в існуючих системах достатньо широко використані ці труби.

До числа переваг цих труб ставляться: мала теплопровідність і неелектропровідність, стійкість відносно корозії, мала щільність (2,1х10^-3 кг/м)³, що полегшує їхнє транспортування й укладання, збереження в умови експлуатації гладкої й незабрудненої внутрішньої поверхні завдяки їхній незначній шорсткості, більша пропускна здатність, чим, наприклад, у чавунних труб, легкість обробки.

Недоліками азбестоцементних труб є їхня малий супротив динамічним навантаженням, а також складна й відносно висока вартість стикових з'єднань.

У практиці водопостачання й каналізації населених міст, промислових підприємств й окремих об'єктів за останні десятиліття усе більше починають застосовуватися різні пластмасові труби. Використання таких труб дозволяє заощаджувати метал, скорочувати тривалість монтажу трубопроводів, а також подовжувати строк їхньої служби. Ця обставина пов'язане з тим, що пластмасові труби не піддані корозії.

Серед безлічі пластмасових труб найбільший інтерес представляють поліетиленові й вініпластові труби. Поліетиленові напірні труби виготовляються з поліетилену високої й низкою щільності й випускаються чотирьох типів (Л, СЛ, С та Т) залежно від тиску, що допускає максимально, що транспортує води при°20 С. Типи труб відрізняються друг від друга товщиною стінок: найменш тонкі стінки мають труби типу Л и найбільш товсті - труби типу Т. Труби виготовляються у відрізках довжиною 6, 8, 10 й 12 м і діаметром від 10 до 630 мм (з поліетилену високої щільності) і діаметром від 10 до 160 мм (з поліетилену низкою щільності). Труби з поліетилену високої щільності діаметром 40 мм і з поліетилену низкою щільності діаметром 63 мм можуть поставлятися в бухтах. Пластмасові труби варто зберігати в горизонтальному положенні на стелажах, причому висота штабеля не повинна перевищувати 2 м. Умови зберігання повинні виключити можливість механічного ушкодження труб і дії на них прямих сонячних променів.

Труби з вініпласту виготовляються довжиною 5-12 м діаметром від 6 до 150 мм і на робочий тиск 0,25, 0,6 й 1 МПа з відповідним іспитовим внутрішнім гідравлічним тиском 1,65, 3,9 й 6,5 МПа.

З'єднання поліетиленових і віні пластових труб можуть бути розтрубними, фланцевими й різьбовими. Крім того, їх можна з'єднувати за допомогою зварювання й склеювання. Для зварювання застосовуються спеціальні пристрої - пістолети, у яких нагрівається повітря, і під його впливом відбувається розплавлювання прутків з того ж матеріалу, що й труби. Діаметр прутків вибирається відповідно до товщини труб, що зварюють. Нагрівання повітря для з'єднання віні пластових труб повинен бути в межах 200-220 °С, для поліетиленових труб - близько 250°С.

Рис.1.11. З’єднання поліетиленових труб:

а – нероз’ємне зварне з’єднання; б – фланцеве з’єднання; 1 – труба; 2 – трійник; 3 – площина зварювання; 4 – муфта; 5 – коліно; 6 – втулка під фланець; 7 – стальний фланець; 8 – прокладка.

Для склеювання застосовуються спеціальні клеї, наприклад, клей з перхлорвінілової смоли, розчиненої в дихлоретані. Сушіння клейових з'єднань триває біля доби. Скоротити строки склеювання можливо шляхом нагрівання місць з'єднань теплим повітрям. На якість шва, що зварює, істотний вплив робить чистота повітря: подаване повітря повинен бути очищений від пилу, вологи й масла. Швидкість зварювання швів пластмасових труб дорівнює приблизно 15 м/год.

Недоліками пластмасових труб є високий коефіцієнт лінійного розширення (у вініпласту він дорівнює 0,00007, у поліетилену - 0,00022, тобто майже відповідно в 6 й 18 разів більше, ніж у сталі). У зв'язку із цим на мережах із пластмасових труб необхідно передбачати пристрої, що компенсують лінійні розширення. Крім того, пластмасові труби, особливо поліетиленові, чутливі до бітумних лаків й олійних фарб.

Рис.1.12. Розтрубні з’єднання поліетиленових труб:

а – розтрубний кінець труби; б – дворозтрубна муфта; 1 – труба; 2 – розтруб; 3 – площина зварювання; 4 – не відформована частина труби

Для зміни напрямку осі труби (потоків води), з’єднання в вузлі декількох труб застосовуються фасонні частини: коліна, відводи, трійники, хрестовини й ін. Перехід від одного діаметра трубопроводу до іншого проводиться за допомогою переходів. З’єднання труб з різними кінцями забезпечується подвійним розтрубом й різним патрубками. Установка пожежних гідрантів здійснюється на спеціальній фасонній частині – розтрубній пожежній підставці. При встановленні пожежного гідранта в вузлі, де сходиться три або чотири труби, використовуються трійники або хрести з пожежною підставкою (табл.1.1.). При відсутності чавунних фасонних частин використовуються сталеві фасонні частини.

Існують й інші специфічні деталі водопровідних мереж: випуски, вантузи, сиділки, промивні комплекти й ін. Перші застосовуються для спорожнювання мережі й монтуються в найбільш низьких місцях магістралей, другі - для випуску повітря; сиділки й промивні комплекти використаються в основному при ремонтних роботах.

Для з'єднання пластмасових труб виготовляються фасонні частини (хрестовини, трійники, косинці, муфти й ін.) як з вініпласту, так і з поліетилену . Фасонні частини повинні витримувати без ознак руйнування й течі внутрішній гідростатичний тиск, рівний умовному трикратному тиску для поліетиленових частин й 6,5 МПа для вініпластових фасонних частин протягом 1 ч при температурі 20 °С.