Содержание
Правильно расположенные опоры и грамотно выполненная трубная разводка помогут решить проблему тепловой деформации. В идеале нужно создать гибкую систему с минимальным количеством жестких узлов. Коэффициент линейного расширения полипропиленовых труб учитывается при расчетах длины деформируемого участка, а величина удлинения зависит от температуры рабочей среды и от вида материала.
Линейное расширение полипропиленовых труб
Способы компенсации
При проектировании системы отопления и водоснабжения обязательно учитывают коэффициент теплового расширения полипропиленовых труб. А при монтаже создают такие условия в зоне крепления, чтобы труба могла свободно перемещаться в диапазоне величины деформации. Этого можно добиться несколькими способами:
- через компенсирующую способность трубопровода;
- установкой температурных компенсаторов;
- правильным размещением опор.
Между жестко закрепленными опорами используют компенсатор. Он бывает петлеобразным, П или Г-образной формы. Иногда прокладывают трубы «змейкой». В системе холодного водоснабжения линейным расширением можно пренебречь. Неподвижные опоры направляют удлинения в сторону элементов.
При монтаже отопительной системы между трубой и стеной нужно предусмотреть зазор. При использовании неподвижных опор труба не сможет удлиниться при повышении температуры. В подвижных креплениях труба имеет возможность продольно перемещаться. Фиксирующие опоры позволяют вытягиваться в осевом направлении, а скользящие крепления позволяют скользить.
Для потолочных конструкций подойдут опоры с ремешком. Лучшее решение в данном случае – пластмассовые крепления, они не могут нарушить целостность трубы, закреплять их нужно через промежутки равные 20 диаметрам трубы.
- Фильтры и краны фиксируют неподвижными креплениями, при этом фитинги не должны упираться в опоры.
- Прямолинейная прокладка изменяется на угловое соединение.
- Компенсирующая муфта имеет запас длины, который будет достаточным, чтобы сформировать технологический зазор.
- Монтаж полипропиленовых элементов проводят после расчетов (СНиП 41-01-2003, СП 40-101-96). Неверно выбранные расстояния между опорами ведут к прогибам трубы, а это создает дополнительную нагрузку на опоры.
- При соединении труб сваркой фольгу удаляют, что затрудняет монтаж. Лишены подобного недостатка трубы армированные стекловолокном. Они прочны и не требуют зачистки.
Компенсатор Козлова
Новая разработка, которая предотвращает деформацию и продлевает срок эксплуатации систем отопления и водопровода. Устройство состоит из внешнего полипропиленового кожуха и двухслойной гофры из нержавейки. Подсоединение осуществляется переходными муфтами. Изделие подойдет для армированных и неармированных полипропиленовых труб. Рабочее давление: 16 атмосфер, максимальная температура рабочей среды: 100°С, максимальная компенсирующая способность на сжатие: 25 мм.
Сильфонный компенсатор состоит из сильфона и вспомогательной арматуры. Он уравновешивает возможные перемещения.
Расчет деформации
Коэффициент теплового расширения армированных изделий из полипропилена (К лр) составляет 0,03-0,05 мм/мК. При увеличении температуры на 60°С удлинение составит 2-3 мм (на каждый метр). С помощью таблицы можно определить расширение полипропиленовой трубы в зависимости от ее длины и разности температур (среды и воздуха). В режиме онлайн с помощью специальных программ также можно найти длину деформации.
Рассчитать удлинение трубы можно по формуле:
где I – величина продольной деформации в мм, a – коэффициент расширения, зависящий от материала трубы,
t – разница между температурой теплоносителя и температурой окружающей среды во время монтажных работ, L – длина трубы, на которую рассчитывают величину деформации.
Пример расчета. Узнаем, на какой отрезок удлинится изделие при монтаже системы отопления длиной 7 м из армированного полипропилена (температура воздуха 24°С, рабочая температура теплоносителя 90°С):
I = 0,03*7*(90-24) = 14 мм
Следовательно, при включении отопительной системы коммуникации станут длиннее на 14 мм.
Последствия неправильного монтажа:
- при подаче теплоносителя в систему трубы нередко деформируются и «вырывают» крепежные элементы;
- в верхней части трубопровода собирается воздух, вследствие чего его пропускная способность уменьшается, из-за слабого напора температура рабочей среды снижается;
- иногда деформация элементов бывает такой сильной, что система отопления полностью выходит из строя.
При соединении труб сваркой фольгу удаляют, что затрудняет монтаж. Лишены подобно недостатка трубы армированные стекловолокном. Они прочны и не требуют зачистки.
Пластиковым трубам присуща гибкость, при деформации они изгибаются, не повреждаясь. Полипропиленовые изделия долговечны, не требуют покраски, не нуждаются в теплоизоляции и не ржавеют. Они просты при монтаже и не выделяют вредных веществ. Но при проектировании системы горячего водоснабжения или отопления следует обязательно учитывать способность пластика расширяться при повышении температуры и применять устройства, поглощающие перемещения.
Тематическое видео
Видео: виды компенсаторов.
Видео: тепловое расширение и сжатие труб.
Линейное расширение полипропиленовых труб возникает в результате воздействия разных температур, в результате чего, возникает более или менее явное изменение размеров. На практике оно может проявляться как в увеличение размеров в случае повышения температур, так и в уменьшении при снижении температур.
Поскольку полимерные материалы имеют увеличенный по сравнению с металлами коэффициент линейного удлинения, то при проектировании систем отопления, холодного и горячего водоснабжения, производят расчёт удлинений или укорочений трубопроводов при возникающих перепадах температур.
Линейное расширение полипропиленовых труб.
Проектирование и монтаж трубопроводов необходимо выполнять так, чтобы труба могла свободно двигаться в пределах величины расчетного расширения. Это достигается за счет компенсирующей способности элементов трубопровода, установкой температурных компенсаторов и правильной расстановкой опор (креплений). Неподвижные крепления труб должны направлять удлинения трубопроводов в сторону этих элементов.
Расчёт изменения длины трубопровода при изменении его температуры производится по формуле:
где ΔL – изменение длины трубопровода при его нагреве или охлаждении;
α – коэффициент теплового расширения константа мм/м С−¹;
- Для труб PN20 равен α = 0,15 мм / мК
- Для труб PN 25 (армированная) равен α = 0,03 мм / мК
L – расчётная длина трубопровода;
Δt – разница температуры трубопровода при монтаже и эксплуатации °С(°К);
Δt = Tw-Tm Tw – рабочая температура жидкости;
Tm – температура воздуха при монтаже.
Расчет линейного расширения труб:
Пример 1 (расширение):
Линейное расширение полипропиленовых труб которое необходимо учитывать при проектировании систем горячего водоснабжения и отопления.
- L (длина трубопровода) = 3 м;
- Tw (температура теплоносителя) = 75ºС
- Tm (температура воздуха) = 20ºС
- ΔL (разница температуры трубопровода при монтаже и эксплуатации) =
– Труба PN20 α х L х ΔТ = 0,15 х 3 х 55 = 24,75 мм
– Труба PN25 (армированная) α х L х ΔТ = 0,03 х 3 х 55 = 4,95 мм
В этом случае труба подвергается положительному изменению (расширению) от своей первоначальной длины.
Пример 2 (сокращение)
Его необходимо учитывать при проектировании систем кондиционирования и охлаждения.
- L (длина трубопровода) = Зм
- Tw (температура теплоносителя) = 5°С
- Тм (температура воздуха) = 20°С
- ΔL (разница температуры трубопровода при монтаже и эксплуатации) =
– Труба PN20 α х L х ΔТ = 0,15 х 3 х (-15) = -6,75 мм
– Труба PN25 (армированная) AL = α х L х ΔТ = 0,03 х 3 х (-15) = -4,95 мм
В этом случае труба подвергается отрицательному изменению (сокращению) от своей первоначальной длины.
Трубопрокатные материалы из полипропилена при повышении температуры носителя имеют свойство расширяться больше, чем стальные аналоги. Причем, коэффициент линейного расширения полипропиленовых труб больше выражено в длине.
При монтажных работах эти свойства необходимо учитывать. Иначе возникает деформация и нарушение герметичности магистрали.
ВАЖНО! В системе подачи холодной воды значительных изменений температурных показателей нет, поэтому в данной ситуации коэффициент теплового увеличения полипропиленовых труб не актуален. Это важно для сетей отопления и снабжения горячей водой, особенно это важно для магистрали большой протяженности.
Как влияет температура на эти материалы
Несмотря на то, что ПП изделия могут переносить температуру до +170 градусов, размягчаются они уже при +140 градусах.
Сильная деформация этих трубопрокатных изделий принимают во внимание в момент монтажа.
Если установить такие трубы в стену, то со временем это может нести угрозу ее целостности. Этого не происходит с армированными материалами, но у них имеется другой недостаток, они могут лопнуть.
Значение коэффициента теплового увеличения
Сразу необходимо заметить, что не армированные изделия обладают более высоким коэффициентом теплового расширения, если сравнивать их с армированными видами. Это тоже нужно принимать во внимание.
Если не учитывать коэффициент теплового увеличения полипропиленовых трубопрокатов, то под влиянием температуры могут вырвать крепежные клипсы, а на прямом участке магистрали появляется синусоидальное деформирование.
В таком участке собирается воздух и снижается пропускная функция. В обогревательной сети при этом понижается температура батарей, и ломаются соединения.
Не армированные изделия имеют коэффициент теплового расширения 0,1500 мм/мК, а у полипропиленовых трубопрокатов армированных стекловолокном составляет от 0,03 до 0,05 мм/мК. Понятно, что это отличие довольно ощутимое, и при работе это нужно помнить.
На практике проверили, что ПП труба длиной в 5 метров от воздействия тепла увеличивается от 11 до 17 мм.
Линейное увеличение армированных изделий
Полипропилен – это материал с довольно высоким коэффициентом теплового расширения. Если на него длительное время действует высокое давление и горячая вода, то, как результат появляется деформация, которая значительно портит внешний вид помещения.
Для того, чтобы снизить линейное увеличение и увеличить прочность, данные трубопрокатные материалы армируют стекловолокном или алюминием.
Существует несколько разновидностей армирования. Армирование алюминием выполняют тремя разными вариантами: внешнюю стенку заготовки соединяют с целостным алюминиевым листом; листом алюминия укрепляют стенку внутри; и последний способ – это армирование перфорированным алюминием.
Каждый из этих методов является склеиванием ПП труб с алюминиевой фольгой. Но, такой способ не всегда эффективен, потому, что материал расслаивается, что существенно влияет на качество выполняемой работы.
Армирование труб стекловолокном получается более надежным способом. При этом с верхней и внутренней части трубы расположен полипропилен, а центральная часть заполнена стекловолокном. Обычно это армирование выполняют в три слоя. В результате изделия не подвергаются деформации.
Вот так выглядит показатель коэффициента до и после армирования:
- Неармированные изделия – 0,15 мм/мК. Это приблизительно 10мм на один метр при поднятии температуры на 70 градусов.
- Армирование алюминием меняет этот показатель на 0,03 мм/мК. И линейное увеличение составляет приблизительно 3 мм на один метр.
- Коэффициент теплового линейного увеличения полипропиленовых изделий армированных стекловолокном составляет 0,035 мм/мК.
Армированные полипропиленовые трубопрокатные изделия – это один из вариантов стройматериалов, предоставленных современным рынком.
Эти трубы легче металлических аналогов, эластичные, отличаются высоким показателем устойчивости к коррозийным образованиям. Они легко переносят воздействие химической среды и экологически безвредные.
Линейное расширение полипропиленовых труб, армированных стекловолокном, заслуживает особого внимания. Все дело в том, что полипропилен – это пластик, отличающийся высоким коэффициентом теплового расширения.
Совместно с избыточным давлением и горячей жидкостью это приводит к деформационным изменениям материала.
Чтобы снизить величину линейного расширения и поднять прочность, полипропиленовые трубопрокатные изделия армируют алюминиевой фольгой или стекловолокном.
Армирование алюминием и стекловолокном
Это делают цельной или перфорированной фольгой, толщиною в 0,01 – 0,005 см. Ее размещают на внешней или внутренней грани между прослойками полипропилена. Соединяют слои специальным клеем.
Сплошная прослойка фольги не позволяет проникать кислороду к носителю тепла. Большое количество кислорода ведет к коррозийным образованиям на приборах отопления.
Линейное расширение данных труб равняется 0,03мм/мК, приблизительно 0,3 см на один метр.
ПП трубы, армированные стекловолокном – это трехслойный композит. В нем среднюю прослойку стекловолокна сваривают с частицами полипропилена из соседних прослоек.
Если сравнить этот вид полипропилена с аналогами, то преимущество получает стекловолокно. Его монолитность не приводит к расслаиванию полипропиленовых патрубков, чего нет у алюминия.
Последняя характеристика в значительной степени упрощает монтаж и сокращает его время, так, как перед сварными работами не нужно чистить алюминиевый слой.
Для чего нужно знать о коэффициенте теплового увеличения
Линейное увеличение необходимо учитывать всегда, иначе трубосеть может разрушиться при сменах температуры, транспортируемой среды. Это особенно важно для обогревательных и подводящих горячую воду систем.
Немного в меньшей степени это касается системы «теплый пол». При прокладке полипропиленовой трубомагистрали нужно иметь в виду такую деталь. Каждый ее метр в последствие потерпит линейное увеличение почти в 1,5 мм.
А армированные стекловолокном изделия, данный показатель уменьшают почти в шесть раз. Это очень важно, потому, что деформационные изменения в результате теплового увеличения, приведут к повышенному шуму во время прохождения жидкости. Также это оказывает негативное влияние на стабильность системы в целом.
Исходя из сказанного, формулируется первое правило при монтажных действиях: «Для трубопрокатной системы, которая подвергается большому нагреванию, рекомендуют подбирать сортамент с минимальным показателем теплового изменения.
Нюансы укладки трубопроводов
Стекловолокно стали использовать не очень давно. Стеклянная фибра отличается очень маленьким коэффициентом линейного изменения, это – 0,009мм/мК.
Также нужно заметить, что данная добавка отличается превосходной прочностью при разных нагрузках.
Смотреть видео
[sociallocker]
Если сравнить ее со сталью, то она в три раза больше. Из этого следует, что трубопрокатный сортамент со стекловолокном сочетает эластичность и прочность, а это обеспечивает понижение коэффициента расширения.
Напрашивается вывод, что данная добавка к полипропилену просто идеальная. Но, стекловолокно имеет один существенный недостаток – хрупкость.
Этот минус нивелировали, создав трехслойные заготовки, где материалы скрепляются между собою на молекулярном уровне. Такое число слоев выбрали неспроста. А логика заключается в следующем:
- Ни внутренний, ни внешний слои не могут иметь дополнений из фибры.
- Для внутренней прослойки это не позволительно в целях гигиены, чтобы фибры не оказались в подаваемой воде.
Главной целью при массовом изготовлении данного трубопроката, стало соблюдение стабильной величины КР. И мнение, что линейное расширение такого трубопроката, зависимо только количества фибры, не правильное.
При выполнении практических подсчетов для монтажа этих патрубков и количества компенсаторов для них, рекомендуют брать в учет цифры – 0,05мм/мК.
Некоторые особенности выбора
Широкая популярность армированных товаров, привела к тому, что некоторые изготовители для снижения стоимости производства применяют сырье низкого качества.
Смотреть видео
[sociallocker]
Отличить такой товар по внешнему виду сложно. Стекловолокно может быть разных оттенков, поэтому на цвет ориентироваться не советуют. У продавца нужно спросить сертификат, и он не должен препятствовать покупателю в детальном осмотре продукции.
Только изделия высокого качества соединяются в прочные стыки и характеризуются нужными антикоррозийными показателями.
Современный потребитель при монтаже обогревательной магистрали, отдает свое предпочтение полипропилену, усиленным фиброй. Высокие технические показатели этих видов дают возможность создать сеть любой сложности.
Главное, чтобы трубы были выбраны правильно и подходили к данной ситуации. Если есть какие-то сомненья по этому вопросу, то лучше попросить помощи у специалистов. Иначе работа принесет «плачевный» результат.
К решению вопроса следует подходить продуманно, и тогда сконструированная сеть будет функционировать очень длительный период, и не станет огорчать регулярными поломками.
Но, чтобы в полной мере использовать их самые хорошие качества, необходимо соблюдать советы производителей. И нельзя забывать о предохранении от контакта жидкости с армирующей средней прослойкой, для этого при укладке применяют специальный торцеватель.
Компенсаторы для расширения полипропиленовых труб
Такой значимый недостаток ПП изделий, как деформация от повышенной температуры приводит к тому, что с течением времени заготовки удлиняются и провисают. По этим причинам на магистралях, которые превышают длину в 10 метров, применяют гибкие компенсаторы.
Это приспособление играет очень важную роль. Оно нивелирует температурное расширение в моменты скачков температуры внутри магистрали. Аналогично оно действует и при повышении давления.
Компенсатор стоит не много, и отличается простотой монтажа в трубомагистраль. Его использование повышает надежность и время использования сети.
Виды компенсаторов
Для установки в водопроводной сети существуют такие виды данных устройств:
- Осевые. Эти компенсаторы оснащены крепежными направляющими узлами и служат неподвижной опорой, поэтому их очень легко монтировать.
- Сдвиговые. Эти устройства могут перемещаться в двух направлениях. Они оснащены одно или двухсильфонной гофрой, сделаны из нержавейки и крепятся между собою арматурным соединением.
- Поворотные. Такие устройства помогают устранить линейное увеличение в месте поворота трубомагистрали и закрепляют угол поворота. Используют эти приспособления там, где хотят поменять направление сети на прямой угол.
- Универсальные. Эти устройства оснащены тремя видами рабочего хода. Это угловое, поперечное и осевое направления. Этот механизм наиболее часто применяют для сборки небольшой трубомагистрали, или в условиях, где возникают ограничения по установке сильфонных компенсаторов.
- Фланцевые. Это сильфонные устройства из резины, которые используются для нивелирования ударной волны. Такую волну создает резкое повышение внутреннего рабочего давления. Еще такие механизмы можно использовать, чтобы нивелировать осевые неточности магистрали.
Крепят такие компенсаторы двумя видами: сварным или фланцевым .
Преимущества от использования компенсаторов:
- Устранение вихревого потока и выравнивание рабочего давления в середине полипропиленовых трубопрокатных изделий.
- Обеспечение необходимой герметичности.
- Продление срока эксплуатации трубомагистрали.
Расчеты коэффициента
Расширение полипропиленовых труб отопления зависит от ее вида, об этом написано выше. Чтобы избежать многих неудобств, связанных с этой особенностью ПП материалов, можно для расчетов использовать формулу.
Видео – Компенсатор Козлова
[sociallocker]
Для того, чтобы определить в сантиметрах возможные деформационные изменения трубы, нужно знать точный коэффициент ее расширения, и длину, используемой заготовки. Рабочую температуру при этом приравнивают к показателям комнатной.
Вначале находят разницу показателей температуры, после ее умножают на длину трубопровода, и полученный результат умножают на коэффициент расширения.
Примерный расчет
Если при расчетах коэффициента линейного увеличения вышло 20 мм. Это говорит о том, что при работе отопительной магистрали линейное расширение полипропиленовых труб армированных стекловолокном составит 2 см. И при монтаже такой магистрали это обязательно нужно учесть.
Компенсируют эти лишние сантиметры можно такими способами:
- Выполнять укладку под прямым углом. И с задней части одной стороны рекомендуют оставлять пространство, ведь сооружение во время деформации отклоняется, и создает более острые углы.
- Также добавляют несколько петлеподобных элементов. Они компенсируют недостающее место.
- Монтаж труб П-подобным способом. При этом совмещают недвижимую и скользящую опору, и таким образом снижается линейное расширение.
Зная эти три способа, можно правильно рассчитать пространство, и избрать самый оптимальный способ для данной ситуации.
Если возникают какие-то сомнения в правильности выбора, и в том правильно ли рассчитано температурное расширение полипропиленовых труб, то можно обратиться за помощью к специалистам, и получить грамотный совет.
Перед покупкой есть смысл проконсультироваться с сантехником. От него можно получить рекомендации по выбору и особенностях монтажа изделий. И, находясь в магазине, нужно внимательно осмотреть заготовки на предмет повреждений и трещин. Особое внимание стоит уделить и типу выбранных изделий.
