Стыковые соединения асбестоцементных теплопроводов

Асбестоцементные трубы обладают достаточной стойкостью при длительном воздействии горячей и перегретой воды, однако надежность всей системы теплопроводов зависит в первую очередь от их стыковых соединений. Для соединения асбестоцементных труб в напорных трубопроводах в настоящее время применяются в основном два типа муфтовых соединений: а) чугунная фланцевая муфта ГОСТ 17584—72 (рис. 4.1,а); б) асбестоцементная самоуплотняющаяся муфта (ГОСТ 539—80); типа САМ (рис. 4.1,6). Чугунная фланцевая муфта с резиновыми уплотнительными кольцами круглого и трапециевидного поперечного сечения обеспечивает высокую надежность стыкового соединения (вплоть до разрыва асбестоцементных труб), однако болтовое соединение фланцев ограничивает применение этой муфты для стыкования труб тепловых сетей.

Высокой надежностью обладает асбестоцементная муфта типа САМ с резиновыми уплотнительными кольцами, работающими по принципу самоуплотнения, что обеспечивает увеличение герметичности по мере увеличения давления в трубопроводе. Для соединения асбестоцементных труб в теплопроводе на базе серийной самоуплотняющейся муфты САМ разработаны новые муфты САМ-2-ТП (рис. 4.1,в) с четырьмя резиновыми уплотнительными кольцами (по два кольца на каждую сторону стыкуемых труб). Конструкция муфт должна соответствовать указанной на рис. 4.2, размеры муфт должны соответствовать приведенным в табл. 4.1.

Помимо высокой герметичности стыковых соединений разработанные муфты обеспечивают также возможность компенсации линейных деформаций асбестоцементных труб посредством скольжения последних в резиновых уплотнительных кольцах за счет оставляемого между торцами труб зазора. Герметизацию муфтовых соединений (САМ-2-ТП, САМ9, САМ12 и САМ 15) следует осуществлять С помощью уплотнительных колец из теплостойкой резины

Условия работы резиновых уплотнителей в стыковых соединениях асбестоцементных теплопроводов более тяжелые, нежели в обычных водопроводах, поскольку повышенная температура транспортируемой среды в значительной мере ускоряет процесс старения обычных резиновых манжет, что проявляется в потере резиной эластичности, а значит в снижении герметичности стыковых соединений.

Для подбора рецептуры теплостойкой резины, способной длительное время сохранять высокоэластичные свойства при температуре до 150°С, были проведены исследования. Установлено, что, резина на основе синтетических каучуков и особенно на основе бутил-каучука обладает повышенной стойкостью в предъявленных условиях температурного воздействия.

Исходя из этого для исследований были предложены рецептуры резин следующих марок: 4990 — на основе синтетического нитрильного каучука СКН-40; НО-70 — на основе наирита (синтетического хлоропренового каучука) и СКН-18; ИПР-1220 — на основе синтетических нитрилиных каучуков СКН-18 и СКН-26; ЗФ4-266 — на основе бутил-каучука.

Прочностные свойства асбестоцементных самоуплотняющихся муфт типа САМ с резиновыми уплотнительными кольцами достаточно глубоко обоснованы для применения в обычных условиях в работах М. Е. Чеченина и Г. А. Пугачева в НИИАсбестцементе. Поэтому основными направлениями исследований были обеспечение герметичности в условиях воздействия температуры и давления теплоносителя и долговечности этих стыковых соединений. Кроме этого,, были исследованы угловые отклонения асбестоцементных труб в муфтах САМ-2-ТП.

Для обеспечения герметичности муфтовых стыков с резиновыми уплотнительными кольцами очень важное значение имеет давление на контакте труба — резина — муфта возникающее в результате действия упругих сил, внешне проявляющихся при сжатии резиновых колец. Это контактное напряжение зависит от модуля упругости резины или ее твердости и степени начального обжатия колец между трубой и муфтой. _

Степень начального обжатия колец (в %) может быть определена по формуле

Высота уплотнительных колец в обжатом состоянии зависит от диаметра расточки канавок асбестоцементных самоуплотняющихся муфт и наружного диаметра обточенных концов асбестоцементных труб.

Для исследования герметичности стыковых соединений в условиях температурного воздействия теплоносителя в зависимости от твердости резины и степени начального обжатия колец были проведены лабораторные испытания на специальном стенде. Стендовые испытания показали, что при твердости резины 50—60 по ТМ-2 и степени начального обжатия уплотнительных колец в рабочем состоянии 15—18% вполне обеспечивается герметичность стыковых соединений асбестоцементных труб при использовании их в качестве теплопроводов в рабочем диапазоне давлений горячей воды. Лучшие результаты показали уплотнительные кольца из теплостойкой резины марок ИРП-1220 и ЗФ4-266.

В процессе эксплуатации надежную работу уплотнения характеризуют два показателя — контактное напряжение и остаточная деформация колец. При длительной эксплуатации, вследствие развивающего я процесса химической релаксации и накопления остаточной деформации, происходит постепенное падение контактного напряжения, которое может вызвать разуплотнение стыка. Для определения долговечности резиновых колец при использовании их в качестве уплотнителей стыковых соединений асбестоцементвых теплопроводов было проведено ускоренное- старение образцов резин при деформационном режиме, близком к режиму работы колец в муфте.

Для этого были использованы разработанные в НИИРП методы ускоренного старения резин, которые основаны на том, что в результате длительной выдержки при более низких температурах в резине развивается, хотя и значительно медленнее, процесс химической релаксации той же природы, что и при более высоких температурах. Поэтому испытания при средней температуре эксплуатации резиновых колец можно заменить кратковременными испытаниями при более высоких температурах.

Проведенными исследованиями установлена возможность применения уплотнительных колец из теплостойкой резины марок ИРП-1220 и ЗФ4-266 для муфтовых стыковых соединений асбестоцементных теплопроводов в течение длительного времени. Кроме того, для проверки надежности и долговечности муфтовых стыковых соединений асбестоцементных теплопроводов были проведены исследования в процессе их эксплуатации. Результаты этих исследований подтвердили первоначальный вывод о возможности применения уплотнительных колец из отобранных марок резин для асбестоцементных теплопроводов в течение длительного времени.

В настоящее время уже имеется опыт эксплуатации уплотнительных колец из теплостойкой резины марки ИРП-1220 в асбестоцементных теплопроводах с температурой теплоносителя до 100°С около десяти лет. Преимуществом муфтовых стыковых соединений асбестоцементных теплопроводов являются их эластичность (т. е. способность выдерживать вибрацию), а также угловые смещения труб от прямолинейной оси трубопроводов в 3—5° без нарушения герметичности стыков.

Эта особенность муфтовых стыковых соединений способствует сохранению герметичности асбестоцементных теплопроводов в случае угловых отклонений в процессе строительства или возможных просадок грунта в процессе эксплуатации.

Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.