Поведение медных труб с водой при замораживании
Объем и методика испытаний
В исследованиях использовались мягкие, полутвердые и твердые трубы, серийно выпускаемые Кольчугинским заводом по обработке цветных металлов (КЗОЦМ) из меди марки М1р (ГОСТ 859 «Медь. Марки»); диаметр труб – 12, 22 и 42 мм.
 |
Схема экспериментального образца медной трубы с водой: 1 – отрезок трубы; 2 – припаянная заглушка; 3 – шаровой кран; 4 – вода, перешедшая в лед; а, б, в – места наблюдений наружного диаметра трубы после проведенного цикла «замораживание–размораживание» |
Испытания осуществлялись следующим образом. Собранные образцы заполняли водой, обеспечивая полное удаление из них воздуха, и перекрывали воду шаровым краном. Далее образцы помещали в камеру с температурой –20 °С (принятую как среднюю зимнюю температуру для России), где они выдерживались до промерзания всего объема воды с переходом ее в лед. Затем образцы вынимались и оставлялись при положительной температуре до полного оттаивания. После этого из них удаляли воду, оценивали состояние труб и повторяли цикл сначала. (Таким образом, под циклом подразумеваются: заполнение водой образца; отсечка водяного объема закрытием шарового крана; охлаждение образца в морозильной камере и выдержка его до полного промерзания воды; выборка образца из камеры; полное оттаивание льда; осмотр образца, измерение наружного диаметра трубы.)
Основные результаты
Первоначальные эксперименты по нагружению отрицательными температурами герметически заполненных водой медных труб показали, что образцы, ранее не подвергавшиеся такому воздействию, выдерживают как минимум однократное замораживание в них воды, не разрушаясь. (Обобщенные данные испытаний на циклическое замораживание приведены в табл.)
До момента разрушения наружный диаметр труб увеличивается от цикла к циклу; соответственно уменьшается толщина стенки образца; в месте разрыва она равна половине первоначальной. Предварительное вздутие и последующий разрыв стенки трубы происходят исключительно по образующей. Разрушение по форме напоминает «лодочку» с заостренными концами, края отверстия — ровные (рис. 2). По длине размер отверстия составляет 12–30 мм, по ширине – 4–10 мм. Разрыв сопровождается сравнительно негромким резким звуком, напоминающим хлопок. Особенно уязвимы места, где проходила пайка, т.е. в зоне, подвергшейся нагреву пламенем горелки (рис. 1, сечения а и б), в области отжига. Таблица. Обобщенные данные испытаний медных труб, заполненных водой, на циклическое замораживание
| Наружный диаметр трубы, мм | Толщина стенки трубы, мм | Минимальное количество циклов | Температура окружающего воздуха до разрушения при замораживании, °C | Внутреннее давление воды в трубе, МПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мягкое состояние трубы, отожженная труба | 12 | 0,8 | 2 | –20 | 0 | 22 | 1,0 | 4 | –20 | 0 | 42 | 1,0 | 5 | –20 | 0 | 42 | 1,0 | 5 | –20 | 0 | 12 | 0,8 | 4 | –20 | 0 | 12 | 0,8 | 3 | –20 | 0 | 12 | 0,8 | 4 | –20 | 1,0 | 22 | 1,0 | 5 | –20 | 0 | 22 | 1,0 | 4 | –20 | 0 | Полутвердое состояние трубы | 22 | 1,0 | 3 | –20 | 0 | 22 | 1,0 | 2 | –20 | 0 | 22 | 1,0 | 2 | –20 | 0 | Твердое состояние трубы | 12 | 1,0 | 7 | –20 | 0 | 22 | 1,5 | 2 | –20 | 0 | 22 | 1.5 | 2 | –20 | 0 | 22 | 1,5 | 5 | –20 | 0 | 22 | 1,5 | 5 | –20 | 0 | 42 | 1,2 | 2 | –20 | 0 | ||||||||||||
Выводы
Следует отметить, что между квалификационным состоянием материала и разрушением стенки трубы не существует прямой зависимости, так как механические свойства труб не одинаковы в каждой отдельно взятой точке трубы. Экспериментально подтверждена лишь общая тенденция разрушения труб в зависимости от пластичности материала, а именно: медь, имеющая большее относительное удлинение, разрушается при большем числе нагрузок.
Вектор разрушающего усилия направлен в сторону участков с меньшей механической прочностью и большей величиной относительного удлинения (имеется фрагмент трубы диаметром 42 мм, у которого припаянная торцевая заглушка выпучилась, но не разрушилась, в то время как ближайшая к ней поверхность трубы под действием радиальных растягивающих сил дала трещину).
В экспериментах проверялось также поведение при отрицательных температурах соединительных деталей медных труб. Исследовались соединения, выполненные капиллярной пайкой, с применением компрессионных и самофиксирующихся фитингов. Подробнее об этом будет рассказано в одном из последующих номеров журнала «Аква-Терм».
ГОСТ 859 «Медь. Марки» рекомендует для труб сантехнического назначения медь марки М1р, имеющую следующий химический состав: Cu – 99,9 %; Pb, Sn, Zn, Sb, As, Fe – менее 0,02 % для каждого элемента; O2 – 0,001–0,002 %; S – 0,001–0,003 %; P – 0,008 %.
Медные трубы для систем водоснабжения и отопления выпускаются в трех квалификационных состояниях, отличающихся друг от друга механическими свойствами:
мягкое состояние; обозначение по ГОСТу 617 «Трубы медные. Технические условия» – ДКРНМ (Д – тянутая, холоднокатаная, КР – круглая, Н – нормальной точности изготовления, М – мягкая), по европейскому стандарту EN 1057 «Медь и медные сплавы. Цельнотянутые круглые медные трубы для водо-, газоснабжения и отопления» – R 220; минимальный предел прочности на разрыв Rmin =220 МПа;
полутвердое состояние; обозначение по ГОСТу 617–ДКРНП (П – полутвердая), по EN 1057 – R 250; Rmin = 250 МПа;
твердое состояние; обозначение по ГОСТу 617 – ДКРНТ (Т – твердая), по EN 1057 – R 290; Rmin = 290 МПа.
Г. Власов, к. т. н.
Аква-терм №6 (16) ноябрь 200
Аква-терм №6 (16) ноябрь 200
aqua-therm.ru
11-01-2007
Сантехника
Сегодня совершенно справедливо отмечается политиками, что темпы и объемы строительства в России возросли, на отдельных территориях в 1,5–2 раза. Предполагается не только сохранить достигнутое, но и еще улучшить результаты. Следует заметить, что строительство жилья активизируется не только в больших городах, но и на других территориях. Значительная часть строительно-монтажных работ при этом приходится на прокладку безнапорных трубопроводов...
[4:27 29-04-2008]
Весной хочется верить, что будет лето, тепло, море и отпуск придется на тот месяц, когда отключат горячую воду… Но лучше подстраховаться и больше не зависеть от аварий теплотрассы, планового отключения горячей воды или ремонта у соседей. Это потребует незначительных средств, немного сил и времени, но ваша семья это оценит даже выше, чем многие из подарков – проверено! Для того чтобы стать независимым, по крайней мере от наличия горячей в...
[1:45 24-04-2008]
В ЗАО «Петроспек-Холдинг» считают, что сумели наладить плодотворное сотрудничество с основными стихиями природы. Компания успешно проводит в помещения тепло, воздух и воду, завоевала репутацию ведущего предприятия в области создания искусственного климата. УСЛУГИ ЗАО «ПЕТРОСПЕК-ХОЛДИНГ» · Проектирование объектов · Согласование технической документации (в том числе адаптация готовых зарубежных проектов для России)· ...
[13:10 03-04-2008]