ПВХ класса 40 и класса 80: толщина стенок, номинальное давление и как правильно указывать технические требования

Введение

Выбор труб из ПВХ исключительно по номеру класса приводит к тому, что в ходе реализации проектов либо переплачивают за трубы, которые никогда не понадобятся, либо, что ещё хуже, сваривают трубы системы водоснабжения, канализации и вентиляции (DWV) растворителем и подсоединяют их к магистрали, находящейся под давлением. Трубы Schedule 40 и Schedule 80 имеют одинаковый наружный диаметр; номер серии определяет толщину стенки, а именно эта переменная устанавливает номинальное давление, возможность нарезания резьбы, расход, обеспечиваемый данным насосом, и цену за фут. Вот как правильно выбрать между ними, не тратя лишних денег и не строя трубопровод, который разорвется при вводе в эксплуатацию.

Одинаковый наружный диаметр, разная толщина стенки: что на самом деле меняется в номенклатуре

Американские напорные трубы из ПВХ изготавливаются для ASTM D1785, спецификация, которая охватывает серии 40, 80 и 120. Наружный диаметр определяется размерами IPS, а не номиналом. Труба диаметром 2″ имеет наружный диаметр 2,375 дюйма в любом случае, труба диаметром 4″ — 4,500 дюйма, а труба диаметром 6″ — 6,625 дюйма. Номинал определяет только толщину стенки.

При любом номинальном размере трубы класса Sch 80 толщина стенки составляет примерно 40–50% — более тяжелый чем труба класса Sch 40. Весь этот лишний материал уходит внутрь, поэтому с расстояния в десять футов обе трубы выглядят практически одинаково, но ведут себя совершенно по-разному, как только на них создается давление. Труба 2″ класса Sch 40 имеет внутренний диаметр 2,047 дюйма; у трубы того же размера класса Sch 80 он составляет 1,913 дюйма. Вы не получили трубу большего размера. Вы получили более толстую трубу с меньшим проходом.

Каждый из приведенных выше рейтингов представляет собой максимальное рабочее давление при 73°F, по которым в Северной Америке указываются номинальные значения ПВХ при эталонной температуре. Обратите внимание на внутренние диаметры: более толстая стенка обходится вам дороже. При диаметре 4″ внутренний диаметр трубы класса Sch 80 составляет 3,786 дюйма, тогда как у трубы класса Sch 40 — 3,998 дюйма; при диаметре 6″ он составляет 5,709 дюйма против 6,031 дюйма. Вот какова цена дополнительных 100 psi, и на длинных участках вы ощутите эту цену на заправке.

Номинальное давление при 73°F — и расход, за который вы платите за дополнительную толщину стенок

Компания Sch 80, как правило, закупает 30–45% — больший запас давления чем труба класса 40 того же номинального диаметра. На трубопроводе диаметром 2″ это разница между давлением 280 psi и 400 psi. На трубопроводе диаметром 4″ это 220 psi против 320 psi. В большинстве муниципальных распределительных магистралей и сельскохозяйственных оросительных отводов давление в нормальном режиме эксплуатации никогда не приближается к 220 psi, что и является основным аргументом против использования труб класса Sch 80 на прямом участке трубопровода холодной воды.

Вот тот аспект, о котором в каталогах никогда не говорится. Более узкий внутренний диаметр трубы увеличивает скорость потока, а скорость — приводит к увеличению потерь на трение. Именно с этими потерями на трение ваш насос борется каждый час каждого дня на протяжении всего срока службы трубопровода. Пропустите тот же расход через трубу 2″ sch 80 вместо 2″ sch 40, и потери энергии отразятся на счете за электроэнергию, а не на счете за трубы. На магистрали длиной 50 футов вы этого даже не заметите. На магистрали длиной 2 000 футов разумнее часто перейти на следующий диаметр по стандарту SCH 40, а не переходить на SCH 80 при том же размере.

Таким образом, труба sch 80 — это не “лучшая” труба. Это просто труба большей толщины. «Лучше» зависит от того, каким нагрузкам должна выдерживать линия, и это вопрос дизайна, а не порядка сортировки в каталоге.

Почему нельзя нарезать резьбу на трубах Schedule 40

Коническая резьба NPT, нарезанная на ANSI/ASME B1.20.1 требует материала, в который можно впиться. При небольших размерах стенки труб класса Sch 40 слишком тонки, чтобы выдержать прочную резьбу — при резке удаляется большая часть стенки в основании резьбы, и соединение разрушается именно в этом месте, а не в теле трубы. Резьба sch 80 или более тяжелый, а трубы Sch 40 следует использовать для соединений с клеем на основе растворителя или с прокладками, как и положено.

Тем не менее, резьбовое соединение никогда не является «бесплатным» даже для труб класса Sch 80. Резьба приводит к концентрации напряжений и локальному истончению стенки, поэтому номинальное давление резьбового соединения значительно ниже номинального давления самой трубы. Практический опыт однозначно подтверждает это: резьбовое соединение из труб класса Sch 80 на линии, размер которой был рассчитан точно по номинальному давлению трубы, будет просачиваться или растрескиваться в области резьбы. Если в технических условиях указано использование ПВХ с резьбой, узнайте коэффициент снижения номинального давления, прежде чем предполагать, что линия по-прежнему соответствует своему классу. И никогда не нарезайте резьбу на тонкостенной трубе только потому, что резьбонарезной станок физически нарезал на ней резьбу. Он это сделал. Но соединение всё равно выйдет из строя.

Фитинги и сифон системы водоотвода, вентиляции и слива: D2466, D2467, и D2665

Фитинги соответствуют собственным стандартам, и их невозможно без проблем заменить на аналогичные из других серий. Фитинги серии 40 формованы в виде ASTM D2466; фитинги серии 80 в ASTM D2467. Фитинг класса Sch 80 имеет более глубокое гнездо, рассчитанное на трубу с более толстой стенкой, а также более толстый корпус, соответствующий номиналу трубы. Если прикрутить фитинг класса Sch 80 к трубе класса Sch 40, ни один из номиналов не будет соблюден — в результате получится несоответствие, которое рано или поздно приведет к утечке.

Если не соблюдать график нанесения клея при соединении, это приведёт к изменению глубины вставки и зазора в цементе. Труба может преждевременно упереться в дно или остаться на небольшой глубине, растворительный клей с одной стороны не проникнет в соединение, а с другой — размажется, при этом соединение будет выглядеть совершенно нормально во время монтажа. Через шесть месяцев именно об этой утечке позвонит владелец. Подбирайте фитинг в соответствии с номиналом трубы, а если переход неизбежен, выполняйте его с помощью специально предназначенного переходного фитинга, а не того, что просто оказалось под рукой в грузовике.

Самая неудачная замена на любом объекте — это замена трубы системы слива, отвода отходов и вентиляции на ASTM D2665. Труба DWV имеет тот же наружный диаметр, что и напорная труба класса Sch 40, поэтому она без проблем вставляется в муфты Sch 40. Кроме того, у неё тонкая стенка, не рассчитанная на давление — труба D2665 вообще не предназначена для работы под давлением. Если вклеить её в напорную линию, она выдержит наполнение, но выйдет из строя при испытании или в процессе эксплуатации, расколовшись вдоль стенки. Такая поломка почти всегда связана с тем, что помощник взял отрезок из неправильной стопки, поэтому трубы DWV и напорные трубы никогда не должны храниться на одной стойке.

Снижение номинальных характеристик при повышении температуры: прочность ПВХ снижается при температуре выше 73°F

Все номинальные значения, приведенные в данной статье, рассчитаны на температуру 73°F, и ни одно из них не выдерживает более высоких значений. ПВХ размягчается при нагревании, поэтому допустимое рабочее давление снижается с ростом температуры. Умножьте номинальное значение для 73°F на приведенный ниже коэффициент, чтобы получить давление, которое трубопровод может фактически выдерживать в эксплуатации. Для любого трубопровода, по которому течет горячая вода, расположенного в нагреваемом техническом помещении или нагревающегося под летним солнцем в южных регионах, необходимо выполнить эти расчёты до заказа труб, а не после того, как они выйдут из строя.

Проведите расчет для трубы 4″ sch 40, чтобы проверить, насколько это реально. При температуре 73°F она выдерживает нагрузку 220 psi. При температуре 120°F эта же труба прослужит примерно 88 фунтов на квадратный дюйм, а при 140 °F — ближе к 48 psi. Трубопровод, расчётный на 73 °F и проложенный на объекте с высокими температурами, может превысить свои фактические номинальные параметры уже в первый день эксплуатации, причём труба не даст никаких предупреждающих сигналов, пока не произойдёт разрыв. Это наиболее распространённая причина выхода из строя системы, даже если её размеры были рассчитаны правильно.

Как определить: в каких случаях Sch 40 выигрывает, а в каких Sch 80 оправдывает свою цену

Укажите Фитинги серии 40 для обычных трубопроводов холодной воды и напорных трубопроводов для орошения. Она выдерживает достаточное давление при размерах и нагрузках, характерных для большинства проектов, стоит дешевле, а её более широкий внутренний диаметр позволяет снизить энергопотребление насоса. Трубы класса Sch 80 следует оставлять для тех работ, где на трубу действительно оказывается значительная нагрузка.

Используйте трубу sch 80 в следующих случаях:

• Любая часть линии будет резьба — для конической резьбы требуется толстая стенка.
• В ассортименте представлены работа в условиях воздействия химических веществ или коррозионных сред, где дополнительная стенка обеспечивает более длительный срок службы и более аккуратное соединение.
• Труба проходит там, где ей заложено подвергшийся физическому насилию — интенсивное дорожное движение, зоны активного строительства, зоны промывки, открытые переезды.
• Класс давления должен сохраняться и после снижение номинальных характеристик при повышении температуры применяется.

И не ориентируйтесь на цвет. На большей части территории Северной Америки белый цвет означает класс 40, а серый — класс 80, но это конвенция, а не закон, а производители поставляют оба типа труб в ассортименте. Укажите номер типоразмера и стандартный код, а выбор цвета оставьте на усмотрение поставщика. Указание “серая труба” не является техническим требованием.

При проверке поставщика для любого из этих графиков уточняйте допуски на размеры и точный стандарт, в соответствии с которым завод изготавливает детали — D2466 или D2467, а не “совместимость со стандартом SCH 40/80”. Производитель, имеющий собственное литейное производство, контролирует глубину гнезда, а именно в ней и кроются все загадки смешанных стандартов. SAM-UK, экспортный бренд компании «Тайчжоу Чжуосинь Пластикс» (основанной в 1995 году в Тайчжоу, провинция Чжэцзян), осуществляет ПВХ/уПВХ, ХПВХ, PPH и PPR трубы и фитинги, а также шаровые и дроссельные клапаны из ПВХ, с производственной мощностью около 50 000 тонн в год и сроком выполнения заказов по стандартным программам в 30 дней. Если проект требует соответствия требованиям к питьевой воде, рассматривайте это как требование, которое заказчик должен подтвердить на основании утвержденного местными органами списка, и попросите любого поставщика точно указать в письменной форме, для каких целей труба включена в этот список.