Чугунная труба

Чугунная труба – это труба изготавливаются преимущественно из серого чугуна . Исторически он использовался как напорный трубопровод для подачи воды, газа и сточных вод, а также как водоотводный трубопровод в 17, 18, 19 и 20 веках.

Во многих современных применениях чугунные трубы были заменены трубами из ковкого чугуна , но этот новый продукт до сих пор часто называют старым историческим названием.

История

Типичное раструбное соединение со свинцом, используемое для чугунных труб.

Самые старые чугунные водопроводные трубы датируются 17 веком и были установлены для распределения воды по садам Версальского замка. Это около 35 км труб, обычно длиной 1 м с фланцевыми соединениями. Огромный возраст этих трубок придает им значительную историческую ценность. Несмотря на масштабную реконструкцию, проведенную компанией Saint-Gobain PAM в 2008 году, 80% зданий остались оригинальными.

Чугун оказался полезным материалом для изготовления водопроводных труб и использовался в качестве замены использовавшихся ранее оригинальных вязовых трубопроводов. Эти водопроводы состояли из отдельных отлитых секций труб, часто называемых палками, соединенных между собой различными соединительными механизмами. Фланцевые соединения представляли собой плоские обработанные поверхности, плотно скрепленные болтами с прокладкой между ними для предотвращения утечек. Этот тип соединения труб до сих пор используется, как правило, для надземных трубопроводов на водоочистных и производственных предприятиях.

Чугунные трубы часто использовались без покрытия, хотя более поздние покрытия и футеровки уменьшали коррозию и улучшали гидравлику. В чугунных трубах графит при исследовании под микроскопом образует хлопья в процессе литья. Чугунные трубы были заменены трубами из ковкого чугуна , которые являются прямым развитием, при этом большинство существующих производственных предприятий перешли на новый материал в 1970-х и 1980-х годах. Трубы из ковкого чугуна отличаются от чугунных, поскольку введение магния в процессе литья приводит к тому, что графит образует сферы (графитовые узелки), а не хлопья. Хотя это позволяет материалу оставаться пригодным для литья, конечный продукт намного прочнее, чем чугун, и обеспечивает эластичное поведение при более низких уровнях напряжения. В настоящее время производится мало чугунных труб, поскольку трубы из ковкого чугуна широко признаны продуктом высшего качества. Многие коммунальные предприятия, муниципалитеты и частные предприятия до сих пор эксплуатируют функциональные чугунные трубы.

Суставы

В раструбном соединении один конец стержня трубы расширяется, называемый раструбом или раструбом, чтобы можно было вставить противоположный конец следующей стержня, конец втулки, для создания соединения. Зазоры в этих швах были заполнены паклей или пряжей, чтобы удерживать расплавленный свинец, который затвердевал, образуя водонепроницаемое соединение. Это была трудоемкая операция, и качество печати зависело от квалификации рабочего.

Механические соединения были выполнены путем привинчивания подвижного следящего кольца к патрубку рядом с соответствующим раструбом, который сжимал прокладку между ними. Во многих водопроводных трубах сегодня используются механические соединения, поскольку они легко изготавливаются и не требуют специальных навыков для установки. Этот тип соединения также допускает некоторый прогиб без ущерба для целостности соединения, поэтому во время установки можно вносить незначительные корректировки выравнивания, а соединения сохраняют свою целостность при ограниченном проседании . Типичные отклонения механических соединений сегодня составляют от 3 до 5 градусов.

В шаровых шарнирах появились более «закругленные» гнезда, допускающие относительно большие прогибы в каждом шарнире. Этот тип соединения, используемый до сих пор, считался соединением специального назначения и использовался в основном как в подводной, так и в горной местности. Этот тип соединения обычно допускает отклонение каждого соединения примерно на 15 градусов, что делает возможным «змеевик» трубы. Преимущество этого типа соединения заключалось в том, что оно работало быстрее, чем раструбные и раструбные соединения, и не требовало специальных навыков или инструментов для установки.

Нажимные соединения, разработанные в середине 1950-х годов, позволили использовать более быстрый и относительно неквалифицированный метод соединения труб. Это соединение представляло собой раструб с углубленной канавкой, в которой удерживалась прорезиненная прокладка. Смазанную скошенную патрубку можно осторожно вставить в это соединение, чтобы не скатить прорезиненную прокладку, которая после установки станет водонепроницаемой. Этот тип системы соединения сегодня популярен для труб из ковкого чугуна и поливинилхлорида (ПВХ).

Производство

Горизонтально отлитый

Первая чугунная труба была изготовлена ​​в горизонтальных формах, сердцевина формы поддерживалась небольшими железными стержнями, которые становились частью трубы. Горизонтальная разливка привела к неравномерному распределению металла по окружности трубы. Обычно шлак собирается в верхней части трубы, создавая гораздо более слабую секцию.

Вертикально брошенный

В 1845 году первая трубка была отлита вертикально в яме, и к концу века этим методом производились все трубы. При использовании этого метода весь шлак будет собираться в верхней части отливки, и его можно будет удалить, просто отрезав конец трубы. Трубы, отлитые с использованием этого метода, часто имели смещенные от центра отверстия, вызванные смещением сердечника формы, в результате чего одна сторона трубы оказывалась толще другой.

Центробежно-литье

После изобретения Дмитрием Сенсо де Лаво, французом-бразильцем, в 1918 году большая часть производства чугунных труб перешла на совершенно другую технику центробежного литья . В современном производстве труб из ковкого чугуна продолжает использоваться этот общий метод литья.

Исторически при центробежном литье чугунных труб использовались два разных типа форм: металлические формы и песчаные формы. В металлических формах расплавленное железо вводилось в форму для равномерного распределения металла по внутренней поверхности формы за счет создаваемой центробежной силы. Внешняя форма обычно защищалась от повреждений с помощью контролируемой водяной бани или системы распыления воды. Когда труба достаточно остыла, чтобы ее можно было брать в руки и сохранять форму, форму останавливали и трубу удаляли. Трубы, изготовленные в металлических формах, обычно отжигались после отливки для устранения любых напряжений в трубе, а затем очищались, проверялись, тестировались, калибровались (на размеры), покрывались внутренним и/или внешним покрытием и хранились для использования. Стандарты для чугунных труб, отлитых центробежным способом в металлических формах для воды, были установлены и опубликованы Американской ассоциацией водопроводных предприятий.

При отливке в песчаных формах применялись два типа технологических процессов. В первом методе металлическую модель обычно помещали в металлическую опоку, а формовочный песок забивали в кольцевое пространство между опокой и моделью. Затем образец был снят для отливки трубы из расплавленного серого чугуна. Второй метод не предусматривал металлическую модель, а предусматривал формирование формы центробежным способом путем футеровки нагретой опоки отмеренным количеством термореактивной смолы и песка. В любом случае, литейную машину останавливали после затвердевания трубы и удаляли опоку. Чугунную трубу, изготовленную с использованием этой процедуры, обычно охлаждали в печи в контролируемых условиях времени и температуры. Как и в случае с металлическими формами, трубы обычно отжигались для устранения любых напряжений в трубе, а затем очищались, проверялись, тестировались, измерялись (для определения размеров), покрывались внутренним и/или внешним покрытием и хранились для использования. Стандарты на чугунные трубы, отлитые центробежным способом в песчаных формах для воды, были установлены и опубликованы Американской ассоциацией водопроводных предприятий.

Внутренняя коррозия

Коррозия чугунной трубы может возникать как на внутренней, так и на внешней поверхности. При электрохимической коррозии внутренние аноды образуются там, где голое железо подвергается воздействию агрессивной воды, что способствует переходу железа в раствор. Железо соединяется с различными компонентами воды, образуя бугорок внутри трубы. Этот процесс образования бугорков может в конечном итоге привести к значительным ограничениям площади поперечного сечения трубы. Поскольку бугорки имеют неправильную форму, вероятно скопление бактериальных разрастаний на поверхности. По мере того, как все больше железа переходит в раствор, в результате структура трубы со временем теряется, что может повлиять на ее целостность. В системах ливневой и бытовой канализации образование кислых газов (таких как сероводород ) в результате микробного воздействия может привести к дальнейшей коррозии внутренних стенок труб, но наиболее выражено на внутреннем «потолке» трубы.

Начиная с 1922 года были внедрены внутренние цементные облицовки, которые служили барьером и минимизировали внутреннюю коррозию. В 1929 году секционный комитет Американской ассоциации по стандартизации (ASA) выпустил предварительный стандарт для футеровок из цементного раствора, который был опубликован в 1932 году. В 1939 году был опубликован американский стандарт A21.4, который определял цементное покрытие типа I на внутренней стороне Используемая водопроводная труба. Когда стандарт был обновлен в 1953 году, цемент типа I был заменен на тип II, поскольку считалось, что тип II является продуктом, под более строгим контролем. В 1964 году стандарт был дополнительно пересмотрен, что включало использование цемента типа I или типа II и предоставление раствора двух разных толщин.

Стандартизация

Первая стандартизация чугунных водопроводных труб в Великобритании произошла в 1917 году с публикацией BS 78. Этот стандарт определял безразмерный номинальный размер, который примерно соответствовал внутреннему диаметру трубы в дюймах, и четыре класса давления: класс A, класс B, класс C и класс D, каждый из которых имеет определенную толщину стенки и внешний диаметр. Следует отметить, что внешний диаметр всех классов идентичен, за исключением размеров с 12 по 27, где классы A и B имеют один диаметр, а классы C и D имеют другой, больший диаметр.

Номинальный размер	Сорт
	А и Б	А		Б		К и Д	С		Д
	Внешний диаметр [дюйм (мм)]	Толщина стенки [дюйм (мм)]	Внутренний диаметр [дюйм (мм)]	Толщина стенки [дюйм (мм)]	Внутренний диаметр [дюйм (мм)]	Внешний диаметр [дюйм (мм)]	Толщина стенки [дюйм (мм)]	Внутренний диаметр [дюйм (мм)]	Толщина стенки [дюйм (мм)]	Внутренний диаметр [дюйм (мм)]
3	3.76 (95.504)	0.38 (9.652)	3.00 (76.200)	0.38 (9.652)	3.00 (76.200)	3.76 (95.504)	0.38 (9.652)	3.00 (76.200)	0.40 (10.160)	2.96 (75.184)
4	4.80 (121.920)	0.39 (9.906)	4.02 (102.108)	0.39 (9.906)	4.02 (102.108)	4.80 (121.920)	0.40 (10.160)	4.00 (101.600)	0.46 (11.684)	3.88 (98.552)
5	5.90 (149.860)	0.41 (10.414)	5.08 (129.032)	0.41 (10.414)	5.08 (129.032)	5.90 (149.860)	0.45 (11.430)	5.00 (127.000)	0.52 (13.208)	4.86 (123.444)
6	6.98 (177.292)	0.43 (10.922)	6.12 (155.448)	0.43 (10.922)	6.12 (155.448)	6.98 (177.292)	0.49 (12.446)	6.00 (152.400)	0.57 (14.478)	5.84 (148.336)
7	8.06 (204.724)	0.45 (11.430)	7.16 (181.864)	0.45 (11.430)	7.16 (181.864)	8.06 (204.724)	0.53 (13.462)	7.00 (177.800)	0.61 (15.494)	6.84 (173.736)
8	9.14 (232.156)	0.47 (11.938)	8.20 (208.280)	0.47 (11.938)	8.20 (208.280)	9.14 (232.156)	0.57 (14.478)	8.00 (203.200)	0.65 (16.510)	7.84 (199.136)
9	10.20 (259.080)	0.48 (12.192)	9.22 (234.188)	0.49 (12.446)	9.22 (234.188)	10.20 (259.080)	0.60 (15.240)	9.00 (228.600)	0.69 (17.526)	8.82 (224.028)
10	11.26 (286.004)	0.52 (13.208)	10.22 (259.588)	0.52 (13.208)	10.22 (259.588)	11.26 (286.004)	0.63 (16.002)	10.00 (254.000)	0.73 (18.542)	9.80 (248.920)
12	13.14 (333.756)	0.55 (13.970)	12.04 (305.816)	0.57 (14.478)	12.00 (304.800)	13.60 (345.440)	0.69 (17.526)	12.22 (310.388)	0.80 (20.320)	12.00 (304.800)
14	15.22 (386.588)	0.57 (14.478)	14.08 (357.632)	0.61 (15.494)	14.00 (355.600)	15.72 (399.288)	0.75 (19.050)	14.22 (361.188)	0.86 (21.844)	14.00 (355.600)
15	16.26 (413.004)	0.59 (14.986)	15.08 (383.032)	0.63 (16.002)	15.00 (381.000)	16.78 (426.212)	0.77 (19.558)	15.24 (387.096)	0.89 (22.606)	15.00 (381.000)
16	17.30 (439.420)	0.60 (15.240)	16.10 (408.940)	0.65 (16.510)	16.00 (406.400)	17.84 (453.136)	0.80 (20.320)	16.24 (412.496)	0.92 (23.368)	16.00 (406.400)
18	19.38 (492.252)	0.63 (16.002)	18.12 (460.248)	0.69 (17.526)	18.00 (457.200)	19.96 (506.984)	0.85 (21.590)	18.26 (463.804)	0.98 (24.892)	18.00 (457.200)
20	21.46 (545.084)	0.65 (16.510)	20.16 (512.064)	0.73 (18.542)	20.00 (508.000)	22.06 (560.324)	0.89 (22.606)	20.28 (515.112)	1.03 (26.162)	20.00 (508.000)
21	22.50 (571.500)	0.67 (17.018)	21.16 (537.464)	0.75 (19.050)	21.00 (533.400)	23.12 (587.248)	0.92 (23.368)	21.28 (540.512)	1.03 (26.162)	21.00 (533.400)
24	25.60 (650.240)	0.71 (18.034)	24.18 (614.172)	0.80 (20.320)	24.00 (609.600)	26.26 (667.004)	0.98 (24.892)	24.30 (617.220)	1.13 (28.702)	24.00 (609.600)
27	28.70 (728.980)	0.75 (19.050)	27.20 (690.880)	0.85 (21.590)	27.00 (685.800)	29.40 (746.760)	1.04 (26.416)	27.32 (693.928)	1.20 (30.480)	27.00 (685.800)
30	32.52 (826.008)	0.79 (20.066)	30.94 (785.876)	0.89 (22.606)	30.74 (780.796)	32.52 (826.008)	1.09 (27.686)	30.34 (770.636)	1.26 (32.004)	30.00 (762.000)
33	35.66 (905.764)	0.83 (21.082)	34.00 (863.600)	0.94 (23.876)	33.78 (858.012)	35.66 (905.764)	1.15 (29.210)	33.36 (847.344)	1.33 (33.782)	33.00 (838.200)
36	38.76 (984.504)	0.87 (22.098)	37.02 (940.308)	0.98 (24.892)	36.80 (934.720)	38.76 (984.504)	1.20 (30.480)	36.36 (923.544)	1.38 (35.052)	36.00 (914.400)
40	42.92 (1,090.168)	0.92 (23.368)	41.08 (1,043.432)	1.03 (26.162)	40.86 (1,037.844)	42.92 (1,090.168)	1.26 (32.004)	40.40 (1,026.160)	1.46 (37.084)	40.00 (1,016.000)
42	45.00 (1,143.000)	0.95 (24.130)	43.10 (1,094.740)	1.06 (26.924)	42.88 (1,089.152)	45.00 (1,143.000)	1.30 (33.020)	42.40 (1,076.960)	1.50 (38.100)	42.00 (1,066.800)
45	48.10 (1,221.740)	0.99 (25.146)	46.12 (1,171.448)	1.09 (27.686)	45.92 (1,166.368)	48.10 (1,221.740)	1.35 (34.290)	45.40 (1,153.160)	1.55 (39.370)	45.00 (1,143.000)
48	51.20 (1,300.480)	1.03 (26.162)	49.14 (1,248.156)	1.13 (28.702)	48.94 (1,243.076)	51.20 (1,300.480)	1.38 (35.052)	48.44 (1,230.376)	1.68 (42.672)	47.84 (1,215.136)

BS 78 был окончательно заменен, когда Великобритания гармонизировала несовместимые европейские стандарты, однако указанные внешние размеры продолжают оставаться в силе (хотя и в метрической форме) в качестве стандартного наружного диаметра трубы из высокопрочного чугуна в Австралии и Новой Зеландии через дочернюю спецификацию. , АС / НЗС 2280.

Внешние ссылки

• Заметки о трубках , заархивированные 16 января 2018 г. в Wayback Machine — гизмология
• Институт чугунных грунтовых труб - организован в 1949 г.
• поставщик водопроводных труб - водопровод