Zkoušky plastových potrubních systémů vnitřním přetlakem

14.3.4 Zkoušky plastových potrubních systémů vnitřním přetlakem

Ing. Miloš Sova, CSc.

Tato kapitola je věnována statickým a dynamickým zkouškám vnitřním přetlakem plastových potrubních systémů. Plastová trubka namáhaná konstantním vnitřním přetlakem vykazuje všechny znaky viskoelastického chování – tzv. krípového toku, protože je namáhána konstantní silou (vyvozenou vnitřním přetlakem) s možností volné deformace. Namáhání při zkoušce může být pouze v obvodovém směru (při použití přípravků kompenzujících axiální síly) nebo biaxiální (současné působení v obvodovém i axiálním směru). Všechny trubky se dimenzují na tzv. jmenovitý přetlak PN, což je takový přetlak, kterým je možno trubku při teplotě 20 °C zatížit minimálně po dobu 50 let.

Je-li trubka vystavena působení vnitřního přetlaku p, vzniká ve stěně trubky obvodová tahová síla N na jednotku délky – viz následující obrázek.

Trubka vystavená působení vnitřního přetlaku:

Toto obvodové napětí nesmí při provozu překročit konstrukční napětí pro daný materiál

Při znalosti konstrukčního napětí je možno z výše uvedených vztahů odvodit pro příslušný jmenovitý tlak (PN) odpovídající tloušťku stěny trubky s:

V ISO a CEN normách pro potrubí z termoplastů je zavedeno, že vnější průměr je konstantní nezávisle na jmenovitém tlaku (tzn., že při změně jmenovitého tlaku PN se mění tloušťka stěny při zachování vnějšího průměru D). Jmenovité tlaky se volí z řady PN2.5, PN3.2, PN4, PN6, PN10, PN16, PN20, PN 25 atd. (vyjádřeno v barech). Dalším způsobem značení trubek je tzv. řada SDR (Standard Dimension Ratio), která je definována jako poměr D/s (obvykle SDR 51, 41, 33, 26, 21, 17.6, 11, atd.), a řada S = (SDR-1)/2. Je zřejmé, že hodnoty PN jsou tak reprezentovány hodnotou SDR (resp. S) pro daný materiál a daný druh použití (odpovídající koeficient bezpečnosti). Je důležité si uvědomit, že při použití při jiné teplotě než T = 20 °C, je nutno hodnotu přípustného provozního tlaku přepočítat. V případě aplikací jako je například rozvod ústředního nebo podlahového vytápění se teplota v průběhu topné sezóny mění a potrubí je během své životnosti na různých teplotních hladinách různou dobu. Zde se používá jako pomůcka teplotně – časových profilů, vypracovaných na základě dlouhodobých měření pro danou oblast (např. střední Evropu) a výpočtu pomocí Minerova pravidla, které nám umožní kvalifikovaně odhadnout návrh potrubního systému tak, aby opět byla zaručena minimální životnost 50 let (normy ISO 10508 a ČSN EN ISO 13760).

Zkouška vnitřním přetlakem PE trubka d 315 mm:

Základní zkušební metodou hydrostatickým vnitřním přetlakem je zkouška podle

ČSN EN 921+AC Plastové potrubní systémy – Trubky z termoplastů – Stanovení odolnosti proti stálému vnitřnímu přetlaku při konstantní teplotě.

Zkušební těleso – trubka (obvykle 3 úřezy), je uzavřena do těsnících koncovek a při požadované zkušební teplotě (vodní lázeň nebo vzduchová komora) tlakována vodou na předepsaný zkušební přetlak. Ten je vypočítán pomocí vzorce z naměřených rozměrů (střední vnější průměr a tloušťka stěny – měří se po celé délce zkušebního tělesa) a z hodnoty zkušebního obvodového napětí σ_test, které stanoví příslušná předmětová norma. Jedná se v podstatě o ověření několika bodů materiálové izotermy pro časové body 1, 100, 165 a 1000 hodin. Přesnost udržování konstantního přetlaku je ± 1 %. Výsledkem zkoušky je, zda v předepsaném čase došlo či nedošlo k porušení trubky, a v případě že ano, zda se jedná o porušení tažným nebo křehkým lomem.

K dispozici je ovšem celá řada dalších zkušebních norem, které z této normy vycházejí a řeší problematiku zkoušek dalších prvků tlakového systému. Na ně se potom odkazují předmětové evropské normy, které specifikují jednak podmínky zkoušek a zároveň způsob výběru typových reprezentantů.

Přehled zkušebních norem se zaměřením na tlakové zkoušky lze roztřídit do následujících skupin:

• Zkoušky vnitřním přetlakem na hrdlovaných trubkách, tvarovkách a spojkách

• Zkoušky cyklickým tlakem nebo cyklickými změnami teploty na sestavách trubek a příslušných kompletačních prvcích

• Zkoušky na odolnost proti pomalému a rychlému šíření trhliny trubek z PE

• Zkoušky vnitřním přetlakem na ventilech

Jedním z typů zkoušek je zkouška obecně hrdlových částí trubek nebo tvarovek spojovaných pomocí pryžového těsnícího kroužku nebo lepením. Tyto typy spojů jsou řešeny normami ČSN EN 714, ČSN EN 803, ČSN EN ISO 13783, ISO/DIS 13846 (prEN 1336) a prEN ISO 13845. Obecně se jedná o zkušební tělesa, která nelze v případě spoje s pryžovým kroužkem tahově namáhat v axiálním směru, aniž by nedošlo k rozpojení. Proto je nutno taková zkušební tělesa opatřit přípravky, které eliminují axiální působení hydrostatického tlaku ve vzorku.

Zkouška vnitřním přetlakem – pevnost hrdla PVC trubky:

Zkoušený vzorek se připraví tak, aby spojený celek zahrnoval kombinaci (v rozsahu požadovaných tolerancí) nejmenšího použitelného průměru hladkého konce spoje a největšího použitelného průměru hrdla v oblasti těsnícího kroužku, resp. v oblasti lepeného spojení. Volná délka mezi hrdly nebo mezi hrdlem a koncovým uzávěrem musí být minimálně rovna jmenovitému vnějšímu průměru trubky s minimem 250 mm. Pro krátkodobé zkoušky (kdy je zkušební přetlak výrazně vyšší než pracovní přetlak) je obvykle nutno opatřit těsnící kroužek přídržným elementem zabraňujícím vytlačení kroužku z hrdla.

Podstatou zkoušky je prokázat, že spoj zůstává vodotěsný po celou předpokládanou provozní dobu, tj. 50 let. Je tedy nutné, aby deformace vzniklé krípovým namáháním v oblasti spoje…