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pph管道:关于塑料管材的基本尺寸分析

发布时间:2019-09-20 08:37

  通过对国际上塑料管道产品的基本尺寸系列规定的分析、说明在中国积极采用国际标准的公制尺寸系列的重要意义,同时分析了在产品标准中以外径尺寸为基础规定塑料管道制品的配合尺寸的重要性。本文还介绍了尺寸偏差的国际标准及先进国家标准的基本要求,同时就尺寸测量的基本要求和存在的问题加以说明。
 
  塑料管道制品是配合产品,首先要规定配合部分的基本尺寸和尺寸偏差。只有合理地规定配合尺寸才能实现大规模的工业化生产。
 
  01
 
  管径
 
  1.1国际上的主要尺寸体系
 
  世界各国都十分重视塑料管道产品尺寸系列的规定。这个参数必须在产品发展初期确定,当一个国家确定了一个尺寸系列,将很难改变。ISO/TC138经过几十年的研究和协商形成了国际标准ISO161、1:1977[流体输送用热塑性塑料管材~公称外径和公称压力一第一部分:公制系列]和ISO161.2:1977[流体输送用热塑性塑料管材一公称外径和公称压力一第二部分:英制系列]、并于1996年进行了修订。国际标准中目前还没有一个产品标准使用英制系列的基本尺寸,因此,ISO161.1规定公制系列是国际上被广泛接受的尺寸系列。
 
  作为工业化较早的欧美和日本,各自发展了自己的尺寸系列。美国材料试验协会ASTM以英制系列为基础,与国际标准I90161.2的规定一致;欧洲多数国家在70年代统一到公制尺寸系列,与ISO161.2的规定一致;日本及其多数周边国家使用了以英制尺寸为基础的日制尺寸,至今没有被国际标准接受、目前很难融入国际社会。在2001年10月份的ISO/IC/138SC1北京会议上,日本表示仅就PVC-U管道而言,如果将日制尺寸系列改为国际标准的公制尺寸系列,日本将要花很大的代价。会议上日本提出要求ISO接受日本尺寸系列,但没有得到多数国家的支持。中国的塑料管道制品行业起步比较晚,在我国关于积极采用国际标准和积极推行公制系列的指示精神下,塑料管的标准归口技术委员会在20世纪80年代便在国家标准中规定了与国际标准ISO161.1一致的公制尺寸系列,为塑料管道制品在中国的健康发展打下了良好的基础。
 
  表1为国际标准、美国材料试验协会标准和日本工业标准的基本尺寸系列中的部分尺寸,我国采用了国际标准ISO的尺寸系列。
 
  1.2塑料管道制品应以外径尺寸为基础
 
  塑料管道是由塑料管材与管件和其他连接件构成的,目前使用的主要连接形式有承插式弹性密封连接、承插式粘接、承插式热焊接、对焊和机械式连接。绝大多数连接是由来自管材或管件的承口与作为插口的管材一端配合。因此,将管材的外径尺寸作为管材的基础数据是十分重要的。当用于不同压力级别或刚度级别时、因管材厚度的少量变化只能引起管材的内径的少量改变,而不会引起配合部分的外径的变化。这一点十分重要,它是组织社会大生产的基础。目前发展比较早的PVC-U管道的生产结构已经出现了社会化的局面,开始出现一两个具有一定规模的管件专业生产厂,供全同许多管材厂配套使用。这种大生产的组织形式对于模具价格高、管件需求量不太大的大口径弹性密封式连接管件的生产具有特别意要的意义。如果没有以外径为基础的尺寸系列的规定,这种社会化的生产组织形式是很难想象的。
 
  与国际接轨,规定外径为基础的与国际标准相一致的公制尺寸系列,为塑料管道行业的健康发展创造了良好的条件。近几年,我国与其他国家之间在这个领域里不断有贸易往来,由于尺寸系列与国际标准一致,甚至在商业活动中可以只供管材或只供管件,这对于在本领域进入WTO创造了良好的条件。由于对这个产品的特点了解不够、在某些领域的用户方因习惯于使用内径进行流通量的计算,片面地要求生产企业按照内径供货。这对于一两个工程没有大的影响,但对于未来组织工业化大生产是十分不利的。
 
  有些产品,如缠绕式塑料管,由于生产方式的限制,必须按内径控制,很难生产外径规格的管材,而且,其产品一般口径很大,常用尺寸在500mm以上。这种情况的管材连接很少使用管件,更不用注塑的管件,使用本管材二次加工的管件的连接接口一般与管材本身的连接接口相一致,在生产管材过程中可以顺理成章得到解决。在这种情况下,以内径为基础规定管材尺寸是合理的。
 
  还有一种情况,发生在小口径的插入式连接的柔性管上,通常在20mm以下。管件的两段是插口,管材作为承口进行连接。在接口处管外径端部用活动外套箍进行固定。在这种情况下,应使用内径为基础的尺寸规定,但这种管件的可靠性不高,不适合在要求较高的条件下长期使用。
 
  还有一种特殊情况下使用的专用管件,对内径和外径都有要求,如铝塑复合管或交连聚乙烯管广泛使用的铜管件。在这种情况下,对应于一个压力级别的管材厚度,就需要有对应的管件系列,加大了管件品种的需求,当管子的厚度不均匀时,也会发生泄漏,这造成产品成本的增加。
 
  1.3外径尺寸偏差
 
  外径尺寸包括:
 
  ①平均外径,de:管外圆周测量的长度除以π,向大圆整到0.1mm;
 
  ②最小平均外径,dem min:管材标准中规定的平均外径的最小值,等于公称外径;
 
  ③最大平均外径,dem mex:管材标准中规定的平均外径的最大值;
 
  ④任意点外径,dey:在管材上任意点所测的断面直径;
 
  ⑤不圆度,在管材同一断面上最大外径和最小外径的差值。
 
  1.3.1平均外径偏差
 
  平均外径偏差是一个重要的产品质量参数,它与管道系统是否会发生泄漏直接相关。对于不同的应用条件,可以选用不同的偏差要求。国际标准规定平均外径只允许有正偏差,不允许有负偏差。国际标准ISO11922:1997规定了塑料管材的平均外径偏差的五个级别:
 
  ①A级为0.009de,最小0.3mm,最大10.0mm;
 
  ②B级为0.006de,最小0.3mm,最大4.0mm;
 
  ③C级为0.003de,最小0.3mm,最大2.0mm;
 
  ④D级:公称外径从10mm~1000mm,按照实际应用经验,用于比C级要求严格的情况;
 
  ⑤E级:实际经验和实验数据表明使用于某些使用B级的连接类型、比如110、125和140mm的承口焊接式连接的PE管道系统,按照计算方法得到的允许偏差太大,可能会导致泄漏。因此产生了E级偏差。用上述计算公式计算结果圆整到0.1mm即为标准规定的指标。
 
  表2列出部分公称外径的管材对应不同级别的允许偏差,同时以PVCU给水管材为例对国际标准、德国标准和我国标准进行比较。国际标准ISO4422选用了IS011922.1中的C级允许偏差,与我国GB10002标准一致、德国的给水用PVC-U管材的平均外径偏差最严,当工程要求严格时,可以在合同中规定选用更严格的平均外径允许偏差。
 
  1.3.2不圆度
 
  塑料管材易发生蠕变,特别是比较薄的管材,有限范围的不圆度,不会影响使用,但要求在一定范围之内。国际标准ISO11922.1规定了塑料管材外径不圆度的四个级:
 
  ①K级为0.006de,最小值为1.0mm.适用于外径≤160mm的管材;
 
  ②L级为0.005de,最小值为1.0mm;
 
  ③M级为0.024de,最小值为1.0mm:
 
  ④N级分为三种情况:
 
  (a)公称外径≤75mm以下时,为(0.008de+1)mm;
 
  (b)公称外径>75mm,但≤250mm时,为0.002de;
 
  (c)公称外径>250mm时,为0.035de;
 
  用上述计算公式计算结果圆整到0.1mm即为标准规定的指标。
 
  国际标准中对给永用PVC-C管材采用了M级不圆度。
 
  02
 
  壁厚
 
  2.1厚度的规定
 
  塑料管材的厚度是非常重要的基本尺寸,它是保证使用基本性能的重要参数,同时又是企业是各参够赢利和运转下去的关键。对于受压管材,厚度是按照材料的强度性能,根据使用的压力和温度条件计算而得的。对于无压排水管材,要由厚度保证管材的刚度性能要求,结构壁的无压排水管是通过改变断面的结构,达到在保证刚度性能的条件下,尽量减少材料消耗。
 
  压力管材的厚度是以20℃条件下输送水、使用50a为基础的,根据材料的预期强度性能、工作压力和管材的外径计算管材的壁厚。热水管的厚度计算按照使用条件分级规定,折算出安全使用50a的应力水平,计算管材厚度,并按照ISO4065的规定选择壁厚的规格。国际标准ISO4065[热塑性塑料管材通用壁厚表]对管材壁厚规格进行了规定,同时规定了厚度的系列S和标准尺寸比SDR的概念。
 
  国际标准的厚度确定是以材料的性能为基础的、它要求材料有准确的级别标志,如PVC-U250、PE80、PE100等。这意味着制造管材的不应是任意的,给水用硬聚氯乙烯管材的标准所规定的管材产品只能使用达到PVC=U250的材料,而不能用加大壁厚的方法使用略低强度性能的材料。在产品标准中用不同条件的液压试验检验管材的强度性能水平。目前我国的产品标准的规定与国际标准一致。
 
  2.2厚度偏差
 
  由于厚度直接关系到塑料管材的性能,国际标准视定厚度只允许正偏差,不允许负偏差。我国标准的规定与国际标准一致。国际标准ISO11922.1[流体输送用热塑性塑料管材一尺寸和偏差-第一部分:公制系列]规定了壁厚偏差要求。
 
  管材壁厚分为:
 
  任意点壁厚:沿圆周测得的任意点的厚度;
 
  平均壁厚;沿圆周均匀测得的至少4个壁厚测量值的算术平均值;
 
  最大壁厚:在标准中规定的最大壁厚;
 
  最小壁厚:在标准中规定的最小壁厚。
 
  2.2.1任意点的壁厚偏差分为T、U、V级
 
  T级为最小厚度ey min≤4.6mm时,为(0.ley min+0.2)mm;
 
  ey min>4.6mm时,为0.15ey min;
 
  U级为最小厚度ey min>3.5mm时,为0.2ey min;
 
  V级为最小厚度ey min≤4.6mm时,为(0.Leey min+0.1)mm
 
  2.2.2平均壁厚偏差分为W、X级
 
  W级为最小壁厚在50mm以下时,为(0.1ey min+0.2)mm;
 
  X级为厚度在16mm以上时,为(0.15ey min+0.2)mm。
 
  2.2.3同一截面壁厚偏差
 
  国际标准中没有这项规定,由于我国在这个领域还处于发展初期,为防止管壁厚度在规定的偏差内,但不是各处壁厚都偏大或都偏小的比较均匀的偏差,而是厚的部分接近上偏差,薄的部分接近下偏差的不均匀情况、规定这个偏差要求。目前我国在部分标准中规定了这项指标,一般规定≤14%。
 
  2.3厚度的测量
 
  由于管材的壁是弧形的,管材壁厚测量应使用专用工具,国际标准ISO 3126规定了厚度测量工具的要求。测量工具的特点是两个与管壁接触的测量头是球面的,一般的卡尺和平面测量头的千分尺是不符合要求的。
 
  塑料管材是配合产品,严格控制基本尺寸和尺寸偏差是确保产品健康发展的首要环节,管材的尺寸控制还有利于组织管件的专业化生产,对发展社会化的大生产十分重要。

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