Изготовление пластиковых труб

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра МОДМТМ Реферат по Механизации и Автоматизации Производства Тема:

Технология изготовления пластиковых труб Студент: Аржевский Е.В.

ТГВ, 5 курс вечернего отделения, группа 1

МОСКВА 2012

• 1. Общие сведения
• 2. Оборудование для производства труб для водоснабжения и газоснабжения
• 3. Основные материалы для изготовления современных труб
• 4. Технологическая схема производства полиэтиленовых труб

1. Общие сведения

Трубы обычно имеют наружный диаметр исходя из следующего стандартного ряда: 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125 мм и т. д.

Трубы из полиэтилена (ПНД-трубы, трубы из ПЭ-63, ПЭ-80 и ПЭ-100, а также PEX) применяются, как правило, для водоснабжения при различных номинальных значениях давления в системе. Трубы из полипропилена (ПП рандом-сополимер) используются также для холодного и горячего водоснабжения, а из ПП-гомополимера — для внутренней канализации зданий. Канализационные трубы для наружных сетей, производят их поливинилхлорида (ПВХ). Из ПВХ изготавливают также водостоки. Особняком стоят пластмассовые или металлические трубы и фитинги в полиэтиленовой оболочке и пенополиуретановой теплоизоляции (так называемые ППУ-трубы). Кроме того, существуют металлопластиковые трубы, имеющие композитную металлопластик-стенку, которая включает полимерные и металлический слои. Металлопластиковые трубы используют в различных целях: отопление помещений (в том числе «теплые полы»), водоснабжение и газоснабжение помещений и предприятий. Гофрированные трубы из различных материалов также нашли широкое применение в различных сферах хозяйства. Популярность гофротруб обусловлена их легкостью и отличной гибкостью, что позволяет использовать из в качестве шлангов в том числе в канализационных системах. В некоторых более узких областях применяют также стеклопластиковые трубы.

Трубы из полимеров имеют целый ряд достоинств перед стальными: вес пластиковых труб небольшой, они являются нержавеющими, бесшовными, не зарастают в процессе эксплуатации, не вибрируют и не издают урчащих звуков, не разрываются при замерзании воды (система выдерживает несколько циклов замерзания при наличии давления без разрушения), не проводят блуждающие токи, не требуют окраски и легки в монтаже. Например, трубы и фитинги из полипропилена в зависимости от рабочего давления могут работать в течение десятилетий с температурой жидкости до 95 °C. Полипропиленовые и полиэтиленовые трубы экологически чисты и с успехом применяются в трубопроводах холодного и горячего водоснабжения, отопления и воздуховодах с рабочим давлением до 25 атм.

Благодаря фитингам с хромированными латунными вставками ПП-трубы легко комбинируются со стальными трубами и стальной арматурой, а при укладке в грунт не требуют дополнительной изоляции. Кроме того, в последние годы активно внедряются закладные элементы из полисульфона, как замена латунных вставок для соединений пластмассовых труб.

При монтаже труб из полиэтилена, полипропилена, как правило, применяется диффузионная сварка, выполняемая при помощи несложной и недорогой оснастки. Такой способ соединения не требует специальных навыков и доступен каждому. Конструкция в результате получается полностью герметичной, а сам процесс сварки занимает очень мало времени. При этом соединение готово к эксплуатации сразу после остывания (2−3 мин.). Трубы из ПВХ, как правило применяются для стоков без давления, поэтому они не свариваются, а скрепляются при помощи раструбов, РТИ уплотнений, реже — клеевыми соединениями.

Использование полимерных труб обычно дает ощутимый экономический эффект: затраты на транспортировку и монтаж сокращаются по сравнению со стальными трубами в несколько раз. Экономический эффект от использования труб и фитингов из полипропилена по сравнению со стальными и чугунными складывается из экономии затрат на транспортировку, сокращении трудоемкости и отходов при монтаже, экономии расходных материалов, отсутствия расходов в период эксплуатации, а также значительного срока службы — около 50 лет. Если все эти данные учесть при определении стоимости трубопровода и составлении сметы, то монтаж выполненный из труб и фитингов из полипропилена даст удешевление на 15−20% по сравнению с трубопроводом, выполненным из стальных оцинкованных труб.

2. Оборудование для производства труб для водоснабжения и газоснабжения

Экструзионные линии предназначены для производства труб из полиэтилена низкого давления (HDPE) и из рандом-сополимера полипропилена (PPR).

Экструзионные линии (PE63, PE160) являются универсальными, что позволяет при замене формующего инструмента изготавливать на них PPRтрубы, используемые в системах холодного и горячего водоснабжения.

Линии комплектуются высокопроизводительными экструдерами с рифленой втулкой в зоне загрузки и шнеками барьерного типа, конструкция которых разработана специально для переработки полиолефинов. Запатентованная конструкция экструдеров позволяет увеличить производительность на 20% при сохранении энергопотребления.

Вакуум-калибровочные ванны и ванны охлаждения оборудованы форсунками с регулировкой направления струи и автоматической системой контроля уровня и температуры воды, что обеспечивает эффективное охлаждение трубы.

Тянущие устройства гусеничного типа с регулировкой усилия прижима гусениц. Скорость тянущего устройства синхронизирована с производительностью экструдера.

Отрезные устройства обеспечивают качественный, без заусениц, срез трубы. Контроль длины отреза производится цифровыми счетчиков метров с точностью до одного мм.

Управление линиями производится с помощью микропроцессорной системы управления на базе промышленных программируемых логических контроллеров (PLC) с сенсорным экраном производства SIEMENS, MITHUBISHI, OMRON.

3. Основные материалы для изготовления современных труб

1. Полипропилен рандом-сополимер.

Материал, используемый для производства водопроводных ПП труб и фитингов, представляет собой продукт сополимеризации пропилена и этилена в определенных пропорциях и носит название полипропилен рандом-сополимер PPRC (тип 3). К сожалению, достойной альтернативы PPRC тип 3, выпускаемым зарубежными производителями, на российском рынке полимеров пока нет, и видимо, не скоро будет. В России для производства ПП-труб для горячего и холодного водоснабжения хорошо зарекомендовали себя марки сополимера пропилена RA 130E BOREALIS (Финляндия) и TIPPLEN CS4−8000 TVK (Венгрия).

2. Полипропилен гомополимер.

Гомополимер пропилена применяется главным образом для канализационных ПП труб и фитингов. Причем из-за хрупкости гомополимера при низких температурах применять полипропиленовые трубы в климатических условиях России и СНГ можно только для внутренней канализации. Поэтому такие трубы — самые тонкостенные (толщина стенки обычно 1,6 — 2,0 мм).

Как правило, для экструзии труб из гомополимера ПП используют полипропилен производства московского (Каплен 1 003), уфимского (Бален 1 003) и других отечественных предприятий с текучестью 0,3 г/10 мин.

Для обеспечения грамотного и правильного применения труб и фитингов из полипропилена в трубных системах в Российской Федерации выпущен Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер» (СП40−101), внесены соответствующие изменения в СНиП 2.04.05−91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и в СНиП 2.04.01−85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

3. Полиэтилен

В большинстве случаев для производства труб и фитингов применяют различные марки полиэтилена низкого давления (высокой плотности, ПЭНД, ПЭВП), а также силанольно-сшитый полиэтилен (PEX). Водопроводные трубы из обычного ПНД на сегодняшний день уже морально устарели. То же касается и марки ПЭ-63, которая не выдерживает такого высокого давления, как более современные трубные марки ПЭ-80 и ПЭ-100. Во многих странах Европы выпуск материала ПЭ-63 прекращен и полиэтиленовые трубопроводные системы переводятся на современные ПЭ-80 и ПЭ-100, имеющего очень высокие характеристики при работе под давлением и повышенных температурах. К сожалению, и тут доля российского сырья для производства труб близка к нулю.

4. Поливинилхлорид

Трубы и фитинги из ПВХ применяют в основном для организации наружней канализации. Это обусловлено высокими характеристиками ПВХ при низких температурах, в отличие от полипропилена. Канализационные трубы ПВХ более толстостенные, чем полипропиленовые, из-за особенностей их эксплуатации. Кроме того, некоторая часть труб ПВХ применяется для пластмассовых водостоков и дренажа. Для производства труб из поливинилхлорида обычно берут стандартную композицию, включающую смолу ПВХ, стабилизаторы, смазки, наполнители и модификаторы. Смола как правило бывает российского производства, добавки — зарубежного.

Технология и оборудование для производства труб

Процесс производства труб из пластика технологически достаточно прост, относительно нетрудоемок, энергетически малозатратен и экологически безвреден, а минимальная площадь, необходимая для установки и эксплуатации одной комплектной линии для производства труб, составляет порядка 100 м².

4. Технологическая схема производства полиэтиленовых труб

труба материал производство полиэтиленовый

Технологическая схема производства полиэтиленовых труб состоит из следующих стадий:

1. Подготовка и загрузка сырья.

2. Приготовление композиций.

3.Экструзия полиэтилена с формированием рукавной заготовки.

4.Вакуумная калибровка рукава, вытяжка его, охлаждение, разрезка трубчатой заготовки на корпуса.

5. Формирование головки туб с приформовкой их к корпусу методом литья под давлением.

6. Обработка корпусов туб коронным разрядом, нанесение многоцветной печати, структурирование (отверждение) печатных красок фотохимической полимеризацией.

7. Лакирование печатного изображения и сушка лака

8. Сверление отверстия в головках труб.

9. Навинчивание бушонов на головку трубы.

10. Декорирование туб путем горячего тиснения.

11. Упаковка готовой продукции, транспортировка ее на склад и хранение.

12. Переработка отходов производства.

Экструзионная линия для получения труб представляет собой технологически законченный непрерывный цикл экструзии, калибровки, охлаждения, вытяжки, обрезки и штабелирования готовой продукции и состоит из собственно экструдера с экструзионной головкой и системой подачи полимерного сырья, ванны калибрации и охлаждения, тянущего устройства, отрезного устройства и штабелера или автоматического намотчика для труб малого диаметра.

Кратко опишем технологию экструзии: гранулированый пластик засыпается в бункер экструдера, представляющего собой винтообразный шнек из высокопрочной азотированной стали, вращающийся с заданной скоростью внутри материального цилиндра. По всей длине цилиндра установлено несколько нагревателей кольцевого типа и несколько датчиков температуры. Таким образом в каждой условной зоне нагрева имеется возможность установки и контроля температуры расплава в цилиндре. Посредством вращающегося шнека гранулят расплавляется, смешивается и, пластифицируясь под давлением, поступает в экструзионную головку, назначение которой состоит в том, чтобы посредством формообразующих цилиндрических поверхностей дорна (внутренний диаметр) и матрицы (внешний диаметр) на выходе головки получить пластфицированную заготовку в виде трубы. Внутри экструзионной головки также установлены нагреватели с термодатчиками, обеспечивающие необходимый режим нагрева материала.

Экструзионная головка может быть выполнена в виде единого блока, имеющего фланец для крепления к материальному цилиндру, и состоит из корпуса, рассекателя, дорнодержателя и собственно матрицы, которая центрируется относительно дорна регулировочными болтами для обеспечения равной толщины стенки трубы по диаметру.

В состав экструдера, помимо бункера, пары шнек-цилиндр, экструзионной головки и системы нагревов, входят также асинхронный электродвигатель переменного тока с частотно-регулируемым преобразователем для обеспечения прецизионности вращения шнека, блок электроавтоматики и программируемый логический контроллер, о котором следует сказать дополнительно.

Программируемый логический контроллер по сути является компьютером, содержащим все технологические параметры экструзионной линиии и контролирущим работу всех систем, входящих в ее состав. С помощью пульта управления, состоящего из дисплея и клавиатуры, оператор осуществляет оперативное управление всеми исполнительными устройствами, регулирует и контролирует температуру нагрева экструдера и головки, скорость вращения шнека и тянущего устройства, давление расплава, режимы резки и штабелирования.

В состав экструдера дополнительно может быть включено вспомогательное оборудование для производства пластиковых труб. Например, вакуумный загрузчик для обеспечения непрерывной загрузки гранулята в бункер, системы автоматической смены фильтров экструзионной головки и т. д.

Полимер в виде пластифицированной трубной заготовки должен принять форму трубы с задаными внешним и внутренним диаметрами и толщиной стенки. Для этого ее нужно откалибровать, что и происходит в вакуумном калибраторе, через который протягивается трубная заготовка. Ванна вакуумного калибрования и охлаждения обычно представляет собой 3-метровую замкнутую емкость из нержавеющей стали, в торцах которой установлены резиновые манжеты для герметизации ванны. Принцип калибровки трубы — вакуумный, по наружному диаметру. Устройство для вакуумного калибрования по наружному диаметру располагается в передней части ванны и представляет собой латунный цилиндр с центральным отверстием заданного диаметра трубы и с поперечными прорезями по всей длине. Калибратор интенсивно охлаждается при помощи форсунок, из которых подается под давлением вода. Ванна калибрации и охлаждения соединяется с вакуум-насосом и ввиду того, что на ее входе и выходе установлены резиновые манжеты, в ее полости создается разрежение. Благодаря наличию поперечных прорезей в калибраторе отрицательное давление в полости ванны распирает трубу и прижимает ее к внутренней поверхности калибрующей насадки. Разрежение в камере контролируется вакуумметром. Далее труба проходит через диафрагму калибратора в охлаждающую ванну, в которой также поддерживается разрежение, т. к. полость ванны через патрубок соединена с вакуум-насосом и интенсивно охлаждается с помощью форсунок.

Для того чтобы пластиковая труба равномерно вытягивалась через систему калибрации, сохраняя неизменной и заданной толщину трубы, после дополнительной ванны охлаждения установлено тянущее устройство гусеничного или ленточного типа с пневматическим прижимом траков. Траки приводятся в движение посредством электродвигателя с частотно-регулируемым приводом, синхронизированным с главным приводом экструдера. Усилие прижима траков для различных диаметров труб регулируется механически, путем измененения расстояния между траками.

Для резки пластиковых труб предназначено отрезное устройство — пила гильотинного или дискового типа в зависимости от диаметра трубы. Устройство работает как в ручном режиме, получая сигнал на начало резки от концевого выключателя, установленного на штабелере, так и в автоматическом, когда режимы резки задаются с пульта управления.

Штабелер сбрасывает готовые трубы заданной длины по мере их поступления с отрезного устройства на специальный стеллаж для их дальнейшей сортировки или упаковки оператором.

При производстве безнапорных труб из полиэтилена или ПП-труб малого диаметра вместо штабелера может использоваться автоматический намотчик, который, имея регулируемый по диаметру намоточный барабан, электропривод и систему счетчика метража, позволяет получать на выходе готовые бухты.