Каждый слой стенки МПТ характеризуется собственными размерными параметрами (табл. 2). Материал каждого слоя должен отвечать предъявляемым требованиям по техническим показателям (разрушающему напряжению σ и модулю упругости E при растяжении, коэффициенту температурного линейного удлинения α). В стандартах, например, в американском национальном стандарте [2] устанавливаются требования к полиэтилену, сшитому полиэтилену, клеящей связке и алюминию. Для алюминиевого слоя МПТ (1го, 2го и 4го классов) прочность на разрыв должна быть не менее 80 Н/мм2, а удлинение при разрыве — не менее 22 %. Для 3го класса прочность на разрыв — не менее 60 Н/мм2,а удлинение при разрыве — не менее 35 %. Плотность клеящего полимера (низкомолекулярный полиэтилен с различным содержанием сомономера) — не менее 0,915 г/см3. Для труб классов 1 и 2 температура плавления должна быть не менее 120 °C, а классов 3 и 4 — составлять не менее 100 °C. Проведенные расчеты показали, что значения разрушающих внутренних давлений для каждого слоя, в случае нагружения отдельно от остальных слоев, значительно отличаются друг от друга (табл. 3). Как видно из этой таблицы, при условии противодействия внутренним давлениям каждым слоем порознь МПТ смогли бы сопротивляться внутренним давлениям, указанным в строке со знаком Σ. В силу конструкционно-прочностной специфики МПТ этого не происходит в действительности. Ведь нагружение слоев в стенке МПТ как трубной конструкции происходит иначе (табл. 4). Как видно (табл. 5) из сравнения данных табл. 3 и 4, прочностные ресурсы слоев при разрушении стенки МПТ используются частично; 100 %е использование характерно только для алюминиевого слоя. Думается, что аналогичная картина будет характерна для МПТ и других классов. Если же осторожно продолжить данную логику, то такая же картина будет характерна и для других МПТ, например, для рекомендуемых к использованию в холодном и горячем водоснабжении (СП 40103–98) и отоплении (СП 41102–98). Ведь плотность армирования 100eAl/e [ %] стенок МПТ (ПAl = 8 % — для диаметра 20 мм и ПAl = 19,2 % — для диаметра 60 мм), указанных в обоих Сводах Правил [4, 5], примерно такая же, как и у рассматриваемых МП (ПAl = 12,44 % — для диаметра 16 мм и ПAl = 25 % — для диаметра 50 мм). В принципе, имеется возможность более полного использования прочностного ресурса слоев стенки МПТ. Расчетная схема (рис. 2) представлена [6] с учетом нагружения МПТ внутренним давлением и температурой. В расчете приняты следующие допущения: ❏ рассматривается плоская задача в виду сравнительно с поперечным размером большой протяженности трубы; ❏ труба считается тонкостенной, что определяется условием: где ei — толщина стенки iго слоя трубы; n — число слоев; D — базовый диаметр поперечного сечения трубы; ❏ принимается, что температура слоя постоянна и равна средней температуре слоя в виду сравнительной малой толщины стенки слоя (слой клея в расчет не принимается, хотя модель допускает учет и этого слоя); ❏ принято положительное направление напряжений и давлений изнутри, снаружи и между слоями. Рассматривается n пластиковых и металлических слоев, связанных между собой в произвольной последовательности посредством клеевой прослойки. Отсчет слоев производится изнутри, при этом k = 1, 2, 3, …, где k — номер рассматриваемого слоя. Имеется n уравнений равновесия: где σ — напряжение в слое; R — средний радиус слоя; Pi–1,i, Pi,i+1 — давления изнутри и снаружи. Условие совместности деформаций дает (n – 1) уравнений: где Е и α — модуль упругости и коэффициент температурного линейного удлинения материала слоя. Температурная деформация: где tн и tк — начальная (монтажная) и конечная (рабочая) температура слоя; приближенно принимается, что α = const и e = αΔt, где Δt = tк – tн > 0 при tк > tн и Δt < 0 при tк < tн — рабочие разности средней температуры слоя и начальной температуры. Имеется 2n – 1 уравнений для определения 2n – 1 неизвестных: n неизвестных σi и (n – 1) неизвестных рi. Совместное решение дает выражение для напряжения в каждом слое: где температурная нагрузка для kго слоя записывается как: Относительная приведенная толщина стенки: Знак нагрузки зависит от относительной величины температурной деформации αiΔti/αkΔtk (нагрев или охлаждение). При известном напряжении в kм слое давление между слоями: Если средние радиусы слоев принять одинаковыми и равными базовому радиусу R, то приближенно: Условие прочности для слоя трубы: Рассмотренная выше конструкционно-прочностная специфика МПТ затрагивает только кратковременное нагружение МПТ и только при нормальной температуре (20 °C).Однако известно [3], что с повышением температуры с течением времени прочностные показатели слоев из термопластов (клеевые и из СПЭ) будут снижать свою прочность и в определенный момент сойдут на нет, т.е. достигнут нулевого значения. Когда это может произойти с конкретной МПТ, используемой в трубопроводной системе холодного (температура около 20 °C), горячего водоснабжения (температура около 75 °C) или отопления (температура около 90 °C), на современном этапе разработанности вопроса правильный ответ дать, увы, не представляется возможным. Ведь модель, в достаточной степи адекватная фактическому поведению в условиях долговременного нагружения МПТ при повышенных температурах, до сих пор никем не представлена. Однако уже сейчас совершенно очевидно, что вряд ли будет правильно использовать для этого, как это сделано в ГОСТ 52134–2003 [3] для термопластов, рекомендации [7] с расчетными: ❏ кривыми регрессии (рис. 3); ❏ данной формулой долговременной прочности: где τ — время до разрушения, ч; Т — абсолютная температура, °C; σ — начальное напряжение в стенке трубы, Н/мм2; ❏ положениями по применению правила Майнера. Ведь при этом не только не учтены закономерности температурно-временной суперпозиции композитов, к которым следует относить и материал стенки МПТ, включающий по массе от 30 % (диаметр 16 мм) до 97 % (диаметр 50 мм) алюминия (табл. 6), но и, что авторам этой статьи представляется гораздо важнее, существенно искажается прогнозный срок службы трубопроводов из МПТ систем холодного, горячего водоснабжения и отопления. Конечно, здесь сразу следует отметить, что на современном этапе, когда основные задачи строителей и коммунальных служб России связаны с ресурсосбережением и в этой связи требуется уделять особое внимание минимизации [8] затрат как при эксплуатации, так, естественно, и при устройстве внутренних напорных трубопроводов, с таким [7] подходом согласиться ни в коей мере не допустимо. Очевидно, что здесь требуется использование других нетривиальных подходов. 1. Бухин В.Е. О некоторых вопросах применения трубопроводов из полимерных материалов во внутренних системах водоснабжения и отопления зданий // Трубопроводы и экология, №3/2009. 2. ASTM International F 1335–04. Стандартные технические условия на опрессованные композитные трубы и фитинги для эксплуатации при повышенных температурах. 3. ГОСТ Р 52134–2003. Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. 4. СП 40103–98. Проектирование и монтаж трубопроводов систем холодного и горячего водоснабжения с использованием метало-полимерных труб. 5. СП 41102–98. Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием метало-полимерных труб. 6. Обухов А.С., Сладков А.В. Методика прочностного расчета напорных метало-полимерных многослойных труб. Сб. научн. трудов ГУП «НИИМосстрой» (к 50летию института). — М.: 2006. 7. Руководство по проектированию, монтажу и эксплуатации систем холодного и горячего водоснабжения отопления с использованием метало-полимерных труб Valtec // Интернет-сайт производителя труб Valtec: www.valtec.ru. 8. Дмитриев А.Н., Отставнов А.А., Ионов В.С. К минимизации затрат на устройство и эксплуатацию внутренних напорных трубопроводов // Сантехника, №3/2005. 9. Отставнов А.А., Устюгов В.А. К проблеме температурно-временного поведения МПТ // Журнал С.О.К., №4/2010.