О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

Сейчас совсем справедливо отмечается политиками, что темпы и объемы строительства в Рф возросли, на отдельных территориях в 1,5-2 раза. Подразумевается не только лишь сохранить достигнутое, да и еще сделать лучше результаты. Следует увидеть, что строительство жилища активируется не только лишь в огромных городках, да и на других территориях. Значимая часть строительно-монтажных работ при всем этом приходится на прокладку безнапорных трубопроводов, как внутренних, так и внешних. Естественно, что растущая протяженность трубопроводов дополнительно просит трубной продукции, в особенности из новых (полимерных) материалов. Когда речь входит о городском строительстве, то полностью разумеется, что полимерные трубные изделия можно сравнимо стремительно доставлять во полностью приготовленном к применению виде. Другими словами такие трубные изделия обустроены надлежащими раструбами и укомплектованы уплотнительными кольцами. Другое дело отдаленные места, куда не всегда можно стремительно доставить трубные изделия. Выходом тут может служить создание собственного трубозаготовительного производства, на котором методом термомеханической обработки можно отменно и производительно оформлять на концах труб раструбы. Более ординарными для такового производства являются гладкие раструбы.

Для производства гладких раструбов требуется нагрев и дорнование конца полимерной трубы. Нагрев может выполняться в водянистой (гликоль, глицерин и т. п.) либо в воздушной среде, также с внедрением контактных и инфракрасных нагревателей.

Для дорнирования употребляются надлежащие оправки, размеры и форма которых определяются видом полимера (непластифицированный поливинилхлорид НПВХ, целофан ПЭ или полипропилен ПП) и раструба (обыденный или компенсационный).

Работоспособность и плотность соединений на резиновых уплотнителях с гладкими раструбами, в отличие от соединений с резиновыми уплотнителями полимерных труб на раструбах с желобком, обеспечивается по другому.

В таких соединениях (рис. 1) защемленное меж 2-мя параллельными поверхностями кольцо должно принимать действующее в трубопроводной сети внутреннее гидростатическое давление р.

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

Уплотнитель удерживается в раструбной щели соединения за счет сил трения – сцепления, возникающих меж поверхностями труб и резиновым кольцом. Величина этих сил находится в зависимости от уровня контактных давлений ?? и коэффициента сцепления fc. Связь ?? с параметрами кольца круглого поперечного сечения имеет параболическую закономерность, при всем этом чем больше твердость резины, тем круче ветвь параболы (рис. 2).

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

В общих случаях коэффициент трения – сцепления fc в паре резина – полимер находится в зависимости от причин, которые могут изменять его в границах значений, отличающихся друг от друга на порядок и поболее. Значения fc для данных критерий работы соединений можно установить только экспериментально.

Опыты проводились на образчиках соединений, которые были сделаны специально из труб различного поперечника и из различных полимеров. По результатам тестов рассчитывался коэффициент трения – сцепления:

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

Линейные размеры частей соединения определяли с соответственной следующей обработкой. Твердость резины определяли на кольцах твердомером ТМ-2 для каждого уплотнителя в 5 местах. Коэффициенты варианты, характеризующие характеристики Т, для каждого кольца составляют <3,5% и для различных колец <6%.

Тесты соединений производили на гидравлическом щите (рис. 3), состоящем из корпуса 2, на котором крепятся хомуты 3 и 6 для фиксации раструбного со
единения.

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

Заглушка 1 позволяет нагружать соединение гидростатическим давлением (имитация давления стоков при засорении канализационного самотечного трубопровода). Гидростатическое давление замеряется манометром 7. Струбциной 4 делается сжатие гладкого конца (раструба), имитирующее укорочение вертикального поперечника труб, уложенных в грунте, до 10 %. Перемещение хомута 3 достигается поворотом одной из деталей соединения до 10° (моделирование поворота одной из труб в раструбе другой трубы). Тягами 5 осуществляется осевое смещение до 50 мм гладкого конца одной трубы в раструбе другой (имитация продольных температурных деформаций труб).

Коэффициент fc, как надо из выражения (1), не находится в зависимости от поперечников труб и колец, что не противоречит условиям геометрического подобия. Но при изменении размеров частей соединений могут сказываться причины, которые не учтены выражением (1). Проведена серия опытов на соединениях труб из ПВХ поперечником 160 и 250 мм. Использовались кольца (dк = 10,1 и 15 мм) из резины НК 3311 (Т = 40 ± 3 ед.тв.). С надежностью вывода 0,95 (t = 0,97, что < 2) можно считать расхождения в средних величинах fc = 0,3 и fc = 0,28 при средних квадратических отклонениях S = 0,04 и 0,05 статистически незначимыми. В процессе испытаний наблюдалось, что в момент разгерметизации происходит выброс кольца из раструбной щели соединения при неком значении внутреннего давления р. В одних случаях уплотнитель может быть выброшен стопроцентно, в других отчасти, аналогично тому, как выдавливается кольцо из раструбного соединения с желобком при огромных углах поворота и давлениях. К примеру, из 30 циклов испытаний 1-го соединения поперечником 110 мм (трубы ПВХ, dк = 7,8 мм, кольцо из резины марки НК 3311) в 11 случаях кольцо выбрасывалось стопроцентно. Это можно разъяснить тем, что коэффициент fc «распределен» в соединении по поверхности контакта неравномерно. Попытка установить численные значения неравномерности fc не привела к положительным результатам. Расхождения в давлениях в разных случаях разгерметизации статистически незначимы (fc и S занимают промежуточное значение меж приобретенными для D = 160 и 250 мм и отличаются в третьих знаках).

С учетом этого, последующие исследования проводились на соединениях труб 1-го типоразмера (поперечником 160 мм, с кольцами НК 3311, dк=10,1 мм).

Как отмечается в неких работах, силы трения назад пропорциональны модулям упругости E материалов трущейся пары. Для проверки этого положения для пары резина – полимер были проведены тесты соединений труб из ПВХ и ПЭ 32, имеющих наибольшее различие в показателях Е. С надежностью вывода 0,95 (t = 1,37, что < 2) можно считать расхождение в средних величинах fc = 0,27 и 0,24 (S = 0,05) статистически незначимым и воспользоваться одними значениями коэффициентов трения - сцепления при соединении труб из всех полимеров гладкими раструбами и резиновыми кольцами.

Температура стоков, оказывающая воздействие на трубы в подземной канализации, может изменяться от 3 до 35 °С. В общих случаях температура влияет на силу трения. Проведены опыты при температуре 10 и 25 °С. Было установлено, что разница значений fc = 0,29 (S = 0,05) и fc = 0,28 (S = 0,04) статистически незначима (при надежности вывода 0,95, t = 0,51, что < 2). Для исследуемого интервала температур от 3 до 35 °С переменами fc, если они будут иметь место при монтаже и эксплуатации подземного трубопровода из хоть какого полимера, можно пренебречь.

Серии опытов были ориентированы на получение зависимости коэффициента трения – сцепления fc от продолжительности недвижного контакта tt резинового кольца и полимерных поверхностей и от его сжатия ? меж этими поверхностями в соединении (рис. 4).

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

Обработка опытнейших данных способом меньших квадратов позволила получить эмпирические коэффициенты для аналитического выражения, перевоплощенного с подменой ? на ? по литературным данным для колец из резины НК 3311. Из чего вытекает, что

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

Это подтверждается сопоставлением на статистическую значимость результатов тестов (при разном времени экспозиции):

при t = 50ч fc = 0,402 (S = 0,05, n = 10);

при t = 200ч fc = 0,405 (S = 0,06, n = 10).

На основании выявленных закономерностей трения пары резина НК 3311 – полимер установлено, что давление разгерметизации соединений с гладкими раструбами

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

График, интерпретирующий выражение (5) при t = 0,1 ч приводится на рис. 5 (кривая 1).

График позволяет установить степень сжатия кольца ?, обеспечивающую плотность соединения зависимо от давления p в трубопроводе. Так, при ? = 10 % давление разгерметизации будет втрое превосходить испытательное давление (5 м вод. ст.) для подземного самотечного трубопровода водоотводящей сети, при ? = 30 % – в девять раз.

Экспериментальные значения p для колец из резин других марок также приведены на рис. 5. Характеристики колец, выпускаемых российскей индустрией серийно (ГОСТ 5228) для уплотнения соединений асбестоцементных труб, как видно из рис. 5, могут быть удовлетворительно описаны выражением (5). Это позволяет считать такие кольца применимыми и для уплотнения соединений полимерных труб.

О работоспособности соединений полимерных труб в самотечных трубопроводах

В последней серии тестов были определены расчетные значения коэффициента сцепления для соединений полимерных труб для подземных трубопроводов самотечной канализации.

Зависимо от состояния поверхностей, типа и количества смазки трение по виду можно подразделить на сухое, граничное, жидкостное, полусухое и полужидкое. Для соединений, которые собираются методом закатывания кольца в раструб и потом эксплуатируются в канализационной сети, типично полусухое и полужидкостное трение.

Опыты проводили на соединениях, детали которых при сборке обильно смачивались водой. Испытаниям подвергались соединения труб из ПЭ 32 SDR 13,6 поперечником 160 мм. По результатам испытаний 50 соединений принято значение fc, равное 0,2, которое было применено в расчетах. На каждом соединении проведено 5 опытов.

Таковой объем подборки принят с учетом относительной ошибки измерений и надежности, которые установлены на уровне 5 и 95 % (ГОСТ 14359), также коэффициента варианты 18 % (наибольшее значение при испытании полимеров на растяжение, к примеру, при получении значений модуля упругости).

Значение коэффициента сцепления fc = 0,2 применено при определении по специальной методике размеров частей соединений (промышленного производства) на резиновых кольцах с гладкими раструбами для полимерных труб.

Соединения с элементами промышленного производства были испытаны на щите с моделированием критерий работы подземного канализационного самотечного трубопровода.

Было установлено, что соединения сохраняют плотность под испытательным давлением: при углах поворота гладкого конца трубы в раструбе до 8°; при овализации гладкого конца трубы до 7 % от его внешнего поперечника на границе с краем раструба; при одновременном повороте гладкого конца до 2° и его овализации до 5 %, также при его выдвигании на 30 мм из раструба. В последнем случае плотность сохраняется и при давлении 0,12 МПа.

Соединения испытаны в натурных критериях. В разных грунтах на глубине от 1 до 5,5 м проложены 10-ки км подземных самотечных канализационных трубопроводов из полимерных труб, которые эксплуатируются без приреканий со стороны эксплуатационников.

Контроль над состоянием полимерных трубопроводов осуществляется, начиная с 1972 года. Увидено, что при продолжительном недвижном контакте кольца с полимерной трубой в критериях эксплуатации силы сцепления существенно растут за счет так именуемого «прикипания» резины к термопласту. Но этого не следует учесть при определении размеров соединения, т. к. оно должно делать функции компенсатора и долгий недвижный контакт кольца с полимерной трубой не предусматривается.

В заключение следует увидеть, что рациональное внедрение подхода, освещенного в статье, должно позволить упростить прокладку самотечных трубопроводов с вн

Аналогичные записи: Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.