Многослойные термопластичные трубы на основе PE-Xa, армированные нитями Кевлар, с повышенной теплостойкостью для сетей отопления (1090749), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Long-Term Behavior of Aramad Fibres: PhD thesis L8323 / G.M. Fallatah// Newcastle University,Newcastle. – 2006. – 143 p.14текс. Вследствие равенства значений коэффициента Z для труб всех типоразмеровобеспечивается их равенство эксплуатационных характеристик, что подтверждаетсяодинаковыми расчетными значениями разрывного и рабочего давления, рассчитанные сучетом [σн] и [σразр], равными 8,4 МПа и 1 МПа соответственно (см. табл.
2).Таким образом, разработана многослойная конструкция АТТ и определеныпараметры армирующего каркаса для армированных труб разного типоразмера и ихприменения в сетях отопления с переменным температурным режимом до 115°С,давлением 1 МПа и сроком эксплуатации до 50 лет.3.4 Расчет конструкции обжимных фитингов и соединения АТТ-фитингРаботоспособность трубопровода определяется работой основных его отдельныхсоставляющих – трубы, фитинга и их соединением в единую конструкцию.
Основнаяфункция фитинга – создание прочного и герметичного соединения АТТ-фитинг на весьсрок эксплуатации. Однако в мировой практике нет единых подходов к проектированиюфитингов и их соединения с АТТ разного типоразмера.В настоящее время основным способом соединения АТТ является обжимныеметаллические фитинги, зажимающие стенку трубы между внутренней частью (втулкой) инаружной частью (гильзой) с различным профилем (рис.
6), посредством протяжки гильзычерез фильеру заданного внутреннего диаметра. В этом случае герметичность соединенияобеспечивается в результате самоуплотнения материала внутреннего слоя АТТ, апрочность соединения – прочностью заделки армирующего каркаса.Рис. 6: Схема конструкции обжимного фитинга:d1 – внутренний диаметр втулки,d2 – наружный диаметр втулки,d3 – наружный диаметр выступа,D1 – внутренний диаметр гильзы по выступу,D2 – внутренний диаметр гильзы,D3 – наружный диаметр гильзы,m – шаг выступа на втулке и гильзе,LF – длина рабочей части фитинга (длинаобжатия трубы)Герметичностьсоединенияипрочностьзаделкиармирующегокаркасаобеспечиваются двумя параметрами – степенью обжатия (εобж) стенки АТТ и длинойрабочей части фитинга (LF), т.е.
длиной обжатия стенки трубы. Степень обжатия,определяемая как деформация стенки трубы при обжатии, задается при протяжке гильзычерез фильеру с заданным внутренним диаметром и контролируется по наружномудиаметру гильзы после обжатия (). Деформация внутреннего слоя при этом не должнапревышать деформации при пределе текучести материала. Для АТТ всех типоразмеров15(см. табл. 1) были рассчитаны значения, при которых деформация стенки смаксимальной толщиной в поле допуска не превышает 14% (εТ для РЕ-Ха при 20°С), а длясредней толщины – 7%, что ниже деформации при пределе текучести РЕ-Ха в областитемператур эксплуатации АТТ от 20°С до 115°С.Длину рабочей части фитинга LF определяли из условия обеспечения герметичностисоединения и прочности заделки армирующего каркаса в стенке АТТ, обжатой в фитинге.В зависимости от того, какое из условий является лимитирующим для обеспеченияработоспособности соединения, для каждого типоразмера АТТ принимают собственноезначение LF.Расчет LF из условия обеспечения герметичности проводили по уравнению (6):(()((6)) )где Рраб – рабочее давление, равное 1 МПа; Dвн – внутренний диаметр АТТ; εобж и Е – степень обжатия имодуль упругости внутреннего слоя из РЕ-Ха; α – коэффициент, зависящий от твердости материала.При расчете значение εобж для всех типоразмеров труб принято равным степениобжатия стенки АТТ со средней толщиной в поле допуска - 7%, значение коэффициента αпринято равным 3, с учетом твердости РЕ-Ха при максимальной температуреэксплуатации АТТ 115°С по Шору равной ~80 ед., а значение модуля упругости –значению квазиравновесного релаксационного модуля Е∞ для РЕ-Ха при 115°С, которыйравен 35 МПа.
Применение в расчете значенийЕ∞примаксимальнойтемпературеэксплуатации многослойных АТТ, позволяетучитыватьрелаксационныепроцессывполимере и определить длину рабочей частифитинга,Рис. 7 - Зависимость усилия выдергиваниянити от длины обжатия трубы в фитингепри различных режимах испытания:1 – режим 1;2 – режим 2;3 – режим 3; 4 – режим 4.котораясоединенияобеспечитАТТ-фитингпригерметичностьповышенныхтемпературах на заданный срок эксплуатации(~50 лет). Результаты расчета представлены нарис. 8 (1) в виде зависимости LF от Dвн.Для расчета LF из условия обеспечения прочности заделки армирующего каркасабыла разработана методика определения прочности заделки нитей в трубе при действии нанить растягивающих нагрузок F.
Проведены испытания, заключающиеся в выдергиваниинитей из стенки трубы образцов АТТ типоразмера Т-75 с армирующим каркасом из осевыхнитей Кевлар 167 текс, обжатых в фитинге с εобж ~7% и разной длиной рабочей части, при16различных режимах: - режим 1 – при комнатной температуре сразу после обжатия; - режим2 – при температуре 115°С в тепловой камере после кондиционирования в течение 3 часов;- режим 3 – при комнатной температуре после тепловой обработки при 115°С в течение 15суток; - режим 4 – без обжатия в фитинге.
Установлено, что обжатие АТТ в фитингесущественно увеличивает усилие выдергивания нити из полимерной матрицы стенкитрубы, однако вследствие протекания релаксационных процессов в полимерныхматериалах АТТ, прочность заделки армирующего каркаса снижается (рис.7). В результатеэксперимента удалось достичь условий, когда прочность заделки нити была большепрочности нити Ff, что приводило к их разрушению при значениях Ff ≈ 200-230 Н.Для расчета LF из условия прочности заделкиармирующего каркаса в армированной трубе,обжатойфитингомзависимостьусилияполученнуюдлятипоразмеровсεобж~7%,использоваливыдергиваниярежима 3.учетомFнити,АТТвсехпараметровихДляармирующего каркаса (см.
табл. 2) из уравнения 4Рис. 8 - Зависимость LF от Dвн АТТ приусловии обеспечения герметичностисоединения (1), условии прочности заделкинитей в АТТ (2) и рекомендуемая длинарабочей части фитинга (3)определилинагрузкунакаждуюнитьF,возникающую под действием Рраб, равного 1 МПа,ирассчиталидлинуLF,прикоторойобеспечивается прочность заделки нитей армирующего каркаса в стенке трубы, обжатойфитингом. Результаты расчета представлены на рис.
8 (2) в виде зависимости LF от Dвн.Таблица 3: Габаритные размеры фитингов для АТТ всех типоразмеровТипоразмер фитинга d2, мм d3, мм LF, мм D1, мм D2, мм D3, мм36,83950,552,557,5Ф-50524749616368Ф-63655658,5737580Ф-757867,370878995Ф-909183,286104106112Ф-11011797,2100120122128Ф-125143107110132134140Ф-140143123,5 126,5150152158Ф-160143, мм53,563,575,089,5106,5122133,5150,5Установлено, что для АТТ типоразмеров Т-50 - Т90 и Т-160 критичным являетсяобеспечение герметичности, а для АТТ типоразмера Т-110 - Т-140 – прочность заделкиармирующего каркаса.
С учетом этого, даны рекомендации по длине рабочей частифитингов LF для всех типоразмеров АТТ. Для фитинга Ф-140 значение LF рекомендуется17принимать равным значению LF для фитингов типоразмера Ф-125 и Ф-160 (143 мм).Зависимость рекомендуемой LF от Dвн представлены на рис. 8, а в таблице 3 указаныгабаритные размеры для фитингов всех типоразмеров.3.5 Исследование работоспособности многослойной АТТ и соединения АТТ-фитингпод давлениемВ разделе 3.5 представлены результаты исследования работоспособности АТТ исоединения АТТ-фитинг под давлением. Образцы АТТ всех типоразмеров, обжатыхсоответствующими фитингами, кондиционировали в течение 2 часов в ванне стемпературой воды 20±2°С, затем на специальных гидравлических стендах Airless Pipetester MOD 1672, IPT (Германия), в соответствии с ISO/TS 18226 нагружалигидростатическим давлением с постоянной скоростью повышения давления в образцеравной 1 МПа/мин вплоть до его разрушения.На рис.
9 представлены зависимостиразрывного давления Рразр от внутреннегодиаметра АТТ и значения Рразр, рассчитанныепо уравнению 4 с учетом допусков на толщиныслоев АТТ и прочность нитей Кевлар поспецификации фирмы Дюпон. Установлено,чтодляАТТвсехдиаметровэкспериментальные значения Рразр лежат вРис. 9 - Значения расчетного максимального(1), среднего (2) и минимального (3) Рразр иэкспериментальные значения (4) для всехтипоразмеров АТТ (цифрами указаны углыармирования)интервале расчетных значений Рразр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
