Многослойные термопластичные трубы на основе PE-Xa, армированные нитями Кевлар, с повышенной теплостойкостью для сетей отопления (1090749), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Для трубтипа Т-50 – Т-110 экспериментальные значениянесколько выше средних расчетных на 5-8%, адля труб типа Т-125 – Т-160 они практически совпадают с ними (~2%).АнализрезультатовпроведенныхиспытаниймногослойныхАТТразноготипоразмера позволил установить механизм разрушения АТТ при испытании на разрывноедавление,заключающийсявразрушенииармирующихнитейспоследующимпластическим разрушением внутреннего слоя из РЕ-Ха и наружного слоя из СЭП в зонеразрыва нитей в направлении их укладки.Полученные в результате эксперимента значения Рразр для АТТ всех типоразмеровсогласуютсясозначениями,полученнымипопредложеннойметодикерасчетаармирующего каркаса для труб по напряжению в нитях, что свидетельствует овозможности ее применения. Анализ механизма разрушения труб подтверждает, что в18многослойной конструкции АТТ основным несущим элементом, воспринимающимосновную нагрузку от действия внутреннего давления, является армирующий каркас изнитей Кевлар.Определение3.6длительнойпрочностимногослойныхармированныхтермопластичных труб и прогнозирование их эксплуатационных характеристик.В разделе 3.6.
представлены результаты длительных испытаний (до 9000 часов)образцов АТТ разного типоразмера с соответствующими фитингами на стойкость кдействию постоянного внутреннего давления по ГОСТ 24157-80. Испытания проводили настенде Airless Pipe tester MOD 1675, IPT, и в термошкафах при температуре 95, 105 и115°С.При анализе результатов испытаний был установлен механизм разрушения образцовАТТ – разрыв нитей армирующего каркаса с последующим пластическим разрывомвнутреннего слоя из РЕ-Ха в месте разрушения нитей. При разрушении образцоврадиальные деформации РЕ-Ха в зоне разрушения могут достигать 50%, однакодеформации АТТ вне зоны разрушении не превышает 2%.
При испытаниях не выявленонеблагоприятных механизмов разрушения АТТ в зоне соединения с фитингом, таких какпотеря герметичности или выдергивание нитей армирующего каркаса вплоть доразрушения трубы, что свидетельствует о надежности и работоспособности соединенияАТТ-фитинг при длительной эксплуатации.Обработку результатов эксперимента и аппроксимацию экспериментальных данныхпроводили в соответствии с методикой ISO 9080 с использованием компьютернойпрограммы Pipeson Analyzer 3.1.6.
Установлено, что экспериментальные данные подолговечности армированных труб, выраженные в логарифмических координатах в видезависимости давления (Р) в трубе и напряжения (σ) в нитях армирующего каркаса,рассчитанного по уравнению (4) для каждого испытуемого образца АТТ, от времени доразрушения (τ), лучше всего аппроксимируются четырех параметрическим уравнением:- по давлению:( )⁄( )( )⁄(7)- по напряжению:( )⁄( )( )⁄(8)Коэффициенты в уравнениях (7) и (8) получены для 97,5%-ого нижнегодоверительного интервала длительной прочности, эквивалентного нижнему пределу95 %-ого доверительного интервала прогнозируемого значения при статистической19обработке результатов эксперимента.
Коэффициент корреляции (R) при аппроксимацииданных уравнением (7) ниже, чем для уравнения (8) (0,887 и 0,921 соответственно), чтосказывается на ширине доверительного интервала и точности прогнозируемых значенийпрочности. Большее значение R связано с тем, что при аппроксимации данных,выраженных через длительную прочность материала армирующего каркаса по уравнению(4) учитываются размеры образцов АТТ и параметры армирующего каркаса.Сцельюоценкиприменимостипредлагаемогометодаопределенияэксплуатационных характеристик АТТ по длительной прочности материала армирующегокаркаса, экспериментальные данные по долговечности АТТ были проанализированы собщепринятых позиций теории долговечности Журкова. Для этого экспериментальныеданные по долговечности АТТ были представлены в виде зависимости энергии активациипроцесса разрушения нитей от напряжения в них в соответствии с уравнением Журкова:( )()(9)где τ0 – предэкспоненциальный множитель, с (период тепловых колебаний атомов, равный 10-13с), U0 –энергия активации процесса разрушения, Дж,γ – структурный коэффициент, м3, k – постояннаяБольцмана, Дж/К, Т – температура, К, σ – напряжение в нитях Кевлар, ГПаУстановлено,чтоэкспериментальныедолговечностиданныепоаппроксимируютсяпрямой с коэффициентом корреляцииR равным 0,963, что свидетельствует оприменимости уравнения Журкова кописаниюдолговечностинитейКевлар армирующего каркаса труб,полученных при испытании трубныхобразцов.
По данному уравнению,определены значения коэффициентовуравнения Журкова U0 и γ, равные168,72Рис. 10 - Зависимости долговечности арамидных нитейКевлар от напряжения, рассчитанных по уравнениюЖуркова (1) и по уравнению ISO 9080 (2) для температур95°С (3), 105 (4) и 115°С (5) и результатыгидравлических испытаний АТТ, выраженные черезнапряжение в нитях армирующего каркаса20кДж/мольи4,53нм3соответственно.По полученным уравнениям (8)и(9)построеныдолговечностинитейзависимостиКевларвполулогарифмических координатах lg(τ) – (σ), на которые нанесли экспериментальныеточки (рис.
10). Установлено, что в области времен от 100 до10000 часов кривыедолговечности,полученныеподвумуравнениям,практическисовпадают,чтосвидетельствует об отсутствии противоречий между общепринятой теорией долговечностиЖуркова и методикой определения долговечности ISO 9080 и позволяет применять ее дляоценки долговечности АТТ.Таким образом, предложенный метод расчета рабочего давления АТТ дляразличных условий эксплуатации по допускаемому напряжению на нити армирующегокаркаса, определяемому по длительной прочности материала каркаса, позволяет с большейточностью прогнозировать рабочее давление армированных труб на заданный срокэксплуатации (илинаоборот). Полученное обобщенноеуравнение температурно-временной зависимости прочности нитей позволяет прогнозировать срок службыармированных труб при переменном температурном режиме эксплуатации.Таблица 4: Режим эксплуатации труб во вторичном плюсовом контуре сетей отопленияВремя работы трубопровода при температуреТемпературатеплоносителя, чтеплоносителя, °Cза 1 годза 10 летза 20 летза 50 лет203655,23655273104182760952640264005280013200010018001800036000900001056006000120003000011060600120030001154,8489624012022040100Всего876287620175240438100Дляпрогнозированияэксплуатационных характеристик АТТ, с заданнымипараметрами армирующего каркаса, при переменном температурно-временном режимеэксплуатации во вторичном плюсовом контуре сетей отопления (табл.
4) предложен методISO 13760, известный как правило Майнера. Для расчета максимального рабочегодавления Рраб для АТТ на срок эксплуатации ~50 лет использовали уравнение 4. Значениекоэффициента Z приняли равным 0,00287, что соответствует минимальному значению дляАТТ всех типоразмеров (табл. 2). Допускаемое напряжение [σн] в нитях Кевларармирующего каркаса определяли для заданного температурно-временного режима поправилу Майнера, с учетом коэффициентов запаса по напряжению для каждойтемпературы в соответствии с ГОСТ Р 52134-2003. Значение [σн] составило 0,360 ГПа.21Полученное расчетное значение Рраб равно 1,03 МПа, что соответствует требуемомузначению давления при эксплуатации АТТ в сетях отопления.Таким образом, разработанный метод оценки длительной прочности АТТ ипрогнозированиямеждународныхихэксплуатационныхстандартовпохарактеристикопределениюсоответствуетдлительнойпрочностипринципамматериалов,используемых в производстве труб различного назначения, а также общепринятой научнообоснованной теории долговечности Журкова.
Предложенный метод позволяет получитьобобщенное уравнение температурно-временной зависимости прочности, которое можетбыть использовано при расчете эксплуатационных характеристик трубопровода припеременных условиях эксплуатации.3.7 Результаты испытания трубопровода из армированных термопластичных труб наэкспериментальном участке.В разделе 3.7 представлены результаты испытания опытного трубопровода длиной30 метров из АТТ типоразмера Т-90 с соответствующими фитингами типоразмера Ф-90.При испытании регистрировали температуру и давление теплоносителя в трубопроводе,что позволило рассчитать по правилу Майнера теоретический срок службы трубопровода.Температура в процессе испытания изменялась от 70 до 130°С, давление от 0,4 до 1,8 МПа.Разрушение трубы зафиксировано при давлении 1,7 МПа и температуре 130°С после7323 часов эксплуатации трубопровода.
Механизм разрушения АТТ – разрыв армирующихнитей и внутренней камеры из РЕ-Ха. Время эксплуатации трубопровода притемпературах выше 120°С составило более 1000 часов, что значительно превышает времяэксплуатации при аварийной температуре 120°С за весь планируемый срок эксплуатации50 лет (см. табл. 4), а пиковые температуры достигали 130°С. При столь высокихтемпературах, близких к температуре плавления кристаллической фазы РЕ-Ха, незафиксировано потери формы АТТ, герметичности и разрушения соединения АТТ-фитинг.Для расчета по правилу Майнера теоретического срока службы АТТ дляполученного переменного режима испытания использовали уравнение 8 длительнойпрочности нитей Кевлар без коэффициентов запаса по напряжению.
Напряжение в нитиармирующего каркаса рассчитывали по уравнению (4) для каждого уровня давления сучетом значения коэффициента параметров армирующего каркаса Z, равного 0,00258.Расчетное максимальное время эксплуатации АТТ составило 7670 часов, что практическисовпадает с реальным временем до ее разрушения 7323 часов.22Такимобразом,испытанияопытногоучасткатрубопроводаподтвердилиработоспособность разработанных термопластичных армированных труб с внутреннимслоем из РЕ-Ха, армированных нитями Кевлар, с соединительным и наружным слоями изСЭП, а также обжимных фитингов в сетях отопления при переменном температурновременном режиме до 115°С, давлением до 1 МПа и на срок до 50 лет.Выводы:1. Разработаны многослойные конструкции армированных труб разного типоразмера(диаметром от 50 мм до 150мм) с внутренним слоем из РЕ-Ха, армирующим каркасом изнитей Кевлар и соединительным и наружным слоем из СЭП, конструкции обжимныхфитингов и соединения АТТ-фитинг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
