WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Таблица 4 - Эквивалентные напряжения в контрольных точках трубы

Контрольная точка (см. рис. 1)

Эквивалентное напряжение

А

В.труба

В.оболочка

D

Для оценки точности этой методики была выполнена серия расчетов методом конечных элементов. На рисунках 6 и 7 показаны расчетные схемы моделей для решения тепловой (в результате получаем распределение температуры по толщине стенки трубы) и термоупругой (кроме давления накладывается температурное поле, полученное в тепловой задаче) задачи.

На рисунке 8 показан график изменения относительной погрешности расчета напряжений для контрольных точек бипластмассовой трубы по МКЭ и инженерной методике в зависимости от разности температур внутренней и наружной среды. Эта погрешность объясняется тем, что в инженерном расчете принято равномерное распределение температуры по толщине.

Рис.6. Расчетная схема модели для решения тепловой задачи. Ко внутренней и наружной грани модели трубы приложена температурная нагрузка. К границам симметрии приложено условие адиабатичности (тепловой поток в соотв. направлениях равен нулю)

Рис.7. Расчетная схема модели для решения термоупругой задачи. Ко внутренней грани модели трубы приложено давление от транспортируемой среды. К границам симметрии приложено ограничение перемещений (перемещения в соотв. направлениях равно нулю)

Рис.8. Изменение относительной погрешности расчета напряжений для контрольных точек бипластмассовой трубы (ПЭ-100) 293х8х4 по МКЭ и инженерной методике в зависимости от разности температур внутренней и наружной среды

Четвертая глава посвящена совершенствованию соединений трубопроводов из термопластов, рассмотрены способы соединения комбинированных труб, разработана адгезионная композиция для скрепления оболочек комбинированных бипластмассовых труб, приведены результаты гидростатических испытаний клеесварных соединений бипластмассовых и сварных соединений металлопластовых труб.

Для успешной работы комбинированных труб в системах водогазоснабжения, утилизации сточных вод, в технологических трубопроводах, транспортирующих высокоагрессивные среды при рабочем давлении до 4,0 МПа возникает необходимость создания равнопрочного с телом трубы соединения.

Разработано неразъемное соединение комбинированных бипластмассовых труб - клеесварное соединение труб с гладкими концами с помощью соединительной муфты. С целью обеспечения надежной работы комбинированных труб и исключения разрушения полиэтиленовой оболочки от температурных деформаций обе оболочки должны быть скреплены между собой.

Для скрепления оболочек из полиэтилена и стеклопластика была разработана адгезионная композиция, необходимая для надежной работы комбинированных труб и исключения разрушения полиэтиленовой оболочки от температурных деформаций; по прочностным свойствам лучшей является композиция на основе сэвилена. Бипластмассовая труба после ее изготовления представляет собой скрепленный толстостенный цилиндр, состоящий из двух слоев различной толщины и жесткости. Их соединение происходит при помощи нане­сенного на полиэтиленовую трубу адгезионного слоя (сэвилен), а также из-за термической усадки стеклопластиковой оболочки (рис.9).

Рис.9. Клеесварное соединение бипластмассовых труб

За основу разрабатываемой композиции был принят сополимер этилена с винилацетатом - сэвилен марки 11306-75, ТУ 6-05-1636-78, промышленно выпускаемый в стране. Сэвилен представляет собой высокомолекулярное соединение, относящееся к полиолефинам. Получают его методом, аналогичным методу производства полиэтилена низкой плотности (высокого давления). Сэвилен превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам. Свойство сэвилена зависят, главным образом, от содержания винилацетата (5-30 вес. %). С повышением содержания винилацетата кристалличность, разрушающее напряжение при растяжении, твердость, теплостойкость уменьшаются, в то время как плотность, эластичность, прозрачность, адгезия увеличиваются. Сэвилен с содержанием винилацетата до 15% (марки 11104-030, 11306-075) перерабатывается теми же методами, что и полиэтилен низкой плотности, но переработка экструзией и литьем под давлением ведется при более низкой температуре.

По результатам проведенных испытаний видно, что оптимальным вариантом применения разработанных композиций является нанесение их на субстрат в расплавленном виде. Как видно из таблицы 5. лучшей по прочностным свойствам является композиция 113-27 на основе сэвилена.

На основании полученных результатов ведется разработка технологии по производству комбинированных труб. С использованием системы «полиэтилен-сталь» сооружено и запущено в эксплуатацию несколько опытно-промышленных участков трубопроводов.

Выпускаемые металлопластовые трубы имеют достаточно высокие прочностные характеристики (разрушающее внутреннее давление порядка 12,0 МПа). Соединительные элементы (фланцевые и резьбовые) имеют характеристики значительно ниже (1,0 и 2,0 МПа).

Таблица 5 - Предел прочности образцов при сдвиге (кг/см2)

№ опыта

Соединяемые материалы

«Полиэтилен-сталь»

«Полиэтилен-стеклопластик»

Адгезив на основе

Адгезив на основе

сэвилена

миравитена

сэвилена

миравитена

113-27

Д-47ХА

113-27

Д-47ХА

1

2

3

4

5

43,4

42,6

36,1

40,3

40,8

27,1

26,1

21,4

22,7

26,8

44,6

42,2

40,1

42,2

37,6

36,4

36,8

35,9

32,8

40,1

Для успешной работы металлопластовых труб в системах водоснабжения, утилизации сточных вод, в технологических трубопроводах, работающих при давлении до 4,0 МПа, было разработано равнопрочное с телом трубы сварное соедине­ние. При монтаже трубопроводов из металлопластовых труб со свар­ными соединениями трубы между собой и с соединительными деталями соединяются путем контактной сварки полиэтиленовых законцовок под фланец с последующим усилением (при необ­ходимости) места сварки стальными фланцами со шпильками или гильзой с упорами (вкладышами), соединяемыми между собой аргонодуговой сваркой (рис.10).

С целью определения работоспособности соединения были изготовлены экспериментальные образцы металлопластовых и бипластмассовых труб со сварными соединениями. В процессе гидростатических испытаний образцы разрушались по телу трубы при давлениях 11,5-12,0 МПа, что подтверждает достоверность результатов исследования напряженно-деформированного состояния труб. Разрушение образцов при гидроциклических испытаниях происходило при давлении не менее 8,0 МПа. Характер и параметры разрушения аналогичны разрушению при гидростатическом испытании.

Рис.10. Сварное соединение металлопластовых труб

1- МПТ с литыми законцовками, 2 - упорные элементы, 3 – металлическая гильза, 4 – сварной шов


Пятая глава посвящена разработке метода дефектоскопии металлопластовых труб, развитию контроля качества сварных соединений комбинированных труб, обоснованию метода диагностики металлопластовых труб. К качеству сварных соединений предъявляются особые требования, целью которых является получение эксплуатационной надежности соединений, не уступающей надежности самих полиэтиленовых труб.

Основным дефектом металлопластовых труб яв­ляется проникновение транспортируемой среды до арматуры по дефектам в месте приварки законцовок и перемещение жидкости по капиллярам на гра­нице "арматура - полиэтиленовая матрица" вдоль тела трубы на значитель­ные расстояния. Обнаружение (отбраковка) труб с дефектами в процессе гидравлических испытаний осложняется тем, что отсутствует объективная оценка качества труб (падение давления, наличие течи) даже при длительном нагружении трубы внутренним испытательным давлением.

В связи с этим был разработан метод, основанный на определении нали­чия контакта жидкости с арматурой (арматура заземляется через жидкость - электролит). Метод основан на определении изменения электрической емкости цилиндрического конденсатора, в котором одной обкладкой являет­ся испытательная жидкость (электролит), а второй - фольга, наложенная на наружную поверхность трубы. В случае контакта электролита с внутренней арматурой емкость образованного конденсатора (арматура - фольга) изменя­ется, что фиксирует измерительный прибор. Прибор настраивается на образцах труб без дефектов с замыканием заглушки с арматурой.

Существует также проблема контроля фактического местоположения комбинированных трубопроводов из полимерных материалов и определение мест утечек даже на капиллярном уровне. Для решения указанной проблемы разработан метод диагностического обследования трубопроводов из комбинированных труб.

Метод заключается в заполнении обследуемого трубопровода электропроводящей жидкостью (пресной, пластовой, морской водой), обеспечении прокачки в трубопроводе, т.е. обеспечении полного заполнения труб, а также в подключении к электролиту через металлический элемент трубопровода одного электрода от генератора напряжения высокой частоты модернизированной аппаратуры типа АНПИ (аппаратура нахождения поврежденной изоляции) и подключении второго электрода к заземлению. На другом конце обследуемого участка трубопровода электролит подключен к заземлителю. По степени напряженности электромагнитного поля вокруг трубопровода магнитометром определяется ось трубопровода. Для определения глубины залегания трубопровода используют датчик, направленный под углом 45 к горизонту. Определение мест утечек из трубопроводов (без проявления транспортируемой среды на поверхности земли) определяется этой же аппаратурой по изменению величины магнитного поля вдоль оси трассы трубопровода.

Внедрение данного метода обследования трубопроводов из полимерных материалов позволит контролировать состояние трубопроводов и повысить требования к монтажу трубопроводов.

Рис.11. Схема дефектоскопа

1- труба металлопластовая; 2 - арматура; 3 - внутренний слой трубы; 4 - наружный слой трубы; 5 - полиэтиленовая законцовка; 6 - заглушка; 7 - электролит; 8 - обкладка;

9 - прибор измерительный; 10, 11 – контакты


Выводы

1. Предложена классификация и систематизация полимерных материалов, применяемых для производства комбинированных труб строительного назначения.

2. Разработана методика проведения испытаний образцов комбинированных труб из различных марок пластмасс. Разработан универсальный стенд для входного контроля различных видов комбинированных труб. По результатам гидравлических испытаний сделано заключение о работоспособности клеесварного соединения бипластмассовых труб и сварного соединения металлопластовых труб при рабочих давлениях до 4,0 МПа.

3. Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния комбинированных труб на основе разработанной методом конечных элементов модели металлопластовых труб. На основании выполненных расчетов напряженно-деформированного состояния материалов труб на различные температурные и эксплуатационные воздействия определен механизм их разрушения. Даны рекомендации по выбору геометрических размеров армирующей сетки металлопластовых труб в зависимости от диаметра проволоки и шага армирующей сетки.

4. Определены оптимальные соотношения толщин слоев полиэтилена и стеклопластика для бипластмассовых труб, которые представлены в виде таблицы сортамента. Получена зависимость изменения прочностных характеристик бипластмассовых труб от угла намотки армирующей нити стеклопластика.

5. Усовершенствованы соединения комбинированных труб: разработаны равнопрочные с телом трубы сварное соединение металлопластовых труб и клеесварное соединение бипластмассовых труб.

6. Разработана адгезионная композиция для системы полиэтилен-стеклопластик, необходимая для надежной работы бипластмассовых труб и исключения разрушения полиэтиленовой оболочки от температурных деформаций.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»