Єдина Країна! Единая Страна!
Полипластик
RU   UA
     
Забули пароль? -->
Вхід         Реєстрація
Прайс-листи Акції Продукція Документація Філіали Про нас

Популярні статті

Вивчення напружених станів розтрубних з'єднань ПВХ труб, що виникають при різних умовах монтажу

17 Листопада 2008г.
I. Введення 
Висока якість виготовлення, правильні виконання монтажу та експлуатація гарантують довговічність полімерних трубопроводів і роблять їх незамінною частиною інфраструктури. Дана публікація розглядає такий важливий аспект застосування полімерних труб, як якість їх монтажу. У Північній Америці в міських мережах для водопостачання і каналізації, поряд з поліетиленовими, застосовуються пвх труби, з'єднані в розтруб з ущільненням гумовою прокладкою. Зупинимося докладно на факторах, що впливають на якість таких з'єднань при монтажі напірних ПВХ труб. 

Простота виконання розтрубного з'єднання обумовлює його надійність. Однак при монтажі обов'язкове дотримання кількох простих правил, інакше якість розтрубного з'єднання не буде відповідати пропонованим вимогам. Наприклад, часті витоки в розтрубних з'єднаннях виникають в результаті самої типової помилки - наявності забруднення прокладки до з'єднання. Бруд на прокладці, ущільнюючої зовнішню і внутрішню частини розтрубного з'єднання, є причиною витоку води. Частинки грунту та інші чужорідні частинки на внутрішньому зводі труби - також типова причина таких витоків (рис. 1). Цю проблему легко діагностувати, вирізавши механічне з'єднання і подавши в нього перевірочний тиск. Якщо під дією випробувального тиску в лабораторії з'єднання протікає, то його демонтують, оглядають, очищають, змазують, збирають і повторно випробовують. Зазвичай після повторного складання випробування проходять без проблем. 
Изображение

Причини зламу труби або утворення тріщин виявити складніше. Діагностика якості монтажу затруднена через можливе «вимивання» матеріалу труби в зоні розтруба. Інший ускладнюючий фактор обумовлений потоком води, що утворюється в місці первинного руйнування через раптове падіння внутрішнього тиску. Падіння тиску може викликати зсув однієї труби всередині іншої і в результаті привести до деформацій матеріалу.Можливе виникнення крихкого зламу, супроводжуючого швидке поширення тріщини від початкового ушкодження і вторинних деформацій, які з'являються в іншому місці через зміщення труби при падінні тиску. Однак, хоча це і складно, визначити першопричину аварії все ж можливо.

Досвід показує, що неправильне з'єднання (вставка труби за зону розтруба та/або надмірний осьовий зсув) - основна причина подібних аварій у напірних ПВХ трубопроводах. Рис. 2 ілюструє заклад труби за розтруб (а) і надмірне осьове відхилення (б). Наслідки неправильної збірки при з'єднанні ПВХ труб, що працюють під тиском, досліджувалися за допомогою фотопружного покриття на прикладі двох сполук. Поряд зі спеціалізованим обладнанням, покриття дозволило визначити напругу і деформацію при з'єднанні ПВХ труб. Напруження, що виникли в з'єднанні, виконаному без порушень, порівнювалися з напруженнями в з'єднанні, виконаному з відхиленнями в технології монтажу. Ефективним інструментом для роз'яснення важливості правильного складання та наслідків неправильного з'єднання є кольорові фотографії, які ілюструють напруження, що виникли під впливом прикладених зусиль.


ИзображениеIІ. ДОСЛІДЖЕННЯ НАПРУГИ І ДЕФОРМАЦІЇ ЗА ДОПОМОГОЮ ФОТОСТРЕС-МЕТОДУ

Для аналізу напружень і деформацій у з'єднаннях застосовується фотострес-метод (рис. 3). У цьому дослідженні використовується чутливе до напруги полімерне покриття, яке накладається на розтруб ПВХ труби (рис. 4). Полярископ показує покриття в поляризованому світлі. Цифрова камера створює відеозапис випробування, а за допомогою оптичного перетворювача визначаються величини напруг, які відчуває покриття. Фотострес-метод дає візуальне зображення, яке точно визначає напруги в з'єднанні труб. Після завершення випробування визначається (за законом Хука) величина деформації від напруг, зареєстрованих цифровою камерою і оптичним перетворювачем. Для більшої точності враховується ефект зміцнення з'єднання ПВХ труби накладеним покриттям.
Изображение
Рис 3. Оборудование фотостресс-метода
Изображение
Для довідки. За рівнянням ISO середнє кільцеве напруження визначається на рівні 5,86 MПa в стінці труби Ø 200 мм при внутрішньому тиску 0,689 МПa. Є дві основні причини того, чому кільцева напруга з зовнішнього боку розтруба була менше величини 5,86 MПa, яка визначається за рівнянням ISO: 
  • розрахунки проведені для труби з мінімальною (номінально.) товщиною стінки, що зазначена в стандарті, замість фактичної товщини стінки труби;
  • в той час як рівняння ISO показує, що кільцеве напруження, що виникло від внутрішнього тиску, однорідно по товщині стінки труби, фактична кільцева напруга вище середнього на внутрішньому діаметрі і нижче середнього на зовнішньому діаметрі

III. ЕКСПЕРТИЗА З'ЄДНАННЯ, ВИКОНАНОГО БЕЗ ПОРУШЕНЬ

Випробування з'єднання, виконаного без порушень, ПВХ труб діаметром 8 дюймів (200 мм) для максимального робочого тиску 150 psi (1,03 MPa) показано на рис. 5. При дотриманні правил монтажу чорна лінія вставки на скосі внутрішньої труби була поєднана з виступом розтруба зовнішньої труби. На зовнішню і внутрішню труби було нанесено покриття для реєстрації напруг за допомогою фотострес-методу. Сталеві стрижні забезпечували стійкість заглушок торців труб. Верхня заглушка забезпечена двома штуцерами: у той час як з'єднання заповнювалося водою через один штуцер, повітря виходило через інший. Після того як повітря випущене, випускний штуцер перекривається. 

Цифровий індикатор нижче жовтого ременя вимірює величину осьового горизонтального зміщення. Тиск створюється за допомогою випробувального насоса. Спеціальний реєстратор Partlow MRC7000 регулює тиск у межах зібраної труби. 

Потім з'єднання було піддано тиску. Дані реєструвалися при декількох різних тисках, але в цій публікації представлені тільки дані, зареєстровані при 0,689 МПа. На рис. 6 показані напруги, які з'єднання, виконане без порушень, зазнавало при внутрішньому тиску води 0,689 МПa. 

В області розтруба «C» напруга однорідна. На цю область вказує зелена стрілка. Напруга, розрахована у цій галузі від внутрішнього тиску, становила 3,98 MПа. Геометрія розтруба разом з деформацією прокладки всередині розтруба обумовлюють більш складну модель напруги/деформації. Область максимальної напруги знаходиться на стороні каналу прокладки і позначена червоною стрілкою. Напруга, розрахована у цій області, становила 5,70 MПa. Інтерес представляє область, зазначена синьою cтрілкою, - при з'єднанні, виконаному без порушень, в виступі розтруба будь які напруги відсутні.
Изображение
Изображение

IV. ЕКСПЕРТИЗА З'ЄДНАННЯ, ВИКОНАНОГО З ПОРУШЕННЯМИ: ЗАВЕДЕННЯ ТРУБИ ЗА РОЗТРУБИ ЗА ВІДСУТНОСТІ ОСЬОВОГО ЗМіЩЕННЯ

Були досліджені напруження, що виникли при вдавлюванні внутрішньої труби в шийку розтруба зовнішньої труби. Це було зроблено для того, щоб змоделювати з'єднання, вставлене зверху. Випробування проводилося без внутрішнього тиску в трубі. Якби випробування проводилося під внутрішнім тиском, то кільцеві напруги, що виникають від внутрішнього тиску, складалися б з напруженнями, обумовленими в цьому експерименті. Випробування без внутрішнього тиску дозволило окремо досліджувати ефекти від вдавлення внутрішньої труби. Манометр на верхній балці випробувального стенду (рис. 7, а) вимірював тиск, прикладений до шестидюймового (150 мм) гідравлічного пресу в рівному торці фрагмента труби, що вставляється в розтруб. Цифри, відмічені на розтрубі, використовувалися для вказівки відстані в дюймах, на яке вставляється труба, що була втиснула в розтруб гідравлічним пресом. ПВХ труби, що застосовуються в цьому експерименті, були такі ж, як і описані в розділі III.
 
Червона стрілка (рис. 7, б) вказує на зону максимальної напруги - результат втиснута труби. Як і очікувалося, максимальна напруга виникла в стику труб, де вставляєма труба була притиснута до внутрішньої поверхні зовнішньої труби. Зусилля, необхідні для запресовування труби, і значення отриманих напружень представлені в табл. 1. З'єднання на восьмидюймовій трубі ( Ø 200 мм) як правило збираються вручну. Оскільки зусилля запресовування, зазначені в табл. 1, знаходяться поза діапазоном ручної збірки, то для з'єднання труб потрібно механічне обладнання. При додатку однакового зусилля при складанні з збільшенням діаметру труб, що з'єднуються напруга в місці з'єднання буде падати. 
Изображение Изображение

V. ЕКСПЕРТИЗА З'ЄДНАННЯ, ВИКОНАНОГО З ПОРУШЕННЯМИ: ОСЬОВІ ЗСУВИ

Так як сила, необхідна для з'єднання труб, відносно невелика, а напруга, що виникає в місці з'єднання відносно низька, може здатися, що з вставляємою трубою проблем бути не може. Проте слід враховувати варіант осьового зсуву. 

Рис. 8 і 9 ілюструють, як осьовий зсув ускладнює процес складання при вставці труби зверху. На рис. 8, a показано розтрубне з'єднання, в якому внутрішня частина труби А ще не увійшла в контакт з шийкою розтруба зовнішньої труби B. Рис. 9, a - спрощена кінематична схема з'єднання, показаного на рис. 8, a. Сили, позначені F, діють в протилежних напрямках. Одна - сила вставляемой труби А в розтруб зовнішньої труби B. Друга - реактивна сила. Якщо, наприклад, труба B була попередньо встановлена і закріплена зворотним засипанням, то грунт за допомогою сил тертя і викликає виникнення реактивної сили. Стержень, показаний у центрі кінематичних схем на рис. 9, a і 9, б, і являє собою розтрубне з'єднання труби в трубу. З'єднання допускає мінімальне обертання перш, ніж кінець вставляється труби буде вирівняний в стику, як це показано на рис. 2, б. 

Рис. 9, б показує реакцію на з'єднання, як тільки була досягнута вставка «труба-в-трубу». Сила F намагається зменшити загальну довжину 2L труб А і B. В одному варіанті відбувається запровадження кінця труби А в розтруб труби B. В іншому варіанті, враховуючи опір розтруба труби У до телескопічному введенню труби A і беручи до уваги свободу її обертання в з'єднанні, виникає випадок, показаний у кінематичній схемі на рис. 9, б. Рис. 8, б показує великий план розтрубного з'єднання, коли з'єднання провертається і піднімається. 

Изображение Изображение
Дослідження ефекту осьового зсуву в комбінації з внутрішнім тиском проводили на випробувальному стенді (рис. 10, а), подібному установці, показаній на рис. 5. Ці стенди мають деякі відмінності. Вимірючий індикатор зміщений до верхньої частини правої колони установки. Гідравлічний поршень з круглою опорою, зробленої з сталевої пластини, розташований зверху прямо на установці. Поршень дає зусилля, необхідне для досягнення необхідного осьового зсуву. Цифровий індикатор вимірює величину горизонтального зміщення в дюймах. Для більш ефективного утримання труб при з'єднанні нейлонові ремені переміщені. 
Изображение
Після того як гідравлічний поршень в правому верхньому положенні забезпечив необхідне осьове зміщення у з'єднанні труб, на конструкцію було подано внутрішній тиск. Дані були зафіксовані при декількох кутових зсувах і при декількох значеннях тиску. У статті представлені тільки дані, зареєстровані при тиску 0,689 МПа (такий же тиск, як і в розділі III) і з кутовим зсувом приблизно 1,5 градуса. На рис.10, б - представлена картина напружень в з'єднанні при зазначених умовах. 
Напруга в області, зазначеної «C» на вставляємій трубі, ще однорідна (зелена стрілка). У цій області розрахункове напруження від дії внутрішнього тиску склало 6,12 МПа. Це на 54% вище, ніж напруга в тій же точці, і при тому ж тиску, але без будь-якого осьового зсуву. Червона стрілка вказує на нову область концентрації найбільш високих напруг і деформацій. У цій області напруга, розрахована за виміряної деформації, склала 15,84 MПa. Це значення дуже відрізняється від ситуації, розглянутої в розділі ІІІ, коли в торці розтруба взагалі не спостерігалося ніяких напруг (див. рис. 6). Крім того, максимальна напруга при осьовому зміщенні в 2,8 рази вище, ніж максимальна напруга, розрахована для ситуації, описаної в розділі ІІІ. 

На рис. 11 показана ситуація виникнення надмірного осьового зсуву. Восьмидюймові (Ø 200 мм) труби були прокладені на плоскому упорі, подібному твердій металевій або кам'яній поверхні. При цьому корпус труби не контактує з підтримуючою поверхнею на відстані двох діаметрів з кожного боку від місця з'єднання. Результуючий осьовий зсув - 7 градусів, що значно перевищує рекомендації виготовлювачів труб, а також вимоги монтажних і будівельних норм. Такого осьового зсуву легко уникнути при дотриманні правил монтажу. Так, відповідно до правил поверх твердої упірної поверхні траншеї повинно бути укладено, принаймні, 100 мм «м'якого» підстилкового матеріалу. Він діє як подушка між основою труби і твердою поверхнею.


ИзображениеVI. ЕКСПЕРТИЗА ВПЛИВУ ОВАЛЬНОСТІ ТРУБИ НА ЯКІСТЬ З'ЄДНАННЯ

Комунікації з ПВХ труб класифікуються як гнучкі. У гнучких трубопроводах діє механізм труба/грунт, тобто труба працює разом з підстилковим матеріалом для опору навантаженні. Навантаження F стискає гнучку трубу у вертикальній площині (рис. 12). При стисканні у вертикальній площині - в горизонтальній площині труба розширюється, приймаючи в результаті форму еліпса. 
Деформуючись від зусилля F, труба впливає на матеріал підкладки знизу і засипки з боків. Це викликає пасивний опір матеріалу з боків. Така підтримка з боків, разом з впливом вигину на вершині труби, є механізмом, яким підсипний матеріал допомагає трубі чинити опір навантаженям, що впливають на трубу. 

Деформована труба показана на рис. 13. Інтерес представляє точка на внутрішньому діаметрі в нижній частині труби. Розтягують напруги, що виникають у цій точці від впливу овалізаціі, можуть складатися з розтягиваючим навантаженням від впливу осьового зсуву, якщо орієнтація збігається з ситуаціями на рис. 8, б, 9, б або 11. 

Дослідження розтягуючих напружень в нижньому зводі, які утворюються при втраті трубою круглого перерізу, проводилися на випробувальному стенді (рис. 14, a). Стрілочний індикатор вимірював відхилення у верхній частині (в дюймах). Зразок ПВХ труби був узятий точно такий же, як і в попередніх випробуваннях. Стиснення труби у вертикальній площині вироблялося механізмом розтягування Тінус Ольсена. Точкою контакту була зовнішня поверхня каналу прокладки. Нижній звід спирався на дерев'яний блок для поздовжньої підтримки. Для запобігання бічного зсуву і розтруб, і тіло труби були зафіксовані. Навантаження 4,8 кН повинне було відхилити вертикальний діаметр на 2% від початкового значення (рис. 14, б). 

Червона стрілка вказує на область максимуму зареєстрованого напруги. Розрахункове напруження в цій точці було 10,96 MПa. Напруження, деформації і навантаження були зареєстровані для різних значень вертикальної деформації, але в рамках цієї публікації не представлені. 

Щоб деформувати з'єднання на необхідну величину (2%),  труба що вставляється також повинна була б бути деформована на ту ж величину, що і змонтована трубна система. В результаті, після введення труби в розтруб з'єднання стає найжорсткішою областю трубопроводу.
Изображение Изображение

VII. МЕТОДИ ВИПРАВЛЕННЯ ПОМИЛОК ПРИ З'ЄДНАННЯХ

Напруг і деформацій у з'єднаннях, розглянутих у розділах IV і V, можна уникнути, дотримуючись наведених нижче правил: 
Крок 1. Перевірка. Прокладка, розтруб і місце з'єднання повинні бути очищені від піску, бруду, жиру і сторонніх часток. Прокладку, скіс вставляємої труби і внутрішню поверхню розтруба необхідно перевірити на наявність пошкоджень або деформації. 

Крок 2. Мастило. Мастило слід застосовувати відповідно до рекомендацій виробника труби; як правило, це мастило скоса і вставляємої труби. Повинно використовуватися тільки мастило, надане виробником труби. Жир та інші види неузгоджених мастил можуть роз'їдати прокладку або бути неприйнятні в контакті з питною водою. 

Крок 3. Складання. Вставляєму і зовнішню труби необхідно спочатку суміщати. Вставляєму трубу не можна вводити в розтруб, поки вона плотно не стикнеться з матеріалом прокладки. Попереднє вирівнювання труби істотно для якісного складання. На рис. 15 показаний процес складання з'єднання, що виконується двома робітниками. Перший робочий (на віддалі) створює постійне зусилля за допомогою бруска і блоку. Другий (на передньому плані) перевіряє правильність глибини вставляємої труби. Коли відмітка на вставляємій трубі майже повністю з'єдналася з торцем суміжного розтруба, другий робітник, що знаходиться на з'єднанні, дає сигнал зупинитися - складання закінчена. Трубу ніколи не слід вдавлювати до упору (за чорну позначку).

Изображение

Зверніть увагу, що в з'єднанні, виконаному без порушень, відмітка (чорна лінія на вставляємій трубі) - збігається з торцем розтруба, проте відмітка повинна залишитися видимої після складання з'єднання. Інші назви позначки - лінія вставки, стопорна відмітка, лінія збірки. Деякі виробники роблять на вставляємій трубі дві відмітки: одну - для мінімальної глибини вставки, іншу - для максимальної. У цьому випадку, відмітка максимальної глибини вставки повинна бути видимою, а відмітка мінімальної глибини - закрита фрагментом суміжної труби. Рис.16 ілюструє це в перетині по етапах складання. 
Слід зазначити, що з'єднання, виконане без порушень, враховує проміжок між торцем вставляємої труби і шийкою розтруба. Цей проміжок передбачає простір для теплового розширення і надає трохи гнучкості в з'єднанні і деякий кутовий зсув для непередбачених можливих переміщень грунту

VIII. ДОПОМІЖНІ ПРИСТРОЇ ДЛЯ ПРИСКОРЕННЯ ЗБІРКИ ТА ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ РОЗТРУБНОГО З'ЄДНАННЯ

Изображение

Будівельники можуть підвищити продуктивність і якість збірки, опускаючи труби в траншею і збираючи з'єднання вручну. Це дозволяє екскаватору із зворотним ковшем рити траншею безперервно: у міру розриття слід опускати і збирати труби вручну, при цьому на монтажі економиться близько 1,5 год. роботи в день без збільшення кількості персоналу.
Допоміжний пристрій (рис. 17) дозволяє одному робітникові швидко з'єднувати ПВХ труби. Воно використовується для монтажу труб діаметром до 8 дюймів (200 мм) включно. Існує більший пристрій з аналогічним дизайном, який можна використовувати для з'єднання труб діаметром від 250 до 400 мм. Обидва пристрої мають невелику вагу і можуть легко переноситися одним робочим. При використанні допоміжний пристрій слід розміщують так, щоб вставляєма труба і труба з розтрубом були зафіксовані в різних частинах пристрою. Якщо потягнути важіль, то пристрій заштовхує одну трубу в розтруб іншої. Коли відмітка на вставляємій трубі співпаде з торцем розтруба, слід припинити тягнути. 
Якщо глибина траншеї вимагає застосування траншейного блоку, то до нього може бути приварена лебідка, яка використовується для складання труби (рис. 18). Навіть, якщо труба занадто важка, щоб опустити її в траншею вручну, з'єднання все ще може бути зібрано вручну, що дозволяє екскаватору із зворотним ковшем продовжувати рити траншею, а в результаті підвищити продуктивність.

Рис. 19 демонструє монтаж труб діаметром 600 мм, що збираються вручну за допомогою допоміжного пристрою.
Изображение Изображение

Изображение

IX. ВИСНОВОК

Застосування двоякопреломляючих фотопружних покриттів в розтрубних з'єднаннях на напірних трубах з ПВХ дало візуалізацію напруг, які відчувають елементи з'єднання. Були досліджені кілька варіантів, включаючи якісну збірку, запресовування труби в трубу і збірку зі зміщенням вставляємої ПВХ труби. Рис. 8 і 9 показали, що збірка може бути виконана з надмірним осьовим зміщенням. Надмірний осьовий зсув не дозволяє вставляємій трубі герметизувати розтруб (див. рис. 2, б). Це також призводить до збільшення напруги в торці розтруба (див. рис. 10, б). Напруг, викликаних неправильною збіркою, можна уникнути у відповідності з наведеними методами. Крім того, використання допоміжних пристосувань значно покращує продуктивність і якість збірки.


Джерело: журнал "Полімерні труби - Україна"



Знайшли помилку? Виділіть мишкою текст, і натисніть Ctrl + Enter.
Знайшли помилку?
Виділіть мишкою текст, і натисніть Ctrl + Enter
Виділений текст
Коментар