Сравнение труб из вчшг с трубами из пэвп ричард Бондс, технический директор аитвчшг по исследованиям - korshu.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Сравнение труб из вчшг с трубами из пэвп ричард Бондс, технический директор аитвчшг - страница №1/2


Ассоциация по исследованию труб из высокопрочного чугуна (АИТВЧШГ) – DIPRA
Сравнение труб из ВЧШГ с трубами из ПЭВП
Ричард Бондс, технический директор АИТВЧШГ по исследованиям.
Введение
При разработке трубопровода для питьевого водоснабжения инженерам-проектировщикам приходится учитывать множество факторов: начальная стоимость системы, требования по его эксплуатации, стоимость обслуживания, надёжность и долговечность.

В данной брошюре сравниваются как краткосрочные, так и долгосрочные структурные и эксплуатационные качества труб из ВЧШГ и полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). В ней содержатся ценные новейшие сведения для инженеров, выбирающих материал для трубопровода.

В дополнение к приведённым данным о физических сравнительных тестах двух материалов, в данной брошюре рассматриваются также стандарты AWWA для каждой из труб (ANSI/AWWA C150/A21.501 для труб из ВЧШГ и ANSI/AWWA C9062 для труб из ПЭВП).

Нижеприведенные данные были взяты из нескольких источников, включая стандарты Американской ассоциации водопроводных работ (AWWA), литературу, опубликованную производителями труб и ассоциаций, и результаты физических тестов, проведённых Ассоциацией по исследованию труб из высокопрочного чугуна, Стракчерал Композитс Инк. и Плэстикс Инжиниринг Лэборатори3. Тесты, рассмотренные в данной брошюре, проводились на 6- и 24-дюймовых трубах из ВЧШГ и ПЭВП. Трубы из ВЧШГ использовались самого низкого класса по давлению для 6- и 24-дюймовых труб (350 и 200 фунтов на кв.дюйм соответственно). Полиэтиленовые трубы были моделей DR9 и DR11, изготовленные из ПЭВП РЕ3408. Этот материал наиболее высоко оценивается по стандарт ANSI/AWWA C906. DR – это коэффициент, получаемый при делении внешнего диаметра на среднюю толщину стенки. Низкий коэффициент DR (для высокого давления) был отобран для того, чтобы сравнить трубы, как можно ближе стоящие по уровню давления. DR9 (200 фунтов на кв.дюйм) и DR11 (160 фунтов на кв.дюйм) были трубами с самым низким коэффициентом DR, доступным на момент покупки. Трубы с более высоким коэффициентом DR были бы намного слабее.

Данная брошюра представляет техническую информацию, доказывающую, что все материалы имеют различные характеристики.
Сравнение стандартов.

В приведённой ниже таблице сравниваются требования стандартов ANSI/AWWA C150/A21.50 и ANSI/AWWA C151/A21.514 с требованиями стандарта ANSI/AWWA C906.


Таблица 1

Сравнение стандартов труб из ВЧШГ и стандартов труб из ПЭВП


Характеристика

Трубы из ВЧШГ

ANSI/AWWA C150/A21.50 ANSI/AWWA C151/A21.51

Трубы из ПЭВП

ANSI/AWWA C906

Размеры

3-64 дюйма

4-63дюйма

Длина трубы

18, 20 дюймов

40 дюймов

Класс/уровень по давлению

Рассчитано до 350 фунтов на кв.дюйм

Класс по давлению 150, 200, 250, 300 и 350



Зависит от кода материала: от 40 до 198 фунтов на кв.дюйм для ПЭ3406; от 51 до 254 фунтов на кв.дюйм для ПЭ3408. Рассчитано на 254 фунта на кв.дюйм для труб диаметра от 20 дюймов и менее. В связи с ограниченной способностью материала к экструзии, при производстве труб с толщиной стенок>3 дюймов, класс трубы может значительно снижаться при увеличении диаметра трубы до 20 дюймов и более.

Метод проектирования

Спроектирован как гибкий проводник. Отдельно рассматриваются внутреннее давление (уравнение кольцевого напряжения) и внешние нагрузки (напряжение при изгибе и осевое отклонение). Сервисный допуск и допуск на литьё добавляются к расчётной толщине трубы.

Гибкий материал; рассчитан только по внутреннему давлению. Внешние нагрузки стандартом не предусмотрены.

Расчёт внутреннего давления

Класс по давлению: напряжение вследствие рабочего давления плюс пиковое напряжение не должны превышать минимальный предел текучести материала 42 000 фунтов на кв.дюйм при факторе надёжности 2.

Рейтинг (уровень) по давлению: напряжение вследствие рабочего давления не может превышать гидростатическую расчётную базу (1600 фунтов на кв.дюйм) при факторе надёжности 2,0 (гидростатическое расчётное напряжение = 800 фунтов на кв.дюйм) для ПЭ3408. Любое пиковое давление снижает фактор надёжности.

Допуск по пиковым нагрузкам

Номинальный допуск по давлению 100 фунтов на кв. дюйм (основанный на мгновенном увеличении скорости приблизительно на 0,6 м/сек), однако, может эксплуатироваться в условиях реальных пиковых нагрузок.

Не включён. Допуск на пиковые нагрузки возможен при снижении фактора надёжности до уровня ниже 2,0.

Расчёт внешних нагрузок

Призменная нагрузка + динамическая нагрузка от грузового автотранспорта. Кольцевые напряжения при изгибе ограничены 48 000 фунтов на кв.дюйм, что является ½ минимального предела прочности при изгибе. Прогиб ограничен 3% внешнего диаметра трубы, что является ½ величины отклонения, способной повредить внутреннее цементно-песчаное покрытие. Большая из этих двух величин является основной и берётся за толщину нетто (расчётную)

Не предусмотрено стандартом.

подвижная нагрузка

AASHTO H20, допускается колёсная нагрузка 16 000 фунтов (7257 кг). коэффициент динамического воздействия 1,5 для всех глубин.

Не предусмотрено стандартом.

Фактор надёжности

По давлению (расчётный) 2,0 (включая пиковые нагрузки), основанные на минимальном пределе прочности на разрыв в 42 000 фунтов на кв.дюйм.

Основанный на расчёте внешних нагрузок : 2,0 на изгиб предел прочности при кольцевых напряжениях 96 000 фунтов на кв.дюйм, или 1,5 для изгиба при минимальных значениях 72000 фунтов на кв.дюйм фактор 2,0 для труб из ВЧШГ с внутренним цементно-песчаным покрытием

Примечание: В действительности фактор надёжности намного выше вследствие добавления сервисного допуска и допуска на литьё.

При расчёте внутреннего давления используется формула «расчётного фактора». Данный фактор является всего лишь инверсией более широко известного «Фактора надёжности». Этот расчётный фактор, в действительности не является постоянной величиной. В формуле его расчёта для труб из ПЭВП игнорируется пиковое давление путём увеличения расчётного фактора , таким образом, уменьшая фактор надёжности для его компенсации. Без учёта пиковых давлений, расчётный фактор равен 0,5 (фактор надёжности 2,0). С учётом пиковых нагрузок, расчётный фактор >0,5 (Фактор надёжности <2,0).

Условия укладки в траншеи

Предусмотрено 5 типов укладки. Консервативный Е с перечислением параметров плотности почвы. Тип 1 (траншея с плоским ложем, засыпка рыхлым грунтом) или тип 2 (траншея с плоским ложем, уплотнение грунта по оси трубы ) применимы в большинстве случаев.

Нет

Гидростатические испытания

Каждая труба испытывается под давлением 500 фунтов на кв.дюйм в течение как минимум 10 секунд при максимальном значении

Только один размер труб из трёх размерных групп (4-12, 14-20, 20 и >24 дюйма) подвергается проверке один раз в полгода при постепенном повышении давления и постоянной температуре. Также одна труба из партии может подвергаться тесту на разрыв. Данный тест может заменяться проверкой на кольцевые нагрузки или пятисекундным испытанием давлением.

Производственные испытания

По крайней мере один образец из каждой плавки приблизительно через каждые 3 часа проверяется на предел прочности на разрыв; должен показать не менее: временное сопротивление 60 000 фунтов на кв.дюйм, предел текучести 42 000фунтов на кв.дюйм, и минимальное удлинение 10%. Как минимум один образец в час испытывается на удар (мин. 7 футов-фунт), с дополнительным низкотемпературным тестом на удар (мин. 3 фута-фунт).

На изгиб или удлинение до разрушения; одна за производственный цикл. На кольцевые нагрузки, на растяжение, на разрыв или пятисекундный тест на давление; один за производственный цикл. Индекс плавления и плотность проверяются 1 раз в день. Содержание сажи один раз за производственный цикл.

Предел прочности на разрыв высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в 24 раза выше, чем у полиэтилена высокой плотности.


Предел прочности на разрыв материала, из которого изготавливаются трубы – очень важная характеристика, поскольку она оказывает сопротивление силам, вызываемым внутренним гидростатическим давлением и гидравлическим ударом.

На рис. 1 сравнивается предел прочности на разрыв труб из ВЧШГ и труб из ПЭВП. На диаграмме представлены как минимальные требования стандарта, так и так и данные исследования образцов 6-дюймовых труб из ВЧШГ класса 350 (самого низкого класса по давлению труб из ВЧШГ) и 6-дюймовой трубы DR11 из ПЭВП (рассчитанной на давление 160 фунтов на кв. дюйм). Все материалы для труб были протестированы в соответствии с ASTM E8.5 Трубы из ПЭВП были исследованы, кроме этого, и в соответствии с ASTM D22906 и ASTM D 638.7 Стандартом ANSI/AWWA C151/A21.51 определяется, что предел прочности на разрыв, условный предел текучести и относительное удлинение труб из ВЧШГ определяются в соответствии с ASTM E8. Стандартом AWWA C906 определяется, что предел прочности на разрыв труб из ПЭВП определяется в соответствии с ASTM D2290 и удлинение определяется в соответствии с ASTM D638.

Значения предела прочности для труб из ПЭВП на рис.1 представляют «краткосрочные значения». «Долгосрочные значения» будут намного меньше. В отличие от ВЧШГ, полиэтилен высокой плотности испытывает ползучесть при растяжении даже при сравнительно низких значениях нагрузки. При увеличении нагрузки на ПЭВП или при её постоянном воздействии в течение длительного времени, у молекул бывает время для высвобождения, что приводит к уменьшению величины нагрузки, требуемой для деформации материала8.

Рис.1


Временное сопротивление разрыву


Предел прочности на разрыв труб из ВЧШГ

Предел текучести труб из ВЧШГ

Предел прочности на разрыв труб из ПЭВП

Временное сопротивление разрыву

(в фунтах на кв. дюйм)





Минимальные значения по стандартам

AWWA C151 и С 106



Значения, полученные на серийных трубах

Типичные условия эксплуатации или температура, при которой производится прокладка трубопровода, не влияют на прочность труб из ВЧШГ.


Поскольку у ВЧШГ умеренный и надежный коэффициент теплового расширения, при смене рабочих температур почти не возникает проблем. У ВЧШГ нет значительной разницы в пределе прочности при обычной рабочей температуре водопроводов (от 0ºC до 35ºC) или при самых экстремальных условиях прокладки трубопровода (от -30ºС до + 60ºС).

Вследствие термопластичной полимерной природы ПЭВП, эксплуатационные характеристики труб из этого материала в значительной мере зависят от рабочей температуры.9 Указанием на это служит тот факт, что производители не рекомендуют эксплуатировать трубопроводы из ПЭВП под давлением при температуре выше 60ºС.10 К этому следует добавить, что при эксплуатационной температуре выше 73,4ºF трубы из ПЭВП теряют прочность, жёсткость и пространственную стабильность. Запас прочности по давлению труб из ПЭВП ограничен, а также при прокладке трубопроводов следует избегать излишнего осевого отклонения. Вследствие того, что коэффициент теплового расширения ПЭВП в 18 раз выше, чем у ВЧШГ11, при воздействии экстремальных значений температур в ПЭВП возможны нежелательные структурные изменения.

На рис. 2 представлено соотношение, основанное на стандартной прочности на разрыв в 2900 фунтов на кв. дюйм и гидростатической базой для проектирования (ГБП) со значением 1600 фунтов на кв. дюйм для труб из ПЭВП. При температуре 110ºF предел прочности на разрыв и ГОП для труб из ПЭВП составляет приблизительно 70% от соответствующих значений при температуре 73,4ºF, а при повышении температуры до 140ºF эти показатели снижаются до 50%. Эти изменения прочности следует учитывать при проектировании трубопроводов из ПЭВП.

Временное сопротивление разрыву (в фунтах на кв. дюйм)

Расчётная температура Температура ºF




Гидростатическая база проектирования (в фунтах на кв. дюйм)
РИС. 2

следующая страница >>