Конструкция напорных трубопроводов ПВХ для динамических нагрузок. Часть 4

В этой системе диапазон давления составляет 850 кПа. Подсчитаем количество циклов: насос будет запускаться примерно 292 тысячи раз за 100 лет эксплуатации трубопровода. Однако модель экспоненциального цикла означает, что это значение должно быть удвоено для целей проектирования. Следовательно, система должна быть рассчитана на то, чтобы выдержать приблизительно 584 тысячи циклов в течение 100 лет. Использование табличных значений для определения коэффициентов усталостной нагрузки для труб из ПВХ при 5,8 х 1 млн. циклов даёт следующий выбор класса: PN16. Можно это сделать и графическим путём. Используя диаграммы в Приложении A, нарисуйте вертикальную линию от диапазона давления на оси x и горизонтальную линию от числа циклов на оси y. Найдите пересечение этих двух линий и найдите класс давления в трубе, который ограничивает эту область. В этом примере точка пересечения лежит в области, ограниченной кривой PN16, поэтому PN16 требуется для трубы PVC-O для компенсации усталостной нагрузки, а труб класса PN10 может оказаться недостаточно для 100-летней эксплуатации в заданном режиме. Таким образом, анализ усталости определяет, что, хотя PN10 является достаточным для максимального давления, для PVC-O требуется труба с минимальным PN16, чтобы справиться с эффектами усталости.

Относительно влияния температурного фактора говорится, что отношения между усталостной характеристикой и температурой до конца не изучено, но предполагается, что эффекты являются предельными, если таковые имеются в диапазоне нормальных рабочих температур трубопровода. Принципы нормального снижения температуры должны применяться при выборе класса для максимального рабочего давления. Затем следует рассматривать усталость отдельно и выбирать самый высокий класс давления. Рекомендации по расчету усталости основаны на нижней границе данных лабораторных испытаний или включают коэффициент безопасности. Поэтому они считаются консервативными, и в целом не требуется применения дополнительного фактора безопасности. Однако в тех случаях, когда величина или частота динамических напряжений не могут быть оценены при проектировании с какой-либо разумной степенью точности, очевидно, следует применять соответствующие меры, и эти решения находятся в руках инженера. Хотя всегда можно прогнозировать устойчивые условия работы с высокой точностью, в сложных системах иногда бывает невозможно предсказать степень скачков давления. В таких обстоятельствах следует рассмотреть относительно недорогие методы уменьшения перенапряжений, например, твердотельные контроллеры с мягким запуском двигателя. Конечно, рекомендуется, чтобы фактические условия эксплуатации для всех систем измерялись, как правило, при вводе системы в эксплуатацию. В случае превышения ожидаемых уровней, будет достаточно легко дооснастить контрольное оборудование, чтобы обеспечить его постоянный контроль.

Чтобы уменьшить эффект динамической усталости в установке, проектировщик может ограничить число циклов путем увеличения производительности для канализационной насосной станции или соответствия производительности насоса размеру резервуара, чтобы исключить короткие циклы нагрузки. Также допускается использование поплавковых клапанов двойного действия или ограничение запусков насоса при заполнении резервуара. Уменьшить динамический диапазон можно путём устранения чрезмерного количества гидравлических ударов или использования трубы большего диаметра для снижения потерь на трение. Фитинги из термопластов представляют особую проблему. Геометрия фитингов может привести к сложным схемам напряжения, которые «усиливают» цикл напряжения. Таким образом, очевидно, что безвредный цикл давления может привести к разрушительному циклу напряжений, что приведет к сокращению усталостного ресурса. Это особенно важно в случае таких фитингов, как тройники. Кроме того, ситуация может быть дополнительно усугублена наличием напряжений из других источников, например напряжений изгиба, вызванных изгибом под гидравлическим усилием в системах с неправильно установленными опорами. Поскольку конструкция фитингов не стандартизирована, следует проконсультироваться с производителем фитингов относительно рекомендуемых факторов снижения номинальных характеристик при циклических нагрузках. Поэтому всегда необходимо рассматривать фитинги отдельно от труб.