Продольные напряжения пластиковых труб. Часть 6

Коэффициент теплового расширения, α, будет зависеть от типа термопластичной трубы. Например, в полиолефиновой трубе (полиэтиленовые, полипропиленовые или полибутиленовые) увеличение длины будет в четыре раза больше, чем увеличение длины эквивалентной по габаритным характеристикам трубы из ПВХ. Однако это не обязательно приведет к постепенному увеличению напряжений в полиолефинах, поскольку их модуль упругости E будет достаточно низким. Аналогичным образом, понижение температуры приведёт к общему сокращению длины. В зависимости от чувствительности материала трубы к изменению температуры, необходимо принять меры для учёта изменений в длине. Общие проблемы, связанные с трубами с высокими коэффициентами теплового расширения, включают «вытягивание» труб из трубопроводных систем, соединённых механическим способом, в холодную погоду. Правда, это никогда не рассматривалось как проблема со сварными ПВХ трубами в полевых условиях. Изменения в длине также могут быть вызваны подвижками почвы, изгибами труб и давлением. И как раз о влиянии давления мы и поговорим дальше.

Влияние внутреннего давления на трубы ПВХ приводит к возникновению так называемого эффекта Пуассона, в результате чего диаметр трубы увеличивается, а длина сокращается. Коэффициент Пуассона, ν, представляет собой отношение продольной деформации к поперечной деформации при условии равномерного и одноосного продольного напряжения в пропорциональных пределах. Для ПВХ ν = 0,38. Для сварных соединений в трубе внутреннее давление вызывает продольное напряжение, определяемое как: σ = νP (ID)/2t (обозначения смотрите в предыдущей части. В трубе со сварными соединениями (ограниченные соединения), когда труба укорачивается, всё ограничивается продольным натяжением. Для уплотнений в трубах внутреннее давление вызывает продольную деформацию, определяемую как: ε = νP (ID) / 2Et. Пример: каким будет продольное напряжение для неподвижного конца и продольное напряжение для трубы свободного конца в 300 мм трубе из ПВХ, если внутреннее давление составляет P = 100 фунтов на кв. дюйм? Для сварных соединений, продольное напряжение, σ = 275 фунтов на квадратный дюйм, что соответствует 1,9 МПа.

Для уплотнений труба укорачивается на 8,3 мм на каждые 6 м, по половине на каждом конце. Продольная деформация в этом случае: ε = 0,07%. В приведённом выше примере следует признать, что продольное напряжение σ в сварной системе в действительности будет ниже 275 фунтов на квадратный дюйм из-за трений с почвой. Чем длиннее трубопровод, тем больше будет уменьшение продольного напряжения из-за трения с грунтом. Указанные выше напряжения и деформации не являются критическими, но они могут усилить другие продольные напряжения и деформации, такие как продольный изгиб и продольное усилие под влиянием других внешних факторов, и должны служить предостережением для проектировщиков и специалистов по монтажу. В следующей части поговорим о том, к чему приводит чрезмерное усилие при монтаже труб с эластомерными уплотнениями.