Продольные напряжения пластиковых труб. Часть 7

Проблема избыточного усилия при монтаже является одной из наиболее распространённых проблем с ПВХ-трубами с уплотнениями. Многочисленные анализы отказов трубопровода были прослежены до чрезмерных напряжений на раструбах в результате слишком сильного введения патрубка в раструбное соединение. Поэтому специалисты по монтажу обязательно должны знать о вредных последствиях такой практики. Собственно, в результате больше страдает не только раструб, но и эластомерное уплотнение, которое в результате экстремальной механической нагрузки теряет свою герметичность. Но есть и ещё одна более серьёзная проблема. Монтаж соединений с эластомерными уплотнениями производится следующим образом. Уплотнение и втулка при монтаже смазываются и выравниваются, а затем происходит сборка соединения. Необходимая глубина вставки размечается при помощи специальных отверстий.

В случае, если соединение было собрано с превышением этих отметок, это может привести к чрезмерному продольному усилию Q втулки относительно раструба. Если соединение герметичное, внутреннее давление не сможет достичь уплотнения, и, следовательно, колебания внутреннего давления на втулке вызывают концентрированные нагрузки на раструб. Кроме того, если втулка зажата в горловине раструба во время введения, допустимое отклонение соединения уменьшается примерно до половины. Продольная тяга Q создает радиальную силу q на поверхности под углом 45 °, в результате раструб «заклинивает», и в отдельных случаях даже возможен отрыв раструба от трубы, ведь прочность полимеров на сдвиг составляет всего около половины прочности на растяжение.

В типичных трубопроводных системах КПД сварного соединения составляет 100% для изменений температуры и внутреннего давления. Клеевое соединение проскальзывает только тогда, когда соединение не было подготовлено и обработано должным образом. Кроме того, соединение, когда оно полностью сварено, обеспечивает двойную толщину стенки. Следовательно, эффект Рейсснера (прогиб кольца трубы из-за продольного изгиба) сводится к минимуму. Разница в отклонении кольца раструба и втулки не вызывает отслоения правильного клеевого соединения труб ПВХ. Отказ сваренного плавлением соединения в сварной ПВХ-трубе или полиолефиновых трубах (полиэтиленовых, полипропиленовых или полибутиленовых) может быть результатом неправильной сварки, в результате чего приложенное давление во время соединения настолько велико, что оно отталкивает расплавленный материал в сторону. Использование неправильных температур, давлений или времени выдержки может отрицательно повлиять на прочность и долговременные характеристики сварного шва, поскольку нельзя исключать явлений термодеструкции, из-за чего пластик может существенно потерять в прочности. Именно поэтому очень важно соблюдать технологию монтажа так, как это указывают производители в инструкциях по монтажу.

Если прямая труба изогнута по дуге окружности Rb, продольные напряжения приводят к дополнительным напряжениям. Поэтому важно знать размер Rb; если Rb слишком короткий, труба может прогнуться. Если же труба подвергается двойному напряжению, такому как внутреннее давление и продольный изгиб (в допустимых пределах), регрессия прочности будет не намного меньше, чем если бы было приложено только внутреннее давление. То есть время до разрушения трубы с комбинированной нагрузкой такое же, как и для прямой неотклоненной трубы, подверженной только внутреннему гидростатическому давлению (Alferink F., Wolters. M., Janson L.E., Combined Loading of Buried Thermoplastics Pressure Pipes, Proc. Plastics Pipes XII, Milan, Italy, 2004). Основное напряжение в изогнутой трубе, или напряжение изгиба, σf, определяется по следующей формуле: σf = E (OD) / 2Rb. σf — это максимум внутри и снаружи линии изгиба. Rb / OD называется минимальным отношением радиуса изгиба трубы. В следующей части продолжим разговор об этом и приведём конкретные примеры, иллюстрирующие теоретические положения.