ГлавнаяСтатьи и материалыПрочность труб на разрыв
Содержание
Прочность труб на разрыв
В настоящее время нормативно-правовая база на трубы PPR создана в России из десятка несогласованных между собой документов, большая часть из которых устарела. К примеру, такой параметр как прочность труб на разрыв должен определяться величиной временного сопротивления по формулам для стальных или чугунных труб. Ввиду того, что подавляющее количество производителей ППР труб работают в международном правовом поле, они сместили акцент в классификации труб не по их прочности на разрыв, а по тройке иных технических характеристик:
- Максимальное рабочее давление (PN);
- Температура рекристаллизации (максимально допустимая температура);
- Стандартное размерное отношение (SDR).
Тем не менее, расчет предела прочности на разрыв необходим для сертификации продукции по ГОСТ 11262, его величина должна входить в амплитуду 34-35 Н/кв.мм (эта информация обычно указывается в сертификатах соответствия). По ISO 527 прочность на разрыв должна быть не менее 40 МПа.
Что такое и как рассчитывается предел прочности на разрыв для пластиковых труб?
Это понятие описано в ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия». Прочностью называется механическое свойство полипропиленовой трубы, определяющееся ее сопротивлением к разрушению и деформации под воздействием нагрузки. К нагрузкам относится давление, температура, ударные нагрузки, влияние магнитного поля.
Предел прочности на разрыв измеряется в мегапаскалях (МПа, килограмм силы на сантиметр квадратный), определяется путем испытаний с образцами в заполненном водой состоянии или с помощью математических расчетов. Предел прочности фиксируется фактом разрушения трубопровода, то есть при возникновении трещин, сильных деформаций, протечек, разрывов. При проведении испытаний инженер на специальных стендах регистрирует физические изменения образца при достижении определенных нагрузок. Примечательно, что при прохождении сертификации, результат определения предела прочности на разрыв определяется по среднеарифметическому значению не менее 5 испытаний.
Трубы с высоким показателем прочности на разрыв
трубы для водоснабжения из сырья Fusiolen произведенные в Германии.
- Коэффициент линейного расширения составляет 0,035 мм/м
- Низкий коэффициент теплопроводности — всего 0.15 Вт/м*K
- Рабочая температура 95 градусов, давление 10 бар
- Гарантия 10 лет и 20 миллионов Евро
- Срок службы до 100 лет (Сертификат DVS)
трубы для водоснабжения из сырья Fusiolen произведенные в Германии.
- Коэффициент линейного расширения составляет 0,035 мм/м
- Низкий коэффициент теплопроводности — всего 0.15 Вт/м*K
- Кислородонепроницаемость по СНиП 41-01-200 и DIN 4726
- Рабочая температура 95 градусов, давление 10 бар
- Гарантия 10 лет и 20 миллионов Евро
- Срок службы до 100 лет (Сертификат DVS)
Проведение испытаний композитных полимеров
Основной документ, описывающий правила проведения испытаний по определению прочности труб на разрыв — ГОСТ 32656-2014 (эквивалент ISO 527-4:1997, ISO 527-5:2009). Он распространяется на напорные и безнапорные трубопроводы, трубы отопления, подачи воды, технических жидкостей, используется для проведения испытаний с обычными и армированными полимерными трубами (композитами, металлами, хаотично расположенными волокнами, стекловолокном, углеродным волокном).
Суть испытаний проста:
- Выбирается минимум 5 образцов трубы, подготавливаются по ГОСТ 26277-84;
- Подготавливается специальное оборудование, растягивающее фрагмент трубы вдоль вектора, совпадающего с осью трубы;
- Инженер наблюдает за ходом испытаний, фиксируя возникающее разрушение или деформации.
После окончания испытания замеряется удлинение образца, толщина стенок в месте разрыва (она уменьшается). В качестве стенда применяются универсальные испытательные машины, у которых можно задать величину нагрузки, скорость ее увеличения и прочие параметры.
Формула вычисления напряжения при растяжении проста:
, где:
- F — Сила (Н);
- А — начальная площадь сечения образца (миллиметры).
Поскольку полипропилен имеет склонность к однородной распределенной деформации, уместно использовать адаптированную формулу определения деформации до предела текучести:
, где сравнивается увеличение длины образца пропорционально приложенной силе.
Во время испытаний ведется протокол с фиксацией линейных размеров с определенной частотой во времени. Метод проведения, формула расчета предела прочности труб на разрыв определяется в зависимости от свойств материала и характеристик образца (форма, размер, толщина стенок).
ГОСТы и сертификация
Расчет прочности труб на разрыв из полимеров (испытания) проводятся на основе следующих документов:/p>
- ГОСТ 26277-84 — Описывает общие требования к подготовке образцов из пластика для проведения испытаний.
- ГОСТ 12019-66 — Описывает правила проведения испытаний образцов из пластика.
- ГОСТ 32794-2014 — Термины и основные понятия при работе с полимерами.
Сертификация труб по параметру прочности на разрыв:
- ISO 527 — Описывает формулы, условия, способы определения механических свойств пластика при растяжении. В нем указаны требуемые условия для проведения испытаний из пластика.
- ГОСТ 11262-2017 — Приведен в соответствие с международным стандартом ISO 527-2:2012, по сути это отечественная редакция нормативно-правовой базы для методов испытания на растяжение пластмасс.
Проектирование и монтаж трубопроводов из PPR:
- СП 40-101-96 — свод правил по монтажу и проектированию;
- СНиП 2.04.01-85, СНиП 3.05.01-85, СН-478-80, СН-550-82 — общая нормативно-правовая база для работы с водопроводом, отоплением, системами фильтрации и прочими трубопроводами.
Последствия превышения значений
Фактически, параметр прочность на разрыв используется для решения специальных инженерных задач и в нестандартных системах отопления, водоснабжения, фильтрации. Эта величина определяется в лаборатории при сертификации продукции, для получения свидетельства соответствия государственным и международным стандартам.
Для обывателя более важным является величина номинального давления (PN) — Pressure Nominal, то есть рабочее давление для трубопровода при температуре 20 °С. Эта величина также гарантирует, что при соблюдении рекомендаций производителя и допустимых условий внешней среды, трубопровод прослужит не менее 50 лет при минимальной длительности прочности MRS 6.3 МПа. Проще говоря, когда вы покупаете трубу PN20, она прослужит в течение как минимум 50 лет при давлении не меньше 6,3 МПа и температуре 20 °С. Также при расчете MRS (Минимальной длительной прочности) закладывается запас прочности 1,25, поэтому фактический срок службы может быть на 25 % дольше. Необходимость расчета прочности трубы на разрыв для обывателя, инженера, теплотехника, проектировщика практически полностью отпала.
Вопросы, комментарии, отзывы
Чтобы задать любой интересующий Вас вопрос, отправить запрос на расчет продукции или запросить необходимую документацию Вы можете воспользоваться специальной формой на сайте, отправить письмо по электронной почте или позвонить по телефону
Как выполняется расчет трубы на прочность и другие серьёзные
При монтаже бытовых трубопроводов расчет не делают, поскольку для этих целей используют стандартные трубы, прочности которых достаточно, дабы выдержать давление воды, газа и пр. А вот строить промышленные магистрали без определенного расчета как правило страшно, поскольку это может привести к стремительному выходу из строя системы и другим неприятным последствиям.
В данной статье мы рассмотрим базы того, как выполняется расчет прочности трубы, и некоторых других параметров, каковые нужно знать, перед тем как выстроить конструкцию.
Расчет прочности
Нужно заявить, что расчет прочности трубы нужен не только чтобы магистраль была надежной. Это кроме этого разрешит избежать перерасхода средств, поскольку излишняя прочность приведет к удорожанию строительства. Исходя из этого проектирование есть не меньше серьёзным этапом строительства трубопровода, чем его монтаж.
Итак, этот расчет подразумевает определение нескольких главных параметров:
- Внутренний диаметр трубы в зависимости от скорости потока транспортируемой жидкости,
- Внутренний диаметр в зависимости от гидравлического сопротивления,
- Толщина стенок.
Любой параметр определяется по определенным формулам, с которыми мы ознакомимся ниже.
Расчет внутреннего диаметра
Выяснить оптимальный внутренний диаметр трубы при заданной скорости протекания жидкости в ее расходе и трубопроводе возможно своими руками по формуле — D=4Q3600v?y м, где:
- Q — расход жидкости, измеряется в мг/ч.
- v — скорость протекания жидкости в трубопроводе, измеряется в м/сек.
- y — удельный вес жидкости при заданных параметрах, измеряется в кг/м3. Данное значение принимается по справочникам.
Скорость перемещения различных жидкостей и газов определенны расчетами, и обоснованы практическими опытами. Исходя из этого, при расчетах возможно воспользоваться следующими данными:
| Для воды и всевозможных маловязких жидкостей (таких как ацетон, спирт, не сильный растворы кислот и щелочей, бензин и пр.) | 15 — 30 м/сек |
| Для газов большого давления и перегретого пара | 30-60 м/сек |
| Для насыщенного пара и сжатого воздуха | 20 — 40 м/сек |
Из вышеприведенной формулы направляться, что диаметр сечения трубопровода зависит от скорости протекания жидкости. Чем она выше, тем проходное сечение должно быть меньше, соответственно, ниже будут и затраты на постройку конструкции.
Гидравлическое сопротивление
При перемещении жидкости либо газа по трубопроводу в обязательном порядке появляется сопротивление в следствии трения транспортируемого продукта о стены трубы и всевозможные преграды в системе. Это сопротивление именуют гидравлическим. Чем выше ее протекания плотность и скорость жидкости, тем больше гидравлическое сопротивление.
Диаметр трубопровода возможно выяснить по заданной утрата напора.
Инструкция по исполнению данного расчета выглядит следующим образом — D=?L?p•y•v2g кгс/см2, где:
- ?p = P1-Р2 — заданная или допускаемая утрата давления между начальной и конечной точкой трубопровода, измеряется в кгс/см2.
- L — протяженность магистрали.
- ? — коэффициент гидравлического сопротивления, может составлять 0,02-0,04.
- g — ускорение силы тяжести, которое равняется 9,81м/сек.
Само собой разумеется, этот расчет разрешает выяснить утрату давления в прямой трубе. Что касается определения этого фасонных частей и показателя арматуры, то его находят по утрата давления на прямом участке трубы соответствующего диаметра и с эквивалентной длиной.
Эквивалентной длиной именуют прямой участок трубы, гидравлическое сопротивление которого равняется сопротивлению фасонной части при равных других условиях.
Толщина стены
Главным параметром трубы, который воздействует на прочность, есть толщина стены.
Данный показатель зависит от нескольких факторов:
- Внутреннего и наружного давления, оказываемого на трубу,
- Диаметра трубопровода,
- Материала, из которого выполнена труба и его коррозионной стойкости.
На большая часть трубопроводов воздействует только внутреннее давление. Внешнему же давлению подвержены вакуумные трубопроводы, и системы с рубахами, предназначенные для обогрева паром легко застывающих либо кристаллизирующихся продуктов.
Толщину стенок металлических труб, на каковые воздействует внутреннее избыточное давление, определяют расчетом на прочность и добавкой толщины, которая отводится на износ от коррозии.
Для этого употребляется следующая формула — S= Sp-C,
- Sp — расчетная толщина, измеряемая в мм.
- С — прибавка на коррозию. В большинстве случаев она образовывает 2-5 мм (для среднеагрессивных сред).
Расчетную толщину стены возможно взять по следующей формуле — Sp=pDн230?доп?+P мм, где:
- p -избыточное внутреннее давление в трубе, кгс/см2.
- Dн- наружный диаметр трубопровода.
- ?доп — допустимое напряжение на разрыв, сгс/мм2. Этот показатель возможно выяснить по справочникам, в зависимости от температуры транспортируемой жидкости и марки стали.
- ? — коэффициент прочности сварного шва. В случае если труба бесшовная, то коэффициент ?=1. Для сварных труб данный показатель может составлять 0,6-0,8, в зависимости от типа вида сварки и сварного шва.
Обратите внимание! При монтаже трубопровода, а также в случае его ремонта, нельзя устанавливать отдельные случайные подробности, выполненные из непроверенного либо малоизвестного материала, поскольку это может привести к аварии в системе.
Нужно заявить, что при расчете трубопроводов уделяют внимание не только толщине труб, но и самому материалу. К примеру, в случае если температура, при которой будет эксплуатироваться система, образовывает менее 450 градусов по шкале Цельсия, то применяют трубы, выполненные из стали марки 20.
В случае если температура транспортируемого продукта в системе будет высокой, то выбирают сталь 12Х1МФ. Это разрешает применять трубопровод с более узкими стенками. Соответственно, от толщины стенок сильно зависит и цена конструкции.
Устойчивость трубопровода
При расчете магистралей кроме прочности трубопровода ответственным параметром есть его устойчивость в продольном направлении.
Этот расчет делают из условия — S?mNкр, где
- S — продольное эквивалентное осевое упрочнение в сечении системы.
- m — коэффициент условий работы системы. Данное значение находится в справочниках.
- Nкр — критическое продольное упрочнение, при котором трубопровод теряет продольную устойчивость. Данное значение нужно определять в соответствии с существующим правилам строительной механики, с учетом изначального искривления системы, наличия балласта, который закрепляет трубопровод, и черт грунта. На обводненных участках нужно кроме этого учитывать гидростатическое действие воды.
Обратите внимание! Продольную устойчивость нужно контролировать для криволинейных участков в плоскости изгиба магистрали. На прямолинейных участках продольную устойчивость подземных участков необходимо контролировать в вертикальной плоскости, радиус начальной кривизны наряду с этим принимается равным 5000 м.
Продольное эквивалентное осевое упрочнение направляться определять в зависимости от воздействий и расчётных нагрузок с учетом поперечных и продольных перемещений магистрали.
Выполняется расчет по следующей формуле —
S=100 [(0,5- ?)?кц+?E?t]F
- ? — коэффициент линейного расширения материала трубы,
- E — переменный параметр упругости,
- ?t — температурный расчетный перепад,
- ?кц — кольцевые напряжения от внутреннего расчетного давления,
- F — площадь поперечного сечения трубопроводной магистрали.
Обратите внимание! При определении устойчивости надземных магистралей, нужно произвести расчет анкерных опор, арочных систем, анкерных висячих опор и других элементов конструкции на опрокидывания и возможность сдвига.
Классы прочности металлических труб
Дабы по окончании исполнения всех нужных расчетов прочности трубопровода легче было подобрать подходящие трубы, были введены классы прочности труб. В этом случае прочность изделий оценивается сопротивлением металла при растяжении.
Несколько прочности труб обозначается буквой «К» и нормативным значением в кгс/мм2 от 34 до 65. К примеру, газопроводы в районах средней полосы, с учетом средней температуры воздуха около 0 градусов по шкале Цельсия и рабочего давления в системе в 5,4 МПа, делают из труб класса прочности K52.
В условиях Крайнего Севера, где средняя температура образовывает -20 градусов по шкале Цельсия и рабочее давление в системе планируется в 7,4Мпа, делают газопроводы из труб класса прочности К55-К60.
Расчет массы трубы
Как правило при расчете системы может потребоваться значение массы труб, например, дабы соотнести его с несущей свойством опор либо затраты на транспортировку.
Действительно, для этого нет необходимости вычислять математическим способом, сколько весит конкретный отрезок той либо другой трубы, поскольку справочная информация содержит правильный вес погонного метра самых различных видов труб.
Достаточно только знать следующую данные:
- Материал трубы,
- Внешний диаметр,
- Толщину стенок и пр.
По окончании того как вес одного погонного метра будет известен, это значение нужно умножить на количество погонных метров.
Площадь внешней поверхности
При монтаже различных магистралей может потребоваться их утепление, гидроизоляция, покраска и пр. Для этого нужно выяснить площадь трубопровода, что разрешит посчитать количество материала. Дабы выполнить этот расчет, нужно длину окружности наружного сечения умножить на длину трубы.
Формула определения окружности выглядит следующим образом — L=?D. Длину отрезка трубы обозначим как H.
При таких условиях площадь наружной окружности трубы будет выглядеть следующим образом — St=?DH м2, где:
- St — площадь поверхности трубы, которая измеряется в метрах квадратных.
- ? — Число «пи», которое постоянно равняется 3,14,
- D — внешний диаметр,
- H — как уже было сообщено выше, обозначает длину трубы в метрах.
К примеру, имеется труба длиной 5 метров и диаметров 30 см. Ее площадь поверхности равняется St=?DH=3,14*0,3*5=4,71 квадратных метров.
На базе приведенных выше формул кроме этого возможно выполнить площадь объема и расчёт трубопровода внутренних его стенок. Для этого нужно только поменять в расчетах величину внешнего диаметра на величину внутреннего. Все эти параметры смогут потребоваться при монтаже бытового трубопровода.
Вывод
Мы рассмотрели базы того, как выполняется расчет трубопроводов на устойчивость и прочность. Само собой разумеется, при монтаже промышленных магистралей выполняется значительно более сложное проектирование, которое подразумевает ряд других действий, исходя из этого данную работу делают только специалисты. Но, при устройстве бытовых системы, все нужные значения возможно определить и самостоятельно.
Из видео в данной статье возможно взять дополнительную данные по данной теме.
Загрузка…
- Wunderlich, «Geschichte der Medicin» (Штуттгардт, 1958).
- Pund A. U., Shandge R. S., Pote A. K. Current approaches on gastroretentive drug delivery systems. Journal of Drug Delivery and Therapeutics. 2020; 10(1): 139–146. DOI: 10.22270/jddt.v10i1.3803.
- Харенко Е. А., Ларионова Н. И., Демина Н. Б. Мукоадгезивные лекарственные формы. Химико-фармацевтический журнал. 2009; 43(4): 21–29. DOI: 10.30906/0023-1134-2009-43-4-21-29.
- https://agpipe.ru/articles/prochnost_trub_na_razryv.
- https://partner-tomsk.ru/santehnika/trubyi/kak-vyipolnyaetsya-raschet-trubyi-na-prochnost-i-drugie-seryoznyie.
- Киржанова Е. А., Хуторянский В. В., Балабушевич Н. Г., Харенко А. В., Демина Н. Б. Методы анализа мукоадгезии: от фундаментальных исследований к практическому применению в разработке лекарственных форм. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2014; 3(8): 66–80. DOI: 10.33380/2305-2066-2019-8-4-27-31.
- Baas, «Geschichte d. Medicin».
- Мустафин Р. И., Протасова А. А., Буховец А. В., Семина И.И. Исследование интерполимерных сочетаний на основе (мет)акрилатов в качестве перспективных носителей в поликомплексных системах для гастроретентивной доставки. Фармация. 2014; 5: 3–5.
