Введение к работе
Актуальность.
В последнее время наблюдается тенденция создания напорных полимерных труб больших диаметров. Освоены в производстве методом прямой экструзии напорные полиэтиленовые трубы диаметром до 1,6 м в России и до 2 м за рубежом. Развивается производство полиэтиленовых безнапорных труб с диаметром до 4 м методом навивки, которые имеют существенные технико-экономические преимущества перед напорными трубами, полученными прямой экструзией. Эти преимущества состоят в том, что безнапорные трубы обладают существенно меньшим весом и высокой кольцевой жёсткостью, позволяющей использовать их для создания коммуникаций при большом заглублении до 6-8 м. Поэтому актуальной задачей является повышение рабочего давления в трубах, получаемых навивкой, что даёт возможность сохранить указанные преимущества и в напорных трубах.
В настоящее время на Климовском трубном заводе работает технологическая линия по производству труб методом навивки диаметром до 2,6 м. Поэтому разработка технологии, обеспечивающей получение на этой линии напорных труб с рабочим давлением до 10 атм за счёт армирования сетками из стекловолокна, была актуальна.
Кроме того, практически важно проверить возможность использования армирующих элементов на основе сеток из стекловолокна для улучшения технических характеристик напорных труб, получаемых прямой экструзией. Цель работы.
Целью данной работы является разработка технологии производства напорных труб, армированных сетками из стекловолокна, с использованием технологических линий производства витых сложнопрофильных труб, а также изучение возможности использования разработанных армирующих элементов для получения труб большого диаметра, полученных прямой экструзией и дополнительно армированных сетками из стекловолокна.
Научная новизна работы.
Разработана новая методика оценки объёмной податливости армированных труб, позволяющая оценить механизм деформирования и разрушения трубы в осевом и продольном направлениях.
Показано, что опорный шланг принимает на себя более 30% разрушающего давления.
Обнаружено, что процесс сопротивления нагружению внутренним давлением имеет три стадии: на первой стадии деформирование характеризуется постепенным низкомодульным нагружением, на второй стадии происходит резкое повышение жёсткости системы за счёт включения в работу армирующей системы при практически постоянной деформации, на третьей стадии происходит пластическое разрушение, при котором развиваются большие деформации без повышения уровня нагрузки.
Показано, что прочность армированных труб может быть рассчитана по формулам, разработашшм для оценки прочности оребрённых оболочек. Сопоставление расчётных и экспериментальных данных свидетельствует о хорошей сходимости результатов.
При исследовании влияния перекрытия площадей сетки при намотке показано, что перекрытие более 15% обеспечивает осевую прочность трубы.
На конструкцию трубы получен патент № 125668 с приоритетом от 21.08.2012г. Практическая значимость работы.
По результатам работы разработаны исходные данные для проектирования производства напорных труб диаметром до 4 м, армированных сетками из стекловолокна. Исходные данные выполнены в соответствии с требованиями Министерства промышленности, науки и технологии РФ от 30 января 2002 г.
Разработаны рекомендации по улучшению весовых характеристик напорных трубопроводов полученных методом экструзии с помощью армирования сетками из стекловолокна. Показано, что даже при однослойном армировании удаётся сократить вес трубы до 50%.
Отработана и внедрена технология изготовления намотных втулок под фланец.
Апробация работы.
Основные материалы, представленные в диссертации, представлялись на следующих конференциях:
Всероссийский молодёжный конкурс научных работ по теме "Чистая вода", Москва, март 2009 г. Работа получила первую премию.
Международная конференция КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ» (СЛАВПОЛИКОМ), Ялта, 2011 г.
Международная научно-техническая конференция "Полимерные композиты и трибология" (Поликомтриб-2013), Гомель, 2013 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 статей, в том числе 4 в научных журналах
рекомендованных ВАК.
Структура и объём диссертации.
Диссертация изложена на 125 страницах и состоит из 7 основных глав: введения,
литературного обзора, методической части, экспериментальной части и
обсуждения результатов, заключения, выводов, списка литературы и 3
приложений. Работа содержит 58 рисунков, 48 таблиц и 110 литературных ссылок.
