Как отмечается в некоторых работах, силы трения обратно пропорциональны модулям упругости E материалов трущейся пары. Для проверки этого положения для пары резина – полимер были проведены испытания соединений труб из ПВХ и ПЭ 32, имеющих наибольшее различие в показателях Е. С надежностью вывода 0,95 (t = 1,37, что < 2) можно считать расхождение в средних величинах fc = 0,27 и 0,24 (S = 0,05) статистически незначимым и пользоваться одними значениями коэффициентов трения – сцепления при соединении труб из всех полимеров гладкими раструбами и резиновыми кольцами.
Температура стоков, оказывающая воздействие на трубы в подземной канализации, может меняться от 3 до 35 °С. В общих случаях температура оказывает влияние на силу трения. Проведены опыты при температуре 10 и 25 °С. Было установлено, что разница значений fc = 0,29 (S = 0,05) и fc = 0,28 (S = 0,04) статистически незначима (при надежности вывода 0,95, t = 0,51, что < 2). Для исследуемого интервала температур от 3 до 35 °С изменениями fc, если они будут иметь место при монтаже и эксплуатации подземного трубопровода из любого полимера, можно пренебречь.
Серии опытов были направлены на получение зависимости коэффициента трения – сцепления fc от длительности неподвижного контакта tt резинового кольца и полимерных поверхностей и от его сжатия ε между этими поверхностями в соединении (рис. 4).  | | Рисунок 4.Графики изменения коэффициента трения – сцепления fc пары «резина НК 3311 – полимер» в зависимости от времени неподвижного контакта t (а) и от степени сжатия ε (б) |
Обработка опытных данных методом наименьших квадратов позволила получить эмпирические коэффициенты для аналитического выражения, преобразованного с заменой σ на ε по литературным данным для колец из резины НК 3311. Из чего вытекает, что
 (4)
Полученное выражение хорошо описывает fc до t = 50 ч. Изменение коэффициента в дальнейшем прекращается.
Это подтверждается сравнением на статистическую значимость результатов экспериментов (при разном времени экспозиции):
при t = 50ч fc = 0,402 (S = 0,05, n = 10);
при t = 200ч fc = 0,405 (S = 0,06, n = 10).
На основании выявленных закономерностей трения пары резина НК 3311 – полимер установлено, что давление разгерметизации соединений с гладкими раструбами
 (5)
где А2, К1, К2 — эмпирические коэффициенты.
График, интерпретирующий выражение (5) при t = 0,1 ч приводится на рис. 5 (кривая 1).
График позволяет установить степень сжатия кольца ε, обеспечивающую герметичность соединения в зависимости от давления p в трубопроводе. Так, при ε = 10 % давление разгерметизации будет в три раза превышать испытательное давление (5 м вод. ст.) для подземного самотечного трубопровода водоотводящей сети, при ε = 30 % – в девять раз.
Экспериментальные значения p для колец из резин других марок также приведены на рис. 5. Показатели колец, выпускаемых отечественной промышленностью серийно (ГОСТ 5228) для уплотнения соединений асбестоцементных труб, как видно из рис. 5, могут быть удовлетворительно описаны выражением (5). Это позволяет считать такие кольца пригодными и для уплотнения соединений полимерных труб.
 | | Рисунок 5.Зависимости внутреннего давления разгерметизации р соединений полимерных труб с гладкими раструбами от степени сжатия колец из резин различных марок (обозначены цифрами). Теоретическая: I – НК 3311 (Т = 40 ед. тв.). Экспериментальные: 2 – то же; 3 – 2566 (44 ед. тв.); 4 – 2671 (47 ед. тв.); 5 – ГОСТ 5228 (55 ед. тв.); 6 – 6331 (66 ед. тв.) |
В последней серии экспериментов были определены расчетные значения коэффициента сцепления для соединений полимерных труб для подземных трубопроводов самотечной канализации.
В зависимости от состояния поверхностей, типа и количества смазки трение по виду можно подразделить на сухое, граничное, жидкостное, полусухое и полужидкое. Для соединений, которые собираются путем закатывания кольца в раструб и затем эксплуатируются в канализационной сети, характерно полусухое и полужидкостное трение.
Опыты проводили на соединениях, детали которых при сборке обильно смачивались водой. Испытаниям подвергались соединения труб из ПЭ 32 SDR 13,6 диаметром 160 мм. По результатам испытаний 50 соединений принято значение fc, равное 0,2, которое было использовано в расчетах. На каждом соединении проведено пять опытов.
Такой объем выборки принят с учетом относительной ошибки измерений и надежности, которые установлены на уровне 5 и 95 % (ГОСТ 14359), а также коэффициента вариации 18 % (максимальное значение при испытании полимеров на растяжение, например, при получении значений модуля упругости [7]).
Значение коэффициента сцепления fc = 0,2 использовано при определении по специальной методике размеров элементов соединений (заводского изготовления) на резиновых кольцах с гладкими раструбами для полимерных труб.
Соединения с элементами заводского изготовления были испытаны на стенде с моделированием условий работы подземного канализационного самотечного трубопровода.
Было установлено, что соединения сохраняют герметичность под испытательным давлением: при углах поворота гладкого конца трубы в раструбе до 8°; при овализации гладкого конца трубы до 7 % от его наружного диаметра на границе с краем раструба; при одновременном повороте гладкого конца до 2° и его овализации до 5 %, а также при его выдвигании на 30 мм из раструба. В последнем случае герметичность сохраняется и при давлении 0,12 МПа.
Соединения проверены в натурных условиях. В различных грунтах на глубине от 1 до 5,5 м проложены десятки километров подземных самотечных канализационных трубопроводов из полимерных труб [8], которые эксплуатируются без нареканий со стороны эксплуатационников.
Контроль над состоянием полимерных трубопроводов осуществляется, начиная с 1972 года. Замечено, что при длительном неподвижном контакте кольца с полимерной трубой в условиях эксплуатации силы сцепления значительно увеличиваются за счет так называемого «прикипания» резины к термопласту. Однако этого не следует учитывать при определении размеров соединения, т. к. оно должно выполнять функции компенсатора и длительный неподвижный контакт кольца с полимерной трубой не предусматривается.
В заключение следует заметить, что рациональное использование подхода, освещенного в статье, должно позволить упростить прокладку самотечных трубопроводов с использованием полимерных труб и тем самым способствовать увеличению темпов и объемов строительства в России.
Литература
1. Отставнов А. А., Сладков А. В., Устюгов В. А., Устюгова О. В., Харькин В. А. О применении полимерных труб в московской самотечной канализации // Сантехника. 2006. № 2.
2. Отставнов А. А., Устюгов В. А., Харькин В. А. Технологическая взаимозаменяемость элементов соединений с резиновыми уплотнителями напорных труб из НПВХ // Сантехника. 2007. № 4.
3. Аврущенко Б. X. Резиновые уплотнители. Л., 1978.
4. Timm Т. Н. Elastomere fur Massivdichtungen in Trink-und Abwas¬serleitungen. Betonsteinzeitungen. Hannower. Heft 2, 1967, s. 64–70.
5. Губий И. Г. Исследование раструбных соединений чугунных напорных труб на резиновых уплотнителях: канд. диссертация. МИСИ, 1972.
6. Румшиский Л. 3. Математическая обработка результатов экспериментов. М., 1971.
7. Назаров Г. И., Сушкин В. В. Термостойкие пластмассы: Справочник. М., 1980.
8. Сладков А. В., Отставнов А. А. Подземная канализационная сеть из термопластовых труб // Передовой опыт в строительстве Москвы: Реф. сб. 1973. № 5. А. А. Отставнов, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ГУП «НИИ Мосстрой»
В. А. Устюгов, канд. техн. наук, директор ГУП «НИИ Мосстрой»
В. А. Харькин, канд. техн. наук, директор ООО «Прогресс»
Подробнее с анализом спроса на полиэтиленовые и полипропиленовые трубы в Центральном федеральном округе – протяженностью, структурой, уровнем износа, объемами ремонтных работ внутренних и внешних трубопроводов, вводом в действие новых трубопроводов, потенциалом использования, а также с соотношением спроса и предложения на полимерные трубы, - можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Потребление полиэтиленовых и полипропиленовых труб в ЦФО».
Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru |
