На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Исследование прочностных черт теплоизоляционной конструкции в пенополимерминеральной изоляции
Исследование
прочностных черт теплоизоляционной конструкции в пенополимерминеральной
изоляции   Умеркин Г.Х. , д.т.н., Дроздов С.А.,
к.ф-м.н.,
Копцов В.А. ОАО «ВНИПИэнергопром»
Прочностные и деформационные свойства теплопроводов имеют определяющее
значение при бесканальной прокладке тепловых сетей.
Пенополимерминеральная (ППМ) изоляция представляет
собой трехслойную моноконструкцию с переменной по сечению плотностью:
внутренний плотный, прилегающий к трубе слой, выполняющий функцию противокоррозионной
защиты, срединный – теплоизоляционный, внешний плотный слой, выполняющий
функции гидроизоляции и служащий для защиты от механических повреждений.
«ВНИПИэнергопром» вместе с КИСИ (1) был проведен
комплекс исследований, в задачку которых входило определение адгезии ППМИ труб,
при температурном перемещении под действием сезонных либо дневных колебаний
температуры теплоносителя, также возможности внешнего коркового слоя
выдерживать без разрушения перегрузки, передаваемые ему через грунт от наземного
транспорта.
В програмку исследований входили лабораторные
испытания, в процессе которых определяли:
свойства теплоизоляционного слоя при сдвиге, в
том числе разрыв срединного слоя, сдвиг трубы относительно внутреннего
коркового слоя, отрыв срединного теплоизоляционного слоя от внутреннего коркового
слоя;
коэффициент постели теплогидроизоляционной
конструкции.
Тесты на сдвиг имели целью оценить адгезионную
прочность контакта металлической трубы с изоляцией из ППМИ при температурном перемещении
трубы.
Тесты конструкции на незапятнанный изгиб были проведены
для анализа ее поведения в критериях действия транспортных нагрузок, также
при вероятной просадке грунтового основания.
Коэффициент постели, определение которого также
входило в задачку исследований, нужен для расчета теплопроводов,
прокладываемых бесканальным методом и в каналах.
Исследуемая ППМИ, хотя и является моноконструкцией,
тем более, состоит из слоев, существенно различающихся по прочностным и деформационным
характеристикам, потому для ее испытаний не могут быть использованы обычные
методы, используемые при исследовании параметров однородных теплоизоляционных
материалов (2).
Модуль упругости внешнего коркового слоя изоляции из
ППМИ определяли в согласовании с советами ГОСТ 25.601-80 (3) на плоских
образцах, имеющих рабочую длину 220-260 мм, ширину 30-36 и толщину 3,5-4,5 мм. Разница в размерах разъясняется тем, что при вырезании образцов – коркового
слоя из теплоизоляционной оболочки в их появлялись местные недостатки, для
устранения которых эталоны приходилось (шлифовать). На концы образцов
наклеивали накладки их шпона длиной около 80 мм с уклоном 1:25 (для удобства закрепления эталона в захватах разрывной машинки). Для измерения деформаций на каждый
образец с внешной и внутренней стороны наклеивали тензодатчики. Регистрация деформаций
производилась при помощи цифрового измерителя ИДЦ-1а, имеющего чувствительность
10
отн. ед. деформации.
=3,5ч4,0 Мпа) и разрушающая перегрузка (
=0,6ч0,7 кН). При определении модуля упругости
образцы подвергали троекратному нагружению-разгружению. На первой ступени
нагрузка составляла 0,05 кН, на каждой следующей ее повышали на 0,1 кН.
Изменение перегрузки в спектре 0,05-0,35 кН (15-50%
)
сопровождалось перемещением эталона со скоростью 1 мм/мин. Опосля испытаний
каждой серии образцов делали статистическую обработку приобретенных результатов
в согласовании со обычной методикой (3). В итоге было установлено, что
модуль упругости внешнего коркового слоя исследуемой ППМИ меняется в
пределах 1500-2000 МПа.
Предел прочности на сдвиг определяли на образцах ППМИ,
нанесенной на трубы поперечником 57 мм. Общественная толщина изоляционной конструкции
составляла 45 мм, толщина внутреннего и внешнего корковых слоев – по 4,5 мм. На трубах оставляли цилиндры из тепловой изоляции длиной 100-200 мм. К верхнему торцу изоляции пришлифовывали опорное кольцо внутренним поперечником 110 мм, через которое испытательная перегрузка передавалась на тепловую изоляцию. Для устранения
перекосов железная труба размещалась на шарнирной опорной плите. При разрушающей
нагрузке 1/2 средней части термоизоляции происходило скалывание слоя изоляции
по конической поверхности. Нагружение эталона сопровождалось его перемещением
со скоростью 1 мм/мин.
По мере роста испытательной перегрузки напряжения в
образцах медлительно росли до наибольших и потом начинали уменьшаться, но
видимых признаков разрушения на поверхности образцов не наблюдалось. Опосля того
как перегрузка достигала 70-80%
происходило разрушение структуры изоляционного
материала. Как проявили опыты, исследованные эталоны имели крепкость на
сдвиг в пределах 0,25-0,3 МПа.
Для определения интегральной жесткости теплопровода и
фактического модуля упругости пористого слоя прямолинейные отрезки труб с
изоляцией из ППМИ были испытаны на незапятнанный изгиб. Тесты проводили на стационарной
установке с базой
=1 м, нагрузка
прикладывалась
на расстоянии а=0,5 от опор (рис.1). Нагружение осуществлялось при помощи
специального гидравлического устройства через нагрузочную опору; перемещения
конструкции измерялись при помощи индикаторов часового типа и прогибомеров,
напряжения в внешнем корковом слое изоляции и в внешнем поверхностном слое
стальной трубы – при помощи тензодатчиков. При проведении тестов система
сталь – изоляция подвергалась повторяющемуся нагружению и разгружению в режиме
упругой деформации. Внешний поперечник металлической трубы
=4 мм.
Наружный поперечник трубы с нанесенной на нее изоляцией шириной 140 мм, толщина внешнего и внутреннего корковых слоев по 4,5 мм (рис.1).
Интегральная твердость сечения теплопровода на изгиб
рассчитывалась на базе измеренных при проведении тестов прогибов с внедрением
зависимостей, принятых в сопротивлении материалов. Так, для схемы, показанной
на рис.1 г, теоретический прогиб &1140; в точке С определяли из выражения
Набросок 1.
Расчетные схемы испытаний на незапятнанный изгиб прямолинейных участков теплопровода:
а – схема нагружения; б – эпюра изгибающих моментов; в – эпюра поперечных сил;
г – эквивалентная схема нагружения; д – эпюра прогибов.
.
н.кор.
н.кор.
в.кор.
в.кор.
пор.
ор.
, (3)
н.кор.
, Е
в.кор.
н.кор.
,
в.кор.
– модуль обычной упругости срединного пористого слоя.
-го слоя
комплексного сечения.
Модуль упругости материала трубы определяли по
стандартной методике, модули упругости внутреннего и внешнего корковых слоев
изоляции – по приведенной выше методике (для образцов исследуемой серии, Е
в.кор.
н.кор.
=1715 Мпа).
– усредненный прирост
прогиба в точке С, вызванный приростом перегрузки &1082;
на
следующей ступени нагружения.
При проведении тестов прогибы теплопровода на
участке незапятнанного изгиба АВ (рис. 1) измеряли в 3-х точках (
,
,
). На базе этих данных рассчитывали среднюю
интегральную твердость сечения теплопровода и модуль обычной упругости
срединного пористого слоя. Опосля статической обработки результатов испытаний
серии из 5 образцов были определены исследуемые свойства сечений и
интегральная приведенная твердость теплопровода с ППМИ при условном поперечнике
стальной трубы 50 мм (табл.1.). Усредненный модуль упругости срединного слоя
изоляции был равен 389 МПа (приобретенные при испытании 5 образцов значения Е
колебались в спектре 300-500 МПа).
Как видно из таблицы, ППМИ наращивает общую твердость
сечения на изгиб трубопровода
=50 мм в
среднем на 20%, что следует учесть при расчетах теплопроводов на крепкость.
)=61,187
Аспектом работоспособности системы металл-изоляция
является ее деформативность. Для оценки адгезионной прочности системы были проведены
испытания прямолинейных образцов труб с ППМИ
=50
мм. Опыты проявили, что изоляция деформировалась без разрушения до
момента, пока прогиб в центре просвета, равного 1 м, не достигал 8-9 см. При предстоящем увеличении перегрузки и прогибов в изоляции в средней четверти
пролета образовывались две поперечные трещины, но происходило это опосля утраты
стальной трубой несущей возможности и образования в изоляции пластического
шарнира. Это дозволяет сделать вывод, что при работе трубопровода в период
эксплуатации в упругой стадии адгезионный контакт меж ППМИ и металлической трубой
не будет нарушен.
Коэффициент постели определялся на прямолинейных
отрезках труб с ППМИ длиной 0,5 м, забетонированных в твердую форму. Интенсивность
нагружения соответствовала изменению температурного режима теплопровода на 30°С/ч
(для данных образцов она соответствовала перемещению 0,833-0,120 мм/мин).
Испытания, проведенные для теплопроводов условными поперечниками 50 и 100 мм, проявили, что коэффициент постели теплогидроизоляционной конструкции даже при маленький
интенсивности деформирования, соответственный изменению температуры на 30°С,
оказывается не ниже 45-50 МН/м3. Крепкость на сжатие образцов ППМИ,
определенная при испытаниях, оказалась довольно высочайшей и составила 1,5-2
МПа.
1.
Сазонов А.М. , Ковылянский Я.А. Исследование
прочностных и деформационных черт теплоизоляционной конструкции из
полимербетона . М., Энергетическое стройку ,10/92, с.30-34.
2.
Ковылянский и др. Понижение тепловых
потерь при ис использовании полимербетона в качестве изоляции подземных
теплопроводов . Энергетическое стройку , 1982 , № 9 , с. 32-34 .
3.
ГОСТ 25. 601-80 . Способы механических
испытаний материалов с полимерной матрицей ( композитов ) ; способ испытаний
плоских образцов на растяжение при обычной , завышенной и пониженной температурах
. М., Издательство стандартов ,1980 .
Информационная
система по теплоснабжению – РосТепло.
,
.
.
ru
Наши филиалы: Санкт-Петербург / Новосибирск / Екатеринбург / Нижний Новгород / Самара / Омск / Москва /