1311

При длительной эксплуатации (порядка 15–20 лет) наблюдается третий тип разрушения полимерных армированных труб – продавливание полимерной матрицы сквозь решетку армирующего каркаса, что приводит к изменению конфигурации стенки трубопровода, нарушению внутренней изоляции каркаса от перекачиваемой среды с последующей коррозией материала каркаса (особенно в зонах сварных соединений армирующих элементов) (см. рис. 6). Наличие разрушений данного типа определяется в первую очередь временем эксплуатации конкретного трубопровода, в настоящее время такие отказы составляются до 8 % от общего числа. При наличии эксцентриситета армирующего каркаса в полимерной матрице, то есть при нарушении технологии изготовления (брак, который сложно идентифицировать), длительность эксплуатации может сокращаться до 4–6 лет. В настоящее время наблюдаемая ранее динамика сохраняется, при этом увеличивается число отказов, связанных с коррозией армирующего каркаса и с разрушениями ПАТ от действия динамической нагрузки.

При динамических нагрузках происходит значительная деформация тела образца. Так, на рис. 7 в качестве примера представлены разрушенные образцы трубы ПАТ–140 при разных скоростях роста нагрузки (давление в образце). При скорости роста давления 10,0 МПа/с (ударная нагрузка) деформация тела трубы в зоне разрушения имеет явно выраженную пластическую деформацию (значительное раскрытие зоны разрушения). Стальной каркас (радиальные элементы) разрушается практически без образования шейки пластической деформации. Данное замечание очень важно, так как при анализе разрушения тела трубы в процессе эксплуатации трубопровода позволяет определить условия роста нагрузки, приведшей к отказу в работе трубопровода.

При скорости роста давления в образце трубы до 1,5 МПа/с происходит перестройка несущей способности конструктивных элементов тела трубы, и основную нагрузку воспринимает стальной каркас. Это приводит к характерному виду разрушения радиальной проволоки стального каркаса. В зоне разрушения элемента стального каркаса образуется зона пластической деформации в виде шейки. На рис. 8 приведен пример образования зоны утонения проволоки при разрушении тела трубы.

102

Рис. 7. Разрушение трубы в зависимости от скорости нагружения:

1 – 10,0 МПа/с; 2 – 0,1 МПа/с; 3 – 1,0 МПа/с; 4 – 0,5 МПа/с

Рис. 8. Образование шейки.

Зона разрушения армирующего каркаса ПАТ

Для формирования динамических нагрузок разрабатывается стенд по моделированию динамических нагрузок, действующих в реальных условиях эксплуатации трубопроводов. Оценку несущей способности трубопроводов предполагается осуществлять на полнотелых образцах различных типоразмеров труб в соответствии с ГОСТом и характеристиками образцов труб (рис. 9).

103

В рабочих цилиндрах содержится поршень, передающий нагрузку от масла воде, закачанной через образец 10. Испытуемый образец – это труба, с одного торца соединенная с рабочими цилиндрами установки, а с другого закрытая заглушкой. Образец разрушается под действием давления воды на внутреннюю полость трубы. Испытуемый образец находится в бронекамере. Измерения снимаются при помощи прибора «Камертон». Изменение частоты вращения на валу двигателя 12 совершается при помощи частотного преобразователя 14 Danfos серии VLT. Общий вид, разработанный в «SolidWorks», представлен на рис. 11.

Рис. 11. Общий вид стенда

Характеристики стенда позволяют имитировать работу поршневого и лопастного насосов с амплитудой до 6,2 МПа и частотой до

100 Гц.

Целью испытаний является определение предельного числа циклов нагружения образцов труб и проверка на прочность в условиях, близких к рабочим.

Динамические испытания предлагается проводить по методике, позволяющей имитировать скорость нагружения, величину импульса, частоту, характер импульсных нагрузок, для ПАТ-140 получена зави-

105

ности ПАТ при длительном действии как статической, так и динамической нагрузки [2].

Обработка результатов натурных испытаний ПАТ на разрушение и анализ причин отказов трубопроводов в процессе эксплуатации позволил выделить наиболее вероятные области разрушения конструкции полимерной армированной трубы в зависимости от параметров действия нагрузки.

На рис. 13 приведены зоны разрушения полимерных армированных труб в зависимости от условий приложения нагрузки:

–область работоспособности – зона нормальной работоспособности трубы в пространстве параметров нагружения (частота, амплитуда колебаний давления); в процессе дальнейших исследований необходимо учитывать температуру как существенный фактор, влияющий на несущую способность трубы в условиях эксплуатации;

–полиэтилен (область стыкового соединения конструктивных элементов трубопроводов из ПАТ) – если точка в пространстве параметров нагружения попадает в данную область, то наиболее вероятной зоной разрушения является область законцовки;

–тело трубы – если точка в пространстве параметров нагружения попадает в данную область, то наиболее вероятной зоной разрушения будет являться армирующий каркас, а следовательно, имеем разрушение по телу трубы;

–переходная зона – в данной области в пространстве параметров нельзя априори прогнозировать, где произойдет разрушение – в области законцовки или по телу трубы.

На схеме используются следующие обозначения:

ν*self – собственная частота конструкции (трубы, трубопровода) из полимерных армированных труб;

ν* – критическая частота разрушения – величина, обратная скорости звука в конструкции;

Alimit* – предельное внутреннее давление для трубы соответст-

вующего типоразмера в условиях квазистатического приложения нагрузки.

107

Библиографический список

1.Сыпачева Е.С., Сальников А.Ф. Математическая модель работоспособности полиэтиленовых армированных труб. // Молодежная наука Прикамья / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2004. – Вып. 4. – С. 68–72.

2.Сальников А.Ф., Сальников С.А, Нечаева Е.С. Управление технологическим процессом транспортировки рабочей среды с учетом остаточного ресурса трубопровода // Газовая промышленность: науч.- техн. и производств. журн. / (учред. ОАО «Газпром»). – М.: Газоил пресс, 2009. – № 09. – С. 66–68.

Получено 6.12.2010

109

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Петров Василий Юрьевич Модорский Владимир Яковлевич

Пермский государственный технический университет 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29

Е-mail: rector@pstu.ru modorsky@pstu.ru

Ермаков Владимир Сергеевич

Пермский государственный технический университет 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29 ОАО «Пермская научно-производственная компания»

614990, Пермь, ГСП-590, ул. 25 Октября, 106 Е-mail: ivk@ivk.pstu.ru

Вахрамеев Евгений Иванович Галягин Константин Спартакович Ивонин Александр Сергеевич Ошивалов Михаил Анатольевич

Пермский государственный технический университет 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29 abins@pstu.ru

Ефремов Андрей Николаевич Соколов Геннадий Николаевич Лапин Илья Николаевич Шилов Кирилл Андреевич

Научно-производственное объединение «Искра» 614038, Пермь, ул.Академика Веденеева, 28 Пермский государственный технический университет 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29 andreifrmv@rambler.ru

rkt@cpl.pstu.ac.ru

linik@ya.ru

mifodis@mail.ru

110