Пенополимерминеральная (ППМ) изоляция представляет собой трехслойную моноконструкцию с переменной по сечению плотностью: внутренний плотный, прилегающий к трубе слой, выполняющий функцию антикоррозионной защиты, срединный – теплоизоляционный, наружный плотный слой, выполняющий функции гидроизоляции и служащий для защиты от механических повреждений [2]. Прочностные и деформационные характеристики теплопроводов имеют определяющее значение при бесканальной прокладке тепловых сетей.
В программу исследований вошли лабораторные испытания, в ходе которых определены: деформационные характеристики наружного коркового и срединного слоев; характеристики теплоизоляционного слоя при сдвиге, в том числе разрыв срединного слоя, сдвиг трубы относительно внутреннего коркового слоя, отрыв срединного теплоизоляционного слоя от внутреннего коркового слоя; общая жесткость теплопровода; коэффициент постели теплогидроизоляционной конструкции.
Испытания на сдвиг дают возможность оценить адгезионную прочность контакта стальной трубы с изоляцией из ППМИ при температурном перемещении трубы.
Испытания конструкции на чистый изгиб были проведены для анализа ее поведения в условиях воздействия транспортных нагрузок, а также при возможной просадке грунтового основания.
Коэффициент постели, определение которого также входит в задачу исследований, необходим для расчета теплопроводов, прокладываемых бесканальным способом и в каналах.
Модуль упругости наружного коркового слоя изоляции из ППМИ определялен в соответствии с рекомендациями [1] на плоских образцах, имеющих рабочую длину 220-260 мм, ширину 30-36 и толщину 3,5-4,5 мм. На концы образцов наклеены накладки из шпона длиной около 80 мм с уклоном 1:25. Для измерения деформаций на каждый образец с наружной и внутренней стороны наклеены тензодатчики. Регистрация деформаций производится с помощью цифрового измерителя ИДЦ-1а, имеющего чувствительность 10-5отн. ед. деформации.
Предварительно для образцов наружного коркового слоя были установлены: предел прочности на сдвиг (в=3,5÷4,0 Мпа); и разрушающая нагрузка (Fmax=0,6÷0,7 кН).
После статической обработки результатов испытаний серии из пяти образцов определены исследуемые характеристики сечений и интегральная приведенная жесткость теплопровода с ППМИ при условном диаметре стальной трубы 50 мм. (таблице).
Исследуемые характеристики сечений участка стального трубопровода
Элементы комплексного сечения теплопровода |
Наружный диаметр Dн,см |
Внутренний диаметр Dв,см |
Осевой момент инерции Iij,см4 |
Модуль упругости Еiх103, Мпа |
Жесткость на изгиб ЕiIiyх103Н·м2 |
Стальной трубопровод |
5,7 |
4,9 |
23,5 |
20,58 |
48,336 |
Внутренний корковый |
6,5 |
5,7 |
35,8 |
1,715 |
0,614 |
Наружный корковый |
14,0 |
13,2 |
395,4 |
1,715 |
6,781 |
Срединный пористый |
13,2 |
6,5 |
1402,6 |
0,389 |
5,456 |
Суммарная жесткость на изгиб всех элементов комплексного сечения составляет: Σ(ЕiIiy) = 61,187.
Критерием работоспособности системы металл-изоляция является ее деформативность. Для оценки адгезионной прочности системы проведены испытания прямолинейных образцов труб с ППМИ Dy=50 мм. Исследования показали, что изоляция деформировалась без разрушения до момента, пока прогиб посередине пролета, равного 1 м, не достигал 8-9 см. При дальнейшем увеличении нагрузки и прогибов в изоляции в средней четверти пролета образовывались две поперечные трещины, которые возникают при потере стальной трубой несущей способности, а так же при образовании в изоляции пластического шарнира. Следовательно при работе трубопровода в период эксплуатации в упругой стадии адгезионный контакт между ППМИ и стальной трубой не приведет к нарушению.
Испытания, проведенные для теплопроводов условными диаметрами 50 и 100 мм, показывают, что коэффициент постели теплогидроизоляционной конструкции при незначительной интенсивности деформирования, соответствующий изменению температуры на 30°С, оказывается не ниже 45-50 МН/м3. [3,4]. Прочность на сжатие образцов ППМИ, определенна при испытаниях, оказалась достаточно высокой и составила 1,5-2 Мпа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
ГОСТ 25. 601-80. Методы механических испытаний материалов с полимерной матрицей (композитов ) ; метод испытаний плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах. - М.: Издательство стандартов, 1980. – 30 с.
Ковылянский Я.А. и др. Снижение тепловых потерь при использовании полимербетона в качестве изоляции подземных теплопроводов// Энергетическое строительство , 1982 , № 9, - с. 32-34 .
Сазонов А.М., Ковылянский Я.А. Исследование прочностных и деформационных характеристик теплоизоляционной конструкции из полимербетона//Энергетическое строительство. - М., 10/92. -с.30-34.
Романовский С.П. О развитии генерирующих мощностей в Москве// Энергосбережение. №1, 2004. - с. 3-5.