«ВНИПИэнергопром» совместно с КИСИ [1] проведен комплекс исследований, в задачу которых входит определение адгезии ППМИ труб, при температурном перемещении под воздействием сезонных или суточных колебаний температуры теплоносителя, а также способности наружного коркового слоя выдерживать без разрушения нагрузки, передаваемые ему через грунт от наземного транспорта.
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 (σв=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 (таблица).
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.