ADR-T.RU
      оборудование для сварки пластмасс          
и монтажа коммуникаций
Телефон ИП Жуков А.В. Звоните: +7 495 150-3354
Адрес ИП Жуков А.В. Москва, ЮАО, м.Коломенская,
ул. Ак. Миллионщикова, 15
Интернет-магазин ADR-TOOLS
Оборудование лучших производителей
для каждой технологии
Поддержка



Простейший расчет и производство цилиндрических емкостей из пластиковых листов

Авторство и авторские права на статью принадлежат компании «АДР-Технология»
При использовании материалов – обязательна активная ссылка на www.adr-t.ru

1.3 Определение максимально допустимого напряжения

Определение максимально допустимого статического напряжения в стенках емкости проводят по номограммам долговременной прочности термопластов. Номограммы не имеют никакого отношения к форме или размеру емкости, а только характеризуют прочностные характеристики материала – зависимость допустимого напряжения в материале от требуемого срока службы изделия (емкости) из этого материала, а также от предполагаемой температуры эксплуатации изделия.

Номограммы для различных термопластов приведены в нормах DVS-2205 (Германия). Номограммы для PP Type 1, PP Type 2, PP Type 3, PE 63, PE 80, PE 100, PVDF, PVC-U, PVC-H Type 1, PVC-H Type 2 и PVC-C приведены в Приложениях 2-12 к этой Инструкции.

Например, из номограммы для PP Type 1 (гомополимер пропилена) в Приложении 2 видно, что при планируемом 50-летнем (4х105 часов) сроке службы емкости из PP Type 1 под действием постоянной температуры 20ºС необходимо обеспечить постоянное напряжении в любой точке стенки емкости не более 10 Н/мм2.

Замечание: Как правило, расчетный срок эксплуатации емкостей – 25 лет, или 2х105 часов.

В реальных условиях емкость эксплуатируется при переменных температурах и подвергается переменным нагрузкам. Для расчета необходимой толщины стенки емкости в каждой точке поступают следующим образом.
Условия эксплуатации выделяются в группы, и определяется продолжительность (в процентном отношении) воздействия условий каждой группы.

Например, емкость из PP Type 1 диаметром D=3 м и высотой H=3 м предназначена для воды, рассчитана на 25 лет и эксплуатируется в следующем режиме:

  • в течение летнего периода (4 месяца) емкость заполнена водой на 100% и эксплуатируется при температуре 20-27ºС;
  • все остальное время (условно – зимний период) емкость заполнена водой наполовину и эксплуатируется при температуре 5-10ºС.

Как видим:

  • общая продолжительность летних условий эксплуатации – 25% общего времени эксплуатации Т;
  • общая продолжительность зимних условий эксплуатации – 75% общего времени эксплуатации Т.

Для определения минимально необходимой толщины стенки в каждой точке при таком режиме эксплуатации необходимо ввести понятие скорости старения:

VЛ – скорость старения под воздействием летних условий эксплуатации;
VЗ – скорость старения под воздействием зимних условий эксплуатации;
V=1/Т – общая скорость старения, причем Т в нашем примере равно 25 лет, или 2*105 часов;
и выполнить условие достаточной прочности:

{4}, или

VЛ и VЗ определяются как 1/ТЛ и 1/ТЗ, где ТЛ и ТЗ – предельно возможное время эксплуатации емкости при летних и зимних условиях соответственно, эти величины определяются по номограмме долговременной прочности PP Type 1 (Приложение 2). Тогда формулу {4} можно переписать в виде:

{5}

Для проверки выполнения этого условия необходимо методом подбора выбрать толщину стенки, затем по формуле {1} вычислить напряжения δЛ и δЗ для летних и зимних условий эксплуатации. Затем по номограмме определить ТЛ для летних условий эксплуатации и ТЗ для зимних условий эксплуатации, затем подставить ТЛ и ТЗ в формулу {5} для проверки.

Для нашего примера предположим, что толщина стенки в нижней части емкости составляет 9 мм.

Тогда, по формуле {1}, в летний период (уровень воды 3 м) напряжение в стенке в нижней части емкости составит 9,8 н/мм2. Согласно номограмме в Приложении 2, при таком напряжении предельный срок эксплуатации ТЛ этой части емкости при температуре 27ºС (берем наихудшее значение из диапазона 20-27ºС) составит около 5х104 часов.

В зимний период (уровень воды 1,5 м) напряжение в стенке в нижней части емкости составит 4,9 н/мм2. Согласно номограмме, ТЗ составит огромный срок, не помещающийся на номограмме и грубо оцениваемый не менее чем 1010 часов.

Подставив ТЛ и ТЗ в формулу {3}, видим, что условие достаточной прочности выполняется на самом пределе:

Для сравнения: если бы эта же емкость постоянно эксплуатировалась только при «летних» условиях, полный срок ее эксплуатации составил бы всего чуть более 6 лет.

1.4 Учет запаса прочности

Зная растягивающее напряжение в стенке пластикового изделия и температуру его эксплуатации, мы по номограмме долговременной прочности определяем, в течение какого времени стенка изделия в этой точке будет медленно течь, т.е. растягиваться и истончаться. По истечении этого времени стенка порвется. Номограмма не дает никакого запаса прочности.

В реальных условиях, в зависимости от вреда, который может нанести лопнувшая емкость, применяют запас прочности. DVS 2205-1 рекомендует следующие коэффициенты запаса прочности S:

  • 1,3 – если емкость эксплуатируется при постоянных условиях (нагрузка, температура) и если ее разрушение не может принести вреда персоналу, окружающим объектам или природе;
  • 2,0 – если емкость эксплуатируется при переменных условиях (нагрузка, температура), а ее разрушение может принести вред персоналу, окружающим объектам или природе.

Коэффициент запаса прочности S применяется как понижающий коэффициент к допустимому напряжению δ в стенке емкости. На практике для снижения напряжения δ необходимо увеличить толщину стенки емкости в S раз.

1.5 Учет фактора сварки

Емкости из листовых термопластов изготавливаются методом сварки – сварка встык нагретым инструментом, экструзионная сварка и сварка горячим воздухом.

Сварное соединение, как правило, имеет более низкую прочность, чем исходный листовой материал. Поэтому, рассчитывая необходимую толщину стенки емкости, следует учитывать т.н. фактор сварки – отношение прочности сварного шва к прочности исходного листа. DVS 2205-1 разделяет снижение прочности вследствие сварки на кратковременный fZ и долговременный fS фактор сварки и с учетом перестраховки рекомендует учитывать их значения согласно табл.1.

Таблица 1 Фактор сварки с учетом перестраховки

ПНДПППВХХПВХПВДФ
Сварка встык нагретым инструментом
fZ
fS
0,9
0,8
0,9
0,8
0,9
0,6
0,8
0,6
0,9
0,6
Экструзионная сваркаfZ
fS
0,8
0,6
0,8
0,6
0,8
0,5
0,7
0,5
0,8
0,5
Сварка горячим воздухомfZ
fS
0,8
0,4
0,8
0,4
0,8
0,4
0,7
0,4
0,8
0,4


Возврат к списку