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塑料给水管内压承载能力的确定.doc

塑料给水管内压承载能力的确定

永橘红
2017-10-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《塑料给水管内压承载能力的确定doc》,可适用于综合领域

塑料给水管内压承载能力的确定孙逊()全国塑料制品标准化技术委员会SC分会,北京摘要:本文从塑料管的标准化结构设计原理出发,结合国内外的有关标准及设计规范,并参考有关研究成果,分析了塑料给水管内压承载能力,基于此对我国塑料给水管的压力设计提出了建议。关键词:塑料管给水内压承载能力()文章编号:中图分类号:TU文献标识码:B()塑料管产品标准中的压力等级长期静液压强度,年美国方法则以HDB()内压承载能力是塑料压力管道主要设计要求之静液压设计基础表示用于管材设计的长期静液压()一,即塑料管在规定的使用期内不应因承受内压而强度,年。除北美部分国家外,包括我破坏。因而各种塑料管材的产品标准中对于给定结国在内的世界上绝大多数国家采用的是ISO方法。()ISO方法:构尺寸公称外径和壁厚的管材都明确标出产品的σ压力等级。塑料给水管标准化结构设计的基本任务设计应力=MRSC()()就是确定在规定的运行条件工作压力和工作温度C为使用设计系数。(对于不同的管材料,允许采用的最小使用设下,保证若干年使用寿命,使用某种塑料原料制造的)()计系数C不同见表、表。管材的结构尺寸。管道工程一般属长期收益项目,minISO对塑料管道的设计使用寿命通常为年。美国方法:σ设计应力=HDS=HDB×DF结构设计的理论基础是ISO方程:HDS称为管材的静液压设计应力,DF为设计系数,对于水管,DF取。()表、表分别为聚乙烯PE和硬聚氯乙烯式中P为工作压力,D为管材的平均直径,即:m()PVCU给水管设计ISO方法与ASTM方法的比()D=Dd=DS,m较。σD为公称外径,S为公称壁厚为设计应力。(采用ISO方法的管材标准如ISO标准及我国()式表示了塑料管设计应力、工作压力及管材)国家标准等中通常以‚公称压力表示管材规定的结构尺寸间的相互关系。所谓设计应力,即为容许压力等级‚,公称压力与管材标准中管材的结构尺的环向应力,在此应力下,塑料管至少能安全运行()寸关系符合ISO方程根据ISO方法。GBT年。塑料作为一种高分子材料,其力学性能随荷()《给水用硬聚氯乙烯PVCU管材》指载时间的推移而变化,即蠕变。因此设计应力取决明‚公称压力相当于‚管材在条件下输送水的于塑料管材料的长期静液压强度。塑料管材料的长工作压力。GBT《给水用聚乙烯期静液压强度是通过对承受静内液压力的管材进行()()PE管材》指明‚公称压力PN相当于‚管材在长期耐内液压蠕变实验,并通过理论外推获得的。()时的最大工作压力‚,最大工作压力MOP目前用于获取塑料管材料的长期静液压强度主要有为‚管道系统中允许连续使用的流体的最大有效压()()如时的最大工作压力等。最大工作压指标是指管材对连续使用的流体的恒定的内压静液压()()()力MOP与公称压力PN的关系为:的抵抗能力,称之为‚最大工作压力MOP。在()()时,最大工作压力MOP即为‚公称压力MOP=PN×ft()PN。塑料管产品标准中规定的管道内压承载能f为温度折减系数,折减系数已由相应的塑料管材t产品标准给出。力指标一般为‚公称压力或相当于公称压力的一些工程设计考虑的管道所承受的内压,例如开关阀门过快,突然断管路中流速突然变化时工程设计所考虑的工作压力等级与塑料管产品电停泵,都会引起管内压力突然变化,造成水击。发()标准的压力等级公称压力不能混为一谈。因为工生水击现象的物理原因主要是由于液体具有惯性和程设计所考虑的内压因素比较复杂:首先,也是最主压缩性。()要的,是管材输送水的工作压力,按恒定的内压考最大水击压力PPa按照Joukowsky公式计虑其次,是偶然发生的动态水击压力再次,是反复算:ΔρP=av发生的动态水击压力。管线工程设计通常可按图所示考虑有关压力式中:()因素。:压力波速msaΔ():介质流速msvρ()(ρ):介质密度kgm=kgm水式中:()E:介质弹性模量E=×NmM水ρ():介质密度kgm()E:管弹性模量NmR()D:管平均直径mm图系统管线部件压力关系图()S:壁厚m水击是指压力瞬变过程。当由于某种原因引起()ΔΔ应注意的是,v可正可负关阀,v为正,因()()而P可正可负。这种区分对于水下管线的安装具PVCU管对疲劳荷载反复发生的水击有特别意义,因为这种情况下,可能会因此产生外过的抵抗能力较差而聚乙烯管对疲劳荷载的抵抗能压。力则与聚乙烯材料的性能关系密切。实验结果表,如不同管材材质的弹性模量不同E=×明,长期强度高、韧性好的材料的疲劳抵抗能力高,钢如PE,PE而韧性差的材料抵抗疲劳的能力E=×Nm,E=×Nm,球铁PVCU较低。Nm,E=×Nm,因而产生的水击HDPE()为此,水击和疲劳反复发生的水击是两种不压力差别很大。同的荷载条件,对热塑性塑料管的水击设计可分为国外对塑料给水管水击现象的研究与设计要求两类问题,分别加以考虑:年代英国PVCU输水和污水管线发生了较第一类:水击的设计多的脆性破坏。研究的结果将其归因于水击及反复这里的水击,指的是由于意外导致的快速的、很发生的水击导致的疲劳。因此,英国设计规范BS短时间的压力变化,如突然断电造成泵的关闭。CP:建议,对于PVCU给水管,压力的管材的水击的抵抗能力可由‚水击系数衡量。()范围最大压力减去最小压力应限制在管道的最大水击系数通过管材在不同的增压速率下的内水压爆工作压力的一半,并且管内最大的总压力不应超过破试验获取。考虑到塑料管贮存施工过程中表面划管道的压力等级。伤的影响,试验用管的外表面沿轴向开有mm长美国供水协会标准AWWAC《聚氯乙烯供的尖锐切口,切口深度为管壁厚的,所有增压()水管》定义PVCU给水管工作压力等级WPR为:速率下的破坏压力除以安全系数后,再接着除依赖于特定的管线条件的变化的压力等级。由于()以管材压力等级公称压力,得到‚水击系数,见图采用的安全系数大于,或水击压力的影响,对。()于每一DR系列DR为管材直径与壁厚的比值管材的工作压力可能等于或小于管材的压力等级。PVCU输送管的工作压力等级由下式确定:WPR=PRPS式中:PR表示管材的压力等级,PS表示水击压力AWWAC《给水用聚乙烯压力管材和管件》()则定义高密度聚乙烯HDPE给水管工作压力等级()()WPR等于管材的压力级别PC。不需要考虑短暂或反复频率的水击压力。可见,美国水工业中PE给水管与PVCU给水管压力设计是显著不同的。()AWWAC中的‚管材的压力等级PR与图热塑性压力管的水击系数()AWWAC中的‚管材的压力级别PC均是依图中所示的线被用来确定合适的压力级别。据美国方法,通过ISO方程确定的,类似于ISO标可以看到,实验证实英国水工业所使用的标准热塑准中的管材公称压力。性材料,在高的压力增长速率下,会承受超过两倍静虽然英国的聚乙烯给水管实际使用中并未因水态压力的压力。因此,对于PE管和PVCU管,水击压力的作用而致破坏,但由于并未对此进行深入击抵抗通常不应成为问题,但是否进行详细的水击的研究,相当长的时间内,英国水工业对于PE管采分析,应由管道设计师决定。用与PVCU管同样的设计方法,但同时也认为BS管道设计师可根据管道系统分析得到的水击压CP用于PE给水管也许过于保守。为此,近十年来,英国水工业等有关部门对塑料给水管承受力增压速率,通过图查到相应的‚水击系数。管水击压力的问题进行了深入的研究。主要的研()道内的最大压力不应超过最大工作压力MOP乘究成果有两点:以‚水击系数得到的数值。水击事件中,压力增加()(当管内水压增加的速度很快如水击事件的典型速率为,MPas。如英国实践表)中时,PVCU管和PE管的破坏强度均超过它们明,对于配水系统中的聚乙烯管,没有水击事件显示的静态强度。而且增压速率越快,破坏强度越大。超过MPas,一般在MPas以下。(,倍下进行,因此,安全度较大的设计考虑CECS烯给水管道工程设计、施工及验收规程》)是管道内的最大压力不应超过水压试验压力。由:则认识到对硬聚氯乙烯给水管的内压承载()于水击属于压力波动,不仅需要考虑系统的能力应进行全面的分析,因此,提出‚公称额定压(力‚、工作压力给水管道系统正常工作状态下作最大的压力问题,也需要考虑系统的最小压力问题:最小压力如果为负压,应分析管道的屈曲。用在管内壁的最大持续运行压力,不包括水的波动)(第二类:疲劳的设计压力‚、波动压力给水管道系统中由水的流速发生突然变化所产生的大于工作压力的瞬时压力,亦这里所说的疲劳是指传统的疲劳,即循环依赖()(的破坏,通过应力的反复施加作用而不是依靠施加称水锤压力‚、设计压力给水管道系统作用在管)应力的时间,引发损伤,并导致裂纹增长。内壁上的最大瞬时压力,一般采用管道工作压力及)残余水锤压力之和等诸多概念。并明确提出管道管道的疲劳荷载,典型的是反复发生的水击。热塑性压力管疲劳的设计实际上是压力校核:设计压力F:wdα()ΔF=F估计可能的压力范围,P,即最大压力减wdw式中:F管道内水工作压力w去最小压力考虑到管道内水锤残余压力及管道内压()估计每天可能发生的压力荷载循环的频率试验等因素对工作压力的增大系数或数量α管内水温大于时对应管材应力下降的()根据要求的管道寿命,计算管道寿命期内增大系数。的总循环数F不应超过管材的公称压力。()wd在表中查找到相应的疲劳折减系数这种规定,其实质精神与AWWAC的规定()将压力范围除以疲劳折减系数,得到等效和英国水工业的应用实践和经验是共通的,考虑了工作压力水击因素,或者说是增大了管道设计的安全系数。()()根据等效工作压力,选择管材压力等级。国家行业标准CJJT×××《埋地聚乙()()烯PE给水管管道工程技术规程》讨论稿对聚乙烯给水管的内压承载能力的设计采用了与CECS:对硬聚氯乙烯给水管基本相同的处理,但其实质精神与AWWAC的规定和英国水工业的应用实践和研究是有出入的,由此会影响对聚乙烯给水管技术经济性的发挥。但如果将这种规定理解为额外的安全性要求,这种‚额外是否有必要,则是应该认真探讨的。参考文献:()BritishStandardCodeofPractice:,Part,对我国当前塑料给水管承载能力设计的分析EAGimmleretal:‘Manualforpolyethylenepipesystemsforwatersupplyapplications’,Swindon,WRc我国有关塑料给水管的标准及设计规范长期以GPMarshall,SBrogden,andMAShepherdEvaluationof来并未对塑料给水管内压承载能力进行详细分析说()SurgeandFatigueResistanceofPolyVinylChlorideand明。如中国工程建设标准化协会标准《室外硬聚氯PolyethylenePipelineMaterialsforUseintheUKWaterIndustry()乙烯给水管道工程设计规程》CECS:仅给出thIn:ProcIntConf‘PlasticsPipes’Gōteborg,Sweden各规格尺寸的硬聚氯乙烯管材的额定压力,而且额SeptemberInstituteofMaterials定压力来自于产品标准GB《给水用硬孙逊聚烯烃管道M北京:化学工业出版社,聚氯乙烯管材》。基本含义相当于GBT收稿日期:()《给水用硬聚氯乙烯PVCU管材》中的‚公称压作者简介:孙逊,全国塑料制品标准化技术委员会SC分会委员,国力。()家标准GBT《给水用聚乙烯PE管材》主要起草人中国工程建设标准化协会标准《埋地硬聚氯乙file:D|新建MicrosoftWord文档txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlkjsdfljklem,xmv,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:D|新建MicrosoftWord文档txt::

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