Приложение А (обязательное). Порядок проектирования напорных труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном

Приложение А
(обязательное)

Порядок
проектирования напорных труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном

А.1 Основные положения

Порядок проектирования, описанный в настоящем приложении, используют для определения минимальных рабочих характеристик давления для труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, изготовленных в соответствии с [7]. В настоящем приложении приведены рекомендуемые минимальные долговременные коэффициенты запаса прочности при растяжении относительно рабочих характеристик изделия.

Примечание - Аналогичный порядок проектирования напорных труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, приведен в [8] и [9].

Реактопласты, армированные стекловолокном, подвержены ползучести при прилагаемых нагрузках. Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, испытывают для определения характеристик регрессионного анализа, поскольку эти характеристики зависят от технологии производства и используемого сырья.

Порядок проектирования, приведенный в настоящем приложении, основан на принципе производства, при котором трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, изготавливают по определенному проекту с использованием определенного технологического процесса и определенных материалов, а затем испытывают в соответствии с методом регрессионного анализа, например в [1], с аналогичными характеристиками регрессионного анализа. Данные, полученные в ходе испытаний, анализируют с помощью метода А настоящего стандарта. Угол наклона прямой, рассчитанный в результате регрессионного анализа, представляет собой общую характеристику регрессионного анализа изделий, изготовленных из аналогичных материалов с использованием аналогичных технологических процессов. Для изделий, изготовленных из аналогичных материалов с использованием аналогичных технологических процессов, характеристики регрессионного анализа сильно не отличается, то есть изделия разного диаметра и толщины дают схожие результаты.

Свойства изделий из реактопластов, армированных стекловолокном имеют внутреннюю изменчивость, но предполагается, что на производстве применяется система контроля качества, позволяющая определить коэффициент вариации и приемлемый уровень качества для начального окружного предела прочности при растяжении.

А.2 Минимальные значения долговременных коэффициентов запаса прочности при растяжении

Большинство напорных труб и деталей трубопровода из реактопластов, армированных стекловолокном, укладывают под землей, при этом они подвергаются воздействию нагрузок от внутреннего давления и испытывают деформацию в результате нагрузки от веса грунта и движения транспорта. Учет этих комбинированных нагрузок и анализ влияния этих значений на вероятность разрушения в течение 50 лет показал, что комбинированный коэффициент запаса прочности, , должен быть не менее 1,5.

Минимальное значение кольцевой деформации зависит от жесткости трубы, которая определяет пределы деформации из-за изгиба. Зная минимальное приемлемое значение комбинированного коэффициента запаса прочности и условия изгиба, рассчитывают минимальное приемлемое значение коэффициента запаса прочности при растяжении . Используя эти принципы, были рассчитаны долговременные коэффициенты запаса прочности при растяжении, относящиеся к 97,5 % LCL и средним значениям ( и соответственно), которые приведены в таблице А.1.

Таблица А.1 - Рекомендованные минимальные значения долговременных коэффициентов запаса прочности при растяжении и

Коэффициент запаса прочности	PN 32	PN 25	PN 16	PN 10	PN 6	PN 4	PN 2,5
Минимальный долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении, относящийся к 97,5 % LCL	1,3	1,3	1,45	1,55	1,6	1,65	1,7
Минимальный долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении, относящийся к средним значениям	1,6	1,6	1,8	1,9	2,0	2,05	2,1
Примечание - основан на постоянном комбинированном коэффициенте запаса прочности (от давления и изгиба), который равен 1,5. Дополнительные положения см. в [10].

Минимальные долговременные коэффициенты запаса прочности при растяжении, приведенные в таблице А.1, применяют, когда коэффициент вариации Y для среднего начального разрушающего давления Р_{0,среднее} не превышает 9 %. Если коэффициент вариации более 9 %, то применимый минимальный долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении ()_новый или ()_новый вычисляют по формулам:

,

(А.1)

,

(А.2)

где , - минимальные долговременные коэффициенты запаса прочности при растяжении из таблицы А.1;

Y - коэффициент вариации для среднего начального разрушающего давления P_{0,среднее}, установленный по результатам работы системы контроля качества предприятия при регулярном тестировании труб определенного класса давления, %.

А.3 Определение коэффициента регрессии давления

Характеристики регрессионного анализа труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных волокном, определяют на образцах, отобранных произвольно из труб одного класса давления и жесткости, в ходе серий испытаний по определению начального разрушения и характеристик регрессионного анализа для давления. Часть образцов используют в долговременных испытаниях на определение характеристик регрессионного анализа для давления в соответствии с [1], часть - для определения среднего начального разрушающего давления (Р_{0,среднее}) в соответствии с [2].

На основе результатов испытаний по определению долговременного давления определяют линию регрессии с использованием метода А настоящего стандарта. По проецируемым точкам линии регрессии в точках 0,1 ч (6 мин.) и 438 000 ч (50 лет) определяют значения разрушающего давления Р₆ и Р₅₀ (см. рисунок А.1).

Коэффициент регрессии давления R_RP определяют по формуле

.

(А.3)

Ось X - логарифмическая шкала времени, ч; ось Y - логарифмическая шкала давления, бар*; 1 - 438 000 ч (50 лет); 2 - результаты испытаний по определению долговременного давления; 3 - 6 мин.; 4 - результаты испытаний по определению начального давления; Р₀ - начальное разрушающее давление; Р₆ - разрушающее давление через 6 мин.; Р₅₀ - разрушающее давление через 50 лет

------------------------------

* 1 бар = 1 МПа = 0,1 Н/мм² = 10⁶ Н/м².

Рисунок А.1 - Вычисление коэффициента регрессии давления R_RP

А.4 Определение расчетного давления

А.4.1 Определение Р_6,min

Целью определения долговременного давления является установление характеристик регрессионного анализа. Долговременное разрушающее давление, полученное в ходе испытания, относится только к испытанным трубам. Если предполагаемое значение долговременного разрушающего давления не соответствует минимальным долговременным проектным требованиям для класса давления испытуемой трубы, характеристику регрессионного анализа можно использовать при проектировании. Однако в отношении оценки конкретного испытанного класса давления труб испытание показывает несоответствие изготовленной трубы требованиям по долговременным характеристикам.

Используя требуемое значение PN, определяют соответствующее значение по таблице А.1 или по формуле (А.1) и вычисляют минимальное разрушающее давление через 50 лет Р_50,min по формуле

,

(А.4)

где PN - номинальное давление, бар.

Используя значение коэффициента регрессии давления R_RP, рассчитанное по формуле (А.3), и значение минимального разрушающего давления через 50 лет Р_50,min, рассчитанное по формуле (А.4), минимальное разрушающее давление через 6 мин. Р_6,min вычисляют по формуле

.

(А.5)

А.4.2 Определение расчетного минимального начального разрушающего давления Р_0,d

На результаты испытаний по определению начального разрушающего давления влияет скорость увеличения давления: чем выше скорость увеличения давления, тем выше начальное разрушающее давление. Для учета скорости увеличения давления в порядок проектирования вводят поправочный коэффициент С.

Поправочный коэффициент С для начального разрушения вычисляют по формуле

,

(А.6)

где Р₀ - начальное разрушающее давление, вычисленное в ходе регрессионных испытаний, описанных в А.3, бар;

Р₆ - разрушающее давление через 6 мин., бар.

Нижнюю границу доверительного интервала при доверительной вероятности 97,5 % для начального разрушающего давления (минимальное начальное разрушающее давление) Р_0,min вычисляют по формуле

.

(А.7)

Расчетное минимальное начальное разрушающее давление Р_0,d вычисляют по формуле

,

(А.8)

где Y - коэффициент вариации для среднего начального разрушающего давления Р_{0,среднее}, установленный по результатам работы системы контроля качества предприятия при регулярном тестировании труб определенного класса давления, %;

1,96 - множитель для доверительной вероятности 97,5 %.

Графическое представление данного расчета приведено на рисунке А.2.

Ось Х - логарифмическая шкала времени, ч; ось Y - логарифмическая шкала давления, бар; 1 - линия нижней границы доверительного интервала при доверительной вероятности 97,5 %; Р_0,d - расчетное минимальное начальное разрушающее давление; Р_0,min - минимальное начальное разрушающее давление; а - , где - стандартное отклонение результатов начального разрушающего давления, полученное из системы контроля качества; Р_6,min - минимальное разрушающее давление через 6 мин.; Р_50,min - минимальное разрушающее давление через 50 лет

Рисунок А.2 - Вычисление расчетного минимального начального разрушающего давления Р_0,d

А.5 Порядок контроля P_0,d

Чтобы убедиться, что долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении, относящийся к 97,5 % LCL через 50 лет и долговременный коэффициент запаса прочности, относящийся к среднему значению минимального разрушающего давления через 50 лет (Р_{50,среднее,min}) соблюдаются, выполняют следующие расчеты по определению расчетного минимального начального разрушающего давления Р_0,d (см. рисунок А.3):

- значение Р_{6,среднее} вычисляют по формуле

;

(А.9)

- значение Р_{50,среднее} вычисляют по формуле

;

(А.10)

- минимальное значение Р_{50,среднее} вычисляют по формуле

,

(А.11)

где - долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении, относящийся к среднему значению минимального разрушающего давления через 50 лет (Р_{50,среднее,min}), из таблицы А.1 или рассчитанный по формуле (А.2);

- если Р_{50,среднее}, рассчитанное по формуле (А.10), больше или равно значению Р_{50,среднее,min}, рассчитанному по формуле (А.11), то значение Р_0,d является достаточным для удовлетворения требований по минимальному значению долговременного коэффициента запаса прочности, относящегося к среднему значению. В противном случае Р_0,d необходимо увеличивать, пока данное требование не будет соблюдено. Соблюдение данного требования также обеспечивает удовлетворение требований по минимальному значению долговременного коэффициента запаса прочности при растяжении, относящегося к 97,5 % LCL через 50 лет, так как Р_{50,среднее,min} включает в себя значение .

Ось Х - логарифмическая шкала времени, ч; ось Y - логарифмическая шкала давления, бар; 1 - линия нижней границы доверительного интервала при доверительной вероятности 97,5 %; 2 - средняя линия; 3 - ; 4 - ; P_0,d - расчетное минимальное начальное разрушающее давление; Р_0,min - минимальное начальное разрушающее давление; а - , где - стандартное отклонение результатов начального разрушающего давления, полученное из системы контроля качества; Р_6,min - минимальное разрушающее давление через 6 мин.; Р_{6,среднее} - среднее разрушающее давление через 6 мин.; Р_50,min - минимальное разрушающее давление через 50 лет; Р_{50,среднее,min} - среднее минимальное разрушающее давление через 50 лет; Р_{50,среднее} - среднее разрушающее давление через 50 лет

Рисунок А.3 - Вычисление долговременных средних значений разрушающего давления

А.6 Оценка характеристик напорных изделий

Используя результаты испытаний начального разрушающего давления, выполненных для определенного класса труб за определенный период времени, вычисляют среднее начальное разрушающее давление Р_{0,среднее} и стандартное отклонение начального разрушающего давления. Коэффициент вариации для среднего начального разрушающего давления Y, %, вычисляют по формуле

.

(А.12)

Для оценки изделия, спроектированного с использованием изложенного метода, система контроля качества должна быть способна подтвердить соответствие изделия требованиям по минимальному давлению, а также установить, является ли среднее начальное разрушающее давление P_{0,среднее} большим или равным расчетному минимальному начальному разрушающему давлению Р_0,d.