ИЗМЕРЕНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ. Measurement of shock viscosity of polymeric reinforced pipes
 Скачать 254.34 Kb.
|
|
УДК 622.692.4.07:620.178.74 ИЗМЕРЕНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ АРМИРОВАННЫХ ТРУБ MEASUREMENT OF SHOCK VISCOSITY OF POLYMERIC REINFORCED PIPES А.А. Гарифуллин, М.А. Фассахов, Д.А. Гулин, А. С. Глазков, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа, Российская Федерация A.A. Garifullin, M.A. Fassakhov, D.A. Gulin, A. S. Glazkov Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, Russian Federation e-mail: air_full@mail.ru Аннотация. Большими резервами повышения надежности нефтепромысловых трубопроводных систем, сокращения потребления стальных труб и снижения энерго- и трудозатрат при переукладке трубопроводов является применение полимерных армированных труб. В результате изучения механических свойств выявлено отсутствие данных по ударной вязкости. Исходя из этого разработан метод определения ударной вязкости для полимерных армированных труб. В результате испытаний получена графическая зависимость изменения показателя работы удара от температуры образца. Описываются параметры установки, а также требования к образцам. Annotation. The big reserves for improving the reliability of oil field piping systems, reducing the consumption of steel pipes and reducing energy and labor costs when re-laying pipelines are the use of polymer reinforced pipes. As a result of studying the mechanical properties, a lack of data on toughness was revealed. Based on this, a method for determining the toughness for polymer reinforced pipes has been developed. As a result of the tests, a graphical dependence of the change in the impact index on the temperature of the sample was obtained. Installation parameters as well as sample requirements are described. Ключевые слова: ударная вязкость, работа удара, полимерные армированные трубы, маятниковый копер, испытания. Key words: impact strength, impact work, polymer reinforced pipes, pendulum driver, tests. Испытание материалов на ударную вязкость основано на разрушении стандартного образца с концентратором (надрезом) посередине ударом на маятниковом копре. При испытании на удар оценивают работоспособность материала в сложных условиях нагружения и выявляют его склонность к хрупкому разрушению [1]. Согласно [2] предусматривает испытания образцов трех типов: образцы Шарпи - образцы с U-образным надрезом; образцы Менаже - образцы того же сечения и длины и V-образным надрезом той же геометрии; Т-образные - образцы с Т-образным концентратором (надрез, имитирующий усталостную трещину). Форма и размеры образцов для испытания представлена в таблице 1. Таблица 1- Форма и размеры образцов для испытания
При испытании металлов на удар определяют ударную вязкость, которую обозначают КС. Ударная вязкость КС — это отношение работы К разрушения стандартного образца к площади его поперечного сечения F в месте надреза:  (1)Испытание на ударную вязкость проводят на копрах маятникового типа (рисунок 1).  Рисунок 1 – Схема ударного испытания образцов на маятниковом копре Стандартный образец устанавливают на опорах стоек копра так, чтобы удар маятника 2 приходился против надреза. Маятник массой G при помощи специальной рукоятки поднимают на высоту Н в верхнее исходное положение I. При падении маятник ударяет по образцу, разрушает его и поднимается в положение II -высоту h. Для остановки маятника имеется тормоз. Если запас потенциальной энергии маятника обозначить через GH, то работа, затраченная на деформацию и разрушение образца, равна разности энергии маятника в его положениях I и II (до и после удара), т. е.:  (2)Выразив высоту маятника в положении до и после удара через силу маятника l и углы α и β, получим выражение для определения работы, затраченной на деформацию и разрушение образца:  (3)где α — угол начального подъема маятника; β — угол подъема маятника после разрушения образца, фиксируемый на шкале 3. Масса груза и длина маятника известны. Угол α является величиной постоянной. Зная угол β по результатам испытаний, определяют работу К и ударную вязкость КС. Копер маятниковый КМ-300 отвечает требованиям [3], предназначен для измерения энергии разрушения образцов металлов, сплавов в соответствии с методикой [2] при проведении механических испытаний на двухопорный ударный изгиб с номинальным значением потенциальной энергии 300 Дж. Подъем и сброс маятника осуществляется вручную. Принцип действия копра основан на измерении количества энергии, которая затрачивается на разрушение образца единичным ударным нагружением свободно падающего молота. Результаты измерений считываются с аналоговой шкалы (рисунок 2).  Рисунок 2 – Маятниковый копер КМ-300 Конструктивно машина типа КМ состоит из копра маятникового, сменных молотов и защитного ограждения. Маятник состоит из штанги и молота маятника. В верхнем положении маятник фиксируется при помощи защелки механической. Управление копром осуществляется при помощи механизма управления, состоящего из рукоятки, ограничителей функциональных зон: фиксации, сброса, торможения. Копер снабжен аналоговым отсчетным устройством. Аналоговое устройство представляет собой шкалу, отображающую энергию в джоулях (Дж). На центральной оси закреплена стрелка и маятниковая подвеска с проводчиком стрелки. При взаимодействии на образец подвеска маятника при помощи проводчика отклоняет стрелку в направлении правого вращения. Стрелка фиксируется в положении, указывая на круговой шкале максимальное значение затраченной энергии. Технические характеристики маятникового копра представлена в таблице 2. Таблица 2. – Технические характеристики маятникового копра КМ-300 «Метротест»
Температурой испытания следует считать температуру образца в момент удара. Для обеспечения требуемой температуры испытания образцы перед установкой на копер должны быть переохлаждены (при температуре испытания ниже комнатной) или перегреты (при температуре испытания выше комнатной). Выдержка образцов в термостате при заданной температуре (с учетом необходимого переохлаждения или перегрева) должна быть не менее 15 мин. Испытание должно проводиться при ударе маятника со стороны, противоположной концентратору, в плоскости его симметрии. Работу удара определяют по шкале маятникового копра или аналоговых отсчетных устройств. Порядок проведения испытаний согласно с [2] следующий: повернуть рукоятку вправо за правый ограничитель; взвести маятник вручную в крайнее верхнее положение до срабатывания фиксатора; установить стрелку шкалы в нулевое положение; расположить образец на опоры, выровнять при помощи концентратора; для удара повернуть рукоятку прямо, расположив ее между ограничителями. В данный момент механический фиксатор освобождает маятник, маятник падает на образец, разрушая его; для торможения повернуть рукоятку влево за левый ограничитель; зафиксировать по шкале значение энергии, затем установить стрелку шкалы в нулевое положение. За результат испытания принимают работу удара или ударную вязкость для образцов с концентраторами видов U и V и ударную вязкость для образцов с концентратором вида Т. Ударную вязкость обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы КС обозначают символ ударной вязкости, третья буква - вид концентратора; первая цифра - максимальную энергию удара маятника, вторая - глубину концентратора и третья - ширину образца [4]. Ударную вязкость (КС) в Дж/см2 (кгс·м/см2) вычисляют по формуле [5,6]:  (4)где K- работа удара, Дж (кгс·м); S0 - начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см  , вычисляемая по формуле: (5)где H1- начальная высота рабочей части образца, см; B- начальная ширина образца, см. В качестве образцов для испытаний были взяты образцы трубы компании «Техстрой». Трубы выполнены в соответствии с [7-9]. Для испытаний были взяты образцы шириной (B) 5, 7, 8 мм. Начальная высота рабочей части образца (H1) составила 4 см. Испытания проводились при температуре 20, 0, -15, -30, -40 °C. Результаты расчетов ударной вязкости после проведения испытаний для образцов 5 мм представлены в таблице 3. Таблица 3. – Результаты расчетов ударной вязкости для образцов шириной 5 мм
График изменения работы удара от температуры для образцов шириной 5 мм представлены на рисунке 3.  Рисунок 3 – График изменения работы удара от температуры График изменения ударной вязкости от температуры для образцов шириной 5 мм представлены на рисунке 4.  Рисунок 4 – График изменения ударной вязкости от температуры Результаты расчетов ударной вязкости после проведения испытаний для образцов 7 мм представлены в таблице 4. Таблица 4. – Результаты расчетов ударной вязкости для образцов шириной 7 мм
График изменения работы удара от температуры для образцов шириной 7 мм представлены на рисунке 5.  Рисунок 5 – График изменения работы удара от температуры График изменения ударной вязкости от температуры для образцов шириной 7 мм представлены на рисунке 6.  Рисунок 6 – График изменения ударной вязкости от температуры Результаты расчетов ударной вязкости после проведения испытаний для образцов 8 мм представлены в таблице 5. Таблица 5. – Результаты расчетов ударной вязкости для образцов шириной 8 мм
График изменения работы удара от температуры для образцов шириной 8 мм представлены на рисунке 7.  Рисунок 7 – График изменения работы удара от температуры График изменения ударной вязкости от температуры для образцов шириной 8 мм представлены на рисунке 8.  Рисунок 8 – График изменения ударной вязкости от температуры Произведено планирование эксперимента по испытанию полимерно-армированных труб на ударный изгиб. В ходе испытаний были получены показатели работы удара для образцов разной ширины (5, 7, 8 мм.). Исходя из полученных значений произведен расчет ударной вязкости. Построены графические зависимости работы удара и ударной вязкости от температуры. Задачей дальнейшего изучения является получение информации о других физических свойствах полимерных армированных труб. Cписок используемых источников Притула В.В. Проблемы эксплуатации трубопроводов//Коррозия территории нефтегаз. -2006.-№2.-С. 56-59. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах - М.: Стандартинформ, 1978. – 26 с. ГОСТ 10708-82 Копры маятниковые. Технические условия- М.: Стандартинформ, 1982. – 20 с. ГОСТ 10706-76. Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования - М.: Стандартинформ, 2004. – 22 с. Гориловский М., Гвоздев И., Швабауэр В. К вопросу прочностного расчета армированных полиэтиленовых труб // Полимерные трубы. 2002. №2. С. 22-25. Людвиницкая А.Р., Шайдаков В.В., Паливода Р.Б., Чернова К.В., Халилов А.А. Упруго- прочностные свойства полимерных армированных трубопроводов, используемых в нефтегазопромысловом оборудовании // Территория НЕФТЕГАЗ. – 2012. – № 9. ГОСТ Р 50838-09 Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия- М.: Стандартинформ, 2009. – 24 с. ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия - М.: Стандартинформ, 2001. – 15 с. ТУ 2248-022-0332149-97 Трубы полиэтиленовые армированные (металлопластовые) для газопроводов высокого (до 1,2 МПа) давления / ЗАО «Полимак», 1997. − 72 с. References Pritula VV Pipeline operation problems // Corrosion of the territory of oil and gas. -2006.-№2.-C. 56-59. GOST 9454-78. Metals Test method for impact bending at low, room and elevated temperatures - M .: Standartinform, 1978. - 26 p. GOST 10708-82 Pendulums. Technical conditions - M .: Standartinform, 1982. - 20 p. GOST 10706-76. Electric-welded steel pipes. Technical requirements - M .: Standartinform, 2004. - 22 p. Gorilovsky M., Gvozdev I., Schwabauer V. On the issue of strength analysis of reinforced polyethylene pipes // Polymer pipes. 2002. No2. S. 22-25. Ludvinitskaya A.R., Shaydakov V.V., Palivoda R.B., Chernova K.V., Halilov A.A. Elastic-Strength Properties of Polymer Reinforced Pipelines Used in Oil and Gas Field Equipment // Territory of NEFTEGAZ. - 2012. - No. 9. GOST R 50838-09 Polyethylene pipes for gas pipelines. Technical conditions - M .: Standartinform, 2009. - 24 p. GOST 18599-2001 Pressure pipes made of polyethylene. Technical conditions - M .: Standartinform, 2001. - 15 p. TU 2248-022-0332149-97 Polyethylene reinforced pipes (metal-plastic) for high pressure pipelines (up to 1.2 MPa) / CJSC Polimak, 1997. - 72 p. About the authors Гарифуллин А.А., студент группы MMT53-20-01 кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа», ФГБОУ ВО «УГНТУ», г. Уфа, Российская Федерация. Garifullin A. A., student, group MMT53-20-01, Department of «Transport and Storage of Oil and Gas», FSBEI USPTU, Ufa, Russian Federation e-mail: air_full@mail.ru Фассахов М.А., студент группы БМТ-17-01 кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа», ФГБОУ ВО «УГНТУ», г. Уфа, Российская Федерация. Fassakhov M. A., student, group БМТ-17-01, Department of "Construction and repair of oil and gas pipelines and storages «Transport and Storage of Oil and Gas», FSBEI USPTU, Ufa, Russian Federation Гулин Д.А., старший преподаватель кафедры «Сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ», ФГБОУ ВО «УГНТУ», г. Уфа, Российская Федерация. Gulin D.A., Senior Lecturer of the Department of Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities, FSBEI HE USPTU, Ufa, Russian Federation. Глазков А.С., кандидат технических. наук, доцент кафедры «Сооружение и ремонт ГНП и ГНХ», ФГБОУ ВО УГНТУ, г. Уфа, Российская Федерация Gkazkov A.S., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor of the Department "Construction and repair of oil and gas pipelines and storages", FSBEI USPTU, Ufa, Russian Federation e-mail: antonglazkovUSPTU@mail.ru |