Авторы

Определение технологических параметров сварки полипропиленовых труб в раструб в условиях низких температур

DOI: 10.17586/1606-4313-2018-17-3-29-36
УДК 621.791.461:678.029.43

Определение технологических параметров сварки полипропиленовых труб в раструб в условиях низких температур

Старостин Н. П. , Аммосова О. А.

Ссылка для цитирования: Старостин Н.П., Аммосова О.А. Определение технологических параметров сварки полипропиленовых труб в раструб в условиях низких температур // Вестник Международной академии холода. 2018. № 3. С. 29-36

Аннотация
Согласно нормативным документам, сварку полипропиленовых труб нагретым инструментом в раструб рекомендуется проводить при положительных температурах окружающего воздуха. Рассматриваемая технология сварки полипропиленовых труб при температурах воздуха ниже нормативных, включает следующие операции: предварительный подогрев свариваемых участков труб и муфт специальными насадками, свободное охлаждение для выравнивания температур в зоне термического влияния соединения до допустимой для сварки, оплавление в штатном режиме и охлаждение сварного соединения в теплоизоляционной камере с воздушной прослойкой расчетной толщины. В данной работе предлагается методика определения технологических параметров сварки полипропиленовых труб в раструб при низких температурах из условия обеспечения протекания теплового процесса по закономерностям, соответствующим изменению температуры при сварке в условиях допустимых для сварки температур воздуха. Расчет технологических параметров сварки проводится на основе математического моделирования теплового процесса сварки с учетом двухфазной зоны, в которой вещество находится как в твердом, так и в жидком состоянии. При этом долю жидкой фазы предлагается определять, используя температурные зависимости количества выделяемой (поглощаемой) при фазовом превращении теплоты, полученные методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Предполагая, что предварительный подогрев осуществлен, проведен расчет технологических параметров раструбной сварки заданного типоразмера при температуре окружающего воздуха ниже нормативного. Показано, что эффективным является охлаждение сварного соединения в теплоизоляционной камере с прослойкой воздуха, по сравнению с использованием слоя теплоизоляции. Предлагаемая технология сварки может использоваться для монтажа и ремонта систем горячего и холодного водоснабжения из полипропиленовых труб в условиях низких температур.

Ключевые слова: полипропиленовые трубы, сварка в раструб, математическая модель, фазовый переход, технологические параметры, охлаждение, теплоизоляция.

Список литературы

1. Plastics – the facts 2016. The special presentation is organised jointly by Messe Düsseldorf and PlasticsEurope Deutschland [Электронный ресурс]: https://www.tecnofer.biz/plastics-the-facts-2016/

2. Жерлыкина М.Н., Кононова М.С. Технико-экономическое сравнение различных материалов труб, применяемых при поквартирной разводке системы отопления // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. 2018. № 1 (4). С. 96-103.

3. Отставнов А.А., Харькин В.А. Напорные трубы из полипропилена четвертого поколения // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2014. № 5. (149). С. 14–17.

4. СП 40-101-96. Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер». – М.: Минстрой России, 1996. 33 с.

5. СП 40-102-2000. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования. – М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2001. 34 с.

6. Старостин Н.П., Васильева М.А., Ботвин Г.В. Определение технологических параметров предварительного подогрева полипропиленовых труб при сварке в раструб в условиях низких температур // Вестник Международной академии холода. 2016. № 2. С. 54-59. DOI: 10.21047/1606-4313-2016-15-2-54-59

7. Патент РФ № 2343331 RU F16L 13/00, 47/00. Способ сварки полимерных труб / Старостин Н.П., Герасимов А.И., Аммосова О.А.– № 2006144681/06; заявл. 14.12.2006; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1.

8. Патент РФ №2450202 RU F16L47/02. Способ муфтовой сварки полимерных труб / Старостин Н.П., Ботвин Г.В, Данзанова Е.В. – № 2010130131/06; заявл.19.072010; опубл.10.05.2012, Бюлл. № 13.

9. Starostin N.P., Ammosova O.A. Simulation of the Thermal Process of Butt Welding of Polyethylene Pipes at Low Temperatures // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2016. 89(3). рр. 714-720. DOI: 10.1007/s10891-016-1430-8

10. Старостин Н.П., Аммосова О.А. Управление тепловым процессом электромуфтовой сварки полиэтиленовых труб при низких температурах // Сварка и диагностика. 2017. № 5. С. 21-25.

11. Pokharel P., Kim Y., Choi S. Microstructure and Mechanical Properties of the Butt Joint in High Density Polyethylene Pipe // International Journal of Polymer Science. 2016. Vol. 2016. pp. 1-13. DOI: 10.1155/2016/6483295

12. Yoo J. H., Choi S., Nam J., Ahn K.H., Oh J.S. Numerical analysis of the heat transfer and fluid flow in the butt-fusion welding process // Korea-Australia Rheology Journal. 2017. 29(1). pp. 37–49. DOI: 10.1007/s13367-017-0005-3

13. Chebbo Z., Vincent M., Boujlal A., Gueugnaut D., Tillier Y. Numerical and experimental study of the electrofusion welding process of polyethylene pipes // Polym. Eng. Sci. 2015. Vol. 55. Issue 1. pp. 123–131. DOI: 10.1002/pen.23878

14. Mua Y., Zhaoa G., Chen A., Dong G., Li S. Numerical investigation of the crystallization and orientation behavior in polymer processing with a two-phase model // Computers & Chemical Engineering. 2014. Vol. 63. Pp. 91–107. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2013.12.010

15. Вабищевич П.Н., Варламов С.П., Васильев В.И., Васильева М.В., Степанов С.П. Численное моделирование температурного поля многолетнемерзлого грунтового основания железной дороги // Матем. моделирование. 2016. том 28. № 10. С. 110-124.

16. Spina R., Spekowius M., Hopmann C. Simulation of crystallization of isotactic polypropylene with different shear regimes // Thermochimica Acta. 2018. Vol. 659. pp. 44-54. DOI. 10.1016/j.tca.2017.10.023

17. Spina R., Spekowius M., Küsters K., Hopmann C. Multiphysics simulation of thermoplastic polymer crystallization // Mater. Des. 2016. Vol. 95. Pp. 455-469.

18. Grošelj J., Speleers H. Construction and analysis of cubic Powell–Sabin B-splines // Computer Aided Geometric Design. 2017. Vol. 57. Pp. 1-22. DOI: 10.1016/j.cagd.2017.05.003

19. Engleitner N., Jüttler B. Patchwork B-spline refinement // Computer-Aided Design. 2017. Vol. 90. Pp. 168-179. DOI: 10.1016/j.cad.2017.05.021

20. Segeth K. Some splines produced by smooth interpolation // Applied Mathematics and Computation. 2018. Vol. 319. Pp. 387-394. DOI: 10.1016/j.amc.2017.04.022

21. Hamad F.G., Colby R.H., Milner S.T. Onset of flow-induced crystallization kinetics of highly isotactic polypropylene // Macromolecules. 2015. Vol. 48. Pp. 3725-3738. DOI: 10.1021/acs.macromol.5b00386

22. Hamad F.G., Colby R.H., Milner S.T. Transition in crystal morphology for flowinduced crystallization of isotactic polypropylene // Macromolecules. 2016. Vol. 49. Pp. 5561-5575. DOI: 10.1021/acs.macromol.6b00303

23. De Santis F., Pantani R., Titomanlio G. Effect of shear flow on spherulitic growth and nucleation rates of polypropylene // Polymer. 2016. Vol. 90. Pp. 102-110. DOI: 10.1016/j.polymer.2016.02.059

Читать статью полностью