文档介绍：钢丝缠绕增强聚乙烯管的钢丝从电熔管件中拔出条件的分析
钢丝缠绕增强聚乙烯管sRTP在管材承受内压时钢丝中形成很大拉应力。sRTP通常采用电熔管件连接。在电熔管件连接下sRTP的端部钢丝端头并没有机械固定到管件上,钢丝是依靠钢丝和周围粘接树脂之间的粘接力固定的。换句话说,钢丝中承受的拉力是依靠钢丝和粘接树脂之间的粘接拉住的。显然:如果钢丝和粘接树脂之间的粘接不足于抵抗钢丝中承受的拉力,钢丝端就会从管件后缩‘拔出’。在sRTP 中钢丝是螺旋缠绕的(各层钢丝之间没有焊接和编织形成的束缚),一旦钢丝端后缩‘拔出’,钢丝就会展开,管材就会在内压下鼓胀,在靠近管件处形成‘灯笼形破坏’。管材鼓胀后钢丝中应力进一步增加,钢丝之间聚乙烯被拉薄,最后或是钢丝拉断或是聚乙烯层拉破。)。
因此,能否保证钢丝和周围粘接树脂之间的粘接可靠,不发生钢丝端从管件后缩‘拔出’是sRTP采用电熔管件连接成败的基础。本文对此问题进行了一些分析和估算,供大家研讨中参考。
1保证单根钢丝在粘接树脂中不被拔出的条件分析
(计算单位用N, mm, MPa=N/mm2)
先分析单根钢丝在粘接树脂中不被拔出的条件:
一直径d的钢丝一端被埋在粘接树脂中(粘接树脂熔压在钢丝上),埋入深度L (包覆的长度),在钢丝和粘接树脂之间粘接应力(抗剪切破坏应力)T下,钢丝的拔抗拉力FK等于粘接应力T乘以钢丝和粘接树脂的粘接界面面积πd x L。
T
FS
Fk
d
L
FK= T x πd x L
钢丝中的拉力取决于管材的钢丝配置和管材承受的负载。为了简化我们用钢丝可能承受的最大拉力FS来分析。FS等于钢丝的横截面积乘以钢丝抗拉强度。
FS= πd2/4 x σ按照常用钢丝的抗拉强度2000 (N/mm2)MPa计算
FS= 500πd2
要求保证钢丝不被拔出,钢丝承受的最大拉力Fs必须小于抗钢丝拔的拉力Fk:
FS< FK 500πd2< T x πd x L
根据‘邦中’公式的测试,钢丝和粘接树脂之间粘接应力(抗剪切破坏应力)T在20(N/mm2)MPa左右。为了安全按T=10(N/mm2)MPa分析。
我们可以发现在钢丝直径和埋入深度L之间要求的关系是:
50 d< L
CJ/T -1mm,所以要求埋入深度L是25-50mm.
因为sRTP管端熔接区内钢丝埋入粘接树脂的长度远大于这个要求数值(尤其是较大直径的sRTP)。所以从单根钢丝分析在正常情况下(粘接树脂的质量和熔压正常)是不可能被拔出的。
推理:‘灯笼形破坏’不是因为单根钢丝从粘接树脂中拔出。可能是由于钢丝层外熔接界面的破坏。见以下分析:
2管端钢丝层被粘接树脂固定不被拔出的条件分析
2-1首先分析sRTP的外聚乙烯层与电熔管件的熔接界面不破坏的条件。
众所周知,在内压作用下连续的管道中管材承受轴向力FA,FA等于管材横截面积(π dn2/4,dn是管材直径)和最大压力Pmax的乘积。
FA =π dn2/4x Pmax
在管端这个FA是通过电熔管件中熔接面传递的。熔接界面的抗剪力FR等于熔接面积SR和熔接界面抗剪切强度TR的乘积。所以熔接面必须熔接良好并有足够的熔融界面积SR。SR是管材圆周π dn和熔区长度LR的乘积:SR =