CC BY
12
УДК 621.792
Ушаков С.В., к.т.н.
г. Москва
E-mail: UshakovS@protonmail.com
МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ КЛЕЕВЫХ СОСТАВОВ
Аннотация
Проведенный анализ режимов работы трубопроводов и характера их повреждений показывает, что использование адгезивов во многих случаях является экономически и технически более целесообразным, чем применение иных способов ремонта. Расчет напряженно-деформированного состояния адгезивных соединений и экспериментальные исследования показали, что при использовании адгезива без усиливающего конструкцию материала, происходит концентрация напряжений по периметру герметизируемого участка, что приводит к самому не благоприятному режиму работы для клеевого соединения - отдиру и дальнейшему разрушению герметизирующей конструкции. Разработанные технологии повышают эффективность технического сервиса объектов коммунального хозяйства.
Ключевые слова
Адгезив, клеевые составы, восстановление оборудования, восстановление объектов коммунального
хозяйства, трубопроводы работающие под давлением
Abstract
The analysis of the operating modes of pipelines and the nature of their damage shows that the use of adhesives in many cases is economically and technically more appropriate than the use of other methods. The calculation of the stress-strain state of adhesive compounds and experimental studies have shown that when using an adhesive without reinforcing the structure of the material, there is a concentration of stresses around the perimeter of the sealed area, which leads to the most unfavorable mode of operation for the adhesive compound - tear off and further destruction of the sealing structure. The developed technologies increase the efficiency of technical service of municipal facilities.
Keywords
Adhesive, adhesives, hardware restoration, restoration of utilities, pipelines operating under pressure
В условиях экономии денежных средств, при ограничении доступа к материалам и сложному техническому оборудованию, для восстановления объектов коммунального хозяйства, работающего за пределами нормативных сроков и условий эксплуатации, возникает потребность в простых и доступных методах ремонта. В значительной части объектов коммунального хозяйства, для разных функций используются трубопроводы, работающие под давлением (газовые, водопроводные, отопительные, канализационные), и нарушение их герметичности приводит к аварийному отключению системы. Решением проблемы нарушения герметичности трубопроводов, работающих под давлением, может стать восстановление при помощи полимерных композиционных материалов, которые могут заменить сварку, наплавку, пайку и восстановить работоспособность деталей, ремонт которых традиционными способами невозможен или затруднен. Указанные технологии находят все большее применение, вследствие своей простоты и доступности компонентов.
Особенно актуален этот вопрос в условиях эксплуатации объектов коммунального хозяйства, ограниченных в финансировании. В регионах Российской Федерации значительная часть объектов
коммунального хозяйства работает за пределами нормативных сроков эксплуатации и находится в аварийном состоянии. Разрушение трубопроводов систем коммунального хозяйства является одной из наиболее частых причин остановки обеспечения коммунальных услуг для населения, таких как водоснабжение, газоснабжение, отопление и водоотведение. Это обуславливает необходимость разработки и внедрения экономически выгодных и технологичных способов сервиса объектов коммунального хозяйства.
Всем этим требованиям отвечают технологии ремонта, основанные на использовании полимерных адгезионных материалов. Анализ применяемых технологий, при сервисе объектов коммунального хозяйства, изучение отечественного и зарубежного опыта показывает, что использование полимерных композиционных материалов является экономически и технически актуальной задачей, решение которой позволит значительно снизить финансовые и трудовые затраты на восстановление работоспособности выведенных из строя систем. Широчайшие возможности современных адгезивов и полимерных волокон позволяют не только соединять поверхности, но и формировать конструкционный материал с заранее заданными формой и размером. Использование таких составов позволяет восстановить работоспособность деталей и поверхностей без применения специального оборудования. Полимерные адгезионные составы широко используются в развитых странах.
Использование полимерных материалов позволяет существенно расширить перечень ремонтно-восстановительных работ. В торговле имеется широкий выбор отечественных и импортных полимерных материалов. Зная их характеристики, типовые технологии использования, можно без дорогостоящего специального оборудования производить сложные ремонтные работы. Рациональное использование физико-механических и химических свойств полимерных материалов позволяет снизить трудоемкость ремонта машин и оборудования на 20%, себестоимость работ на 15...20% и сократить при этом расход материалов на 40...50%. На основе вышеизложенного разработаны практические рекомендации по использованию клеевых составов при техническом сервисе трубопроводов коммунального хозяйства.
Несмотря на разнообразие режимов работы трубопроводов и характер их повреждения (механические, коррозионные, кавитационное), использование адгезивов во многих случаях является более целесообразным, чем использование традиционной сварки.
Согласно разработанной технологии, ремонт трубопроводов производится путем восстановления поврежденного участка адгезивным материалом, в качестве которого могут быть использованы имеющиеся в широкой продаже клеевые составы на основе эпоксидных смол. Возможно использование бандажа (сплошного кольцевого слоя) с прослойками стеклоткани или кевларового волокна которые используется для армирования адгезива. Предлагаемый способ ремонта является не только экономически оправданным, но и часто бывает единственно возможным вариантом продления срока службы металлического трубопровода, так как по причине обширной коррозии его стенок, применение сварки невозможно. В случае ремонта полимерного трубопровода, замена аварийного участка зачастую невозможна по причине отсутствия достаточного финансирования и квалификации ремонтной бригады.
Для разработки наиболее эффективных методов восстановления трубопроводов, использующихся в системах коммунального хозяйства были проведены исследования, заключающиеся в математическом анализе напряженно-деформированного состояния клеевого шва при эксплуатации герметизированных трубопроводов, работающих под давлением. Исследование показало, что при использовании адгезивного материала без применения упрочняющего материала, происходит концентрация напряжений по периметру герметизируемого повреждения, что приводит к самому неблагоприятному режиму работы для клеевого соединения - отдиру. Согласно теории клеевых соединений, такое соединение является самым ненадежным. Поэтому для ремонта трубопроводов, работающих под давлением, необходим упрочняющий материал, который позволяет приблизить режим работы клеевого соединения к рекомендуемому, когда клеевой шов будет работать на отрыв (Рис.1). Математический анализ напряженно-деформированного
состояния показал, что при восстановлении трубопроводов работающих под давлением, при помощи наложения на дефектный участок накладки с применением клеевого состава, для максимальной устойчивости клеевого соединения к разрушению, следует применять материалы с жесткостью, не уступающей материалу стенок трубопровода, такая конструкция обеспечит равномерное распределение напряжения по всей площади клеевого шва, это повысит его работоспособность. При применении технологии с использованием бандажа, опоясывающего участок трубопровода в области дефекта, следует применять конструкцию клеевого соединения с армированием адгезива материалом высокой прочности на разрыв, например стекловолокна или кевларовой ткани. Для теоретического определения необходимой
вГ
площади клеевого шва, при восстановлении трубопроводов, возможно использование формулы ¥ = —.
а
При известных давлении в трубопроводе (§), площади повреждения (£) и пределе прочности клеевого состава (о), данная формула позволяет рассчитать необходимую площадь клеевого шва [1].
На основе экспериментальных исследований были определены наиболее работоспособные конструкции герметизации трубопроводов, работающих под давлением. Разработаны эффективные методы восстановления поврежденных участков трубопроводов. Экспериментальные исследования показали, что при герметизации трубопроводов, использование усиливающих клеевую конструкцию материалов, повышает предел прочности соединения минимум на 13,3 МПа [2].
Эксплуатационные испытания, проведенные на 35 объектах, подтвердили работоспособность предложенных технологий.
По результатам исследований, разработаны способы восстановления трубопроводов, максимально устойчивые к разрушению. Способы позволяют восстанавливать трубопроводы, работающие под давлением, при помощи клеевых составов с наложением витков стальной (кевларовой, стекловолоконной) ленты, стальной проволоки и жесткой накладки. На разработанные способы сервиса получены патенты на изобретения РФ № 2439421, РФ № 2439458, РФ № 2430321.
Рисунок 1 - Виды нагрузок действующих на адгезивные соединения А - отдир, Б - отрыв
Технология герметизации трубопроводов, работающих под давлением, с применением формообразующего клеевого состава, наложением витков гибкой стальной ленты, кевларовой ткани или стекловолокна. Технология предназначена для герметизации течи трубопроводов, работающих под давлением. Представляемый способ ремонта позволяет без применения дорогостоящего технологического оборудования в ограниченных условиях самостоятельно производить ремонт трубопроводов практически любого диаметра, восстановление которых традиционными способами невозможно или затруднено.
Способ герметизации трубопроводов, работающих под давлением, заключается в том, что поврежденный участок трубопровода и прилегающую к нему область очищают, обезжиривают и сушат. На поврежденный участок по всему диаметру трубопровода наносят клеевой формообразующий состав, на который укладывают гибкую стальную ленту (стекловолокно, кевларовую ткань), соединенную внахлест напротив места повреждения. Остатки выдавленного клеевого состава выравнивают и оставляют трубопровод в таком положении до отвердения клеевого состава (Рис. 2).
Таким образом, осуществление данного способа позволяет продлить срок службы трубопроводов, работающих под давлением, повысить производительность труда и снизить себестоимость ремонта.
На разработанный способ герметизации трубопроводов, работающих под давлением, получен патент
Рисунок 2 - Способ герметизации трубопроводов, работающих под давлением, формообразующим клеевым составом с наложением витков гибкой стальной ленты (стекловолокно, кевларовая ткань) 1-повреждение; 2-трубопровод; 3-адгезив; 4-оплетка из стальной ленты
Технология герметизации трубопроводов, работающих под давлением, с применением формообразующего клеевого состава и жесткой накладки.
Технология позволяет без применения дорогостоящего технологического оборудования в ограниченных условиях самостоятельно производить ремонт трубопроводов практически любого диаметра, восстановление которых традиционными способами невозможно или затруднено.
Способ ремонта места течи трубопровода заключается в том, что поврежденный участок трубопровода и прилегающую к нему область очищают, обезжиривают и сушат. В области поврежденного участка наносят клеевой формообразующий состав, на который накладывают жесткую накладку. Остатки выдавленного клеевого состава выравнивают и оставляют трубопровод в таком положении до отверждения клеевого состава
Описанный способ позволяет продлить срок службы трубопроводов, работающих под давлением, повысить производительность труда и снизить себестоимость ремонта (Рис 3) [4].
(РФ № 2439421) [3].
2410-6070 ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА № 7-8 / 2019
Рисунок 3 - Способ герметизации трубопроводов, работающих под давлением, формообразующим
клеевым составом и жесткой накладки 1-повреждение; 2-трубопровод; 3-адгезив; 4-жесткая накладка
Технология герметизации трубопроводов, работающих под давлением, с применением формообразующего клеевого состава и проволоки Технология позволяет восстанавливать работоспособность трубопроводов, работающих под давлением, при помощи формообразующего клеевого состава и проволоки. Указанным способом возможен ремонт практически любого диаметра трубопроводов, восстановление которых традиционными способами невозможно или затруднено.
Способ восстановления герметичности трубопроводов, работающих под давлением, заключается в том, что поврежденный участок трубопровода и прилегающую к нему область очищают, обезжиривают и сушат. На поврежденный участок по всему диаметру трубопровода наносят клеевой формообразующий состав, на который укладывают плотно прижатые друг к другу витки металлической проволоки. Остатки выдавленного клеевого состава выравнивают и оставляют трубопровод в таком положении до отверждения клеевого состава (Рис. 4) [5].
Таким образом, осуществление указанного способа позволяет продлить срок службы трубопроводов, работающих под давлением, повысить производительность труда и снизить себестоимость ремонта.
2 1 3
Рисунок 4 - Способ герметизации трубопроводов, работающих под давлением, формообразующим клеевым составом и проволоки 1-повреждение; 2-проволока; 3-адгезив
Анализ свойств полимерных адгезивных материалов и технологий их применения ремонтными предприятиями позволяет сделать вывод, что их использование при техническом сервисе объектов коммунального хозяйства в условиях ограниченного доступа к сложному оборудованию и материалам, а так же при ограниченном финансовом ресурсе, экономически оправдано.
По результатам теоретических и экспериментальных исследований можно утверждать, что полимерные композиционные материалы позволяют реально повысить эффективность технического сервиса систем коммунального хозяйства.
Список использованной литературы:
1. Ушаков С.В. Анализ напряженно-деформированного состояния адгезивной накладки при восстановлении трубопроводов, работающих под давлением / Теоретические и прикладные проблемы сервиса 2009. № 4 (33). 11-17с.
2. Ушаков С.В., Башкирцев В.И., Кручер И.Л., Методы ремонта трубопроводов, работающих под давлением, полимерными композиционными материалами Сервис в России и за рубежом [электронный журнал]. 2011. №1 (20)ШЬ: www.rguts.ru.
3. Ушаков С.В., Башкирцев В.И., Голубев О.П., Башкирцев Ю.В., Кручер И.Л., Никишина О.С., Колосков А.В. Способ герметизации трубопроводов, работающих под давлением: пат. 2439421. Рос. Федерация/ (РФ). № 2010106229; заявл. 24.02.2010; опубл.10.01.2012. Бюл. № 1.
4. Ушаков С.В. Восстановление трубопроводов, работающих под давлением, формообразующими клеевыми составами при техническом сервисе автомобилей полимерных композитов: дис...канд. техн. наук: 05.22.10. Вл., 2013. 116с.
5. Ушаков С.В. Восстановление трубопроводов, работающих под давлением, формообразующими клеевыми составами при техническом сервисе автомобилей: дис.канд. техн. наук: 05.22.10. Вл., 2013. 118с.
©Ушаков С. В., 2019
УДК 620.9
Федоров А. И.,
магистрант гр. 419.2 Липатов М. С.
ассистент каф. ТСУиТД Высшая школа технологии и энергетики СПбГУПТД г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
К ВОПРОСУ О НЕРАЦИОНАЛЬНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
Аннотация
Проблема нерационального использования топливно-энергетических ресурсов в России все чаще встает перед специалистами энергетической отрасли. По данным статистики, расход топлива на промышленных предприятиях России превышает затраты западных компаний в 2-2.5 раза. Массовый расточительный расход топлива, связан с высокими потерями при их производстве, передаче и потреблении и, в свою очередь, приводит к высокой энергоемкости ВВП.
Ключевые слова: топливо, ресурсы, потери, расход, производство.
Проблемы теплоэнергетики, связанные с нерациональным использованием ресурсов. Устаревшее оборудование и отсутствие теплоизолирующего покрытия трасс, отвечающего современным нормативам, приводит к массовому расточительному расходу топлива. Зачастую ТЭЦ абсолютно не обеспечены
