ТЕМАТИЧЕСКИЕ НОМЕРА

Рис. 1. Соединение полимерных труб гладким раструбом и резиновым кольцома – соединение; б – резиновое кольцо; 1 – гладкий раструб на одной трубе; 2 – резиновое кольцо; 3 – гладкий конец на другой трубе

Уплотнитель удерживается в раструбной щели соединения за счет сил трения – сцепления [3], возникающих между поверхностями труб и резиновым кольцом. Величина этих сил зависит [4] от уровня контактных давлений σε и коэффициента сцепления fc. Связь σε с параметрами кольца круглого поперечного сечения имеет параболическую закономерность [5], при этом чем больше твердость резины, тем круче ветвь параболы (рис. 2).

Рисунок 2.Графики характеристик круглых колец из резин различной твердости

В общих случаях коэффициент трения – сцепления fc в паре резина – полимер зависит от факторов, которые могут изменять его в пределах значений, отличающихся друг от друга на порядок и более. Значения f_c для данных условий работы соединений можно установить только экспериментально.
Эксперименты проводились на образцах соединений, которые были изготовлены специально из труб различного диаметра и из разных полимеров. По результатам экспериментов вычислялся коэффициент трения – сцепления:
 (1)
где h – произведение среднего контактного напряжения на относительную площадь контакта:
 ,(2)
Относительная степень сжатия кольца:
 (3)
где d_к – диаметр поперечного сечения кольца;
c – коэффициент, учитывающий растяжение кольца из-за разницы его внутреннего диаметра dк и наружного диаметра трубы D.
Линейные размеры элементов соединения измеряли с соответствующей последующей обработкой [6]. Твердость резины определяли на кольцах твердомером ТМ-2 для каждого уплотнителя в пяти местах. Коэффициенты вариации, характеризующие показатели Т, для каждого кольца составляют <3,5% и для разных колец <6%.
Испытания соединений производили на гидравлическом стенде (рис. 3), состоящем из корпуса 2, на котором крепятся хомуты 3 и 6 для фиксации раструбного соединения.

Рисунок 3.Стенд конструкции «НИИ Мосстроя – СКБ – Мосстрой» для испытания соединений полимерных труб диаметром до 250 мма – вид спереди; б – план; 1 – заглушка; 2 – корпус; 3 – подвижный хомут; 4 – струбцина; 5 – тяги; 6 – неподвижный хомут; 7 – манометр

Заглушка 1 позволяет нагружать соединение гидростатическим давлением (имитация давления стоков при засорении канализационного самотечного трубопровода). Гидростатическое давление замеряется манометром 7. Струбциной 4 производится сжатие гладкого конца (раструба), имитирующее укорочение вертикального диаметра труб, уложенных в грунте, до 10 %. Перемещение хомута 3 достигается поворотом одной из деталей соединения до 10° (моделирование поворота одной из труб в раструбе другой трубы). Тягами 5 осуществляется осевое смещение до 50 мм гладкого конца одной трубы в раструбе другой (имитация продольных температурных деформаций труб).
Коэффициент fc, как следует из выражения (1), не зависит от диаметров труб и колец, что не противоречит условиям геометрического подобия. Однако при изменении размеров элементов соединений могут сказываться факторы, которые не учтены выражением (1). Проведена серия опытов на соединениях труб из ПВХ диаметром 160 и 250 мм. Использовались кольца (d_к = 10,1 и 15 мм) из резины НК 3311 (Т = 40 ± 3 ед.тв.). С надежностью вывода 0,95 (t = 0,97, что < 2) можно считать расхождения в средних величинах f_c = 0,3 и fc = 0,28 при средних квадратических отклонениях S = 0,04 и 0,05 статистически незначимыми [6]. В процессе испытаний наблюдалось, что в момент разгерметизации происходит выброс кольца из раструбной щели соединения при некотором значении внутреннего давления р. В одних случаях уплотнитель может быть выброшен полностью, в других частично, аналогично тому, как выдавливается кольцо из раструбного соединения с желобком при больших углах поворота и давлениях [2]. Например, из 30 циклов испытаний одного соединения диаметром 110 мм (трубы ПВХ, dк = 7,8 мм, кольцо из резины марки НК 3311) в 11 случаях кольцо выбрасывалось полностью. Это можно объяснить тем, что коэффициент f_c «распределен» в соединении по поверхности контакта неравномерно. Попытка установить численные значения неравномерности f_c не привела к положительным результатам. Расхождения в давлениях в различных случаях разгерметизации статистически незначимы (f_c и S занимают промежуточное значение между полученными для D = 160 и 250 мм и отличаются в третьих знаках).
С учетом этого, дальнейшие исследования проводились на соединениях труб одного типоразмера (диаметром 160 мм, с кольцами НК 3311, d_к=10,1 мм).