вступ

Шахтний дренажний трубопровід не працює під постійним тиском.

Тиск у шахтній трубі HDPE може змінюватися кожного разу, коли дренажний насос запускається, зупиняється або змінює свій робочий стан. Робота клапана може створити ще одну швидку зміну тиску. У довгій підземній або поверхневій дренажній лінії ці події можуть створювати хвилі тиску, які поширюються по трубі.

Це явище широко відоме як гідроудар або стрибок тиску.

Для шахтної дренажної системи важливе питання полягає не просто в тому, чи може шахтна труба HDPE витримати свій нормальний робочий тиск. Труба також повинна витримувати умови тиску, які виникають під час роботи насоса та клапана.

Це особливо важливо для-дренування шахти на великі відстані, коли збурення тиску, створене на одному кінці трубопроводу, може поширюватися через велику частину системи.

Керівництво PE100 розпізнає сплеск як короткочасне-підвищення тиску понад нормальний максимальний робочий тиск, спричинене швидкими змінами швидкості рідини. Повторні роботи насоса та клапана також можуть створювати циклічні навантаження тиску протягом усього терміну служби трубопроводу.

Для шахтних труб HDPE сам матеріал відіграє важливу роль, оскільки поліетилен значно більш гнучкий, ніж жорстка металева труба. Ця гнучкість змінює те, як труба реагує на перехідний тиск.

Що відбувається всередині шахтної труби HDPE під час вимкнення насоса?

Розглянемо типовий шахтний дренажний трубопровід.

Насос проштовхує воду через довгу трубу ПНД з підземної точки збору до точки викиду на поверхню. Під час роботи насоса вода має певну швидкість. Стінка труби піддається внутрішньому тиску, пов'язаному з насосною системою.

Коли насос раптово зупиняється, вода не припиняє рух відразу.

Вода має інерцію. Вода, що рухається, продовжує рухатися вперед, тоді як насос більше не забезпечує такої ж рушійної сили. Це створює швидку зміну швидкості, і ця зміна створює хвилю тиску.

Хвиля поширюється по трубопроводу.

Якщо дренажний трубопровід має довжину кілька сотень метрів або кілька кілометрів, порушення тиску може переміститися через значну довжину шахтної труби HDPE до того, як система повернеться до нормального робочого стану.

Ось чому тиск, показаний на манометрі нагнітання насоса під час нормальної роботи, не обов’язково є найвищим тиском, який відчуває труба.

Труба має працювати як з нормальним робочим тиском, так і з перехідним тиском.

info-400-300

Чому шахтні труби HDPE по-різному реагують на стрибки тиску

Стінка шахтної труби HDPE не є жорсткою так само, як сталева труба.

PE100 має довготривалий-модуль пружності приблизно 200 МПа, коефіцієнт Пуассона приблизно 0,45, а відносне подовження при розриві перевищує 600% відповідно до довідкових даних PE100+.

Ці властивості мають відношення до стрибків тиску, оскільки стінка труби може дещо деформуватися під час зміни внутрішнього тиску.

Коли тиск зростає, діаметр труби може трохи збільшитися, і стінка створює додаткову окружну деформацію. Ця деформація поглинає частину перехідної реакції замість того, щоб примушувати всю зміну тиску до надзвичайно жорсткої стінки труби.

Це не означає, що шахтні труби ПНД можуть просто ігнорувати гідроудари.

Це означає, що при оцінці історії тиску дренажної системи необхідно враховувати його реакцію матеріалу.

Таким чином, трубопровід з частими запусками та зупинками насоса слід оцінювати відповідно до його фактичного робочого циклу, а не лише його статичного тиску.

Номінальний тиск – це не те саме, що тиск стрибка

Ця відмінність важлива для закупівлі дренажних шахт.

Припустімо, що для шахтної труби HDPE визначено певний клас тиску PN. Цей номінальний тиск описує допустимий робочий тиск труби за визначених проектних умов.

Відключення насоса може призвести до тимчасового підвищення тиску вище нормального робочого тиску.

Тому інженерне питання виглядає так:

Який максимальний тиск у шахтній трубі HDPE протягом повного робочого циклу?

Відповідь залежить від насоса, швидкості потоку, довжини трубопроводу, роботи клапана, профілю висоти та часу зупинки.

Керівництво PE100 спеціально рекомендує аналіз перенапруги для трубопроводів, які піддаються навантаженню від перенапруги та втоми.

Для дренажних систем шахт це особливо актуально, коли трубопровід має велику ділянку, що піднімається від підземної насосної станції до поверхні.

Довгі труби з поліетилену високої міцності (HDPE) потребують більшої уваги до перехідних процесів тиску

Довжина трубопроводу змінює важливість стрибків тиску.

Коротке дренажне з’єднання поблизу насоса може спричинити порушення тиску, яке відносно швидко встановлюється.

Інакше поводиться довгий шахтний дренажний трубопровід.

Хвиля тиску може поширюватися вздовж трубопроводу, відбиватися від змін геометрії труби, клапанів, резервуарів, вигинів або кінців трубопроводу та взаємодіяти з іншими хвилями тиску.

Результатом може бути історія тиску, яка є значно складнішою, ніж просто «нормальний тиск плюс один сплеск».

Ось чому довгі системи труб ПНД не слід вибирати лише за значенням статичного тиску.

Діаметр труби має значення, тому що швидкість потоку змінюється з діаметром. За тієї самої швидкості потоку менший внутрішній діаметр забезпечує більшу швидкість води. Швидка зміна цієї швидкості може спричинити більш значний перехідний тиск.

Товщина стінки та SDR також мають значення, оскільки геометрія шахтної труби з ПНД впливає на її реакцію на тиск.

Запуск-насоса також може спричинити зміни тиску

Гідроудар не обмежується аварійними відключеннями.

Насос, який запускається проти заповненого трубопроводу, також може створити перехідний процес тиску.

Це стає важливим у шахтах, де дренажні насоси працюють автоматично відповідно до рівня води.

Насос може запускатися, коли відстійник досягає певного рівня, працювати протягом деякого часу, а потім зупинятися. Протягом звичайного дня шахтна труба HDPE може зазнавати багатьох таких циклів тиску.

Індивідуальні зміни тиску можуть бути недостатньо великими, щоб викликати негайний вихід з ладу.

Більш важливим питанням є повторення.

Повторна зміна тиску є втомним навантаженням. Керівництво PE100 відрізняє це циклічне навантаження від одноразового викиду та зазначає, що частота та амплітуда циклів тиску є важливими факторами.

Тому режим роботи шахти має таке ж значення, як і номінальний тиск насоса.

Параметри гірничодобувної труби HDPE, що стосуються перенапруги

Параметр	Типовий асортимент труб з поліетилену високої міцності (HDPE).
Номінальний діаметр	DN50–DN1200
Клас тиску	PN1,0–PN10
Стандартна довжина	9 m / 12 m
PE100 MRS	10 МПа
PE100 межа міцності при розтягуванні	Приблизно . 23 МПа
Відносне подовження при розриві PE100	>600%
Довгостроковий модуль пружності PE100-	Приблизно . 200 МПа
Коефіцієнт Пуассона	Приблизно. 0.45
Коефіцієнт Хазена-Вільямса	Приблизно. 150–155
Colebrook-Біла шорсткість	Приблизно . 0.00152 мм

Наведені вище значення PE100 є еталонними значеннями матеріалу, а не заміною сертифікованих виробником даних про продукт.

Для реального гірничого проекту вибраний клас PN і товщина стінки повинні відповідати максимальному робочому тиску, температурі, перехідному тиску та умовам встановлення.

info-400-300

Де гірничодобувна труба HDPE найбільш відкрита?

Скачок тиску не обов'язково створює однакові механічні умови всюди в трубопроводі.

Нагнітальна частина насоса може відчувати швидкі зміни тиску. Розташування клапанів може створювати локальні перехідні процеси. Зміна висоти може вплинути на статичний тиск. Довгі вертикальні ділянки також можуть створювати значний гідравлічний тиск через перепади висот.

Особливої уваги заслуговують зв'язки.

Фланець, клапан або з'єднання насоса вводять локальну зміну жорсткості та геометрії. Пряма шахтна труба HDPE може деформуватися інакше, ніж з’єднувальний вузол.

Тому аналіз стрибків тиску слід розглядати разом із проектом з’єднання, а не розглядати трубу як ізольований компонент.

Як покупці повинні оцінити дренажні труби для шахт ПНД?

Специфікація закупівлі, що базується лише на "трубі HDPE, PN10", може не описувати повний робочий стан.

Для шахтного дренажного трубопроводу постачальник повинен розуміти необхідний DN, нормальний робочий тиск, максимальний тиск, швидкість потоку насоса, частоту запуску/зупинки насоса, довжину трубопроводу та профіль висоти.

Різниця між нормальним робочим тиском і максимальним перехідним тиском особливо важлива.

Наприклад, насос зазвичай може працювати при тиску, значно нижчому за клас номінального тиску, але швидке відключення може тимчасово збільшити тиск. Тому при виборі труби необхідно враховувати повний діапазон тиску.

Інструкції з проектування PE100+ пов’язують максимальний робочий тиск із міцністю матеріалу, SDR і застосовним службовим коефіцієнтом, демонструючи, чому геометрію труби та умови експлуатації не можна відокремити від номінального тиску.

Висновок

Гідроудар не є абстрактною гідравлічною проблемою для шахтної труби ПНД.

Це реальний робочий стан, створений насосами та клапанами, які контролюють дренаж шахти.

Коли насос зупиняється, клапан закривається або швидкість води швидко змінюється, тиск усередині трубопроводу може тимчасово піднятися вище нормального робочого тиску. У довгому шахтному дренажному трубопроводі результуюча хвиля тиску може проходити через велику ділянку труби ПНД.

Гнучкість PE100 змінює те, як труба реагує на це перехідне навантаження, тоді як DN труби, товщина стінки, SDR і клас тиску визначають її структурну здатність.

З цієї причини вибір шахтної труби ПНД для дренажу шахти повинен базуватися не тільки на статичному тиску. Слід також враховувати фактичний цикл перекачування та перехідні умови тиску, особливо для-дренажних систем на великі відстані з частою роботою насоса.

Для покупців майнінгу ключовою специфікацією є не просто тиск, надрукований на трубі. Це залежить від того, чи здатна вся система шахтних труб із ПНД витримувати історію тиску, створювану фактичною операцією дренажу шахти.

Запит на пропозицію труб HDPE

Крок	процес	Подробиці
1	Надіслати вимоги	DN, тиск, середовище, робоча температура та застосування
2	Підтвердження специфікації	Тип труби, клас матеріалу, номінальний тиск, товщина стінки/SDR і з’єднання
3	Цитата	Ціна, термін виконання, умови упаковки та доставки
4	Замовлення та виробництво	Договір, оплата та виготовлення
5	Перевірка та доставка	Перевірка якості та відвантаження