Analiza potencjalnych przyczyn powstawania obciążeń zmęczeniowych w rurociągach ciśnieniowych

• Autorzy: Nerkowski Mateusz , Kodura Apoloniusz

Identyfikatory

DOI

10.15199/22.2023.9.3

Warianty tytułu

EN

Analysis of potential causes of fatigue loads in pressure pipelines

• Konferencja: Międzynarodowa Konferencja Technicznej Kontroli Zapór (20 ; 12-15.09.2023 ; Chorzów ; Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy zagadnień obciążeń zmęczeniowych w klasycznych instalacjach ciśnieniowych. Problem ten jest traktowany w dużej mierze marginalnie w procesie projektowania i analizy pracy instalacji. W pracy zaprezentowano podstawowe cechy materiałów używanych do budowy rurociągów ciśnieniowych, istotnych z punku widzenia obciążenia zewnętrznego. Zestawienie cech materiałowych odniesiono do materiałów wykorzystywanych współcześnie, z podziałem na rury wykonane z metali oraz ż tworzyw sztucznych. Omówiono wpływ obciążeń zmęczeniowych jako potencjalną przyczynę awarii. Przeanalizowano naprężenia wewnętrzne, zewnętrzne oraz czynniki środowiskowe wpływające na właściwości materiału rury. Wyniki analiz pozwoliły na sformułowanie wniosków, wskazujących na zmęczeniowy charakter obciążeń pochodzących od pulsacji ciśnienia. Wykazano, że zagadnienia uszkodzeń zmęczeniowych są istotnym czynnikiem, który powinien być brany pod uwagę przy projektowaniu instalacji i doborze materiałów.

EN

The article refers to the issue of fatigue loads in classic pressure installations. This problem is not a priority in the process of installation design and analysis of its operation. The article presents basic characteristics of materials used for construction of pressure pipelines, important from the external load point of view. The list of materials features was compared to the currently used materials, divided into pipelines made of metal and plastics. The authors discuss the impact of fatigue loads as a potential source of breakdown. They analyse internal, external strain and environmental factors having impact on the pipe material properties. The results of the analysis lead to conclusions pointing out to the fatigue character of loads originating from pressure pulsations. It indicates that the issue of fatigue loads is an important factor to be taken into consideration while designing the installation and selecting its construction materials.

Słowa kluczowe

PL

rury; naprężenia; obciążenia zmęczeniowe; tworzywa sztuczne

EN

pipes; strain; fatigue load; plastics

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gospodarka Wodna
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 9
• Strony: 12--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nerkowski Mateusz

• Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji - MPWik, ul. Czerniakowska 124, 00-468 Warszawa, Polska

autor

Kodura Apoloniusz

• Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa, Polska

• https://orcid.org/0000-0001-7040-1625

Bibliografia

• [1] ACI Committee 440. 2008. Report on fibre-reinforced polymer (FRP) reinforcement for concrete structures. Farmington Hills: American Concrete Institute.
• [2] Burhan I., & Kim H. S. 2018. "S-N Curve Models for Composite Materials Characterisation: An Evaluative Review". Journal of Composites Science 2(3): 38-66.
• [3] Ciocan C., Kristova P., Annels C., Derjean M., & Hopkinson L. 2020. "Glass reinforced plastic (GRP) a new emerging contaminant - First evidence of GRP impact on aquatic organisms". Marine Pollution Bulletin 160: 1-13.
• [4] DeLuca D. P. (b.d.). Understanding Fatigue. United Technologies Pratt & Whitney.
• [5] Dittenber D. B. 2010. Fatigue of polymer composites: Life prediction and environmental effects. Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports, 3294.
• [6] Elshamandy M. G., Farshaly A. S., & Benmokrane B. 2018. "Experimental behavior of glass fiber-reinforced polymer reinforced concrete columns under lateral cyclic load". Aci Structural Journal 115(2): 337-349.
• [7] Erkal S., Sayman O. & Benli S. 2010. "Fatigue damage in composite cylinders". Polymer Composites 31: 707-713.
• [8] FRP Pipe Failures & Lessons to be learned. 2008. Dynaflow Reserarch Group, 140.
• [9] Gabryszewski T. 1983. Wodociąg i Kanalizacja. Warszawa: Arkada.
• [10] Green A. 1987. "Glass-Fiber-Reinforced Composites in Building Construction". Transportation Research Record 1118: 73-76.
• [11] Gunasegaran V., Prashanth R., & Naryanan M. 2013. "Experimental Investigation and Finite Element Analysis of Filament Wound GRP Pipes for Underground Applications". Procedia Engineering 64: 129-130.
• [12] Haiya Z, Dibo L., Lvtong Z., Xiaojian Z., Jun W., & Haiya Z. 2020. "Corrosion mechanisms of ductile iron pipes in water distribution system :impacts of ionic strength and cement mortar lining coverage". Desalination and Water Treatment 197: 237-248.
• [13] Imiełowski S., Kodura A., Glinicka A., & Adjukiewicz C. 2015. "Experimental Study on Mechanical Properties of Polyethylene HDPE in Conditions of Hydraulic Impact Simulation" Solid State Phenomena 240: 149-154.
• [14] Jeżowiecka-Kabsch K., & Szewczyk H. 2001. Mechanika płynów. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
• [15] Jura S., & Jura Z. 2001. "Wpływ składu chemicznego i stopnia sferoidyzacji grafitu na własności mechaniczne żeliwa". Archiwum Odlewnictwa 1(2): 157-174.
• [16] Kledyński Z., & Kodura A. 2022. Rola oddziaływań hydrodynamicznych w awarii rurociągów syfonowych w Warszawie w roku 2019. W XXX International Conference on Structural Failures. Międzyzdroje: Monografia Awarie Budowlane.
• [17] Kodura A. 2018. "Wpływ długości przewodu za zaworem kulowym na parametry uderzenia hydraulicznego w rurociągu z polietylenu o dużej gęstości". Ochrona Środowiska 40(4): 15-20.
• [18] Kodura A. 2019. Wybrane problemy uderzenia hydraulicznego w przewodach ciśnieniowych w świetle eksperymentów. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
• [19] Koreckaj L., & Aleksandrowa T. 2010. "Wpływ wody na tworzywa sztuczne wzmacniane włóknem szklanym". Magazyn Woda 4(17): 18-21.
• [20] Kuliczkowski A. 2004. Rury Kanalizacyjne. Tom II Projektowanie Konstrukcyjne. Kielce: Politechnika Świętokrzyska.
• [21] Kwietniewski M. 2011. Awaryjność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce w świetle badań eksploatacyjnych, 127-140. XXV Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane. Międzyzdroje.
• [22] Lars-Eric J. 2011. Rury z tworzyw sztucznych do zaopatrzenia w wodę i odprowadzania ścieków. Toruń: Polskie Stowarzyszenie Producentów Rur i Kształtek z Tworzyw Sztucznych.
• [23] Małecka I., Wira J., & Małecki Z. J. 2013. "Podatność wybranych rur polimerowych sieci i instalacji wodociągowych na obrosty mikrobiologiczne". Cz. I. Zeszyty Naukowe. Inżynieria Lądowa i Wodna w Kształtowaniu Środowiska V(8-9): 44-56.
• [24] Mitosek M. 2020. Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska. Warszawa: OWPW.
• [25] Nanni A., De Luca A., & Jawaheri Zadeh H. 2014. Glass-Fiber-Reinforced Composites in Building Construction Reinforced Concrete with FRP Bars Mechanics and Design, 73-76. Transportation Research Record.
• [26] Onder A., Sayman O., & Dogan T. 2009. "Burst failure load of composite pressure vessels". Composite Structures 89: 159-166.
• [27] Samanci A., Tarakçioglu N., & Akdemir A. 2011. "Fatigue failure analysis of surface cracked (±45º) filament wound GRP pipes under internal pressure". Journal of Composite Materials 1(1): 1-10.
• [28] Schijve J. 1978. "Internal fatigue cracks are growing in vacuum". Engineering Fracture Mechanics 10(2): 359-370.
• [29] Schijve J. 2003. "Fatigue of structures and materials in the 20th century and the state of the art". International Journal of Fatigue 25(8): 679-702.
• [30] Sendeckiyj G. 2006. Early Railroad Accidents and the Origins of Research on Fatigue of Metals. W Appendix A of Theodore Nicholas. High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective.
• [31] Sobota R., Joszko K., Gzik-Zroska B., Markowski J., & Kawlewska E. 2019. "Ocena właściwości wytrzymałościowych materiałów na rurki tracheostomijne". Aktualne Problemy Biomechaniki 18: 47-53.
• [32] Tarakcioglu N., Akdemir A., &. Avci A. 2001. "Strength of filament wound GRP pipes with surface crack". Composites Part B: Engineering 32(2): 131-138.
• [33] Weitsman Y. J. 1996. Progress in Durability Analysis of Composite Systems. Proceedings of the 3rd international conference . Blacksburg: DURACOSYs.
• [34] Yao J., & Ziegmann G. 2007. "Water Absorption Behavior and Its Influence on Properties of GRP Pipe". Journal of Composite Materials 41(8): 993-1008.
• [35] Zacharasz A. 2019. O różnych sposobach odtwarzania i udostępniania natury w parkach od XIX do XXI wieku - zachwyt dzikością i rodzimością, potrzeba ochrony przyrody i dialogu z naturą. Aspekty konserwatorskie i ekologiczne w ochronie krajobrazu, cz. 1, 23-37.
• [36] https://www.amiblu.com/pl/odlewania-odsrodkowego-technologia-hobas [dostęp: 20.03.2023].
• [37] https://www.pipelife.pl/content/dam/pipelife/poland/marketing/downloads/bibliotekapdf/katalogi_techniczne_pdf/k_PP-R_Pipelife.pdf [dostęp: 20.03.2023].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).