详谈超高分子量聚乙烯管道外压问题与国内外技术分析

由于超高分子量聚乙烯管道复合管每层紧密结合无滑移，通过“partion”命令将管道分为四层(内层、外层及两复合层)。由于管道受均匀对称外压，属平面应变问题，同时为了和理论做比较，取管道长度20mm。有限元模型中内层外层和基体层单元类型为C3D8I，该单元很适用于严重扭曲现象，位移计算结果较为精确并且计算成本较小。螺旋线钢丝使用ts单元，单元类型T3D2H，采用“Embedde．mand”命令将钢丝线嵌入基体层内以保证钢丝无滑移。用耦合约束命令将模型左端面与定义的参考点耦合；同时在右端面施加对称边界约束，以实现外压作用下的正确边界条件。对于径厚比较小的复合管道，在外压作用下往往会发生椭圆形失稳变形，因此在管道一端的上下两点约束其水平位移，左右两点约束其竖向位移，以保证管道产生纯椭圆变形。模型中的材料性能与理论相同。 超高分子量聚乙烯管道PSP内外层为高密度聚乙烯，加强层为以一定角度正反错绕成型的钢丝网状骨架与由热塑性材料构成的基体紧密结合构成的复合结构。由于材质原因，PSP管在外压作用下更容易出现屈曲失稳问题。朱彦聪等?依据Donnell的扁壳理论求解PSP管在外压下的弹性屈曲荷载。Adomandi等对管中管结构在静水压力作用下的弹性屈曲进行了理论和有限元研究，在有限元模型中设定层与层的接触为 粘结无滑移，而对于有滑移的非粘结层通过两点约束来实现。他们又通过大量的有限元计算来分析复合管外压的承载能力，并在此基础上提出了适合于复合管在外压作用下的简化公式。BaiYong等基于二维环理论，并考虑剪切变形的影响，研究纤维增强管道管道初始椭圆化对外压失稳的影响。龚顺风等基于非线性环理论，研究了深水管道在外压作用下的失稳屈曲理论。 基于BaiYong等的二维壳模型，考虑超高分子量聚乙烯管道受外压时的剪切变形，并结合Halpin—Tsai模型对加强层进行简化，对管道进行外压力学性能分析，采用ABA建立有限元模型，将计算结果与理论进行分析对比。 通过试验得到压力峰值，并与理论，有限元对比，发现三者吻合良好。

如何选择超高分子量聚乙烯管

把超高分子量聚乙烯卜喁１（以下简称ｕＨＭｗＰＥ）管材生产技术列入化工类新材料、新产品的国家科技成果重点推广计划指南项目之一，并公布了ｕＨＭｗＰＥ管材生产技术。《指南》对ｕ删ｗＰＥ管材的评语为“该项目采用连续挤出方式生产ｕ删ｗＰＥ管材，项目工艺先进，无三废排放，设备创新程度高；其抗冲击性是ＰＶＣ管材的２０倍，普通ＰＥ管材的５倍；耐磨性是钢管材的４～７倍，ＰＶＣ和普通ＰＥ管材的１０倍；且具有高抗腐蚀性和杰出的耐候性（特别耐低温）和抗老化性，该工艺和产品填补了国内空白，其主要性能指标已达到国际同类产品先进水平”。 中国建筑学会建筑给水排水研究分会 届学术交流会暨建筑给水排水研究分会成立大会论文集近年来随着国际ＰＥ管原材料价格飙升的趋势，为大限度抑制纯ＰＥ管生产成本，２００４年以来有关企业利用钢丝网作为中间层骨架，研发了超高分子量超强复合（ＵＰＳＵＰ）管和钢丝网骨架聚乙烯复合（ＰＳＰ）管叫，使超高分子量聚乙烯管在比纯ＰＥ管壁厚减小反而性价比更优的条件下，满足建设市场对给水管材日益增涨的中价位高质量的需求。 近些年来，随着超高分子量聚乙烯管在市场上的推广应用，不仅仅在尾矿输送、水煤浆输送等市场成为主导产品，更是逐步走向脱硫输送、管道内外防腐，河道疏浚等更广泛的应用领域。基于各种客观因素，有些行业地区巨大的协调压力及高昂的费用也使难以承受，针对这一问题进行了大量的市场和技术探索和研究，在钢管、铸铁管等管道内衬超高分子量聚乙烯管技术成为解决这一问题的佳途径。 从很多现有管网的现状来看，老旧管道仍占有一定比例，由于输送压力不均匀，维修率和漏失率都很高，是形成巨大的供矿产销差距的主要因素之一，造成矿业公司运行成本大幅度上涨，也是资源的较大浪费。 超高分子量聚乙烯管的生产设备要求： 主要设备包括塑料挤出机、定径套及冷却系统、牵引机、切割机。超高分子量聚乙烯管对挤出机要求不会太苛刻，主要是由于内衬超高分子量聚乙烯管壁较薄，在生产时口模与定径套之间必须有一定的拉伸强度才可以。 当前国内或者合资生产线的定径套大都是半干式，这样的定径套由于没有对料抷进入定径套时进行充分的冷却，容易在牵引的速度过快的情况下，造成表面缺水，如裂痕、麻点等。这种情况下就要选择前端有水环或有两排及以上水眼的定径套进行生产，不仅能保证超高分子量聚乙烯管表面光滑，还不影响到生产效率的提高。