برای اجرای قوس ها، دور زدن موانع و کاهش تعداد اتصالات در خطوط پلی اتیلن، دانستن روش محاسبه خمش ضروری است. پیمانکار با محاسبه صحیح شعاع خمش، از چین خوردگی، بیضوی شدن و تنش بیش ازحد جلوگیری می کند و خریدار عمده می تواند SDR مناسب را هوشمندانه انتخاب کند.
مفاهیم کلیدی خمش لوله پلی اتیلن (HDPE) و تعاریف مهندسی
خمش در لوله پلی اتیلن (PE100/PE4710) به صورت «قوس سرد» و بدون حرارت دهی انجام می شود. پارامتر اصلی، شعاع خمش R است که هرچه کوچک تر باشد، کرنش الیاف بیرونی بیشتر می شود. شاخص های پرکاربرد شامل قطر خارجی Do، SDR، ضخامت t و دما هستند. کنترل خمش با رویکرد «کرنش مجاز» مطمئن ترین روش برای طراحی و نصب است.
گام ۱ — داده های ورودی برای محاسبه خمش
پیش از محاسبه، قطر خارجی، SDR/PN، گرید پلی اتیلن، دمای نصب و نوع کاربرد (قوس پایدار در ترانشه، کشش HDD، یا نصب روزمینی) مشخص شود. همچنین طول قوس، زاویه موردنیاز و محدودیت های پروژه (حریم، خاک ریزی، فضای کار) تعیین گردد.
سایز اسمی (DN): 63 تا 630 میلی متر قطر خارجی (Do): برحسب استاندارد ISO 4427 / EN 12201 ضخامت (t): از SDR (SDR = Do / t) فشار کاری معمول: PN10 - PN16 (SDR17 تا SDR11) گرید: PE100 یا PE4710 دمای نصب: 5°C تا 40°C کاربرد: ترانشه، HDD/Sliplining، نصب روزمینی
گام ۲ — فرمول محاسبه حداقل شعاع خمش با روش کرنش مجاز
مبنای طراحی، محدودکردن کرنش خمشی در الیاف بیرونی به مقدار مجاز است. رابطه ساده و مطمئن زیر استفاده می شود. سپس با توجه به دما و پایداری قوس، εallow انتخاب می گردد.
کرنش خمشی (ε_b) = Do / (2R) حداقل شعاع خمش (R_min) = Do / (2 × ε_allow) مقادیر پیشنهادی ε_allow برای PE100 در حالت «قوس سرد»: - نصب و بهره برداری مدفون در 20°C: ε_allow ≈ 2% (0.02) → R_min ≈ 25 × Do - مدفون پایدار در 30–40°C یا اطمینان بیشتر: ε_allow ≈ 1.5% → R_min ≈ 33 × Do - نصب روزمینی یا دمای بالا/بار بلندمدت: ε_allow ≈ 1% → R_min ≈ 50 × Do
برای تخمین زاویه قوس، رابطه طول قوس s و شعاع R به کار می رود: θ = s/R (رادیان) یا θ(درجه) = 57.3 × s/R.
گام ۳ — اثر SDR، دما و فشار کاری بر خمش مجاز
لوله با SDR کوچک (دیوار ضخیم تر) سخت تر خم می شود و در عمل ممکن است نیاز به شعاع بزرگ تری نسبت به مقدار محاسباتی داشته باشد تا از بیضوی شدن جلوگیری شود. در دماهای بالاتر، مدول الاستیسیته و کرنش پذیری بلندمدت کاهش می یابد؛ بنابراین شعاع خمش بزرگ تر در نظر بگیرید. در هنگام خمش، لوله عموماً بدون فشار داخلی است؛ بعد از مدفون شدن، فشار بهره برداری به دلیل محصورشدگی خاک بر پایداری قوس تأثیر منفی عمده ندارد ولی برای خطوط بالادست، خمش پایدار باید محافظه کارانه تر انتخاب شود.
راهنمای سریع انتخاب R_min (محافظه کارانه): - SDR17 تا SDR26 (مدفون): R_min ≈ 25–30 × Do - SDR11 تا SDR13.6 (مدفون): R_min ≈ 30–40 × Do - نصب روزمینی/بار بلندمدت: R_min ≈ 40–50 × Do - کشش HDD/سوراخکاری افقی: R_min طراحی ≈ 100 × Do (ایمن برای کشش)
گام ۴ — کنترل خمش در نصب داخل ترانشه (قوس سرد)
قوس باید یکنواخت و در طول کافی توزیع شود؛ از ایجاد «خم نقطه ای» خودداری کنید. بستر شنی نرم و یکنواخت، آزادسازی تدریجی لوله و مهار موقت با کیسه های ماسه برای تثبیت شعاع توصیه می شود. پس از رسیدن به قوس هدف، بک فیل مرحله ای و متقارن انجام دهید تا جابجایی شعاع رخ ندهد. حرارت دهی برای شکل دهی دائم توصیه نمی شود؛ به جای آن، طول قوس را افزایش دهید تا به شعاع مجاز برسید.
گام ۵ — خمش در HDD، Sliplining و نصب روزمینی
در HDD و کشش طولانی، علاوه بر خمش، کشش محوری و اصطکاک هم زمان وجود دارد. انتخاب شعاع محافظه کارانه تر، ریسک آسیب را به طور چشمگیری کاهش می دهد. برای Sliplining داخل لوله موجود، مسیر غالباً شعاع بزرگ دارد؛ با این حال بیضوی شدن در محل های شکستگی مسیر باید کنترل شود. در خطوط روزمینی، خزش بلندمدت و انبساط حرارتی مؤثرند؛ مهارهای لغزنده و تکیه گاه ها طوری چیده شوند که شعاع واقعی از مقادیر پیشنهادی کمتر نشود.
پیشنهاد کاربردی: - HDD (کشش/پول بک): R طراحی ≥ 100 × Do - Sliplining مدفون: R_min ≈ 30–40 × Do - روزمینی با تکیه گاه: R_min ≈ 40–50 × Do + کنترل انبساط حرارتی
گام ۶ — محاسبه شعاع خمش از اندازه گیری میدانی (کنترل اجرا)
اگر قوس در محل اجرا شده و نیاز به راستی آزمایی دارید، با روش وتر-خیز محاسبه کنید. یک طول وتر L روی قوس علامت گذاری کنید و بیشینه خیز میانی M را اندازه بگیرید، سپس R را از روابط زیر بدست آورید.
R ≈ (L^2) / (8M) + (M / 2) (برای قوس دایره ای) θ(درجه) = 57.3 × L / R (تقریب در قوس های کوچک: s ≈ L)
اگر R محاسبه شده از R_min کمتر بود، طول قوس را افزایش دهید یا مسیر را اصلاح کنید.
گام ۷ — بررسی تنش، مدول و خزش بلندمدت
در پلی اتیلن، کنترل بر مبنای کرنش ساده و کافی است، اما برآورد تنش برای فهم حاشیه ایمنی مفید است. تنش خمشی تقریباً σ = E × εb است. مدول کوتاه مدت بزرگ تر و در بلندمدت به دلیل خزش کمتر است؛ لذا طراحی پایدار باید بر اساس کرنش مجاز محافظه کارانه کنترل شود.
E (مدول الاستیسیته PE100 در 20°C): - کوتاه مدت: ~ 800 تا 1100 مگاپاسکال - بلندمدت (معادل خزش): ~ 200 تا 300 مگاپاسکال σ_b ≈ E × (Do / (2R))
گام ۸ — استانداردها و الزامات تولیدکننده
الزامات دقیق شعاع خمش ممکن است در کاتالوگ تولیدکننده برای هر SDR متفاوت اعلام شود. همواره داده برگ محصول را مبنا قرار دهید و الزامات آزمون های جوش لب به لب و الکتروفیوژن را رعایت کنید. برای پروژه های آب رسانی و فاضلاب، استانداردهای زیر مرجع انتخاب SDR، PN و کیفیت ماده هستند.
استاندارد ماده/لوله: - ISO 4427 (آبرسانی)، EN 12201 (اروپا)، AWWA C906 (آمریکا) - ISO 21307 (روش های جوش لب به لب)، ISO 12176 (تجهیزات جوش) - PPI Handbook (راهنمای عملی HDPE) نمونه نشانه گذاری: PE100 SDR11 PN16 → مناسب خطوط فشار متوسط با شعاع خمش محاسباتی بزرگ تر از 30×Do
نمونه محاسبه عددی (گام به گام)
فرض: لوله PE100، قطر خارجی 160 میلی متر، SDR11، مدفون، دمای نصب 25°C، قوس پایدار موردنیاز.
داده ها: Do = 160 mm کاربری: قوس پایدار مدفون در 25°C انتخاب کرنش مجاز: ε_allow = 1.5% = 0.015 (محافظه کارانه برای SDR11) محاسبه: R_min = Do / (2 × ε_allow) = 160 / (0.03) ≈ 5333 mm ≈ 5.33 m کنترل اجرایی: برای ایجاد انحراف 20°، طول قوس لازم: θ = 20° = 0.349 رادیان → s = θ × R ≈ 0.349 × 5.33 ≈ 1.86 m نتیجه: قوس یکنواخت حداقل در طول ~1.9 m اجرا شود و شعاع واقعی با روش وتر-خیز کنترل گردد. برای HDD همین لوله: R طراحی HDD ≥ 100 × Do = 16 m (ایمن برای کشش)
نکات اجرایی، نگهداری و بازرسی
قوس را پیش از بک فیل تثبیت و با رقوم برداری ثبت کنید. از رهاسازی ناگهانی لوله کویلی خودداری شود تا قوس ناخواسته ایجاد نشود. در جوشکاری الکتروفیوژن، در محدوده کوپلر از هرگونه خمش خودداری کنید و حداقل طول مستقیم مطابق دستور سازنده را رعایت کنید. پس از بهره برداری، در خطوط روزمینی، بازدید دوره ای تکیه گاه ها و مهارها، اطمینان از عدم کاهش شعاع و کنترل ترک های تنشی توصیه می شود. برای مشاهده و خرید عمده انواع لوله و اتصالات استاندارد، و دریافت مشاوره تخصصی می توانید به AbrahPipe مراجعه کنید.