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灌溉系統中PE管的熱脹冷縮問題
作者:admin 發布日期:2020/11/26 關注次數: 二維碼分享

一、項目中的實際問題

在灌溉系統中,通常把PE管鋪設在地表,用作灌溉支管和毛管,有高密度PE管(HDPE)和低密度PE管(LDPE、LLDPE)。在使用過程中,用戶常常咨詢兩個問題,一是PE管在安裝時都鋪設的很直,現在怎么歪七扭八了,變蛇形了;二是為了美觀,把PE管拉的很直,根本沒人去動它,使用過程中,好多倒刺接頭莫名其妙地就自己脫開了。這究竟是什么原因呢?

二、PE管材的線膨脹系數

《GB/T 2035-2008 塑料術語及其定義》中對線膨脹系數的定義,是指溫度每變化1℃,每單位長度材料的長度可逆變化量?!督o水塑料管道軸向線膨脹系數實驗方法》編寫組,于2012年對各種塑料管道進行了試驗,其中PE管的軸向線膨脹系數為:(150~190)×10-6m/m·℃。低密度PE管比高密度PE管的線膨脹系數更大。

三、最大伸縮量估算

管道縱向伸縮量通用計算式:

ΔL=α×ΔT×L

式中:

ΔL——伸縮量(m);

α——線膨脹系數(m/m·℃);

ΔT——使用環境的最大溫度差(℃);

L——實際鋪設的管線長度(m)。

例如,每100m的PE管,鋪在地表使用,若晝夜地表溫差30℃,其伸縮量大約在0.45~0.57m之間。因此,在工程實際中,就有每百米PE管的最大伸縮量在0.5m左右的提法。低密度PE管的伸縮量會更大些。

由上述可知,只要查到所用管材對應的線膨脹系數α,就可以估算任何管材的最大伸縮量,因為使用環境的最大溫度差ΔT、實際鋪設的管線長度L,都是工程實際數據,很容易得到。

四、原因分析

伸縮量有兩層意義。一是在環境溫度升高時,PE管道會“熱脹”;二是在環境溫度降低時,PE管道會“冷縮”。而且伸縮的量還是可逆的。

如上例,在白天地表溫度上升時,每百米PE管會“熱脹”出0.5m,若安裝時對管道做了約束,“熱脹”出的量不能沿軸向傳導至管末端,那么PE管就要向兩側釋放這種變形,自然就會變成了蛇形。即使沒有人為約束PE管道,在農藝作業期間,可能農機壓塌的土壤,無規律的埋住了管道,形成了約束,“熱脹”變形無法縱向傳導,就只能橫向釋放這種變形,表現出來就是管道變成了蛇形。

同樣,比如有些滴灌項目,人們為了追求美觀,把滴灌管(掛起或鋪地)拉的筆直,而且在管末端用鐵絲拉緊。但到了夜間,溫度降低,每百米滴灌管要“冷縮”回0.5m,卻受到人為約束,就只能從倒刺接頭處脫開,釋放冷縮的應力。因此,用掛鉤掛起滴灌管是正確的操作,掛鉤可以在鐵絲上自由滑動,符合PE管熱脹冷縮的特性,而且,施工安裝時,滴灌管應該長出作物行0.5m左右。

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