МНОГОСЛОЙНАЯ ТРУБА ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Техническое решение относится к многослойным полимерным изделиям, например, к многослойным трубам, таким которые можно использовать для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения.
Из уровня техники для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения известно использование металлических (стальные и медные) труб. Однако их использование требует высоких расходов на транспортировку (высокая масса используемого материала) и на строительство систем водоснабжения (прокладка систем в специальных бетонных каналах, дорогостоящие опоры, компенсаторы теплового расширения, специальные сигнальные системы о протечках). Кроме этого медные трубы очень дороги, а стальные склонны к коррозии и зарастанию, срок службы их (особенно в условиях больших городов вследствие электрохимической коррозии) не превышает 10-15 лет.
Поэтому применяют полимерные трубы, которые легче стальных, что существенно облегчает их транспортировку и монтаж. Кроме этого, полимерные трубы экологически чисты и гигиенически безопасны, не имеют склонности к зарастанию, устойчивы к замерзанию воды и др. аварийным ситуациям.
Например, известна двухслойная пластиковая труба, внутренний слой которой выполнен из сшитого полиэтилена, определяющего прочностные свойства трубы, а наружный слой является изолирующим и выполнен из полимера, препятствующего проникновению паров и газов (RU 2003122284 2005)
Из уровня техники известна наиболее близкая к заявленной полезной модели многослойная труба для горячей воды, используемая в системах горячего водоснабжения и теплоснабжения, в соответствии с патентом RU 2224160 2004, включающая основной слой, барьерный слой и полимерную наружную оболочку. Основной слой (тело трубы) выполнен из сшитого полиэтилена, барьерный - из специального полимера.
Недостатком такой трубы является невозможность обеспечения длительной прочности при длительной эксплуатации без увеличения ее веса, стоимости.
Устранение недостаточной прочности армированием труб высокопрочными лентами или нитями позволяет решить задачу увеличения прочности трубопровода.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения указанной задачи, является повышение прочности трубы, и как следствие - повышение рабочего давления трубопровода и снижение материалоемкости, уменьшение стоимости труб и увеличение производительности технологических линий при производстве труб, при сохранении эксплуатационных параметров трубопровода (рабочее давление, температура эксплуатации) и срока его службы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что многослойная труба для водоснабжения и теплоснабжения, содержит, по меньшей мере, одну внутреннюю оболочку в виде трубы круглого сечения из поперечно сшитого под действием пероксида с добавлением антиоксиданта полиэтилена РЕХ-а с однослойной армирующей системой из не менее трех групп высокопрочных нитей и/или лент из арамидного волокна, переплетенных в трех направлениях так, что, по меньшей мере, две из этих групп переплетены под углом к оси трубы во взаимно противоположных направлениях, а, по меньшей мере, одна группа нитей и/или лент вплетена через каждый из виток других групп в направлении, не совпадающем с первыми двумя, высокотемпературный адгезив на внешней поверхности внутренней оболочки и защитную оболочку в виде слоя из высокотемпературного полимера с добавлением светостабилизатора, нанесенный поверх армирующей системы, и изоляционную систему.
Дополнительно труба характеризоваться следующими признаками:
- изоляционная система может быть выполнена в виде, по меньшей мере, одного слоя теплоизоляции, гидроизоляционной системы и кислородно-защитного барьерного слоя;
- третья группа нитей и/или лент расположена вдоль оси трубы и переплетена с предыдущими двумя слоями;
- армирующая система выполнена из арамидного волокна Kevlar DuPont;
- качестве материала защитного слоя использован полимер на базе сополимера этилена с светостабилизатором - красителем красного цвета;
- в качестве теплоизоляционного слоя использован полужесткий пенополиуретан;
- гидроизоляционная система выполнена из кабельного полиэтилена черного цвета или с добавлением красящего пигмента черного цвета со светостабилизатором для повышения устойчивости к воздействию ультрафиолета;
- в качестве кислородно-защитного барьерного слоя использована коронированная пленка.
Предлагаемая труба предназначена для работы в условиях переменных температур при рабочем давлении около 1.0 МПа. Выполнение внутренней оболочки (тела трубы) из поперечно сшитого под действием пероксида с добавлением антиоксиданта полиэтилена РЕХ-а обеспечивает ее теплостойкость, а применение указанного вида армирования повышая прочность, снижает расход основного материала (сшитого полиэтилена) при сохранении прочностных свойств трубы.
На фиг.1 представлено схематическое изображение многослойной трубы в разрезе (а) и схема выполнения вариантов армирующей системы (б), где 1 - труба круглого сечения, 2 - высокотемпературный адгезив, 3 - армирующая система, 4 - защитная оболочка, 5 - изоляционная система.
1
Армирующая система (б) содержит 6, 6 - группы нитей переплетенные под углом к оси трубы во взаимно противоположных направлениях, 7 - одна группа нитей вплетена через каждый из виток других групп в направлении, не совпадающем с первыми двумя
Осуществление полезной модели.
Функциональная труба (несущая труба): тонкостенная труба из сшитого полиэтилена РЕХ-А (поперечно сшитый ПНД под действием пероксида с добавлением антиоксиданта, по методу Энгеля), слой адгезива (высокотемпературный адгезив), армирующая система из арамидного волокна (Kevlar DuPont), защитный слой из высокотемпературного полимера с добавлением красителя красного цвета. Еще один слой адгезива с кислородно-защитным барьером наносится по желанию, этот слой располагается между армирующим слоем и защитным покрытием.
Используется также тепло-гидроизоляция функциональной трубы с целью минимизации тепловых потерь при транспортировки по трубопроводу теплоносителя. Например, теплоизоляция состоит из полужесткого пенополиуретана, гидроизоляция - из ПВД (кабельный полиэтилен) с черного цвета или с добавлением красящего пигмента черного цвета. Так же в гидроизоляционный слой добавляется светостабилизатор (необходим для повышения устойчивости гидрозащитного покрытия к воздействию ультрафиолета). Между тепло и гидроизоляцией расположена технологическая пленка с барьерным эффектом (предотвращает проникновение кислорода внутрь теплоизоляции и, сквозь несущую трубу, в теплоноситель).
Давление, которое выдержит армирующая система, определяется нормативной прочностью нитей и их числом.
Перед армированием на внешнюю поверхность герметизирующей оболочки из сшитого полиэтилена наносится слой адгезива.
Свойства используемых материалов приведены в Таблице 1.
Таблица 1.
Материал
Марка
Свойства
Значение
РЕХ-А ПНД
Borealis Borpex НЕ 1878 или Basell Lupolen 5261 Z
Показатель текучести расплава
3 г/10 мин
Плотность
955 кг/м. куб.
Относительное удлинение при разрыве
>600%
Предел прочности при растяжении
22-27 МПа
Модуль Юнга
1200 МПа
Адгезив
Mitsui Admer NF468E
Показатель текучести расплава
4 г/10 мин
Плотность
920 кг/м. куб
Относительное удлинение при разрыве
>500%
Предел прочности при растяжении
18 МПа
Арамидное волокно
DuPont Kevlar 29
Линейная плотность
1670дТекс
Используется двойная и четверная нить (3300 дТекс и 6600 дТекс)
Плотность
1,44 г/см. куб.
Разрывная нагрузка
334 Н
Удельная относительная разрывная нагрузка
200 сН/текс
Модуль Юнга
5216 сН/текс
Защитное покрытие
DOW Dowlex 2388
Плотность
0,941 г/см. куб
Предел прочности при растяжении
36 МПа
Относительное удлинение при разрыве
780%
Модуль Юнга
650 МПа
ППУ
Huntsmann DataFoam ТЕ44229
Плотность
>55 кг/м. куб.
Теплопроводность
<0.033 Вт/м*К
Защитная оболочка ПВД
ПВД 153-10К
Показатель текучести расплава
0,29-0,39 г/10 мин
Предел прочности при растяжении
13 МПа
Относительное удлинение при разрыве
>600%
Оплетка производится на специальном оборудовании. Нити расположены на катушках, которые особым образом движутся вокруг трубы в плоскости перпендикулярной ее оси. Катушки разделены на три группы: две группы по 18 (36) катушек, которые наносят нить под углом к оси трубы и одна группа из 9 катушек, которые наносят нить вдоль оси трубы. Каждая из первых двух групп катушек плетет нить в своем направлении, то есть, например, если первая группа из 18 (36) катушек оплетает трубу по часовой стрелке, то вторая группа оплетает трубу против часовой стрелки. В процессе движения первые две группы на каждом витке меняются местами таким образом, что та нить, которая на предыдущем витке была снизу, на следующем витке будет сверху. При этом продольные нити вплетаются между нитями, наносимыми под углом.
Внутренняя оболочка, рассматриваемой конструкции является тонкостенной, т.е. тоньше гомогенной трубы из сшитого полиэтилена, поэтому без армирующей системы не способна выдерживать заданное трубопроводу давление. Для обеспечения прочности трубы используется армирующая система из арамидных нитей определенным образом преплетенных. Прочностные характеристики системы из арамидных нитей многократно выше, чем у сшитого полиэтилена, поэтому переплетенные между собой нити компенсируют незначительную толщину внутренней оболочки из сшитого полиэтилена, что ведет к повышению прочности трубы, и как следствие - повышению рабочего давления трубопровода и снижению материалоемкости, уменьшению стоимости труб и увеличению производительности технологических линий при производстве труб, при сохранению эксплуатационных параметров трубопровода (рабочее давление, температура эксплуатации) и срока его службы.