Металлокомпозитная труба

Полезная модель относится к трубопроводной технике, в частности к многослойным трубам, и может быть использована в качестве составных элементов магистральных и распределительных трубопроводов тепловых сетей.
В настоящие время широко используются три основных класса материалов для трубопроводов: металлические (чаще всего стальные или чугунные), полимерные и композитные.
Металлические трубы обладают высокой термостойкостью и высокими прочностными характеристиками, однако имеют существенный недостаток, заключающийся в низкой коррозионной стойкости. Коррозия в металлических трубопроводах, содержащих, например, стальные и/или чугунные трубы, приводит к образованию дефектов и последующему выходу трубопровода из строя.
Использование в теплосетях труб из полимеров решает проблему коррозии трубопровода в процессе его эксплуатации. Однако полимерные трубы имеют низкие термическую стойкость и прочностные характеристики.
Наиболее эффективным с точки зрения эксплуатационных параметров является использование в теплосетях многокомпонентных труб, содержащих два или более слоев из материалов с различными физико-химическими свойствами.
Так, известна многослойная нанокомпозитная металлополимерная труба(см. патент RU № 88311, МПК В32В 15/08, В29С 47/04, В82В 3/00, опубликован 10.11.2009 г.), содержащая не менее чем один слой металла, слои адгезива и слои полимера. Слой металла выполнен из алюминия или его сплавов, из меди или ее сплавов, или из стали.
В известной трубе обеспечивается высокая надежность соединений металл-полимер, что повышает ее механическую прочность, а выполнение внутреннего слоя из полимера решает проблему коррозии, однако ограничивает область применения такой трубы теплосетями, температура теплоносителя в которых не превышает критической для полимерного слоя.
Известна труба теплогидроизолированная с наружным полимерным покрытием (см. патент RU № 190240, МПК F16L9/18, F16L9/147, F16L59/15, опубликован 24.06.2019 г.), содержащая трубопроводный элемент и последовательно расположенные над ним: теплоизоляционный слой из пенополиуретана с центрирующими опорами, и наружное полимерное покрытие защитной оболочки, при этом между теплоизоляционным слоем из пенополиуретана с центрирующими опорами и наружным полимерным покрытием защитной оболочки расположена металлическая защитная оболочка.
Известное техническое решение обеспечивает высокую теплоизоляцию трубного элемента, но не решает проблемы коррозии внутреннего слоя.
Известен принятый в качестве ближайшего аналога трубопроводный элемент на основе железа, содержащий наружное покрытие (см. патент RU № 2641793, МПК F16L58/08, F16L58/10, F16L9/147, опубликован 22.01.2018 г.), состоящее из:
- первого слоя, расположенного на трубопроводном элементе и включающего в себя, по меньшей мере, один пористый слой сплава цинк/алюминий, содержащий от 5 до 60 мас. % алюминия;
- второго слоя адгезива, расположенного на первом слое;
- третьего слоя, расположенного на втором слое и содержащего синтетический органический материал,
при этом третий слой выполнен с возможностью формирования водонепроницаемого барьера между металлической стенкой базового трубопроводного элемента и землей.
Основным недостатком известного трубопроводного элемента является низкая коррозийная стойкость его внутреннего слоя на основе железа. Кроме того, процесс изготовления такого элемента является технологически сложным.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка композитной трубы для использования в теплосетях с широким температурным диапазоном теплоносителя.
Технический результат заключается в повышении износостойкости, коррозионной стойкости и снижения гигроскопичности технологичной в производстве металлокомпозитной трубы.
Технический результат достигается за счет того, что металлокомпозитная труба содержит внутренний слой из коррозионностойкого алюминиевого сплава АМЦс пониженным содержанием меди, и наружный композитный слой, который представляет собой армированный стекловолокном термостойкий реактопласт из класса эпоксидных смол с алифатическим или ароматическим типом отвердителя, при этом массовая доля стекловолокна в наружном композитном слое составляет не менее 80%, а соотношение толщин внутреннего и наружного слоев составляет не более 1:4.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен поперечный разрез металлокомпозитной трубы.
Металлокомпозитная труба состоит из внутреннего и наружного слоев 1 и 2, соответственно.
Изготовление внутреннего слоя 1 из алюминиевого сплава производят методами холодной деформации, прессования или сваривания. На изготовленном внутреннем слое 1, представляющем собой трубу, способами спирально-кольцевой, или спирально-ленточной, или косослойной поперечно-продольной намотки с футеровкой создают наружный композитный слой 2. В процессе создания наружного слоя 2 на торцах получаемой металлокомпозитной трубы осуществляют формовку соединительных элементов соответствующим утолщением композитного слоя 2. Далее полученное изделие подвергают нагреву в течение времени, необходимого для достижения степени отверждения композита не менее 95%. Условный диаметр полученной металлокомпозитной трубы может варьироваться от 50 до 600 мм, а максимальная длина выпускаемой трубы может составлять до 12 метров.
Для сборки заявляемых металлокомпозитных труб в трубопровод могут применяться резьбовые, фланцевые, муфтовые, клеевые конусные, раструбно-шиповые с двойным кольцевым уплотнением или быстроразъемные соединения.
Заявляемое техническое решение за счет использования в качестве внутреннего слоя 1 алюминиевого сплава АМЦ, с пониженным содержанием меди(рекомендовано не более 0.10%), обеспечивает коррозионную стойкость, а также низкую гигроскопичность. Использование в качестве наружного слоя 2 армированного стекловолокном термостойкого реактопласта из класса эпоксидных смол с алифатическим или ароматическим типом отвердителя с массовой долей стекловолокна не менее 80% в совокупности с соотношением толщин внутреннего 1 и наружного 2 слоев не более 1:4 обеспечивает надежную защиту внутреннего слоя 1 от механических воздействий и придает необходимую прочности конструкции.
При этом процесс изготовления заявляемой металлокомпозитной трубы высокотехнологичен, не требует наличия промежуточных адгезионных слоев, обеспечивая при этом надежное соединение элементов конструкции.
Заявляемое решение повышает надежность трубопровода и позволяет эксплуатировать теплоноситель с более высокой рабочей температурой по сравнению с полимерными трубами. Стендовые испытания заявляемого решения, при температуре теплоносителя 150°С и давлении 16 атм, показали высокие показатели надежности по сравнению с рядом образцов традиционных композитных труб, представленных на рынке.