УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОГИДРОИЗОЛИРОВАННЫХ БИПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ

Предполагаемая полезная модель относится к области производства пластмассовых, в частности бипластмассовых теплогидроизолированных труб, а также может быть использована для тепло и гидроизоляции труб тепловых сетей при подземной бесканальной прокладке.
Известен способ тепло- и гидроизоляции стальных труб (патент РФ №2189521, F 16 L 59/14, 2000 г.). В этом способе стальную трубу устанавливают внутри гидроизоляционной полиэтиленовой оболочки, герметизируют пространство между трубой и оболочкой и впрыскивают в него теплоизоляционную композицию, которая вспенивается и твердеет. При этом перед соединением трубы и оболочки наружную поверхность первой подвергают дробеструйной обработке, а внутреннюю поверхность оболочки обрабатывают электроискровым разрядом, что повышает сцепление их с пенополиуретаном. Недостатком известного способа является цикличность работы: каждую трубу изолируют раздельно, что снижает производительность.
Известен также способ изготовления соэкструдированной многослойной трубы (патент РФ №2182868, F 16 L 9/12, В 29 С 47/02, 2001 г.). В известном способе вокруг металлополимерной трубы формируют пористый слой путем экструзии полимерного материала со вспенивающим агентом на наружную поверхность трубы при перемещении ее внутри экструзионной головки. Данный способ отличается от предыдущего непрерывность производственного процесса, что повышает производительность. Недостатком известного способа является ограничение применения вспенивающих агентов: в этом способе невозможно применить пенополиуретан, так как он обладает задержкой времени вспенивания и отверждения - время старта, время гелеобразования, что исключает одновременность формования наружной поверхности теплоизоляции и гидроизоляционной оболочки. В этом способе может использоваться в качестве теплоизоляции только дорогостоящий полиолефин с порофором, что значительно увеличивает стоимость труб. Кроме того, в данном способе используются металлополимерные трубы, обладающие высокой стоимостью.
Известно и принято за прототип устройство для изготовления бипластмассовых труб (патент на полезную модель РФ №38035, F 16 L 9/12, В 29 С 47/02, 2004 г.), включающее устройство формования термопластичной трубной оболочки, устройство формования стеклопластиковой оболочки, тянущее, отрезное и приемное устройства. С помощью данного устройства можно изготовить бипластмассовые трубы (полиолефиновые трубы, покрытые снаружи стеклопластиковой оболочкой), обладающие высокой надежностью в эксплуатации и низкой стоимостью изготовления. Недостатком их являются низкие теплоизоляционные свойства.
Цель предполагаемой полезной модели - создание установки для непрерывного изготовления в едином технологическом цикле бипластмассовых труб с повышенными теплоизоляционными свойствами.
Поставленная цель достигается тем, что в установке для изготовления теплогидроизолированных бипластмассовых труб, содержащей устройство изготовления бипластмассовых труб, включающее устройство формования термопластичной трубы, устройство формования стеклопластиковой оболочки на наружной поверхности трубы, тянущее, отрезное и приемное устройства, согласно предлагаемой полезной модели за устройством формования стеклопластиковой оболочки последовательно установлены блок теплоизоляции для создания на стеклопластиковой оболочке теплоизолирующего слоя и блок для нанесения защитного покрытия на сформированный теплоизолирующий слой.
Возможны дополнительные варианты конструкции установки для изготовления теплогидроизолированных бипластмассовых труб, в которых целесообразно, чтобы:
- блок теплоизоляции включал заливочную насосную машину непрерывного действия для нанесения компонентов теплоизоляции на стеклопластиковую оболочку;
- блок теплоизоляции включал экструдер для нанесения полимерного материала со вспенивающим агентом на стеклопластиковую оболочку;
- в качестве компонентов теплоизоляции были использованы полиол и полиизоцианат;
- блок для нанесения защитного покрытия включал экструдер с угловой головкой;
- за угловой головкой экструдера была установлена калибровочная втулка с охлаждением;
- защитное покрытие было выполнено из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полибутена, стальной полосы;
- блок теплоизоляции включал калибровочную втулку с антиадгезионным покрытием, установленную коаксиально трубе;
- блок теплоизоляции включал несколько установленных друг за другом калибровочных втулок;
- калибровочные втулки были выполнены из тефлона;
- калибровочные втулки были выполнены из двух половин, установленных напротив друг друга с возможностью синхронного с трубой движения;
- втулки были снабжены элементами, фиксирующими их положение друг относительно друга;
- блок теплоизоляции включал катушку с пленкой и лоток для формования оболочки из пленки;
- пленка обладала повышенной адгезией к пенополиуретану,
- за устройством формования стеклопластиковой оболочки было установлено устройство для нанесения адгезива,
- за устройством формования стеклопластиковой оболочки было установлено устройство для намотки и оплавления праймера.
Указанные преимущества, а также особенности предлагаемой полезной модели поясняются вариантами ее осуществления со ссылками на чертежи: на фиг.1 изображена схема установки; на фиг.2 - вариант схемы блока теплоизоляции с подвижной калибровочной втулкой; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 -вариант схемы блока теплоизоляции с оболочкой из пленки; на фиг.6 - вид В на фиг.5; на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.5; на фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.5.
Установка для изготовления теплогидроизолированных бипластмассовых труб содержит устройство изготовления бипластмассовых труб, включающее устройство 1 формования термопластичной трубы, устройство 2 формования стеклопластиковой оболочки на наружной поверхности трубы, тянущее 3, отрезное 4 и приемное 5 устройства. За устройством 2 последовательно установлены блок 6 теплоизоляции для создания на стеклопластиковой оболочке теплоизолирующего слоя и блок 7 для нанесения защитного покрытия на сформированный теплоизолирующий слой. Устройство 1 включает экструдер 8 с головкой, калибровочное устройство 9 с устройством формования ребер на наружной поверхности трубы, устройство охлаждения 10, устройство 11 нарезки канавок на ребрах трубы, тянущее устройство 12. Устройство 2 включает устройство 13 для нанесения связующего компонента на поверхность трубы, устройства 14 и 15 для намотки волокнистого наполнителя на поверхность трубы, устройство 16 для пропитки намотанного волокнистого наполнителя связующим компонентом, туннельную печь 17 для полимеризации стеклопластиковой оболочки на поверхности трубы, тянущее устройство 18. Блок теплоизоляции 6 может состоять из заливочной насосной машины 19 непрерывного действия для нанесения компонентов теплоизоляции на стеклопластиковую оболочку и калибровочной
втулки 20 (фиг.1). Блок 7 может состоять из экструдера 21с угловой головкой, калибровочной втулки 22 и охладителя 23 (фиг.1). На выходе из установки формируется бипластмассовая теплогидроизолированная труба 24. Калибровочная втулка 20 может быть выполнена из нескольких половин 25 и 26, установленных напротив друг друга и закрепленных на цепях 27 и 28 с возможностью синхронного движения с трубой 24 (фиг.2). Головка 29 заливочной машины 19 направлена в полость, образованную половинами 25 и 26, по движению трубы. Для направления и фиксации втулок 25 и 26 относительно друг друга предусмотрены направляющие элементы 30 и 31. В полости 22 образуется вспененный слой 32 на поверхности бипластмассовой трубы 33 (фиг.3 и 4). Блок б может содержать катушку 34 с полиэтиленовой пленкой 35 и лоток 36 для формирования оболочки 37 из пленки (фиг.5, 6, 7 и 8).
Установка работает следующим образом. Из головки экструдера 8 выходит сформованная термопластичная труба, которая поступает в калибратор 9, где дополнительно на наружной поверхности трубы формуются ребра. Из калибратора труба поступает в устройство охлаждения 10. На ребрах трубы в устройстве 11 нарезаются канавки, пересекающие ребра. Из устройства 1 выходит термопластичная труба с ребрами и канавками на ее наружной поверхности. Далее в устройстве 2 на наружную поверхность трубы и канавок наносится связующий компонент (например, эпоксидная смола) устройством 13. Затем на трубу наматывается волокнистый наполнитель (например, стеклоровинг) устройствами 14 и 15, а в устройстве 16 намотанный наполнитель дополнительно пропитывается связующим компонентом. При этом необходимо отметить, что намоточное устройство 15 формирует на поверхности винтовые ребра путем дополнительной намотки утолщенного стеклоровинга (это необходимо для упрочнения соединения вспененного теплоизолирующего слоя с наружной поверхностью стеклоплдастиковой оболочки). Далее труба с намотанным на нее наполнителем и пропитанным связующим поступает в туннельную печь 17, где происходит нагревание и полимеризация стеклопластиковой оболочки. Из устройства 2 выходит термопластичная труба со стеклопластиковой оболочкой на ее наружной поверхности. При этом термопластичная труба и стеклопластиковая оболочка соединены друг с другом механически (за счет соединения ребер и канавок на их наружной и внутренней поверхностях), благодаря чему получается новая труба - бипластмассовая. На наружную поверхность бипластмассовой трубы заливочной насосной машиной 19 наносятся компоненты теплоизоляции. В качестве компонентов теплоизоляции могут быть полиол (компонент А) и полиизоцианат (компонент Б). Компоненты А и Б в головке машины 19 тщательно перемешиваются и наносятся уже в виде смеси. Между компонентами А и Б происходит реакция полимеризации, в результате чего на поверхности стеклопластиковой оболочки образуется вспененный слой. Реакция полимеризации происходит во время перемещения трубы внутри втулки 20, поэтому наружный диаметр вспененного слоя ограничен внутренней поверхностью втулки. Благодаря винтовым ребрам на наружной поверхности стелопластиковой оболочки, сформированным на устройстве 15, повышается сцепление вспененного слоя с поверхностью оболочки. Из устройств блока 6 выходит бипластмассовая труба с теплоизоляционным слоем на ее наружной поверхности. При прохождении трубой с теплоизоляционньм слоем головки экструдера 21 на поверхность вспененного слоя экструдируется защитный материал, например, полиэтилен, образуя защитную оболочку. Наружная поверхность защитной оболочки формируется в калибровочной втулке 22, затем охлаждается в устройстве 23. Из блока 7 выходит теплогидроизолированная бипластмассовая труба 24. Производство трубы 24 осуществляется в едином технологическом цикле, что обеспечивает высокую производительность. Труба 24 имеет вспененный слой, что обеспечивает высокие теплоизоляционные свойства трубы. Технология изготовления трубы 24 предусматривает изменение толщины наносимого вспененного слоя в зависимости от условий эксплуатации. Благодаря этому для различных климатических условий может быть сформован вспененный слой с оптимальными теплоизоляционньми качествами.
Применение в блоке теплоизоляции 6 в качестве элемента 19 экструдера для нанесения полимерного материала со вспенивающим агентом позволит получить в непрерывном технологическом цикле вспененный слой с более высокими теплоизоляционными свойствами, например, для крайнего Севера. При этом, несмотря на более высокую стоимость компонентов теплоизоляции, снижение ее толщины по сравнению с пенополиуретановой теплоизоляции может дать экономию.
Применение в качестве компонентов теплоизоляции полиола и полиизоцианата обеспечивает получение трубы с высокими теплоизоляционными качествами по низкой цене. Кроме того, заливочные машины 19 низкого и высокого давления для получения пенополиуретановой изоляции (используются полиол и полиизоцианат) имеют широкое распространение и зарекомендовали себя как надежное оборудование.
Использование экструдера 21 с угловой головкой для получения защитного покрытия теплоизоляционного слоя обеспечивает непрерывность технологического процесса изготовления теплогидроизолированной трубы 24.
Применение калибровочной втулки 22 с охлаждением 23 за угловой головкой обеспечивает повышение качества и прочности защитного покрытия.
Выполнение защитного покрытия из полиэтилена, или полипропилена, или поливинилхлорида, или полибутена обеспечивает получение качественного защитного покрытия в едином технологическом цикле путем экструзии. Применение стальной ленты обеспечит непрерывность технологического процесса путем ее винтовой навивки на поверхность теплоизоляции.
Применение в блоке теплоизоляции 6 калибровочной втулки 20 обеспечит получение ровной наружной поверхности вспененного слоя необходимого диаметра. Коаксиальное ее расположение относительно трубы обеспечит оптимальные теплоизоляционные свойства при минимальных затратах материала. Применение антиадгезионного слоя на внутренней поверхности втулки 20 обеспечит надежность производства труб, так как снизит трение теплоизоляционного слоя по втулке и исключит задиры. Кроме того, это облегчит получение высокой плотности вспененного слоя, что повысит прочность теплоизоляции. Выполнение втулки 20 из тефлона обеспечит высокие антиадгезионные свойства.
Использование нескольких установленных последовательно друг за другом калибровочных втулок 20 в блоке теплоизоляции 6 позволит регулировать общую длину калибровки, что даст возможность применять теплоизоляционные материалы с различными свойствами. Например, при использовании пенополиуретана с большим временем старта и гелеобразования потребуется увеличение длины втулки 20, и наоборот. Это расширяет возможности установки по применению исходных материалов с различными свойствами.
Для получения теплоизоляции высокой плотности и для использования пенополиуретана с большим временем старта и гелеобразования требуется большая длина калибровочной втулки 20 в блоке 6, а это связано с большими потерями на трение. Для уменьшения потерь на трение втулки могут быть выполнены из двух половин 25, 26 (фиг.2), установленных напротив друг друга на цепях 27, 28. Цепи 27, 28 имеют возможность синхронного с трубой 24 движения (привод цепей условно не показан). При этом заливочная насосная машина 19 впрыскивает смесь компонентов А и Б с помощью головки 29 на поверхность трубы 33 в пространство 20 между втулками 25, 26, где осуществляется полимеризация пенополиуретана и образуется вспененный слой 32. При этом половинки втулок 25 и 26 образуют вокруг трубы 33 цилиндрическую полость 20, коаксиальную трубе. Количество втулок 25 и 26 и длина цепей 27 и 28 подбираются исходя из скорости движения трубы 33 и времени старта и гелеобразования пенополиуретана до полной его полимеризации между втулками 25 и 26. При образовании вспененного слоя 32 высокой плотности на втулки 25 и 26 будут действовать усилия, стремящиеся сдвинуть их относительно друг друга. Направляющие и фиксирующие элементы 30 и 31 обеспечивают фиксированное положение втулок 25 и 26 относительно друг друга, что гарантирует качество изготовления вспененного слоя.
Для повышения надежности процесса производства теплогидроизолированных труб в едином технологическом цикле за счет исключения прилипания вспененного слоя теплоизоляции к втулке 20 блок изоляции 6 может быть снабжен катушкой 34 с пленкой 35 (например, полиэтиленовой) и лотком 36 (фиг.5, 6, 7 и 8). Лоток 36 установлен перед втулкой 20 и служит для формования пленки 35 внутри втулки в виде цилиндра 37. Компоненты пенополиуретана впрыскиваются головкой 29 внутрь цилиндра 37, где и осуществляется вспенивание теплоизоляционного слоя 32. Благодаря высоким антифрикционным свойствам пленки 35 снижаются потери на трение во втулке 20 и исключается прилипание к ней вспененного слоя 32. Кроме того, пленка 35 может быть изготовлена с применением добавок, повышающих адгезию пенополиуретана к полиэтилену, что повышает прочность и долговечность бипластмассовой теплогидроизолированной трубы 24.
Для повышения надежности и прочности бипластмассовых теплоигидроизолированных труб на поверхность стеклопластиковой оболочки может быть нанесен адгезив, повышающий сцепление вспененного теплоизоляционного слоя со стеклопластиковой оболочкой. С этой же целью на поверхность стеклопластиковой оболочки может быть намотан праймер (например лента из сэвилена) с последующим его оплавлением. Сэвилен хорошо сцепляется со стеклопластиком и с пенополиуртаном, что повысит прочность трубы. Для этого необходимо вместо устройства 18 или сразу за ним установить устройство по нанесению адгезива (дополнительное устройство 13) или устройство по намотке праймера (дополнительное намоточное устройство 14) и устройство его оплавления (дополнительную туннельную печь 17).