МНОГОСЛОЙНАЯ АРМИРОВАННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к конструкции многослойной армированной полимерной трубы, например, для горячей воды в системах централизованного теплоснабжения и горячего водоснабжения, а также может быть использована в трубах для транспортировки жидких и газообразных сред, к которым материал трубы устойчив в условиях эксплуатации.
Известна многослойная армированная полимерная труба и система труб для транспортировки воды (патент РФ №2457388, МПК F19L 9/12, опубл. 27.07.2012), которая содержит основной слой, как минимум, один армирующий слой, клеевой слой и защитный слой. Клеевой слой выполнен из материала, который не обладает адгезией к материалу армирующего слоя, и образует каналы для обратимого перемещения нитей армирующего слоя. Возможен вариант, когда основной слой трубы выполнен из сшитого или термостойкого полимера, предпочтительно полиэтилена или полибутилена (полибутен), и может содержать, как минимум, один барьерный слой. При этом возможен вариант, когда армирующий слой выполнен в виде сетки из высокопрочных и высокомодульных полимерных нитей, преимущественно, арамидных, полиэфирных, полиэтиленовых, а барьерный слой изготовлен из полярных и неполярных полимеров. Защитный слой может быть выполнен из полиэтилена средней плотности.
Известная многослойная армированная полимерная труба выбирается в качестве прототипа, так как она имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Однако прототип имеет недостатки, а именно:
- пониженная прочность конструкции, которая может не выдержать физические нагрузки при различных температурных условиях, так как армирующий слой жестко не закреплен на основном слое, а покрыт клеевым слоем, выполненным из материала, который не обладает адгезией к материалу армирующего слоя, и образует каналы для обратимого перемещения армирующих нитей относительно основного слоя, что вызывает образование концентраторов повышенного напряжения;
- повышенная хрупкость конструкции, так как армирующий слой и дополнительный клеевой слой, соединяющий защитный и основной слои, не являются однородными;
- наличие так называемого «концевого эффекта» на концах таких армированных труб большой длины, заключающегося в выходе армирующих нитей за пределы торцов трубы в продольном направлении или, наоборот, втягивании армирующих нитей в тело трубы, из-за их обратимого перемещения относительно основного слоя трубы под действием изменений температуры и механических нагрузок. Указанные концевые эффекты снижают надежность фитинговых соединений в местах стыковки армированных труб в составе системы труб, так как и выход армирующих волокон за пределы торцов трубы и их втягивание внутрь трубы может привести к срыву фитинга, и соответственно разрушению взаимосвязанной системы труб для транспортировки воды.
Задачей настоящей полезной модели является создание новой многослойной армированной полимерной трубы с достижением следующего технического результата: увеличения прочности конструкции с одновременным обеспечением равномерности распределения нагрузок в продольном и поперечном направлении и устранением негативных концевых эффектов (возможности выхода армирующих нитей за пределы торцов трубы или их втягивание внутрь трубы).
Сущность полезной модели состоит в том, что разработана многослойная армированная полимерная труба, содержащая, по меньшей мере, один защитный слой, основной слой из термостойкого полимера типа полиэтилена или полибутилена и, по меньшей мере, один армирующий слой, причем согласно настоящей полезной модели, защитный слой расположен на внутренней и, возможно, на наружной части трубы, армирующий слой расположен на основном слое со стороны наружной части трубы и имеет сформированную из высокопрочных полимерных нитей тканевую структуру, причем на армирующий слой нанесен обхватывающий слой, фиксирующий положение армирующего слоя на основном слое прошивкой тканевой структуры армирующего слоя и утапливающий ее обволакиванием каждой нити.
На тканевую структуру армированного слоя трубы может быть нанесен обхватывающий слой, идентичный по материалу с основным слоем, или же роль обхватывающего слоя может выполнять защитный слой, расположенный на наружной части трубы.
При этом тканевая структура армирующего слоя может быть сформирована из нитей, расположенных под равновесным углом друг к другу.
Необходимо отметить, что армирующий слой может быть выполнен из нитей, в качестве которых использованы высокомодульные волокна, представляющие собой арамидное, полиэфирное волокно, волокно типа Кевлар, или аналогичные.
Таким образом, заявляемое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать многослойную полимерную трубу монолитной конструкции с увеличенной прочностью и одновременно с этим обеспечить в ней равномерность распределения нагрузок в продольном и поперечном направлениях, а также повысить ее устойчивость к агрессивным средам, транспортируемым по трубе. Это обусловлено тем, что армирующий слой имеет тканевую структуру и на него нанесен обхватывающий слой, фиксирующий положение армирующего слоя на основном слое прошивкой тканевой структуры армирующего слоя и утапливающий ее Обволакиванием каждой нити.
Причем особенностями такой конструкции является отсутствие адгезии между слоями и то, что основной и обхватывающий слои, или основной и защитный слой, который расположен на наружной части трубы и обхватывает армирующий слой, монолитны. Это не позволяет изменяться физико-химическим свойствам всей монолитной конструкции с течением времени.
Заявителем проведен патентный поиск, который показал, что заявляемая совокупность существенных признаков не известна из уровня техники. Поэтому данную полезную модель можно признать новой.
Техническая сущность заявляемой полезной модели и ее практическая применимость подтверждается нижеследующим описанием и чертежами, на которых фигуры 1 и 2 иллюстрируют варианты осуществления заявленной многослойной армированной полимерной трубы, показанные в поперечном сечении.
На Фиг. 1 представлен вариант осуществления многослойной армированной полимерной трубы с одним защитным слоем, расположенным на внутренней части трубы, где:
1 - основной слой, в данном случае - полимерный слой из термостойкого полиэтилена или полибутилена;
2 - армирующий слой из нитей высокомодульного волокна;
3 - обхватывающий слой;
4 - защитный слой, расположенный на внутренней части трубы, например, выполненный из сшитого полиэтилена (предпочтительно, РЕХ-b).
На Фиг. 2 представлен вариант осуществления многослойной армированной полимерной трубы с двумя защитными слоями, расположенными на внутренней и наружной частях трубы, соответственно, где:
5 - защитный слой, расположенный на наружной части трубы, например, из сшитого полиэтилена.
В одном варианте осуществления многослойная армированная полимерная труба (Фиг.1) содержит основной слой 1, на который с наружной стороны трубы нанесен, по меньшей мере, один армирующий слой 2, сформированный из волокна, представляющего собой высокопрочные и высокомодульные полимерные нити, имеющий тканевую структуру (на чертеже не показано), причем часть волокон расположена в основном слое 1, а другая часть в обхватывающем слое 3, фиксирующем положение армирующего слоя 2 на основном слое 1 прошивкой тканевой структуры армирующего слоя 2 и утапливающем ее обволакиванием каждой нити. Обхватывающий слой 3 может быть выполнен из материала, идентичного материалу основного слоя 1, что позволяет ему образовать с основным слоем монолитную конструкцию. На внутренней части трубы расположен защитный слой 4, выполненный, например, из реактопласта (предпочтительно, РЕХ-b сшитый органо-силановым методом). Основной слой 1 выполнен из термостойкого полимера типа полиэтилена или полибутилена.
Возможен вариант осуществления, в котором нити в тканевой структуре армирующего слоя 2 уложены с образованием равновесного угла между каждой парой сопряженных нитей (на чертеже не показано).
Таким образом, в заявленной полезной модели, армирующий слой 2 имеет тканевую структуру, а обхватывающий слой 3 соединен с ним жестко и выполняет функцию фиксатора положения армирующего слоя 2 на основном слое 1. Это достигается за счет образования «прошивки» тканевой структуры армирующего слоя 2 материалом обхватывающего слоя 3 (или защитного слоя 5), а именно обволакиванием каждой его нити материалом обхватывающего слоя 3 (или защитного слоя 5) и утапливанием в нем другой части нитей армирующего слоя 2.
В результате основной слой 1, армирующий слой 2 и обхватывающий слой 3, функцию которого может выполнять защитный слой 5, образуют монолитную конструкцию.
Возможен вариант осуществления полезной модели, в котором нити в тканевой структуре армирующего слоя 2 уложены с образованием равновесного угла между каждой парой сопряженных нитей, и вариант, когда они уложены с образованием какого-либо иного угла (на чертеже не показано). Выбор указанного угла зависит от условий эксплуатации предлагаемой трубы. Кром того, толщина нитей также может меняться в зависимости от условий эксплуатации и назначения трубы и, соответственно, площадь их взаимного пересечения также может быть выбрана разной.
Защитный слой 4, расположенный на внутренней части трубы, может быть выполнен из материала, обладающего устойчивостью к воздействию агрессивных сред, которые могут находиться в газе или в жидкости, передаваемых по предлагаемой многослойной пластмассовой трубе.
Кроме того, возможен вариант (Фиг. 2), когда на обхватывающий слой 3 нанесен второй защитный слой 5, расположенный на наружной части трубы, который выполнен из материала, идентичного материалу защитного слоя 4, расположенного на внутренней части трубы. Два защитных слоя обеспечивают фиксацию трубы в месте соединения с фитингом, в том числе при знакопеременных температурных и механических нагрузках. Материалом, из которого выполняются защитные слои, может быть, например, сшитый полиэтилен, или другой материал, устойчивый в агрессивных средах.
Таким образом, решена задача, стоявшая перед авторами полезной модели, т.к. заявляемое решение совокупностью своих существенных признаков позволяет:
- Увеличить прочность конструкции трубы и одновременно с этим обеспечить равномерность распределения нагрузок в продольном и поперечном направлениях. Это обусловлено тем, что армирующий слой имеет сформированную из нитей тканевую структуру, которая утоплена одними частями нитей в основном слое, а другими частями нитей в обхватывающем слое.
- Повысить устойчивость трубы к агрессивным средам, транспортируемым по трубе при высоких температурах (например, к хлору). Это обусловлено наличием защитного слоя, расположенного на внутренней части трубы и выполненного, например, из реактопласта (предпочтительно РЕХ-b сшитый органо-силановым методом), обладающего повышенной устойчивостью к хлору и другим химическим элементам в транспортируемой по трубе жидкости, которые оказывают агрессивное, разрушающее воздействие на термопластичные материалы трубы других конструкций, например, термостойкий полимер (полиэтилен или полибутен).
- Устранить негативные концевые эффекты и обеспечить более высокую прочность в местах соединения трубы с фитингом. Это обусловлено монолитностью конструкции трубы, а также наличием защитных слоев, расположенных на внутренней и наружной частях трубы, которые тоже входят в состав монолитной конструкции совместно с остальными слоями. Последнее, в частности, позволяет защитным слоям, особенно при выполнении их из реактопласта (предпочтительно РЕХ-b сшитый органо-силановым методом), выполнять контактную функцию, так как они обладают повышенной механической прочностью (благодаря более высокому модулю упругости при высоких температурах), а также эффектом молекулярной памяти, обеспечивающей дополнительное фиксирующее воздействие при соединении с фитингом.
Особенностью конструкции заявленной многослойной трубы является и отсутствие адгезионного слоя, который вызывает дополнительные напряжения внутри конструкции.
Кроме того, за счет того, что обеспечена монолитность основного и обхватывающего слоев (и, при их наличии, защитных слоев), физико-химические свойства армирующего слоя остаются стабильными во времени и не зависят от внешних и внутренних нагрузок на трубу. Вся конструкция трубы является монолитной.
Таким образом, достигается технический результат заявляемой полезной модели, а именно: увеличение прочности конструкции с одновременным обеспечением равномерности распределения нагрузок в продольном и поперечном направлении и устранением негативных концевых эффектов (возможности выхода армирующих нитей за пределы торцов трубы или их втягивание внутрь трубы) в местах соединения трубы с фитингом, а также повышение устойчивости трубы к агрессивным средам, транспортируемым по трубе, и уменьшение экономических затрат на ее производство.
Многослойная армированная полимерная труба применяется следующим образом. Монтаж трубопровода с использованием трубы заявляемой конструкции обычно осуществляют по схеме, включающей повороты под разными углами. После монтажа трубопровода осуществляют его испытание повышенным давлением. При этом, в процессе изменения геометрических размеров полимерные слои трубы не смещаются относительно нитей вследствие монолитной конструкции.
В результате заявляется многослойная армированная полимерная труба, которая обладает следующими достоинствами:
- высокая прочность и отсутствие негативных концевых эффектов (возможности выхода армирующих нитей за пределы торцов трубы или их втягивание внутрь трубы) в местах соединения трубы с фитингом, в частности, за счет монолитности всей конструкции трубы и наличия защитных слоев, выполненных из сшитого полиэтилена с более низкой деформацией при высоких температурах по сравнению с термопластами;
- более высокая устойчивость трубы к агрессивным компонентам транспортируемых сред за счет наличия защитного слоя, расположенного на внутренней части трубы и выполненного из сшитого полиэтилена, обладающего более высокой устойчивостью к хлору и другим химическим элементам при высоких температурах по сравнению с термопластами;
- гибкость при укладке трубопровода и эксплуатационных нагрузках на стенки трубопровода;
- более высокая прочность трубы за счет армирования в монолитном слое без использования адгезионных слоев, по сравнению с другими системами армирования;
- возможность соединения труб методом электрофузионной сварки.