ТРУБА КОМПОЗИЦИОННАЯ (ВАРИАНТЫ)

Труба композиционная предназначена для использования в трубопроводах для транспортирования жидкостей, преимущественно воды.
Известна труба композиционная, содержащая намотанный слоями спирально-перекрестной намоткой с образованием щелей волокнистый материал, пропитанный связующим. Такая труба предназначена для изготовления фильтров, поэтому щели, в соответствии с изобретением, не заполняют полимерным материалом (патент RU №2215227 от 19.03.2002).
Известна труба композиционная, содержащая армирующий композиционный слой, со сквозными щелями, внутренний и наружный защитный слои соединенные через расплав термопластичного полимерного материала, заполняющего щели (патент RU №2258858 от 08.01.2004). Недостаток трубы по данному изобретению - пониженная надежность при усложненной технологии производства, обусловленная тем, что размер щели не ограничен, поэтому щели залиты термопластичным материалом после намотки волокнистого материала на наружную поверхность внутреннего слоя трубы, что следует из чертежа трубы, на котором штриховкой выделен материал, заполняющий щели. Это дополнительно подтверждается способом изготовления трубы, поэтому труба имеет две поверхности с адгезионной связью двух слоев трубы (патент RU №2262026 от 13.01.2004).
Известна труба пластмассовая, содержащая внутренний слой из термопластичного материала, армирующий слой, намотанный с образованием щелей, которые заполнены адгезивом, наружный слой из термопластичного материала (патент RU №2154220 от 19.05.1999, патент US №4000760 от 26.01.1976). Недостаток данной конструкции трубы в усложненной технологии ее изготовления вследствие нанесения адгезионного слоя после навивки армирующей сетки и последующего нанесения защитного слоя. Снижена надежность труб наличием двух адгезионных слоев, через которые соединены армирующий, внутренний и наружный слои трубы.
Известна труба пластмассовая, содержащая внутренний и наружный слои из термопластичного материала и расположенную между ними армирующую сетку из непрерывных полимерных нитей, которые углублены в
наружную поверхность внутреннего слоя и внутреннюю поверхность наружного слоя (патент RU №2205318 от 19.02.2001). Недостаток трубы - в усложненной технологии вследствие нагрева наружной поверхности внутреннего слоя перед навивкой армирующей сетки, а также в недостаточной прочности трубы в радиальном направлении вследствие ограничения силы натяжения армирующих нитей при намотке на разогретую до температуры размягчения наружную поверхность внутреннего слоя (патент RU №2197387 от 19.02.2001).
Известна труба бипластмассовая, содержащая внутренний слой из термопласта и наружный слой из стеклопластика, причем на наружной поверхности внутреннего слоя и внутренней поверхности наружного слоя выполнены выступы и канавки, обеспечивающие лучшее сцепление слоев (патент RU №2269713 от 16.01.2004). Недостаток трубы - в ее невысокой прочности вследствие отсутствия армирующего слоя.
Известна также труба композиционная пластиковая, содержащая внутренний и наружный слои из термопластичного материала, в конструкции которой имеются продольные и поперечные канавки и выступы, обеспечивающие лучшее сцепление слоев, чем у труб без канавок и выступов (патент RU №2046242 от 29.06.1989). Недостаток трубы - недостаточная прочность трубы в радиальном направлении вследствие отсутствия армирующего слоя. Этот недостаток не позволяет использовать трубу для транспортирования жидкости под высоким давлением.
Известна труба гибкая, состоящая из внутреннего и наружного слоев из экструдируемого термопластичного материала, армированных одним или двумя слоями нитей, навитых в виде сетки с образованием сквозных ячеек, заполняемых термопластичным материалом (патент US №3776794 от 28.04.1971). При двух армирующих слоях термопластичный материал внутреннего слоя трубы заполняет ячейки примыкающего к нему армирующего слоя, а термопластичный материал наружного слоя заполняет ячейки примыкающего к нему армирующего слоя. Заполнение ячеек и соединение слоев трубы через ячейки происходит при нагреве трубы в теплообменном аппарате и при создании давления нагретой трубы на внешний слой. Встречное проникновение слоев нагретого термопластичного материала через ячейки обеспечивает соединение внутреннего и внешнего слоев трубы. Для обеспечения лучшего проникновения термопластичного материала через ячейки навивка
армирующего слоя, примыкающего к наружной поверхности внутренней трубы выполнена с большим шагом, чем навивка второго слоя. Недостаток конструкции трубы - в низкой технологичности изготовления, обусловленной ее конструктивными особенностями, а именно:
отсутствием такого соотношения шага навивки и диаметра нити или шнура, при котором гарантированно обеспечивается заполнение ячеек и охват большей части поверхностей нитей термопластичным материалом наружного слоя, а также его адгезия к наружной поверхности внутреннего слоя;
отсутствием такого соотношения шагов навивки для армирующего слоя с двойной навивкой, которое обеспечивает протекание термопластичного материала через ячейки с двойной навивкой;
минимальной поверхностью взаимной адгезии внутреннего и наружного слоев трубы.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - создание конструкции трубы композиционной, позволяющей упростить технологию ее производства при повышении прочности. Получаемый технический эффект - повышенная технологичность и прочность трубы в сравнении с известными конструкциями композиционных труб при одинаковой с ними массе одного погонного метра.
Задача решена в конструкции трубы композиционной, состоящей из внутреннего и наружного слоев из термопластичного полимерного материала, армирующей сетки со сквозными ячейками, образованными перекрестной навивкой полимерных высокопрочных нитей на наружной поверхности внутреннего слоя, при этом отношение шага навивки к диаметру полимерных нитей находится в интервале 2÷10; сквозные ячейки заполнены термопластичным материалом наружного слоя, охватывающим большую часть поверхности нитей и термически соединенным с наружной поверхностью внутреннего слоя.
Для дополнительного увеличения прочности трубы армирующая сетка имеет вторую перекрестную навивку из высокопрочных полимерных нитей или жгутов, охватывающую первую навивку, при этом отношение шага второй навивки к диаметру нити находится в интервале 4÷10 при отношении угла второй навивки к углу первой навивки от 1,1 до 1,5.
Для улучшения заполнения ячеек полимерным материалом наружного слоя отношение шага второй навивки к шагу первой навивки находится в интервале 3÷6.
Для обеспечения требуемой радиальной и продольной жесткости трубы навивка выполнена под углом относительно оси трубы, находящимся в интервале ±(45°÷80°).
Для обеспечения более прочного соединения слоев внутренний и наружный слои выполнены из одного и того же термопластичного полимерного материала, предпочтительно из экструдируемого полиэтилена.
Для увеличения площади контакта материала наружного слоя с поверхностью нитей армирующего слоя и силы предварительного натяжения нити при высоком давлении транспортируемой в трубопроводе среды полимерная высокопрочная нить является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей.
При двухслойной навивке нить первой навивки является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей, а второй - жгут линейной плотностью от 200 до 650 текс из арамидных нитей.
Для увеличения поверхностей контакта, устойчивости сечения трубы при изгибе и при действии внешнего давления труба композиционная состоит из внутреннего и наружного слоев из термопластичного полимерного материала, армирующей сетки со сквозными ячейками, образованными перекрестной навивкой полимерных высокопрочных нитей на наружной поверхности внутреннего слоя; отношение шага навивки к диаметру полимерных нитей находится в интервале 2÷10, наружная поверхность внутреннего слоя имеет канавки, выполненные с интервалом 3÷6 диаметров нити, шириной не менее диаметра нити, и глубиной, превышающей диаметр нити, и не превышающей 1/5 толщины внутреннего слоя, при этом термопластичный материал защитного наружного слоя охватывает большую часть поверхности нитей, заполняет сквозные ячейки и соединен с наружной поверхностью внутреннего слоя.
Канавки могут быть как продольными, так и поперечными. Предпочтительны продольные канавки, так как для экструзии трубы с продольными канавками используется экструзионная головка простой конструкции.
Навивка может быть выполнена под углом ±(45°÷80°) к оси трубы при одном слое навивки. При двухслойной навивке первый слой может выполняться под любым углом из интервала ±(45°÷85°), а второй - под большим углом из интервала ±(60°÷85°). При этом углы навивки слоев являются различными
для обеспечения взаимного пересечения нитей или нитей и жгутов первого и второго армирующих слоев.
При наличии канавок на наружной поверхности внутреннего слоя трубы используются те же крученые нити или жгуты, что и при использовании внутреннего слоя с наружной поверхностью без канавок.
Для увеличения предварительного сжатия внутреннего слоя трубы и, соответственно, создания возможности транспортирования среды при более высоких давлениях (до 20 МПа) армирующая сетка имеет вторую навивку из высокопрочных полимерных нитей, охватывающую первую навивку, при этом отношение шага второй навивки к диаметру нити находится в интервале 4÷10 при отношении угла второй навивки к углу первой навивки от 1,1 до 1,5. Вторая навивка выполнена под углом ±(60°÷85°) к оси трубы.
Для обеспечения свободного заполнения ячеек во втором и первом армирующих слоях и проникновения термопластичного материала наружного слоя до наружной поверхности внутреннего слоя при его экструдировании в горячем состоянии отношение шага второй навивки к шагу первой навивки находится в интервале 3÷6.
Технический эффект - упрощение технологии изготовления трубы композиционной при обеспечении ее высокой прочности при высоких давлениях транспортируемой среды (до 20 МПа) - достигается за счет обеспечения свободного заполнения ячеек одного или двух армирующих сеток и проникновения экструдируемого при высокой температуре термопластичного полимерного материала наружного слоя до наружной поверхности внутреннего слоя трубы и адгезионного соединения с ним. Это обеспечивается линейными размерами ячеек в армирующей сетке, превышающими диаметр навиваемых нитей или жгутов, отношением шага навивки к диаметру полимерных нитей, находящимся в интервале 2÷10, при этих условиях сквозные ячейки заполнены термопластичным материалом наружного слоя, охватывающим большую часть поверхности нитей и термически соединенным с наружной поверхностью внутреннего слоя.
Для получения большей прочности трубы армирующая сетка имеет вторую перекрестную навивку из высокопрочных полимерных нитей или жгутов, охватывающую первую навивку, при этом отношение шага второй навивки к диаметру нити находится в интервале 4÷10 при отношении угла
второй навивки к углу первой навивки от 1,1 до 1,5 и отношении шага второй навивки к шагу первой навивки в интервале 3÷6.
Навивка выполнена под углом относительно оси трубы, находящимся в интервале ±(45°÷80°). Внутренний и наружный слои трубы изготовлены из одного и того же термопластичного полимерного материала, предпочтительно из экструдируемого полиэтилена.
Полимерная высокопрочная нить является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей. Для увеличения прочности трубы вторая навивка может быть выполнена жгутом линейной плотностью от 200 до 650 текс из арамидных нитей.
Наружная поверхность внутреннего слоя имеет канавки, выполненные с интервалом 3÷6 диаметров нити, шириной не менее диаметра нити, и глубиной, превышающей диаметр нити, и не превышающей 1/5 толщины внутреннего слоя, при этом термопластичный материал защитного наружного слоя охватывает большую часть поверхности нитей, заполняет сквозные ячейки и соединен с наружной поверхностью внутреннего слоя. Для повышения технологичности канавки являются продольными.
При наличии канавок на внутреннем слое трубы сетка имеет вторую навивку из высокопрочных полимерных нитей, охватывающую первую навивку, при этом отношение шага второй навивки к диаметру нити находится в интервале 4÷10 при отношении угла второй навивки к углу первой навивки от 1,1 до 1,5.
Перечисленные отличительные признаки трубы композиционной не обнаружены при проведении патентно-информационных исследований для анализа уровня техники. Следовательно, полезная модель имеет мировую новизну.
На фиг.1 показана конструкция трубы композиционной из двух слоев термопластичного полимерного материала и армирующей сетки в наружном слое.
На фиг.2 - поперечное сечение трубы на фиг.1.
На фиг.3 - фрагмент продольного сечения трубы, показанной на фиг.1 с армирующей сеткой из крученой нити в 3 сложения.
На фиг.4 - конструкция трубы композиционной, в которой на наружной поверхности внутреннего слоя имеются продольные канавки.
На фиг.5 - поперечное сечение трубы на фиг.4.
На фиг.6 - труба композиционная, в которой внутренний слой на наружной поверхности имеет поперечные канавки.
На фиг.7 - труба композиционная, имеющая две навивки.
На фиг.8 - труба, имеющая две навивки и продольные канавки на наружной поверхности внутреннего слоя.
1
1
Труба композиционная состоит из внутреннего 1 (фиг.1-3) и наружного 2 слоев из термопластичного полимерного материала, армирующей сетки 3 со сквозными ячейками 4, образованными перекрестной навивкой полимерных высокопрочных нитей 5 на наружной поверхности 6 внутреннего слоя 1. Отношение шага навивки к диаметру полимерных нитей находится в интервале 2÷10 (S/d=2÷10, фиг.3); сквозные ячейки 4 заполнены термопластичным материалом наружного слоя 2, охватывающим большую часть поверхности нитей 5 и термически соединенным с наружной поверхностью 6 внутреннего слоя 1.
2
1
Для дополнительного увеличения прочности трубы армирующая сетка имеет вторую перекрестную навивку (фиг.7, 8) из высокопрочных полимерных нитей 7 или жгутов, охватывающую первую навивку, при этом отношение шага второй навивки к диаметру нити находится в интервале 4÷10 (S/S=4÷10, фиг.8); при отношении угла второй навивки к углу первой навивки от 1,1 до 1,5 (β/α=1,1÷1,5, фиг.7). Для улучшения заполнения ячеек полимерным материалом наружного слоя отношение шага второй навивки к шагу первой навивки находится в интервале 3÷6. Для обеспечения требуемой радиальной и продольной жесткости трубы навивка выполнена под углом относительно оси трубы, находящимся в интервале ±(45°÷80°) (α=±45°÷80°, фиг.1).
Для обеспечения более прочного соединения слоев внутренний и наружный слои выполнены из одного и того же термопластичного полимерного материала, предпочтительно из экструдируемого полиэтилена.
Для увеличения площади контакта материала наружного слоя 2 с поверхностью нитей армирующей сетки 3 и силы предварительного натяжения нити при высоком давлении транспортируемой в трубопроводе среды полимерная высокопрочная нить 5 является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей.
При двухслойной навивке нить 5 первой навивки является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей, а нить 7 второй навивки - жгут линейной плотностью от 200 до 650 текс из арамидных нитей.
Для увеличения поверхностей контакта, устойчивости сечения трубы при изгибе и при действии внешнего давления, наружная поверхность 6 внутреннего слоя 1 имеет канавки 8 (фиг.4, 5, 6), выполненные с интервалом 3÷6 диаметров нити 5, шириной не менее диаметра нити 5, и глубиной, превышающей диаметр нити 5, и не превышающей 1/5 толщины внутреннего слоя 1, при этом термопластичный материал наружного слоя 2 охватывает большую часть поверхности нитей 5, заполняет сквозные ячейки 4 и соединен с наружной поверхностью 6 внутреннего слоя 1.
Канавки 8 могут быть как продольными (фиг.5), так и поперечными (фиг.6). Предпочтительны продольные канавки, так как для экструзии трубы с продольными канавками используется экструзионная головка простой конструкции.
Так же, как и при наружной поверхности 6 без канавок, первая перекрестная навивка может быть выполнена под углом ±(45°÷80°) (α=±45°÷80°, фиг.7) к оси трубы. Вторая - под большим углом из интервала ±(60°÷85°) (β=±60°÷85°, фиг.7). При этом углы навивки слоев являются различными для обеспечения взаимного пересечения нитей или нитей 5 и жгутов 7.
При наличии канавок 8 на наружной поверхности 6 внутреннего слоя 1 трубы используются те же крученые нити 5 или жгуты 7, что и при использовании внутреннего слоя 1 с наружной поверхностью 6 без канавок.