СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБКОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ ТРУБЫ И МНОГОСЛОЙНАЯ ТРУБА
PROCEDURE FOR FABRICATION OF FLEXIBLE MULTI-LAYER PIPE AND MULTI-LAYER PIPE

Изобретение относится к области изготовления труб путем наматывания материала на оправку. Полученные предложенным способом трубы используются, например, для защиты от коррозии, для транспортирования газов, жидкостей и пластических сред.
В качестве аналога по технологии выбран способ изготовления гибкой трубы, включающий спиральную намотку ленты на консольно установленную оправку с перекрытием кромок соседних витков ленты, по меньшей мере, по одному краю ленты с одной стороны, обращенной к оправке, нанесение слоя материала, способного к созданию неразъемного соединения, скрепление соседних витков ленты путем воздействия на упомянутый материал с образованием рукава воздуховода и его съем с оправки, патент на изобретение РФ №2294463, МПК F16C 11/08, В29С 53/56, опубл. 27.02.2007.
В качестве аналога по многослойному материалу выбрана заявка на изобретение №2001116604, МПК F16L 9/147, В32В 15/08, опубл. 17.11.1999. Многослойная труба, содержащая внутреннюю облицовку, образующую внутреннюю поверхность трубы, первый слой стали, образованный над внутренней облицовкой, промежуточный слой, содержащий смолу и волокнистый наполнитель, над первым слоем стали, второй слой стали, приклеенный к первому слою стали посредством промежуточного слоя, и наружную облицовку, образованную поверх второго слоя стали и образующую наружную поверхность трубы.
Известен способ изготовления многослойной тонкостенной полой гибкой длинномерной цилиндрической трубы, патент на изобретение РФ №2323827, МПК B29D 23/00, В29С 53/56, опубл. 10.05.2008, включающий спиральную намотку одной ленты с нитераскладчика на консольно установленную оправку с перекрытием кромок соседних витков ленты так, что, по меньшей мере, по одному краю ленты с одной стороны, обращенной к оправке, нанесен полимер, и перемещение трубы по ней через камеру полимеризации, где осуществляется ее сушка, в направлении схода трубы. Изготовление трубы ведут с прерывистым перемещением ее по оправке гидротолкателями и возвратно-поступательным перемещением нитераскладчика. Перемещение гидротолкателей ведут со скоростью в два раза большей скорости нитераскладчика.
По своим признакам и достигаемому результату этот способ наиболее близок к заявляемому и принят за прототип первого объекта.
В качестве прототипа многослойной тонкостенной полой гибкой длинномерной цилиндрической трубы выбран патент на изобретение РФ №2323827, МПК B29D 23/00, В29С 53/56, опубл. 10.05.2008, в котором труба получена спиральной намоткой одной ленты из полимерного материала, на оправку с перекрытием кромок соседних витков ленты и наклоном этих витков с прерывистым перемещением ее по оправке, причем в зону перекрытия введено полимерное связующее вещество.
Недостатками способа изготовления трубы является то, что изготовление трубы ведут с прерывистым перемещением ее по оправке гидротолкателями и возвратно-поступательным перемещением нитераскладчика, что приводит к неравномерности структуры получаемой трубы и деформации готовой трубы при ее съеме с оправки и длительности изготовления трубы. При создании гибких труб путем наматывания одной ленты в трубах возникают изгибающие моменты, которые вызывают деформации текстильных структур нижележащих слоев. Многослойная труба отличается неравномерностью структуры по длине.
Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно повышение производительности изготовления многослойной трубы путем непрерывной намотки слоев лент при одновременном повышении качества трубы за счет равномерности структуры по длине трубы и снижение ее деформации при съеме, а также уменьшение дефектов структуры трубы за счет одновременного формирования трубы несколькими лентами, расположенными инвариантно друг другу на 120°. В этом случае изгибающие моменты, создаваемые одной из лент, в значительной мере компенсируются моментом, создаваемым другой лентой.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления гибкой многослойной трубы, включающем спиральную намотку ленты на консольно установленную оправку с перекрытием кромок соседних витков ленты так, что, по меньшей мере, по одному краю ленты с одной стороны, обращенной к оправке, нанесен слой связующего материала, сушку, причем спиральную одновременную намотку трех лент, расположенных инвариантно относительно поворота на 120° и имеющих одинаковую прочность и ширину, производят друг на друга, на движущуюся поступательно оправку при соотношении скоростей подачи ленты и движения оправки в диапазоне 0,07-0,09, так, что нижнюю - формирующую заданную геометрию поперечного сечения ленту наматывают вместе с нанесением связующего вещества, с перекрытием соседних витков не более 10-15% от ширины ленты; среднюю - армирующую ленту наматывают со смещением на 40-60% по ширине ленты относительно формирующей ленты с образованием аналогичной кромки и с одновременным нанесением связующего вещества на нее; наружную - футеровочную ленту наматывают на армирующую со смещением на 40-60% по ширине и с образованием аналогичных кромок, причем наклон витков каждой ленты составляет 10-30°, а сушку готовой трубы осуществляют в процессе передвижения ее по предварительно нагретой оправке до температуры 50-300°С в сторону съема готовой трубы с оправки.
Гибкая многослойная труба, образованная в виде спиральной намотки из футеровочной ленты одинаковой ширины с перекрытием кромок соседних витков ленты с наклоном этих витков и связующего вещества между ними, причем труба образована в виде спиральной намотки из трех лент, составляющих формирующий слой, образующий внутреннюю поверхность трубы, армирующий и футеровочный, между которыми расположено связующее вещество, причем соседние витки лент, образующие слои, расположены с перекрытием не более 10-15%; витки армирующего слоя смещены на 40-60% относительно формирующего и футеровочного по ширине ленты, а наклон витков каждой ленты составляет 10-30°.
Существенными отличиями заявляемого способа изготовления трубы и многослойной трубы является неразрывная совокупность технологических приемов и режимов, а также конструктивных признаков трубы, представленных выше, которая ведет к достижению неочевидного результата, изложенного в разделе технический результат.
В известном уровне техники не обнаружено заявляемой совокупности исходных признаков, что позволяет сделать вывод о существенности отличий.
Для лучшего понимания сущности изобретения способа приводится схемное решение узла формирования трубы на фиг.1, где 1, 2, 3 - паковки с лентами, расположенные инвариантно друг другу на 120° и соосны с консольной оправкой 4, представляющей собой систему ременных передач, формирующую геометрию внутреннего сечения трубы, которая задает постоянное формирование трубы за счет связующего вещества, подающегося дозаторами, не показанными на чертеже, и движение трубы через зону сушки в виде нагревательных элементов по всей длине оправки в сторону ее схода с оправки, на чертеже не показано.
На фиг.2 представлено сечение многослойной тонкостенной полой гибкой длинномерной цилиндрической трубы, где 5 - формирующая лента, намотанная на оправку под углом 10-30° (фиг.1, 2) с перекрытием соседних кромок не более чем на 10-15%, 8 и 9 - связующее вещество, расположенное между формирующим и армирующим слоем 6, и армирующим слоем 6 и футеровочным 7. Армирующий слой 9 смещен относительно формирующего на 40-60% по ширине, с аналогичным образованием перекрытия витков кромок и наклоном витков, футеровочный слой 7 расположен так же, как и формирующий и образован аналогично ему.
Способ изготовления многослойной трубы заключается в установке паковок 1, 2, 3 с лентами инвариантно друг другу на 120°. На паковке 1 - формирующая лента 5, на паковке 2 армирующая лента 6, на паковке 3 футеровочная лента 7. Внутреннее пространство оправки 4 предварительно нагревают до температуры 50-300°С посредством нагревательных элементов, расположенных внутри оправки по всей ее длине, на чертеже не указано. Три ленты 5, 6, 7 со скоростью 12,6 м/мин наматывают спирально на консольно установленную и движущуюся со скоростью 0,9-1,1 м/мин оправку, причем соотношение скоростей находится в диапазоне 0,07-0,09. Нижнюю - формирующую заданную геометрию поперечного сечения ленту 5 наматывают вместе с нанесением клеящего вещества 8, с перекрытием соседних витков не более чем на 15% от ширины ленты; среднюю - армирующую ленту 6 наматывают со смещением на 40-60% по ширине ленты относительно формирующей ленты 5 с образованием аналогичной кромки и с одновременным нанесением связующего вещества на нее; наружную - футеровочную ленту 7 наматывают на армирующую 6 со смещением на 40-60% по ширине и с образованием аналогичных кромок, причем наклон витков каждой ленты составляет 10-30° и далее готовая труба двигается через зону сушки в сторону ее съема с оправки при температуре 50-300°C.
Связующее вещество 8 и 9, например клей резиновый 88-СА, помещено в дозаторе, на чертеже не указано, подается в зону между формирующим 5 и армирующим 6 слоями и армирующим 6 и футеровочным 7 слоями, при непрерывном наматывании образующих трубу лент 1, 2, 3 с механизма лентораскладчика, на чертеже не указан, на движущуюся оправку 4, представляющую собой систему ременных передач, отводящую изготовленную часть трубы через зону сушки. В результате оказывается изготовленной труба из спирально расположенных лент. Процесс изготовления является непрерывным и установившимся во времени.
Перемещение оправки 4 с трубой ведут с одновременным вращением вокруг нее лентораскладчика 5, что позволяет обеспечить регулирование и сохранение направления и угла винтовой намотки материала 5, 6, 7 при перемещении трубы.
Соотношение скоростей перемещения оправки 4 и скорости лентораскладчика позволяет обеспечить равномерную спиральную намотку лент 5, 6 и 7 при непрерывном перемещении трубы, а также возможность изменять количество слоев готовой трубы.
Отвод изготовленной части трубы ременной передачей оправки 4 происходит за счет сил трения между рабочей поверхностью оправки 4 и внутренней поверхностью трубы. Это обеспечивает непрерывную намотку трубы и тем самым увеличивает производительность установки, а также реализацию способа.
Данный способ отличается простотой реализации и позволяет расширить ассортимент и механические свойства труб за счет использования лент, изготавливаемых из различных материалов.
Отсутствие принудительного съема готового изделия с оправки существенно повышает качество изготавливаемого изделия за счет снижения риска нарушения целостности.
От способа-прототипа отличие заключается в том, что в качестве оправки используют сборную конструкцию, включающую ременную передачу, задающую геометрию поперечного сечения изготавливаемой трубы. Ось вращения лентораскладчика соосна оси оправки. Труба формируется непрерывно одновременной намоткой трех лент, расположенных инвариантно относительно поворота на 120° и имеющих одинаковую ширину друг на друга, на движущуюся оправку.
В нашем случае, нижнюю - формирующую заданную геометрию поперечного сечения ленту наматывают вместе с нанесением связующего вещества, с перекрытием соседних витков не более, чем на 15% от ширины ленты; среднюю - армирующую ленту наматывают со смещением на 40-60% по ширине ленты относительно формирующей ленты с образованием аналогичной кромки и с одновременным нанесением связующего вещества на нее; наружную - футеровочную ленту наматывают на армирующую со смещением на 40-60% по ширине и с образованием аналогичных кромок, при чем наклон витков каждой ленты составляет 10-30°.
Такое решение повышает производительность за счет только поступательного движения оправки при одновременном создании гибкой тонкостенной многослойной трубы. Улучшается качество трубы - равномерность распределения слоев по длине трубы.
Показатели трубы оценивались по ГОСТ 24157, с использованием устройства SCITEQ 2000.
В таблице 1 представлены используемые материалы лент, а в таблице 2 приведены примеры конкретной реализации способа и показатели качества.
Таблица 1
Исходные данные при ширине лент 100 мм
Показатели
материал
марка
рабочая температура
Толщина, мм
Вес 1 погонного метра, кг
Разрывная нагрузка по основе на ширину ленты, Н
Лента асбестовая теплоизоляционная ГОСТ 14256-2000
ЛАТ
до 400°С
0,5
800
Асбобумага БТ ГОСТ 23779-79
до +500°С
0,65
0,81
320
Лента электроизоляционная термостойкая самослипающаяся резиновая радиационной вулканизации
ЛЭТСАР
-50°С-+150°С; кратковременно - при +300°С
0,5
0,61
600
Лента ЛСК ТУ 6-11-508-80
ЛСК-ВМ-0,50×100-76
до +300°С
0,5
0,67
1764
Лента тканная специального назначения
до +200°С
0,6
0,9
1500
В таблице 2 приведены режимы изготовления трубы предложенным способом. Таким образом, приведенные в таблице 2 показатели с учетом исходных данных из таблицы 1 позволяют обеспечить получение труб с показателями, которые обеспечивают использование труб для защиты от коррозии и для транспортирования газов, соответствующие ТУ 6-19-231-87, с показателями прочности в диапазоне 0,025-0,028 МПа и 0,009-0,011 МПа, примеры 1-16; жидкостей, соответствующих ГОСТ 18599-83, с показателями прочности в диапазоне 0,018-0,021 МПа, примеры 17-24; сыпучих сред, соответствующих ГОСТ 18599-2001, с показателями прочности 0,044-0,048 МПа и 0,050-0,060 МПа, примеры 25-40. При увеличении соотношения скорости оправки выше 0,09 перекрытие соседних витков кромок лент уменьшается, то же самое происходит и при увеличении угла наклона витков, что приводит и к снижению прочности трубы, если же скорость оправки уменьшается или уменьшается угол наклона витков, то прочность трубы увеличивается, однако увеличивается также и расход материала и тем самым увеличивается стоимость трубы.
Смещение лент относительно друг друга в указанном в таблице 2 диапазоне, примеры 1-40, позволяет получать трубы с равномерной структурой стенок.
Температура зависит от температуры застывания клея, примеры 1-40.