МНОГОСЛОЙНАЯ ТРУБА ДЛЯ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель касается многослойных труб, предпочтительно для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения.
В настоящее время для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения используются металлические (стальные и медные) трубы. Однако их использование требует высоких расходов на транспортировку (высокая масса используемого материала) и на строительство систем водоснабжения (прокладка систем в специальных бетонных каналах, дорогостоящие опоры, компенсаторы теплового расширения, специальные сигнальные системы о протечках). Кроме этого медные трубы очень дороги, а стальные склонны к коррозии и зарастанию, срок службы их (особенно в условиях больших городов вследствие электрохимической коррозии) не превышает 10-15 лет.
Применение труб из полимерных материалов вместо металлических труб позволяет значительно снизить стоимость транспортировки и строительства систем теплоснабжения и горячего водоснабжения. Полимерные трубы из специальных полимерных материалов, 2-4 раза легче стальных, что существенно облегчает их транспортировку и монтаж. Кроме этого, полимерные трубы экологически чисты и гигиенически безопасны, не имеют склонности к зарастанию, устойчивы к аварийным ситуациям (замерзанию воды к трубопроводам, просадки грунта и т.д.)
Для случаев, когда температуры и давления в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения достаточно велики, в качестве полимерного материала используют сшитый полиэтилен, который работоспособен при температурах до 95 С. Трубы из сшитого полиэтилена гибкие (основная часть типоразмеров труб поставляется в бухтах). Для их прокладки не требуется строительство бетонных каналов, что позволяет проектировать и строить трассы практически любой геометрической формы
без дорогих фасонных изделий, и во много раз сокращает сроки монтажа и удешевляет работы по прокладке.
Известна двухслойная пластиковая труба, внутренний слой которой выполнен из сшитого полиэтилена, определяющего прочностные свойства трубы, а наружный слой является изолирующим и выполнен из полимера, препятствующего проникновению паров и газов (см. RU 2003122284 А1, МПК F 16 L 59/00, 10.01.2005 /1/).
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является многослойная труба для горячей воды, используемая в системах горячего водоснабжения и теплоснабжения, в соответствии с патентом RU 2224160 С2, МПК F 16 L 9/12, 20.02.2004 /2/, включающая основной слой, барьерный слой и полимерную наружную оболочку. Основной слой (тело трубы) выполнен из сшитого полиэтилена, барьерный - из специального полимера.
Однако обеспечение высоких требований по длительной прочности и обеспечение гарантированно высоких сроков эксплуатации приводит к необходимости утолщения стенки трубы, что приводит к увеличение ее веса, стоимости, снижению производительности технологических линий при их производстве, и, как следствие, к потере главного преимущества полимерных труб перед металлическими - их гибкости и малого веса.
Армирование труб высокопрочными материалами (стальной проволокой, лентой, стекловолокном, синтетическими нитями) позволяет решить задачу увеличения прочности трубопровода.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения указанной задачи, является повышение рабочего давления трубопровода и снижение материалоемкости, и, как следствие, уменьшение стоимости труб и увеличение производительности технологических линий при производстве труб, при сохранении эксплуатационных параметров трубопровода (рабочее давление, температура эксплуатации) и срока его службы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что многослойная труба для горячего водоснабжения и теплоснабжения, содержащая внутреннюю оболочку из сшитого полиэтилена и защитную оболочку, снабжена равновесной армирующей системой, обеспечивающей
равнопрочность трубы, работающей под давлением. Между внутренней оболочкой и армирующим слоем может быть нанесен адгезионный слой из полиолефина, например, полиэтилена, или из сополимера этилена, например, с виниловым спиртом, для закрепления армирующих нитей и создания монолитной конструкции. При использовании труб для сетей теплоснабжения она может быть снабжена дополнительным кислородо-защитным полимерным слоем для защиты от диффузии и насыщения теплоносителя (воды) кислородом воздуха. Поверх армирующего слоя может быть нанесен второй полимерный слой для защиты его от механических повреждений. Труба может быть снабжена размещенным поверх полимерных слоев слоем теплоизоляции из вспененного полимера (например пенополиуретана), который, в свою очередь, покрыт наружной оболочкой из слоя полиолефина, или полиэтилена и (или) сополимера этилена. Слой теплоизоляции и наружная оболочка могут быть выполнены гофрированными.
Предлагаемая труба предназначена для работы в условиях переменных температур при рабочем давлении 1.0 МПа. Применение сшитого полиэтилена для внутренней оболочки (тела трубы) обеспечивает ее теплостойкость, а применение армирования - снижение расхода основного материала (сшитого полиэтилена) при сохранении прочностных свойств трубы.
Например, труба диаметром 160 мм, для давления воды 10 бар и температуры до 95°С должна иметь толщину стенки 21 мм, что дает вес 1 метра трубы (расход сшитого полиэтилена) 9 кг/м. Предлагаемая труба имеет толщину стенки (по сшитому полиэтилену) 5 мм, что соответствует расходу сшитого полиэтилена 2,4 кг/м.
Кроме этого, применение армирования позволяет увеличить линейную производительность процесса. Например, весовая производительность при производстве трубы диаметром 160 мм, составляет только 36 кг/час, что означает, что за час выпускают только 4 метра неармированной трубы (36/9=4), тогда как армированной - 15 метров (36/2,4=15). Таким образом,
заменив неармированную трубу армированной, в 4 раза увеличивается линейная (погонажная) производительность процесса.
Давление, которое выдержит армирующая система, определяется прочностью и числом нитей. В целях повышения прочности армирования, необходимо увеличивать угол укладки нити. При этом радиальная составляющая прочности армирования увеличивается, а осевая уменьшается. Для компенсации уменьшения осевой составляющей прочности армирования вводятся дополнительные нити, уложенные по продольной оси трубы.
На фиг. показана предложенная многослойная труба.
Труба состоит из внутренней герметизирующей полимерной оболочки 1 из сшитого полиэтилена. Толщина оболочки может быть весьма тонкой, но по соображениям технологии находится от 0,25 до 0,45 внешнего диаметра.
На внешнюю поверхность оболочки навиты два слоя армирующей нити 2 под углом к оси трубы. Тип и количество нитей выбирается из условия, что армирующая система должна выдерживать разрушающую нагрузку, по меньшей мере, 2,5 МПа.
Давление, которое выдержит армирующая система, определяется нормативной прочностью нитей и их числом.
Перед армированием на внешнюю поверхность герметизирующей оболочки из сшитого полиэтилена наносится слой 3 адгезива из полиолефина, например полиэтилена, или сополимера этилена, обеспечивающего предварительное закрепление нити. Толщина этого слоя составляет 0,3-1,5 мм.
Поверх армирования может быть положен еще один полимерный слой 4, защищающий армирующую систему от механических повреждений. Этот слой также может быть весьма тонким, и его толщина выбирается по соображениям поперечной устойчивости трубы при ее намотке на барабан. Таким образом, для указанного диапазона номинальных диаметров толщина этого слоя составляет от 0,3 до 6 мм.
Если труба предназначается для сетей теплоснабжения, то поверх слоя защищающего армирующую систему, наносится слой 5 из полимера, защищающего трубу от диффузии и насыщения теплоносителя кислородом
воздуха. Этот слой выполняется, например, из сополимера этилена с виниловым спиртом и толщина его не превышает 0,1-0,35 мм.
Выполненная таким образом труба, обеспечивающая транспортировку теплоносителя (воды) при температуре до 95°С и давлении до 1,0 МПа, покрывается слоем 6 теплоизоляции из пенополиуретана. Толщина теплоизолирующего слоя определяется диаметром трубы и требуемым уровнем теплозащиты и составляет от 20 до 50 мм.
Теплоизолирующий слой защищен от внешних воздействий (механические повреждения, влага почвы) слоем 7 полиэтилена толщиной 1,0-4,0 мм.
Для обеспечения приемлемой гибкости готовой многослойной трубы при ее намотке на барабан, внешняя поверхность теплоизолирующего слоя и защитной оболочки выполняется гофрированной.
Процесс производства трубы выглядит следующим образом.
С помощью поршневого экструдера порошок сшивающейся композиции полиэтилена продавливается в кольцевой зазор между мундштуком и дорном. Мундштук и дорн нагреты до температуры 230-270°С, что обеспечивает расплавление и сшивку композиции полиэтилена при ее движении по кольцевому зазору. На выходе получается сшитая до 75-80% расплавленная заготовка трубы - оболочка 1. Далее труба проходит через охлаждающую вакуумную ванну, где калибрируется и охлаждается ниже температуры плавления кристаллитов полиэтилена. Труба проходит через угловую экструзионную головку, в которой на ее внешнюю поверхность наносят клеящий подслой 3, поверх которого в оплеточной машине укладывается армирующая нить 2. Далее труба проходит через систему инфракрасных нагревателей, обеспечивающих оплавление клеящего подслоя, прогрев и подсушку нити. На оплавленный подслой во второй угловой экструзионной головке кладутся последующие защитные слои 4, 5, 6, 7. Труба проходит через охлаждающую вакуумную ванну, где приобретает окончательные геометрические форму и размеры. Движение трубы через все этапы ее изготовления осуществляется тянущим устройством, установленным вслед за второй вакуумной ванной.
Непрерывно изготавливаемая труба наматывается на барабан, отрезком необходимой длины.