СЕКЦИОННЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ФУТЛЯР

Секционный защитный футляр
Область техники
Полезная модель относится к композитным секционным защитным футлярам, используемым при ремонте и монтаже трубопроводов, в частности газопроводов, нефтепроводов и водопроводов, для защиты от внешних повреждений.
Уровень техники
Из уровня техники известны новые поколения композитных материалов на основе базальтового, органического, углеродного, полиэфирного, параарамидного, метаарамидного, полиакрилонитирильного волокна, стекловолокна, и эпоксидного связующего, полиэфирного связующего, кремнийорганического связующего, винилэфирного связующего, фенольного связующего, связующего на основе полиуретана, связующего на основе термопластов, связующего на основе эластомеров. Подобные материалы начинают получать широкое распространение при изготовлении защитных футляров, поскольку они обладают рядом преимуществ по отношению к традиционным материалам (конструкционным металлическим сплавам, железобетонам), такими как коррозионная стойкость, прочность при растяжении, низкий вес, продолжительным сроком службы.
Так, из патента РФ на полезную модель №91750, МПК F17D 5/02, F16L 58/00, опубликованного 27.02.2010 г., известна система для контроля и устранения опасного состояния перехода магистрального газопровода через дорогу, содержащая защитный футляр с вытяжной свечой. Благодаря указанной полезной модели решается техническая задача увеличения надежности контроля и повышение оперативности устранения опасного состояния перехода магистрального газопровода через дорогу. При этом, в случае повреждения газопровода в пределах защитного футляра, необходимо вскрывать полотно дороги и раскапывать пространство вокруг футляра для его разборки, а также останавливать движение транспорта.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является защитный футляр, известный из патента на полезную модель РФ №133248, МПК F16L 57/00, опубликованного 10.10.2013 г., состоящий из верхней и нижней частей, выполненных из композитных материалов в виде полусфер и соединенных узлами крепления, между которыми размещено уплотнение, образующее герметичное соединение, при этом внутри футляра установлены центраторы, а в верхней части футляра расположена муфта. Указанное устройство позволяет использовать данное устройство при широком температурном диапазоне от минус 40 до плюс 100°С, а также обнаруживать и отводить газ в случае повреждения газопровода в пределах защитного футляра. При этом, при необходимости замены защищаемой трубы, например, в результате ее повреждения от динамических нагрузок на полотно дороги под которым находится защитный футляр, необходимо вскрывать полотно дороги и раскапывать пространство вокруг футляра для его разборки, а также останавливать движение транспорта.
Раскрытие полезной модели
Технический результат полезной модели заключается в повышении скорости ремонта газопроводов, нефтепроводов и водопроводов, находящихся в местах пересечения их с автомобильными дорогами, трамвайными и железнодорожными путями, подземными коммуникациями; в повышении технологичности конструкции; в одновременном снижении трудозатрат и затрат материалов; а также в отсутствии необходимости останавливать движение транспорта, прекращать передачу электроэнергии и подачу передаваемых газов и жидкостей во время ремонта.
Указанный технический результат достигается с помощью секционного защитного футляра, выполненного из композиционного материала, включающего элементы, соединенные между собой элементами скрепления, при этом внутри футляра установлены центраторы, а на его поверхности оборудован переходник под контрольную трубку. Согласно заявленному решению, футляр состоит из крайних и центрального элементов, а переходник под контрольную трубку оборудован на поверхности крайнего элемента.
При этом сечение футляра может быть выполнено в виде многоугольника или криволинейной поверхности.
Также каждый крайний элемент может состоять по крайней мере из двух секций.
Кроме того, центральный элемент может состоять по крайней мере из двух секций.
А места скрепления между собой элементов футляра преимущественно являются герметичными, при этом герметичные скрепления могут быть образованы с помощью уплотнения и/или связующего.
Преимущественно крайние и/или центральные элементы футляра выполнены из композита на основе волокна и связующего.
Также, центральный элемент футляра может быть оборудован элементом, снимающим статическое напряжение. При этом, в качестве элемента, снимающего статическое напряжение может быть использован плоский композитный элемент в виде ленты или сетки, которые могут быть выполнены из композита на основе волокна и связующего. Кроме того, плоский композитный элемент может крепиться к крайним и/или центральному элементам футляра с помощью средства для адгезии, в качестве которого использовано связующее, при этом может быть покрыт средством для адгезии, в качестве которого использовано связующее. Ко всему прочему, снимающий статическое напряжение элемент может быть закреплен по крайней мере на одной внутренней или наружной стороне стенки футляра или устроен по крайней мере внутри одной стенки футляра.
Кроме того, в элементах скрепления могут использоваться следующие типы соединений: болтовое соединение, или винтовое соединение, или шпилечное соединение, или клепочное соединение, или зажимное соединение.
При этом, в качестве элементов скрепления могут использоваться элементы взаимной фиксации в виде отверстий, или пазов, или углублений и ответных им частей, или закладных элементов.
Помимо этого, в качестве элементов скрепления могут использоваться клеевое соединение в виде связующего или в виде элемента, имеющего клеевое покрытие в виде связующего по меньшей мере с одной стороны.
Ко всему прочему, в качестве элементов скрепления может использоваться петлевое крепление.
Также в качестве волокна может использоваться базальтовое, и/или органическое, и/или углеродное, и/или полиэфирное, и/или параарамидное, и/или метаарамидное, и/или полиакрилонитирильное волокно, и/или стекловолокно.
Тогда как в качестве связующего может использоваться эпоксидное связующее, и/или полиэфирное связующее, и/или винилэфирное связующее.
В отличии от ближайшего аналога, предлагаемый секционный защитный футляр повышает скорость ремонта газопроводов, нефтепроводов и водопроводов в виду отсутствия необходимости вскрывать полотно автомобильных дорог, разбирать подземные коммуникации, трамвайные и железнодорожные пути, для доступа к секционному защитному футляру и пространству возле него, поскольку его конструкция допускает ремонт находящейся в нем трубы путем снятия его крайних элементов, находящихся за пределами полотна дороги, подземных коммуникаций, трамвайных и железнодорожных путей, тогда как центральный элемент, находящийся под указанными конструкциями, не требует вскрытия, так как допускает возможность достать поврежденную трубу вместе с центраторами из него, поскольку внутренняя поверхность центрального элемента не имеет конструктивных элементов способных препятствовать изъятию трубы с центраторами, и ее замену на новую, что повышает технологичность конструкции.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленной полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и фигурами.
На фигуре 1 показан общий вид секционного защитного футляра.
На фигуре 2 показан общий вид разобранного секционного защитного футляра.
Осуществление полезной модели
Предлагаемое техническое решение полезной модели поясняется конкретным исполнением предложенного секционного защитного футляра, однако, приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заявленного технического результата.
Секционный защитный футляр выполнен из композиционного материала на основе эпоксидного связующего и стекловолокна. При этом, вместо эпоксидного связующего могут быть использованы следующие связующие - полиэфирное связующее, винилэфирное связующее, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемых свойств (времени, температуры) застывания связующего при изготовлении секционного защитного футляра. Тогда как вместо стекловолокна могут быть использованы следующие волокна - органическое волокно, углеродное волокно, полиэфирное волокно, параарамидное волокно, метаарамидное волокно, полиакрилонитирильное волокно, базальтовое волокно, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемой прочности и экономичности готового изделия.
Секционный защитный футляр выполнен в виде двух крайних элементов 1, образованных четырьмя секциями, и одного центрального элемента 2 образованного двумя секциями, внутренняя поверхность которого не имеет конструктивных элементов. Таким образом, четыре секции крайних элементов 1 и две секции центрального элемента 2 образуют секционный защитный футляр, при этом количество секций может быть увеличено таким образом, что собранные секции образовывали замкнутый объем секционного защитного футляра. Количество секций, составляющих крайние элементы 1 и центральные элементы 2 выбирается на этапе проектирования.
На поверхности одного из крайних элементов 1 секционного защитного футляра оборудован переходник 3 под контрольную трубку, при присоединение которого обеспечивается отвод передаваемых защищаемой трубой сред в случае их утечки, а также для обнаружения такой утечки. При этом переходник 3 под контрольную трубу в случае проектной необходимости может быть оборудован и в других местах секционного защитного футляра.
Внутри секционного защитного футляра установлены центраторы 4, закрепляемые на защищаемой трубе во время монтажа, чтобы избежать опасного провисания трубы внутри секционного защитного футляра.
Места скрепления между собой элементов футляра (секций крайних элементов 1 и центрального элемента 2) и места контакта футляра с защищаемым трубопроводом являются герметичными, (на фигурах не показано) с целью препятствия проникновения в секционный защитный футляр воды и иных загрязнений, а также неконтролируемого выхода из него передаваемых защищаемой трубопроводом сред, в случае его повреждения. При этом герметичные скрепления образованы с помощью уплотнения, вместо которого может быть использовано связующее. Так, в качестве уплотнения используется резиновая лента, проложенная по всему контору соединяемых секций и в месте контакта с защищаемой трубой до их монтажа (на фигурах не показано). При этом, вместо резиновой ленты может быть использовано связующее, в качестве которого могут применятся следующие типы связующих - эпоксидное связующее, и/или полиэфирное связующее, и/или винилэфирное связующее, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемых свойств (времени, температуры) застывания связующего при монтаже секционного защитного футляра на защищаемой трубе.
Сечение футляра выполнено в виде многоугольника или криволинейной поверхности. Устройство сечения влияет на нагрузки, воспринимаемые собранным футляром и увеличивает его прочность. Так основные нагрузки приходятся на сторону футляра, находящуюся под полотном автомобильных дорог, трамвайными или железнодорожными путями, таким образом, выполнение многоугольной или криволинейной поверхности обеспечивает сечение футляра необходимыми элементами жесткости (в виде углов, вытянутых в сторону воспринимаемых нагрузок криволинейных поверхностей и т.п.), направленных на восприятие предполагаемых нагрузок. Кроме того, в случае оборудования секционного защитного футляра элементом 5, снимающим статическое напряжение в виде плоского композитного элемента - ленты и/или сетки; плоская или уплощенная поверхность секций защитного футляра обеспечивает более равномерное восприятие нагрузки, передаваемой этим элементом 5. Помимо этого, выполнение сечения футляра в виде многоугольника обеспечивает снижение контакта (трения) центраторов 4 с внутренней поверхность футляра за счет меньшего количества точек соприкосновения круглых в плане центраторов 4 с плоскими поверхностями футляра, что облегчает изъятие трубопровода с установленными на нем центраторами 4, а также облегчает установку нового трубопровода с центраторами 4. В случае несовпадения криволинейной поверхности футляра с поверхностью круглых в плане центраторов 4 эффект снижения контакта (трения) сохраняется.
Крайние 1 и центральный 2 элементы секционного защитного футляра оборудованы элементом 5, снимающим статическое напряжение, что увеличивает прочность и жесткость футляра. В качестве элемента 5, снимающего статическое напряжение, используют плоский композитный элемент в виде ленты, вместо которой может использоваться сетка, что выбирается в зависимости от проектных нагрузок и характеристик ленты или сетки. Так, большая часть волокон в ленте или половина волокон сетки расположены по оси воспринимаемых лентой или сеткой нагрузок (вдоль оси футляра).
Так, указанная лента выполнена из композита на основе стекловолокна и эпоксидного связующего. При этом вместо стекловолокна могут быть использованы следующие волокна - органическое волокно, углеродное волокно, полиэфирное волокно, параарамидное волокно, метаарамидное волокно, полиакрилонитирильное волокно, базальтовое волокно, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемой прочности и экономичности готового изделия. Тогда как вместо эпоксидного связующего могут быть использованы следующие связующие - полиэфирное связующее, винилэфирное связующее, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемых свойств (времени, температуры) застывания связующего при оборудовании лентой секционного защитного футляра. Сетка может изготавливаться из композита на основе аналогичных волокон и связующего.
Элемент 5, снимающий статическое напряжение, в качестве которого используют плоский композитный элемент в виде ленты, крепится к крайним 1 и центральному 2 элементам футляра с помощью средства для адгезии, в качестве которого использовано эпоксидное связующее (на фигурах не показано). Крепление с помощью эпоксидного связующего обеспечивает равномерную передачу воспринимаемых плоским композитным элементом нагрузок, что обеспечивает распределение давления, приложенного к одной части центрального элемента 2 на менее нагруженные части за счет передачи воспринимаемого усилия по оси волокон ленты (сетки), которая в свою очередь закреплена по всей своей длине на поверхности центрального элемента 2 футляра. При этом элемент 5, снимающий статическое напряжение, в качестве которого используют плоский композитный элемент в виде ленты, покрыт и пропитан средством для адгезии, в качестве которого использовано эпоксидное связующее, что обеспечивает наиболее лучшее крепление указанного элемента к поверхности крайних 1 и центрального 2 элементов футляра. Кроме того, вместо эпоксидного связующего могут быть использованы следующие связующие - полиэфирное связующее, винилэфирное связующее, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемых свойств (времени, температуры) застывания связующего при оборудовании лентой секционного защитного футляра.
Элемент 5, снимающий статическое напряжение, в качестве которого используют плоский композитный элемент в виде ленты, закреплен на внутренней стороне стенок крайних 1 и центрального 2 элементов футляра. При этом указанный элемент 5, снимающий статическое напряжение может закрепляться на наружной стороне стенки футляра и/или устроен по крайней мере в внутри одной стенки футляра (производится во время изготовления крайних 1 и центрального 2 элементов футляра), что обеспечивает дополнительное увеличение прочности и жесткости футляра.
Также, вместо элементов скрепления, в которых используется болтовое соединение, могут использоваться следующие типы соединений - винтовое соединение, и/или шпилечное соединение (выбор резьбовых соединений позволяет производить простой разбор собранных элементов), и/или клепочное соединение, и/или зажимное соединение (выбор подобных соединений обеспечивает более быструю скорость сборки), либо использоваться элементы взаимной фиксации в виде отверстий, и/или пазов, и/или углублений и ответных им частей, или закладных элементов, расположенных в элементах жесткости (выбор подобных соединений позволяет соединять элементы без использования, либо с меньшим использованием дополнительных элементов скрепления), либо в качестве элементов скрепления может использоваться клеевое соединение в виде связующего или в виде элемента, имеющего клеевое покрытие по меньшей мере с одной стороны, например односторонняя или двусторонняя клейкая лента (выбор которой обеспечивает быстрое неразъемное скрепление элементов, а также герметичное скрепление), и их комбинации, либо в качестве элементов скрепления может использоваться петлевое крепление (при котором на одной из сторон соединения крепится петлевое соединение, обеспечивающее неразъемное соединение секций защитного футляра при одновременной возможности открывания указанных элементов друг относительно друга, что позволяет производить быструю установку защитного футляра на защищаемую трубу, тогда как с другой стороны соединения используется соединение одним из перечисленных методов - резьбовое, клепочное, клеевое соединения). Выбор конкретного типа соединения производят исходя из требований и места установки. При этом, в качестве клеевого соединения могут использоваться следующие типы связующих - эпоксидное связующее, и/или полиэфирное связующее, и/или винилэфирное связующее.
Секционный защитный футляр используется следующим образом: на смонтированном защищаемом трубопроводе (на фигуре не показана) с помощью болтового соединения закрепляют центраторы 4.
Затем, с помощью болтового соединения скрепляют секции крайних элементов 1 и центрального элемента 2, при этом, места скрепления между собой указанных секций и места контакта секций с защищаемым трубопроводом являются герметичными, при этом, герметичные скрепления образованы с помощью уплотнения в качестве которого используется резиновая лента (на фигурах не показана), проложенная по всему контору соединяемых секций и в месте контакта с защищаемым трубопроводом.
После чего, по необходимости, к переходнику 3, расположенному на поверхности крайнего элемента 1 секционного защитного футляра, присоединяют контрольную трубку (на фигурах не показана), которая обеспечивает отвод передаваемых защищаемой трубой сред в случае их утечки, а также для обнаружения такой утечки.
В случае ремонта трубопровода снимают крайние элементы 1. Обрезают трубопровод с каждой стороны и вынимают трубопровод из центрального элемента 2, внутренняя поверхность которого не имеет конструктивных элементов способных препятствовать изъятию трубопровода с центраторами 4. Сборку нового трубопровода проводят в обратном порядке.
Предложенный защитный футляр может быть изготовлен следующими методами:
- методом ручного формования, проходящим в несколько этапов: сначала на оснастку, оснащенную слоем антиадгезионного материала, наносится тонкий разделительный слой для лучшего съема детали, далее укладывается маты из стекловолокна или базальтового волокна и пропитываются полиэфирными или эпоксидным связующим; количество слоев в изделии зависит от расчета нагрузки на защитный футляр при эксплуатации; затем происходит отверждение изделия при комнатной или повышенной температурах (в зависимости от связующего); после отверждения готовое изделие извлекается из оснастки и подвергается механической обработке и обрезке излишков по краям;
- методом вакуумной инфузии, основанным на применении вакуума для пропитки волокна связующим: после отверждения связующего проводится извлечение изделия из формы, оснащенной слоем антиадгезионного материала;
- методом прессования, предусматривающего загрузку материала, волокна и связующего в пресс-форму, оснащенную слоем антиадгезионного материала, формование изделия под действием давления и фиксацию заданной конфигурации изделия; горячее прессование характеризуется тем, что процесс формования происходит под действием температуры;
- SMC-методом (Sheet Moulding Compound): SMC-материал («sheet molding compound») - это композиция, состоящая из связующего и волокна. Представляет собой полотно с удаляемой нейлоновой пленкой сверху и снизу. Композиции используются как материал для дальнейшего производства изделий. Изготовление крупногабаритных изделий из SMC-композиций осуществляется в основном методом прямого прессования в обогреваемых матрицах на гидравлических прессах. Суть SMC-метода заключается в том, что материал предварительно раскраивается, с его поверхностей удаляется пленка и затем он укладывается в пакет. После предварительного разогрева в печи, пакет переносится в пресс-форму. Рабочая температура в процессе формования изделия составляет 150-170°С. Процесс отверждения в зависимости от толщины и конфигурации изделия занимает от 2 до 5 минут. После отверждения, деталь извлекают из формы и подвергают механической обработке. После этого деталь готова для дальнейших вторичных операций, таких как лакирование и монтаж;
- методом инжекции смолы в закрытую форму: это технология, в которой используется специальная оснастка, состоящая из двух частей: «матрицы» и ответной формы - пуансона. Суть метода заключается в том, что между матрицей и пуансоном укладывается сухой, предварительно раскроенный армирующий материал. Затем, при помощи специального оборудования, в закрытую форму под давлением инжектируется связующее. После отверждения готовое изделие извлекается из формы и подвергается механообработке, если требуется;
В процессе изготовлении футляра указанными методами в его состав вводятся наполнители. При изготовлении футляра методами, не предусматривающими покрытие поверхности в форме, такое покрытие наносится после застывания получаемого изделия.
Реализация полезной модели возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических процессов и материалов.
Проведенные патентные исследования показали, что совокупность существенных признаков полезной модели не известна из уровня техники.