Стеклокомпозитная теплостойкая труба

Данная полезная модель относится к стеклокомпозитной теплостойкой трубе из термореактивных полимеров, армированных стекловолокном, которая предназначена для использования в разводящих и магистральных теплосетях, а также газоходах и дымоходах, где уровень верхнего значения температуры среды воздействия может достигать до 180 градусов Цельсия.
Аналогом заявленной полезной модели является многослойная труба для систем горячего водоснабжения, теплоснабжения. Полезная модель касается многослойных водопроводных труб, предпочтительно для горячей воды в системах централизованного теплоснабжения, водопроводах горячего или холодного водоснабжения. Многослойная труба содержит внутреннюю оболочку из сшитого полиэтилена и защитную оболочку и снабжена армирующей системой из двух слоев армирующей нити, навитых в противоположные стороны, друг относительно друга под углом к оси трубы. Между внутренней оболочкой и первым армирующим слоем может быть нанесен адгезионный слой для предварительного закрепления армирующей нити. Защитная оболочка включает кислородо-защитный слой. Поверх армирующего слоя может быть нанесен полимерный слой для защиты его от механических повреждений. Труба может быть снабжена наружным слоем теплоизоляции из пенополиуретана, который, в свою очередь, покрыт наружной (патент на полезную модель РФ № RU 120739 U1, дата публикации: 27.09.2012 г.).
Основными недостатками аналога является то, что для соединения полиэтилена необходимо сваривать швы, тем самым увеличивается трудоемкость процесса, кроме того, верхний температурный предел среды воздействия, заявленный в решении, не превышает 95 градусов Цельсия.
Другим аналогом, является многослойная труба и система труб для проведения воды в системах водо- и теплоснабжения. Изобретение касается многослойных труб для воды, предпочтительно для горячей воды в системах централизованного теплоснабжения, теплосетях или водопроводах. Техническим результатом изобретения является уменьшение потерь тепла из многослойной трубы в окружающую среду. Многослойная труба включает тело трубы из полимерного материала, предпочтительно из поперечно-сшитого полиэтилена. На тело трубы также наносится слой, образующий барьер против диффузии воды через многослойную трубу (при температуре горячей воды), причем барьерный слой состоит из жидкокристаллического полимера. Изобретение также касается системы для воды, предпочтительно горячей, включающей многослойную трубу из полимерного материала, теплоизоляции, окружающей трубу, и наружной оболочки, причем многослойная труба включает трубу из сшитого полиэтилена и барьерный слой из жидкокристаллического полимера (патент на изобретение РФ № RU 2224160 С2, дата публикации: 20.02.2004 г.).
Существенным недостатком аналога, является эксплуатация в достаточно низких температурных пределах: от 60 до 100 градусов Цельсия. При этом задачей, которую решает изобретение, является предупреждение диффузии для уменьшения теплопотери в окружающую среду.
Ближайшим аналогом является техническое решение, выполненное в виде трубы стеклопластиковой щитовой для микротоннелирования из армированных термореактивных полимеров, изготовленная методом непрерывной намотки армирующих наполнителей (патент на полезную модель РФ №173495, опубликованный 29.08.2017 Бюл. № 25).
Достигаемый технический результат реализуется за счет того, что труба стеклопластиковая щитовая для микротоннелирования из армированных термореактивных полимеров, изготовленная методом непрерывной намотки, содержит несколько слоев из смеси связующего и волокнистого наполнителя, взятых в различных соотношениях. При этом содержит слои армирующих наполнителей, пропитанных связующим материалом на основе ненасыщенных полиэфирных или винилэфирных смол в растворе с ускорителем и отвердителем.
Основным недостатком представленного аналога является низкая теплостойкость трубы за счет использования не теплоустойчивого типа связующего.
Техническим результатом на достижение, которого направлена полезная модель, является улучшение эксплуатационных характеристик устройства, в частности, повышение стойкости к температурным воздействующим факторам, где уровень верхнего значения температуры среды воздействия может достигать до 180 градусов Цельсия.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что Стеклокомпозитная теплостойкая труба, выполнена из армированных термореактивных полимеров, изготовлена методом непрерывной намотки армирующих наполнителей, содержит слои из связующего, армирующих и дисперсных наполнителей, имеет обработанные торцы.
При этом внутренний слой состоит из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей, структурный слой состоит из теплостойкого связующего, армирующих наполнителей и дисперсного наполнителя, наружный слой состоит из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей.
При этом обработанные торцы могут иметь фаски, затрагивающие внешний слой и часть структурного слоя.
При этом обработанные торцы могут быть покрыты защитным слоем.
При этом в качестве армирующих наполнителей могут выступать дискретные и непрерывные стеклоровинги и стекловуали из стекловолокна.
При этом в качестве дисперсного наполнителя может выступать кварцевый песок.
При этом теплостойкое связующее может быть на основе эпоксивинилэфирных смол.
При этом теплостойкое связующее может быть на основе эпоксидных смол.
При этом теплостойкое связующее может быть на основе цианэфирных смол.
При этом теплостойкое связующее может быть на основе полиимидных смол.
При этом теплостойкое связующее может быть на основе фенолоформальдегидные смол.
При этом обработанные торцы могут иметь фаски, затрагивающие внешний слой и часть структурного слоя.
При этом эпоксивинилэфирная смола, выступающая в составе теплостойкого связующего, может подаваться в растворе стирола с ускорителем и катализатором.
Заявленная полезная модель поясняется следующими чертежами.
Фиг. 1 показан один из вариантов исполнения Стеклокомпозитной теплостойкой трубы.
Фиг. 2 - показан разрез А-А,
где 1) внутренний слой;
2) структурный слой;
3) внешний слой;
4) труба;
5) фаска.
Стеклокомпозитная теплостойкая труба (4) изготавливается методом непрерывной намотки стекловолоконных армирующих наполнителей при одновременной пропитке теплостойким связующим, с добавлением дисперсного наполнителя.
В качестве дисперсного наполнителя выступает кварцевый песок.
В качестве армирующих наполнителей выступают дискретные и непрерывные стеклоровинги и стекловуали из стекловолокна.
Так же для обеспечения теплостойких характеристик Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4), в качестве армирующих наполнителей может быть выбрано базальтовое волокно, как непрерывное, так и рубленное или углеродное волокно, как непрерывное, так и рубленное, а также базальтовые вуали или углеродное вуали.
Выбор армирующих наполнителей происходит в зависимости от необходимых характеристик будущей Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4).
Осуществление полезной модели, предполагает последовательную намотку трех слоев, а именно: внутреннего слоя (1), состоящего из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей, структурного слоя (2), состоящего из теплостойкого связующего, армирующих наполнителей и дисперсного наполнителя, наружного слоя (3), состоящего из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей.
Толщина слоев (1,2,3) выбирается, в зависимости от расчета необходимых характеристик Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4).
Состав компонентов теплостойкого связующего содержит теплостойкую смолу, активный разбавитель - стирол, ускоритель - раствор октоата кобальта в стироле, катализатор - метилэтилкетон пероксида.
В качестве теплостойкой смолы выбрана эпоксивинилэфирная смола.
Так же для обеспечения теплостойких характеристик Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4), в качестве теплостойкой смолы может быть выбрана эпоксидная смола, цианэфирная смола, полиимидная смола, фенолоформальдегидная смола.
Выбор теплостойкой смолы в составе теплостойкого связующего происходит в зависимости от необходимых характеристик будущей Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4).
Примером выбора эпоксивилэфирной смолы в составе теплостойкого связующего служит эпоксивилэфирная смола Derakane 470 HT, которая подается в растворе стирола с ускорителем и катализатором. Данная смола обеспечивает коррозионную стойкость при контакте с различными агрессивными средами, обеспечивает высокую теплостойкость, стойкость к механическим воздействиям, долгий срок службы, не менее 50 лет.
Стеклокомпозитная теплостойкая труба (4) формируется следующим образом: на поверхность вращающейся оправки подаются армирующие и дисперсные наполнители, пропитанные теплостойким связующим материалом на основе теплостойкой смолы в растворе стирола с ускорителем и отвердителем.
Количество армирующих наполнителей, дисперсного наполнителя и теплостойкого связующего выбирается в зависимости от предполагаемых характеристик Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4). В каждом слое это количество подбирается индивидуально, в зависимости от предполагаемых характеристик Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4).
Таким образом, внутренний слой (1) состоит из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей, структурный слой (2) состоит из теплостойкого связующего, армирующих наполнителей и дисперсного наполнителя, наружный слой (3) состоит из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей.
За один полный оборот оправки происходит формирование одного слоя трубы (4) и перемещение его относительно следующего слоя в осевом направлении на ширину ленты оправки. Размер толщины стенки трубы определяется количеством и толщиной сформированных слоев, шириной зоны подачи сырья и количеством его подачи в единицу времени. Количество слоев трубы определяется соотношением ширины зоны подачи сырья к размеру осевого перемещения оправки за один полный оборот. Параметры связующего подбираются таким образом, чтобы пропитка слоев происходила одновременно до начала полимеризации, что обеспечивает равномерную пропитку и адгезию между собой всех слоев (1, 2, 3).
Сформированная труба перемещается по вращающейся оправке к зоне с инфракрасными нагревателями, в которой производится контроль полимеризации с помощью температурных датчиков. При сходе с оправки, сформированная труба перемещается на опорные столы с роликовыми направляющими, обеспечивающие вращательно-поступательное движение.
Сформированная труба может включать несколько отрезков трубы (4).
После достижения заданной длины трубы происходит фрезеровка и отпиливание отрезка трубы (4).
Дальнейшая обработка отрезка трубы (4) позволяет создать Стеклокомпозитную теплостойкую трубу (4).
После отпиливания отрезка трубы (4) происходит обработка торцов, а именно выравнивание торцов, удаление острых частей.
Формирование фасок (5) происходит путем фрезеровки.
Таким образом, образуются обработанные торцы.
Фаски (5) формируются таким образом, чтобы они затрагивали внешний слой (3) и часть структурного слоя (2).
На обработанные торцы в некоторых случаях может наносится защитный слой, на основе теплостойкой смолы, такой же, как и в составе теплостойкого связующего в отрезке трубы (4), вместе с армирующими наполнителями, тем самым обеспечивается дополнительная защита отрезка трубы (4) от агрессивной среды.
Применение защитного слоя осуществляется в зависимости от уровня агрессивной среды применения Стеклокомпозитной теплостойкой трубы (4).
Проводятся гидростатические испытания.
Повышенная теплостойкость Стеклокомпозитной теплостойковой трубы (4) позволяет применять ее в разводящих и магистральных теплосетях, а также газоходах и дымоходах, где уровень верхнего значения температуры среды воздействия может достигать до 180 градусов Цельсия.
Примером технического исполнения Стеклокомпозитной теплостойкой трубы является созданная на заводе компании ООО “НТТ-Пересвет” стеклопластиковая теплостойкая труба, состоящая из трех слоев, в состав которой входили армирующие наполнители, дисперсные наполнители и теплостойкое связующее, взятые в различных соотношениях.
Сначала была сформирована трубы. На поверхность вращающейся оправки подавали компоненты в определенных соотношениях и последовательности.
За один полный оборот оправки происходило формирование одного слоя трубы и перемещение его относительно следующего слоя в осевом направлении на ширину ленты оправки. Размер толщины стенки трубы был определен количеством сформированных слоев, шириной зоны подачи сырья и количеством его подачи в единицу времени. Параметры теплостойкого связующего были подобраны таким образом, чтобы пропитка слоев происходила одновременно до начала полимеризации, что обеспечило равномерную пропитку и адгезию между собой всех слоев.
Сформированная труба была перемещена по вращающейся оправке к зоне с инфракрасными нагревателями, в которой производился контроль полимеризации композита с помощью температурных датчиков.
При сходе с оправки, сформированная труба была перемещена на опорные столы с роликовыми направляющими, обеспечивающие вращательно-поступательное движение. После достижения заданной длины отрезка трубы была произведена его фрезеровка и отпиливание.
После отпиливания отрезка трубы происходила обработка торцов, а именно выравнивание торцов, удаление острых частей, формирование фасок путем фрезеровки. Таким образом, образовали обработанные торцы.
Фаски формировали таким образом, чтобы они затрагивали внешний слой и часть структурного слоя.
Обработанные торцы под соединительную муфту дополнительно обработали защитным слоем, на основе эпоксивинилэфирной смолы, тем самым обеспечили дополнительную защиту трубы от агрессивной среды.
Нанесение защитного слоя происходило таким образом, чтобы труба плотно входила в муфту.
На остывшей трубе провели испытания при различных температурных режимах (от 20 градусов Цельсия до 190 градусов Цельсия).
Испытания производенные методом определения удельной кольцевой жесткости при температуре 20 градусов Цельсия:
Характеристики Стеклокомпозитной теплостойкой трубы показаны в Таблице 1, а также методы и результаты испытаний, на основании материала протокола испытаний, выданного НИЦ МГСУ, показаны в Таблице 2.
Таблица 1
Количество слоев поперечного сечения
Общая длинна образца, мм
Внешний диаметр, мм
Внутренний диаметр, мм
Толщина стенки
3
300,6
413,7
396,7
8,5
Таблица 2
Точки приложения нагрузки
Деформация трубы, мм
Коэффициент деформации трубы
Сжимающая нагрузка, кН
Начальная удельная кольцевая жесткость, Н/м<sup>2</sup>
1-4
12,2
0,01860
2,30
11720,99
Общий вид стеклокомпозитной теплостойкой трубы после проведенных испытаний при температуре 20 градусов Цельсия показан на фиг. 3.
Испытания производенные методом определения удельной кольцевой жесткости при температуре 190 градусов Цельсия:
Характеристики Стеклокомпозитной теплостойкой трубы показаны в Таблице 3, а также методы и результаты испытаний, на основании материала протокола испытаний, выданного НИЦ МГСУ, показаны в Таблице 4.
Таблица 3
Количество слоев поперечного сечения
Общая длинна образца, мм
Внешний диаметр, мм
Внутренний диаметр, мм
Толщина стенки
3
302,8
413,5
397,5
8.5
Таблица 4
Точки приложения нагрузки
Деформация трубы, мм
Коэффициент деформации трубы
Сжимающая нагрузка, кН
Начальная удельная кольцевая жесткость, Н/м<sup>2</sup>
1-4
12,2
0,01860
1,16
5830,13
Общий вид стеклокомпозитной теплостойкой трубы после проведенных испытаний при температуре 190 градусов Цельсия показан на фиг. 4.
Данные испытания показали, что представленный образец соответствует ожидаемым критериям увеличенного показателя теплостойкости за счет того, что Стеклопластиковая теплостойкая труба выполнена из армированных термореактивных полимеров, изготовлена методом непрерывной намотки армирующих наполнителей, содержит слои из связующего, армирующих и дисперсных наполнителей, имеет обработанные торцы.
При этом внутренний слой состоит из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей, структурный слой состоит из теплостойкого связующего, армирующих наполнителей и дисперсного наполнителя, наружный слой состоит из теплостойкого связующего и армирующих наполнителей.