МНОГОСЛОЙНАЯ АРМИРОВАННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к конструкции многослойной армированной полимерной трубы для горячей воды в системах централизованного теплоснабжения и горячего водоснабжения, а также может быть использована в трубах для транспортировки жидких и газообразных сред, к которым материал трубы устойчив в условиях эксплуатации.
Известна многослойная армированная полимерная труба и система труб для транспортировки воды (см. патент на изобретение РФ №2457388, МПК F19L 9/12, опубл. 27.07.2012), которая содержит основной слой, по меньшей мере, один армирующий слой, клеевой слой и защитный слой, обхватывающий армирующий слой. Клеевой слой выполнен из материала, который не обладает адгезией к материалу армирующего слоя, и образует каналы для обратимого перемещения нитей армирующего слоя. Возможен вариант, когда основной слой трубы выполнен из сшитого или термостойкого полимера, предпочтительно полиэтилена или полибутилена (полибутен), и может содержать, как минимум, один барьерный слой. При этом возможен вариант, когда армирующий слой выполнен в виде сетки из высокопрочных и высокомодульных полимерных нитей, преимущественно, арамидных, полиэфирных, полиэтиленовых, а барьерный слой изготовлен из полярных и неполярных полимеров. Защитный слой может быть выполнен из полиэтилена средней плотности.
Известная многослойная армированная полимерная труба выбирается в качестве прототипа, так как она имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Однако прототип имеет недостатки, а именно:
- низкая прочность конструкции, которая может не выдержать физические нагрузки при различных температурных условиях, так как армирующий слой имеет сетчатую структуру и не закреплен на основном слое, так как покрыт клеевым слоем, выполненным из материала, который не обладает адгезией к материалу армирующего слоя, и образует каналы для обратимого перемещения армирующих нитей относительно основного слоя, что вызывает образование концентраторов повышенного напряжения;
- повышенная хрупкость конструкции, так как армирующий слой и дополнительный клеевой слой, соединяющий защитный и основной слои, не являются однородными.
Задачей настоящей полезной модели является создание новой многослойной армированной полимерной трубы с достижением следующего технического результата: увеличения прочности конструкции с одновременным обеспечением равномерности распределения нагрузок в продольном и поперечном направлении.
Поставленная задача решена в заявленной многослойной армированной полимерной трубе за счет того, что:
высокомодульных
- структура армирующего слоя образована из высокопрочных и  полимерных нитей методом из ткацкого переплетения с образованием тканевой структуры, в частности, с образованием равновесного угла между каждой парой сопряженных нитей;
- защитный слой из материала класса полиэтилена, обхватывающий армирующий слой, выполняет функцию фиксатора положения армирующего слоя на основном слое путем прошивки тканевой структуры армирующего слоя с обволакиванием каждой его нити, а также утапливая в себе другую, не расположенную в основном слое, часть нитей армирующего слоя, образуя с основным слоем и армирующим слоем монолитную конструкцию, но сохраняя в местах пересечения нитей возможность их перемещения относительно друг друга.
Сущность полезной модели состоит в многослойной армированной полимерной трубе, содержащей основной слой из термостойкого полимера типа полиэтилена или полибутилена, по меньшей мере, один армирующий слой из высокопрочных и высокомодульных полимерных нитей, из которых сформирована структура, и часть из которых расположена в основном слое, и защитный слой из материала класса полиэтилена, обхватывающий армирующий слой, согласно настоящей полезной модели, структура армирующего слоя образована из упомянутых нитей методом их ткацкого переплетения с образованием тканевой структуры, а защитный слой, обхватывающий армирующий слой, соединен с ним жестко и выполняет функцию фиксатора положения армирующего слоя на основном слое путем прошивки тканевой структуры армирующего слоя с обволакиванием каждой его нити армирующего слоя, а также утапливая в себе другую, не расположенную в основном слое, часть нитей армирующего слоя, образуя с основным слоем и армирующим слоем монолитную конструкцию, сохраняя в местах пересечения нитей возможность их перемещения относительно друг друга.
Возможен вариант развития полезной модели, в котором нити в тканевой структуре армирующего слоя уложены с образованием равновесного угла между каждой парой сопряженных нитей.
Также возможен вариант развития полезной модели, в котором на свободную поверхность основного слоя нанесен слой, обладающий устойчивостью к воздействию агрессивных сред и выполняющий функцию внутреннего контактного слоя.
Возможен вариант развития полезной модели, в котором на свободную поверхность защитного слоя нанесен слой, выполняющий функцию внешнего контактного слоя, образованный из материала, идентичного материалу внутреннего контактного слоя, и обеспечивающий в паре с ним фиксацию трубы в месте соединения с фитингом при знакопеременных температурных и механических нагрузках.
Согласно другому варианту решения поставленной технической задачи:
- структура армирующего слоя образована из высокопрочных и высокомодульных полимерных нитей методом из ткацкого переплетения с образованием тканевой структуры, в частности, с образованием равновесного угла между каждой парой сопряженных нитей;
- защитный слой из материала класса полиэтилена, однородного материалу основного слоя, обхватывающий армирующий слой, выполняет функцию фиксатора положения армирующего слоя на основном слое путем прошивки тканевой структуры армирующего слоя с обволакиванием каждой его нити, а также утапливая в себе другую, не расположенную в основном слое, часть нитей армирующего слоя, образуя с основным слоем и армирующим слоем монолитную конструкцию, но сохраняя в местах пересечения нитей возможность их перемещения относительно друг друга;
- на свободную поверхность основного слоя нанесен внутренний контактный слой, обладающий устойчивостью к воздействию агрессивных сред, а на свободную поверхность защитного слоя нанесен внешний контактный слой, образованный из материала, идентичного материалу внутреннего контактного слоя.
Таким образом, каждое заявляемое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет увеличить прочность конструкции и одновременно с этим обеспечить равномерность распределения нагрузок в продольном и поперечном направлениях, а также повысить устойчивость к агрессивным средам, транспортируемым по трубе. Это обусловлено тем, что армирующий слой имеет тканевую структуру из нитей, которая утоплена, с одной стороны в основной слой, а с другой стороны в защитный слой, обхватывающий армирующий слой, а в местах пересечения нитей сохранена возможность их свободного перемещения относительно друг друга, что позволяет отслеживать деформацию монолитной конструкции трубы и компенсировать ее, не вызывая образования концентраторов повышенного напряжения. Причем особенностью такой конструкции является отсутствие адгезии между слоями трубы. А также, за счет того, что основной слой и защитный слой, обхватывающие армирующий слой, монолитны, физико-химические свойства всей монолитной конструкции с течением времени не изменяются. Кроме того, в местах пересечения нитей в армированном слое сохраняется возможность их перемещения друг относительно друга, что обеспечивает прочность конструкции при физических и термических нагрузках.
Техническая сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется следующим описанием вариантов ее осуществления и чертежами, на которых представлены схематические виды поперечного сечения многословной армированной полимерной трубы согласно разным вариантам осуществления полезной модели.
На Фиг.1 представлена многослойная армированная полимерная труба согласно первому варианту осуществления полезной модели, где:
1 - основной слой из термостойкого полимера;
2 - армирующий слой из нитей высокомодульного волокна; и
3 - защитный слой.
На Фиг.2 представлена многослойная армированная полимерная труба с внутренним контактным слоем, согласно дополнительному варианту осуществления полезной модели, где:
1 - основной слой из термостойкого полимера;
2 - армирующий слой из нитей высокомодульного волокна;
3 - защитный слой; и
4 - внутренний контактный слой.
На Фиг.3 представлена многослойная армированная полимерная труба с внутренним и внешним контактными слоями, согласно второму варианту осуществления полезной модели, где:
1 - основной слой из термостойкого полимера;
2 - армирующий слой из нитей высокомодульного волокна;
3 - защитный слой;
4 - внутренний контактный слой; и
5 - внешний контактный слой.
Согласно первому варианту осуществления полезной модели, многослойная армированная полимерная труба (Фиг.1) содержит основной слой 1 из термостойкого полимера типа полиэтилена или полибутилена, по меньшей мере, один армирующий слой 2 из высокопрочных и высокомодульных полимерных нитей, из которых сформирована тканевая структура, часть из которых расположена в основном слое 1, и защитный слой 3 из материала, идентичного материалу основного слоя 1, обхватывающий армирующий слой 2. Защитный слой 3 фиксирует положение армирующего слоя 2 на основном слое 1 путем прошивки тканевой структуры армирующего слоя 2 с обволакиванием нитей армирующего слоя, а также утапливая в себе другую, не расположенную в основном слое 1, часть нитей армирующего слоя 2, образуя с основным слоем 1 и армирующим слоем 2 монолитную конструкцию, при этом сохраняя возможность микродвижения нитей в местах их пересечения друг с другом (нахлестов).
Нити в армирующем слое 2 могут быть уложены с образованием равновесного угла между каждой парой сопряженных нитей.
В дополнительном варианте осуществления полезной модели (Фиг.2), труба дополнительно содержит внутренний контактный слой 4, нанесенный на свободную поверхность основного слоя 1, обладающий устойчивостью к воздействию агрессивных сред.
Возможен также дополнительный вариант осуществления полезной модели (например, см. Фиг.3), в котором труба дополнительно содержит внешний контактный слой 5, нанесенный на свободную поверхность защитного слоя 3, образованный из материала, идентичного материалу внутреннего контактного слоя 4.
Согласно второму варианту осуществления полезной модели, многослойная армированная полимерная труба (Фиг.3) содержит основной слой 1 из термостойкого полимера типа полиэтилена или полибутилена, по меньшей мере, один армирующий слой 2 из высокопрочных и высокомодульных полимерных нитей, из которых сформирована тканевая структура, часть из которых расположена в основном слое 1, и защитный слой 3 из материала, идентичного материалу основного слоя 1, обхватывающий армирующий слой 2. Защитный слой 3 фиксирует положение армирующего слоя 2 на основном слое 1 путем прошивки тканевой структуры армирующего слоя 2 с обволакиванием нитей армирующего слоя, а также утапливая в себе другую, не расположенную в основном слое 1, часть нитей армирующего слоя 2, образуя с основным слоем 1 и армирующим слоем 2 монолитную конструкцию, при этом сохраняя возможность микродвижения нитей в местах их пересечения друг с другом (нахлестов). Кроме того, на свободную поверхность основного слоя 1 нанесен внутренний контактный слой 4, обладающий устойчивостью к воздействию агрессивных сред, а на свободную поверхность защитного слоя 3 нанесен внешний контактный слой 5, образованный из материала, идентичного материалу внутреннего контактного слоя 4, и обеспечивающий в паре с ним фиксацию трубы в месте соединения с фитингом, при знакопеременных температурных и механических нагрузках.
Таким образом, достигается технический результат, а именно: увеличения прочности конструкции трубы с одновременным обеспечением равномерности распределения нагрузок в продольном и поперечном направлении и повышением устойчивости к агрессивным средам, транспортируемым по трубе.
Многослойная армированная полимерная труба работает следующим образом. Монтаж трубопровода с использованием трубы заявляемой конструкции обычно осуществляют по схеме, включающей повороты под разными углами. При изгибе трубы армирующие волокна и основной слой смещаются относительно друг друга. После монтажа трубопровода осуществляют его испытание повышенным давлением. В процессе изменения геометрических размеров полимерные слои трубы не смещаются относительно нитей вследствие монолитной конструкции. Однако может происходить смещение нитей в местах их пересечения.
В результате предлагается многослойная армированная полимерная труба, которая обладает следующими достоинствами:
- высокая прочность в местах соединения с фитингом за счет наличия контактных слоев, выполненных из сшитого полиэтилена РЕХ с более низкой деформацией при высоких температурах по сравнению с термопластами;
- более высокая устойчивость трубы к агрессивным компонентам транспортируемых сред за счет наличия внутреннего контактного слоя из сшитого полиэтилена РЕХ, обладающего более высокой устойчивостью к хлору и другим химическим элементам при высоких температурах по сравнению с термопластами;
- гибкость при укладке трубопровода и эксплуатационных нагрузках на стенки трубопровода;
- более высокая прочность трубы за счет армирования в монолитном слое без использования адгезионных слоев, по сравнению с другими системами армирования;
- возможность соединения труб методом электрофузионной сварки.