СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОЙ ГИБКОЙ ТРУБЫ
METHOD OF PRODUCING FLEXIBLE HEAT-INSULATION TUBE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области производства предварительно изолированных гибких труб, применяемых в теплоэнергетике, при строительстве тепловых сетей, сетей холодного и горячего водоснабжения и т.п.
Уровень техники
Из предшествующего уровня техники известны различные способы изготовления теплоизолированных труб: DE 3126505; DE 3724360; DE 10312700; DE 19629678; DE 3717020; DE 3724360; EP 0038974; DE 19629678; EP 01566587; EP 1612468; EP 2060843; EP 2138751; EP 1010933; FR 2578026; JP 58020424; JP 2002323194; JP 58020425; JP 58076235; SU 1449025; RU 2265517; RU 2289751; RU 2293247; RU 2320484; RU 2339869; RU 2355941; RU 2372551; RU 11585 U1; RU 2052706; RU 2280809; RU 96123112; RU 2003117471; RU 2004139112; US 4844762; US 4929409; WO 0035657; WO 0207948; WO 0231400; WO 0047387. Эти способы и устройства, их реализующие, достаточно сложны, требуют наличия специализированного оборудования, предполагают изготовление теплоизолированных труб в несколько последовательных технологических этапов.
В частности, известен способ изготовления теплоизолированной трубы по заявке на выдачу Европейского патента EP 0897788, B29C 44/30, дата публ. 24.02.1999. На первом этапе осуществления данного способа происходит подача рабочей трубы и изоляционных материалов в пленочный рукав с формовкой и структуризация изоляции на рабочей трубе в корругаторе. На втором этапе - экструдирование внешней трубы поверх сформированной изоляции.
Недостаток этого способа заключается в многостадийности процесса, трудоемкости и энергоемкости, повышенной материалоемкости вследствие использования дополнительных материалов (в данном случае - пленочного рукава).
В качестве аналога, наиболее близкого к изобретению по совокупности признаков (прототипа), выбрано техническое решение, описанное в международной заявке WO 0035657, B29C 47/00, дата публ. 22.06.2000 г.
В заявке WO 0035657 описаны способ и устройство для нанесения теплоизоляции на длинномерную трубу, обеспечивающие получение гибкой теплоизолированной трубы посредством одностадийного процесса без применения центрирующих элементов рабочей трубы относительно внешней трубы-оболочки и без использования пленочного рукава.
Согласно способу-прототипу длинномерная труба направляется в экструдер, который одновременно экструдирует вспенивающийся теплоизоляционный материал и внешнее защитное покрытие (трубу).
Экструзионная головка экструдера включает первое отверстие, из которого экструдируется композиция для образования вокруг трубы внешней защитной трубы-оболочки, и второе отверстие, из которого экструдируется вспенивающийся теплоизоляционный материал. Температура композиции для защитной трубы-оболочки - приблизительно 300-400°F, в то время как вспенивающийся теплоизоляционный материал должен иметь комнатную температуру. Вспенивающийся теплоизоляционный материал и композиция для защитной трубы-оболочки вводятся под давлением через соответствующие матрицы. Матрицы являются предпочтительно цилиндрическими, что соответствует форме трубы. После одновременной экструзии вспенивающегося теплоизоляционного материала и композиции для защитной трубы-оболочки, создают условия для быстрого отверждения материала защитной трубы-оболочки.
Чтобы быстро отвердить термопластичную защитную трубу-оболочку, изделие охлаждают жидким хладагентом (преимущественно, водой). Это может быть осуществлено при перемещении длинномерной трубы со вспенивающимся изолятором и защитной трубой-оболочкой через область, в которой разбрызгивают жидкий хладагент. Как вариант, труба с покрытием может быть погружена в ванну с жидким хладагентом, также может применяться принудительный обдув воздухом. В случае использования термореактивного защитного покрытия для быстрого отверждения его нагревают. Далее вулканизируется вспенивающийся теплоизоляционный материал. Обычно требуется несколько часов, чтобы его вулканизировать. Процесс вулканизации может быть ускорен нагреванием.
К недостаткам прототипа относится то, что в нем предусматривается изготовление внешней защитной трубы-оболочки без образования рельефа в виде винтовой поверхности, а также сложность одновременного поддержания высокой температуры композиции для защитной трубы-оболочки и комнатной температуры для вспенивающегося теплоизоляционного материала (требуется для исключения преждевременного вспенивания).
Раскрытие изобретения
Для прототипа и заявленного способа общими являются следующие признаки:
- рабочую трубу подают через экструзионную головку расплава полимерных материалов,
- внешнюю защитную трубу-оболочку из полимерного материала экструдируют и формуют, располагая ее соосно рабочей трубе,
- одновременно в полость между рабочей трубой и внешней защитной трубой-оболочкой подают вспенивающийся материал, образующий после затвердевания теплоизоляционный слой во внутренней полости между внешней защитной трубой-оболочкой и рабочей трубой.
Технической задачей, решаемой изобретением, является обеспечение стабильности одностадийного непрерывного производства гибких теплоизолированных труб для повышения качества получаемых изделий, изготовления труб с винтообразной (гофрированной) поверхностью, за счет чего теплоизолированная труба приобретает дополнительную гибкость и эластичность, что позволит эксплуатировать изготовленные из нее трубопроводы без применения неподвижных опор и компенсационных устройств при безканальной прокладке, а также обеспечит низкий уровень температурных потерь теплоносителя.
Отличительными от прототипа признаками заявленного способа изготовления теплоизолированной гибкой трубы, которые обеспечивают решение поставленной задачи, являются следующие признаки.
Внешнюю защитную трубу-оболочку из полимерных материалов (далее именуемая труба-оболочка) экструдируют головкой с угловым течением расплава и формуют во вращающемся калибрующемся устройстве для образования на ней винтовой (гофрированной) поверхности и термостабилизируют в ванне охлаждения.
В межтрубное пространство (между рабочей трубой и трубой-оболочкой) высокоточной заливочной установкой с системой кондиционирования подают вспенивающиеся реакционные материалы, которые равномерно заполняют полость между трубой-оболочкой и рабочей трубой, где проходит процесс образования и стабилизации пены.
Двух- или многоканальная система кондиционирования совмещает несколько функций, а именно:
- обеспечивает поддержание постоянной температуры;
- обеспечивает стабильность и управляемость процессом вспенивания за счет возможности управления процессом циркуляции хладагента;
- обеспечивает работоспособность линии в случае «зарастания» канала подачи компонентов, с переключением на свободный канал для непрерывного производства.
За счет адгезии, возникающей на границе материалов, образуется единая неразборная гибкая теплоизолированная труба с винтовой (гофрированной) поверхностью и высокими теплоизоляционными свойствами.
Заявленный способ изготовления гибкой теплоизолированной трубы обеспечивает стабильность процесса вспенивания и получение за счет этого высококачественного изделия, при этом внешняя труба-оболочка имеет винтовую (гофрированную) поверхность, формование которой осуществляется вращающимся калибрующим устройством, что позволяет улучшить эксплуатационные свойства готового изделия.
Такая форма поверхности защитной трубы-оболочки из полимерных материалов снижает уровень усилий при намотке готового изделия на барабан, а также снижает уровень внутреннего напряжения в процессе эксплуатации готовой гибкой теплоизолированной трубы.
Замена дорогостоящего корругатора на вращающееся калибрующее устройство, формующее трубу-оболочку в виде винтовой поверхности, позволяет упростить технологический процесс, снизить трудоемкость получения продукции и ее себестоимость, а также снизить энергоемкость технологического процесса и вес готовой продукции
При анализе предшествующего уровня техники было выявлено, что выполнение винтовой поверхности на внешней защитной трубе-оболочке из полимерных материалов известно из источников RU 2293247 и EP 2060843. Однако получают такую форму внешней защитной трубы-оболочки более сложными средствами.
В EP 2060843 имеется направляющая труба, в которой располагается внутренняя труба. Направляющая труба регулируется по осям, и ее положение управляется устройством, которое отслеживает центральное положение внутренней трубы и подает при необходимости сигналы коррекции. Пленка поступает с бобины и формируется вокруг внутренней трубы концентрически к ней, образуя рукав с заклеенным или сваренным фланговым швом. В сформированный рукав подается вспениваемая смесь на основе полиуретана или полиэтилена. Закрытая пленкой труба вводится в корругатор и образует за счет инструмента соответствующие углубления, по форме подобные полуволнам. Из корругатора выходит труба с полуволнообразными углублениями на поверхности. На трубу посредством экструзии наносится внешняя оболочка из пластмассы, которая заполняет собой под влиянием низкого давления углубления в виде полуволны. При этом внешняя оболочка прочно соединяется с пленкой в процессе экструзии за счет высокой температуры. В соответствии с описанным процессом винтообразная (полуволнообразная) поверхность получается в корругаторе, который в своем рабочем инструменте (формах) имеет полуволнистую или полугофрированную рабочую поверхность. Этот способ является развитием описанного выше аналога EP 0897788, в котором формовка изолирующих материалов происходит также в корругаторе, отличие заключается лишь в форме поверхности рабочего инструмента винт (спираль) в EP 2060843 или кольцевая форма в EP 0897788.
В отличие от EP 2060843 в заявленном способе вначале идет образование наружной винтовой поверхности, ее охлаждение и затем подача реакционных материалов для образования теплоизоляционного слоя. Имеющееся оборудование и технологические условия позволяют делать это одновременно, при этом основное используемое оборудование практически такое же, что и при известных из уровня техники линиях изготовления трубы цилиндрической формы.
В патенте RU 2293247 описан способ изготовления теплоизолированной трубы характеризуется тем, что оболочку из просечно-вытяжной стали формируют в виде трубы вокруг внутренней трубы (или внутренних труб), на упомянутую оболочку накладывают при движении в продольном направлении пластмассовую пленку и сваривают или склеивают ее продольные кромки, в зазор между внутренней или внутренними трубами и полимерной пленкой или оболочкой из просечно-вытяжной стали подают вспенивающуюся пластмассовую композицию, на пластмассовую пленку винтообразно наматывают жгут, пластмассовую пленку между витками жгута формируют под действием давления вспенивающейся пластмассы в виде направленной наружу выпуклости и в заключении методом экструзии наносят наружное покрытие из термопластичной пластмассы, при этом заполняют участки между выпуклостями так, что наружное покрытие приобретает винтообразную волнистость. Согласно RU 2293247 пена образуется в кольцевом зазоре между внутренней трубой и оболочкой из просечно-вытяжной стали за счет отверстий в оболочке из просечно-вытяжной стали, и затем полученные выпуклости покрываются методом экструзии, т.е. первоначально идет подача вспененных материалов, а после этого наносится наружное покрытие.
В RU 2293247 и в EP 2060843 формирование винтового рельефа на наружной трубе-оболочке происходит в два этапа: первоначально идет формовка слоя теплоизоляции, и только затем - нанесение наружного слоя. В заявленном способе вначале образуют наружную трубу-оболочку, а затем - слой теплоизоляции. Это принципиально отличает заявленный способ от известных из уровня техники.
Отличием заявленного способа является также то, что при его осуществлении используется двух- или многоканальная система кондиционирования, одновременно выполняющая функцию направляющего устройства для устройства подачи и впрыска вспенивающихся теплоизолирующих материалов. Наличие нескольких каналов требуется для обеспечения непрерывной работы в случае выхода из строя («зарастания») одного из каналов. Трубки, образующие каналы устройства подачи и смешения вспенивающихся теплоизолирующих материалов, изготавливают из материала с низкой поверхностной активностью.
Система кондиционирования поддерживает постоянную температуру реакционного материала при его протекании по каналам до места впрыска для предотвращения преждевременной реакции и гарантирует стабильность процесса вспенивания и его управляемость (можно регулировать температуру и расход хладагента системы кондиционирования).
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 - линия для изготовления теплоизолированной гибкой трубы, главный вид.
На фиг.2 - то же, вид сверху.
На фиг.3 - теплоизолированная гибкая труба.
На фиг.4 - пример выполнения теплоизолированной гибкой трубы с рабочей трубой из полимерного материала.
На фиг.5 - пример выполнения теплоизолированной гибкой трубы с рабочей трубой из металла.
Осуществление изобретения
Линия для изготовления теплоизолированной гибкой трубы (фиг.1 и 2), реализующая заявленный способ, включает последовательно расположенные элементы, через которые проходит рабочая труба: разматывающее устройство подачи рабочей трубы 1, правильное устройство 2 с системой подогрева, направляющее устройство 3, позволяющее позиционировать рабочую трубу, высокоточную заливочную установку 4, предназначенную для производства систем пенопластов и установленную рядом с экструзионной головкой 5, экструдер 6, обеспечивающий расплавление, гомогенизацию и подачу полимерного материала наружной трубы-оболочки через экструзионную головку 5, вращающееся калибрующее устройство 7 для образования винтообразной формы наружной трубы-оболочки, установленное в ванне охлаждения 8, тянущее устройство 9, отрезное устройство 10 и наматывающее устройство 11 готовой продукции.
Стрелкой показана подача рабочей трубы, если ее подают без использования разматывающего устройства 1, непосредственно с линии ее изготовления.
Экструзионная головка 5 экструдера 6 представляет собой съемный профилирующий инструмент, придающий расплаву полимера, покидающего рабочий цилиндр экструдера 6, необходимую форму, имеет секционированные места для установки индивидуального нагрева, при этом внутренняя полость экструзионной головки служит базой для установки устройства подачи и смешения (впрыска) с системой кондиционирования.
На фиг.3 схематически изображен общий вид изготавливаемой теплоизолированной гибкой трубы. На фиг.4 и 5 изображена теплоизолированная гибкая труба в разрезе и показаны: рабочая труба 12, слой теплоизоляции 13 (из вспенивающегося теплоизолирующего материала) и труба-оболочка 14 винтовой формы.
Способ изготовления теплоизолированной гибкой трубы реализуется при работе линии и заключается в следующем.
Рабочая труба 12 подается из барабана разматывающего устройства 1 линии или производится одновременно с процессом изготовления теплоизолированной трубы и подается на линию без промежуточной намотки. Перед нанесением на рабочую трубу 12 теплоизоляционного слоя она предварительно правится и нагревается в устройстве 2, что необходимо для улучшения адгезии между материалами, рабочая труба позиционируется в направляющем устройстве 3 и далее перемещается через экструзионную головку 5 с боковой подачей полимерных материалов.
Рабочая труба 12 может быть выполнена из различных прочных гибких материалов, например из полимеров (фиг.4) или металла (фиг.5). Рабочих труб внутри внешней трубы-оболочки может быть несколько.
Внешняя защитная труба-оболочка 14 из полимерных материалов экструдируется соосно рабочей трубе 12 и формуется во вращающемся калибрующем устройстве 7 для придания ей винтообразной формы. Такая геометрия трубы-заготовки, как указывалось выше, снижает внутренние напряжения при намотке готового изделия на барабан наматывающего устройства 11, а также при эксплуатации готовой теплоизолированной гибкой трубы.
В процессе непрерывной подачи рабочей трубы 12 через экструзионную головку 5 с боковой подачей полимерных материалов, которая экструдирует внешнюю трубу-оболочку, а вращающееся калибрующее устройство 7 формует трубу-оболочку, в термостабилизированную (охлажденную) полость между рабочей (внутренней) трубой 12 и винтовой (гофрированной) поверхностью внешней трубы-оболочки 14, с помощью высокоточной заливочной установки 4 подают вспенивающийся теплоизоляционный материал, который равномерно заполняет внутреннюю полость трубы-оболочки 14 с образованием слоя теплоизоляции 13.
В полости между рабочей (внутренней) трубой 12 и винтовой (гофрированной) стенкой внешней трубы-оболочки 14 размещается система кондиционирования, змеевик которой охлаждает канал подачи вспенивающегося теплоизоляционного материала, а также пространство вокруг змеевика.
Система кондиционирования состоит из двух или более канальных узлов (по числу каналов устройства подачи и смешения (впрыска) вспенивающихся теплоизолирующих материалов) и обеспечивает поддержание постоянной температуры, стабильность процесса вспенивания и его управляемость. Поддержание системой кондиционирования требуемой температуры производится за счет циркуляции хладагента (например, воды) по змеевику, охватывающему трубки, образующие каналы устройства подачи вспенивающихся теплоизолирующих материалов. Змеевик охлаждает упомянутую трубку, внутри которой находятся компоненты вспенивающихся материалов, и одновременно является направляющим и поддерживающим устройством для нее. Трубки, образующие каналы устройства подачи и смешения вспенивающихся теплоизолирующих материалов, изготавливают из материала с низкой поверхностной активностью. По каналу подают реакционные материалы, которые в процессе прохождения по трубкам дополнительно перемешиваются слоями.
Подача и смешение (впрыск) с использованием двух или более каналов (трубок) обеспечивает работоспособность линии в случае «зарастания» канала подачи вспенивающихся материалов переключением на свободный канал. В случае «зарастания» канала подача компонентов вспенивающихся теплоизолирующих материалов переходит на другой канал и обеспечивает непрерывность технологического процесса производства теплоизолированной трубы.
Система кондиционирования с устройством подачи и смешения вспенивающихся теплоизолирующих материалов размещена в межтрубном пространстве между рабочей трубой и экструдируемой, формуемой в винтовую поверхность наружной трубой-оболочкой и закреплена на экструзионной головке. В этой же полости может размещаться дополнительное поддерживающее и центрующее устройство для рабочей трубы.
Далее полученное изделие охлаждается в ванне охлаждения 8, заполненной хладагентом, например водой.
Подача вспенивающихся теплоизолирующих материалов высокоточной заливочной установки 4 синхронизирована с подачей рабочей трубы 12 и процессом экструзии, что дает возможность получения однородного по плотности и контролируемого распределения теплоизоляционного слоя.
Устройство подачи и смешения (впрыска) вспенивающихся теплоизолирующих материалов высокоточной заливочной установки 4 имеет собственную систему кондиционирования.
С помощью тянущего устройства 9 гибкая теплоизолированная труба подается в отрезное устройство 10, в котором происходит резка на мерные отрезки, проводиться намотка на барабан наматывающего устройства 11 готовой продукции и упаковывается.