ГИБКАЯ ТРУБА Российский патент 1995 года по МПК F16L11/08 

Изобретение относится к трубам для транспортировки высокоагрессивных жидкостей и газов и может найти применение в нефтяной, химической и смежных отраслях промышленности.

Известна гибкая труба, содержащая внутреннюю герметизирующую камеру, на наружной поверхности которой выполнены пазы, спиральный каркас, грузонесущие элементы, уложенные с зазором в пазы камеры, и внешнюю защитную полимерную оболочку.

Недостаток конструкции высокая изгибная жесткость при заполнении грузонесущими элементами всего периметра.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является гибкая труба, содержащая внутреннюю герметизирующую полимерную камеру с выполненными на ее наружной поверхности параллельно оси трубы пазами, размещенные в них грузонесущие элементы, спиральный каркас и внешнюю защитную оболочку.

В известной гибкой трубе ширина пазов определяется из соотношения
S ≅ · ·d где σ_s и σ_d пределы текучести материалов грузонесущих элементов и герметизирующей камеры;
E_s и E_d модули упругости тех же материалов;
d наружный диаметр герметизирующей камеры.

Соотношение, базирующееся на законе Гука для обоих материалов, некорректно, так как практически во всех случаях применения гибкой трубы камера подвергается существенной пластической деформации при намотке труб, иначе нельзя достичь приемлемых габаритов барабанов. Так, для гибкой трубы с наружным диаметром 90 мм из полиэтилена низкого давления с пределом текучести σ_т 20-23 МПа и модулем упругости 800 МПа потребовался бы барабан с бочкой диаметром 3,1-3,6 м, неприемлемым по транспортным габаритам для сухопутных месторождений.

На практике гибкие полимерно-металлические трубы с наружным диаметром 90 мм наматываются на барабан диаметром 1,4-1,5 м. Произвольное расположение блоков пазов по отношению к нейтральному слою изгиба изделия может приводить к перенапряжению грузонесущих элементов. Данный вопрос возникает не только при изготовлении и намотке гибких труб на барабан, но и при использовании их на непрямолинейных участках трубопровода, т.е. при наличии на трубопроводе поворотов. К конструктивным недостаткам трубы следует отнести и плотное, без зазоров, размещение грузонесущих элементов в одном пазе, что повышает изгибную жесткость и уязвимость грузонесущих элементов к коррозии в случае проникновения влаги при нарушении внешней оболочки.

Задачей изобретения является конструктивное оформление гибкой трубы для транспортировки высокоагрессивных жидкостей и газов с получением следующего технического результата: снижение изгибной жесткости трубы на 20-30% и повышение ее надежности в сравнении с прототипом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной гибкой трубе, содержащей внутреннюю герметизирующую камеру с выполненными на ее наружной поверхности паралелльно оси трубы пазами, размещенные в них грузонесущие элементы, спиральный каркас и внешнюю защитную оболочку в отличие от прототипа блоки пазов расположены в зоне нейтрального слоя изгиба изделия, грузонесущие элементы по отношению друг к другу уложены с зазорами, общая ширина блоков пазов удовлетворяет неравенству
l ≅ (D+d) где l общая ширина блоков пазов;
D диаметр барабана;
d наружный диаметр герметизирующей камеры;
σ_s и Е_s предел текучести и модуль упругости первого рода материала грузонесущих элементов.

Наличие отличительных признаков позволяет признать данное техническое решение новым.

Совокупность отличительных признаков содержит новый признак: общая ширина блоков пазов выбирается по формуле
l ≅ (D+d) Эффект нового признака снижение изгибной жесткости не выводится по известным закономерностям. На основании этого можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена гибкая труба, поперечное сечение.

Гибкая труба содержит внутреннюю герметизирующую камеру 1 диаметром d с выполненными на ее наружной поверхности параллельно оси трубы и диаметрально противоположными блоками 2 пазов 3, в которые уложены с зазорами грузонесущие элементы 4 из, например, стальных канатов, спиральный каркас 5 из, например, стальной проволоки, внешнюю защитную оболочку 6. Общая ширина блока пазов определяется из условия обеспечения работы грузонесущих элементов при изгибе трубы в упругой области
l ≅ (D+d) и для D 1500 мм; d 90 мм; σ_s 150 кг/мм² (для канатной проволоки); Е 1,5˙10⁴ кг/мм² (для канатов спиральной конструкции) составляет 15,9 мм.

При работе предлагаемой гибкой трубы размещение каждого из грузонесущих элементов 4 в индивидуальном пазу 3 с зазором позволяет грузонесущему элементу 4 принимать в зоне сжатия форму пологой спирали, что повышает гибкость конструкции. Размещение грузонесущих элементов 4 в индивидуальных пазах 3 повышает надежность конструкции, так как поступившая в случае повреждения внешней оболочки 6 влага локализуется одним пазом, сохраняя работоспособными остальные грузонесущие элементы. Стендовые испытания трубы, описанной в примере конкретного выполнения, с грузонесущими элементами из стальных канатов диаметром 2,1 мм ГОСТ 3063-80, размещенных в блоках пазов трубы ПЭНД 90Т (с тремя грузонесущими элементами в блоке) показали, что разрушающее давление составило 11 МПА, гибкость в сравнении с прототипом повысилась. Испытания показали также высокую степень равномерности нагружения грузонесущих элементов.

Использование: для транспортировки высокоагрессивных жидкостей и газов. Сущность изобретения: на наружной поверхности внутренней герметизирующей полимерной камеры выполнены параллельно оси трубы пазы. В пазах размещены грузонесущие элементы, уложенные с зазорами в индивидуальных пазах сгруппированных в два блока, расположенных в зоне нейтрального слоя изгиба трубы. Общая ширина каждого блока пазов соответствует заданному неравенству. 1 ил.

ГИБКАЯ ТРУБА, содержащая внутреннюю герметизирующую полимерную камеру с выполненными на ее наружной поверхности параллельно оси трубы пазами, размещенные в них грузонесущие элементы, спиральный каркас и внешнюю защитную оболочку, отличающаяся тем, что грузонесущие элементы уложены с зазорами в индивидуальных пазах, сгруппированных в два блока, расположенных в зоне нейтрального слоя изгиба трубы, а общая ширина каждого из блоков пазов соответствует неравенству

где l общая ширина блока пазов;
D диаметр барабана;
d наружный диаметр герметизирующей камеры;
σ_s, E_s предел текучести и модуль упругости первого рода материала грузонесущих элементов.