СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ ТРУБА-ОБОЛОЧКА Российский патент 1997 года по МПК F16L9/12 

Изобретение может быть использовано в стеклопластиковых трубах-оболочках, применяемых в химической и металлургической промышленности, строительных сооружениях, башенных конструкциях, баках, трубопроводах, шахтных колодцах и других аналогичных сооружениях.

Известна стеклопластиковая труба-оболочка, состоящая из слоев стеклопластика, между которыми размещен слой прессованных стрингеров, уложенных плотно один к другому вдоль оси трубы-оболочки и несущих осевую нагрузку, в котором выполнены кольцевые пазы и в них размещены кольца, причем наружные слои имеют кольцевые утолщения, размещенные над кольцами. (Авт. свид. СССР N 444912, F 16 L 9/12, 1974).

Указанная труба-оболочка имеет определенные преимущества при создании строительных сооружений, однако в ней сложно решаются вопросы совмещения жестких прессованных стрингеров с кольцевыми поясами, стрингера приходится перерезать, компенсация их жесткости возможна только за счет введения дополнительных кольцевых слоев стеклопластика, что увеличивает вес конструкции, без усиления мест пересечения резко снижается прочность и надежность конструкции.

В данной области техники для повышения жесткости и прочности конструкции трубы-оболочки, выполненной из стеклопластика, нашли применение жесткие металлические кольца с торцевыми кольцевыми выступами, охватывающими торцы состыкованных труб (Авт. свид. СССР N 934146, F 16 L 23/02, 1982).

К недостаткам данной конструкции узла соединения стеклопластиковых труб следует отнести сложность механической обработки торцев труб по криволинейным поверхностям и сопряжения без зазора со стыкуемым металлическим кольцом, что влияет на неравномерность распределения нагрузки, снижает прочность и надежность стыка.

Наиболее близким по технической сущности, аналогом, выбранным в качестве прототипа, является стеклопластиковая труба-оболочка, включающая утолщенные опорные шпангоуты с краевой металлической обоймой и радиальными крепежными элементами (Авт. свид. СССР N 518597, F 16 L 9/12, 1976).

Прочность стеклопластиковой трубы-оболочки достигается за счет чередования и закрепления силовой спиральной и тангенциальной армировки с силовыми слоями с образованием клиновых систем.

Эта стеклопластиковая труба-оболочка является сложной в изготовлении, требует обязательного равнопрочного закрепления слоев спиральной армировки тангенциальными, что реализуется не в полной мере из-за самой природы волокнистого наполнителя, обладающего жесткостью и высокой сопротивляемостью к уплотнению в слоях трубы-оболочки, полученной метом намотки. Недостаточная межслоевая прочность трубы-оболочки вызвала необходимость применения радиальных крепежных элементов. Однако, вопросы передачи внецентренных осевых нагрузок и надежного восприятия их без разрушения конструкции в известных решениях и прототипа не решены, трубы-оболочки для этих целей не обладают необходимой жесткостью, прочностью и надежностью.

Основной задачей разработки является создание такой стеклопластиковой трубы-оболочки, в которой устранялись бы вышеуказанные недостатки, конструкция трубы-облчки была бы технологичной в изготовлении, обладала высоким качеством после изготовления, повышенной прочностью и надежностью. Задача изобретения повышение жесткости, прочности и надежности.

Поставленная задача изобретений решается за счет обеспечения совместимости работы утолщенных опорных шпангоутов с краевой металлической обоймой и введения новых дополнительных конструктивных элементов.

Для этого в стеклопластиковой трубе-оболочке, включающей утолщенные опорные шпангоуты с краевой металлической обоймой и радиальными крепежными элементами, ее утолщенные опорные шпангоуты снабжены закрепленными на них с дополнительным опиранием на краевую металлическую обойму диаметрально равномерно расположенными секторными опорами, выполненными с радиальными выступами, размещенными между торцами утолщенных опорных шпангоутов, находящимися с ними в контактном взаимодействии, несущими внешними силовые кронштейны, утолщенные опорные шпангоуты выполнены из кордной стеклоткани с объемным соотношением стекложгутов основы и стеклонитей утка (соответственно окружное и аксиальное расположение) от 3:1 до 5:1.

Отличительными особенностями предложенного технического решения являются следующие признаки:
снабжение утолщенных опорных шпангоутов трубы-оболочки секторными опорами,
диаметрально равномерно расположенными,
с дополнительным опиранием на краевую металлическую обойму,
выполненными с радиальными выступами,
размещенными между торцами утолщенных опорных шпангоутов,
находящимися с ними в контактном взаимодействии,
несущими внешние силовые кронштейны,
выполнение утолщенных опорных шпангоутов из кордной стеклоткани,
расположение и объемное соотношение стекложгутов основы и стеклонитей утка.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлены на решение поставленной задачи и достижение нового эффекта в соответствии с целью изобретения.

Введение секторных опор увеличивает осевую и радиальную жесткость и прочность утолщенных опорных шпангоутов. Дополнительное опирание секторных опор на краевую металлическую обойму обеспечивает совместную их работу с утолщенными опорными шпангоутами, диаметральное равномерное расположение секторных опор позволяет оптимально распределить действующие нагрузки, уменьшить пиковые напряжения. Наличие на секторных опорах радиальных выступов обеспечивает подключение ими к работе утолщенных опорных шпангоутов при действии аксиальных внецентренных усилий их по дуге окружности утолщенных опорных шпангоутов при их взаимном контакте. Кроме того, секторные опоры наиболее эффективно воспринимают внецентренные усилия внешними несущими силовыми кронштейнами. Исключение какого-либо из признаков не позволяет решить поставленную задачу. Например, исключение радиальных выступов на секторных опорах приводит, казалось бы к альтернативному решению постановке радиальных крепежных элементов в увеличенном количестве или с увеличенными по их диаметру размерами, что в том и другом случае приводит к перерезанию слоев стеклопластика, что снижает прочность и надежность трубы-оболочки.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, т.к. их использование в известных технических решениях, аналоге и прототипе, не обнаружено, что свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "Новизна".

Единая совокупность общих известных и новых существенных признаков в предложенной стеклопластиковой трубе-оболочке обеспечивает решение поставленной задачи и достижение нового эффекта в соответствии с целью изобретения, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение разработано без использования справочно-нормативных рекомендаций и известных проектных решений, является результатом научно-исследовательской работы и творческого вклада, что свидетельствует о соответствии его критерию "Изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид стеклопластиковой трубы-оболочки в изометрии, на фиг. 2 осевой разрез, на фиг. 3 поперечное сечение, на фиг. 4 фрагмент секторной опоры с радиальным выступом, на фиг. 5 схема силового нагружения секторная секторной опоры.

Стеклопластиковая труба-оболочка включает оболочку 1, утолщенные опорные шпангоуты 2 и 3, краевую металлическую обойму 4 и радиальные крепежные элементы 5. Утолщенные опорные шпангоуты 2 и 3 снабжены закрепленными на них радиальными крепежными элементами 5 секторными опорами 6 с дополнительным опиранием на краевую металлическую обойму 4, выполненные с радиальными выступами 7, размещенными между торцами 8 и 9 утолщенных опорных шпангоутов 2 и 3. Секторные опоры 6 диаметрально равномерно расположены на утолщенных шпангоутах 2 и 3, несут внешние силовые кронштейны 10.

Стеклопластиковая труба-оболочка 1 выполнена из слоев стеклоткани, спакетированных намоткой на удаляемой оправке, пропитанных полимерным, в частности, эпокси-фенольным связующим, отвержденной в камерной печи.

Утолщенные опорные шпангоуты 2 и 3 оболочки 1 отличаются применением разработанной кордной стеклоткани, выполненной по основе из стекложгутов, по утку из стеклонитей. Стекложгуты кордной ткани расположены в окружном направлении утолщенных опорных шпангоутов 2 и 3, стеклонити в их аксиальном направлении. Объемное соотношение стекложгутов и стеклонитей от 3:1 до 5:1.

Наличие стекложгутов по объему менее трех единиц не обеспечивает требуемой радиальной жесткости опорных шпангоутов 2 и 3, резко увеличивает их толщину и вес конструкции. Наличие стекложгутов по объему более пяти единиц ограничивается возможностями их текстильной переработки в кордную ткань, включающую скрепляющие их уточные нити, достигается максимальная жесткость и минимальный вес конструкции. Указанные объемные соотношения стекложгутов и стеклонитей в кордной ткани обеспечивает наиболее приемлемую возможность технологической переработки кордной ткани в пластик утолщенных шпангоутов, так как на таких тканях наиболее полно выдерживаются режимы пропитки их полимерным связующим, процентное соотношение, которые жестко регламентируются, на кордных тканях с соотношением стекложгутов и стеклонитей, находящихся за пределами указанных соотношений, наблюдается разный процент накопления погрешностей. При минимальном соотношении максимальный разброс процентного содержания связующего в пределах регламентированного, при максимальном соотношении соответственно минимальный разброс процентного содержания связующего.

Краевая металлическая обойма 4 и секторные опоры 6, несущие внешние силовые кронштейны 10, выполнены из высокопрочной стали.

Радиальные крепежные элементы 5 представляют собой сборные силовые детали типа стальных втулок с буртиками или резьбой и высокопрочных болтов, устанавливаемых в радиальные отверстия утолщений 2 и 3 на клею при сборке.

Порядок изготовления стеклопластиковой трубы-оболочки заключается в следующем. На готовую оболочку 1, имеющую утолщенные опорные шпангоуты 2 и 3, краевую металлическую обойму 4, состыкованную с ответными деталями (не показано), устанавливаются и закрепляются секторные опоры 6, несущие внешние силовые кронштейны 10, таким образом, чтобы их радиальные выступы 7 были размещены между утолщенными опорными шпангоутами 2 и 3 и находились в контакте с ними по торцам 8 и 9, и секторные опоры 6 дополнительно опирались на краевую металлическую обойму 4.

Использование стеклопластиковой трубы-оболочки заключается в следующем. При приложении максимальных нагрузок на внешние силовые кронштейны 10 секторные опоры 6, диаметрально равномерно установленные на утолщенных опорных шпангоутах 2 и 3 и краевой металлической обойме 4, передают на утолщенные опорные шпангоуты 2 и 3 соответственно сдвигавшую нагрузку через радиальные выступы 7 на торцы 8 или 9 утолщенных опорных шпангоутов 2 или 3 в зависимости от направления действия нагрузки и радиальные нагрузки передающиеся соответственно на них или через радиальные крепежные элементы 5. За счет секторного выполнения опоры 6 ужесточают и упрочняют утолщенные опорные шпангоуты 2 и 3, приходящаяся нагрузка на них эффективной распределяется и композиционный материал стеклотпластиковой трубы-оболочки работает наиболее с полной нагрузкой с высоким запасом прочности и надежности.

Экспериментальные работы, проведенные на опытных образцах стеклотпластиковых труб-оболочек с использованием нового технического решения показали положительные результаты, такие трубы-оболочки обладают высокой эффективностью и обладают воспроизводимостью промышленным способом.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует и критерию "Промышленная применимость", т.е. уровню изобретения, на его создание и использование целесообразно обеспечение защиты исключительных прав патентом.

Использование: строительство трубопроводов, изготовление оболочек и емкостей. Сущность изобретения: стеклопластиковая труба-оболочка содержит оболочку 1, утолщенные опорные шпангоуты 2, 3, металлическую обойму 4, секторные опоры 6 с радиальными выступами 7. Опоры 6 равнорасположены на шпангоутах 2, 3 и снабжены кронштейнами 10. Труба изготовлена из слоев стеклоткани с пропиткой полимерным связующим методом намотки на оправку. Шпангоуты 2 и 3 выполнены из кордной стеклоткани: по основе - из стекложгутов, а по утку - из стеклонитей. Соотношение стекложгутов и стеклонитей от 3: 1 до 5:1. 5 ил.

Стеклопластиковая труба-оболочка, содержащая утолщенные опорные шпангоуты с краевой металлической обоймой и радиальные крепежные элементы, отличающаяся тем, что утолщенные опорные шпангоуты трубы снабжены закрепленными на них с дополнительным опиранием на краевую металлическую обойму диаметрально равномерно расположенными и несущими внешние силовые кронштейны секторными опорами, выполненными с радиальными выступами, размещенными между торцами утолщенных опорных шпангоутов, причем утолщенные опорные шпангоуты выполнены из кордной стеклоткани с объемным соотношением стекложгутов, расположенных по основе в их окружном направлении, к уточным стеклонитям, расположенным в аксиальном направлении, от 3:1 до 5:1.