ТРУБА-ОБОЛОЧКА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2000 года по МПК F16L9/14 

Изобретение относится к трубам-оболочкам из композиционных материалов с защитным покрытием, при его использовании в них предназначенным для предохранения их корпусов от влияния потока жидких или газообразных сред в условиях напряженно-деформированного состояния от воздействующих нагрузок, и может быть применено в пусковых трубах.

К трубам-оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по жесткости, прочности, герметичности и надежности, массовым параметрам, безопасности при их использовании, недопустимости разрушений от воздействующих нагрузок.

Известна труба-оболочка, содержащая наружный слой из стеклопластика, внутренний слой из термопласта и кольцевые ребра жесткости. Для повышения надежности кольцевые ребра жесткости выполнены полыми и закреплены на внутреннем слое, наружный слой нанесен на ребра жесткости (авторское свидетельство СССР N 1691645, F 16 L 9/12, 1991).

Известна также труба-оболочка из композиционных материалов, содержащая полимерную оболочку, усиленную армирующими нитями, с наружными выступами. Полимерная оболочка является ее защитной облицовкой (патент Франции N 2445922, F 16 L 9/12, 1980).

B трубе-оболочке из композиционных материалов, содержащей корпус из несущих слоев армирующего материала и полимерного связующего и защитное покрытие из термопластичного или упругоэластичного материала на его внутренней поверхности, защитное покрытие выполнено с наружным кольцевым выступом, расположенным со стороны торца корпуса (свидетельство РФ N 628 на полезную модель от 19.02.93, МПК F 16 L 58/10, публ. 1995). Техническое решение в этой трубе-оболочке направлено на обеспечение защиты торцев и слоев корпуса от воздействия жидких и газообразных сред в условиях напряженно-деформированного состояния корпуса. Однако, для высоконагруженных труб-оболочек такого решения оказывается недостаточным, защитное покрытие разрушается.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является техническое решение на полезную модель по свидетельству РФ N 628.

Основной задачей является создание трубы-оболочки из композиционных материалов, устранение разрушения защитного покрытия со стороны торцев корпуса трубы-оболочки, предотвращение проникновения жидких и газообразных сред между несущими слоями армирующего материала и их разрушения.

Техническим результатом от использования изобретения является получение трубы-оболочки из композиционных материалов высокой прочности, повышенной герметичности и надежности.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции трубы-оболочки, введения армирующего материала в элементы защитного покрытия из низкомодульных волокон, его соответствующего размещения в нем, скрепления, выбора полимерного связующего.

Для этого в трубе-оболочке из композиционных материалов, содержащей корпус из несущих слоев армирующего материала и полимерного связующего и защитное покрытие из термопластичного или упругоэластичного материала на его внутренней поверхности с наружным кольцевым выступом, расположенным со стороны торца корпуса, наружный кольцевой выступ защитного покрытия корпуса снабжен охватывающими его слоями тканой армировки, выполненной из текстильных низкомодульных волокон, например капроновых, хлопчатобумажных, причем наружный кольцевой выступ с охватывающими его слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон размещен в кольцевой канавке корпуса, выполненной со стороны его торца, и скреплен с несущими слоями армирующего материала корпуса. Защитное покрытие на внутренней поверхности корпуса трубы-оболочки облицовано по внутренней по поверхности трубы слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон, например капроновых, хлопчатобумажных. В качестве полимерного связующего несущих слоев армирующего материала корпуса использовано эпоксидиановое связующее, например ЭДТ-10, а в качестве связующего тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон - эпоксихлорсодержащее связующее, например ЭХД-У, эпоксибромсодержащее или фенолформальдегидное связующее, например АБС-16, при объемном соотношении тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон и связующего от 1:0,9 до 1: 1,9.

Отличительными особенностями трубы-оболочки из композиционных материалов являются следующие признаки:
- снабжение наружного кольцевого выступа защитного покрытия корпуса охватывающими его слоями тканой армировки;
- выполнение указанной тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон, например капроновых, хлопчатобумажных;
- наличие кольцевой канавки, выполненной со стороны торца корпуса в его несущих слоях;
- размещение наружного кольцевого выступа с охватывающими его слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон в кольцевой канавке корпуса, выполненной со стороны торца корпуса;
- скрепление наружного кольцевого выступа с охватывающими его слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон с несущими слоями армирующего материала корпуса;
- облицовка защитного покрытия по внутренней поверхности трубы слоями тканой армировки;
- выполнение облицовочных слоев защитного покрытия из тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон, например капроновых, хлопчатобумажных;
- использование в качестве полимерного связующего несущих слоев армирующего материала корпуса эпоксидианового связующего, например ЭДТ-10;
- использование в качестве связующего тканой армировки защитного покрытия - эпоксихлорсодержащего связующего, например ЭХД-У, эпоксибромсодержащего или фенолформальдегидного связующего, например АБС-16, при объемном соотношении тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон и связующего от 1:0,9 до 1:1,9.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Снабжение наружного кольцевого выступа защитного покрытия охватывающими его слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон предусматривает заключение его как бы в бронировку и размещение в кольцевой канавке корпуса со стороны его торца, скрепление с несущими слоями армирующего материала корпуса, что исключает его разрушение с защитным покрытием в процессе работы. Без наружных слоев тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон, но с размещением в кольцевой канавке со стороны торца корпуса, наружный кольцевой выступ защитного покрытия сильно сдавливается несущими слоями армирующего материала корпуса, так как его изготовление предусматривается не механической постановкой покрытия, а намоткой на него несущих слоев корпуса с последующей его термообработкой, в результате чего наружный кольцевой выступ из-за усадочных явлений, сопровождающихся усадочными напряжениями, сильно деформируется, несущие слои армирующего материала врезаются и разрушают его. Введение тканой армировки создает на наружном кольцевом выступе защитного покрытия как бы кольцевую преграду для усаживающихся при термообработке несущих слоев армирующего материала корпуса, что исключает передавливание наружного кольцевого выступа. Выполнение тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон исключает их врезание в наружный кольцевой выступ защитного покрытия. Введение тканой армировки из текстильных низкомодульных нитей для облицовки защитного покрытия по внутренней поверхности трубы надежно защищает его от влияния рабочей среды и нагрузок вместе с защитным покрытием несущие слои корпуса. Связующее ЭДТ-10 наиболее эффективно для несущих слоев корпуса, связующее ЭХД-У - для тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон на кольцевом выступе защитного покрытия и для его облицовки по внутренней поверхности трубы. В качестве связующего для указанной тканой армировки равноценно может быть использовано эпоксибромсодержащее или фенолформальдегидное связующее. Наивысший эффект достигается при объемном соотношении тканой армировки для защитного покрытия в указанных местах и связующего от 1:0,9 до 1:1,9. Использование связующего несущих слоев для тканой армировки защитного покрытия не представляется возможным, так как сильно проявляются усадочные явления в защитном покрытии, приводящие к расслаиванию слоев, снижению прочности, герметичности и надежности изделия. Увеличение доли связующего свыше максимальной в условиях намотки и термообработки, усадки несущих слоев приводит к его выдавливанию, т.е. к потерям, уменьшение доли связующего ниже минимальной приводит к обеднению слоев тканой армировки, что недостаточно для качественной облицовки защитного покрытия и усиления наружного кольцевого выступа.

Отличительные существенные признаки в предложенной трубе-оболочке из композиционных материалов являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе, не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками в предложенном техническом решении позволяет решить поставленную задачу получения новой трубы-оболочки из композиционных материалов и достичь новый технический результат, непосредственно связанный с повышением ее надежности, герметичности и прочности, обеспечением уменьшения массовых характеристик. Новое техническое решение является результатом разработки, опытно-экспериментальных исследований и творческого вклада без использования каких-либо стандартных разработок или рекомендаций в данной области техники, с учетом отличительных особенностей и новизны соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами с соответствующим их кратким описанием.

На фиг. 1 представлен общий вид трубы-оболочки из композиционных материалов; на фиг.2 - поперечное сечение стенки трубы-оболочки в продольном направлении; на фиг. 3 - особенности выполнения наружного кольцевого выступа защитного покрытия; на фиг.4 - структура тканой армировки на наружном кольцевом выступе защитного покрытия; на фиг.5 - особенности выполнения защитного покрытия по внутренней поверхности трубы; на фиг.6 - структура тканой армировки на внутренней поверхности защитного покрытия; на фиг.7 - схема напряженно-деформированного состояния трубы-оболочки.

Более подробное описание трубы-оболочки из композиционных материалов состоит в следующем с указанием позиций на чертежах.

Труба-оболочка из композиционных материалов содержит корпус 1 из несущих слоев 2 армирующего материала и полимерного связующего и защитное покрытие 3 из термопластичного или упругоэластичного материала на его внутренней поверхности 4 с наружным кольцевым выступом 5, расположенным со стороны торца 6 корпуса 1. Наружный кольцевой выступ 5 защитного покрытия 3 снабжен охватывающими его слоями 7 тканой армировки 8, выполненной из текстильных низкомодульных волокон 9, например капроновых, хлопчатобумажных. Наружный кольцевой выступ 5 с охватывающими его слоями 7 тканой армировки 8 из текстильных низкомодульных волокон 9 размещен в кольцевой канавке 10 корпуса 1, выполненной со стороны торца 6 и скреплен с несущими слоями 2 армирующего материала корпуса 1. Защитное покрытие 3 на внутренней поверхности 4 корпуса 1 облицовано по внутренней поверхности 11 канала 12 слоями 13 тканой армировки 14 из текстильных низкомодульных волокон 9, например капроновых, хлопчатобумажных. В качестве полимерного связующего несущих слоев 2 армирующего материала корпуса 1 использовано эпоксидиановое связующее, например ЭДТ-10. В качестве связующего тканой армировки 8, 14 из текстильных низкомодульных волокон 9 использовано эпоксихлорсодержащее связующее, например ЭХД-У, эпоксибромсодержащее или фенолформальдегидное связующее, например АБС-16, при объемном соотношении тканой армировки 8, 14 из текстильных низкомодульных волокон 9 и связующего для них от 1:0,9 до 1:1,9.

Труба-оболочка из композиционных материалов представляет собой полую корпусную деталь, корпус 1 которой выполнен намоткой нитей, пропитанных полимерным связующим ЭДТ-10 с образованием несущих слоев 2, скрепленных между собой этим связующим. В качестве нитей для образования несущих слоев 2 могут быть использованы стекловолокна, стеклоровинги, органические нити, арамидные нити, базальтовые или угольные волокна, их комбинации. Защитное покрытие 3 на внутренней поверхности 4 корпуса 1 выполнено из термопластичного или упругоэластичного материала, нанесенного на оправку перед формообразованием несущих слоев 2 из армирующего материала и полимерного связующего. Тканая армировка 14 в виде слоев 13 наносится на оправку перед нанесением защитного покрытия 3, а тканевая армировка 8 в виде слоев 7 наносится на наружный кольцевой выступ 5 после нанесения защитного покрытия 3 на оправку. Отверждение полимерного связующего тканой армировки 14 и 8 может быть произведено перед нанесением на защитное покрытие несущих слоев 2 армирующего материала или одновременно с отверждением полимерного связующего несущих слоев 2, нанесенных на защитное покрытие 3.

Функционирование трубы-оболочки из композиционных материалов заключается в использовании ее как корпусной детали для восприятия влияния жидкой или газообразной среды, проходящей через нее, упругом деформировании как от давления среды, так и воздействия изгибных, сжимающих нагрузок в опорах, узлах соединений, контактных нагрузок. Трубы-оболочки из композиционных материалов с использованием нового технического решения при испытаниях показали положительные результаты.

Таким образом, трубы-оболочки из композиционных материалов с использованием нового технического решения являются воспроизводимыми промышленным способом. По совокупности новых и известных существенных признаков новое техническое решение обеспечивает достижение нового технического результата при реализации, соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

Следует отметить, что могут быть различные варианты выполнения трубы-оболочки в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема изобретения, изложенного в пунктах формулы.

Изобретение относится к трубам-оболочкам из композиционных материалов. Наружный кольцевой выступ защитного покрытия корпуса снабжен охватывающими его слоями тканой армировки, выполненной из текстильных низкомодульных волокон, например капроновых, хлопчатобумажных. Наружный кольцевой выступ с охватывающими его слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон размещен в кольцевой канавке корпуса, выполненной со стороны его торца, и скреплен с несущими слоями армирующего материала корпуса. В результате достигается повышение прочности, герметичности и надежности трубы-оболочки. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Труба-оболочка из композиционных материалов, содержащая корпус из несущих слоев армирующего материала и полимерного связующего и защитное покрытие из термопластичного или упругоэластичного материала на его внутренней поверхности с наружным кольцевым выступом, расположенным со стороны торца корпуса, отличающаяся тем, что наружный кольцевой выступ защитного покрытия корпуса снабжен охватывающими его слоями тканой армировки, выполненной из текстильных низкомодульных волокон, например капроновых, хлопчатобумажных, причем наружный кольцевой выступ с охватывающими его слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон размещен в кольцевой канавке корпуса, выполненной со стороны его торца, и скреплен с несущими слоями армирующего материала корпуса. 2. Труба-оболочка по п. 1, отличающаяся тем, что защитное покрытие на внутренней поверхности ее корпуса облицовано по внутренней поверхности трубы слоями тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон, например капроновых, хлопчатобумажных. 3. Труба-оболочка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего несущих слоев армирующего материала корпуса использовано эпоксидное связующее, например ЭДТ 10, а в качестве связующего тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон использовано эпоксихлорсодержащее связующее, например ЭХД-У, эпоксибромсодержащее или фенолформальдегидное связующее, например ЛБС-16, при объемном соотношении тканой армировки из текстильных низкомодульных волокон связующего от 1 : 0,9 до 1 : 1,9.