КОМБИНИРОВАННАЯ ТРУБА Российский патент 2000 года по МПК F16L9/02 

Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для строительства наземных и подземных трубопроводов и теплопроводов.

Известна труба с внутренней пластмассовой оболочкой, включающая концентрично расположенные на конце трубы и скрепленные между собой и с концом трубы перфорированные протекторную и защитную втулки, причем протекторная втулка имеет кольцевые зазоры между внутренней поверхностью и внешней поверхностью защитной втулки, заполненные электропроводным композиционным материалом, а защитная втулка выполнена из двух металлических колец, причем кольцо, контактирующее с трубой и сварным швом, имеет меньшее значение стандартного электродного потенциала, чем материалы трубы, и второго кольца, защемляющего пластмассовую оболочку, но больше чем материал протекторной трубки (см. патент Российской Федерации N 2095675, МПК 6 F 16 L 9/02, публ. 1997 г., Бюл. N 31).

Недостатки такой трубы - сравнительно невысокая коррозионная стойкость, сравнительно низкая надежность и ремонтопригодность, слабые теплоизолирующие характеристики.

Более высокими прочностными характеристиками обладает комбинированная труба, защищенная патентом Российской Федерации N 2098709, МПК 6 F 16 L 9/14, публ. 1997 г., Бюл. N 34, которая содержит собственно герметичную трубу, силовую оболочку из волокнисто-композиционного материала со связующим в виде продольного слоя из лент, уложенных на герметичную трубу по ее длине с кольцевым слоем намотки, и законцовки в виде металлических втулок с конусными участками, расположенные на концах трубы и снабженные элементами для силовой заделки продольного слоя, закрепленные кольцевой намоткой, при этом продольный слой выполнен в виде мотков замкнутых лент, каждый из которых состоит из двух прямолинейных участков и сопрягающих их криволинейных, образующих петли, а элементы заделки продольного слоя выполнены в виде равномерно расположенных по окружности на конусной наружной поверхности втулок радиальных выступов, на последние надеты коуши, в которые введены петли, при этом коуши контактируют с конической поверхностью втулок. Комбинированная труба по патенту Российской Федерации выбрана в качестве прототипа. Недостаток прототипа - высокая стоимость, низкие теплоизолирующие характеристики и низкая ремонтопригодность.

Техническая задача - повышение надежности, ремонтопригодности и коррозионной стойкости, улучшение теплоизоляционных свойств.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что в комбинированной трубе, содержащей собственно трубу, защитную оболочку и законцовки, расположенные на концах трубы и имеющие внутренний диаметр, равный внешнему диаметру трубы, собственно труба выполнена из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, законцовки на концах трубы скреплены с трубой сварными швами, а защитная оболочка представляет собой пенополимерминеральное покрытие, нанесенное сплошным слоем на наружную поверхность трубы с наплывом на законцовки, при этом толщина пенополимерминерального покрытия превышает толщину стенки трубы, законцовки имеют цилиндрический участок, длина которого превышает толщину стенки трубы более чем в два раза, а наружный диаметр цилиндрического участка законцовки превышает наружный диаметр трубы не менее чем на три толщины стенки трубы. Законцовки могут иметь форму или фланца, или втулки. Законцовка в виде фланца может быть выполнена или из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом или из низкоуглеродистой стали. Законцовка в виде втулки выполняется из низкоуглеродистой стали. Законцовка в виде втулки может выступать за торец трубы более чем на толщину стенки трубы и на выступающей части иметь выступ с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубы. Торец законцовки, выполненный в виде втулки, может иметь разделку под электродуговую сварку.

Пенополимерминеральное покрытие содержит вспенивающий материал (полиуретаны) 40...50% от массы и минеральный наполнитель (цемент, мелкозернистый песок) 50...60%.

Пенополимерминеральное покрытие содержит вспенивающийся материал (полиуретаны) 10...40% от массы, поверхностно-активное вещество (поливинилпластификаторы) 3...10% и минеральный наполнитель (цемент, мелкозернистый песок) 40....70%.

На фиг. 1 схематично изображена конструкция заявляемой комбинированной трубы с законцовками, имеющими форму фланца.

На фиг. 2 схематично изображена конструкция заявляемой комбинированной трубы с законцовками, имеющими форму втулки.

На фиг. 3 показана разделка торцов трубы под сварку с законцовкой в виде фланца.

На фиг. 4 показана разделка торца трубы под сварку с законцовкой в виде втулки.

На фиг. 5 изображена возможная конструкция законцовки в виде втулки.

На фиг. 1...5 цифрами и буквами обозначены:
1 - труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом;
2 - законцовка;
3 - пенополимерминеральное покрытие;
4 - сварные швы;
5 - цилиндрический участок законцовки;
6 - конический участок законцовки;
7 - внутренний выступ законцовки ("каблучок");
8 - разделка под стыковую сварку;
9 - технологическое отверстие;
D_вн - внутренний диаметр трубы;
D_н - наружный диаметр трубы;
S_т - толщина стенки трубы;
S_п - толщина покрытия;
D_з - наружный диаметр цилиндрического участка законцовки;
H_з - длина цилиндрического участка законцовки;
H_к - длина внутреннего выступа законцовки в виде втулки.

Заявленная комбинированная труба (фиг. 1 и 2) содержит собственно трубу 1 из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, на концы которой насажены и приварены законцовки 2, выполненные или в виде фланцев (фиг. 1), или в виде втулок (фиг. 2), и предназначенные для обеспечения соединения комбинированных труб между собой в сборочном или сварном вариантах. На наружную поверхность трубы 1 с наплывом на законцовки 2 нанесено пенополимерминеральное покрытие 3, выполняющее функции как защитного, так и теплоизоляционного покрытия. Композиционный материал этого покрытия включает вспенивающий материал на основе полиуретанов - 10...40% от массы, поверхностно-активное вещество на основе поливинилпластов - 3-10% и минеральный наполнитель - цемент, мелкозернистый песок, асбестовая пыль, каолин и др. - 40...70%.

Законцовки 2 насажены на концы трубы приблизительно на 0,9 своей длины и не менее чем на две толщины стенки трубы. Наружный диаметр D_з законцовки 2 превышает наружный диаметр D_н трубы более чем на три толщины стенки S_т трубы. Законцовка 2, выполненная в виде втулки (фиг. 2), выступает за торец трубы не менее чем на толщину стенки трубы, и имеет внутренний выступ 7 ("каблучок") с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру D_вн трубы 1. Для обеспечения возможности соединения двух комбинированных труб сваркой, торец такой законцовки 2 имеет разделку 8 под сварку (фиг. 2 и 5).

Заявленная комбинированная труба изготавливается следующим образом.

Концы трубы 1, изготовленной центробежным литьем из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (такие трубы диаметром 100...300 мм и с толщиной стенки 6. . .7,5 мм изготавливаются серийно), разделываются под сварку, как показано на фиг. 3, если законцовки 2 имеют форму фланца, или на фиг. 4, если законцовки 2 выполнены в виде втулок (фиг. 5). Наружная поверхность трубы 1 зачищается до блеска на длине 50...60 мм от торца, внутренний диаметр растачивается на глубину 0,7...0,8 мм на длине не меньше чем толщина стенки трубы, с переходом к необработанной поверхности под углом 15^o. Если предполагается выполнение законцовки 2 в виде втулки с внутренним выступом (фиг. 5), то торец трубы обтачивается на внутренний конус под углом 30^o к диаметральной плоскости трубы.

В варианте комбинированной трубы с законцовками 2 в форме фланцев стандартный фланец надевается на конец трубы 1, проверяется перпендикулярность фланца к оси трубы 1, фланец фиксируется и приваривается к трубе 1. Труба укладывается в металлическую форму и заливается пенополимерминеральной массой. Перед заливкой труба и форма нагреваются до температуры 30...40^oC. После 30...40 - минутной выдержки труба извлекается из формы и направляется на склад. Пенополимерминеральная масса представляет собой композиционный материал, получаемый на основе полиуритана с минеральным наполнителем. Для получения влагонепроницаемой поверхности пленки и улучшения сцепления с поверхностью трубы в композиционный материал добавляется поверхностно-активное вещество на основе поливинилпластификаторов. Вспенивание и твердение пенополимерминеральной массы протекает в нормальных условиях с экзотермическим эффектом. Пенополимерминеральное покрытие представляет собой монолитную защитную конструкцию с переменной по сечению плотностью. За один цикл единовременно образуются три слоя:
- внутренний, антикоррозийный тонкий, плотно прилегающий к поверхности трубы, с высокой плотностью (400...500 кг/м³);
- средний, теплоизоляционный, вспененный, с низкой плотностью (60...100 кг/м³;
- наружный, механогидрозащитный, тонкий, с высокой плотностью (500...600 кг/м³).

Аналогично изготавливается комбинированная труба с законцовками 2 в виде втулки. Отличие заключается лишь в том, что труба в форме фиксируется с помощью технологических отверстий 9 в законцовках 2 (фиг. 5).

Заявленная комбинированная труба предназначена в основном для использования при строительстве трубопроводов теплосетей высокого давления. Сварные трубопроводы с использованием этих труб работают при температуре 115...120^oC и давлении 15 МПа.

В сравнении с прототипом заявленная комбинированная труба имеет более высокие теплоизоляционные свойства, меньшую себестоимость, повышенный срок службы и лучшую ремонтопригодность.

В сравнении с широко используемыми в строительстве трубопроводами с теплоизоляционным покрытием, например с тепловой изоляцией из минеральной ваты, трубопроводы из заявленных комбинированных труб имеют более высокие теплоизоляционные свойства, повышенную эксплуатационную надежность и несравненно большой срок службы. И хотя стоимость изготовления заявленных комбинированных труб на 20. ..30% выше, чем труб с теплоизоляцией из минеральной ваты, затраты на изготовление и эксплуатацию с учетом срока службы трубопровода из заявленных комбинированных труб будут в 7...10 раз ниже.

В сравнении с трубопроводами типа "труба в трубе" (стальная труба с полиуретановой теплозащитой помещена в полиэтиленовую трубу), трубопровод из заявленных комбинированных труб, при тех же теплоизоляционных характеристиках, в 1,5...2 раза дешевле, имеет в 2...3 раза выше срок службы и отличается повышенной ремонтопригодностью.

Повышенный срок службы трубопровода из заявленных комбинированных труб обусловлен повышенной коррозионной стойкостью, которая достигается тем, что:
- скорость коррозии высокопрочного чугуна в три-пять раз ниже скорости коррозии сортовой стали;
- в местах стыковки труб толщина стенки стыковочного элемента (фланца или втулки) в несколько раз больше толщины стенки трубы 1;
- притрубный слой обладает высокой адгезионной способностью и обеспечивает надежную защиту наружной поверхности трубы от коррозии.

Повышенная ремонтопригодность обусловлена тем, что:
- восстановление защитного слоя не представляет трудностей, поврежденные участки заделываются по месту заливочной композицией;
- нет жестких требований к составу и к компонентам пенополимерминерального покрытия (заливочной композиции);
- разрушения трубы из высокопрочного чугуна носят узко локальный характер и устраняются удалением поврежденного участка и сваркой "окна";
- заливка сварных швов заливочной композицией возможна с использованием инвентарной передвижной опалубки.

Изобретение относится к строительной индустрии. Комбинированная труба содержит собственно трубу, защитную оболочку и законцовки, расположенные на концах трубы и имеющие внутренний диаметр, равный внешнему диаметру трубы. Собственно труба выполнена из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Законцовки на концах трубы скреплены с трубой сварными швами. Защитная оболочка представляет собой пенополимерминеральное покрытие, нанесенное сплошным слоем на наружную поверхность трубы с наплывом на законцовки. Толщина пенополимерминерального покрытия превышает толщину стенки трубы. Законцовки имеют цилиндрический участок, длина которого превышает толщину стенки трубы более чем в два раза. Наружный диаметр цилиндрического участка законцовки превышает наружный диаметр трубы не менее чем на три толщины стенки трубы. В результате достигается повышение надежности, ремонтопригодности и коррозионной стойкости трубы. 7 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Комбинированная труба, содержащая собственно трубу, защитную оболочку и законцовки, расположенные на концах трубы и имеющие внутренний диаметр, равный внешнему диаметру трубы, отличающаяся тем, что собственно труба выполнена из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, законцовки на концах трубы скреплены с трубой сварными швами, а защитная оболочка представляет собой пенополимерминеральное покрытие, нанесенное сплошным слоем на наружную поверхность трубы с наплывом на законцовки, при этом толщина пенополимерминерального покрытия превышает толщину стенки трубы, законцовки имеют цилиндрический участок, длина которого превышает толщину стенки трубы более чем в два раза, а наружный диаметр цилиндрического участка законцовки превышает наружный диаметр трубы не менее чем на три толщины стенки трубы. 2. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что законцовки имеют форму фланца. 3. Комбинированная труба по п.2, отличающаяся тем, что законцовки выполнены из низкоуглеродистой стали. 4. Комбинированная труба по п.2, отличающаяся тем, что законцовки выполнены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. 5. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что законцовки имеют форму втулки, торец которой выступает за торец трубы более чем на толщину стенки и на выступающей части имеет внутренний выступ, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру трубы. 6. Комбинированная труба по п.5, отличающаяся тем, что торец законцовки имеет разделку под электродуговую сварку. 7. Комбинированная труба по одному из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что пенополимерминеральное покрытие содержит 40 - 50% от массы вспенивающий материал на основе полиуретанов, 50 - 60% минерального наполнителя, например цемента. 8. Комбинированная труба по одному из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что пенополимерминеральное покрытие содержит 40 - 50% от массы вспенивающий материал на основе полиуретанов, 3 - 10% поверхностно-активное вещество на основе поливинилпластов и 40 - 70% минеральный наполнитель, например цемент.