ТРУБА ИЛИ ЕМКОСТЬ Российский патент 2008 года по МПК F16L9/12 

Изобретение относится к области производства труб или емкостей из композиционных материалов методом намотки с использованием как органических, так и неорганических связующих, при эксплуатации которых требуется повышенная кольцевая жесткость.

Из уровня техники известна несущая труба-оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов, имеющая реберно-ячеистый каркас из повторяющихся по толщине его стенки слоев систем перекрещивающихся спиральных и кольцевых лент с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий и внешние защитные слои, выполненные из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим (пат. RU №211120 С1, МПК 6 В29С 53/56, 20.05.1998).

Известна труба, представляющая собой оболочечную конструкцию, которая может быть использована в транспортных конструкциях типа контейнеров и состоящая из многослойного корпуса, выполненного из стеклопластика и продольных направляющих профильных элементов, установленных на внутренней поверхности корпуса (заявка RU 93030274, МПК 6 F16L 9/12, 27.06.1995).

Наиболее близким к изобретению является трубопровод или емкость для транспортировки, соответственно для хранения криогенных сред и способ изготовления такого трубопровода или такой емкости, состоящей из многослойной конструкции, в которой, по меньшей мере, один слой выполнен из нитей, заделанных в скрепляющую их между собой термически отвержденную смолу. Волокна представляют собой углеродные или стеклянные волокна (заявка RU 2003112607, МПК 7 F17D 1/00, 10.11.2004) - прототип.

Недостатком известных из упомянутых выше источников информации технических решений является: низкая кольцевая жесткость, что ограничивает область их применения, а также высокая сложность при изготовлении, что для массового производства не рентабельно. Кольцевая жесткость трубы или емкости, согласно расчетной формуле, находится в квадратичной зависимости от толщины стенки и высоты ребра жесткости. Однако увеличение толщины стенки самой трубы или емкости, а также высоты ребра жесткости приводит к резкому увеличению веса трубы или емкости, что отрицательно влияет на стоимостные характеристики трубы или емкости.

Техническим результатом, на который направлено настоящее изобретение, является (резкое, многократное, в 10 раз и более) повышение кольцевой жесткости с увеличением веса трубы или емкости, изготавливаемых методом намотки, всего лишь на 10-20%.

Указанный технический результат достигается тем, что труба или емкость имеет многослойный ячеистый корпус из композиционного материала на основе органического и/или неорганического связующего, содержащий основную стенку определенного диаметра и слои из полых кольцевых ребер жесткости, намотанных в виде спирали, отделенные один от другого сплошной перегородкой, уложенной на спираль вдоль оси трубы или емкости, при этом спираль первого ряда ребер намотана на сплошную перегородку, отделяющую его от предыдущего слоя слева направо, а второго ряда - справа налево с образованием, в целом, ячеистой структуры корпуса.

Труба или емкость, имеющая также многослойный корпус, в которой основная стенка или часть ее изготовлена из композиционного материала на основе неорганического связующего, а полые кольцевые ребра жесткости и сплошные перегородки изготовлены из композиционного материала на основе органического связующего. Труба или емкость, имеющая также многослойный корпус, в которой пространство между полыми кольцевыми ребрами жесткости заполнено теплозащитным материалом или бетоном.

На чертеже приведен продольный разрез трубы или емкости. Труба или емкость имеет многослойный корпус из композиционного материала на основе органических и/или неорганических связующих, состоящий из основной стенки 1 при определенном диаметре D, кольцевых полых ребер 2 жесткости и сплошных перегородок 3. Спираль первого ряда ребер 2 намотана на сплошную перегородку 3, отделяющую его от предыдущего слоя слева направо, а второго ряда - справа налево с образованием, в целом, ячеистой структуры корпуса.

Трубу или емкость изготавливают следующим образом.

На подготовленный дорн ⊘1200 мм и длиной 3 м проводят намотку стеклянной ткани марки НПГ-210 в виде ленты шириной 200 мм, предварительно пропитанной фенольной смолой марки СФЖ-309. Осуществляют намотку 12 слоев. Затем наносят герметик в виде сырой каландрованной резины толщиной 0,8 мм в один слой. После этого наматывают 2 слоя стеклянной ленты аналогично намотке предыдущих 12 слоев. Это есть основная стенка 1 корпуса трубы или емкости. По завершении этой операции наматывают металлический профиль высотой 34 мм и шириной 10 мм. Металлический профиль служит формой для создания полых кольцевых стеклопластиковых ребер жесткости 2. Металлический профиль наматывают спиралью в направлении слева направо с шагом 100 мм. Затем на металлический профиль-форму укладывают намоткой 7 слоев стеклянной ленты НПГ-210 шириной 140 мм, предварительно пропитанной фенольной смолой марки СФЖ-309.

В дальнейшем полученную методом намотки спираль первого ряда полых ребер жесткости закрывают вдоль оси дорна сплошной перегородкой 3, состоящей из 3-х слоев стеклоткани марки НПГ-210 в виде ленты шириной 200 мм, предварительно пропитанной фенольной смолой СФЖ-309. Далее проводят намотку спирали 2-го ряда металлического профиля-формы и укладкой на него 7 слоев стеклоткани марки НПГ-210 аналогично намотке спирали 1-го ряда полых ребер жесткости с той лишь разницей, что намотку спирали 2-го ряда ведут в направлении оси дорна справа налево. Затем закрывают спираль 2-го ряда полых ребер жесткости 2 сплошной перегородкой 3 аналогично закрытию спирали 1-го ряда и т.д., изготавливают столько слоев, сколько необходимо для того или иного изделия.

Завершающей операцией намотки является намотка полипропиленовой ткани шириной 200 мм с целью выполнения функции дренажа избытка смолы и обжима-сдавливания наружной перегородки трубы в процессе усадки полипропиленовой ткани после помещения дорна с намотанной трубой в камеру отверждения на 1,5 часа при температуре 160÷165°С. После окончания процесса отверждения смолы дорн с намотанной трубой выгружают из камеры и снимают готовую трубу с дорна.

Полученная таким способом труба или емкость из стеклопластика на основе фенольной смолы марки СФЖ-309 имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием других органических смол: повышенная химическая стойкость, термостойкость до 250°С, низкая стоимость. Высокая кольцевая жесткость позволяет укладывать трубы в открытый грунт-траншею без использования несущих защитных конструкций (рубашек).

Аналогичным способом, описанным выше, проводят изготовление трубы с тем отличием, что вместо фенольной смолы марки СФЖ-309 используют фосфатное связующее. Применение фосфатных (неорганических) связующих позволяет производить трубы или емкости из стеклокерамики, которые являются негорючими; с температурой эксплуатации до 1200°С; кислото- и щелочестойкими; экологически чистыми, т.е. пригодными для транспортировки или хранения пищевых продуктов.

Аналогичным способом, описанным выше, проводят намотку трубы или емкости с тем отличием, что основную стенку 1 (или часть ее - футеровочный слой) трубы или емкости изготавливают из стеклоткани марки НПГ-210, пропитанной фосфатным связующим, таким образом формируя композиционный материал на основе неорганических связующих. А ячеистую структуру трубы или емкости, т.е. спирали полых ребер жесткости 2 и сплошные перегородки 3 между слоями спиралей полых ребер жесткости, изготавливают из стеклоткани марки НПГ-210, пропитанной фенольной смолой марки СФЖ-309, т.е. таким образом формируя композиционный материал на основе органических связующих.

Использование кольцевых полых ребер жесткости позволяет изготавливать трубы или емкости с требуемой кольцевой жесткостью за счет регулирования габаритов, в особенности высоты ребра жесткости, величины шага ребер и числа спиралей рядов ребер жесткости, формируя при этом необходимую ячеистую структуру стенки трубы или емкости.

Дополнительным преимуществом получения ячеистой структуры стенки трубы или емкости является то, что межреберное пространство в ячеистой стенке трубы заполняется различными материалами для выполнения тех или иных необходимых технических характеристик. Так, при заполнении межреберного пространства труб бетоном увеличивается и осевая жесткость труб, которая требуется при продавливании (сонации) труб для глубокой укладки труб (глубина более 3 м). При заполнении межреберного пространства трубы или емкости теплозащитным материалом увеличиваются и теплозащитные характеристики стенки трубы или емкости.

Изобретение относится к области производства труб. Труба или емкость имеет многослойный корпус из композиционного материала на основе органического и/или неорганического связующего, содержащий основную стенку определенного диаметра и последующие слои, состоящие из полых кольцевых ребер жесткости, намотанных в виде спирали, и отделенные один от другого сплошной перегородкой, уложенной на спираль вдоль оси трубы или емкости, при этом спираль первого ряда ребер намотана на сплошную перегородку, отделяющую его от предыдущего слоя слева направо, а второго ряда - справа налево с образованием, в целом, ячеистой структуры корпуса. Техническим результатом изобретения является повышение кольцевой жесткости трубы или емкости при незначительном увеличении их веса, изготавливаемых методом намотки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Труба или емкость, имеющая многослойный корпус из композиционного материала на основе органического и/или неорганического связующего, содержащий основную стенку и слои из полых кольцевых ребер жесткости, намотанных в виде спирали, отделенные один от другого сплошной перегородкой, уложенной на спираль вдоль оси трубы или емкости, при этом спираль первого ряда ребер намотана на сплошную перегородку, отделяющую его от предыдущего слоя слева направо, а второго ряда - справа налево, с образованием в целом ячеистой структуры корпуса.2. Труба или емкость по п.1, в которой основная стенка или часть ее изготовлена из композиционного материала на основе неорганического связующего, а полые кольцевые ребра жесткости и сплошные перегородки изготовлены из композиционного материала на основе органического связующего.3. Труба или емкость по п.1 или 2, в которой пространство между полыми кольцевыми ребрами жесткости заполнено теплозащитным материалом.4. Труба по п.1 или 2, в которой пространство между полыми кольцевыми ребрами жесткости заполнено бетоном.