СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ РУКАВОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ Российский патент 2008 года по МПК F16L59/05 B32B19/02 B32B17/04 

Область техники

Изобретение относится к способу изготовления трубчатых рукавов из минеральной ваты, как определено в пункте 1 формулы изобретения, а также к трубчатым рукавам, которые содержат намотанное нетканое полотно из минеральной ваты с отвержденным связующим.

Уровень техники

Трубчатые рукава такого типа часто используют для изоляции трубопроводов для минимизации потерь энергии, например, теплопроводов и трубопроводов подачи технической воды. Изолирующий слой таких трубчатых рукавов, как правило, изготавливают путем намотки нетканого полотна на шаблон намоточного станка, и, как описано в DE 3536174 С1, он может иметь дополнительный внешний слой из тонкого металлического листа. Благодаря этому слою, который обычно выполнен из тонкого алюминиевого листа, улучшается прочность при сжатии трубчатых рукавов, особенно в радиальном направлении. Кроме того, ламинирование металлом обеспечивает защиту от потерь волокнистого материала, который может содержаться в трубчатом рукаве.

Такие традиционные трубчатые рукава для изоляции трубопроводов были изготовлены и протестированы, при этом стадия ламинирования металлом потребовала значительных усилий и была относительно дорогостоящей. Однако если исключить стадию ламинирования металлом, возникнет проблема, связанная с накоплением пыли и ухудшением грифа и прочности трубчатых рукавов.

Трубчатые рукава описанного типа также применяются для снижения уровня шума в системах трубопроводов, например, нагревательных устройств (систем дымоходов) или вентиляционных систем. В данном случае значительное поглощение звуковой энергии перемещающихся газов происходит за счет отражения и поглощения звуковых волн. С этой целью на трубы и трубопроводы надевают трубчатые рукава, имеющие определенным образом выполненные отверстия, через которые газ проходит в пространство между трубой и наружным корпусом. Поскольку это пространство заполняют минеральной ватой, вибрация газа и, следовательно, звуковые волны эффективно ослабляются.

Эффект ослабления уровня шума сохраняется до тех пор, пока указанное пространство полностью заполнено минеральной ватой. Однако поскольку минеральная вата состоит из множества волокон, соединенных между собой посредством связующего, эти внутренние связи могут разрываться, особенно в результате механических и других воздействий со стороны газового потока, так, что отдельные волокна становятся не связанными. Это явление необходимо предотвращать, во-первых, чтобы не наблюдалось ухудшение снижения уровня шума, и, во-вторых, чтобы исключить захват фрагментов волокон газовым потоком, что приводит к неконтролируемому загрязнению окружающей среды и вредному влиянию на здоровье.

Один пример такого трубчатого рукава описан в DE 3144193 А1. Этот известный трубчатый рукав имеет изолирующий слой из минеральной ваты, образованный из нетканого полотна, которое методом, известным в области производства трубчатых рукавов, было намотано на намоточный шаблон, который после снятия трубчатого рукава из минерального волокна оставляет проходное отверстие для трубы. Для защиты трубчатого рукава, в частности его наружной поверхности, от механических повреждений и для того, чтобы исключить разрушение волокон и их потери, на него наносят защитный слой из стеклоткани. Этот защитный слой имеет меньший диаметр по сравнению с диаметром изолирующего слоя так, что изолирующий слой находится в несколько сжатом состоянии внутри защитного слоя, в результате чего достигаются фиксация положения, дополнительная жесткость и улучшенная механическая сохранность такого устройства. Такой трубчатый рукав был изготовлен и протестирован на практике, однако для того, чтобы его изготовить, кроме отдельных стадий изготовления его составных частей, также требуется стадия укрепления изолирующего слоя внутри защитного слоя, которая является сложной и сопряжена с проблемами, особенно в случае относительно больших объемов.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка экономичного и простого способа изготовления трубчатых рукавов, с помощью которого получают трубчатые рукава, во-первых, с улучшенными механическими свойствами и/или, во-вторых, с практически неизменными механическими свойствами, по сравнению с известными трубчатыми рукавами, но при более низкой объемной плотности.

С технической точки зрения эта задача решена благодаря признакам пункта 1 формулы изобретения. Способ согласно изобретению включает следующие этапы: подача нетканого полотна из минеральной ваты, содержащего неотвержденное связующее, намотка этого нетканого полотна на намоточный шаблон намоточного станка, отверждение связующего, нанесение по меньшей мере одного упрочняющего слоя перед тем, как нетканое полотно вводят в намоточный станок, таким образом, что при намотке этот упрочняющий слой становится составляющей частью полученного трубчатого рукава.

Благодаря настоящему изобретению стало возможным достичь улучшения механических свойств с удивительно низкими технологическими затратами без вмешательства в традиционный процесс производства, особенно в процесс намотки. В частности, повышается механическая прочность трубчатого рукава, в результате чего значительно снижается риск разрыва волокон, например, под влиянием внешних механических воздействий. Способ согласно изобретению особенно пригоден для массового производства в больших масштабах, в результате чего трубчатые рукава такого типа можно производить более экономично.

Кроме того, в результате введения упрочняющего слоя становится возможным особый контроль прочностных свойств трубчатых рукавов, например получение соответствующих вариантов объемной плотности для различных применений и т.п. без особых усилий с технической точки зрения, другими словами, можно сэкономить на объемной плотности благодаря укрепляющему эффекту упрочняющего слоя или слоев с сохранением прочности трубчатых рукавов.

Дополнительные предпочтительные признаки способа изобретения раскрыты в зависимых пунктах 2-7 формулы изобретения.

Таким образом, по меньшей мере один упрочняющий слой может быть нанесен на нетканое полотно так, что он оказывается намотанным вместе с ним и после намотки находится внутри трубчатого рукава. Таким образом можно задавать механические свойства трубчатого рукава и улучшать их без изменения внешнего вида известного из уровня техники трубчатого рукава. Дополнительно к сохранению прочности трубчатых рукавов можно одновременно уменьшить объемную плотность путем соответствующего выбора упрочняющего материала, в результате чего будет уменьшен общий вес трубчатого рукава. Нанесение упрочняющего слоя на нетканое полотно может быть осуществлено без проблем, даже в массовом масштабе, следовательно, будет достигнуто значительное улучшение свойств материала с минимальными усилиями с технической точки зрения.

Можно получить дополнительное преимущество, если упрочняющий слой представляет собой множество отдельных полос, которые наносят на нетканое полотно и затем наматывают совместно с последним. В этом случае можно устанавливать расход упрочняющего материала особенно выгодно с точки зрения технологии. Эти полосы можно без труда нанести в требуемое место и в желательном направлении по отношению друг к другу на нетканое полотно, которое обычно поставляется на транспортном средстве, а затем автоматически смотать вместе с этим полотном.

В дополнение к этому или альтернативно можно соединить упрочняющий слой с задним концом нетканого полотна таким образом, что он ляжет снаружи рукава и создаст эффект ламинирования, когда последний слой будет нанесен вокруг всей наружной поверхности рукава. Таким образом может быть получен наружный защитный слой или ламинирующий слой, как предложено в DE 3536174 С1 или DE 3144193 А1, согласно которым его получение сопряжено со значительными усилиями с точки зрения технологии. Согласно изобретению эти усилия существенно снижены, поскольку упрочняющий слой автоматически наматывается вокруг полотна. Поскольку операция намотки связана с некоторым сжатием материала минеральной ваты, можно добиться определенного уплотняющего сжатия материала минеральной ваты для осуществления защитной функции упрочняющего материала в той же степени, как и в известных решениях, в результате чего получают конечный продукт с полезными механическими характеристиками и упругими свойствами. Благодаря упрочняющему слою, намотанному вокруг трубчатого рукава, согласно изобретению обеспечивают надежную изоляцию и более гладкую поверхность рукава. Изготовленный таким способом рукав более удобен в обращении. Кроме того, более высокая механическая прочность достигается более экономичным путем.

В другом альтернативном или дополнительном осуществлении изобретения можно наносить по меньшей мере один упрочняющий слой на намоточный шаблон до намотки нетканого полотна, в этом случае он будет являться внутренней поверхностью рукава и определять его внутренний диаметр в свету. Такое осуществление изобретения является предпочтительным особенно при использовании для снижения уровня шума в трубопроводах, например, нагревательных устройств или вентиляционных систем, поскольку в этом случае взаимная адгезия связанных волокон минеральной ваты сохраняется под воздействием потоков газа, и надежно предотвращается попадание частиц в систему трубопроводов. Другими словами, изнашивание, т.е. потеря волокон, предотвращается даже при относительно высоких скоростях потока воздуха или газов. "Внутреннее ламинирование" трубчатых рукавов, полученное таким способом, выполнятся экономичным образом и без особых усилий с точки зрения технологии.

Особенно предпочтительным является применение нетканых и тканых материалов из стекловолокна, например из Е-стекла и т.п., в качестве упрочняющего слоя. Это было доказано в практических испытаниях, поскольку в дополнение к относительно низкой объемной плотности эти материалы имеют хорошие механические свойства и их можно легко наматывать вместе с нетканым полотном.

Перед операцией намотки упрочняющий слой можно смачивать дополнительным связующим, последующее отверждение которого приводит к лучшему связыванию при формовке. Это дополнительное связующее можно просто распылять на упрочняющий слой с минимальными технологическими усилиями.

Согласно другому аспекту изобретения предложен трубчатый рукав из минеральной ваты, как определено в пункте 8 формулы изобретения, изготовленный способом, охарактеризованным в пунктах 1-7 формулы изобретения. Такой трубчатый рукав проявляет все полезные свойства, описанные выше в отношении способа согласно изобретению.

В частности, согласно пункту 9 формулы изобретения трубчатый рукав из минеральной ваты, предназначенный для изоляции трубопроводов, изготовлен из намотанного нетканого полотна с отвержденным связующим и имеет по меньшей мере один упрочняющий слой на внутренней стороне трубы и/или по меньшей мере на части границы между последовательными слоями намотки.

Предпочтительным является то, что по меньшей мере один упрочняющий слой расположен между слоями намотки. Такая структура представляет собой один из типов упрочнения внутри трубчатого рукава и позволяет улучшить механическую прочность трубчатого рукава. Особенно предпочтительно использовать такое улучшение механических свойств для снижения объемной плотности трубчатого рукава и, следовательно, для снижения производственных затрат. Трубчатый рукав согласно изобретению характеризуется наилучшим соотношением объемного веса и механической прочности, позволяющим изготавливать продукцию весьма экономично и в больших масштабах.

Упрочняющий слой может содержать множество отдельных полос, что означает, что механические свойства трубчатого рукава можно варьировать особым образом. В частности, можно получить приемлемый баланс между снижением объемной плотности и улучшением механических свойств.

В другом осуществлении изобретения, как определено в пункте 12 формулы изобретения, упрочняющий слой в виде изоляции обернут вокруг трубчатого рукава. В этом случае получают улучшенную поверхность трубчатого рукава, более прочную в отношении внешних механических воздействий. Таким образом существенно уменьшается риск разрыва волокон в случае ненадлежащих манипуляций и т.п. и, как следствие, уменьшаются потери волокон до максимально возможной степени. Кроме того, такая защитная оболочка из упрочняющего материала, являющаяся видом "ламинирования", в значительной степени предотвращает отделение волокон, является более приятной и гладкой на ощупь. Это облегчает манипуляции с трубчатыми рукавами согласно изобретению, например, в процессе монтажа. По сравнению с тонким металлическим листом, который из-за его жесткости может быть точно установлен автоматически, нетканое стеклополотно, служащее изоляцией для защиты от потерь волокнистого материала, не позволяет его точно установить автоматически из-за присущих ему свойств стабильности, поэтому способ согласно изобретению представляет собой простой и эффективный метод нанесения защитного или упрочняющего слоя.

В соответствии со следующим аспектом изобретения, определенным в пункте 13 формулы изобретения, трубчатый рукав из минеральной ваты, предназначенный для снижения уровня шума в системах трубопроводов, в частности в низкотемпературных нагревательных устройствах (печных трубах) или в системах вентиляции, изготовлен из намотанного нетканого полотна с отвержденным связующим и содержит по меньшей мере один упрочняющий слой, который образует внутреннюю поверхность трубчатого рукава и определяет внутренний диаметр в свету трубчатого рукава. Таким образом, в трубчатом рукаве остается пространство, которое требуется для гашения вибраций газа и звуковых волн, и в то же время создается изоляция для защиты от потерь частиц волокнистого материала. Было доказано в практических испытаниях, что такая конструкция особенно подходит для поглощения резкого подъема давления газового потока, который часто наблюдается в нагревательных и вентиляционных системах, в первую очередь при пуске, поскольку доля шума от сгорания переносится вовне по пути прохождения отходящего газа. В частности, таким образом выполняются требования к уровню шума для строительных конструкций, установленные в нормативах DIN 4109 и Technical Note Noise.

Упрочняющий слой, выполненный предпочтительно из нетканого стеклополотна, ткани из стекловолокна из Е-стекла и т.п., обеспечивает преимущества, описанные выше.

Кроме того, упрочняющий слой может включать зернистый материал, например материал, поглощающий инфракрасное излучение, или теплозащитный материал для улучшения свойств трубчатого рукава согласно изобретению.

Также упрочняющий слой может включать фольгу, например, теплоотражающую фольгу, содержащую металл типа алюминия.

Упрочняющий слой может быть обработан биоцидным агентом.

Также упрочняющий слой может содержать средства для отделения намотанных слоев для уменьшения внешнего и внутреннего диаметра рукава.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описано более подробно на примерах его осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, где:

на фиг.1 представлен схематичный вид намоточного станка, приспособленного для осуществления изобретения;

на фиг.2 представлен вид спереди трубчатого рукава согласно первому варианту изобретения, изготовленного на намоточном станке, изображенном на фиг.1;

на фиг.3 представлен вид спереди трубчатого рукава согласно второму варианту изобретения;

на фиг.4 представлена в деталях транспортерная лента намоточного станка в процессе изготовления трубчатого рукава согласно второму варианту изобретения;

на фиг.5 представлен вид спереди трубчатого рукава согласно второму варианту изобретения; и

на фиг.6 показан пример применения трубчатого рукава согласно изобретению в нагревательном устройстве.

Осуществление изобретения

На фиг.1 весьма схематично представлен вид сбоку намоточного станка 1, на котором изготавливают трубчатый рукав 10, показанный на фиг.2, согласно первому варианту изобретения. Станок 1 содержит намоточный шаблон 2, на который наматывается нетканое полотно 11 из минеральной ваты со существу традиционным методом. Полотно 11 направляется к шаблону с помощью первой транспортерной ленты 3.

На представленной иллюстрации нетканое полотно 11 уже намотано на намоточный шаблон 2, причем внутренний упрочняющий слой был помещен на намоточный шаблон 2 перед началом намотки и стал неотъемлемой составляющей частью изготовленного трубчатого рукава 10.

Намоточный станок 1 также содержит вторую транспортерную ленту 4, посредством которой можно подавать внешний упрочняющий слой 13 таким образом, что его передний конец перекрывает задний конец нетканого полотна 11 и также наматывается на рулон. В результате дополнительного вращения намоточного шаблона 2 упрочняющий слой 13 в конечном счете ложится вокруг уже имеющегося рулона и его задний конец перекрывает его передний конец так, как схематично показано на фиг.2. Таким образом упрочняющий слой 13 ложится полностью вокруг рулона и образует внешний защитный слой или ламинирующий слой вокруг рулона.

На следующем этапе отверждения отверждают связующее на полученной форме рулона, который таким образом становится трубчатым рукавом 10. С него снимают намоточный шаблон 2 и трубчатый рукав 10 сохраняет форму, которая изображена на фиг.2.

На фиг.3-5 изображены варианты изобретения, в которых упрочняющий слой был включен в структуру трубчатого рукава в процессе намотки в виде полос. Так, на фиг.3 представлен вид спереди трубчатого рукава 20 согласно второму варианту изобретения. В этом случае упрочняющий слой 22 намотан внутри нетканого полотна 21. Для этого, как можно видеть на фиг.4, упрочняющий слой 22 помещают на нетканое полотно 21, подаваемое к станку 1 посредством транспортерной ленты 3.

На фиг.5 показан третий вариант изобретения, согласно которому трубчатый рукав 30 содержит два упрочняющих слоя 32 и 33, интегрированных в нетканое полотно 31. Эти упрочняющие слои были помещены на нетканое полотно 31 отдельно друг от друга в определенное время в процессе намотки.

Трубчатые рукава 20 и 30 изготовлены таким образом, что они могут применяться предпочтительно для изоляции трубопроводов. Другой способ применения трубчатого рукава 10 показан на фиг.6. На этой схематичной иллюстрации показана нагревательная установка 40, которая имеет нагревательный блок 41, трубу 42 для отработанных газов и дымоотводный канал 43, причем отработанные газы, выходящие из этой низкотемпературной нагревательной установки, представляющей собой, например, масляную или газовую нагревательную систему, могут проходить в дымоотводный канал 43 через трубу 42 для отработанных газов.

В трубе 42 для отработанных газов установлено устройство 44 для снижения уровня шума, содержащее корпус 45, на который надет трубчатый рукав 50 согласно четвертому варианту изобретения, представляющий собой трубчатый рукав 10 с тем отличием, что может также содержать и наружный упрочняющий слой 13.

Трубчатый рукав 50 содержит намотанный слой 51 из нетканого материала и внутренний упрочняющий слой 52, который создает внутреннюю поверхность, определяющую внутренний диаметр в свету трубчатого рукава 50. Этот внутренний упрочняющий слой 52 выполнен из нетканого материала из Е-стекловолокна и имеет отверстия, через которые проходит поток газа в намотанный слой 51 из нетканого материала. Таким образом, в устройстве 44 происходит поглощение резкого подъема давления газового потока, который имеет место особенно при пуске нагревательной установки 40. В то же время упрочняющий слой 52 в большой степени предотвращает отрыв частиц под действием газового потока в трубу 42 для отработанных газов и дымоотводный канал 43. Для дополнительной защиты от действия потока отработанных газов можно установить ловушку из проволочной сетки с мелкими ячейками внутри корпуса 45 перед упрочняющим слоем 52.

Изобретение позволяет использовать и другие варианты структур в дополнение к описанным выше.

Например, можно выполнить упрочняющий слой выходящим за пределы переднего и заднего концов нетканого полотна, так что в процессе намотки в трубчатом рукаве будут образованы одновременно упрочняющий слой, образующий внутреннюю поверхность, упрочняющий слой, интегрированный внутри слоев нетканого полотна, и упрочняющий слой, образующий внешний защитный слой.

Кроме того, не является необходимым, чтобы передний конец упрочняющего слоя 13 перекрывал задний конец нетканого полотна 11, как показано на фиг.1. Вместо этого упрочняющий слой 13 может быть введен в процесс намотки сразу после нетканого полотна 11. Упрочняющий слой 13 можно также подавать к нетканому полотну 11 снизу. Внутренний упрочняющий слой 12 или 52 можно поместить на намоточный шаблон 2 заранее, с другой стороны, его можно подавать транспортерными лентами и наматывать на намоточный шаблон 2 известным способом, после чего наматывать нетканое полотно 11 или 51.

Параметры длины и ширины соответствующих упрочняющих слоев во всех примерах изобретения выбирают в соответствии с требуемыми свойствами конечного продукта, например упрочняющий слой может быть довольно длинным, чтобы более или менее значительно перекрывать предыдущий виток. Однако ширину каждого упрочняющего слоя предпочтительно выбирают таким образом, чтобы она соответствовала ширине соответствующего нетканого полотна для получения равномерности благоприятных свойств всего продукта.

Кроме того, упрочняющий слой может содержать зернистый материал, такой как материал, поглощающий инфракрасное излучение. Как описано в WO 02/092528, подходящий материал, поглощающий или рассеивающий инфракрасное излучение, поглощает или рассеивает инфракрасное излучение с длиной волны в диапазоне 4-40 мкм. Предпочтительней такой материал поглощает инфракрасное излучение с длиной волны в диапазоне 6-8 мкм (1667-1250 см^-1). Материал, поглощающий или рассеивающий инфракрасное излучение, включает бораты, карбонаты, алюминаты, нитраты и нитриты. Эти соединения могут быть солями щелочных или щелочноземельных металлов. Предпочтительными соединениями являются бораты, карбонаты, алюминаты. Предпочтительными боратами являются борат лития, борат натрия, борат калия, борат магния, борат кальция, борат стронция и борат бария. Более предпочтительным боратом является борат натрия (т.е. боракс - Na₂B₄O₅(OH)₄•8H₂O или Na₂В₄O₇•10Н₂О) или колеманит (Ca₂B₆O₁₁•5H₂O). Предпочтительными карбонатами являются карбонат лития, карбонат натрия, карбонат калия, карбонат кальция (кальцит СаСО₃), доломит (CaMg(СО₃)₂), карбонат магния (т.е. магнезит, MgCO₃), карбонат стронция и карбонат бария. Более предпочтительным карбонатом является карбонат кальция, доломит и магнезит. Предпочтительными алюминатами являются гидроксид алюминия (Al₂О₃•3H₂O или Al(ОН)₃) и оксид алюминия (Al₂О₃). Фирма ALCOA производит продукты гидроксида алюминия HYDRAL и В-303.

Дополнительно упрочняющий слой может включать зернистый материал, такой как теплозащитный материал. Теплозащитный материал может быть выбран из соединений фосфора, таких как фосфаты щелочноземельных металлов, особенно фосфат кальция. Известно, что фосфаты кальция, особенно ортофосфат (Са₃(PO₄)₂) и пирофосфат (Са₂P₂O₇), являются огнеупорными и имеют точки плавления 1670°С и 1230°С соответственно. Соединения фосфора также могут быть выбраны из следующих соединений:

- солей аммония, фосфатов аммония, особенно гидрофосфата аммония (называемого АНР), дигидрофосфата аммония (называемого ADP) и полифосфатов (особенно типа метафосфатов и пирофосфатов). Эти соли аммония могут быть чистыми или содержать органические радикалы;

- фосфорной кислоты в ее различных формах, особенно ортофосфорной кислоты (Н₃PO₄), метафосфорной кислоты и полифосфорной кислоты ([НРО₃]_n);

- гидрофосфатов алюминия, особенно гидрофосфата алюминия или дигидрофосфата алюминия, взятых отдельно или в смеси с ортофосфорной кислотой.

Изобретение относится к технологии производства трубчатых рукавов из минеральной ваты для изоляции трубопроводов или для снижения уровня шума в системах трубопроводов. Способ включает подачу нетканого полотна из минеральной ваты, содержащего неотвержденное связующее, намотку его на намоточный шаблон намоточного станка и отверждение связующего. Перед введением нетканого полотна в намоточный станок наносят, по меньшей мере, один упрочняющий слой так, чтобы при намотке он стал составляющей частью полученного трубчатого рукава. Трубчатый рукав содержит нетканое полотно из минеральной ваты с отвержденным связующим и, по меньшей мере, один упрочняющий слой. Трубчатые рукава по изобретению имеют улучшенные механические свойства и/или практически неизменные механические свойства по сравнению с известными трубчатыми рукавами, но при более низкой объемной плотности, и могут быть изготовлены экономичным и простым способом. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ изготовления трубчатых рукавов из минеральной ваты для изоляции трубопроводов или для снижения уровня шума в системах трубопроводов, включающий следующие этапы:

а) подача нетканого полотна из минеральной ваты, содержащего неотвержденное связующее,

б) намотка этого нетканого полотна на намоточный шаблон намоточного станка,

в) отверждение связующего,

в котором перед тем, как нетканое полотно вводят в намоточный станок, наносят, по меньшей мере, один упрочняющий слой таким образом, что при намотке этот упрочняющий слой становится составляющей частью полученного трубчатого рукава, отличающийся тем, что упрочняющий слой соединяют с задним концом нетканого полотна таким образом, что он ложится снаружи трубчатого рукава и создает эффект ламинирования, когда последний слой оказывается намотанным вокруг всей наружной поверхности рукава.