Багатошарова труба і спосіб виготовлення багатошарової труби

Винаходи відносяться до жорстких складових армованих труб, виготовлених з декількох матеріалів і призначених для транспортування рідких продуктів під високим тиском або розрідженням, а також до процесів їх виготовлення. З рівня техніки відома найближча до винаходу по кількості загальних ознак і результату, що досягається, багатошарова труба, що містить сполучені між собою внутрішній захисний шар, виконаний із зносостійкого матеріалу, проміжний шар і зовнішній захисний шар, виконаний з композиційного матеріалу, а також закінцівки для з'єднання з суміжними трубами або трубопровідною арматурою («Труба з композиційних матеріалів для транспортування газоподібних і рідких продуктів під високим тиском і спосіб й виготовлення (варіанти)», RU, №2166145, СІ, 7МПК F16L9/12, заявл. 02.11.1999, опубл. 27.04.2001, найближчий аналог - прототип). Внутрішній захисний шар виконаний у вигляді трьох концентричних шарів хімічно і абразивостійкої гуми, які утворені гумовими стрічками, укладеними в кожному шарі по спіралі внапустку. Для утворення концентричних шарів, що формують внутрішній захисний шар, застосовані гумові стрічки шириною 130мм, завтовшки 1,0мм. Стрічки укладені по спіралі внапустку в кожному шарі по кромках. Ширина напустки складає 8-12 товщин стрічки, а в першому шарі напустка спрямована у бік, протилежний напряму руху продукту, що транспортується. Проміжний шар включає два концентричні шари не просоченого зв'язуючим нізькощільного матеріалу. Як нізькощильний матеріал використаний нетканий матеріал. Згадані шари утворені стрічками нетканого матеріалу шириною 70мм, які укладені по спіралі внапустку на половину ширини стрічки. Нетканий матеріал стрічок має пористу рихлу структуру з можливістю проникнення в неї при певних температурах розм'якшення і зусиллях притиснення сирої гуми внутрішнього захисного шару. Одночасно нетканий матеріал не перешкоджає проникненню в нього зв'язуючого з боку третього додаткового концентричного шару, що входить до складу проміжного шару, і безпосередньо контактує із зовнішнім захисним шаром з композиційного матеріалу. Зовнішній захисний шар, виконує в цій конструкції труби роль силового каркаса, містить п'ятнадцять концентричних шарів композиційного матеріалу, кожний з яких утворений стрічками з паралельним розташуванням армуючих елементів у вигляді волокон. Стрічки укладені з перекриттям кромок по спіралі з кутом нахилу до подовжньої осі труби від 52 до 56° і просочені зв'язуючим. Закінцівки труби виконані з композиційного матеріалу одночасно з виготовленням тіла труби, розміщені поверх зовнішнього шару, сполучені з ним нероз'ємно отверділим зв'язуючим, мають форму фланців у вигляді кільцевого потовщення кінців труби з хвостовиком і контакт із зовнішнім шаром на довжині від 0,27 до 0,29м. Проте відома труба має складну конструкцію і виготовляється з дорогих матеріалів. Так для забезпечення необхідної міцності і надійності її зовнішній захисний шар, що виконує в даній конструкції труби роль силового каркаса, виконаний з п'ятнадцяти концентричних шарів спіральних стрічок з композиційного матеріалу, просочених зв'язуючим, що значно підвищує трудомісткість і собівартість її виготовлення. При цьому з'єднання внутрішнього захисного шару, виконаного з гуми, засноване на проникненні сирої гуми в пори нетканого матеріалу проміжного шару, не забезпечує достатню міцність такого кріплення і робить його ненадійним при використовуванні у якості матеріалу внутрішнього захисного шару багатошарової труби твердого матеріалу, що володіє низькими адгезійними властивостями, наприклад скла, фарфору, фторопласту або іншого матеріалу з аналогічними властивостями. З рівня техніки відомий найближчий до винаходу по кількості загальних ознак і результату, що досягається, спосіб виготовлення багатошарової труби, включаючий формування за допомогою оправки внутрішнього захисного шару, виконаного із зносостійкого матеріалу, проміжного шару і зовнішнього захисного шару, виконаного з композиційного матеріалу, а також кріплення закінцівок для з'єднання з суміжними трубами або трубопровідною арматурою («Труба з композиційних матеріалів для транспортування газоподібних і рідких продуктів під високим тиском і спосіб її виготовлення (варіанти)», RU, №2166145, СІ, 7МПК F16L9/12, заявл. 02.11.1999, опубл. 27.04.2001, найближчий аналог - прототип). Внутрішній захисний шар із зносостійкого матеріалу формують шляхом намотування на покрите антиадгезійним складом або розділовою плівкою циліндричну оправку трьох концентричних шарів стрічки сирої гуми з кроком намотування 120мм. Потім формують проміжний шар. Для цього на внутрішній захисний шар намотують два концентричні шари проміжного шару із стрічки сухого нетканого матеріалу. При певній температурі розм'якшення і зусиллях намотування сира гума внутрішнього захисного шару проникає в пори рихлої структури згаданих двох концентричних шарів нетканого матеріалу і, при подальшій вулканізації сирої гуми, забезпечує з'єднання внутрішнього захисного шару з проміжним шаром труби. Після цього намотують третій концентричний шар проміжного шару із стрічки сухого нетканого матеріалу з кроком намотування 25 мм і натягненням 25-30кг. Зовнішній захисний шар труби з композиційного матеріалу - силовий каркас формують з п'ятнадцяти концентричних спіральних шарів просоченої епоксидним зв'язуючим стрічки з ровінга з паралельним розташуванням армуючих елементів у вигляді волокон. Стрічки укладають під кутом намотування 52-56° до подовжньої осі труби з натягненням 25-30кг і при температурі зв'язуючого 55+5°С. При цьому зв'язуюче зовнішнього шару проникає в пори рихлої структури третього концентричного шару нетканого матеріалу проміжного шару і, при подальшому отвердінні зв'язуючого, забезпечує з'єднання зовнішнього шару з проміжним шаром труби. Закінцівки у вигляді фланців або фітінгів формують спіральним намотуванням на кінцевих ділянках зовнішнього шару стрічки з композиційного матеріалу, складеної із склоровінгів і просоченої епоксидним зв'язуючим. Оправку з намотаною заготівкою труби знімають з верстата і поміщають в тепловий агрегат, де виконують отвердіння зв'язуючого з одночасною вулканізацією гуми і їх проникненням в нетканий матеріал концентричних шарів стрічок проміжного шару труби для їх пошарового з'єднання. Проте відомий спосіб виготовлення багатошарової труби характеризується великою складністю і вимагає застосування дорогих матеріалів. Так для забезпечення необхідної міцності і надійності зовнішній шар, що виконує в даній конструкції труби роль силового каркаса, формують з п'ятнадцяти концентричних шарів спіральних стрічок з композиційного матеріалу, просочених зв'язуючим, що значно підвищує трудомісткість і собівартість її виготовлення. При цьому з'єднання внутрішнього захисного шару, виконаного з гуми, засноване на проникненні сирої гуми в пори нетканого матеріалу проміжного шару, не забезпечує достатню міцність такого кріплення і робить його ненадійним при використовуванні в ній у якості матеріалу внутрішнього захисного шару твердого матеріалу, що володіє низькими адгезійними властивостями, наприклад скла, фарфору, фторопласту або іншого матеріалу з аналогічними властивостями. Технічною задачею, на рішення якої направлена група винаходів, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом, є створення такої конструкції багатошарової труби і такого способу її виготовлення, в яких шляхом їх удосконалення, застосування недорогих матеріалів і оптимальної послідовності операцій досягається підвищення надійності і спрощення конструкції труби і технологічного процесу її виготовлення. Технічним результатом від використання групи винаходів є зниження трудомісткості і собівартості виготовлення багатошарової труби при забезпеченні її високої міцності. Поставлена технічна задача вирішується, а очікуваний технічний результат досягається тим, що в багатошаровій трубі, що містить сполучені між собою внутрішній захисний шар, виконаний із зносостійкого матеріалу, проміжний шар і зовнішній захисний шар, виконаний з композиційного матеріалу, а також закінцівки для з'єднання з суміжними трубами або трубопровідною арматурою, згідно винаходу, внутрішній захисний шар і проміжний шар скріплені між собою гнучким джгутами, при цьому проміжний шар виконаний з полімербетону армованого подовжніми стрижнями жорстко скріпленими із закінцівками в армуючи каркаси. Приведені ознаки є суттєвими, оскільки в сукупності достатні для вирішення поставленої технічної задачі і досягнення очікуваного технічного результату, а кожен окремо необхідний для ідентифікації і відмінності заявленої багатошарової труби від відомих з рівня техніки аналогічних технічних рішень. Ця сукупність загальних і відмітних суттєвих ознак, якими характеризується багатошарова труба, що заявляється, не відома з рівня техніки, є новою і достатньою у всіх випадках, на які розповсюджується об'єм правового захисту. Причинно-наслідковий зв'язок відмітних ознак при їх взаємодії з відомими ознаками в досягненні очікуваного технічного результату, обумовленого поставленою технічною задачею, полягає в наступному. Так, кріплення внутрішнього захисного шару з проміжним шаром між собою гнучкими джгутами значно підвищує міцність і надійність цього з'єднання і багатошарової труби в цілому. Таке з'єднання також дозволяє використовувати у якості матеріалу внутрішнього захисного шару не тільки гуму, але й твердий матеріал, що володіє низькими адгезійними властивостями, наприклад скло, фарфор, фторопласт або інший матеріал з аналогічними властивостями, що також підвищує надійність і безпеку багатошарової труби при експлуатації. Виконання проміжного шару з полімербетону армованого подовжніми стрижнями жорстко скріпленими із закінцівками в армуючи каркаси забезпечує утворення в проміжному шарі технологічного, міцного і надійного силового каркаса з недорогих матеріалів, наприклад арматурної і конструкційної сталі. Крім того застосування полімербетону підвищує міцність труби при дії високого надмірного тиску, як зсередини, так і ззовні багатошарової труби, знижує трудомісткість і собівартість її виготовлення, а також підвищує технологічність виготовлення за рахунок застосування недорогого матеріалу на основі полімерів і цементу. Поставлена технічна задача вирішується, а очікуваний технічний результат досягається також тим, що в способі виготовлення багатошарової труби, включаючому формування за допомогою оправки внутрішнього захисного шару, виконаного із зносостійкого матеріалу, проміжного шару і зовнішнього захисного шару, виконаного з композиційного матеріалу, а також кріплення закінцівок для з'єднання з суміжними трубами або трубопровідною арматурою, згідно винаходу, при формуванні внутрішнього захисного шару до нього кріплять окремі частини гнучких джгутів, а потім формують проміжний шар з армованого полімербетону, для чого на сформований внутрішній захисний шар укладають подовжні стрижні, які жорстко скріпляють із закінцівками в армуючи каркаси, вільні частини гнучких джгутів скріпляють з подовжніми стрижнями армуючих каркасів, а проміжки між подовжніми стрижнями армуючих каркасів заповнюють полімербетоном, після чого формують зовнішній захисний шар. Приведені ознаки є суттєвими, оскільки в сукупності достатні для вирішення поставленої технічної задачі і досягнення очікуваного технічного результату, а кожен окремо необхідний для ідентифікації і відмінності заявленого способу виготовлення багатошарової труби від відомих з рівня техніки аналогічних технічних рішень. Причинно-наслідковий зв'язок відмітних ознак при їх взаємодії з відомими ознаками в досягненні очікуваного технічного результату, обумовленого поставленою технічною задачею, полягає в наступному. Так у зв'язку з тим, що при формуванні внутрішнього захисного шару до нього кріплять окремі частини гнучких джгутів забезпечується надійний і міцний механічний зв'язок останніх із згаданим шаром. Через те, що формування проміжного шару виконують з армованого полімербетону, суттєво знижується трудомісткість і собівартість виготовлення труби, підвищується її технологічність, і одночасно досягається висока міцність і надійність її при експлуатації. Завдяки тому, що при формуванні проміжного шару на сформований внутрішній шар укладають подовжні стрижні, які жорстко скріпляють із закінцівками в армуючи каркаси забезпечується утворення в проміжному шарі технологічного, міцного і надійного силового каркаса з недорогих матеріалів, наприклад арматурної і конструкційної сталі. У зв'язку з тим, що при формуванні проміжного шару вільні частини гнучких джгутів скріпляють з подовжніми стрижнями армуючих каркасів досягається надійний і міцний механічний зв'язок останніх із згаданим шаром. Заповнення проміжків між стрижнями армуючих каркасів полімербетоном після кріплення гнучких джгутів до подовжніх стрижнів армуючих каркасів створює додатковий надійний і міцний механічний зв'язок гнучких джгутів з отверділим полімербетоном. Вдосконалений спосіб виготовлення багатошарової труби дозволяє разом з полімерним матеріалом - гумою використовувати у якості матеріалу внутрішнього захисного шару і твердий матеріал, що володіє низькими адгезійними властивостями, наприклад скло, фарфор, фторопласт або інший матеріал з аналогічними властивостями, що також підвищує надійність і безпеку багатошарової труби при експлуатації. А застосування полімербетону технологічно доцільне і виправдане, оскільки забезпечує підвищення міцності труби при дії високого надмірного тиску, як зсередини, так і зовні багатошарової труби, зниження трудомісткості і собівартості її виготовлення, а також підвищення технологічності виготовлення за рахунок застосування недорогого матеріалу на основі полімерів і цементу. Приведені ознаки, що характеризують цю групу винаходів, не є обов'язковими, але, на думку заявника, є кращими і не виключають можливості їх еквівалентного виконання. Надалі група винаходів, зв'язана єдиним винахідницьким задумом, пояснюється докладним описом конструкції багатошарової труби і способу виготовлення багатошарової труби з посиланнями на прикладені креслення. На фіг.1 зображена багатошарова труба, подовжній розріз. На фіг.2 зображена багатошарова труба, поперечний розріз. Багатошарова труба (фіг.1, 2) містить сполучені між собою внутрішній захисний шар 1, виконаний із зносостійкого матеріалу, проміжний шар 2 і зовнішній захисний шар 3, виконаний з композиційного матеріалу, а також закінцівки 4 для з'єднання з суміжними трубами або трубопровідною арматурою. Внутрішній захисний шар 1 і проміжний шар 2 скріплені між собою гнучким джгутами 5, при цьому проміжний шар 2 виконаний з полімер бетону, армованого подовжніми стрижнями 6, жорстко скріпленими із закінцівками 4 в армуючі каркаси. Внутрішній захисний шар 1 може бути виконаний із зносостійкого пружного полімерного матеріалу, наприклад гуми, або із зносостійкого твердого матеріалу, що володіє низькими адгезійними властивостями, наприклад скла, фарфору, фторопласту або іншого матеріалу з аналогічними властивостями. Закінцівки 4 для з'єднання з суміжними трубами або трубопровідною арматурою можуть бути виконані із сталі у вигляді фланців, патрубків, штуцерів або фітінгів. Подовжні стрижні 6 можуть бути виготовлені, наприклад, з арматурної сталі, і сполучені із закінцівками 4 в армуючи каркаси за допомогою зварних з'єднань, створюючих надійний і міцний силовий каркас, як проміжного шару 2, так і багатошарової труби в цілому. Спосіб виготовлення багатошарової труби (фіг.1, 2) включає формування за допомогою оправки (на кресленнях не показано) внутрішнього захисного шару 1, виконаного із зносостійкого матеріалу, проміжного шару 2 і зовнішнього захисного шару 3, виконаного з композиційного матеріалу, а також кріплення закінцівок 4 для з'єднання з суміжними трубами або трубопровідною арматурою. При формуванні внутрішнього захисного шару 1 до нього кріплять окремі частини гнучких джгутів 5, а потім формують проміжний шар 2 з армованого полімербетону, для чого на сформований внутрішній захисний шар 1 укладають подовжні стрижні 6, які жорстко скріпляють із закінцівками 4 в армуючи каркаси, вільні частини гнучких джгутів 5 скріпляють з подовжніми стрижнями 6 армуючих каркасів, а проміжки між подовжніми стрижнями 6 армуючих каркасів заповнюють полімербетоном, після чого формують зовнішній захисний шар 3. Згадані частини гнучких джгутів 5 кріплять на внутрішньому захисному шарі 1 намотуванням або обв'язуванням у разі, коли у якості зносостійкого матеріалу використовують, як пружний полімерний матеріал, тобто гуму, так і твердий матеріал, наприклад скло, фарфор, фторопласт або інший матеріал з аналогічними властивостями. У разі, коли у якості зносостійкого матеріалу використовують пружний полімерний матеріал, тобто гуму, в цьому випадку ці частини гнучких джгутів 5 вводять в сиру гуму і закріплюють у внутрішньому захисному шарі 1 вулканізованою гумою після подальшої теплової обробки останньої. Після формування зовнішнього шару 3 заготівку багатошарової труби сумісно з оправкою або без неї піддають витримці в природних умовах або в тепловому агрегаті, при якій відбувається отвердіння зв'язуючого зовнішнього захисного шару 3, отвердіння полімербетону проміжного шару 2 з одночасною вулканізацією гуми, при використовуванні її як зносостійкого матеріалу внутрішнього захисного шару 1. Вдосконалена багатошарова труба і вдосконалений спосіб її виготовлення за рахунок застосування гнучких джгутів, що скріпляють внутрішній захисний шар і проміжний шар між собою, формування армуючого каркаса з подовжніх стрижнів із закінцівками, застосування недорогого матеріалу - полімербетону при формуванні проміжного шару, забезпечують підвищення міцності з'єднання внутрішнього захисного шару з проміжним шаром, підвищення надійності а також спрощення конструкції труби і технологічного процесу її виготовлення, що є технічною задачею, на яку направлені цівинаходи. Це дозволяє суттєво понизити трудомісткість і собівартість виготовлення багатошарової труби при забезпеченні її високої міцності, що і є технічним результатом, який досягається при використовуванні цієї групи винаходів. Винаходи не обмежується описаними і показаними на кресленнях варіантами реалізації, але можуть бути змінені, модифіковані і доповнені в рамках об'єму, визначеного формулою винаходу. Пропоновані винаходи промислове придатні, оскільки можуть бути реалізовані в умовах промислового виробництва з використанням стандартного устаткування, сучасних матеріалів і технології на будь-якому підприємстві полімерного машинобудування. Вони можуть знайти широке застосування в різних галузях промисловості для отримання жорстких складових армованих труб, виготовлених з декількох матеріалів, і призначених для транспортування рідких продуктів під високим тиском або розрідженням.