Спіральновита труба

Реферат: Спіральновита труба, що містить стінку, утворену витками замкнутого порожнистого прямокутного профілю з термопласта, бічні поверхні яких з'єднані між собою швом з термопласта, і яка має зовнішню та внутрішню поверхні. Труба оснащена шаром, розташованим принаймні на одній з зазначених поверхонь, а відношення сумарної товщини бічних поверхонь суміжних витків і з'єднуючого їх шва до висоти профілю становить від 0,2 до 0,40. UA 96704 U (12) UA 96704 U UA 96704 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до спіральновитих труб, призначених для будівництва трубопроводів, переважно для систем водовідведення, а також для обладнання резервуарів і колодязів різної конструкції та призначення. Відома циліндрична труба, стінки якої виконані з термопласту (ГОСТ 52134-2003). Недоліком такої труби є те, що збільшення діаметра труби вимагає значного збільшення товщини стінки труби, що призводить до збільшення ваги труби при заданих міцнісних характеристиках. Найближчим аналогом запропонованої корисної моделі є спіральновита труба з термопласта (патент RU 72036 МПК F16L 9/133, F16L 9/16 опубл. 27.03.2008), що має стінку, виконану із замкнутого прямокутного порожнистого профілю, утворену витками порожнистого профілю, бічні поверхні яких з'єднані між собою швом з термопласта з утворенням внутрішньої та зовнішньої поверхонь труби. Така труба забезпечує міцність без збільшення товщини стінки та ваги труби. Однак практика експлуатації показує істотні недоліки конструкції труби, представленої у вищезазначеній корисній моделі. Труба недостатньо захищена від дії зовнішніх факторів. Так, наприклад, у місці стику шва та зовнішньої поверхні витка профілю спостерігається зменшення товщини стінки профілю. У випадку критичного навантаження на зовнішню поверхню труби в місці зменшення товщини може відбуватися порушення цілісності зовнішньої стінки профілю. Причиною порушення цілісності може послужити також зношування внутрішньої поверхні труби у випадку відведення стоків з більшою кількістю твердих включень. Задачею, на вирішення якого спрямована дана корисна модель, є підвищення стійкості труби до впливу руйнуючих факторів, в тому числі підвищення кільцевої жорсткості. Технічним результатом, якого досягають при створенні даної корисної моделі, є підвищення міцності труби. Підвищення міцності досягається підвищенням здатності опору зовнішнім впливам, в тому числі і збільшенням кільцевої жорсткості. Поставлена задача вирішується тим, що спіральновита труба, що містить стінку, утворену витками замкнутого порожнистого прямокутного профілю з термопласта, бічні поверхні яких з'єднані між собою швом з термопласта, яка має зовнішню та внутрішню поверхні, згідно з корисною моделлю, оснащена шаром, розташованим принаймні на одній із зазначених поверхонь, а відношення сумарної товщини бічних поверхонь суміжних витків і з'єднуючого їх шва до висоти профілю становить від 0,2 до 0,40. Труба може бути оснащена тільки зовнішнім шаром, навитим на зовнішню поверхню з перехлестом, утворюючи цільну поверхню. Відношення товщини зовнішнього шару до товщини стінки профілю може становити 0,5-0,8, краще 0,6-0,7. Зовнішній шар може бути виконаний з термопластів, наприклад з поліетилену або поліпропілену, або поліаміду, або з їхніх сумішей. Можливе виконання зовнішнього шару з мінералонаповненої композиції на основі термопласта, зокрема з тальконаповненої композиції термо- і світлостабілізованого поліпропілену. В окремих випадках зовнішній шар виконаний профільованим. Відношення товщини стінки порожнистого прямокутного профілю до внутрішнього діаметра спіральновитої труби становить від 0,005 до 0,007. Труба може бути оснащена тільки внутрішнім шаром, спряженим з внутрішньою поверхнею труби. Можливе виконання внутрішнього шару з поліетилену або з поліпропілену, або з поліаміду, або з їхніх сумішей, або з композицій на їхній основі. Відношення товщини внутрішнього шару до товщини стінки профілю може бути вибране в інтервалі від 0,1 до 0,5, краще 0,2-0,4. Внутрішній шар може бути виконаний згладженим, при цьому він може бути суцільним, таким, що покриває всю внутрішню поверхню труби. Як правило, відношення товщини стінки порожнистого прямокутного профілю до внутрішнього діаметра спіральновитої труби вибирають в інтервалі 0,005 до 0,007. Труба може бути оснащена як внутрішнім шаром, спряженим з внутрішньою поверхнею труби, так і зовнішнім шаром, навитим на зовнішню поверхню труби. Зовнішній шар запропонованої труби може бути навитий на зовнішню поверхню з перехлестом, утворюючи цільну поверхню. Відношення товщини зовнішнього шару до товщини стінки профілю може становити 0,5-0,8, краще 0,6-0,7. 1 UA 96704 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Можливе виконання зовнішнього шару з термопластів, наприклад з поліетилену або поліпропілену, або поліаміду, або з їхніх сумішей. Також можливе виконання зовнішнього шару з мінералонаповненої композиції на основі термопласта, в тому числі з тальконаповненої композиції термо- і світлостабілізованого поліпропілену. Зовнішній шар може бути виконаний профільованим. Можливе виконання внутрішнього шару з поліетилену або з поліпропілену, або з поліаміду, або з композиції на їхній основі, а відношення товщини внутрішнього шару до товщини стінки профілю становить 0,1 до 0,5, краще 0,2-0,4. Внутрішній шар може бути виконаний згладженим, при цьому він може бути суцільним, таким, що покриває всю внутрішню поверхню труби. Внутрішній і зовнішній шари можуть бути виконані як з однакових, так і з різних термопластів, а відношення товщини стінки порожнистого прямокутного профілю до внутрішнього діаметра спіральновитої труби може бути вибране з інтервалу від 0,005 до 0,007. У всіх перелічених варіантах порожнистий профіль може бути квадратним. На фіг. 1 показаний поздовжній розріз стінки спіральновитої труби з порожнистою стінкою 1 із замкнутого прямокутного профілю, утвореної витками 2 профілю, бічні поверхні 3 витків скріплені між собою швом 4. Труба має внутрішню 5 і зовнішню 6 поверхні та оснащена внутрішнім шаром 7, спряженим з внутрішньою 5 поверхнею труби. На фіг. 2 показаний поздовжній розріз стінки іншого варіанта виконання спіральновитої труби з порожнистою стінкою 1 із замкнутого прямокутного профілю, утвореної витками 2 профілю. Бічні поверхні 3 витків скріплені між собою швом 4. Труба, що має внутрішню 5 і зовнішню 6 поверхні, оснащена зовнішнім шаром 8, навитим на зовнішню поверхню 6 труби. На фіг. 3 показаний поздовжній розріз стінки ще одного варіанта спіральновитої труби з порожнистою стінкою 1 із замкнутого прямокутного профілю, утвореної витками 2 профілю. Бічні поверхні 3 витків скріплені між собою швом 4. Труба, що має внутрішню 5 і зовнішню 6 поверхні, оснащена внутрішнім шаром 7 і зовнішнім шаром 8, навитим на зовнішню поверхню 6 труби. На всіх фігурах: k - сумарна товщина стінок суміжних витків профілю та з'єднуючого їх шва; h - висота витка профілю; f - товщина зовнішнього шару; b - товщина стінки профілю; 9 - місце з'єднання стінки профілю зі зварним швом. Спіральновита труба має стінку (1), виконану із замкнутого порожнистого прямокутного профілю, утворену витками (2) цього профілю. Бічні поверхні (3) витків профілю з'єднані між собою швом (4) з термопласта. Таке виконання труби дозволяє створити оболонку для транспортування середовища, яка має істотно меншу вагу в порівнянні з трубою того ж діаметра з монолітною стінкою. У той же час виконання труби з витків замкнутого порожнистого профілю дозволяє надати трубі необхідну міцність за рахунок достатньої кільцевої жорсткості. Прямокутна форма перерізу профілю дозволяє найбільш міцно з'єднати стінки профілю за рахунок максимальної площі шва при мінімальному об'ємі шовного матеріалу. З'єднані між собою бічними поверхнями витки (2) порожнистого профілю утворюють внутрішню (5) і зовнішню (6) поверхні труби. Зовнішній шар (8), навитий на зовнішню поверхню (6) труби, закриває поверхню труби, включаючи шов і кут профілю, від зовнішніх механічних впливів і, таким чином, збільшує міцність труби в цілому, при цьому підвищуючи кільцеву жорсткість на 5-15 %. Внутрішній шар (7), спряжений з внутрішньою поверхнею (5) труби, захищає трубу від механічного впливу руйнуючих факторів зсередини труби, і, таким чином, підвищує міцнісні характеристики труби і також підвищує кільцеву жорсткість труби на 1-10 %. Шов (4) між витками порожнистого профілю виконує функцію скріплення витків порожнистого профілю з утворенням стінки труби. При впливі на шов, що з'єднує витки труби, механічних навантажень, наприклад тиску ґрунту, ударів і зсувних навантажень, що виникають при монтажі та експлуатації трубопроводу, можливий розрив шва, що призводить до пошкодження труби. Крім цього шов і витки, що з'єднуються ним, повинні витримувати без розриву розтягуючі навантаження, що виникають при монтажі та експлуатації трубопроводу, особливо в зонах з рухливим ґрунтом, тобто забезпечувати високі міцнісні характеристики труби. Виходячи з впливу цих факторів, визначено відношення сумарної товщини бічних поверхонь суміжних витків і з'єднуючого їх шва - k, до висоти витка профілю - h, що дозволяє витримувати без розриву зазначені навантаження. Це співвідношення становить від 0,2 до 0,40. Якщо зазначене співвідношення становить принаймні 0,2, то шов і контактуючі з ним поверхні витків забезпечують мінімальні необхідні міцнісні характеристики труби. При збільшенні товщини шва міцнісні характеристики збільшуються, в тому числі і кільцевої 2 UA 96704 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 жорсткості. Але подальше збільшення товщини шва веде до небажаного збільшення ваги труби та зростанню ціни труби, тому відношення сумарної товщини бічних поверхонь суміжних витків і з'єднуючого їх шва не повинно перевищувати 0,40. Оптимальним співвідношенням за міцнісними і вартісними показниках є 0,22. В процесі монтажу та експлуатації труби найбільшому впливу зовнішніх навантажень піддаються ділянки на кутах профілю, тобто в місці з'єднання (9) зовнішньої стінки профілю зі швом. Зовнішній шар пропонованої корисної моделі, закриваючи стінку профілю, захищає його від руйнування від зовнішніх механічних впливів і, таким чином, сприяє збільшенню міцності труби в цілому. Навивка зовнішнього шару (8) з перехлестом забезпечує утворення цільної зовнішньої поверхні труби, що збільшує захист всієї поверхні труби від зовнішнього механічного впливу та сприяє збільшенню кільцевої жорсткості труби. Товщина f зовнішнього шару вибирається таким чином, щоб забезпечити захист труби від механічного руйнування при впливі зовнішніх руйнуючих факторів. Збільшення товщини зовнішнього шару веде до небажаного збільшення ваги труби. Оптимальне відношення товщини зовнішнього шару до товщини стінки профілю b становить 0,5-0,8, краще 0,6-0,7. Максимальне значення товщини f зовнішнього шару вибирається з умов співвідношення вартості витрат на додатковий захист і підвищення міцнісних показників труби. Матеріал, з якого виконаний зовнішній шар пропонованої труби, забезпечує захист труби від механічних пошкоджень при транспортуванні та монтажі трубопроводу, особливо при безтраншейній прокладці трубопроводу, а також при експлуатації труби. Зовнішній шар виконаний з термопласта, вибраного з поліетилену, поліпропілену, поліаміду або з їхніх сумішей, або з композицій на їхній основі. Зазначені полімери стійкі до продряпування, розтріскування та дії точкового навантаження, що забезпечує збереження труби і, отже, збільшує її міцність. Найбільшою мірою захисна функція реалізується при виконанні зовнішнього шару з мінералонаповненої композиції на основі термопласта, наприклад тальконаповненої композиції термо- і світлостабілізованого поліпропілену. У зв'язку з тим, що мінеральний наповнювач має більший модуль пружності в порівнянні з ненаповненим полімером, мінералонаповнена полімерна композиція здатна сприйняти більше навантаження в порівнянні з композицією без мінерального наповнення. Отже, зовнішній шар із цього матеріалу має більшу стійкість до руйнуючого впливу ґрунту та забезпечує підвищення міцності труби. Зовнішній шар може бути виконаний профільованим. При цьому профільований зовнішній шар сприяє кращому закладенню труби в ґрунті, забезпечуючи підвищення міцності труби в умовах експлуатації. Включення в структуру труби внутрішнього шару, спряженого з внутрішньою поверхнею труби, захищає трубу від механічного впливу руйнуючих факторів, і, таким чином, підвищує міцнісні характеристики труби, в тому числі забезпечує збільшення кільцевої жорсткості труби на 1-10 %. Виконання внутрішнього шару з поліетилену або поліпропілену, або поліаміду, або їхніх сумішей, або композицій на їхній основі дозволяє підвищити захищеність труби від абразивного впливу твердих частинок, присутніх в транспортованій рідині, і, таким чином, підвищити стійкість труби до впливу руйнуючих факторів і збільшити міцність труби. Виконання внутрішнього та зовнішнього шарів можливе як з однакових, так і з різних термопластів, що дозволяє в широких межах варіювати експлуатаційні властивості труби. Внутрішній шар може бути виконаний згладженим, а також може бути виконаний безперервним, таким, що покриває всю внутрішню поверхню труби. Такий шар утворює гладку внутрішню поверхню труби, що забезпечує зменшення опору проходженню рідини по трубі та зменшує зношування труби абразивними частинками та підвищує її міцність. Виходячи із захисної функції внутрішнього шару, отримано оптимальне значення товщини внутрішнього шару. Відношення товщини внутрішнього шару до товщини стінки профілю становить 0,1 до 0,5. Нижче нижньої границі інтервалу захисні функції шаруючи не визначаються. Перевищення верхньої зазначеної величини практично не приводить до збільшення захисних властивостей в заданих умовах експлуатації. Краще, якщо відношення товщини внутрішнього шару до товщини стінки профілю становить 0,2-0,4. Проведені експериментальні дослідження показали, що труби, виконані з використанням різних варіантів корисної моделі, забезпечують підвищення кільцевої жорсткості від 1 % до 25 % у порівнянні з найближчим аналогом. Також відзначене збільшення здатності чинити опір зовнішнім впливам. 3 UA 96704 U 5 10 15 20 25 30 Процес виробництва труби полягає в наступному: Екструдований порожнистий профіль з термопласта з нанесеним методом співекструзії внутрішнім шаром подається за допомогою протяжного пристрою до вузла навивки, де здійснюється навивка профілю на барабан за рахунок натяжного зусилля, створюваного барабаном. При цьому внутрішній шар покриває поверхню витків профілю, яка утворює внутрішню стінку труби. Суміжні витки профілю на барабані з'єднуються між собою швом з розплаву термопласта, який подається через екструзійну головку, розташовану між суміжними витками. Розташування витків профілю на необхідній для одержання якісного з'єднання відстані один від одного забезпечується притисканням до гладкої опорної поверхні. Зона шва попередньо прогрівається гарячим повітрям для підвищення якості з'єднання та кращого розподілу полімеру у шві. Згладжування внутрішньої поверхні шва здійснюється на поверхні барабана. Після навивки термопластичного профілю спіральновитої труби здійснюється виготовлення зовнішнього захисного шару шляхом навивки стрічки розплаву з композицій на основі термопласта. Стрічка навивається з перехлестом для утворення цільної поверхні. Для забезпечення якісного з'єднання з трубою стрічка навивається з поздовжнім натягом і під час навивки здійснюється її прокатка притискним роликом. При виготовленні труби із суцільним внутрішнім шаром екструдований порожнистий профіль з термопласта подається за допомогою протяжного пристрою до вузла навивки, де на барабан навивають екструдовану стрічку розплаву термопластичного полімеру до одержання монолітного шару. На барабан з гарячим навитим шаром термопластичного полімеру здійснюють навивку екструдованого порожнистого профілю за рахунок натяжного зусилля, створюваного барабаном. Суміжні витки профілю на барабані з'єднуються між собою швом з розплаву термопласта, який подається через екструзійну головку, розташовану між суміжними витками. Далі, за необхідності, можливе нанесення зовнішнього шару, як зазначено вище. Труба, виготовлена відповідно до запропонованої корисної моделі, може мати внутрішній діаметр від 300 до 3000 мм. Додатково до переваг запропонованої корисної моделі слід зазначити, що наявність зовнішнього шару, особливо з мінералонаповненого термопластичного матеріалу, дозволяє знизити вимоги до ґрунту засипання і таким чином зменшити витрати на будівництво трубопроводу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 60 1. Спіральновита труба, що містить стінку, утворену витками замкнутого порожнистого прямокутного профілю з термопласта, бічні поверхні яких з'єднані між собою швом з термопласта, і яка має зовнішню та внутрішню поверхні, яка відрізняється тим, що вона оснащена шаром, розташованим принаймні на одній з зазначених поверхонь, а відношення сумарної товщини бічних поверхонь суміжних витків і з'єднуючого їх шва до висоти профілю становить від 0,2 до 0,40. 2. Спіральновита труба за п. 1, яка відрізняється тим, що вона оснащена зовнішнім шаром, навитим на зовнішню поверхню з перехлестом, утворюючи цільну поверхню. 3. Спіральновита труба за п. 2, яка відрізняється тим, що відношення товщини зовнішнього шару до товщини стінки профілю становить 0,5-0,8, краще 0,6-0,7. 4. Спіральновита труба за п. 2, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний з термопластів, наприклад з поліетилену або поліпропілену, або поліаміду, або з їхніх сумішей. 5. Спіральновита труба за п. 2, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний з мінералонаповненої композиції на основі термопласта. 6. Спіральновита труба за п. 5, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний з тальконаповненої композиції термо- і світлостабілізованого поліпропілену. 7. Спіральновита труба за п. 2, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний профільованим. 8. Спіральновита труба за п. 2, яка відрізняється тим, що відношення товщини стінки порожнистого прямокутного профілю до внутрішнього діаметра спіральновитої труби становить від 0,005 до 0,007. 9. Спіральновита труба за п. 1, яка відрізняється тим, що вона оснащена внутрішнім шаром, спряженим з внутрішньою поверхнею труби. 10. Спіральновита труба за п. 9, яка відрізняється тим, що внутрішній шар виконаний з поліетилену або з поліпропілену, або з поліаміду, або з їхніх сумішей, або з композицій на їхній основі. 4 UA 96704 U 5 10 15 20 25 30 35 40 11. Спіральновита труба за п. 9, яка відрізняється тим, що відношення товщини внутрішнього шару до товщини стінки профілю становить від 0,1 до 0,5, краще 0,2-0,4. 12. Спіральновита труба за п. 9, яка відрізняється тим, що внутрішній шар виконаний згладженим. 13. Спіральновита труба за п. 9, яка відрізняється тим, що внутрішній шар виконаний суцільним, таким, що покриває всю внутрішню поверхню труби. 14. Спіральновита труба за п. 9, яка відрізняється тим, що відношення товщини стінки порожнистого прямокутного профілю до внутрішнього діаметра спіральновитої труби вибираний в інтервалі від 0,005 до 0,007. 15. Спіральновита труба за п. 1, яка відрізняється тим, що вона оснащена внутрішнім шаром, спряженим з внутрішньою поверхнею труби, і зовнішнім шаром, навитим на зовнішню поверхню труби. 16. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що зовнішній шар навитий на зовнішню поверхню з перехлестом, утворюючи цільну поверхню. 17. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що відношення товщини зовнішнього шару до товщини стінки профілю становить 0,5-0,8, краще 0,6-0,7. 18. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний з термопластів, наприклад з поліетилену або поліпропілену, або поліаміду, або з їхніх сумішей. 19. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний з мінералонаповненої композиції на основі термопласту. 20. Спіральновита труба за п. 19, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний з тальконаповненої композиції термо- і світлостабілізованого поліпропілену. 21. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що зовнішній шар виконаний профільованим. 22. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що внутрішній шар виконаний з поліетилену або з поліпропілену, або з поліаміду, або з їхніх сумішей, або з композицій на їхній основі. 23. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що відношення товщини внутрішнього шару до товщини стінки профілю становить від 0,1 до 0,5, краще 0,2-0,4. 24. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що внутрішній шар виконаний згладженим. 25. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що внутрішній шар виконаний суцільним, таким, що покриває всю внутрішню поверхню труби. 26. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що внутрішній і зовнішній шари виконані з однакових термопластів. 27. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що внутрішній і зовнішній шари виконані з різних термопластів. 28. Спіральновита труба за п. 15, яка відрізняється тим, що відношення товщини стінки порожнистого прямокутного профілю до внутрішнього діаметра спіральновитої труби вибрано в інтервалі від 0,005 до 0,007. 5 UA 96704 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6