Багатошарова труба

Реферат: Багатошарова труба містить внутрішню полімерну трубу, виконану із зшитого олефінового полімеру, армуючу систему з високоміцних ниток, зовнішню оболонку з олефінового полімеру, перший і другий протекторні шари, теплоізоляційний шар. При цьому перший протекторний шар розташовано між зовнішньою поверхнею внутрішньої труби та армуючою системою, а другий протекторний шар розташовано між армуючою системою та внутрішньою поверхнею теплоізоляційного шару. UA 78710 U (12) UA 78710 U UA 78710 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до багатошарових труб і може бути використана в трубопроводах для транспортування рідких і газоподібних середовищ, до яких матеріал труби є стійким в умовах експлуатації, в тому числі в розподільних теплових мережах комунальних і промислових підприємств, краще для транспортування середовищ з робочою температурою до 115 °C. Для систем теплопостачання з робочою температурою вище 95 °C використовуються металеві (сталеві) теплоізольовані труби. Найбільшим недоліком цих труб є схильність до корозії і відсутність гнучкості, що викликає великі труднощі при транспортуванні труб і будівництві систем водопостачання. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є багатошарова труба, що включає внутрішню полімерну трубу, армуючу систему і зовнішню захисну оболонку (RU 90523, кл. МПК F16L 9/00, опубл. 10.01.2010 p.). Така труба характеризується доброю гнучкістю, однак вона має обмежений температурний діапазон застосування, оскільки може бути використана при температурі середовища, яке транспортується, що не перевищує 95 °C. Задачею корисної моделі є забезпечення міцнісних параметрів труби, достатніх для транспортування середовища з температурою до 115 °C і тиском до 1 МПа. Поставлена задача вирішується тим, що багатошарова труба, яка включає внутрішню полімерну трубу, армуючу систему з високоміцних ниток і зовнішню оболонку з олефінового полімеру, має перший і другий протекторні шари та теплоізоляційний шар, внутрішня полімерна труба виконана із зшитого олефінового полімеру, що характеризується опором роздиранню армуючим елементом при 115 °C не нижче 15 Н/мм, а армуюча система розташована між першим і другим протекторними шарами, виконаними з полімеру, вибраного з групи, що включає поліпропілен, етиленпропіленовий співполімер, полібутен, співполімер етилену з октеном, сплави олефінових полімерів з різними полімерами, при цьому перший протекторний шар розташований між зовнішньою поверхнею внутрішньої труби та армуючою системою, а другий протекторний шар розташований між армуючою системою та внутрішньою поверхнею теплоізоляційного шару, покритого зовнішньою оболонкою. Внутрішня полімерна труба заявленої багатошарової труби може бути виконана із зшитого олефінового полімеру, краще із зшитого поліетилену або із зшитих співполімерів етилену з бутеном, гексеном або октеном. Перший і другий протекторні шари можуть бути виконані з однакових або різних полімерів. Армуюча система може бути виконана з високоміцних полімерних ниток з питомим розривним навантаженням не нижче 0,5 Н/текс (ГОСТ 6611.2-73), краще арамідних або поліефірних. Нитки армуючої системи можуть бути об'єднані в групи, що формують стрічки на основі високоміцних ниток з питомим розривним навантаженням не нижче 0,5 Н/текс, краще арамідних, поліефірних, вуглецевих, склониток, а також стрічок на основі різних комбінацій перелічених ниток. Армуюча система може бути виконана у вигляді структури з навитих у протилежному напрямку під кутом одна до одної та осі труби ниток або стрічок, або у вигляді структури з переплетених ниток або стрічок, а також додатково містити поздовжні нитки або стрічки, в тому числі уплетені в переплетення ниток або стрічок, розташованих під кутом до осі труби. Армуюча система може бути виконана накладанням декількох послідовних пар шарів з навитих і/або переплетених ниток і/або стрічок. Між першим протекторним шаром і внутрішньою трубою або між другим протекторним шаром і теплоізоляційним шаром може розташовуватися бар'єрний киснезахисний шар для захисту від дифузії та насичення теплоносія киснем повітря. Бар'єрний шар може бути виготовлений з матеріалу, що має бар'єрні властивості по відношенню до кисню, краще із співполімеру етилену з вініловим спиртом, поліаміду або з алюмінію. Теплоізоляційний шар може бути виконаний з ніздрюватого полімеру, краще пінополіуретану, пінополіетилену високої щільності, а зовнішня оболонка труби, що захищає від механічних пошкоджень, може бути виконана з олефінового полімеру, краще з поліетилену, співполімерів етилену. Теплоізоляційний шар і зовнішня оболонка можуть бути гофрованими. Використання як матеріалу внутрішньої труби зшитого олефінового полімеру, що має опір роздиранню армуючим елементом при 115 °C не нижче 15 Н/мм, забезпечує міцність труби, достатню для транспортування середовища з температурою до 115 °C при тиску до 1 МПа. Показник "Опір олефінового полімеру роздиранню армуючим елементом при 115 °C" визначається відповідно до СТО 73011750-009-2012 і дозволяє розрахувати тиск у внутрішній трубі, що продавлює матеріал внутрішньої труби через армуючу систему. Суть методу полягає у вимірюванні сили, необхідної для роздирання зразка дротом, що моделює армуючий елемент. При випробуванні вимірюють силу, необхідну для роздирання зразка при розростанні в зразку надрізу або розрізу, для поперечного роздирання зразка по всій товщині. Сила, необхідна для 1 UA 78710 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 роздирання, прикладається за допомогою розривної машини, що працює без зупинок при постійній швидкості руху траверси, яка забезпечує руйнування зразка. Для розрахунку опору роздирання використовують середню по медіані досягнуту силу, відповідно до ISO 6133:1998 метод Л. Однак використання як матеріалу внутрішньої труби полімерного матеріалу, а саме зшитого олефінового полімеру, що має опір роздиранню армуючим елементом при 115 °C не нижче 15 Н/мм, вимагає виготовлення стінки внутрішньої труби великої товщини, що призводить до небажаної втрати гнучкості труби та істотному збільшенню ваги труби. Армуюча система з високоміцних ниток або стрічок на основі високоміцних ниток дозволяє досягти міцності труби, достатньої для транспортування середовища з температурою до 115 °C при тиску до 1 МПа з істотним зменшенням товщини стінки, що забезпечує гнучкість труби, необхідну для намотування на барабан. При транспортуванні по трубі середовища з температурою вище 95 °C при тиску до 1 МПа армуюча система може впливати на внутрішню трубу з олефінового полімеру, що призводить до зниження міцності труби. З метою запобігання цьому впливу та забезпечення належної міцності труби для транспортування середовища, що має температуру до 115 °C при тиску до 1 МПа, в пропонованій корисній моделі використовується перший протекторний шар з полімеру, вибраного з групи, що включає поліпропілен, етиленпропіленовий співполімер, полібутен, співполімер етилену з октеном, сплави олефінових полімерів з різними полімерами, і розташований між зовнішньою поверхнею внутрішньої труби та армуючою системою. Другий протекторний шар з полімеру, вибраного з групи, що включає поліпропілен, етиленпропіленовий співполімер, полібутен, співполімер етилену з октеном, сплави олефінових полімерів з різними полімерами, що покриває армуючу систему, необхідний для забезпечення постійності позиціонування ниток або стрічок армуючої системи в ході технологічного процесу виготовлення багатошарової труби і у процесі експлуатації труби. Чітке позиціонування нитки забезпечує підвищення міцності труби завдяки виключенню ослаблених зон в армуючій системі, і, в остаточному підсумку, підвищення міцності труби. З міркувань зручності технологічного процесу виготовлення краще, щоб другий протекторний шар був виконаний з того ж полімеру, з якого виконаний перший протекторний шар. Другий протекторний шар розташовано між армуючою системою та внутрішньою поверхнею теплоізоляційного шару. Таким чином, армуюча система розташовується між двома протекторними шарами. Для рівномірного розподілу армуючих ниток по поверхні внутрішньої труби, а, отже, рівномірного розподілу навантаження в процесі експлуатації труби, армуюча система виконана у вигляді структури з навитих у протилежному напрямку, тобто "за годинниковою стрілкою" і "проти годинникової стрілки" під кутом одна до одної та до осі труби ниток або стрічок, або у вигляді структури з переплетених ниток або стрічок а також може додатково містити поздовжню нитку або стрічку, в тому числі уплетену в переплетення ниток або стрічок, розташованих під кутом до осі труби. Тиск, що витримує армуюча система, визначається міцністю ниток і їхньою кількістю. Кількість ниток вибирається з умови, що армуюча система повинна витримувати руйнуючий тиск принаймні 3,0 МПа (з урахуванням трикратного запасу міцності при робочому тиску до 1 МПа). Для забезпечення необхідних міцнісних характеристик армуюча система може бути виконана або, принаймні, у вигляді пари шарів армуючих ниток або стрічок, розташованих під кутом одна до одної та до осі труби з протилежним напрямком навивки, або накладенням декількох послідовних пар шарів з ниток і/або стрічок. Виконання армуючої системи так, як зазначено вище, підвищує міцність багатошарової труби в цілому. Наявність теплоізоляційного шару забезпечує мінімізацію втрат тепла при транспортуванні високотемпературного середовища та амортизацію зовнішніх механічних впливів на внутрішню трубу, що приводить до підвищення міцності конструкції багатошарової труби в цілому. Теплоізоляційний шар захищено від зовнішніх впливів зовнішньою оболонкою, виконаною, наприклад, з поліетилену. Зовнішня оболонка захищає трубу від впливів навколишнього середовища та механічних пошкоджень, що підвищує міцність труби. Виконання теплоізоляційного шару та/або зовнішньої оболонки гофрованими забезпечує гнучкість труби, сприяє стійкому позиціонуванню труби в траншеї трубопроводу, що також сприяє підвищенню міцності труби в процесі експлуатації. Наявність бар'єрного киснезахисного шару, виконаного, наприклад, із співполімеру етилену з вініловим спиртом, поліаміду або алюмінію, що захищає від дифузії кисню повітря та насичення їм теплоносія, забезпечує зменшення швидкості процесів старіння внутрішньої полімерної труби, що призводять до зниження міцнісних характеристик полімерних матеріалів, особливо при підвищених температурах. Таким чином наявність киснезахисного шару 2 UA 78710 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечує міцнісні параметри труби, достатні для транспортування середовища з температурою до 115 °C і тиском до 1 МПа протягом тривалого часу експлуатації. До переваг пропонованої корисної моделі варто також віднести гнучкість труби, що дозволяє зберігати і транспортувати трубу, намотану на барабан. На фіг. 1 наведено загальний вигляд труби відповідно до пропонованої корисної моделі. Високотемпературна багатошарова полімерна труба складається з внутрішньої полімерної труби 1, армуючої системи 2, першого протекторного шару 3, другого протекторного шару 4, теплоізоляційного шару 6 і зовнішньої захисної оболонки 7. Теплоізоляційний шар 6 і зовнішня захисна оболонка 7 показані гофрованими. Позицією 5 показаний один з варіантів розташування киснезахисного шару. Залежно від типу труби (зовнішній діаметр від 50 до 225 мм): товщина внутрішньої труби становить 3, 0-7,5 мм, товщина теплоізоляційного шару - не менше 15 мм, товщина зовнішньої захисної оболонки - не менше 2 мм, товщина протекторних шарів - 1-2 мм. На фіг. 2-5 показана теплоізольована труба в розрізі, виконаному перпендикулярно осі труби в різних варіантах реалізації, а саме: на фіг. 2 зображена структура труби відповідно до прикладу 1 і прикладу 5, на фіг. 3 зображена структура труби відповідно до прикладу 2, на фіг. 4 зображена структура труби відповідно до прикладу 3, на фіг. 5 зображена структура труби відповідно до прикладу 4. Реалізація корисної моделі може бути продемонстрована на наступних прикладах труби. Приклад 1 Багатошарова труба (фіг. 2) складається з внутрішньої труби 1, виготовленої із зшитого поліетилену з опором роздиранню армуючим елементом при 115 °C-21 Н/мм, армуючої системи 2 з арамідних ниток, виконаної у вигляді накладених один на одний двох шарів ниток, переплетених під кутом одна до одної і до осі труби з уплетеними в них нитками, розташованими вздовж осі труби, двох протекторних шарів 3 і 4 з етиленпропіленового співполімеру, пінополіуретанового теплоізоляційного шару 6, киснезахисного шару, виконаного з алюмінієвої фольги 5, і зовнішньої оболонки 7 з поліетилену. Шари 6 і 7 - гофровані. Приклад 2 Багатошарова труба (фіг. 3) складається з внутрішньої труби 1, виготовленої із співполімеру етилену з октеном з опором роздиранню армуючим елементом при 115 °C -ЗО Н/мм, армуючої системи 2 з поліефірних ниток, виконаної у вигляді накладених один на одний 2-х шарів з навитих під кутом одна до одної і до осі труби ниток, двох протекторних шарів 3 і 4 з поліпропілену, теплоізоляційного шару 6 з пінополіетилену високої густини, киснезахисного шару, виконаного із співполімеру етилену з вініловим спиртом, і зовнішньої захисної оболонки 7 із співполімеру етилену. Приклад 3 Багатошарова труба (фіг.4) складається з внутрішньої труби 1, виготовленої із зшитого поліетилену з опором роздиранню армуючим елементом при 115 °C-21 Н/мм, армуючої системи 2 з арамідних ниток, виконаної у вигляді накладених один на одний 2-х пар шарів, навитих під кутом один до одного і до осі труби у протилежному напрямку з уплетеними в них нитками, розташованими вздовж осі труби, першого протекторного шару 3 з полібутену, другого протекторного шару 4 із співполімеру етилену з октеном, пінополіуретанового теплоізоляційного шару 6, і зовнішньої оболонки з поліетилену 7. Приклад 4 Багатошарова труба (фіг. 5) складається з внутрішньої труби 1, виготовленої із співполімеру етилену з октеном з опором роздиранню армуючим елементом при 115 °C-30 Н/мм, армуючої системи 2 із стрічок на основі вуглецевих ниток, намотаних під кутом одна до одної у протилежному напрямку, першого протекторного шару 3 зі сплаву поліетилену з поліамідом, другого протекторного шару 4 з етиленпропіленового співполімеру, пінополіуретанового теплоізоляційного шару 6 і зовнішньої оболонки з поліетилену 7. Шари 6 і 7 - гофровані. Всі описані в прикладах 1-4 багатошарові труби в процесі випробувань показали величину руйнуючого тиску не менше 3,5 МПа, що забезпечує їхнє використання для транспортування води з температурою 115 °C при тиску 1 МПа. Слідів корозійного руйнування або заростання внутрішньої труби не виявлено. Розрахунковий термін служби становить 40-50 років. При цьому запропонована багатошарова труба має гнучкість, що забезпечує її намотування на барабан і полегшує роботу з монтажу трубопроводів. Приклад 5 Багатошарова труба (фіг. 2) складається з внутрішньої труби 1, виготовленої з полібутену з опором роздиранню армуючим елементом при 115 °C-9 Н/мм, армуючої системи 2 з арамідних 3 UA 78710 U 5 10 15 20 25 30 ниток, виконаної у вигляді накладених один на одний двох шарів ниток, переплетених під кутом одна до одної і до осі труби з уплетеними в них нитками, розташованими вздовж осі труби, двох протекторних шарів 3 і 4 з етиленпропіленового співполімеру, пінополіуретанового теплоізоляційного шару 6, киснезахисного шару 5, виконаного із співполімеру етилену з вініловим спиртом, і зовнішньої оболонки 7 з поліетилену. Шари 6 і 7 - гофровані. В такій трубі через 2-3 роки експлуатації в умовах транспортування води з температурою 115 °C при тиску до 1МПа відбувається порушення герметичності внутрішньої робочої труби. Труба підлягає заміні. Наведені приклади не вичерпують всіх варіантів виконання корисної моделі. Зазначений технічний результат досягається при комбінації конструктивних елементів труби з різних матеріалів, наведених у формулі корисної моделі. Наприклад, армуюча оболонка може бути виконана шляхом послідовного накладання двох шарів намотаних у протилежних напрямках арамідних ниток на два шари намотаних у протилежних напрямках стрічок на основі склониток. Процес виготовлення труби полягає в наступному: За допомогою пултрудера або екструдера полімерна композиція у вигляді порошку або розплаву гранул продавлюється в кільцевий зазор між мундштуком і дорном, нагрітими до температури вище температури плавлення композиції, в результаті при русі по кільцевому зазору формується внутрішня труба 1, що потім проходить через охолодну ванну, де калібрується та охолоджується нижче температури плавлення. Далі внутрішня труба 1 проходить через кутову екструзійну головку, в якій на її зовнішню поверхню наноситься протекторний шар 3, можливо з попереднім нанесенням киснезахисного шару, поверх першого протекторного шару в обплітальній машині або намотувальній машині укладаються армуючі нитки або стрічки 2. Потім через кутову екструзійну головку наноситься другий протекторний шар полімеру 4. Після чого внутрішня труба намотується на барабан і надходить на теплоізоляцію, при якій наноситься шар 6, а потім накладається захисний шар 7. Багатошарова труба проходить через охолодну вакуумну ванну, де набуває остаточних геометричних розмірів і намотується на барабан. Перед нанесенням теплоізоляційного шару можливе накладання киснезахисного шару 5. Дана корисна модель може бути використана в мережах холодного і гарячого водопостачання і теплопостачання, однак найбільше доцільно її використання в контурах теплових мереж, що працюють в діапазоні до 115 °C при тиску до 1МПа. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 60 1. Багатошарова труба, що містить внутрішню полімерну трубу, армуючу систему з високоміцних ниток і зовнішню оболонку з олефінового полімеру, яка відрізняється тим, що вона має перший і другий протекторні шари і теплоізоляційний шар, внутрішня труба виконана із зшитого олефінового полімеру, що характеризується опором роздиранню армуючим елементом при 115 °C не нижче 15 Н/мм, а армуюча система розташована між першим і другим протекторними шарами, виконаними з полімеру, вибраного з групи, що включає поліпропілен, етиленпропіленовий співполімер, полібутен, співполімер етилену з октеном, сплави олефінових полімерів з різними полімерами, при цьому перший протекторний шар розташовано між зовнішньою поверхнею внутрішньої труби та армуючою системою, а другий протекторний шар розташовано між армуючою системою та внутрішньою поверхнею теплоізоляційного шару, покритого зовнішньою оболонкою. 2. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішня труба виконана із зшитого поліетилену. 3. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішня труба виконана із зшитих співполімерів етилену з бутеном, гексеном або октеном. 4. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що перший і другий протекторні шари виконані з однакових або різних полімерів або сплавів полімерів. 5. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що армуюча система виконана з високоміцних ниток з питомим розривним навантаженням не нижче 0,5 Н/текс, переважно арамідних, поліефірних. 6. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що нитки армуючої системи об'єднані в групи, що формують стрічки, які складаються з високоміцних ниток з питомим розривним навантаженням не нижче 0,5 Н/текс, переважно арамідних, поліефірних, вуглецевих, склониток, а також стрічок на основі різних комбінацій перелічених високоміцних ниток. 7. Багатошарова труба за п. 5, яка відрізняється тим, що армуюча система виконана у вигляді структури, утвореної навитими під кутом одна до одної і до осі труби нитками. 4 UA 78710 U 5 10 15 20 25 30 8. Багатошарова труба за п. 6, яка відрізняється тим, що армуюча система виконана у вигляді структури, утвореної навитими під кутом одна до одної і до осі труби стрічками. 9. Багатошарова труба за п. 5, яка відрізняється тим, що армуюча система виконана у вигляді структури з переплетених ниток, розташованих під кутом одна до одної і до осі труби. 10. Багатошарова труба за п. 6, яка відрізняється тим, що армуюча система виконана у вигляді структури з переплетених стрічок, розташованих під кутом одна до одної і до осі труби. 11. Багатошарова труба за п. 9 або п. 10, яка відрізняється тим, що армуюча система містить нитки, розташовані вздовж осі труби. 12. Багатошарова труба за п. 9 або п. 10, яка відрізняється тим, що армуюча система містить стрічки, розташовані вздовж осі труби. 13. Багатошарова труба за п. 5, яка відрізняється тим, що армуюча система виконана накладанням принаймні однієї пари шарів армуючих ниток. 14. Багатошарова труба за п. 6, яка відрізняється тим, що армуюча система виконана накладанням принаймні однієї пари шарів армуючих стрічок. 15. Багатошарова труба за п. 13, яка відрізняється тим, що армуюча система має принаймні одну пару стрічок. 16. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить киснезахисний шар, розташований між теплоізоляційним шаром і другим протекторним шаром. 17. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить киснезахисний шар, розташований між внутрішньою трубою і першим протекторним шаром. 18. Багатошарова труба за п. 16 або п. 17, яка відрізняється тим, що киснезахисний шар виконаний з матеріалу, що має бар'єрні властивості по відношенню до кисню. 19. Багатошарова труба за п. 18, яка відрізняється тим, що матеріал, що має бар'єрні властивості по відношенню до кисню, вибрано з групи співполімеру етилену з вініловим спиртом, поліаміду, алюмінію. 20. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що теплоізоляційний шар виконаний з ніздрюватого полімеру, краще з пінополіуретану або пінополіетилену високої щільності. 21. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня захисна оболонка виконана з поліетилену або співполімерів етилену. 22. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, теплоізоляційний шар і/або зовнішня оболонка виконані гофрованими. 23. Багатошарова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що використовується переважно в мережах теплопостачання з температурою теплоносія до 115 °C при тиску до 1 MПа. 5 UA 78710 U 6 UA 78710 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 7