Шланг

 

Изобретение относится к гибким трубам с усиливающей арматурой, заделанной в стенку . Цель изобретения - повышение надежности - достигается тем, что между армирующим слоем и наружной оболочкой размещен упрочняющий слой, выполненный из эластичного материала, а угол а навивки нитей армирующего слоя к продольной оси шланга равен а arctg(R2 + + г2)/(2 i г2), где г - средний радиус армирующего слоя; R - радиус наружной поверхности внешнего армирующего слоя; //- коэффициент Пуассона армирующего материала . Армирующие слои могут быть выполнены из материалов с различными модулями упругости, причем Ё1/Е2 П/Г2, где EI и Еа - модули упругости материалов внутреннего и внешнего армирующих слоев соответственно; п и га - средние радиусы укладки внутреннего и внешнего армирующих слоев соответственно. 1 з. п. ф-лы, 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 16 1 11/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802198/29 (22) 02.01.90 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 (75) Ю.М, Хохлов (53) 621.643(088.8) (56) Патент СССР М 940655, кл. F 16 1 11/04, 1977. (54) ШЛАНГ (57) Изобретение относится к гибким трубам с усиливающей арматурой, заделанной в стенку. Цель изобретения — повышение надежности — достигается тем, что между армирующим слоем и наружной оболочкой размещен упрочняющий слой, выполненИзобретение относится к бурению, конкретно к шлангам, предназначенным для подачи жидкости под давлением в системах дистанционного гидравлического управления комплекса подводного устьевого оборудования и наземного противовыбросового оборудования в антикоррозионном исполнении.

Известны металлические трубки, используемые для подачи жидкости поддавлением в системах гидроуправления противовыбросовым оборудованием, а также резинометаллические шланги и рукава, предназначенные для подачи жидкости под давлением в других различных системах гидроуправления исполнительными машинами, например в автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности, Подобные шланги и рукава состоят из центральной резиновой трубки, одного или более числа слоев навитой на нее проволоки (для увеличения прочности шланга поддей„„.. Ж,, 1740849 А1 ный из эластичного материала, а угол а навивки нитей армирующего слоя к продольной оси шланга равен а= агстц((Я +

+ г )/(2,и P)), где r — средний радиус армирующего слоя; R — радиус наружной поверхности внешнего армирующего слоя; ,и — коэффициент Пуассона армирующего материала. Армирующие слои могут быть выполнены из материалов с различными модулями упругости, причем E>/Е2 = r>/ã, где Е1 и Ez — модули упругости материалов внутреннего и внешнего армирующих слоев соответственно; г1 и г2 — средние радиусы укладки внутреннего и внешнего армирующих слоев соответственно. 1 з. и. ф-лы, 1 ил. ствием внутреннего давления) и внешней защитной резиновой оболочки (ГОСТ 628673).

Однако металлические трубки выпускаются небольшой длины, неудобны при монтаже-демонтаже, особенно для комплекса подводного устьевого оборудования, имеют большой вес, неустойчивы к ряду агрессивных сред и недостаточно надежны в местах присоединения и стыковки, особенно при наличии вибрации.

Известные шланги и рукава для высокого давления тоже имеют большой вес и габариты, так как для обеспечения необходимой прочности требуется увеличение числа слоев проволоки. Кроме того, композиция металл — резина подвержена быстрому старению, а резина неустойчива к ряду агрессивных сред, что снижает надежность шлангов и рукавов.

Известен также шланг, предназначенный для подачи жидкостей под давлением, имеющий синтетическую полимерную цент1740849 ральную трубку, по крайней мере один слой волокнистого материала, состоящего из нитей прочностью 108 — 225 гс/текс, с относительным удлинением до разрыва 2-7 и синтетическую полимерную покрышку (защитную внешнюю оболочку).

В этом шланге центральная полимерная трубка и внешняя оболочка выполнены из нейлона или полиуретана, имеют относительно большую изгибную жесткость. Относительно большая жесткость шланга ограничивает допустимый радиус изгиба при навивке его на барабан приемного устройства, что приводит к увеличению его габаритов. Кроме того, в местах перегиба образуются местные пластические деформации, приводящие к снижению надежности шланга.

При навивке шланга на барабан приемного устройства внешний защитный слой иэ полимерного материала, деформируясь больше внутренних слоев, скользит относительно химволокна, приводя к его истиранию, что снижает долговечность шланга.

При армировании шланга несколькими слоями из химволокна одного типа каждый последующий слой менее нагружен, что ведет к перерасходу материала и удорожанию изделия.

При укладке нитей в несколько армирующих слоев с постоянным углом к оси шланга под действием внутреннего давления в одном из слоев всегда возникает сдвигающая сила по оси шланга, что уменьшает плотность навивки или оплетки, а следовательно, и прочность шланга. Это вызывается тем, что одна из составляющих результирующего усилия, возникающая от кольцевых напряжений — величина переменная.

Цель изобретения — повышение надежности шланга.

Поставленная цель достигается тем, что в шланге, содержащем центральнуютрубку, имеющем армирующие слои и наружную оболочку, между наружной оболочкой и армирующим слоем дополнительно размещена оболочка из эластичного материала, например лавсана, а углы навивки нитей к оси шланга армирующих слоев определяются по направлению вектора результирующего усилия по формуле а = arctg

Ф+ г (1) гр г где a — угол навивки армирующего слоя;.

r — средний радиус армирующего слоя;

R —, радиус наружной поверхности последнего армирующего слоя; ц — коэффициент Пуассона армирующего материала.

Применение дополнительной оболочки из эластичного материала, например лавса5 на, расположенной между армирующим слоем и наружной оболочкой, исключает истирание наружной поверхности нитей при изгибах шланга.

Кроме того, модули упругости волокна

10 армирующих слоев имеют различное значение, и соотношение их определяется по формуле (2)

Е2 гг

15 где Е1 — модуль упругости материала внутреннего армирующего слоя;

E2 — модуль упругости материала внешнего армирующего слоя;

r> — средний радиус укладки внутренне20 го армирующего слоя; — средний радиус укладки внешнего армирующего слоя.

При этом прочность волокна в слоях примерно одинакова, а удлинение при на25 грузке у волокна внутреннего слоя больше, чем у волокна внешнего армирующего слоя.

В этом случае обеспечивается равномерная загруженность волокна, так как первый более нагруженный слой, удлиняясь, передает

30 часть своей нагрузки наружному слою, менее нагруженному, сохраняя достаточный запас прочности, Для снижения изгибной жесткости всего изделия в известном шланге, при эксплу35 атации которого наблюдаются случаи его излома в местах перегибов, пределы прочности у материала центральной трубки и наружной оболочки снижаются на 20 . Например, вместо нейлона или полиуретана

40 можно применить поливинилхлоридный пластификат.

На чертеже иизображен предлагаемый шланг, частичный разрез.

Шланг имеет наружную поливинилхло45 ридную защитную оболочку 1, выполненную из пластификата марки ИТ-105 (ГОСТ 596072) с относительным удлинением до разрыва 240, которая разделена тонкой (д = 0,2 мм) лавсановой пленкой 2 от армирующега

50 слоя 3.

В качестве химволокна первого армирующего слоя применяют CBM с относительной разрывной нагрузкой 207 гс/текс и удлинением 4,9, а во втором (наружнем)

55 слое — терлон СМ-2 с относительной разрывной нагрузкой 187 гс/текс и удлинением

3 3 . Плотность слоев оплеток 100 .

Для обеспечения герметичности шланга предназначена внутренняя центральная

1740849 трубка 4,. выполненная из того же материала, что и наружная защитная оболочка, и имеющая определенное проходное сечение. Толщина стенок наружной защитной оболочки д (мм) = 1 + 2; внутренней центральной трубки д2(мм) = 3 + 4; углы укладки нитей к оси шланга первого армирующего слоя а1 = 55 (tg а1 = 2) и угол укладки второго наружного армирующего слоя

= 50О. Линейную плотность нитей (ТЕКС) высокопрочного и высокомодульного химволокна определяют расчетом в зависимости от давления и проходного диаметра dy шланга.

Уменьшение изгибной жесткости шланга позволяет снизить металлоемкость приемного устройства с барабаном, уменьшить диаметры направляющих шкивов и т. д, Применение в армирующих слоях волокон с различными механическими характеристиками и различными углами навивки или оплетки позволяет снизить расход дорогостоящего волокна, стоимость которого составляет 70 -80 от стоимости всего шланга.

Применение разграничительной эластичной оболочки между внешней защитной оболочкой шланга и армирующим слоем увеличит изгибную выносливость шланга.

Формула изобретения

1, Шланг, содержащий центральную трубку, армирующие слои, упрочняющий слой и наружную оболочку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности, упрочняющий слой размещен между армирующим слоем и наружной обо5 лочкой и выполнен из эластичного материала, а угол навивки нитей армирующего слоя к продольной оси шланга выполнен в соответствии с уравнением

10 „2 а = arctg где а — угол навивки армирующего слоя;

r — средний радиус армирующего слоя;

R — радиус наружной поверхности внешНего армируюшего слоя; ,и — коэффициент Пуассона армирующего материала.

2. Шланг поп.1,отл ича ющи йся тем, что армирующие слои выполнены из материалов с различными модулями упругости, причем

Е r1

Е2 г2 где Š— модуль упругости материала внутреннего армирующего слоя;

Š— модуль упругости материала внешнего армирующего слоя;

r1 — средний радиус укладки внутреннего армирующего слоя; г — средний радиус укладки внешнего армирующего слоя.