Армированная труба-оболочка для высокого давления

 

Изобретение относится к трубам-оболочкам из полимерных композиционных материалов. Пояса-шпангоуты трубы снабжены плавно сопряженными с ними одинарными радиально-кольцевыми выступами, концентрично расположенными с выполненными радиально-меридианальными сужениями трубы-оболочки с образованием между ними наклонных профилированных кольцевых зазоров. Прокладки снабжены концевыми утолщениями, размещенными в кольцевых зазорах, выполненными за одно целое из упруго-эластичного материала типа резины, скрепленными с поясами-шпангоутами и трубой-оболочкой по соответствующим конгруэнтным поверхностям. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в армированных трубах-оболочках для высокого давления, в частности в трубах-оболочках из полимерных композиционных материалов.

Известна армированная труба-оболочка для высокого давления с поясами-шпангоутами, установленными на ней на податливых прокладках. (Авт. св. СССР N 901695, кл. F 16 L 9/12, 1982).

К недостаткам известной армированной трубы-оболочки следует отнести возможность восприятия только пониженных осевых нагрузок. Для обеспечения восприятия повышенных осевых нагрузок требуется увеличение площади скрепления поясов-шпангоутов с трубой-оболочкой, что увеличивает затраты на ее изготовление. Реализация такого технического решения становится экономически невыгодной.

Известна труба-оболочка из полимерных композиционных материалов, содержащая тонкостенную пластиковую оболочку и опорный кольцевой пояс, скрепленный с оболочкой посредством демпфирующего кольца (авт. св. СССР N 1695017, кл. F 16 L 9/12, 1991).

Указанное техническое решение направлено на возможность восприятия больших нагрузок опорными кольцевыми поясами при наименьшем нагружении цилиндрической пластиковой оболочки.

Известна также бипластиковая труба, содержащая внутренний слой из жесткого термопластичного материала, наружный слой из стеклопластика и наружные кольцевые ребра жесткости.

Во внутреннем слое под каждым из ребер жесткости предусмотрена установка вставок из мягкого термопластичного материала.

Технические решения по вопросам восприятия осевых нагрузок, передаваемых от кольцевых ребер жесткости на трубу не рассматривается (авт. св. СССР N 1054623, кл. F 16 L 9/12, 1983).

Известна и цилиндрическая труба с расположенными по ее длине поперечными кольцевыми ребрами (патент СССР N 351385, кл. E 04 H 12/8, 1972).

Наличие кольцевых ребер повышает устойчивость цилиндрической трубы при ветровой нагрузке. Вопросы повышения прочности и надежности в месте взаимодействия кольцевых ребер с цилиндрической трубой и примеры их реализации не рассматриваются.

В качестве ближайшего аналога выбрана армированная труба-оболочка по авт. св. СССР N 901695, принятая в качестве прототипа.

Основной задачей изобретения является создание армированной трубы-оболочки для высокого давления, усиленной поясами-шпангоутами, такой конструкции, которая при реализации в конкретное изделие обеспечивала бы эффективное восприятие нагрузок, действующих не только в радиальном и кольцевом направлениях, но и в осевом. Наиболее определяющими осевыми нагрузками являются сжимающие.

Техническим результатом, который может быть получен от реализации изобретения, является повышение надежности и безопасности армированной трубы-оболочки за счет изменения ее конструкции, повышения жесткости и прочности.

Для этого в армированной трубе-оболочке для высокого давления с поясами-шпангоутами, установленными на ней на податливых прокладках, ее пояса-шпангоуты снабжены одинарными радиально-кольцевыми выступами, плавно сопряженными с ними по их внутренним торцам радиусно-кольцевыми поверхностями, концентрично расположенными с выполненными радиально-меридианальными сужениями трубы-оболочки, с образованием с ними наклонных профилированных кольцевых зазоров, а податливые прокладки - утолщениями, размещенными в упомянутых наклонных профилированных кольцевых зазорах, выполненными за одно целое из упруго-эластичного материала типа резины, скрепленных с выступами и оболочкой по соответствующим конгруэнтным поверхностям.

Отличительными особенностями армированной трубы-оболочки для высокого давления являются следующие признаки: снабжение поясов-шпангоутов одинарными радиально-кольцевыми выступами; плавное сопряжение поясов-шпангоутов с выступами по их внутренним торцам; концентричное расположение кольцевых выступов с выполненными радиально-меридианальными сужениями трубы-оболочки; образование между ними наклонных профилированных кольцевых зазоров; снабжение податливых прокладок концевыми утолщениями; размещение утолщений прокладок в наклонных профилированных кольцевых зазорах; выполнение податливых прокладок с концевыми утолщениями за одно целое из упруго-эластичного материала типа резины; скрепление утолщений и прокладок с выступами и оболочкой соответствующими конгруэнтными поверхностями.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и в совокупности с остальными направлен на достижение конечного технического результата, обусловленного основной задачей разработки, а именно повышением прочности надежности и безопасности армированной трубы-оболочки для высокого давления. Исключение какого-либо из них не позволяет решить поставленную задачу. Например, выполнение поясов-шпангоутов без одинарных радиально-кольцевых выступов приводит к получению армированной трубы-оболочки, способной воспринимать незначительные осевые сжимающие нагрузки, эквивалентные, как и в трубе-оболочке, изготовленной по прототипу. Но одних радиально-кольцевых выступов недостаточно, необходимо чтобы они эффективно передавали осевые сжимающие нагрузки через усовершенствованную податливую прокладку на выполненные радиально-меридианальные сужения трубы-оболочки.

Использование существенных отличительных признаков в известном уровне техники, аналогах и прототипе, не обнаружено, указанные признаки являются новыми, в совокупности с общими известными признаками характеризуют предложенное техническое решение соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных с общими известными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, связанный с возможностью передавать на армированную трубу-оболочку не только радиальные, но и значительные осевые сжимающие нагрузки. Это позволяет характеризовать предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом опытно-конструкторской работы и творческого вклада без использования каких-либо стандартных рекомендаций и нормативной документации, определяющих какой должна быть конструкция армированной трубы-оболочки, что свидетельствует о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена армированная труба-оболочка, с осевым разрезом; на фиг. 2 - схема относительного расположения пояса-шпангоута с трубой-оболочкой (без податливой прокладки); на фиг. 3 - податливая прокладка с концевым утолщением; на фиг. 4 - труба-оболочка с поясом-шпангоутом и податливой прокладкой в сборе.

Армированная труба-оболочка для высокого давления (фиг. 1) содержит несущую оболочку 1 и пояса-шпангоуты 2, установленные на ней на податливых прокладках 3. Пояса-шпангоуты 2 снабжены одинарными радиально-кольцевыми выступами 4, плавно сопряженными с ними радиусно-кольцевыми поверхностями 5 (фиг. 2), концентрично расположенными с выполненными радиально-меридианальными сужениями 6 трубы-оболочки, с образованием с ними наклонных профилированных кольцевых зазоров 7. Податливые прокладки 3 снабжены концевыми утолщениями 8 (фиг. 3), размещенными в наклонных профилированных кольцевых зазорах 7 (фиг. 2 и 4), скрепленными с поясами-шпангоутами 2 и трубой-оболочкой 1 по соответствующим конгруэнтным поверхностям 9 и 5, 10 и 11 (фиг. 3 и 2).

Использование армированной трубы-оболочки заключается в следующем. В армированной трубе-оболочке 1 создается высокое давление рабочей среды, под его действием оболочка 1 находится в напряженном состоянии. Кроме того, через пояса-шпангоуты 2 на оболочку 1 передается осевая нагрузка. При отсутствии радиально-кольцевых выступов 4 эта же осевая нагрузка была бы по отношению к несущей оболочке 1 только сдвигающей, без упора в ее радиально-меридианальные сужения 6.

При наличии радиально-кольцевых выступов 4, но при отсутствии на прокладках 3 утолщений 8 осевая нагрузка передавалась бы на радиально-меридианальные сужения 6 несущей оболочки 1 с концентрацией напряжений, что привело бы к ее разрушению, что недопустимо.

Натурный образец армированной трубы-оболочки для высокого давления на основе нового технического задания, изготовленный из арамидных волокон и модифицированной эпоксидной смолы, подвергался прочностным испытаниям. Результаты испытаний положительные. Армированная труба-оболочка обладает высокой прочностью и надежностью. Таким образом, новое техническое решение позволяет повысить жесткость, прочность и надежность армированной трубы-оболочки и характеризуется соответствием и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения, его создание и использование целесообразно обеспечить защитой исключительных прав патентом.

Формула изобретения

Армированная труба-оболочка для высокого давления с поясами-шпангоутами, установленными на ней на податливых прокладках, отличающаяся тем, что пояса-шпангоуты снабжены плавно сопряженными с ними одинарными радиально-кольцевыми выступами, концентрично расположенными с выполненными радиально-меридианальными сужениями трубы-оболочки с образованием между ними наклонных профилированных кольцевых зазоров, а податливые прокладки - концевыми утолщениями, размещенными в упомянутых кольцевых зазорах, выполненными за одно целое из упругоэластичного материала типа резины, скрепленными с поясами-шпангоутами и трубой-оболочкой по соответствующим конгруэнтным поверхностям.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4