Многослойная защита местных трещинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода

 

Изобретение относится к строительству и используется при ремонте трубопроводов. Многослойная защита содержит поясковое покрытие из упругогибкой ленточной спирали, нанесенной на трубопровод. Упругогибкая ленточная спираль выполнена многослойной с расположением нитей основы в окружном направлении при объемном соотношении их от 1 : 1 до 3 : 1. Объемное соотношение слоев ткани и полимерного связующего в виде композиции из эпоксидной смолы - 70% и фенольноформальдегидного лака - 30% находится в пределах от 1 : 0,37 до 1 : 0,57. Спиральная лента может быть выполнена сужающейся по длине или с аксиальными прорезями для адаптирования ленты на ремонтируемом участке трубопровода и уменьшения концентрации напряжений. Повышает надежность трубопровода. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится в целом к многослойной защите местных трещинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода посредством упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов и может быть использована в виде охватывающего его бандажного пояса, скрепленного по виткам с трубопроводом клеевой композицией.

К бандажным поясам из упругогибкой ленточной спирали композиционного материала предъявляются повышенные требования по жесткости, прочности и надежности ослабленных зон трубопроводов. При решении вопросов надежной защиты трубопроводов возникает опасность их преждевременного разрушения, несмотря на предпринятые меры по принципиальной схеме усиления, качеству и надежности ремонта. Поэтому в ленточных спиралях из композиционных материалов вводят армирующие системы волокон, проходящих по спирали ленты, обеспечивая ими "эффект памяти формы". Однако способы изготовления таких спиралей являются сложными и трудоемкими, особенно на этапе их формообразования. Тенденция получения ленточных спиралей из композиционного материала для ремонтных бандажных поясов как можно большой прочности в окружном направлении бандажного пояса привела к тому, что в ленточных спиралях активно проявляются усадочные напряжения, которые приводят к растрескиванию ленточной спирали еще на стадии ее нанесения на ремонтируемый трубопровод, что ослабляет его прочность в аксиальном направлении и надежность. Введение перекрещивающихся волокон по отношению к волокнам спирального направления не решило задачу обеспечения повышенной прочности самой ленты и ремонтируемого участка трубопровода из-за слабости и низкой прочности связи между ними, определяемой только прочностью клеевой композиции.

Известна многослойная защита местных трещинообразных в коррозионных дефектов стенок трубопровода, содержащая поясковое покрытие из упругогибкой ленточной спирали композиционного материала на основе систем нитей и полимерного связующего, нанесенное на трубопровод, скрепленное по виткам с трубопроводом клеевой композицией (патент США N 4700752, НКИ 138-172, 138-178, 1987). Известна аналогичная многослойная защита с использованием упругогибкой ленточной спирали из композиционного материала (заявка РФ N 95108322/06, МПК⁶ F 16 L 55/18, 1992).

Известна многослойная защита с использованием наматываемого стеклопластика (патент РФ N 2097646, МПК⁶ F 16 L 57/00, 58/16, 1997).

Известна также бандажная защита из термоусаживающего материале, обладающего "эффектом памяти" (авторское свидетельство СССР N 1009788, МПК⁶ B 29 C 63/06, 1983).

Наиболее близким аналогом многослойной защиты, выбранным в качестве прототипа, является патент США N 4700752.

Краткое описание изобретения Основной задачей является создание поясковой многослойной защиты ремонтируемого трубопровода с использованием многослойной ленточной спирали из композиционных материалов с высокой степенью точности расположения армирующих нитей по слоям ленты, обладающей высокой конкурентной способностью по сравнению с ее рыночными аналогами.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении прочности, надежности и качества ремонта за счет высокоэффективного распределения армирующих нитей без растрескивания витков ленточной спирали, плотного их облегания вокруг ремонтируемого трубопровода, повышения упругогибких свойств ленты по всей поверхности спирали.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции и структуры армирования ленточной спирали, выбора эффективного объемного соотношения систем нитей, связующего и его состава, соотношения с армирующим наполнителем, введения особенностей выполнения кромок ленты и ее геометрии по длине спирали.

Для этого в многослойной защите местных трещинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода, содержащей поясковое покрытие из упругогибкой ленточной спирали композиционного материала на основе систем нитей и полимерного связующего, нанесенного на трубопровод, скрепленного по виткам с трубопроводом клеевой композицией, упругогибкая ленточная спираль пояскового покрытия выполнена многослойной из 2-10 слоев ткани, с объемным соотношением нитей основы и утка от 1 : 1 до 3 : 1 при расположении нитей основы в направлении спирали, а нитей утка - в аксиальном направлении пояскового покрытия, причем в качестве полимерного связующего содержит композицию из эпоксидного связующего - 70% и фенольноформальдегидного лака - 30% при объемном соотношении слоев ткани и полимерного связующего от 1 : 0,37 до 1 : 0,57. Ткань слоев ленточной спирали может быть выполнена полотняным, сатиновым или саржевым переплетением крученых стеклонитей. Ленточная спираль пояскового покрытия может быть выполнена сужающейся в направлении от минимального радиуса кривизны до максимального. Поперечные кромки концов ленточной спирали пояскового покрытия выполнены с расположением в его аксиальном направлении. Боковые кромки концов ленточной спирали пояскового покрытия могут быть выполнены с аксиальными разрезами.

Отличительными особенностями многослойной защиты местных трещинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода являются следующие признаки: - выполнение упругогибкой ленточной спирали пояскового покрытия многослойной из 2-10 слоев ткани; - расположение нитей основы слоев ткани в направлении спирали, а нитей утка - в ее аксиальном направлении; - объемное соотношение нитей основы и утка в слоях ленты от 1 : 1 до 3 : 1; - содержание в качестве полимерного связующего композиции из эпоксидной смолы - 70% и фенольноформальдегидного лака - 30%; - объемное соотношение слоев ткани и указанного полимерного связующего в композиционном материале ленточной спирали от 1 : 0,37 до 1 : 0,57; - выполнение слоев ленточной спирали полотняным, сатиновым или саржевым переплетением крученых стеклонитей; - выполнение ленточной спирали пояскового покрытия сужающейся в направлении от минимального радиуса кривизны до максимального; - расположение поперечных кромок концов ленточной спирали в аксиальном направлении пояскового покрытия;
- выполнение боковых кромок концов ленточной спирали пояскового покрытия с аксиальными разрезами.

Указанные отличительные признаки многослойной защиты местных трещинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижения нового технического результата.

Переплетение нитей, расположенных вдоль спирали, с нитями, расположенными в ее аксиальном направлении, вызвано необходимостью придания ленточной спирали упругогибкой податливости, исключающей ее разрушение как при технологических операциях изготовления ленты, так и при проведении ремонтных работ на трубопроводах. Кроме того, переплетение нитей в виде ткани позволяет достичь стабильного расположения нитей в каждом слое ленты и, следовательно, достичь стабильности толщин ленты на всей длине ее спирали. Наиболее технологичной в использовании является многослойная ленточная спираль с количеством слоев от 2 до 10. Свыше 10 слоев в ленте, в ней возникают большие усадочные напряжения, связанные с "эффектом памяти", такая лента является нетехнологичной, из-за большой ее толщины необходимо прикладывать большие усилия для раскрытия спирали при нанесении на ремонтируемый трубопровод. Меньше 2 слоев ткани в ленточной спирали нежелательно, поскольку при раскрытии ее возможно растрескивание и высыхание отвержденного связующего, увеличивается время нанесения такой ленты на ремонтируемый трубопровод. Соотношение нитей основы и утка в пределах от 3 : 1 до 1 : 1 позволяет получить гибкую ленту различной номенклатуры, кроме того ткань в такой ленте хорошо удерживает связующее. Объемное соотношение слоев ткани и полимерного связующего в пределах от 1 : 0,37 до 1 : 0,57 позволяет получить наиболее высокие и стабильные прочностные характеристики пластика самой ленты с повышенными упругогибкими ее свойствами. Такая лента хорошо и эффективно упрочняет трубопровод по месту дефекта как в окружном, так и в аксиальном направлениях. Наличие аксиальных прорезей на гибкой ленточной спирали позволяет ей плотно охватить искривленный профиль дефектного участка и адаптироваться с рельефом трубопровода. Введение сужения по длине ленточной спирали позволяет исключить накладывание кромок ее витков, разнести армировку и уменьшить концентрацию напряжений в месте перехода пояскового усиления на стенку трубопровода, тем самым повысить надежность ремонта.

Указанные существенные отличительные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенную многослойную защиту в совокупности с общими известными существенными признаками соответствием критерию "новизны".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, что характеризует предложенную многослойную защиту существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Многослойная защита является результатом опытно-экспериментальной работы и творческого вклада, является оригинальным и неочевидным решением, в ней не использовались какие-либо стандартные разработки или рекомендации в данной области техники, по совокупности предложенных существенных признаков соответствует критерию "изобретательский уровень".

Описание чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид многослойной защиты коррозионных и трещинообразных дефектов стенок трубопровода, на фиг. 2 - особенности выполнения упругогибкой ленточной спирали покрытия, на фиг. 3 - ленточная спираль покрытия с изменяющейся шириной по длине, на фиг. 4 - ленточная спираль покрытия с аксиальными разрезами и/или пазами на ее боковых кромках.

Подробное описание изобретения со ссылками, имеющимися на чертежах
Многослойная защита местных трещинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода содержит поясковое покрытие 1 из упругогибкой ленточной спирали 2 композиционного материала на основе систем нитей 3,4 и полимерного связующего 5, нанесенное на трубопровод 6, скрепленное по виткам 7 с трубопроводом 6 клеевой композицией 8. Упругогибкая ленточная спираль 2 пояскового покрытия 1 выполнена многослойной, из 2-10 слоев ткани 9, с объемным соотношением нитей основы и утка 3,4 от 1:1 до 3:1 при расположении нитей утка 4 - в аксиальном направлении 10 пояскового покрытия 1, а нитей основы 3 в спиральном направлении 11. В качестве полимерного связующего слоев ткани 9 ленточная спираль 2 содержит композицию из эпоксидного связующего и фенольноформальдегидного лака, соответственно 70% и 30%, при объемном соотношении слоев ткани 9 и указанного полимерного связующего от 1:0,37 до 1: 0,57. Ткань слоев 9 ленточной спирали 2 выполнена полотняным, сатиновым или саржевым переплетением крученых стеклонитей 3, 4 и с круткой нитей 3, 4 от 30 до 200 круток/метр. Ленточная спираль 2 может быть выполнена сужающейся в направлении 11 от минимального радиуса кривизны до максимального. Поперечные кромки 12,13 концов ленточной спирали 2 пояскового покрытия 1 могут быть ориентированы параллельно друг другу и продольной оси симметрии 10 трубопровода. Боковые кромки 14,15 концов ленточной спирали 2 пояскового покрытия 1 могут быть выполнены с аксиальными разрезами 16 и/или несквозными пазами 17, равномерно или с расчетным шагом расположенными по длине ленточной спирали 2. Нанесение упругогибкой ленточной спирали 2 на трубопровод 6 производится ее обертыванием вокруг трубопровода 2 с использованием соответствующих клеевых композиций. В исходном состоянии упругогибкая ленточная спираль 2, изготовленная в заводских условиях, имеет многослойную структуру в количестве 2-10 слоев, обладает высоким качеством, с ней удобно производить ремонты, не растрескивается и не расслаивается.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Варьирование объемным соотношением нитей основы и утка 3, 4, их переплетениями количеством круток нитей при объемном соотношении с полимерным связующим в указанных пределах дает возможность получить широкий спектр ремонтного материала, обладающего высокой прочностью и в кольцевом и в аксиальном направлениях. Прочность на разрыв такого материала в указанных направлениях варьируется в пределах 230-600 МПа. Предварительно созданные упругие напряжения в витках, полученные в процессе формования ленточной спирали, позволяют стабильно сохранить ее упругие свойства при проведении ремонтных работ и эксплуатации. Такие свойства достигаются с использованием полотняного, сатинового или саржевого переплетения крученых стеклонитей, число круток находится в пределах от 30 до 200 круток/метр. Защита, изготовленная с использованием прототипа, имеет разрывную прочность в аксиальном направлении до 30 МПа. Защита, изготовленная с использованием предложенного технического решения, имеет повышенную прочность и в аксиальном направлении. Проведенные экспериментальные работы на ПО "Авангард" с изготовлением и использованием упругогибких лент в ремонтных работах с трубопроводами показали высокую эффективность, качество и надежность. Таким образом, новая многослойная защита трещин, дефектов трубопроводов, описанная выше, по конструктивному исполнению является новой, технологичной и эффективной по сравнению с известным уровнем техники.

Объем предлагаемого изобретения следует понимать шире, чем то конкретное выполнение многослойной защиты, приведенное в описании, формуле и чертежах.

Следует иметь в виду, что форма выполнения изобретения представляет собой только возможные предпочтительные варианты его осуществления, а могут быть использованы и другие (и различные) варианты выполнения изобретения в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема, изложенного в пунктах формулы.

Кроме того, предложенное техническое решение не ограничивается его использованием при ремонтах магистральных трубопроводов, например снаружи, оно может быть использовано и для ремонта дефектных зон трубопровода, образующихся внутри, на его внутренних поверхностях.

Предложенное техническое решение может быть использовано и в других областях техники, где требуется применение многослойной защиты с повышенными прочностными свойствами и надежностью, и другими свойствами, описанными в материалах данной заявки. Такая защита может быть использована, например при ремонте валов, вращающихся осей, муфт, стволов орудий, колесных пар и т.д. Может быть она использована и в сельском (лесном) хозяйстве - для защиты деревьев, и в медицине, например, при формообразовании гипсовых повязок и т.д.

Новое техническое решение в предложенной совокупности признаков многослойной защиты соответствует и критерию "Промышленная применимость", то есть уровню изобретения.

Формула изобретения

1. Многослойная защита местных трещинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода, содержащая поясковое покрытие из упругогибкой ленточной спирали композиционного материала на основе систем нитей и полимерного связующего, нанесенное на трубопровод, скрепленное по виткам с трубопроводом клеевой композицией, отличающаяся тем, что упругогибкая ленточная спираль пояскового покрытия выполнена многослойной, из 2-10 слоев ткани, с объемным соотношением нитей основы и утка 1 : 1 до 3 : 1 при расположении нитей основы в спиральном направлении ленты, а нитей утка - в аксиальном направлении пояскового покрытия, причем в качестве полимерного связующего содержит композицию из эпоксидного связующего и фенольноформальдегидного лака соответственно 70 и 30%, при объемном соотношении слоев ткани и указанного полимерного связующего от 1 : 0,37 до 1 : 0,57.

2. Защита по п.1, отличающаяся тем, что ткань слоев ленточной спирали выполнена полотняным, сатиновым или саржевым переплетением крученых стеклонитей и с круткой нитей от 30 до 200 круток/м.

3. Защита по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ленточная спираль пояскового покрытия выполнена сужающейся в направлении от минимального радиуса кривизны до максимального.

4. Защита по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что поперечные кромки концов ленточной спирали пояскового покрытия ориентированы параллельно друг другу и продольной симметрии трубопровода.

5. Защита по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что боковые кромки концов ленточной спирали пояскового покрытия выполнены с аксиальными разрезами и(или) несквозными пазами, равномерно или с расчетным шагом расположенными по длине ленточной спирали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4