Металлополимерная труба (варианты)

 

Изобретение относится к производству полимерных труб, армированных объемным металлическим усилителем прочности, и может быть использовано для изготовления трубопроводов, применяемых для транспортирования агрессивных жидких и газообразных сред при высоких давлениях в газовой, нефтяной и химической отраслях промышленности. Технический результат заключается в получении армированных полимерных труб с высокой нагрузочной способностью, расширении возможностей применения предлагаемых конструкций для различных диаметров труб с расширением возможности использования в этих конструкциях различных материалов, а также в повышении надежности работы трубопроводов. В первом варианте изобретения в трубе металлополимерной, содержащей размещенный в монолите полимера усилитель прочности в виде жесткого металлического каркаса, состоящего из слоя продольных и навитого на него внешнего слоя спиральных элементов, скрепленных между собой, например, сваркой, согласно изобретению усилитель прочности включает также упругий слой спиральных элементов, установленный внутри жесткого каркаса без жесткой связи с ним, с направлением навивки слоя спиральных элементов, совпадающим либо противоположным направлению навивки внешнего спирального слоя в жестком каркасе, закрепленный на активизированной наружной поверхности внутренней полимерной трубы с заданным шагом, причем активизированная наружная поверхность включает механически и/или термически обработанный слой полимерной трубы либо полимерный термически обработанный слой, дополнительно нанесенный на эту трубу, а монолит полимера включает в себя внутреннюю полимерную трубу с активизированной наружной поверхностью и экструдированный слой полимера, причем активизированная наружная поверхность внутренней полимерной трубы обладает адгезионными свойствами к экструдированному слою полимера. Во втором варианте изобретения в трубе металлополимерной, содержащей размещенный в монолите полимера усилитель прочности в виде жесткого металлического каркаса, состоящего из слоя продольных и навитого на него внешнего слоя спиральных элементов, скрепленных между собой, например, сваркой, согласно изобретению каркас включает дополнительный слой спиральных элементов, установленный внутри жесткого каркаса и закрепленный в нем с заданным шагом навивки посредством сварки, причем сварочные швы расположены со стороны внутренней поверхности слоя продольных элементов, а направление навивки внутреннего дополнительного слоя спиральных элементов совпадает с направлением навивки внешнего спирального слоя в жестком каркасе либо ему противоположно. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к производству полимерных труб, армированных объемным металлическим усилителем прочности, и может быть использовано для изготовления трубопроводов, применяемых для транспортирования агрессивных жидких и газообразных сред при высоких давлениях в газовой, нефтяной и химической промышленности.

Известна металлополимерная труба, преимущественно из термопласта, содержащая усилитель прочности в виде сварного ячеистого каркаса, выполненного из продольных и навитых на них спиральных проволочных элементов, закрепленных в отвержденном термопласте (см. А.с. СССР 1366757, "Труба", заявл. 09.01.86, опубл. 15.01.88. Бюл. 2).

Недостатком такой трубы является ее невысокая нагрузочная способность.

Известна металлополимерная труба, содержащая усилитель прочности в виде сварного каркаса, состоящего из продольных и навитых на них поперечных стержней арматуры, при этом для увеличения сопротивления радиальным нагрузкам определенным образом подобрано соотношение толщины внешнего и внутреннего слоев полимерного материала и толщины каркаса (См. А.с. СССР 929951, заявл. 31.08.78, опубл. 23.05.82, Бюл. 19).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится невысокая нагрузочная способность трубы.

Известна металлополимерная труба, содержащая усилитель прочности в виде металлического сетчатого каркаса, состоящего из продольных и навитых на них поперечных стержней арматуры, скрепленных в точках их пересечения, например, сваркой, причем продольные стержни арматуры расположены по винтовой линии, а угол винтовой линии продольной арматуры не превышает угол винтовой линии поперечной арматуры (см. патент РФ 2056571, "Труба", заявл. 08.09.94 г., публ.20.03.96 г., Бюл. 8).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится невысокая нагрузочная способность трубы.

Заявляемые два варианта изобретения направлены на создание армированных полимерных трубопроводов для работы в условиях агрессивных сред и высоких давлений.

Технический результат заключается в получении армированных полимерных труб с высокой нагрузочной способностью, расширении возможностей применения предлагаемых конструкций для различных диаметров труб в различных условиях эксплуатации, с использованием в этих конструкциях различных материалов, а также, в конечном итоге, в повышении надежности работы трубопроводов.

В первом варианте изобретения указанный технический результат достигается тем, что в трубе металлополимерной, содержащей усилитель прочности, размещенный в монолите полимера, выполненный в виде жесткого металлического каркаса, состоящего из слоя продольных и навитого на него внешнего слоя спиральных элементов, скрепленных в точках их пересечения, например, сваркой, согласно изобретению усилитель прочности включает также упругий слой спиральных элементов, установленный внутри жесткого каркаса без жесткой связи с ним, с направлением навивки слоя спиральных элементов, совпадающим либо противоположным направлению навивки внешнего спирального слоя в жестком каркасе, закрепленный на активизированной наружной поверхности внутренней полимерной трубы с заданным шагом, причем активизированная наружная поверхность включает механически и/или термически обработанный слой полимерной трубы либо полимерный термически обработанный слой, дополнительно нанесенный на эту трубу, а монолит полимера включает в себя внутреннюю полимерную трубу с активизированной наружной поверхностью и экструдированный слой полимера, причем активизированная наружная поверхность внутренней полимерной трубы обладает адгезионными свойствами к экструдированному слою полимера.

Упругий слой спиральных элементов может быть выполнен из проволоки, ленты либо корда.

Установка и закрепление слоя спиральных элементов с заданным шагом и направлением навивки на активизированной поверхности внутренней полимерной трубы формирует упругий слой, который совместно с жестким каркасом образует новую конструкцию усилителя прочности.

Активизированная наружная поверхность внутренней полимерной трубы, обладающая адгезионными свойствами к экструдированному слою полимера, обуславливает возможность получения монолита из различных полимерных материалов.

Выполнение усилителя прочности многослойным в виде жесткого сварного каркаса и установленного внутри него упругого слоя спиральных элементов, не связанного при этом жестко с каркасом, позволяет получать трубы с высокой нагрузочной способностью, превышающей нагрузочную способность известных труб более чем в два раза. При этом трубы, обладая определенной жесткостью и упругостью, могут выдерживать перепады высокого давления в трубопроводе за счет перераспределения радиальных нагрузок между слоями усилителя прочности и в самом монолите полимера.

Навивка спирального слоя из проволоки, ленты либо корда с заданным шагом расширяет возможности получения упругого слоя усилителя прочности.

Во втором варианте изобретения указанный технический результат достигается тем, что в трубе полимерной армированной, содержащей размещенный в монолите полимера усилитель прочности в виде жесткого металлического каркаса, состоящего из слоя продольных и навитого на него слоя спиральных элементов, скрепленных между собой, например, сваркой, согласно изобретению каркас включает дополнительный слой спиральных элементов, установленный с заданным шагом и закрепленный посредством сварки, причем сварочные швы расположены со стороны внутренней поверхности слоя продольных элементов, а направление навивки дополнительного слоя спиральных элементов совпадает с направлением навивки внешнего спирального слоя в жестком каркасе либо ему противоположно.

Установка внутреннего дополнительного слоя каркаса позволяет сформировать ячейки каркаса, изменяющие свою форму в объеме стенки трубы. Это позволяет перераспределять напряжения в трубе, возникающие при различных радиальных нагрузках, повышая тем самым нагрузочную способность трубы.

Закрепление дополнительного слоя каркаса сваркой со стороны внутреннего слоя продольных элементов, позволяет перераспределять нагрузку в местах опасных сечений, а именно: в местах сварки продольных элементов арматуры со спиральными слоями по наружной и по внутренней поверхностям слоя продольных элементов, что также повышает сопротивление радиальным нагрузкам.

Выполнение навивки спиральных слоев каркаса в одну или в противоположные стороны позволяет регулировать прямолинейность трубы, обусловленную винтовой навивкой слоев.

Заявляемые варианты изобретения соответствуют требованию единства изобретения, поскольку образуют единый изобретательский замысел, относятся к объектам одного вида и одинакового назначения, фактически обеспечивают получение близкого технического результата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам устройства, как по первому варианту изобретения, так и по второму.

Выбор прототипа позволил выявить совокупности существенных отличительных признаков устройства для обоих вариантов изобретения. Для первого варианта изобретения: усилитель прочности, сформированный из не связанных между собой жесткого сварного каркаса и упругого спирального слоя, установленного внутри жесткого каркаса и укрепленного при этом только посредством полимера, при этом монолит полимера может быть сформован из слоев различных видов полимеров. Для второго варианта: усилитель прочности в виде многослойного жесткого каркаса, в котором спиральные слои приварены к продольному слою с противоположных сторон, т.е. с наружной и с внутренней сторон слоя, с возможностью навивки слоев как в одну, так и в противоположные стороны. Это не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники. Заявитель считает, что заявляемые варианты изобретения соответствуют условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

Варианты конструкции трубы представлены следующими фигурами на чертеже: Фиг. 1 - Труба металлополимерная с усилителем прочности в виде сварного каркаса и не связанного с ним жестко слоя спиральных элементов, разрез.

Фиг. 2 - Труба металлополимерная с усилителем прочности в виде сварного каркаса, разрез.

Труба на фиг. 1 содержит усилитель прочности 1, размещенный в монолите полимера 2. При этом усилитель прочности 1 включает в себя сварной каркас 3 и упругий слой 4 спиральных элементов. Упругий слой 4 спиральных элементов образован навивкой проволоки или ленты, или корда с заданным шагом и направлением на предварительно сформованную внутреннюю полимерную трубу 5 и закреплен на ее активизированной наружной поверхности 6. Активизированная наружная поверхность 6 включает механически и/или термически обработанный слой полимерной трубы 5 либо полимерный термически обработанный слой, нанесенный на эту трубу 5, например, в виде предварительно навитой полимерной пленки. Сварной каркас 3 выполнен из равномерно расположенных по окружности продольных элементов арматуры 7 и навитых на них с заданным шагом спиральных элементов 8. В местах пересечения продольная и спиральная арматура сварены электроконтактным методом. Жесткий сварной каркас 3 установлен с натягом на упругий слой 4 спиральных элементов. Внутренняя полимерная труба 5 с активизированной наружной поверхностью 6 и экструдированный слой полимера 9 составляют монолит полимера 2. При этом полимерная труба 5 и экструдированный слой полимера могут быть выполнены из разных видов полимеров, обладающих адгезионной способностью друг к другу.

Жесткий сварной каркас 3 в сочетании с упругим слоем спиральных элементов 4 позволяет получить металлополимерные трубы различных диаметров с повышенными нагрузочными характеристиками для работы в трубопроводах в различных условиях агрессивных сред и высоких давлений. Нагрузочная способность трубы увеличивается более чем в два раза по сравнению с существующими конструкциями благодаря составному усилителю прочности. Упругие свойства усилителю прочности придает слой спиральных элементов, установленный в жестком каркасе, но не связанный с ним жестко. Расчетный анализ показал, что радиальные нагрузки, возникающие в трубопроводе при перепадах давления, перераспределяются в жестком каркасе, упругом слое и в монолите полимера трубы. В результате этого нагрузочная способность трубы получается выше на 10%, чем в варианте с жестким трехслойным каркасом. Таким образом, повышается и общая надежность работы трубопроводов.

Труба на фиг. 2 содержит усилитель прочности 1, размешенный в монолите полимера 2. При этом усилитель прочности 1 выполнен в виде жесткого сварного каркаса 3. Сварной каркас 3 выполнен в виде двух слоев спиральных элементов, наружного слоя 4 и внутреннего слоя 5, установленных с заданными шагом и направлением, и размещенного между ними слоя продольных элементов 6. Спиральные элементы наружного слоя 4 скреплены сваркой в точках их пересечения с продольными элементами по наружной поверхности слоя продольных элементов 6. А спиральные элементы внутреннего слоя 5 скреплены сваркой с продольными элементами по внутренней поверхности слоя продольных элементов 6.

Выполнение жесткого каркаса многослойным позволяет так же, как и в первом варианте изобретения, повысить нагрузочную способность трубы более чем в два раза по сравнению с существующими конструкциями труб, при этом нагрузочная способность труб повышается за счет приваренного особым образом внутреннего спирального слоя. Этот вариант изобретения интересен для случая получения труб не только с повышенной нагрузочной способностью, но и тогда, когда требуется повышенная жесткость конструкции.

Использование заявляемых вариантов изобретений в производстве труб и их последующие испытания подтвердили возможность получения качественных металлополимерных труб различного диаметра с повышенной нагрузочной способностью для использования их в условиях агрессивных сред и высоких давлений в различных отраслях промышленности.

Формула изобретения

1. Труба металлополимерная, содержащая усилитель прочности, размещенный в монолите полимера, выполненный в виде жесткого металлического каркаса, состоящего из слоя продольных и навитого на него внешнего слоя спиральных элементов, скрепленных в точках их пересечения, например, сваркой, отличающаяся тем, что усилитель прочности включает упругий слой спиральных элементов, установленный внутри жесткого каркаса без жесткой связи с ним, с направлением навивки слоя спиральных элементов, совпадающим или противоположным направлению навивки внешнего спирального слоя в жестком каркасе, закрепленный на активизированной наружной поверхности внутренней полимерной трубы с заданным шагом, причем активизированная наружная поверхность включает механически и/или термически обработанный слой полимерной трубы либо термически обработанный полимерный слой, дополнительно нанесенный на эту трубу, а монолит полимера включает в себя внутреннюю полимерную трубу с активизированной наружной поверхностью и экструдированный слой полимера, при этом активизированная наружная поверхность внутренней полимерной трубы обладает адгезионными свойствами к экструдированному слою полимера.

2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что упругий слой спиральных элементов выполнен, например, из проволоки, ленты либо корда.

3. Труба металлополимерная, содержащая усилитель прочности, размещенный в монолите полимера, выполненный в виде жесткого металлического каркаса, состоящего из слоя продольных и навитого на него внешнего слоя спиральных элементов, скрепленных в точках их пересечения, например, сваркой, отличающаяся тем, что каркас включает дополнительный слой спиральных элементов, установленный внутри жесткого каркаса и закрепленный в нем с заданным шагом навивки посредством сварки, причем сварочные швы расположены со стороны внутренней поверхности слоя продольных элементов, а направление навивки дополнительного слоя спиральных элементов совпадает с направлением навивки внешнего спирального слоя в жестком каркасе либо ему противоположно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2