КОМБИНИРОВАННАЯ ТРУБА

Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для строительства наземных и подземных трубопроводов и теплопроводов.

Известна труба с внутренней пластмассовой оболочкой, включающая концентрично расположенные на конце трубы и скрепленные между собой и с концом трубы перфорированные протекторную и защитную втулки, причем протекторная втулка имеет кольцевые зазоры между внутренней поверхностью и внешней поверхностью защитной втулки, заполненные электропроводным композиционным материалом, а защитная втулка выполнена из двух металлических колец, причем кольцо, контактирующее с трубой и сварным швом, имеет меньшее значение стандартного электродного потенциала, чем материалы трубы, и второго кольца, защемляющего пластмассовую оболочку, но больше чем материал протекторной трубки (см. патент Российской Федерации N 2095675, МПК 6 F 16 L 9/02, публ. 1997 г., Бюл. N 31).

Недостатки такой трубы - сравнительно невысокая коррозионная стойкость, сравнительно низкая надежность и ремонтопригодность, слабые теплоизолирующие характеристики.

Более высокими прочностными характеристиками обладает комбинированная труба, защищенная патентом Российской Федерации N 2098709, МПК 6 F 16 L 9/14, публ. 1997 г., Бюл. N 34, которая содержит собственно герметичную трубу, силовую оболочку из волокнисто-композиционного материала со связующим в виде продольного слоя из лент, уложенных на герметичную трубу по ее длине с кольцевым слоем намотки, и законцовки в виде металлических втулок с конусными участками, расположенные на концах трубы и снабженные элементами для силовой заделки продольного слоя, закрепленные кольцевой намоткой, при этом продольный слой выполнен в виде мотков замкнутых лент, каждый из которых состоит из двух прямолинейных участков и сопрягающих их криволинейных, образующих петли, а элементы заделки продольного слоя выполнены в виде равномерно расположенных по окружности на конусной наружной поверхности втулок радиальных выступов, на последние надеты коуши, в которые введены петли, при этом коуши контактируют с конической поверхностью втулок. Комбинированная труба по патенту Российской Федерации выбрана в качестве прототипа. Недостаток прототипа - высокая стоимость, низкие теплоизолирующие характеристики и низкая ремонтопригодность.

Техническая задача - повышение надежности, ремонтопригодности и коррозионной стойкости, улучшение теплоизоляционных свойств.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что в комбинированной трубе, содержащей собственно трубу, защитную оболочку и законцовки, расположенные на концах трубы и имеющие внутренний диаметр, равный внешнему диаметру трубы, собственно труба выполнена из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, законцовки на концах трубы скреплены с трубой сварными швами, а защитная оболочка представляет собой пенополимерминеральное покрытие, нанесенное сплошным слоем на наружную поверхность трубы с наплывом на законцовки, при этом толщина пенополимерминерального покрытия превышает толщину стенки трубы, законцовки имеют цилиндрический участок, длина которого превышает толщину стенки трубы более чем в два раза, а наружный диаметр цилиндрического участка законцовки превышает наружный диаметр трубы не менее чем на три толщины стенки трубы. Законцовки могут иметь форму или фланца, или втулки. Законцовка в виде фланца может быть выполнена или из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом или из низкоуглеродистой стали. Законцовка в виде втулки выполняется из низкоуглеродистой стали. Законцовка в виде втулки может выступать за торец трубы более чем на толщину стенки трубы и на выступающей части иметь выступ с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубы. Торец законцовки, выполненный в виде втулки, может иметь разделку под электродуговую сварку.

Пенополимерминеральное покрытие содержит вспенивающий материал (полиуретаны) 40...50% от массы и минеральный наполнитель (цемент, мелкозернистый песок) 50...60%.

Пенополимерминеральное покрытие содержит вспенивающийся материал (полиуретаны) 10...40% от массы, поверхностно-активное вещество (поливинилпластификаторы) 3...10% и минеральный наполнитель (цемент, мелкозернистый песок) 40....70%.

На фиг. 1 схематично изображена конструкция заявляемой комбинированной трубы с законцовками, имеющими форму фланца.

На фиг. 2 схематично изображена конструкция заявляемой комбинированной трубы с законцовками, имеющими форму втулки.

На фиг. 3 показана разделка торцов трубы под сварку с законцовкой в виде фланца.

На фиг. 4 показана разделка торца трубы под сварку с законцовкой в виде втулки.

На фиг. 5 изображена возможная конструкция законцовки в виде втулки.

На фиг. 1...5 цифрами и буквами обозначены:
1 - труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом;
2 - законцовка;
3 - пенополимерминеральное покрытие;
4 - сварные швы;
5 - цилиндрический участок законцовки;
6 - конический участок законцовки;
7 - внутренний выступ законцовки ("каблучок");
8 - разделка под стыковую сварку;
9 - технологическое отверстие;
D_вн - внутренний диаметр трубы;
D_н - наружный диаметр трубы;
S_т - толщина стенки трубы;
S_п - толщина покрытия;
D_з - наружный диаметр цилиндрического участка законцовки;
H_з - длина цилиндрического участка законцовки;
H_к - длина внутреннего выступа законцовки в виде втулки.

Заявленная комбинированная труба (фиг. 1 и 2) содержит собственно трубу 1 из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, на концы которой насажены и приварены законцовки 2, выполненные или в виде фланцев (фиг. 1), или в виде втулок (фиг. 2), и предназначенные для обеспечения соединения комбинированных труб между собой в сборочном или сварном вариантах. На наружную поверхность трубы 1 с наплывом на законцовки 2 нанесено пенополимерминеральное покрытие 3, выполняющее функции как защитного, так и теплоизоляционного покрытия. Композиционный материал этого покрытия включает вспенивающий материал на основе полиуретанов - 10...40% от массы, поверхностно-активное вещество на основе поливинилпластов - 3-10% и минеральный наполнитель - цемент, мелкозернистый песок, асбестовая пыль, каолин и др. - 40...70%.

Законцовки 2 насажены на концы трубы приблизительно на 0,9 своей длины и не менее чем на две толщины стенки трубы. Наружный диаметр D_з законцовки 2 превышает наружный диаметр D_н трубы более чем на три толщины стенки S_т трубы. Законцовка 2, выполненная в виде втулки (фиг. 2), выступает за торец трубы не менее чем на толщину стенки трубы, и имеет внутренний выступ 7 ("каблучок") с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру D_вн трубы 1. Для обеспечения возможности соединения двух комбинированных труб сваркой, торец такой законцовки 2 имеет разделку 8 под сварку (фиг. 2 и 5).

Заявленная комбинированная труба изготавливается следующим образом.

Концы трубы 1, изготовленной центробежным литьем из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (такие трубы диаметром 100...300 мм и с толщиной стенки 6. . .7,5 мм изготавливаются серийно), разделываются под сварку, как показано на фиг. 3, если законцовки 2 имеют форму фланца, или на фиг. 4, если законцовки 2 выполнены в виде втулок (фиг. 5). Наружная поверхность трубы 1 зачищается до блеска на длине 50...60 мм от торца, внутренний диаметр растачивается на глубину 0,7...0,8 мм на длине не меньше чем толщина стенки трубы, с переходом к необработанной поверхности под углом 15^o. Если предполагается выполнение законцовки 2 в виде втулки с внутренним выступом (фиг. 5), то торец трубы обтачивается на внутренний конус под углом 30^o к диаметральной плоскости трубы.

В варианте комбинированной трубы с законцовками 2 в форме фланцев стандартный фланец надевается на конец трубы 1, проверяется перпендикулярность фланца к оси трубы 1, фланец фиксируется и приваривается к трубе 1. Труба укладывается в металлическую форму и заливается пенополимерминеральной массой. Перед заливкой труба и форма нагреваются до температуры 30...40^oC. После 30...40 - минутной выдержки труба извлекается из формы и направляется на склад. Пенополимерминеральная масса представляет собой композиционный материал, получаемый на основе полиуритана с минеральным наполнителем. Для получения влагонепроницаемой поверхности пленки и улучшения сцепления с поверхностью трубы в композиционный материал добавляется поверхностно-активное вещество на основе поливинилпластификаторов. Вспенивание и твердение пенополимерминеральной массы протекает в нормальных условиях с экзотермическим эффектом. Пенополимерминеральное покрытие представляет собой монолитную защитную конструкцию с переменной по сечению плотностью. За один цикл единовременно образуются три слоя:
- внутренний, антикоррозийный тонкий, плотно прилегающий к поверхности трубы, с высокой плотностью (400...500 кг/м³);
- средний, теплоизоляционный, вспененный, с низкой плотностью (60...100 кг/м³;
- наружный, механогидрозащитный, тонкий, с высокой плотностью (500...600 кг/м³).

Аналогично изготавливается комбинированная труба с законцовками 2 в виде втулки. Отличие заключается лишь в том, что труба в форме фиксируется с помощью технологических отверстий 9 в законцовках 2 (фиг. 5).

Заявленная комбинированная труба предназначена в основном для использования при строительстве трубопроводов теплосетей высокого давления. Сварные трубопроводы с использованием этих труб работают при температуре 115...120^oC и давлении 15 МПа.

В сравнении с прототипом заявленная комбинированная труба имеет более высокие теплоизоляционные свойства, меньшую себестоимость, повышенный срок службы и лучшую ремонтопригодность.

В сравнении с широко используемыми в строительстве трубопроводами с теплоизоляционным покрытием, например с тепловой изоляцией из минеральной ваты, трубопроводы из заявленных комбинированных труб имеют более высокие теплоизоляционные свойства, повышенную эксплуатационную надежность и несравненно большой срок службы. И хотя стоимость изготовления заявленных комбинированных труб на 20. ..30% выше, чем труб с теплоизоляцией из минеральной ваты, затраты на изготовление и эксплуатацию с учетом срока службы трубопровода из заявленных комбинированных труб будут в 7...10 раз ниже.

В сравнении с трубопроводами типа "труба в трубе" (стальная труба с полиуретановой теплозащитой помещена в полиэтиленовую трубу), трубопровод из заявленных комбинированных труб, при тех же теплоизоляционных характеристиках, в 1,5...2 раза дешевле, имеет в 2...3 раза выше срок службы и отличается повышенной ремонтопригодностью.

Повышенный срок службы трубопровода из заявленных комбинированных труб обусловлен повышенной коррозионной стойкостью, которая достигается тем, что:
- скорость коррозии высокопрочного чугуна в три-пять раз ниже скорости коррозии сортовой стали;
- в местах стыковки труб толщина стенки стыковочного элемента (фланца или втулки) в несколько раз больше толщины стенки трубы 1;
- притрубный слой обладает высокой адгезионной способностью и обеспечивает надежную защиту наружной поверхности трубы от коррозии.

Повышенная ремонтопригодность обусловлена тем, что:
- восстановление защитного слоя не представляет трудностей, поврежденные участки заделываются по месту заливочной композицией;
- нет жестких требований к составу и к компонентам пенополимерминерального покрытия (заливочной композиции);
- разрушения трубы из высокопрочного чугуна носят узко локальный характер и устраняются удалением поврежденного участка и сваркой "окна";
- заливка сварных швов заливочной композицией возможна с использованием инвентарной передвижной опалубки.