ГЕРМЕТИЧНАЯ ТРУБА-ОБОЛОЧКА

Изобретение относится к области трубопроводной техники и может быть использовано в трубчатых изделиях из композиционных материалов, в частности, например, в многослойных трубах-оболочках из стеклопластиков, отличающихся физической структурой слоев, в которых армирующие нити заделаны в полимерную матрицу.

К трубам-оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по прочности, надежности и герметичности, при этом готовые изделия должны обладать минимальной массой и наименьшей стоимостью.

Из уровня техники известна герметичная труба-оболочка, содержащая несущие слои стеклопластика, промежуточный герметизирующий слой, кольцевой замкнутый слой материала с антиадгезионными свойствами, размещенный между внутренним несущим слоем стеклопластика и герметизирующим слоем, наружные кольцевые выступы на внутреннем несущем слое стеклопластика с кольцевыми гофрами герметизирующего слоя на них, зафиксированные в конгруэнтных кольцевых канавках наружного несущего слоя стеклопластика, а также сквозные, равномерно распределенные, радиальные отверстия на внутреннем несущем слое стеклопластика (заявка РФ №2000122305/06(023778 от 25.08.2000 г., МПК⁷ F 16 L 9/12).

Известна также герметичная труба-оболочка, между несущими слоями которой размещен промежуточный герметизирующий слой (патент РФ №2112652, МПК⁷ F 16 L 9/12, 1998).

Известна труба-оболочка из композиционных материалов (патент РФ №2165048, МПК⁷ F 16 L 9/12, 2001).

К общим недостаткам известных труб-оболочек из композиционных материалов, между несущими слоями которых размещены герметизирующие слои, следует отнести высокую проницаемость внутренних несущих слоев стеклопластика, возникающую из-за растрескивания связующего под высоким избыточным давлением транспортируемой среды, образования накоплений ее в стенках трубы в упруго сжатом состоянии. При многократных сбросах давления, повторяющихся циклически, упруго сжатая накопленная среда расширяется и разрывает слои (кессонный эффект), возникают дефекты, приводящие к расслоению стеклопластика, снижению прочности и надежности трубы-оболочки. Указанные недостатки конструкции стенки трубы-оболочки были устранены за счет введения между внутренним несущим слоем стеклопластика и герметизирующим слоем сплошного кольцевого замкнутого слоя материала с антиадгезионными свойствами, обеспечивающего его раскрепление (заявка РФ №2000122335/06(023778). Однако с введением раскрепляющего слоя разрыв слоев под воздействием кессонного эффекта до конца не был преодолен в тонкостенных трубах по следующим причинам. Во-первых, из-за затекания материала раскрепляющего слоя в сквозные радиальные отверстия и их перекрытие при термообработке труб-оболочек, размягчающихся при повышенных температурах. Во-вторых, из-за наличия ворсинок стеклянных волокон вокруг радиальных отверстий, внедряющихся в материал слоя с антиадгезионными свойствами, препятствующих его раскреплению с внутренним несущим слоем стеклопластика. Кроме того, даже при высококачественной обработке радиальных отверстий накопленная под высоким давлением среда при сбросе давления приводит к нарушению целостности внутреннего несущего слоя, особенно, если его толщина составляла несколько миллиметров или меньше того (случай тонкостенных труб).

В качестве ближайшего аналога, выбранного в качестве прототипа, принята герметичная труба-оболочка по заявке РФ №2000122305/06(023778).

Основной задачей изобретения является создание герметичной трубы-оболочки, в которой были бы устранены выявленные недостатки, изделия обладали бы надежностью, герметичностью, в них не происходила бы утечка среды из-за разрушения и расслаивания слоев.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение качества изделий и их надежности.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет совершенствования конструкции герметичной трубы-оболочки путем введения прокладочного слоя сетчатого материала из переплетенных нитей, размещенного на внутреннем несущем слое стеклопластика под антиадгезионным слоем.

Для этого герметичная труба-оболочка, содержащая несущие слои стеклопластика, промежуточный герметизирующий слой, раскрепляющий кольцевой замкнутый слой материала с антиадгезионными свойствами, размещенный между внутренним несущим слоем стеклопластика и герметизирующим слоем, наружные кольцевые выступы на внутреннем несущем слое стеклопластика, охваченные кольцевыми гофрами герметизирующего слоя, зафиксированные в конгруэнтных кольцевых канавках наружного несущего слоя стеклопластика, а также сквозные радиальные, равномерно распределенные, отверстия на внутреннем несущем слое стеклопластика, снабжена прокладочным слоем сетчатого материала без связующего, размещенным между ее внутренним несущим слоем стеклопластика и раскрепляющим кольцевым замкнутым слоем материала с антиадгезионными свойствами, перекрывающим сквозные радиальные отверстия, выполненным в виде сухой стеклоткани из переплетенных стеклонитей с возможностью свободной миграции через него в сквозные радиальные отверстия упруго сжатых межслоевых накоплений транспортируемой жидкой среды или газа при сбросе давления. Прокладочный слой сетчатого материала может быть выполнен в виде лент стеклоткани, ориентированных вдоль образующих стенки слоев стеклопластика или в ее окружном направлении по спирали. В сквозных радиальных отверстиях внутреннего несущего слоя стеклопластика могут быть закреплены трубчатые элементы из металла или пластика, контактирующие торцами с прокладочным слоем сетчатого материала.

Отличительными особенностями герметичной трубы-оболочки являются следующие признаки:

- снабжение трубы-оболочки прокладочным слоем сетчатого материала без связующего,

- размещение прокладочного слоя сетчатого материала между внутренним несущим слоем стеклопластика и раскрепляющим кольцевым слоем материала с антистатическими свойствами,

- перекрытие прокладочным сетчатым материалом сквозных радиальных отверстий во внутреннем несущем слое стеклопластика,

- выполнение прокладочного сетчатого материала в виде сухой стеклоткани из переплетенных стеклонитей,

- возможность свободной миграции через прокладочный слой сетчатого материала в сквозные радиальные отверстия упруго сжатых межслоевых накоплений транспортируемой жидкой среды или газа при сбросе давления.

Другими отличительными особенностями герметичной трубы-оболочки являются признаки:

- выполнение прокладочного слоя сетчатого материала в виде лент стеклоткани,

- ориентирование лент стеклоткани прокладочного слоя вдоль образующих стенки слоев стеклопластика или в окружном направлении по спирали,

- закрепление в сквозных радиальных отверстиях внутреннего несущего слоя стеклопластика трубчатых элементов из металла или пластика,

- контактирование трубчатых элементов торцами с прокладочным слоем сетчатого материала.

Указанные отличительные особенности герметичной трубы-оболочки являются существенными признаками, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленных задач и достижение нового технического результата.

Для раскрепления несущих слоев стеклопластика при использовании герметизирующего слоя между ними в условиях влияния разновеликих температурных деформаций, циклически повторяющихся давлений транспортируемой жидкой среды или газа необходимо введение слоя материала с антиадгезионными свойствами типа фторопластовой пленки, размещенного между внутренним несущим слоем стеклопластика и герметизирующим слоем. Снабжение трубы-оболочки прокладочным слоем сетчатого материала типа стеклоткани без связующего исключает заполнение и перекрытие сквозных радиальных каналов во внутреннем несущем слое стеклопластика размягчающимся при термообработке материалам с антиадгезионными свойствами, наличие которого в них препятствовало бы свободной миграции межслоевых накоплений упруго сжатой транспортируемой жидкой среды или газа при сбросе давления, приводило бы к разрушению внутреннего несущего слоя стеклопластика, особенно чувствительного к таким воздействиям в тонкостенных трубах-оболочках. При термообработке трубы-оболочки материал слоя с антиадгезионными свойствами плакирует всю поверхность прокладочного слоя сухой стеклоткани без проникновения на его глубину, обеспечивает его свойства для свободной миграции накоплений. Трубчатые элементы армируют отверстия.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе, не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенную конструкцию герметичной трубы-оболочки в указанной совокупности существенных признаков соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых и общих существенных признаков позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат по созданию герметичной трубы-оболочки повышенного качества и надежности, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники аналогов и прототипа. Новое техническое решение основано на новой концепции усовершенствования трубы-оболочки, является результатом разработки с учетом данных экспериментальных исследований, творческого вклада, получено без использования каких-либо рекомендаций в данной области техники или Гостов или стандартов, является оригинальным по своему конструктивному исполнению, неочевидным для специалистов соответствующей отрасли, характеризуется соответствием критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием.

На фиг.1 представлен общий вид герметичной трубы-оболочки из стеклопластика, на фиг.2 - показано поперечное сечение трубы-оболочки, на фиг.3 - расположение прокладочного слоя сетчатого материала, на фиг.4 - выполнение прокладочного слоя сетчатого материала в виде ленты стеклоткани с ориентацией вдоль образующих стенки слоев стеклопластика, на фиг.5 - расположение ленты стеклоткани прокладочного слоя по спирали, на фиг.6 - равномерное расположение сквозных радиальных отверстий во внутреннем несущем слое стеклопластика, на фиг.7 - закрепление трубчатых элементов из металла или из пластика в сквозных радиальных отверстиях.

Более подробное описание сущности изобретения с показом позиций на чертежах состоит в следующем.

Герметичная труба-оболочка (фиг.1) содержит несущие слои 1, 2 стеклопластика, промежуточный герметизирующий слой 3. раскрепляющий кольцевой замкнутый слой 4 материала с антиадгезионными свойствами, размещенный между внутренним несущим слоем 1 стеклопластика и герметизирующим слоем 3, наружные кольцевые выступы 5 на внутреннем несущем слое 1 стеклопластика, охваченные кольцевыми гофрами 6 герметизирующего слоя 3. зафиксированные в конгруэнтных кольцевых канавках 7 наружного слоя 2 стеклопластика (фиг.2), а также сквозные, равномерно распределенные, радиальные отверстия 8 на внутреннем несущем слое 1 стеклопластика (фиг.6). Труба-оболочка снабжена прокладочным слоем 9 сетчатого материала без связующего (фиг.3), размещенным между ее внутренним несущим слоем 1 стеклопластика и раскрепляющим кольцевым замкнутым слоем 4 материала с антиадгезионными свойствами, перекрывающим сквозные радиальные отверстия 8 (фиг.6), выполненным в виде сухой стеклоткани из переплетенных стеклонитей 10 с возможностью свободной миграции через него в сквозные радиальные отверстия 8 сжатых межслоевых накоплений транспортируемой жидкой среды или газа при сбросе давления. Прокладочный слой 9 сетчатого материала может быть выполнен в виде лент 11 стеклоткани, ориентированных вдоль образующих стенки слоев 1, 2 стеклопластика (фиг.4) или в ее окружном направлении по спирали 12 (фиг.5). В сквозных радиальных отверстиях 8 внутреннего несущего слоя 1 стеклопластика могут быть закреплены на клею трубчатые элементы 13 из металла или пластика, контактирующие торцами 14 с прокладочным слоем 9 сетчатого материала (фиг.7).

Изготовление герметичной трубы-оболочки заключается в нанесении на оправку слоя 1 из стеклоткани или стеклонитей, пропитанных эпоксисодержащим связующим, выполнении сквозных радиальных отверстий 8 до или после термообработки слоя 1 стеклопластика (с установкой или без установки трубчатых элементов 13), фиксации на нем прокладочного слоя 9 сетчатого материала (условно не показано) без связующего, последовательном нанесении раскрепляющего кольцевого замкнутого слоя 4 материала с антиадгезионными свойствами типа фторопластовой пленки, герметизирующего слоя 3, например резины, с охватом его гофрами 6 наружных кольцевых выступов 5 на внутреннем несущем слое I стеклопластика, слоя 2 из стеклоткани или стеклонитей, пропитанных эпоксисодержащим связующим, затем термообработки по режиму полимеризации полимерного связующего. При этом наружными кольцевыми выступами 5 с гофрами 6 герметизирующего слоя 3 в конгруэнтных кольцевых канавках 7 наружного слоя 2 стеклопластика и наружным слоем 2 стеклопластика обеспечивается надежная фиксация прокладочного слоя 9 сетчатого материала, раскрепляющего кольцевого замкнутого слоя 4 материала с антиадгезионными свойствами и герметизирующего слоя 3 в локальных зонах между ними. Последующей механической обработкой в размер заканчивается изготовление герметичной трубы-оболочки.

Функционирование трубы-оболочки заключается во взаимодействии несущих слоев 1, 2 стеклопластика при соответствующих давлениях транспортируемой жидкой среды или газа, обеспечении раскрепления слоев 1, 2, эффективной миграции накоплений жидкой среды иди газа через прокладочный слой 9 сетчатого материала в сквозные радиальные отверстия 8 в несущем слое 1 стеклопластика при циклических сбросах давления транспортируемой жидкое среды или газа благодаря такому ее оригинальному выполнению.

Герметичные трубы-оболочки, изготовленные по предложенное техническому решению, при испытаниях показали положительные результаты.

Объем предлагаемого технического решения следует понимать шире, чем то конкретное выполнение, приведенное в описании, формуле и чертежах. Форма выполнения представляет собой только возможные, предпочтительные варианты.

Таким образом, новое техническое решение в совокупности существенных признаков в предложенных вариантах выполнения, достигнутых свойствах разгрузки несущего слоя 1 стеклопластика без его разрушения продавливанием является высоконадежным по сравнению с известным уровнем техники, технологичным и эффективным, соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.