IT201800004795A1

IT201800004795A1 - Elemento tubolare per il trasferimento di materiali abrasivi, in particolare calcestruzzo, e procedimento per realizzarlo

Info

Publication number: IT201800004795A1
Application number: IT102018000004795A
Authority: IT
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2019-10-23
Also published as: US20190323646A1; US11174977B2; EP3560630B1; EP3560630A1

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"ELEMENTO TUBOLARE PER IL TRASFERIMENTO DI MATERIALI ABRASIVI, IN PARTICOLARE CALCESTRUZZO, E PROCEDIMENTO PER REALIZZARLO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un elemento tubolare per il trasferimento di materiali abrasivi, in particolare calcestruzzo, nonché ad un procedimento per la realizzazione del suddetto elemento tubolare. Uno dei campi di applicazione del presente trovato è quello dell’edilizia e in particolare quello del trasporto di materiali di costruzione, come ad esempio inerti, o calcestruzzo, per pompe autocarrate, fermo restando che il presente trovato può trovare impiego anche in altri settori industriali in cui sono richiesti elementi tubolari che abbiano almeno la loro superfice interna con un elevato grado di durezza e resistenza all’abrasione.

STATO DELLA TECNICA

Nel campo dell’edilizia in senso lato è noto l’utilizzo di elementi tubolari che vengono connessi fra loro per realizzare una tubazione che permette il trasferimento dei materiali di costruzione, quale il calcestruzzo, gli inerti, o simili, che sono molto abrasivi, da un contenitore, ad esempio un’autobetoniera, ad una zona di gettata, tramite dispositivi di pompaggio.

È nota, ad esempio dal WO-A-2013/182884, una tubazione per il trasferimento di calcestruzzo definito da uno strato interno di forma tubolare e realizzato con un materiale metallico antiusura, e da uno strato esterno realizzato in materiale composito, ovvero da fibre avvolte attorno allo strato interno metallico ed immerse in una resina legante, quale una resina epossidica, resina uretanica, o resina di poliestere.

Lo strato interno ha la funzione di resistere all’usura ed è realizzato, in acciaio, ad esempio C60, temprato.

Lo strato esterno ha, invece, il compito di resistere meccanicamente alla pressione interna e proteggere lo strato interno dagli urti che potrebbero avvenire durante il normale utilizzo.

Alle estremità dello strato interno vengono collegate, prima dell’ avvolgimento dello strato esterno, rispettive flange di collegamento per permettere il successivo collegamento reciproco ed in sequenza di più tubazioni.

Le operazioni di collegamento delle flange allo strato interno sono, tuttavia, molto complesse e richiedono la realizzazione di opportune lavorazioni preventive e di collegamento per permettere il successivo collegamento solidale.

Le flange vengono solitamente vincolate allo strato interno per interferenza o mediante saldatura.

Tutte queste operazioni richiedono, tuttavia, elevati tempi realizzativi, e la presenza di operatori particolarmente esperti.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un elemento tubolare per il convogliamento di materiali di costruzione, come ad esempio il calcestruzzo, o altri materiali abrasivi, allo stato fluido che sia affidabile e mantenga per lungo tempo le sue caratteristiche di resistenza all’usura, e che sia anche semplice da realizzare, relativamente leggero ed economico.

Un altro scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un procedimento per realizzare un elemento tubolare per il trasferimento di materiali abrasivi, ad esempio calcestruzzo, o altri materiali abrasivi, che sia relativamente semplice, economico e rapido in termini di tempo di esecuzione.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato, o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, un elemento tubolare per il trasferimento di materiali abrasivi, quali calcestruzzo, materiali inerti, o simili, secondo il presente trovato, comprende un componente tubolare interno ed un componente tubolare esterno a contatto fra loro e coassiali ad un asse centrale.

In accordo con una caratteristica del presente trovato, il materiale con cui è realizzato il componente tubolare interno è carburo di cromo, cromo, o altro materiale simile resistente all’usura, come il materiale G-X260Cr27, mentre il componente tubolare esterno è realizzato in materiale composito, per esempio, vantaggiosamente, fibre impregnate di resina.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa, il componente tubolare interno è realizzato con un materiale resistente ad usura, avente una durezza superiore rispetto a quella del componente tubolare esterno 11.

Secondo possibili soluzioni realizzative il materiale resistente all’usura ha una durezza maggiore o uguale a 66HRC.

In accordo con un aspetto del presente trovato, il procedimento per la realizzazione dell’elemento tubolare comprende una prima fase in cui viene realizzato il suddetto componente tubolare interno mediante la tecnologia della centrifugazione, utilizzando uno stampo sostanzialmente cilindrico e rotante attorno ad un proprio asse di rotazione coincidente con l’asse centrale, e colando carburo di cromo allo stato fuso all’ interno dello stampo.

In accordo con un’altra caratteristica del presente trovato, il procedimento per la realizzazione del suddetto elemento tubolare comprende una seconda fase, successiva alla prima fase, in cui a contatto con la superficie esterna del suddetto componente tubolare interno viene realizzato il suddetto componente tubolare esterno con materiale composito.

In accordo con un’altra caratteristica del presente trovato, il suddetto carburo di cromo allo stato fuso è convogliato verso la superficie interna del suddetto stampo mediante mezzi di distribuzione, ad esempio comprendenti uno scivolo, mentre viene realizzata una traslazione relativa fra il suddetto componente tubolare interno e i suddetti mezzi di distribuzione in una direzione parallela al suddetto asse di rotazione. In accordo con un’altra caratteristica del presente trovato, durante detta prima fase viene anche realizzata una flangia di giunzione ad una, o entrambe, le estremità della parte centrale del suddetto componente tubolare interno.

In accordo con un’altra caratteristica del presente trovato, la suddetta seconda fase viene realizzata mediante il metodo di lavorazione per avvolgimento, utilizzando vantaggiosamente detto componente tubolare interno come mandrino.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 è una vista in sezione longitudinale schematizzata di una parte centrale di un elemento tubolare secondo il presente trovato;

- la fig. 2 è una sezione trasversale dell’elemento tubolare di fig. 1;

- la fig. 3 è una vista in sezione longitudinale schematizzata e in scala ingrandita di una prima fase del procedimento per realizzare un elemento tubolare secondo il presente trovato;

- la fig. 4 è una vista in prospettiva in scala ingrandita di una parte terminale di un elemento tubolare secondo il presente trovato in accordo con una forma di realizzazione.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE SECONDO

IL PRESENTE TROVATO

Facendo riferimento alle figg. 1 e 2, un elemento tubolare 10, per il convogliamento di materiali abrasivi, quali calcestruzzo, materiali inerti, o simili, secondo il presente trovato, comprende un componente tubolare interno 11 ed un componente tubolare esterno 12, a contatto fra loro e coassiali ad un asse centrale X.

Si precisa che, anche se nell’esempio qui fornito l’asse centrale X è rettilineo, per cui l’elemento tubolare 10 è cilindrico, l’asse centrale X può essere anche curvo, o comprendere almeno un tratto curvo, per cui la forma dell’elemento tubolare 10 può essere curva, o comprendere almeno una parte toroidale curva, fermo restando che i due componenti tubolari 11 e 12 rimangono coassiali e a contatto fra loro.

Il componente tubolare interno 11 è realizzato con un materiale metallico resistente ad usura, ovvero avente una durezza maggiore a quella del componente tubolare esterno 12.

Il componente tubolare interno 11 può essere realizzato con carburo di cromo o altro materiale simile resistente all’usura.

A solo titolo esemplificativo il carburo di cromo può essere scelto in un gruppo comprendente almeno Cr3C2, Cr4Co, Cr5C2, Cr3C2-NiCr.

In accordo con possibili varianti realizzative il carburo di cromo può essere presente in forma di lega, ad esempio denominata Cr HARD, quale una ghisa bianca al cromo, o Cr3C2-NiCr.

In funzione delle differenti tecniche di apporto la composizione dei carburi può variare, anche in funzione del materiale base utilizzato.

Il componente tubolare interno 11 in carburo di cromo è in grado di assicurare una durata, ossia una resistenza all’usura, decisamente superiore ad un componente noto in acciaio temprato. Il carburo di cromo, infatti, permette di raggiungere durezze superiori rispetto a quelle di un acciaio temprato, ad esempio 66HRC contro 63HRC.

Secondo una possibile soluzione realizzativa del trovato, il corpo tubolare interno 1 1 può avere una durezza maggiore o uguale a 66HRC. In accordo con una possibile soluzione realizzativa del presente trovato il componente tubolare interno 11 può essere realizzato mediante la tecnologia della centrifugazione, utilizzando uno stampo 15 sostanzialmente cilindrico e rotante attorno ad un proprio asse di rotazione coincidente con l’asse centrale X.

Secondo una possibile soluzione realizzativa del presente trovato, il corpo tubolare interno 11 è provvisto ad uno o entrambe le sue estremità di una flangia di giunzione 13 (fig. 4) che è realizzata in corpo unico con il corpo tubolare interno 11 stesso.

Le flange di giunzione 13 permettono di accoppiare fra loro due elementi tubolari 10 adiacenti, quando si vuole ottenere una conduttura, o una condotta, anche molto lunga, composta da una pluralità di elementi tubolari 10 accoppiati fra loro.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa, le flange di giunzione 13 possono essere ottenute durante la stessa fase di realizzazione del componente tubolare interno 11, ovvero mediante la stessa tecnica di centrifugazione.

Nell’esempio qui fornito ciascuna flangia di giunzione 13 è realizzata come parte integrante del componente tubolare interno 11.

La flangia di giunzione 13 può essere provvista di una o più parti 14 sporgenti radialmente verso l’esterno, ed attorno al quale si avvolge, come di seguito descritto il materiale composito.

Le parti 14 possono avere una conformazione a perno.

Ciascuna flangia di giunzione 13 può essere provvista di una pluralità di tali parti 14 equamente distribuite angolarmente sul perimetro della flangia di giunzione 13 stessa.

In accordo con possibili soluzioni realizzative del presente trovato, il componente tubolare esterno 12 è definito da una pluralità di fibre 18 avvolte aderenti al componente tubolare interno 11 secondo un’orientazione trasversale rispetto all’asse centrale X.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa le fibre 18 sono impregnate, o vengono annegate in una resina polimerica.

Secondo possibili soluzioni realizzative, le fibre 18 possono essere scelte in un gruppo comprendente fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di basalto, fibre ceramiche, fibre metalliche, fibre naturali, o una loro combinazione.

Le fibre 18 vengono avvolte, in modo incrociato ed attorno al componente tubolare interno 11 , con un angolo di inclinazione compreso fra 45° e 65° rispetto all’asse centrale X. Questo angolo di avvolgimento rappresenta il miglior compromesso di resistenza sia ai carichi assiali che a quelli circonferenziali.

In accordo con un’ulteriore soluzione realizzativa del trovato, le fibre 18 possono essere avvolte sul componente tubolare interno 11 mediante il metodo di lavorazione per avvolgimento, anche noto come tecnica di filament winding.

La tubazione 10 così realizzata permette di ottenere una tubazione con una resistenza meccanica e di resistenza alla pressione interna che, a solo titolo esemplificativo, è compresa fra circa 140 - 170 bar.

Forme realizzative del presente trovato si riferiscono anche ad un procedimento di realizzazione di un elemento tubolare 10 come sopra descritto che prevede di realizzare preliminarmente il componente tubolare interno 11, comprensivo dell’eventuale flangia di giunzione 13 ad una o entrambe le sue estremità, con le eventuali parti 14 sporgenti radialmente.

In particolare, una prima fase del procedimento di lavorazione per realizzare l’elemento tubolare 10 prevede di realizzare il componente tubolare interno 11 con la suddetta tecnologia della centrifugazione, mediante uno stampo 15 (fig. 3). Lo stampo 15 può essere realizzato in materiale metallico, avere forma sostanzialmente cilindrica e coassiale all’asse centrale X del componente tubolare interno 11 che verrà realizzato.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa, lo stampo 15 può avere almeno una sua estremità 16 avente la forma, in negativo, della flangia di giunzione 13 da realizzare, eventualmente comprensiva delle parti 14 sporgenti radialmente.

Il fatto di poter realizzare le flange di giunzione 13 già integrate nella parte centrale del componente tubolare interno 11, mentre si realizza quest’ultimo, in carburo di cromo, durante una stessa colata, permette di risparmiare le successive fasi tecnologiche che nello stato della tecnica sono necessarie per fissare la parte centrale dell’elemento tubolare 10 alle flange di giunzione 13.

Da notare che la possibilità di colare le flange di giunzione 13 in un’unica fase mentre si realizza la parte centrale del componente tubolare interno 11 è sicuramente un vantaggio, ma potrebbe implicare la creazione di eventuali sottosquadri nella colata, che potrebbero rendere impossibile l’estrazione del pezzo finito dallo stampo 15.

Tuttavia, per ovviare a tale eventuale inconveniente, è possibile prevedere un particolare tipo di stampo 15, realizzato in più parti in grado di essere estratte, o di aprirsi, separatamente al termine della fase di solidificazione del componente tubolare interno 11.

Lo stampo 15 viene portato in rotazione ad alta velocità attorno ad un proprio asse di rotazione coincidente con l’asse centrale X.

A solo titolo esemplificativo, lo stampo 15 può essere portato in rotazione con una velocità angolare W compresa vantaggiosamente fra circa 100 giri/min e circa 150 giri/min.

Secondo una possibile soluzione realizzativa lo stampo 15 può essere fatto traslare longitudinalmente, ossia parallelamente all’asse centrale X, come indicato dalla freccia FI, ad esempio ad una velocità di traslazione V compresa vantaggiosamente fra 7 m/min e circa 11 m/min.

Secondo una variante, non illustrata nei disegni, ma facilmente comprensibile per un esperto del ramo, lo stampo 15 ruota, ma non trasla longitudinalmente, mentre è lo scivolo 17 che viene traslato parallelamente all’asse centrale X verso l’interno dello stesso stampo 15. Contemporaneamente, mediante mezzi di distribuzione 17, quali uno scivolo, disposti nello stesso stampo 15, sulla superficie interna di quest’ultimo viene colato, come indicato dalla freccia F2, carburo di cromo allo stato fuso, proveniente da un crogiolo esterno, di tipo noto e non rappresentato nei disegni.

La temperatura del carburo di cromo in uscita dal crogiolo è compresa vantaggiosamente fra circa 2.100°C e circa 2.200°C, mentre la temperatura del carburo di cromo quando va a contatto con la superficie interna dello stampo 15 è compresa vantaggiosamente fra circa 1.950°C e circa 2.000°C.

Inoltre, per poter garantire il corretto compromesso tra fluidità del materiale colato, ossia del carburo di cromo, e mantenimento dello stato fluido e garantire così la corretta lavorabilità del materiale, è necessario mantenere lo stampo 15 ad una determinata temperatura, compresa vantaggiosamente fra circa 600°C e circa 700°C. Ciò viene ottenuto mediante idonei dispositivi di riscaldamento, di tipo noto e non rappresentati nei disegni.

Una volta realizzato il componente tubolare interno 11 come sopra descritto, viene eseguita una seconda fase del procedimento di lavorazione per realizzare l’elemento tubolare 10, la quale prevede di realizzare il componente tubolare esterno 12 mediante il noto metodo di lavorazione per avvolgimento, ma utilizzando vantaggiosamente il componente tubolare interno 11 come mandrino.

In particolare, il componente tubolare interno 11 viene fatto ruotare attorno al proprio asse centrale X (fig. 4), mentre in modo noto vengono disposte fibre 18, dopo che queste sono state impregnate di resina, per esempio di tipo epossidico. Nella fattispecie, un carrello 19 viene traslato alternativamente, da mezzi di traslazione alternativa di tipo noto, lungo un asse di traslazione XT, parallelo all’asse centrale X, da un’estremità all’altra del componente tubolare interno 11, in modo che le fibre di carbonio 18 si dispongano a elica e si sovrappongano poi a formare una pluralità di strati. Segue poi una fase di polimerizzazione della resina, di tipo noto, per l’indurimento della resina.

Durante la realizzazione del componente tubolare esterno 12 le fibre 18 avvolgono anche le eventuali parti 14 sporgenti radialmente delle flange di giunzione 13, rendendo ancora più solidale lo stesso componente tubolare esterno 12 al componente tubolare interno 11.

I vantaggi del presente trovato sono molteplici e almeno i seguenti. L’elemento tubolare 10 realizzato con il procedimento sopra descritto è decisamente più leggero rispetto ad un analogo elemento tubolare noto. Infatti il componente tubolare esterno 12 realizzato con fibre di carbonio è molto più leggero di un analogo componente tubolare esterno in metallo, ad esempio acciaio.

Il procedimento secondo il presente trovato permette di ottenere una elevata ripetibilità industriale, decisamente superiore a quella dei procedimenti noti, con conseguente maggiore affidabilità e stabilità del prodotto finale. Ad esempio, uno dei procedimenti noti, che prevede la mandrinatura e la successiva tempra, è invece affetto da tutta una serie di incertezze legate allo stato dei semilavorati, quali l’ovalizzazione e la curvatura, che vanno a discapito della qualità del prodotto finale.

Inoltre, la produttività che si può ottenere con il procedimento secondo il presente trovato è decisamente elevata, perché il procedimento è di tipo continuo e può essere quindi industrializzato per volumi decisamente elevati. Per contro la realizzazione di elementi tubolari con i procedimenti noti ha notevoli limiti di produttività e deve fare i conti anche con le fasi di attesa e con la necessaria presenza costante degli operatori.

Inoltre, il procedimento secondo il presente trovato è completamente automatizzabile, per cui esso permette di ridurre anche la presenza fisica degli operatori a vantaggio della sicurezza sul posto di lavoro.

E chiaro che all’elemento tubolare 10 per il trasporto di materiali abrasivi, in particolare calcestruzzo, e al procedimento per realizzarlo fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti e/o di fasi, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.

E anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad un solo esempio specifico di come può essere realizzato, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di elementi tubolari per il trasporto di materiali abrasivi, e dei relativi procedimenti per realizzarli, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni allegate e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la realizzazione di un elemento tubolare (10) per il trasferimento di materiali abrasivi quali calcestruzzo, materiali inerti, o simili, in cui detto elemento tubolare (10) comprende un componente tubolare interno (11) ed un componente tubolare esterno (12) a contatto fra loro e coassiali ad un asse centrale (X), caratterizzato dal fatto che comprende una prima fase in cui viene realizzato detto componente tubolare interno (11) in carburo di cromo, o altro materiale simile resistente all’usura, detta prima fase essendo realizzata mediante la tecnologia della centrifugazione, utilizzando uno stampo (15) sostanzialmente cilindrico e rotante attorno ad un proprio asse di rotazione coincidente con detto asse centrale (X), e colando carburo di cromo all’ interno di detto stampo (15), e che comprende una seconda fase, successiva a detta prima fase, in cui a contatto con la superficie esterna di detto componente tubolare interno (11) viene realizzato detto componente tubolare esterno (12) con materiale composito.
2. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che durante detta prima fase viene anche realizzata una flangia di giunzione (13) ad una, o entrambe, le estremità della parte centrale di detto componente tubolare interno (11).
3. Procedimento come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che durante detta prima fase in detta flangia di giunzione (13) vengono ottenute anche parti (14) sporgenti radialmente da detta flangia di giunzione (13), e che durante detta seconda fase filamenti di detto materiale composito vengono avvolti almeno in parte attorno a dette parti (14) sporgenti.
4. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto carburo di cromo è convogliato verso la superficie interna di detto stampo (15) mediante mezzi di distribuzione (17) mentre viene realizzata una traslazione relativa fra detto stampo (15) e detti mezzi di distribuzione (17) in una direzione parallela a detto asse di rotazione.
5. Procedimento come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta traslazione avviene ad una velocità di traslazione (V) è compresa fra circa 7m/min e circa 11 m/min.
6. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto stampo (15) viene portato in rotazione con una velocità angolare (W) compresa fra circa 100giri/min e circa 150giri/min.
7. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto materiale composito comprende fibre (18) impregnate di resina.
8. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta seconda fase viene realizzata mediante il metodo di lavorazione per avvolgimento, utilizzando detto componente tubolare interno (11) come mandrino per ravvolgimento di dette fibre.
9. Elemento tubolare (10) per il trasferimento di materiali abrasivi quali calcestruzzo, materiali inerti, o simili, comprendente un componente tubolare interno (11) ed un componente tubolare esterno (12) a contatto fra loro e coassiali ad un asse centrale (X), caratterizzato dal fatto che il materiale con cui è realizzato detto componente tubolare interno (11) è carburo di cromo, o altro materiale simile resistente all’usura, detto componente tubolare interno (11) essendo realizzato mediante la tecnologia della centrifugazione, utilizzando uno stampo (15) sostanzialmente cilindrico, e che detto componente tubolare esterno (12) è realizzato in materiale composito posto a contatto con la superfìcie esterna del componente tubolare interno (11).
10. Elemento tubolare come nella rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto materiale composito comprende fibre di carbonio (18) impregnate di resina.
11. Elemento tubolare come nella rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che la durezza di detto componente tubolare interno (11) è maggiore o uguale a 66HRC.