RU171221U1 - Гибкая труба из полимерного композиционного материала - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к гибким полимерным трубам, которые могут быть использованы в наружных тепловых сетях коммунальных и промышленных предприятий для транспортировки теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения, а также для применения в прочих системах транспортировки жидких сред с аналогичными параметрами эксплуатации. В гибкой трубе из полимерного композиционного материала полимерная матрица композита выполнена из поперечно сшитого полиэтилена, а наполнитель - в виде внедренной внутрь матрицы объемной армирующей системы из высокопрочных непрерывных нитей из арамидного волокна, выполненной в виде комбинации продольных и расположенных под углом друг к другу и к оси трубы нитей, образующих несколько переплетенных спиралей. При производстве и эксплуатации полезной модели улучшаются физико-механические свойства труб, а именно, стойкость к внутреннему давлению, термической стабильности при действии внутреннего давления, уменьшение степени изменения длины при нагреве, уменьшение минимального радиуса изгиба при монтаже. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к гибким полимерным трубам, которые могут быть использованы в наружных тепловых сетях коммунальных и промышленных предприятий для транспортировки теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения, а также для применения в прочих системах транспортировки жидких сред с аналогичными параметрами эксплуатации.

Для решения задачи транспортировки теплоносителя с температурой до 115°С наибольшее распространение получили следующие конструкции полимерных труб - однослойные трубы из сшитого полиэтилена (РЕХ) или полиэтилена повышенной термостойкости (PERT) и многослойные конструкции с армирующей системой из непрерывных нитей.

Основным требованием к таким трубам является обеспечение соответствия заданным параметрам эксплуатации трубопроводов (температура теплоносителя до 115°С, давление 1 МПа) в течение длительного срока - не менее 50 лет.

Указанные температурные параметры применяемых в настоящее время конструкций труб достигаются за счет использования термостойких полимеров, а необходимая прочность - за счет увеличения толщины стенки трубы или добавления дополнительных слоев с армирующими нитями. Прочие элементы указанных конструкций, такие как антидиффузионный барьер, адгезионный слой, внешний защитный слой, слой теплоизоляции и т.п., выполняют вспомогательные функции и не определяют основные параметры - температуру и давление, и срок эксплуатации.

Базовой конструкцией гибкой полимерной трубы при существующем уровне техники является однослойная труба из поперечно-сшитого полиэтилена. Подобная конструкция в настоящее время широко применяется в системах тепло и водоснабжения, преимущественно для горячего водоснабжения, в системах «теплый пол» и т.п.

К недостаткам конструкции можно отнести то, что при требуемом уровне длительной прочности в процессе эксплуатации необходимо увеличение толщины стенки трубы, по сравнению, например, с металлическими трубами, что в свою очередь вызывает снижение ее пропускной способности при одинаковых внешних диаметрах. Дальнейшее развитие было связано с появлением многослойных конструкций.

Известна полимерная армированная труба, содержащая внутренний и наружный слои из термопластичного материала и расположенный между ними армирующий наполнитель из полимерного или минерального материала, выполненный в виде непрерывных нитей, при этом нити армирующего наполнителя углублены в наружную поверхность внутреннего слоя и внутреннюю поверхность наружного слоя (патент RU №2205318, кл. F16L 9/12).

Известна многослойная армированная полимерная труба, включающая основной слой, по меньшей мере, один армирующий слой, клеевой слой и защитный слой, причем клеевой слой выполнен из материала, не обладающего адгезией к материалу армирующего слоя, и образует каналы для обратимого перемещения нитей армирующего слоя (патент RU №2457388, кл. F16L9/12).

Упомянутые многослойные конструкции полимерных труб с армирующим слоем, несомненно, обладают рядом преимуществ по сравнению с однослойными трубами без армирования, например, увеличение пропускной способности, повышение гибкости, что является важным при транспортировке и монтаже, снижение веса конструкции и т.д. В то же время имеются значительные недостатки, непосредственно связанные с многослойностью трубы, в частности, следующие.

Нанесение нескольких дополнительных слоев различных полимеров на основную трубу из сшитого полиэтилена (РЕХ), которые скреплены между собой за счет адгезии, происходит в несколько стадий. Это усложняет процесс изготовления и приводит к необходимости контроля большого количества параметров оборудования производственных линий.

В многослойной конструкции при эксплуатации нагрузку от давления и температуры воспринимает только несущий (РЕХ) и армирующий слой, а остальные слои являются вспомогательными и увеличивают толщину стенки трубы, что уменьшает гибкость конструкции, увеличивают внешний диаметр и повышают себестоимость конструкции за счет затрат на материалы на дополнительные слои.

При монтаже трубопроводов для соединения труб из сшитого полиэтилена, в том числе многослойных, в качестве соединительных деталей используются пресс-фитинги, состоящие из штуцера и обжимной (надвижной) гильзы. Фиксация фитинга на трубе осуществляется за счет силы трения между внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью штуцера. При установке гильзы возникает сжимающее усилие на материал стенки многослойной трубы в радиальном направлении, приводящее к упругой деформации стенки трубы и надежной фиксации по отношению к сдвигу в осевом направлении. Такой способ установки фитинга требует сохранения упругих свойств материала трубы в течение всего срока эксплуатации. Однако применяемые в многослойных конструкциях материалы для адгезионного, защитного и прочих вспомогательных слоев являются термопластами с пониженной температурой вязкой текучести и менее термостойкими под воздействием сжимающих усилий при температуре эксплуатации. Как показывает практика тестовых испытаний многослойных конструкций на предельные параметры, разрыв трубы происходит в зоне, непосредственно прилегающей к фитингу. Предотвращение возможного сдвига слоев относительно друг друга в осевом направлении и ускоренная термодеструкция материалов вспомогательных слоев требует применения значительно более сложных и дорогих конструкций фитингов.

Для многослойных конструкций с так называемой подвижной армирующей системой (RU №2457388, МПК F16L 9/12) возможно механическое разрушение адгезионного (клеевого) и защитного слоя из-за значительного различия в коэффициентах линейного теплового расширения термопластов, применяемых в качестве адгезионного и защитного слоев, и нитей армирующей системы. Данная конструкция предусматривает возможное движение нитей армирующей системы в каналах внутри клеевого слоя из-за отсутствия адгезии между данными материалами при тепловой деформации. С учетом особенности эксплуатации при многократных повторениях циклов «нагрев-охлаждение» движение нитей в каналах может приводить либо к расширению каналов, особенно при спиральной намотке нитей, и фактическому уменьшению площади адгезии, то есть разрушению клеевого слоя, либо к продольному смещению на торцах всего армирующего слоя относительно остальных элементов конструкции. Последнее является критическим для надежности соединения полимерной трубы с соединительными деталями и требует проведения отдельных испытаний на термоцикличность.

Технической проблемой является сохранение преимуществ и устранение недостатков упомянутых конструкций гибких полимерных труб, выпускаемых при современном уровне техники.

Техническим результатом при использовании заявленной полезной модели является достижение требуемых параметров эксплуатации при упрощении и удешевлении конструкции полимерной трубы, соответственно повышение ее надежности.

Проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в гибкой трубе из полимерного композиционного материала полимерная матрица композиционного материала выполнена из поперечно сшитого полиэтилена, а наполнитель - в виде внедренной внутрь матрицы объемной армирующей системы из высокопрочных непрерывных нитей из арамидного волокна, выполненной в виде комбинации продольных и расположенных под углом друг к другу и к оси трубы нитей, образующих несколько переплетенных спиралей. Труба может быть снабжена наружной гофрированной теплогидроизоляцией из ячеистого полимера из пенополиуретана или пенополиэтилена высокой плотности. Труба может быть снабжена кислородно-защитным барьерным слоем из полимерной пленки и содержать гофрированную наружную защитную оболочку из полиэтилена или сополимеров этилена.

Нити могут находиться на разной глубине материала трубы от ее поверхности, образуя объемную армирующую систему.

Армирующие нити внедряются в трубу непосредственно в процессе ее первичного формования (экструзии).

На фиг. 1 и на фиг. 2 приведено схематичное изображение гибкой трубы из полимерного композиционного материала

Применение в качестве матрицы композиционного материала поперечно-сшитого полиэтилена (РЕХ) объемная фиксация армирующей системы вплоть до термодеструкции гарантируется свойствами примеряемого полимера, который является реактопластом и не обладает термопластичностью.

При производстве и эксплуатации данной конструкции улучшаются физико-механических свойств труб, а именно стойкости к внутреннему давлению, термической стабильности при действии внутреннего давления, уменьшение степени изменения длины при нагреве, уменьшение минимального радиуса изгиба при монтаже.

При заданных параметрах эксплуатации возможно уменьшение толщины стенки, то есть увеличение внутреннего проходного диаметра и/или уменьшение внешнего диаметра трубы.

Дополнительным преимуществом данной конструкции можно также считать:

1. Упрощение производства за счет сокращения количества технологических процессов и параметров контроля.

2. Отсутствие в конструкции слабых мест, в том числе из-за ускоренной термодеструкции в области фитингов.

3. Упрощение конструкции применяемых фитингов, уменьшение материалоемкости и сложности их изготовления.

В случае необходимости, связанной с конкретной областью применения и условиями эксплуатации, описанная базовая конструкция может быть дополнена дополнительными внешними слоями и системами, например, антидиффузионным (антикислородным) барьером, теплоизоляционным слоем, системой обогрева трубопровода (греющий кабель), системой оперативного дистанционного контроля теплоизоляции (ОДК), дополнительной армирующей системой.

Claims (8)

1. Гибкая труба из полимерного композиционного материала, отличающаяся тем, что полимерная матрица композиционного материала выполнена из поперечно сшитого полиэтилена, а наполнитель - в виде внедренной внутрь матрицы объемной армирующей системы из высокопрочных непрерывных нитей из арамидного волокна, выполненной в виде комбинации продольных и расположенных под углом друг к другу и к оси трубы нитей, образующих несколько переплетенных спиралей.

2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена наружной теплогидроизоляцией.

3. Труба по п. 1, отличающаяся тем, теплогидроизоляция выполнена гофрированной.

4. Труба по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве теплогидроизоляции использован ячеистый полимер из пенополиуретана или пенополиэтилена высокой плотности.

5. Труба по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена кислородно-защитным барьерным слоем из полимерной пленки.

6. Труба по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит наружную защитную оболочку.

7. Труба по п. 5, отличающаяся тем, что наружная защитная оболочка выполнена из полиэтилена или сополимеров этилена.

8. Труба по п. 6, отличающаяся тем, что наружная оболочка выполнена гофрированной.

Images