RU2257504C1

RU2257504C1 - Polymeric reinforced pipe and method of its making

Info

Publication number: RU2257504C1
Application number: RU2004117935/06A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Миланич (RU); В.Н. Миланич
Original assignee: Миланич Владимир Николаевич
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2005-07-27

Abstract

FIELD: pipeline engineering.

SUBSTANCE: polymeric reinforced pipe comprises grid frame made of longitudinal metallic rods and transverse rods made of high-module fibers or cords wound along the longitudinal rods. The grid frame in the polymeric unit has additional lateral layer made of metallic rods wound directly on the longitudinal metallic rods. The transverse reinforcing rods made of high-module fibers are wound to provide several mutually perpendicular layers and are housed in the polymeric unit from the outer side of the layer of the metallic transverse rods. The method comprises feeding the longitudinal metallic reinforcing rods to the mandrel, making the layer of transverse reinforce made of high-module fibers, and filling the frame with a polymer. The transverse reinforcing layer made of metallic rod is directly wound on the metallic longitudinal rods, the frame is filled with a polymer, and then several mutually perpendicular layers of the transverse rods are wound on the surface obtained. The polymer is poured again. The longitudinal metallic rods are fed to the mandrel until the cross-section of the pipe is defined.

EFFECT: enhanced strength.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области производства полимерных труб, армированных упрочняющим каркасом, предназначенных для сооружения трубопроводов, транспортирующих жидкие, газообразные среды и пульпы, обладающие химически агрессивными характеристиками при высоких давлениях и колебаниях температур.The invention relates to the production of polymer pipes reinforced with a reinforcing cage, designed for the construction of pipelines transporting liquid, gaseous media and pulps with chemically aggressive characteristics at high pressures and temperature fluctuations.

Известна пластмассовая 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, углубленных в наружную поверхность внутреннего слоя и внутреннюю поверхность наружного слоя термопластичного материала, при этом нити намотаны в два слоя во взаимно противоположных направлениях и образуют ромбовидные ячейки каркаса (Патент RU №2205318, MKИ⁷ F 16 L 9/12).Known plastic pipe containing the inner and outer layers of thermoplastic material and located between them a reinforcing filler of a polymer or mineral material, made in the form of continuous threads, recessed into the outer surface of the inner layer and the inner surface of the outer layer of thermoplastic material, while the threads are wound in two layer in mutually opposite directions and form diamond-shaped cells of the frame (Patent RU No. 2205318, MKI ⁷ F 16 L 9/12).

Недостатком этой трубы является невозможность восприятия высоких осевых нагрузок вследствие низкой жесткости ромбовидных ячеек каркаса.The disadvantage of this pipe is the inability to perceive high axial loads due to the low stiffness of the diamond-shaped cells of the frame.

Способ изготовления этой трубы (Патент RU №2205318, МКИ7 F 16 L 9/12) заключается в намотке на пластифицированную путем разогрева наружную поверхность внутреннего термопластичного слоя с натяжением по спиральным линиям в двух взаимно противоположных направлениях непрерывных нитей из полимерного или минерального материала, которые углубляются в наружную поверхность внутреннего термопластичного слоя, после чего наносят наружный термопластичный слой и выступающие части армирующих нитей углубляются во внутреннюю поверхность наружного слоя.A method of manufacturing this pipe (Patent RU No. 2205318, MKI7 F 16 L 9/12) consists of winding onto the outer surface of the inner thermoplastic layer plasticized by heating by tensioning along spiral lines in two mutually opposite directions of continuous threads of a polymer or mineral material that deepen into the outer surface of the inner thermoplastic layer, after which the outer thermoplastic layer is applied and the protruding parts of the reinforcing threads are deepened into the inner surface of the outer layer.

Недостатком этого способа изготовления пластмассовой армированной трубы является невозможность получения трубы с высокой восприимчивостью осевых нагрузок.The disadvantage of this method of manufacturing a plastic reinforced pipe is the inability to obtain pipes with high susceptibility to axial loads.

Известна труба, преимущественно из полимерных материалов, содержащая усилитель прочности в виде металлического сетчатого каркаса из продольных и навитых на них поперечных стержней арматуры, скрепленных в точках их пересечения (Патент RU №2056571, МКИ6 F 16 L 9/12).A known tube, mainly made of polymeric materials, containing a strength enhancer in the form of a metal mesh frame of longitudinal and twisted transverse reinforcement rods fastened at the points of intersection (Patent RU No. 2056571, MKI6 F 16 L 9/12).

Недостатком этой трубы является недостаточно высокая нагрузочная способность для труб большого диаметра, ограниченная сечением поперечных стержней арматуры, которое не может быть увеличено из-за малого радиуса изгиба, определяемого диаметром трубы, при этом шаг навивки поперечных стержней арматуры не может быть уменьшен с целью повышения прочности из-за необходимости обеспечения надежного проникновения расплавленного полимера через ячейки каркаса. Кроме этого, такая труба имеет большую массовую характеристику и высокую жесткость, что препятствует прокладке трубопровода по пересеченной местности или с отклонениями от прямолинейности без применения отклоняющих устройств (фитингов).The disadvantage of this pipe is the insufficiently high load capacity for pipes of large diameter, limited by the cross-section of the transverse reinforcement rods, which cannot be increased due to the small bending radius determined by the diameter of the pipe, while the step of winding the transverse reinforcement rods cannot be reduced in order to increase strength due to the need to ensure reliable penetration of the molten polymer through the cell frame. In addition, such a pipe has a large mass characteristic and high rigidity, which prevents the pipeline from laying over rough terrain or with deviations from straightness without the use of deflecting devices (fittings).

Способ изготовления этой трубы (Патент RU №2056571, МКИ6 F 16 L 9/12) включает размещение продольных стержней арматуры на оправке, навивку на них стержней поперечной арматуры, скрепление их в точках пересечения, например, сваркой и заливку образованного каркаса в монолитный блок полимера.A method of manufacturing this pipe (Patent RU No. 2056571, MKI6 F 16 L 9/12) involves placing longitudinal reinforcement rods on a mandrel, winding transverse reinforcement rods on them, fastening them at intersection points, for example, by welding and pouring the formed frame into a monolithic polymer block .

Недостатком этого способа изготовления полимерной армированной трубы является невозможность получения труб большого диаметра с высокой нагрузочной способностью.The disadvantage of this method of manufacturing a polymer reinforced pipe is the inability to obtain large diameter pipes with high load capacity.

Известна полимерная армированная труба (Патент RU №2220354, МКИ7 F 16 L 9/12), принятая в качестве прототипа, содержащая размещенный в блоке монолитного полимера усилитель прочности в виде сетчатого каркаса, состоящего из продольных металлических и навитых на них в один слой поперечных стержней арматуры из неметаллического материала, например из высокомодульных волокон или жгутов, зафиксированных относительно друг друга в точках их пересечения.A known polymer reinforced pipe (Patent RU No. 2220354, MKI7 F 16 L 9/12), adopted as a prototype, containing a strength amplifier located in a block of a monolithic polymer in the form of a mesh frame, consisting of longitudinal metal and transverse rods wound on them in one layer reinforcement made of non-metallic material, for example, of high modulus fibers or bundles fixed relative to each other at their intersection points.

Выполнение поперечных стержней арматуры из высокомодульных волокон или жгутов, которые при малом сечении обладают значительной прочностью, позволяет обеспечить высокую нагрузочную способность трубы большого диаметра, однако появляется неравномерность в восприятии осевых и радиальных нагрузок, так как слой поперечной неметаллической арматуры хорошо воспринимает радиальные нагрузки и не воспринимает осевые, а поскольку слой неметаллической поперечной арматуры контактирует с металлическими стержнями продольной арматуры, то осевые нагрузки передаются и на него. Кроме этого, поперечная устойчивость сечения трубы получается невысокой, так как высокомодульные волокна при значительной прочности имеют малую жесткость.The implementation of the transverse reinforcement rods of high-modulus fibers or bundles, which at a small cross section have significant strength, allows for high loading capacity of large diameter pipes, but there is unevenness in the perception of axial and radial loads, since the layer of transverse non-metallic reinforcement perceives radial loads well and does not perceive axial, and since the layer of non-metallic transverse reinforcement is in contact with the metal rods of the longitudinal reinforcement, the axial Loading the passed on him. In addition, the transverse stability of the pipe section is not high, since high-modulus fibers with considerable strength have low stiffness.

Способ изготовления этой трубы (Патент RU №2220354, МКИ7 F 16 L 9/12), принятый в качестве прототипа, включает подачу на оправку продольных стержней арматуры, навивку с натяжением на продольные стержни арматуры продольных стержней из высокомодульных волокон, фиксацию стержней арматуры относительно друг друга в точках их пересечения посредством лунок с наружной поверхности продольных стержней и последующую заливку полимером, причем подача на оправку продольных стержней осуществляется вытягиванием за конец уже сформированной трубы.A method of manufacturing this pipe (Patent RU No. 2220354, MKI7 F 16 L 9/12), adopted as a prototype, includes feeding longitudinal reinforcing rods to the mandrel, winding longitudinal rods from high modulus fibers onto the reinforcing longitudinal bars, fixing the reinforcing bars relative to each other each other at the points of their intersection by means of holes from the outer surface of the longitudinal rods and subsequent pouring with polymer, and feeding to the mandrel of the longitudinal rods is carried out by pulling the end of the already formed pipe.

Недостатком этого способа является невозможность получения трубы большого диаметра с высокой нагрузочной способностью равнопрочной как в осевом, так и в радиальном направлении. Кроме этого, к недостаткам следует отнести наличие действия вытягивания сформированной трубы, которое приводит к деформации формы сечения трубы, так как при большом диаметре трубы и, соответственно, увеличенном диаметре продольных стержней, тянущие усилия существенно возрастают, а сечение трубы имеет невысокую устойчивость в силу описанных выше конструктивных недостатков.The disadvantage of this method is the inability to obtain a large diameter pipe with a high load capacity of equal strength in both axial and radial directions. In addition, the drawbacks include the action of pulling the formed pipe, which leads to deformation of the shape of the pipe section, since with a large diameter pipe and, accordingly, an increased diameter of the longitudinal rods, the pulling forces increase significantly, and the pipe section has a low stability due to the described above design flaws.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении прочности в радиальном направлении полимерных армированных труб с поперечной арматурой из высокомодульных волокон, а также в повышении устойчивости поперечного сечения таких труб большого диаметра.The problem solved by the invention is to increase the strength in the radial direction of polymer reinforced pipes with transverse reinforcement of high modulus fibers, as well as to increase the stability of the cross section of such pipes of large diameter.

Решение задачи изобретением в части способа изготовления полимерной армированной трубы заключается в обеспечении возможности получения равнопрочных полимерных труб с поперечной арматурой из высокомодульных волокон и с устойчивым поперечным сечением, особенно труб большого диаметра.The solution of the problem by the invention in terms of a method of manufacturing a polymer reinforced pipe is to provide the possibility of obtaining equal strength polymer pipes with transverse reinforcement of high modulus fibers and with a stable cross section, especially pipes of large diameter.

Эта задача решается следующим образом.This problem is solved as follows.

В известной полимерной армированной трубе, содержащей усилитель прочности в виде сетчатого каркаса из продольных металлических и навитых по их длине поперечных стержней арматуры из высокомодульных волокон или жгутов, размещенный в блоке полимера, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ сетчатый каркас имеет дополнительный поперечный слой из металлических стержней арматуры, навитых непосредственно на продольные металлические стержни, а поперечные стержни арматуры из высокомодульных волокон навиты в несколько взаимно перекрещивающихся слоев и размещены в блоке полимера с внешней стороны металлических поперечных стержней.In the known polymer reinforced pipe containing a strength enhancer in the form of a mesh frame made of longitudinal metal and transverse reinforcement rods of high modulus fibers or bundles wound along their length, located in the polymer block, ACCORDING TO THE INVENTION, the mesh frame has an additional transverse layer of reinforcing metal rods directly wound on longitudinal metal rods, and the transverse reinforcement rods of high-modulus fibers are wound into several mutually overlapping layers and placed us polymer block on the outer side of transverse metal rods.

В известном способе изготовления полимерной трубы, включающем подачу на оправку продольных металлических стержней арматуры, формирование слоя поперечной арматуры из высокомодульных волокон и последующую заливку полимером, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ непосредственно на металлические продольные стержни арматуры навивают поперечный слой арматуры из металлических стержней, осуществляют заливку расплавом полимера, затем на образованную полимерную поверхность навивают несколько взаимно перекрещивающихся слоев поперечных стержней арматуры из высокомодульных волокон и вновь осуществляют заливку расплавом полимера, при этом подачу на оправку продольных металлических стержней арматуры производят путем принудительного вталкивания до формирования сечения трубы.In a known method for manufacturing a polymer pipe, comprising supplying longitudinal reinforcing metal rods to the mandrel, forming a transverse reinforcing layer of high modulus fibers and then pouring with polymer, ACCORDING TO THE INVENTION Directly reinforcing the transverse reinforcing metal reinforcing rods from metal rods according to the INVENTION, and pouring polymer melt, then several mutually intersecting layers of transverse reinforcement rods are wound onto the formed polymer surface of high-modulus fibers and again carry out the melt pouring of the polymer, while the filing on the mandrel of the longitudinal metal rods of the reinforcement is produced by forced pushing until the cross section of the pipe.

На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемой трубы.Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed pipe.

На фиг.2 изображен поперечный разрез предлагаемой трубы.Figure 2 shows a cross section of the proposed pipe.

Полимерная армированная труба содержит усилитель прочности в виде сетчатого каркаса из продольных металлических стержней 1 и навитых на них поперечных металлических стержней 2, скрепленных в местах их пересечения, например, сваркой 3. С зазором относительно поперечных металлических стержней 2 с их внешней стороны размещены поперечные стержни арматуры 4 из высокомодульных волокон или жгутов, навитые вдоль металлических стержней 1 минимум в два взаимно перекрещивающихся слоя.The reinforced polymer pipe contains a strength enhancer in the form of a mesh frame of longitudinal metal rods 1 and transverse metal rods 2 wound around them, fastened at their intersections, for example, by welding 3. With a gap relative to the transverse metal rods 2, transverse reinforcement rods are placed on their outer side 4 of high modulus fibers or bundles wound along metal rods 1 in at least two mutually intersecting layers.

Образованный двухкомпонентный усилитель прочности помещен в блок полимера 5, 6.The formed two-component strength amplifier is placed in the polymer block 5, 6.

При транспортировании жидких и газообразных сред под высоким давлением по такой трубе происходит следующее распределение осевых и радиальных нагрузок. Осевые усилия воспринимаются стержнями 1 продольной металлической арматуры, поперечные металлические стержни 2 частично воспринимают радиальные нагрузки и в силу своей жесткости придают устойчивость форме сечения трубы. Поперечные стержни 4 из высокомодульных волокон или жгутов, размещенные с зазором относительно металлических поперечных стержней 2, практически разгружены от осевых усилий, которые они плохо воспринимают, и в полной мере воспринимают радиальные нагрузки. Таким образом, труба имеет равную нагрузочную способность как в осевом, так и в радиальном направлениях при устойчивой форме сечения, что наиболее важно при большом диаметре трубы.When transporting liquid and gaseous media under high pressure through such a pipe, the following distribution of axial and radial loads occurs. Axial forces are perceived by the rods 1 of the longitudinal metal reinforcement, the transverse metal rods 2 partially absorb radial loads and, due to their rigidity, give stability to the shape of the pipe section. The transverse rods 4 of high-modulus fibers or bundles, placed with a gap relative to the metal transverse rods 2, are practically unloaded from axial forces, which they poorly perceive, and fully absorb radial loads. Thus, the pipe has equal load capacity in both axial and radial directions with a stable cross-sectional shape, which is most important with a large pipe diameter.

Способ изготовления полимерной армированной трубы включает подачу металлических продольных стержней арматуры 1 на оправку(на чертеже не показано) путем принудительного вталкивания, причем подача осуществляется путем принудительного вталкивания отдельных стержней арматуры до формирования сетчатого каркаса, что обеспечивает возможность использования продольных стержней высокой жесткости при изготовлении труб большого диаметра. Затем на продольные металлические стержни 1 навивают металлические продольные стержни 2 и скрепляют их в местах пересечения с продольными стержнями 1, например, сваркой 3. После этого осуществляют заливку образованного сетчатого каркаса расплавом полимера 5, на образованную полимерную поверхность навивают несколько взаимно перекрещивающихся слоев поперечных стержней арматуры 4 из высокомодульных волокон или жгутов (минимум два слоя) и осуществляют заливку расплавом полимера 6. Внутреннюю поверхность трубы формируют на водоохлаждаемом дорне, а внешнюю - в формирующей втулке. Разрезку трубы на мерные длины производят после ее охлаждения на выходном рольганге.A method of manufacturing a polymer reinforced pipe includes feeding metal longitudinal rods of the reinforcement 1 to the mandrel (not shown in the drawing) by forced pushing, and feeding is carried out by forcing individual reinforcing rods to form a mesh frame, which makes it possible to use longitudinal stiff rods of high stiffness in the manufacture of large pipes diameter. Then, metal longitudinal rods 2 are wound onto longitudinal metal rods 1 and fastened at the points of intersection with longitudinal rods 1, for example, by welding 3. After this, the formed mesh frame is filled with polymer melt 5, several mutually intersecting layers of transverse reinforcement rods are wound onto the formed polymer surface 4 of high modulus fibers or bundles (at least two layers) and carry out the melt pouring of polymer 6. The inner surface of the pipe is formed on a water-cooled Orne and external - in forming the hub. The pipe is cut into measured lengths after it is cooled on the output roller table.

Claims

1. A polymer reinforced pipe containing a strength enhancer in the form of a mesh frame made of longitudinal metal and transverse reinforcement rods of high modulus fibers or bundles wound along their length, located in a polymer block, characterized in that the mesh frame has an additional transverse layer of metal reinforcement rods, wound directly on the longitudinal metal rods, and the transverse reinforcement rods of high modulus fibers are wound into several mutually intersecting layers and are placed in the block polymer on the outside of the layer of metal transverse rods.

2. A method of manufacturing a polymer pipe, comprising supplying to the mandrel longitudinal metal reinforcing rods, forming a layer of transverse reinforcement from high modulus fibers and then pouring it with polymer, characterized in that the transverse reinforcing layer of metal rods is wound directly onto the metal longitudinal reinforcing rods of the reinforcing bars, the polymer melt is filled then several mutually intersecting layers of transverse reinforcing bars of high muzzle fibers and again carry out the pouring of the polymer melt, while feeding on the mandrel longitudinal metal rods of the reinforcement is produced by forced pushing to form a pipe section.