RU2333412C1

RU2333412C1 - Pipe or capacity

Info

Publication number: RU2333412C1
Application number: RU2007103572/06A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Кургузов; Николай Александрович Ворошилов
Original assignee: Вячеслав Николаевич Кургузов
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-09-10

Abstract

FIELD: constructional engineering.

SUBSTANCE: invention refers to manufacture of pipes. The pipe or capacity has layered vessel made of composite material based on organic and/or inorganic binder containing main wall of certain diameter and subsequent layers consisting of coil-shaped hollow stiffening rings separated by solid partitionwall along pipe or capacity axis. Coil of the first row rings is wound on solid partitionwall separating it from the previous layer left to right, and of the second row - right to left to form generally cellular structure of the case.

EFFECT: increased stiffening rings of pipe or capacity at insignificantly increased weight.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области производства труб или емкостей из композиционных материалов методом намотки с использованием как органических, так и неорганических связующих, при эксплуатации которых требуется повышенная кольцевая жесткость.The invention relates to the field of production of pipes or containers from composite materials by winding using both organic and inorganic binders, the operation of which requires increased ring stiffness.

Из уровня техники известна несущая труба-оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов, имеющая реберно-ячеистый каркас из повторяющихся по толщине его стенки слоев систем перекрещивающихся спиральных и кольцевых лент с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий и внешние защитные слои, выполненные из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим (пат. RU №211120 С1, МПК 6 В29С 53/56, 20.05.1998).The carrier tube-shell in the form of a body of revolution made of composite materials is known from the prior art, having a rib-honeycomb frame of layers of systems of intersecting spiral and annular ribbons repeating over the thickness of its wall with the formation of stiffeners with crosshairs and outer protective layers made of unidirectional threads bonded with a polymeric binder (US Pat. RU No. 21120 C1, IPC 6 В29С 53/56, 05.20.1998).

Известна труба, представляющая собой оболочечную конструкцию, которая может быть использована в транспортных конструкциях типа контейнеров и состоящая из многослойного корпуса, выполненного из стеклопластика и продольных направляющих профильных элементов, установленных на внутренней поверхности корпуса (заявка RU 93030274, МПК 6 F16L 9/12, 27.06.1995).Known pipe, which is a shell structure, which can be used in transport structures such as containers and consisting of a multilayer body made of fiberglass and longitudinal guide profile elements mounted on the inner surface of the body (application RU 93030274, IPC 6 F16L 9/12, 27.06 .1995).

Наиболее близким к изобретению является трубопровод или емкость для транспортировки, соответственно для хранения криогенных сред и способ изготовления такого трубопровода или такой емкости, состоящей из многослойной конструкции, в которой, по меньшей мере, один слой выполнен из нитей, заделанных в скрепляющую их между собой термически отвержденную смолу. Волокна представляют собой углеродные или стеклянные волокна (заявка RU 2003112607, МПК 7 F17D 1/00, 10.11.2004) - прототип.Closest to the invention is a pipeline or tank for transportation, respectively, for storage of cryogenic media, and a method for manufacturing such a pipeline or such tank, consisting of a multilayer structure in which at least one layer is made of threads embedded in thermally bonding them cured resin. The fibers are carbon or glass fibers (application RU 2003112607, IPC 7 F17D 1/00, 11/10/2004) - prototype.

Недостатком известных из упомянутых выше источников информации технических решений является: низкая кольцевая жесткость, что ограничивает область их применения, а также высокая сложность при изготовлении, что для массового производства не рентабельно. Кольцевая жесткость трубы или емкости, согласно расчетной формуле, находится в квадратичной зависимости от толщины стенки и высоты ребра жесткости. Однако увеличение толщины стенки самой трубы или емкости, а также высоты ребра жесткости приводит к резкому увеличению веса трубы или емкости, что отрицательно влияет на стоимостные характеристики трубы или емкости.A disadvantage of technical solutions known from the above sources of information is: low ring stiffness, which limits their scope, as well as high complexity in manufacturing, which is not cost-effective for mass production. The ring stiffness of the pipe or tank, according to the calculation formula, is in quadratic dependence on the wall thickness and the height of the stiffener. However, an increase in the wall thickness of the pipe or tank itself, as well as the height of the stiffener, leads to a sharp increase in the weight of the pipe or tank, which negatively affects the cost characteristics of the pipe or tank.

Техническим результатом, на который направлено настоящее изобретение, является (резкое, многократное, в 10 раз и более) повышение кольцевой жесткости с увеличением веса трубы или емкости, изготавливаемых методом намотки, всего лишь на 10-20%.The technical result to which the present invention is directed is (a sharp, multiple, 10 times or more) increase in ring stiffness with an increase in the weight of the pipe or container made by winding, by only 10-20%.

Указанный технический результат достигается тем, что труба или емкость имеет многослойный ячеистый корпус из композиционного материала на основе органического и/или неорганического связующего, содержащий основную стенку определенного диаметра и слои из полых кольцевых ребер жесткости, намотанных в виде спирали, отделенные один от другого сплошной перегородкой, уложенной на спираль вдоль оси трубы или емкости, при этом спираль первого ряда ребер намотана на сплошную перегородку, отделяющую его от предыдущего слоя слева направо, а второго ряда - справа налево с образованием, в целом, ячеистой структуры корпуса.The specified technical result is achieved in that the pipe or container has a multilayer cellular body made of a composite material based on an organic and / or inorganic binder, containing a main wall of a certain diameter and layers of hollow annular stiffeners wound in a spiral, separated from one another by a solid partition laid on a spiral along the axis of the pipe or tank, while the spiral of the first row of ribs is wound on a solid partition that separates it from the previous layer from left to right, and the second second row - right to education, in general, the cellular structure of the body.

Труба или емкость, имеющая также многослойный корпус, в которой основная стенка или часть ее изготовлена из композиционного материала на основе неорганического связующего, а полые кольцевые ребра жесткости и сплошные перегородки изготовлены из композиционного материала на основе органического связующего. Труба или емкость, имеющая также многослойный корпус, в которой пространство между полыми кольцевыми ребрами жесткости заполнено теплозащитным материалом или бетоном.A pipe or tank, also having a multilayer body, in which the main wall or part of it is made of a composite material based on an inorganic binder, and the hollow annular stiffeners and solid partitions are made of a composite material based on an organic binder. A pipe or tank, also having a multilayer body, in which the space between the hollow annular stiffeners is filled with heat-shielding material or concrete.

На чертеже приведен продольный разрез трубы или емкости. Труба или емкость имеет многослойный корпус из композиционного материала на основе органических и/или неорганических связующих, состоящий из основной стенки 1 при определенном диаметре D, кольцевых полых ребер 2 жесткости и сплошных перегородок 3. Спираль первого ряда ребер 2 намотана на сплошную перегородку 3, отделяющую его от предыдущего слоя слева направо, а второго ряда - справа налево с образованием, в целом, ячеистой структуры корпуса.The drawing shows a longitudinal section of a pipe or tank. The pipe or container has a multilayer casing made of composite material based on organic and / or inorganic binders, consisting of a main wall 1 with a certain diameter D, annular hollow stiffeners 2 and solid partitions 3. The spiral of the first row of ribs 2 is wound on a solid partition 3, separating it from the previous layer from left to right, and the second row - from right to left with the formation, in general, of the honeycomb structure of the body.

Трубу или емкость изготавливают следующим образом.The pipe or tank is made as follows.

На подготовленный дорн ⌀1200 мм и длиной 3 м проводят намотку стеклянной ткани марки НПГ-210 в виде ленты шириной 200 мм, предварительно пропитанной фенольной смолой марки СФЖ-309. Осуществляют намотку 12 слоев. Затем наносят герметик в виде сырой каландрованной резины толщиной 0,8 мм в один слой. После этого наматывают 2 слоя стеклянной ленты аналогично намотке предыдущих 12 слоев. Это есть основная стенка 1 корпуса трубы или емкости. По завершении этой операции наматывают металлический профиль высотой 34 мм и шириной 10 мм. Металлический профиль служит формой для создания полых кольцевых стеклопластиковых ребер жесткости 2 . Металлический профиль наматывают спиралью в направлении слева направо с шагом 100 мм. Затем на металлический профиль-форму укладывают намоткой 7 слоев стеклянной ленты НПГ-210 шириной 140 мм, предварительно пропитанной фенольной смолой марки СФЖ-309.On a prepared mandrel of ⌀1200 mm and a length of 3 m, a glass cloth of the NPG-210 brand is winded in the form of a tape 200 mm wide, previously impregnated with a phenolic resin of the SFZh-309 brand. 12 layers are wound. Then apply sealant in the form of crude calendared rubber with a thickness of 0.8 mm in a single layer. After that, 2 layers of glass tape are wound in the same way as winding the previous 12 layers. This is the main wall 1 of the pipe body or tank. At the end of this operation, a metal profile is wound with a height of 34 mm and a width of 10 mm. The metal profile serves as a form for creating hollow annular fiberglass reinforcing ribs 2 . The metal profile is wound in a spiral from left to right in increments of 100 mm. Then, 7 layers of a glass tape NPG-210 with a width of 140 mm, previously impregnated with phenolic resin of the brand SFZh-309, are laid on a metal profile form.

В дальнейшем полученную методом намотки спираль первого ряда полых ребер жесткости закрывают вдоль оси дорна сплошной перегородкой 3, состоящей из 3-х слоев стеклоткани марки НПГ-210 в виде ленты шириной 200 мм, предварительно пропитанной фенольной смолой СФЖ-309. Далее проводят намотку спирали 2-го ряда металлического профиля-формы и укладкой на него 7 слоев стеклоткани марки НПГ-210 аналогично намотке спирали 1-го ряда полых ребер жесткости с той лишь разницей, что намотку спирали 2-го ряда ведут в направлении оси дорна справа налево. Затем закрывают спираль 2-го ряда полых ребер жесткости 2 сплошной перегородкой 3 аналогично закрытию спирали 1-го ряда и т.д., изготавливают столько слоев, сколько необходимо для того или иного изделия.Subsequently, the spiral of the first row of hollow stiffeners obtained by winding is closed along the mandrel axis with a solid partition 3, consisting of 3 layers of NPG-210 fiberglass in the form of a tape 200 mm wide, previously impregnated with SFZh-309 phenolic resin. Next, winding a spiral of the 2nd row of a metal profile-shape and laying on it 7 layers of fiberglass grade NPG-210 is similar to winding a spiral of the 1st row of hollow stiffeners with the only difference being that the spiral of the 2nd row is wound in the direction of the axis of the mandrel from right to left. Then, the spiral of the 2nd row of hollow stiffeners 2 is closed with a solid partition 3, similarly to the closure of the spiral of the 1st row, etc., as many layers are made as necessary for this or that product.

Завершающей операцией намотки является намотка полипропиленовой ткани шириной 200 мм с целью выполнения функции дренажа избытка смолы и обжима-сдавливания наружной перегородки трубы в процессе усадки полипропиленовой ткани после помещения дорна с намотанной трубой в камеру отверждения на 1,5 часа при температуре 160÷165°С. После окончания процесса отверждения смолы дорн с намотанной трубой выгружают из камеры и снимают готовую трубу с дорна.The final winding operation is the winding of a polypropylene fabric 200 mm wide in order to perform the function of draining excess resin and squeezing-squeezing the outer wall of the pipe during shrinkage of the polypropylene fabric after placing the mandrel with the wound pipe in the curing chamber for 1.5 hours at a temperature of 160 ÷ 165 ° C . After the curing process of the resin, the pipe-wound mandrel is unloaded from the chamber and the finished pipe is removed from the mandrel.

Полученная таким способом труба или емкость из стеклопластика на основе фенольной смолы марки СФЖ-309 имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием других органических смол: повышенная химическая стойкость, термостойкость до 250°С, низкая стоимость. Высокая кольцевая жесткость позволяет укладывать трубы в открытый грунт-траншею без использования несущих защитных конструкций (рубашек).The obtained pipe or container made of fiberglass based on phenolic resin brand SFZh-309 has a number of advantages compared to the use of other organic resins: increased chemical resistance, heat resistance up to 250 ° C, low cost. High ring stiffness allows pipes to be laid in an open trench without the use of load-bearing protective structures (shirts).

Аналогичным способом, описанным выше, проводят изготовление трубы с тем отличием, что вместо фенольной смолы марки СФЖ-309 используют фосфатное связующее. Применение фосфатных (неорганических) связующих позволяет производить трубы или емкости из стеклокерамики, которые являются негорючими; с температурой эксплуатации до 1200°С; кислото- и щелочестойкими; экологически чистыми, т.е. пригодными для транспортировки или хранения пищевых продуктов.In a similar way described above, the pipe is fabricated with the difference that a phosphate binder is used instead of the phenolic resin of the SFZh-309 brand. The use of phosphate (inorganic) binders allows the production of pipes or containers from glass ceramics, which are non-combustible; with operating temperatures up to 1200 ° C; acid and alkali resistant; environmentally friendly, i.e. suitable for transporting or storing food.

Аналогичным способом, описанным выше, проводят намотку трубы или емкости с тем отличием, что основную стенку 1 (или часть ее - футеровочный слой) трубы или емкости изготавливают из стеклоткани марки НПГ-210, пропитанной фосфатным связующим, таким образом формируя композиционный материал на основе неорганических связующих. А ячеистую структуру трубы или емкости, т.е. спирали полых ребер жесткости 2 и сплошные перегородки 3 между слоями спиралей полых ребер жесткости, изготавливают из стеклоткани марки НПГ-210, пропитанной фенольной смолой марки СФЖ-309, т.е. таким образом формируя композиционный материал на основе органических связующих.In a similar way described above, the pipe or container is wound with the difference that the main wall 1 (or part of it is the lining layer) of the pipe or container is made of fiberglass grade NPG-210 impregnated with a phosphate binder, thereby forming a composite material based on inorganic binders. And the cellular structure of the pipe or tank, i.e. spirals of hollow stiffeners 2 and solid partitions 3 between layers of spirals of hollow stiffeners are made of fiberglass grade NPG-210 impregnated with phenolic resin grade SFZH-309, i.e. thus forming a composite material based on organic binders.

Использование кольцевых полых ребер жесткости позволяет изготавливать трубы или емкости с требуемой кольцевой жесткостью за счет регулирования габаритов, в особенности высоты ребра жесткости, величины шага ребер и числа спиралей рядов ребер жесткости, формируя при этом необходимую ячеистую структуру стенки трубы или емкости.The use of annular hollow stiffening ribs allows one to produce pipes or tanks with the required ring stiffness by adjusting the dimensions, in particular the height of the stiffening ribs, the step size of the ribs and the number of spirals of the rows of stiffeners, while forming the necessary cellular structure of the pipe wall or tank.

Дополнительным преимуществом получения ячеистой структуры стенки трубы или емкости является то, что межреберное пространство в ячеистой стенке трубы заполняется различными материалами для выполнения тех или иных необходимых технических характеристик. Так, при заполнении межреберного пространства труб бетоном увеличивается и осевая жесткость труб, которая требуется при продавливании (сонации) труб для глубокой укладки труб (глубина более 3 м). При заполнении межреберного пространства трубы или емкости теплозащитным материалом увеличиваются и теплозащитные характеристики стенки трубы или емкости.An additional advantage of obtaining the cellular structure of the pipe wall or tank is that the intercostal space in the cellular wall of the pipe is filled with various materials to fulfill certain necessary technical characteristics. So, when filling the intercostal space of pipes with concrete, the axial stiffness of the pipes increases, which is required when punching (sononating) pipes for deep pipe laying (depth more than 3 m). When filling the intercostal space of a pipe or tank with heat-shielding material, the heat-shielding characteristics of the wall of the pipe or tank also increase.

Claims

1. A pipe or container having a multilayer body made of a composite material based on an organic and / or inorganic binder, comprising a main wall and layers of hollow annular stiffeners wound in the form of a spiral, separated from one another by a solid partition laid on a spiral along the axis of the pipe or capacity, while the spiral of the first row of ribs is wound on a solid partition that separates it from the previous layer from left to right, and the second row from right to left, with the formation of a generally cellular structure of the body.

2. The pipe or tank according to claim 1, in which the main wall or part of it is made of a composite material based on an inorganic binder, and the hollow annular stiffeners and solid partitions are made of a composite material based on an organic binder.

3. The pipe or tank according to claim 1 or 2, in which the space between the hollow annular stiffeners is filled with heat-shielding material.

4. The pipe according to claim 1 or 2, in which the space between the hollow annular stiffeners is filled with concrete.