RU2718473C1 - Method for continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe and a line for realizing the method - Google Patents
Method for continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe and a line for realizing the method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718473C1 RU2718473C1 RU2019135982A RU2019135982A RU2718473C1 RU 2718473 C1 RU2718473 C1 RU 2718473C1 RU 2019135982 A RU2019135982 A RU 2019135982A RU 2019135982 A RU2019135982 A RU 2019135982A RU 2718473 C1 RU2718473 C1 RU 2718473C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- welding
- polymer
- inner layer
- longitudinal
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 8
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920006345 thermoplastic polyamide Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/09—Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/14—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the particular extruding conditions, e.g. in a modified atmosphere or by using vibration
- B29C48/144—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the particular extruding conditions, e.g. in a modified atmosphere or by using vibration at the plasticising zone
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/15—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. extrusion moulding around inserts
- B29C48/151—Coating hollow articles
- B29C48/152—Coating hollow articles the inner surfaces thereof
- B29C48/153—Coating both inner and outer surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/50—Details of extruders
- B29C48/695—Flow dividers, e.g. breaker plates
- B29C48/70—Flow dividers, e.g. breaker plates comprising means for dividing, distributing and recombining melt flows
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D23/00—Producing tubular articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
- B32B1/08—Tubular products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
- B32B15/082—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin comprising vinyl resins; comprising acrylic resins
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/14—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups
- F16L9/147—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups comprising only layers of metal and plastics with or without reinforcement
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли, предназначено для строительства подземных и наземных трубопроводных систем, обеспечивающих транспортировку продуктов нефтяных скважин и водоводов, в частности, нефти, воды, газа, химических реагентов посредством трубопроводов на основе длинномерных полимерных труб.The claimed invention relates to the oil and gas industry, is intended for the construction of underground and above-ground pipeline systems for transporting products of oil wells and water pipes, in particular, oil, water, gas, chemicals through pipelines based on long polymer pipes.
Из уровня техники известна полимерная армированная труба, состоящая из внутреннего полимерного слоя, составляющего основу трубы, на наружную поверхность которого последовательно нанесен армирующий слой, промежуточную полимерную оболочку, повив из изолированных проводников, имеющих дополнительную внешнюю оболочку в виде сектора кольца, ограниченного внутренним и внешним радиусом укладки проводников, и внешнюю полимерную оболочку, при этом армирующий слой выполнен из повивов металлических или полимерных лент, полимерных нитей или металлических проволок (патент RU №2665776 на изобретение «Полимерная армированная труба с электроподогревом», дата подачи 26.05.2017 г., опубликовано 04.09.2018 г.).A polymer reinforced pipe is known from the prior art, consisting of an inner polymer layer constituting the base of the pipe, on the outer surface of which a reinforcing layer, an intermediate polymer sheath, is sequentially applied, twisted from insulated conductors having an additional outer sheath in the form of a ring sector bounded by an inner and outer radius laying of conductors, and the outer polymer shell, while the reinforcing layer is made of coils of metal or polymer tapes, polymer threads or allicheskih wires (patent RU №2665776 the invention "polymeric tube reinforced with electrically" filing date of 26.05.2017, published on 04.09.2018 g).
Способ изготовления полимерной трубы заключается в том, что полимерный внутренний слой подается в узел намотки повивов полимерных лент, в котором внешняя поверхность внутреннего слоя полимерной трубы покрывается четырьмя повивами полимерных лент, например, из полиэтилентерефталата путем намотки при помощи крутильной машины, при угле намотки ленты, составляющем 55±5°. При намотке полимерных лент, по крайней мере, один повив имеет противоположное направление намотки. Намотку повивов полимерных лент осуществляют таким образом, что между полимерными лентами каждого повива выполнен зазор, составляющий 5-10% от ширины ленты, а зазор ниже намотанного повива закрывается выше намотанным повивом. Армирующие элементы из полимерных нитей или металлических проволок наматываются не менее, чем двумя повивами. Поверх повивов армирующих элементов экструзионным способом наносится промежуточная оболочка, после чего труба подается в устройство намотки повива из изолированных проводников. После чего полимерная труба с нанесенными слоями подается в экструдер для нанесения внешней полимерной оболочки, в котором при помощи экструзии наносится сплошной полимерный слой, например из полиэтилена, образующий внешнюю оболочку полимерной трубы. На окончательной операции гибкая полимерная армированная труба, содержащая 4 повива полимерных лент, повив из изолированных проводников и внешнюю полимерную оболочку наматывают в бухту или на транспортные барабаны.A method of manufacturing a polymer pipe is that the polymer inner layer is fed into the winding unit of the polymer tape coils, in which the external surface of the inner layer of the polymer pipe is coated with four polymer tape coils, for example, of polyethylene terephthalate by winding using a twisting machine, at a tape winding angle, component 55 ± 5 °. When winding polymer tapes, at least one coil has the opposite direction of winding. The windings of polymer ribbon tapes are carried out in such a way that a gap of 5-10% of the tape width is made between the polymer tapes of each coil, and the gap below the wound coil is closed above the wound coil. Reinforcing elements of polymer filaments or metal wires are wound with at least two strands. An intermediate sheath is applied by extrusion over the coils of reinforcing elements, after which the pipe is fed into the coils winder from insulated conductors. Then the polymer pipe with the deposited layers is fed into the extruder for applying the outer polymer shell, in which by means of extrusion a continuous polymer layer is applied, for example from polyethylene, forming the outer shell of the polymer pipe. In the final operation, a flexible polymer reinforced pipe containing 4 coils of polymer tapes, coiled from insulated conductors and the outer polymer shell is wound into a bay or onto transport drums.
Известна полимерная труба, содержащая внутренний слой, усиливающий слой в виде спирально-намотанного на внутренний слой армирующего элемента, и наружный слой, при этом армирующий элемент выполнен в виде армирующей сетки из нитей, скрепленных в местах пересечения и слоя полимера, контактирующего с сеткой (патент №125668 на полезную модель «Полимерная труба», дата подачи 21.08.2012 г., опубликовано 10.03.2013 г.).A polymer pipe is known that contains an inner layer, a reinforcing layer in the form of a reinforcing element helically wound on the inner layer, and an outer layer, while the reinforcing element is made in the form of a reinforcing mesh of threads bonded at the intersection and the polymer layer in contact with the mesh (patent No. 125668 for the utility model "Polymer pipe", submission date 08.21.2012, published 03.10.2013).
Указанную полимерную трубу производят следующим образом. Гранулированное сырье подается в экструдер. В форсуночной головке происходит разделение пластифицированного материала, поступающего из главного экструдера, на два потока. В первой форсуночной головке формируется лента - основа внутреннего слоя. Во второй форсуночной головке формируется лента для наружного слоя. Вращающийся барабан предварительно разогревается, после чего на него наносится внутренний слой намоткой под уголом -84°. Возможно нанесение на барабан внутреннего слоя путем прямой экструзии. Далее с помощью размоточной машины на внутренний слой укладывается армирующая сетка, на которую предварительно может быть нанесен аппретирующий состав. Сетка сверху закрывается расплавом полиолефина, далее возможно нанесение второго слоя сетки, который также закрывается расплавом полиолефина. На слой полимера путем намотки наносится полипропиленовый опорный шланг в оболочке или слой гладкого ленточного профиля из минералонаполненной композиции термо- и светостабилизированного сополимера пропилена. Армирующая сетка укладывается с натягом, который необходим для обеспечения монолитность структуры.The specified polymer pipe is produced as follows. Granular raw materials are fed into the extruder. In the nozzle head, the plasticized material coming from the main extruder is divided into two streams. In the first nozzle head, a tape is formed - the base of the inner layer. In the second nozzle head, a tape is formed for the outer layer. The rotating drum is preheated, after which it is applied to the inner layer by winding at an angle of -84 °. It is possible to apply the inner layer to the drum by direct extrusion. Then, with the help of an unwinding machine, a reinforcing mesh is laid on the inner layer, on which a finishing composition can be previously applied. The grid is closed from above by the polyolefin melt, then a second layer of the grid can be applied, which is also closed by the polyolefin melt. A polypropylene support hose in a sheath or a layer of a smooth tape profile from a mineral-filled composition of a thermo- and light-stabilized propylene copolymer is applied onto the polymer layer by winding. The reinforcing mesh is laid with an interference fit, which is necessary to ensure the monolithic structure.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является группа изобретений «Способ непрерывного изготовления металлополимерной армированной трубы повышенной прочности и устройство для его осуществления» по патенту RU №2492047 (дата подачи 14.03.2012 г., опубликовано 10.09.2013 г.).The closest technical solution to the claimed is a group of inventions "Method for the continuous production of reinforced metal-reinforced pipes and devices for its implementation" according to patent RU No. 2492047 (filing date 03/14/2012, published September 10, 2013).
Известный способ включает подачу расплава полимера из экструзионной головки в формующую полость, образованную охлаждаемым дорном и наружной формующей гильзой, при одновременной подаче в указанную полость сварного армирующего каркаса. При формировании трубы перед дорном устанавливают термостойкую неметаллическую втулку, а внутреннюю и внешнюю поверхности формуемой трубы подвергают охлаждению. При изготовлении армирующего каркаса в качестве средства для формирования спирали из элементов поперечной арматуры используют роликовый электрод, ролик которого обеспечивает постоянный прижим элементов поперечного армирования к элементам продольного армирования с усилием от гидропривода. Во время сварки армирующего каркаса на роликовый электрод передают ударные импульсы, синхронизированные с моментом пересечения между собой элементов продольной и поперечной арматуры, а также с моментом подачи импульса тока на роликовый электрод.The known method includes feeding the polymer melt from the extrusion head into a forming cavity formed by a cooled mandrel and an external forming sleeve, while simultaneously supplying a welded reinforcing cage to said cavity. When forming a pipe, a heat-resistant non-metallic sleeve is installed in front of the mandrel, and the internal and external surfaces of the pipe being molded are cooled. In the manufacture of a reinforcing carcass, a roller electrode is used as a means for forming a spiral from the elements of the transverse reinforcement, the roller of which provides constant clamping of the elements of the transverse reinforcement to the elements of the longitudinal reinforcement with the force from the hydraulic drive. During welding of the reinforcing cage, shock pulses are transmitted to the roller electrode, synchronized with the moment the longitudinal and transverse reinforcement elements intersect with each other, as well as with the moment the current pulse is applied to the roller electrode.
Недостатки известных решений обусловлены наличием остаточных напряжений, которые возникают из-за сил трения при прохождении расплава полимера сначала по каналу экструзионной головки, а затем внутри формующей полости. Кроме того, возникшие напряжения сохраняются в полимерной матрице трубы в результате постоянного охлаждения дорна, образующего совместно с наружной втулкой указанную формующую полость. Остаточные напряжения приводят к нарушению макроструктурной ориентации полимера и, как следствие, снижению срока эксплуатации многослойной трубы.The disadvantages of the known solutions are due to the presence of residual stresses that arise due to frictional forces during the passage of the polymer melt, first through the channel of the extrusion head, and then inside the forming cavity. In addition, the resulting stresses are stored in the polymer matrix of the pipe as a result of constant cooling of the mandrel, which forms, together with the outer sleeve, the specified forming cavity. Residual stresses lead to a violation of the macrostructural orientation of the polymer and, as a result, a decrease in the life of the multilayer pipe.
Кроме того, в формующей полости при нанесении усиливающего сетчатого каркаса на полимерную матрицу, образующуюся из расплава, поступающего из экструзионной головки, происходит частичное выдавливание полимера через ячейки металлического каркаса, что приводит к дефектам поверхности трубы и снижает ее эксплуатационные свойства, в том числе прочность.In addition, in the forming cavity when applying the reinforcing mesh frame to the polymer matrix formed from the melt coming from the extrusion head, the polymer is partially extruded through the cells of the metal frame, which leads to surface defects of the pipe and reduces its operational properties, including strength.
Помимо этого, недостатки известных решений связаны с низкой технологичностью полимерной трубы из-за необходимости строгого соблюдения величины зазоров между повивами армирующих лент или нитей, а также угла наклона намотки.In addition, the disadvantages of the known solutions are associated with the low manufacturability of the polymer pipe due to the need for strict observance of the gaps between the windings of reinforcing tapes or threads, as well as the angle of inclination of the winding.
От точности взаимного расположения дорна, армирующего каркаса и формующей втулки зависит концентричность внутренней и внешней окружностей трубы и в случае выхода за пределы допусков происходит смещение армирующего каркаса трубы и, как следствие, недостаточное заполнение его полимером, что приводит к дефектам поверхности трубы и снижает ее эксплуатационные свойства, в том числе прочность.The concentricity of the inner and outer circumferences of the pipe depends on the accuracy of the relative position of the mandrel, the reinforcing cage, and the forming sleeve, and if the tolerance is exceeded, the reinforcing cage of the pipe is displaced and, as a result, the polymer is insufficiently filled, which leads to defects in the pipe surface and reduces its operational properties, including strength.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в повышении эксплуатационных свойств изготавливаемой трубы за счет снижения остаточных напряжений, а также оптимизации процесса изготовления и повышения технологичности трубы.The technical result, which the group of inventions aims to achieve, is to increase the operational properties of the manufactured pipe by reducing residual stresses, as well as optimizing the manufacturing process and improving the manufacturability of the pipe.
Указанный технический результат достигается тем, что способ непрерывного изготовления многослойной полимерной армированной трубы методом экструзии, включающий формование внутреннего слоя трубы из расплава полимера, выходящего из экструзионной головки в формующую полость, нанесение на внутренний слой металлического каркаса, образующегося за счет сварки продольной и поперечной арматуры в момент их взаимного пересечения, синхронизированного с моментом подачи импульса тока на сварочные роликовые электроды, и нанесение на металлический каркас расплава полимера для выполнения внешней оболочки трубы, согласно изобретению формующая полость, в которую поступает расплав полимера для получения внутренного слоя трубы, образуется между дорном и наносимым свариваемым металлическим каркасом с размером ячейки, препятствующим выходу расплава полимера за пределы формующей полости за счет подачи дополнительных минералонаполненной композиции термо- и светостабилизированного сополимера пропилена. Армирующая сетка укладывается с натягом, который необходим для обеспечения монолитность структуры.The specified technical result is achieved in that a method for the continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe by extrusion, comprising forming the inner layer of the pipe from a polymer melt exiting the extrusion head into the forming cavity, applying a metal frame formed on the inner layer by welding longitudinal and transverse reinforcement in the moment of their mutual intersection, synchronized with the moment of applying a current pulse to the welding roller electrodes, and deposition on a metallic the first frame of the polymer melt to form the outer shell of the pipe, according to the invention, the forming cavity into which the polymer melt enters to form the inner layer of the pipe is formed between the mandrel and the welded metal frame applied with a mesh size that prevents the polymer melt from leaving the forming cavity by supplying additional mineral-filled composition of thermo- and light-stabilized propylene copolymer. The reinforcing mesh is laid with an interference fit, which is necessary to ensure the monolithic structure.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является группа изобретений «Способ непрерывного изготовления металлополимерной армированной трубы повышенной прочности и устройство для его осуществления» по патенту RU №2492047 (дата подачи 14.03.2012 г., опубликовано 10.09.2013 г.).The closest technical solution to the claimed is a group of inventions "Method for the continuous production of reinforced metal-reinforced pipes and devices for its implementation" according to patent RU No. 2492047 (filing date 03/14/2012, published September 10, 2013).
Известный способ включает подачу расплава полимера из экструзионной головки в формующую полость, образованную охлаждаемым дорном и наружной формующей гильзой, при одновременной подаче в указанную полость сварного армирующего каркаса. При формировании трубы перед дорном устанавливают термостойкую неметаллическую втулку, а внутреннюю и внешнюю поверхности формуемой трубы подвергают охлаждению. При изготовлении армирующего каркаса в качестве средства для формирования спирали из элементов поперечной арматуры используют роликовый электрод, ролик которого обеспечивает постоянный прижим элементов поперечного армирования к элементам продольного армирования с усилием от гидропривода. Во время сварки армирующего каркаса на роликовый электрод передают ударные импульсы, синхронизированные с моментом пересечения между собой элементов продольной и поперечной арматуры, а также с моментом подачи импульса тока на роликовый электрод.The known method includes feeding the polymer melt from the extrusion head into a forming cavity formed by a cooled mandrel and an external forming sleeve, while simultaneously supplying a welded reinforcing cage to said cavity. When forming a pipe, a heat-resistant non-metallic sleeve is installed in front of the mandrel, and the internal and external surfaces of the pipe being molded are cooled. In the manufacture of a reinforcing carcass, a roller electrode is used as a means for forming a spiral from the elements of the transverse reinforcement, the roller of which provides constant clamping of the elements of the transverse reinforcement to the elements of the longitudinal reinforcement with the force from the hydraulic drive. During welding of the reinforcing cage, shock pulses are transmitted to the roller electrode, synchronized with the moment the longitudinal and transverse reinforcement elements intersect with each other, as well as with the moment the current pulse is applied to the roller electrode.
Недостатки известных решений обусловлены наличием остаточных напряжений, которые возникают из-за сил трения при прохождении расплава полимера сначала по каналу экструзионной головки, а затем внутри формующей полости. Кроме того, возникшие напряжения сохраняются в полимерной матрице трубы в результате постоянного охлаждения дорна, образующего совместно с наружной втулкой указанную формующую полость. Остаточные напряжения приводят к нарушению макроструктурной ориентации полимера и, как следствие, снижению срока эксплуатации многослойной трубы.The disadvantages of the known solutions are due to the presence of residual stresses that arise due to frictional forces during the passage of the polymer melt, first through the channel of the extrusion head, and then inside the forming cavity. In addition, the resulting stresses are stored in the polymer matrix of the pipe as a result of constant cooling of the mandrel, which forms, together with the outer sleeve, the specified forming cavity. Residual stresses lead to a violation of the macrostructural orientation of the polymer and, as a result, a decrease in the life of the multilayer pipe.
Кроме того, в формующей полости при нанесении усиливающего сетчатого каркаса на полимерную матрицу, образующуюся из расплава, поступающего из экструзионной головки, происходит частичное выдавливание полимера через ячейки металлического каркаса, что приводит к дефектам поверхности трубы и снижает ее эксплуатационные свойства, в том числе прочность.In addition, in the forming cavity when applying the reinforcing mesh frame to the polymer matrix formed from the melt coming from the extrusion head, the polymer is partially extruded through the cells of the metal frame, which leads to surface defects of the pipe and reduces its operational properties, including strength.
Помимо этого, недостатки известных решений связаны с низкой технологичностью полимерной трубы из-за необходимости строгого соблюдения величины зазоров между повивами армирующих лент или нитей, а также угла наклона намотки.In addition, the disadvantages of the known solutions are associated with the low manufacturability of the polymer pipe due to the need for strict observance of the gaps between the windings of reinforcing tapes or threads, as well as the angle of inclination of the winding.
От точности взаимного расположения дорна, армирующего каркаса и формующей втулки зависит концентричность внутренней и внешней окружностей трубы и в случае выхода за пределы допусков происходит смещение армирующего каркаса трубы и, как следствие, недостаточное заполнение его полимером, что приводит к дефектам поверхности трубы и снижает ее эксплуатационные свойства, в том числе прочность.The concentricity of the inner and outer circumferences of the pipe depends on the accuracy of the relative position of the mandrel, the reinforcing cage, and the forming sleeve, and if the tolerance is exceeded, the reinforcing cage of the pipe is displaced and, as a result, the polymer is insufficiently filled, which leads to defects in the pipe surface and reduces its operational properties, including strength.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в повышении эксплуатационных свойств изготавливаемой трубы за счет снижения остаточных напряжений, а также оптимизации процесса изготовления и повышения технологичности трубы.The technical result, which the group of inventions aims to achieve, is to increase the operational properties of the manufactured pipe by reducing residual stresses, as well as optimizing the manufacturing process and improving the manufacturability of the pipe.
Указанный технический результат достигается тем, что способ непрерывного изготовления многослойной полимерной армированной трубы методом экструзии, включающий формование внутреннего слоя трубы из расплава полимера, выходящего из экструзионной головки в формующую полость, нанесение на внутренний слой металлического каркаса, образующегося за счет сварки продольной и поперечной арматуры в момент их взаимного пересечения, синхронизированного с моментом подачи импульса тока на сварочные роликовые электроды, и нанесение на металлический каркас расплава полимера для выполнения внешней оболочки трубы, согласно изобретению формующая полость, в которую поступает расплав полимера для получения внутренного слоя трубы, образуется между дорном и наносимым свариваемым металлическим каркасом с размером ячейки, препятствующим выходу расплава полимера за пределы формующей полости за счет подачи дополнительных регулирования и изменения свойств трубы с учетом заданных параметров и условий ее эксплуатации.The specified technical result is achieved in that a method for the continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe by extrusion, comprising forming the inner layer of the pipe from a polymer melt exiting the extrusion head into the forming cavity, applying a metal frame formed on the inner layer by welding longitudinal and transverse reinforcement in the moment of their mutual intersection, synchronized with the moment of applying a current pulse to the welding roller electrodes, and deposition on a metallic the first frame of the polymer melt to form the outer shell of the pipe, according to the invention, the forming cavity into which the polymer melt enters to form the inner layer of the pipe is formed between the mandrel and the welded metal frame applied with a mesh size that prevents the polymer melt from leaving the forming cavity by supplying additional regulation and changes in the properties of the pipe, taking into account the specified parameters and conditions of its operation.
Далее установлена ванна охлаждения 25, после которой последовательно расположены тянущее устройство 26 с регулируемым усилием прижима траков 27, отрезное устройство 28 с датчиком положения 29, закрепленным на рольганге 30.Next, a
Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.
Многослойную армированную трубу получают методом экструзионного формования, при котором расплав полимера, предназначенного для формования внутреннего слоя - лайнера из экструдера 10 поступает в прямоточную экструзионную головку 11, проходит по ее каналу, соединенному с формующей полостью, которую образуют постоянно охлаждаемый дорн и подаваемый усиливающий металлический каркас, свариваемый в виде плотной сетки с максимально уменьшенными размерами ячейки.A multilayer reinforced pipe is obtained by extrusion molding, in which the polymer melt intended for forming the inner layer - the liner from the
Армирующий металлический каркас выполняют из металлических продольных и поперечных проволок, свариваемых в местах их взаимного пересечения. Плотный армирующий каркас образуется за счет подачи дополнительных (увеличения количества) продольных проволок и уменьшения шага навивки спиральных проволок. Благодаря этому образуется практически монолитный металлический каркас без ячеек, что создает препятствия для выхода расплава полимерного материала наружу, т.е. за пределы каркаса.The reinforcing metal frame is made of metal longitudinal and transverse wires that are welded in places of their mutual intersection. A dense reinforcing cage is formed by supplying additional (increasing the number) of longitudinal wires and decreasing the step of winding spiral wires. Due to this, an almost monolithic metal frame is formed without cells, which creates obstacles for the molten polymer material to exit, i.e. outside the frame.
Образование формующей полости между дорном и армирующим каркасом позволяет сократить траекторию движения расплава и, соответственно, снизить действие сил трения, благодаря чему в полимерной матрице значительно уменьшаются остаточные напряжения, что, в свою очередь, повышает ее эксплуатационные свойства.The formation of the forming cavity between the mandrel and the reinforcing frame allows to reduce the trajectory of the melt and, accordingly, to reduce the effect of friction forces, due to which the residual stresses in the polymer matrix are significantly reduced, which, in turn, increases its operational properties.
Кроме того, исключается необходимость строгого соблюдения точного взаимного расположения конструктивных элементов, образующих формующую полость.In addition, the need for strict observance of the exact relative position of the structural elements forming the forming cavity is eliminated.
Помимо этого, оптимизируется сам процесс изготовления многослойной трубы.In addition, the process of manufacturing a multilayer pipe is optimized.
На дорне выполняется калибровка внутреннего диаметра лайнера.On the mandrel, the inner diameter of the liner is calibrated.
По мере наполнения полости лайнера охлаждающей жикостью в ней создается давление, которое поддерживается спускным клапаном, размещенным в пробке, установленной на конце трубки, проходящей внутри прямоточной головки.As the liner cavity is filled with cooling fluid, pressure is created in it, which is maintained by a drain valve located in the plug installed at the end of the tube passing inside the direct-flow head.
Армирующий каркас образуется путем навивки спиральных проволок 7 на продольные 5 и сварки между собой в каждой точке их взаимного пересечения. Натяжение и перемещение продольных проволок 5 осуществляется посредством тянущего устройства 26, при этом геометрическое положение продольных проволок относительно тела трубы определяется концентрично расположенными пазами на кондукторе 12. Наружная спираль усиливающего каркаса образуется за счет одновременной подачи спиральной проволоки 7, поступающей при вращении ротора 17 сварочной машины 9, и поступательного перемещения продольных проволок 5. Навиваемая спиральная проволока 7 приваривается к соответствующим последовательно пересекающим ее продольным проволокам 5 с помощью, по меньшей мере, двух роликовых электродов 21. Спиральная проволока 7 сматывается с барабанов сварочной машины 9, размещенных на корпусе ротора 17 и свободно вращающихся на подшипниках, и подводится к сварочным роликовым электродам 21 с помощью механизма для подачи проволоки с барабана сварочной машины на спиралеобразователь 18 и спиралеобразователей 19. Эксцентриковый рычаг 22 прижимает роликовые электроды 21 к спиральным проволокам 7, при этом прижим сварочных электродов и подача импульса сварочного тока для осуществления контакной сварки производятся одновременно. Момент подачи импульсов сварочного тока от трансформаторов (на чертеже не показаны) на сварочные роликовые электроды осуществляется при помощи задатчика 31. Далее в формующую полость, образованную дорном и свариваемым армирующим каркасом, подается расплав полимера для формования лайнера, затем на армирующий каркас в формующей полости угловой экструзионной головки 24 наносится расплав полимера для формования внешней оболочки трубы.The reinforcing frame is formed by winding spiral wires 7 on the longitudinal 5 and welding together at each point of their intersection. The tension and movement of the
После этого полимерную армированную трубу 32 подвергают интенсивному охлаждению в ванне охлаждения 25 путем подачи распыленной охлаждающей жидкости через форсунки, выполненные по всей длине ванны, на внешнюю поверхность трубы.After that, the polymer reinforced
После выхода из ванны 25 многослойная армированная труба проходит тянущее устройство 26 и далее поступает на рольганг 30, по которому перемещается благодаря направляющим роликам. Одновременно с этим рольганг служит опорой для готовой продукции. В конструкции рольганга предусмотрена система сбора охлаждающей жидкости и возврата ее в систему охлаждения.After exiting the
Местоположение датчика положения 29 на рольганге определяется в зависимости от длины выпускаемой многослойной армированной трубы 32.The location of the position sensor 29 on the roller table is determined depending on the length of the produced multilayer reinforced
Сигнал от датчика 29 подается на отрезное устройство 28, которое перемещаясь одновременно с трубой по направляющим, срабатывает и отрезает трубу заданной длины.The signal from the sensor 29 is fed to a
Весь технологический процесс непрерывен и цикличен.The whole process is continuous and cyclical.
Осуществление изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.The implementation of the invention is confirmed by examples of specific performance.
Параметры эксплуатации трубопроводов, выполненных из многослойной полимерной армированной трубы, рассчитаны на температуру транспортируемой среды до +80°С и рабочее давление трубопровода до 4,0 МПа.The operation parameters of pipelines made of a multilayer polymer reinforced pipe are designed for the temperature of the transported medium up to + 80 ° С and the working pressure of the pipeline up to 4.0 MPa.
Полимерную многослойную армированную трубу в соответствии с предлагаемым к защите изобретением производят путем экструзии внутреннего слоя - лайнера с одновременным его армированием металлическим каркасом и последующим нанесением на него расплава для образования внешней оболочки.The polymeric multilayer reinforced pipe in accordance with the invention proposed for protection is produced by extruding the inner layer - the liner, while reinforcing it with a metal frame and then applying a melt on it to form an outer shell.
Лайнер выполняют из, например, полиэтилена минимальной длительной прочности MRS 10,0 МПа (ПЭ 100) или полиэтилена повышенной термостойкости минимальной длительной прочности MRS 10,0 МПа (РЕ-RT тип II) или нефтестойкого полимера, в частности, полиамида: ПА 12; ПА 11, ПА 6.10; ПА 6.12.The liner is made of, for example, polyethylene of minimum long-term strength MRS 10.0 MPa (PE 100) or polyethylene of increased heat resistance of minimum long-term strength MRS 10.0 MPa (PE-RT type II) or an oil-resistant polymer, in particular polyamide: PA 12; PA 11, PA 6.10; PA 6.12.
Для изготовления армирующего металлического сетчатого каркаса, воспринимающего и осевую, и радиальную нагрузки, возникающие при эксплуатации трубопроводов, используют проволоку стальную общего назначения термически необработанную диаметром от 2,5 до 4,0 мм, поставляемую без смазки в соответствии с ГОСТ 3282-74 «Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения. Технические условия». Формирование армирующего металлического каркаса выполняют с помощью сварочного агрегата. Размер ячейки в свету составляет 2×2 мм.For the manufacture of a reinforcing metal mesh frame that accepts both axial and radial loads arising from the operation of pipelines, steel wire of general purpose, thermally untreated with a diameter of 2.5 to 4.0 mm, supplied without lubrication in accordance with GOST 3282-74 “Wire steel low-carbon general purpose. Technical conditions. " The formation of the reinforcing metal frame is performed using a welding unit. The cell size in the light is 2 × 2 mm.
Внешняя оболочка полимерной многослойной армированной трубы защищает армирующий каркас от повреждений и воздействия окружающей среды. Оболочку, как и лайнер, выполняют экструзией полиэтилена минимальной длительной прочности MRS 10,0 МПа (ПЭ 100) или полиэтилена повышенной термостойкости минимальной длительной прочности MRS 10,0 МПа (РЕ-RT тип II). Как вариант, в качестве материала для внешней оболочки может быть использована огнестойкая композиция, например, на основе полиэтилена.The outer shell of the polymer multilayer reinforced pipe protects the reinforcing cage from damage and environmental influences. The shell, like the liner, is extruded with polyethylene of minimum long-term strength MRS 10.0 MPa (PE 100) or polyethylene with increased heat resistance of minimum long-term strength MRS 10.0 MPa (PE-RT type II). Alternatively, a flame retardant composition, for example, based on polyethylene, can be used as the material for the outer shell.
В качестве нефтестойких полимеров могут быть использованы, например, конструкционные термопластичные полиамиды: или ПА 12 (полидодеканамид), или ПА 11 (полиундеканамид), или ПА 6.10 (полигексаметилаенсебацинамид), или ПА 6.12 (полигексаметилендодекандиамид).As oil-resistant polymers, for example, structural thermoplastic polyamides can be used: either PA 12 (polydecodanamide), or PA 11 (polyundecanamide), or PA 6.10 (polyhexamethylmenesebacinamide), or PA 6.12 (polyhexamethyleneendodecandiamide).
Для изготовления внутреннего слоя - лайнера и внешней оболочки могут быть выбраны различные материалы, обладающие, соответственно, различными свойствами.For the manufacture of the inner layer - the liner and the outer shell, various materials can be selected with, respectively, different properties.
Заявляемая группа изобретений позволяет получить многослойную полимерную армированную трубу повышенной прочности, надежности и технологичности.The claimed group of inventions allows to obtain a multilayer polymer reinforced pipe of increased strength, reliability and manufacturability.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019135982A RU2718473C1 (en) | 2019-11-09 | 2019-11-09 | Method for continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe and a line for realizing the method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019135982A RU2718473C1 (en) | 2019-11-09 | 2019-11-09 | Method for continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe and a line for realizing the method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2718473C1 true RU2718473C1 (en) | 2020-04-08 |
Family
ID=70156530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019135982A RU2718473C1 (en) | 2019-11-09 | 2019-11-09 | Method for continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe and a line for realizing the method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2718473C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112440079A (en) * | 2020-11-09 | 2021-03-05 | 燕山大学 | Manufacturing method of composite oil pipe and seaming device |
CN117445337A (en) * | 2023-12-21 | 2024-01-26 | 丰果(中国)有限公司 | Plastic pipe production line |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2133670C1 (en) * | 1996-09-30 | 1999-07-27 | Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method and apparatus for manufacture of profiled products from polymeric composite materials |
RU2492047C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-10 | Юрий Максимович Петров | Method of continuous fabrication of metal-polymer reinforced pipe and device to this end |
EP2827035A1 (en) * | 2012-03-14 | 2015-01-21 | Petrov, Yuriy Maksimovich | Metal-containing polymeric reinforced pipe, method for manufacturing same and pipeline produced using said pipe |
RU2626039C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-07-21 | Юрий Максимович Петров | Method of seamless tubular body circumferential additional reinforcement formation, method of reinforced plastic producing (versions) and devices for implementation of indicated methods |
-
2019
- 2019-11-09 RU RU2019135982A patent/RU2718473C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2133670C1 (en) * | 1996-09-30 | 1999-07-27 | Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method and apparatus for manufacture of profiled products from polymeric composite materials |
RU2492047C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-10 | Юрий Максимович Петров | Method of continuous fabrication of metal-polymer reinforced pipe and device to this end |
EP2827035A1 (en) * | 2012-03-14 | 2015-01-21 | Petrov, Yuriy Maksimovich | Metal-containing polymeric reinforced pipe, method for manufacturing same and pipeline produced using said pipe |
US9857018B2 (en) * | 2012-03-14 | 2018-01-02 | Yuriy Maksimovich Petrov | Metal-containing polymeric reinforced pipe, method for manufacturing same and pipeline produced using said pipe |
RU2626039C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-07-21 | Юрий Максимович Петров | Method of seamless tubular body circumferential additional reinforcement formation, method of reinforced plastic producing (versions) and devices for implementation of indicated methods |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112440079A (en) * | 2020-11-09 | 2021-03-05 | 燕山大学 | Manufacturing method of composite oil pipe and seaming device |
CN112440079B (en) * | 2020-11-09 | 2021-11-02 | 燕山大学 | Manufacturing method of composite oil pipe and seaming device |
CN117445337A (en) * | 2023-12-21 | 2024-01-26 | 丰果(中国)有限公司 | Plastic pipe production line |
CN117445337B (en) * | 2023-12-21 | 2024-03-15 | 丰果(中国)有限公司 | Plastic pipe production line |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0046080B1 (en) | Method of and apparatus for making reinforced hoses and pipes | |
RU2718473C1 (en) | Method for continuous production of a multilayer polymer reinforced pipe and a line for realizing the method | |
CA2867078C (en) | Multilayer pipeline in a polymer material, device for manufacture of the multilayer pipeline and a method for manufacturing the multilayer pipeline | |
US7934311B2 (en) | Methods of manufacturing electrical cables | |
US20210140566A1 (en) | Pipe with an outer wrap | |
EP0854029A2 (en) | Manufacture of reinforced composite revolution bodies | |
CN201752933U (en) | Production equipment for reinforced thermoplastic plastic pipes | |
CN104500867B (en) | A kind of manufacture method of manometer tube | |
US3574810A (en) | Method for manufacturing pipes possessing thermoplastic reinforcement | |
CN1147396C (en) | Technology and equipment for making composite plastic pipe having metallic skeleton | |
EP2060843A2 (en) | Heat insulated pipe and method of its manufacturing | |
US20070163700A1 (en) | Fabrication of hoses or other elongated articles | |
RU2720086C1 (en) | Multilayer polymer reinforced pipe, method of continuous production thereof and device for implementation of method | |
RU2626039C1 (en) | Method of seamless tubular body circumferential additional reinforcement formation, method of reinforced plastic producing (versions) and devices for implementation of indicated methods | |
RU2709276C1 (en) | Method for continuous production of reinforced polymer pipe and device for its implementation | |
CN113927860B (en) | Thermoplastic prepreg glass fiber tape winding straight pipe fitting and manufacturing method | |
CN114193730B (en) | Production equipment for reinforced and toughened composite pipe | |
CN115816885A (en) | Reinforced composite pipe and manufacturing equipment and manufacturing method thereof | |
CN211629829U (en) | High-strength plastic-steel composite cable pipeline and production equipment | |
CN105042208B (en) | Multiple tube and its moulding process | |
JP5117631B2 (en) | Composite pipe manufacturing method and manufacturing apparatus | |
WO1998003326A1 (en) | Reinforced products and method and apparatus for manufacturing same | |
US4113820A (en) | Process of the making of extruded thermoplastic bodies and device for the carrying out of the said process | |
CN219236229U (en) | Reinforced composite pipe and manufacturing equipment thereof | |
RU123487U1 (en) | METAL-POLYMERIC REINFORCED PIPE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |