Герметичная труба-оболочка

 

Изобретение относится к области машиностроения. Герметичная труба-оболочка содержит несущие слои из стеклопластика и размещенный между ними промежуточный слой термопластичного полимера. Несущие слои стеклопластика снабжены сплошными плоскими радиально расположенными кольцевыми слоями герметизирующей клеевой композиции, нанесенными на плоские торцы с перекрытием промежуточного слоя термопластичного полимера, а промежуточный слой термопластичного полимера - скрепленными с ним и несущими слоями стеклопластика сплошными шнуровыми кольцевыми элементами из упругоэластичного материала типа резины, перекрывающими его по толщине по всему периметру. Несущие слои стеклопластика выполнены из стеклоткани с расположением нитей утка в аксиальном, а нитей основы в окружном направлениях и армированы по торцам охватывающими их по конгруэнтным поверхностям и профилю шнуровых кольцевых элементов сплошными металлическими кольцевыми обоймами, скрепленными с ними клеевой композицией, а с несущим слоем стеклопластика, расположенным над промежуточным слоем термопластичного полимера, - дополнительно стержневыми резьбовыми элементами. В результате достигается повышение герметичности и надежности конструкции. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в изделиях из композиционных материалов, в частности в слоистых изделиях, например в многослойных трубах-оболочках из стеклопластиков, отличающихся физической структурой слоев, в которых армирующие нити заделаны в полимерную матрицу.

У трубам-оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по прочности и надежности, при этом изделия должны обладать минимальной массой. Однако природа композиционных структур такова, что через них происходит утечка среды из-за дефектности и растрескивания связующего при нагружении (А. Келли, Высокопрочные материалы, М., Мир, 1978, с. 202-206).

Для герметизации намотанных стеклопластиковых оболочек, повышения их стойкости к проникновению среды используют различного типа эластомеры, герметики и пластические материалы (В.А. Калинчев, М.С. Макаров, Намотанные стеклопластики, М., Химия, 1986, с. 210-224).

Известна герметичная труба-оболочка, содержащая несущие слои из стеклопластика и размещенный между ними промежуточный слой термопластичного материала (патент РФ N 2112652, МПК⁶ B 29 D 9/00, B 32 B 5/28, F 16 L 9/12, 1998).

Известна аналогичная труба-оболочка, между стеклопластиковыми слоями которой размещена термопластичная пленка (патент РФ 2015909, МПК⁶ B 29 C 53/56, B 29 L 23:22, 1994).

К недостаткам известных труб-оболочек из композиционных материалов, между слоями которых размещены герметизирующие прослойки, следует отнести нерешенность проблемы герметизации таких изделий в связи с утечками среды по их торцам.

Как известно, трубы, полученные намоткой, подвергают механической обработке путем торцовки, в результате этого, казалось бы выполнения чистовой операции, армирующие волокна при срезе травмируются по всем слоям. Полученные дефекты способствуют утечке среды, так как промежуточный герметизирующий слой, размещенный между несущими слоями, при срезе со стороны торца не перекрывает возникшие торцевые дефекты в слоях композиционного материала.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, по совокупности основных существенных признаков является герметичная труба-оболочка по патенту РФ N 2112652. В указанной трубе-оболочке проявляются аналогичные недостатки.

Основной задачей данного изобретения является создание трубы-оболочки такой конструкции, в которой были бы устранены указанные недостатки аналогов и прототипа, изделие обладало бы герметичностью и надежностью в радиальном направлении по всем указанным местам, в нем не происходила утечка среды через стенку и торцы.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение герметичности и надежности конструкции, обеспечение ее качественного изготовления.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет иного подхода к созданию герметичной трубы-оболочки на основе новой концепции, выраженной в том, что промежуточный слой термопластичного материала, имеющий сплошность на всей длине трубы-оболочки, должен иметь соединенные или выполненные с ним за одно целое герметизирующие средства, размещенные на торцах трубы-оболочки в совокупности с армирующими металлическими деталями.

Для этого в герметичной трубе-оболочке, содержащей несущие слои из стеклопластика и размещенный между ними промежуточный слой термопластичного материала, несущие слои стеклопластика снабжены сплошными плоскими, радиально расположенными кольцевыми слоями герметизирующей клеевой композиции, нанесенными на их плоские торцы с перекрытием промежуточного слоя термопластичного полимера, а промежуточный слой термопластичного полимера - скрепленными с ним и несущими слоями стеклопластика сплошными шнуровыми кольцевыми элементами из упругоэластичного материала типа резины, перекрывающими его по толщине по всему периметру, причем несущие слои стеклопластика выполнены из стеклоткани с расположением нитей утка в аксиальном, а нитей основы в окружном направлениях, и армированы по торцам, охватывающими их по конгруэнтным поверхностям и профилю шнуровых кольцевых элементов, сплошными металлическими кольцевыми обоймами, скрепленными с ними клеевой композицией, а с несущим слоем стеклопластика, расположенным над промежуточным слоем термопластичного полимера, дополнительно стержневыми резьбовыми элементами. Несущие слои стеклопластика могут быть выполнены из стеклоткани марки Т-13 или ТСУ-ВМ, или ТСУ-Е и полимерного связующего на основе эпоксидной смолы. Сплошные плоские радиально расположенные кольцевые слои герметизирующей клеевой композиции могут быть выполнены на основе эпоксидной смолы.

Отличительными особенностями герметичной трубы-оболочки являются следующие признаки: - снабжение несущих слоев стеклопластика сплошными плоскими радиально расположенными кольцевыми слоями герметизирующей клеевой композиции, нанесенными на их плоские торцы, - перекрытие промежуточного слоя термопластичного полимера плоскими, радиально расположенными кольцевыми слоями герметизирующей клеевой композиции, - снабжение промежуточного слоя термопластичного полимера скрепленными с ним и несущими слоями стеклопластика сплошными шнуровыми кольцевыми элементами из упруго-эластичного материала типа резины, - перекрытие шнуровыми кольцевыми элементами по толщине по всему периметру промежуточного слоя термопластичного материала, - выполнение несущих слоев стеклопластика из стеклоткани с расположением нитей утка в аксиальном, а нитей основы - в окружном направлениях, - армирование торцов трубы-оболочки охватывающими их по когруэнтным поверхностям и профилю шнуровых кольцевых элементов сплошными металлическими кольцевыми обоймами, - скрепление обойм с торцами несущих слоев стеклопластика клеевой композицией, дополнительное скрепление обойм со слоем стеклопластика, расположенными над промежуточным слоем термопластичного полимера, стержневыми резьбовыми элементами, - выполнение несущих слоев стеклопластика из стеклоткани марки Т-13 или ТСУ-ВМ, или ТСУ-Е и полимерного связующего на основе эпоксидной смолы,
- выполнение сплошных плоских радиально расположенных кольцевых слоев герметизирующей клеевой композиции на основе эпоксидной смолы.

Указанные отличительные особенности герметичной трубы-оболочки являются существенными признаками, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Снабжение несущих слоев стеклопластика трубы-оболочки плоскими радиально расположенными кольцевыми слоями герметизирующей клеевой композиции, нанесенными на их плоские торцы с перекрытием промежуточного слоя термопластичного полимера, скрепленными с ним и несущими слоями стеклопластика, с перекрытием по толщине гибкими шнуровыми кольцевыми элементами повышает надежность герметизации и исключает утечку среды. Упорядоченность расположения нитей стеклоткани слоев стеклопластика, основных - в окружном, уточных - в аксиальном направлениях при охвате торцов трубы-оболочки металлическими кольцевыми обоймами при скреплении их с несущими слоями стеклопластика, расположенными над промежуточным слоем термопластичного полимера, посредством стержневых резьбовых элементов повышает степень герметизации и обеспечивает эксплуатационные свойства в течение длительного периода времени.

Отличительные существенные признаки герметичной трубы-оболочки в предложенном исполнении являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружены, что позволяет характеризовать трубу-оболочку в совокупности существенных признаков соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение по герметизации трубы-оболочки на основе новой концепции ее усовершенствования является результатом разработки конструкции и творческого вклада, получено без использования нормативно-технической документации, ГОСТов, стандартов или каких-либо рекомендаций в данной области техники для решения поставленной задачи, является оригинальным по конструктивному исполнению, неочевидным для специалистов соответствующей отрасли, характеризуется соответствием критерию "изобретательский уровень".

Краткая сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид герметичной трубы-оболочки из стеклопластика, на фиг. 2 - поперечное сечение трубы-оболочки, на фиг. 3 - торцевой узел герметизации трубы-оболочки в аксиальном сечении, на фиг. 4 - труба-оболочка с элементами герметизации, на фиг. 5 - структура несущих слоев стеклопластика трубы-оболочки, на фиг. 6 - принципиальная схема крепления металлических кольцевых обойм к трубе-оболочке.

Более подробное описание сущности изобретения состоит в следующем.

Герметичная труба-оболочка содержит несущие слои 1, 2 из стеклопластика и размещенный между ними промежуточный слой 3 термопластичного полимера. Несущие слои 1, 2 стеклопластика снабжены сплошными плоскими радиально расположенными кольцевыми слоями 4 герметизирующей клеевой композиции, нанесенными на их плоские торцы 5, 6 с перекрытием промежуточного слоя 3 термопластичного полимера, а промежуточный слой 3 термопластичного полимера - скрепленными с ним и несущими слоями 1, 2 стеклопластика сплошными шнуровыми кольцевыми элементами 7, 8 из упругоэластичного материала типа резины, перекрывающими его по толщине по всему периметру, причем несущие слои 1, 2 стеклопластика выполнены из стеклоткани 9 с расположением нитей утка 10 в аксиальном, а нитей основы 11 - в окружном направлениях, соответственно 12 и 13. Несущие слои 1, 2 стеклопластика армированы по торцам 5, 6 охватывающими их по конгруэнтным поверхностям и профилю шнуровых кольцевых элементов 7, 8 сплошными металлическими обоймами 14, 15, скрепленными с ними клеевой композицией 4, а с несущим слоем 2 стеклопластика, расположенным над промежуточным слоем 3 термопластичного полимера, дополнительно стержневыми резьбовыми элементами 16, 17. Несущие слои 1, 2 стеклопластика могут быть выполнены из стеклоткани 9 марки Т-13 или ТСУ-ВМ, или ТСУ-Е и полимерного связующего на основе эпоксидной смолы.

Изготовление герметичной трубы-оболочки заключается в последовательной намотке слоя 1 из стеклоткани, пропитанной полимерным связующим, промежуточного слоя 3 из термопластичной пленки, слоя 2 из стеклоткани, пропитанной полимерным связующим, термообработке заготовки по режиму полимеризации полимерного связующего, в процессе проведения которой витки термопластичной пленки сплавляются в единый промежуточный слой 3 из термопластичного полимера и последующей механической обработке торцеванием в размер, при которой срезы слоев 1, 2 и 3 находятся в одной радиальной плоскости. Затем на плоские торцы 5, 6 трубы-оболочки наносят сплошные плоские радиально расположенные кольцевые слои 4 герметизирующей клеевой композиции с перекрытием промежуточного слоя 3 термопластичного полимера, скрепляя их между собой, устанавливают и скрепляют с кольцевыми слоями 1, 2 с перекрытием слоя 3 по толщине сплошные шнуровые кольцевые элементы 7, 8 из упругоэластичного материала с использованием сплошных металлических кольцевых обойм 14, 15, спрофилированных по торцам 5, 6 и профилю сплошных шнуровых кольцевых элементов 7, 8 и стержневых резьбовых элементов 17, 18, скрепляющих обоймы 14, 15 с несущим слоем 2 одновременно с поджатием к торцам 5, 6 и обжатием сплошных шнуровых кольцевых элементов 7, 8. В зафиксированном положении обойм 14, 15 клеевая композиция кольцевых слоев 4 отверждается и обеспечивается надежная герметизация трубы-оболочки в радиальном направлении как через стенку, так и через стыки торцев 5, 6 с промежуточным слоем 3 термопластичного полимера в ней с указанными нанесенными и закрепленными элементами.

Функционирование трубы-оболочки заключается в обеспечении ее конструктивными особенностями надежной герметизации в течение длительного периода времени в условиях восприятия нагрузок.

Опытный образец герметичной трубы-оболочки, изготовленный с использованием нового технического решения, при испытаниях показал положительные результаты.

Таким образом, новое техническое решение по конструктивному исполнению в предложенных вариантах является новым, технологичным и эффективным по сравнению с известным уровнем техники, хорошо реализуется промышленным способом, соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

Объем предлагаемого изобретения следует понимать шире, чем то конкретное выполнение, приведенное в описании, формуле и чертежах. Следует иметь в виду, что форма выполнения изобретения представляет собой только возможные, предпочтительные варианты выполнения изобретения в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема изобретения, изложенного в пунктах формулы. Кроме того, предлагаемое изобретение не ограничивает применение герметичной трубы-оболочки только как средство для удержания газообразной среды под давлением, но и для размещения и крепления соответствующих ее объему изделий, оказывающих на нее воздействие своей массой и нагрузками, возникающими в процессе перемещения и транспортировки.

Формула изобретения

1. Герметичная труба-оболочка, содержащая несущие слои из стеклопластика и размещенный между ними промежуточный слой термопластичного полимера, отличающаяся тем, что несущие слои стеклопластика снабжены сплошными плоскими радиально расположенными кольцевыми слоями герметизирующей клеевой композиции, нанесенными на плоские торцы с перекрытием промежуточного слоя термопластичного полимера, а промежуточный слой термопластичного полимера - скрепленными с ним и с несущими слоями стеклопластика сплошными шнуровыми кольцевыми элементами из упругоэластичного материала типа резины, перекрывающими его по толщине по всему периметру, причем несущие слои стеклопластика выполнены из стеклоткани с расположением нитей утка в аксиальном, а нитей основы - в окружном направлениях и армированы по торцам, охватывающими их по конгруэнтным поверхностям и профилю шнуровых кольцевых элементов сплошными металлическими кольцевыми обоймами, скрепленными с ними клеевой композицией, а с несущим слоем стеклопластика, расположенным над промежуточным слоем термопластичного полимера, дополнительно стержневыми резьбовыми элементами.

2. Труба-оболочка по п.1, отличающаяся тем, что несущие слои стеклопластика выполнены из стеклоткани марки ТСУ-ВМ, или Т-13, или ТСУ-Е и полимерного связующего на основе эпоксидной смолы.

3. Труба-оболочка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что сплошные плоские радиально расположенные кольцевые слои герметизирующей клеевой композиции выполнены на основе эпоксидной смолы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6