Комбинированная труба

 

Изобретение относится к строительной индустрии, а именно к магистральным и технологическим трубопроводам для сети отопления и горячего водоснабжения, а также газо- и нефтепроводам. Техническим результатом изобретения является обеспечение химической стойкости, прочности и долговечности труб. Комбинированная труба состоит из наружной цементосодержащей трубы и непроницаемой внутренней оболочки из коррозионностойкой стали, причем между трубой и оболочкой выполнен адгезионный слой на основе полимерного и/или кристаллогидратного, и/или силикатного, или металлофосфатного связующего с армирующим наполнителем. Соотношение толщины внутренней оболочки и толщины цементосодержащей трубы составляет от 1:10 до 1:2000. В качестве полимерного связующего используют полиэфирные, или эпоксидные, или акрилатные, или полиуретановые, или кремнийорганические, или формальдегидные смолы, а также термоплавкие или латексные клеи. В качестве кристаллогидратного связующего используют сульфат магния, или гипс, или цемент. На концах комбинированной трубы выполнены металлические кольцевидные законцовки, неразъемно соединенные с внутренней непроницаемой оболочкой и с цементосодержащей трубой, что обеспечивает надежный стык труб при формировании трубопровода. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительной индустрии, а именно к магистральным и технологическим трубопроводам для сети отопления и горячего водоснабжения, а также газо- и нефтепроводам.

Известна комбинированная труба (пат. РФ №2156910, МПК F 16 L 9/02, опубл. 2000 г.), содержащая внутреннюю чугунную трубу, защитную оболочку из пенополиминерального покрытия определенной толщины и законцовки на концах труб определенного размера.

К недостаткам, препятствующим использованию данного изобретения, следует отнести невысокую химическую стойкость внутренней чугунной трубы, ее хрупкость и большой вес.

Известен трубопровод для агрессивных сточных вод (пат. Германии №19743970, МПК F 16 L 9/08), который состоит из железобетонных труб с внутренней облицовкой из термопластичного материала, стойкого к агрессивным сточным водам. Трубы проложены с обеспечением герметичного стыка.

К недостаткам данного изобретения следует отнести сложность выполнения конструкции механического крепления внутренней облицовки к трубе, что затрудняет использование в масштабном производстве за счет большой трудоемкости и высокой цены.

Известен газопровод (патент РФ №2084747, МПК F 16 L 9/08, опубл. 1997 г.), состоящий из железобетонной или цементной трубы с внутренней газонепроницаемой оболочкой, выполненной из полимерного материала.

Недостатками, препятствующими использованию данного изобретения, являются недопустимая величина паропроницаемости полимерной оболочки, особенно при повышении температуры транспортируемой жидкости, склонность к растрескиванию цементных труб и, как следствие, их недолговечность.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является изобретение по патенту РФ №2084747, которое и выбрано в качестве прототипа.

Техническая задача, которая решается предлагаемым изобретением - обеспечение химической стойкости, прочности и долговечности труб для магистральных и технологических трубопроводов.

На решение поставленной задачи направлено предлагаемое изобретение. Сущность его заключается в том, что внутренняя оболочка из коррозионностойкой стали обеспечивает высокие и стабильные защитные свойства, как в агрессивных средах, так и при повышенной температуре транспортируемой жидкости, а сочетание с цементосодержащей трубой обуславливает устойчивость к внешним воздействиям, при этом наличие адгезионного слоя не только надежно соединяет в единую конструкцию наружную трубу и внутреннюю оболочку, но и позволяет повысить долговечность комбинированной трубы за счет значительного повышения трещиностойкости цементосодержащей трубы в зоне контакта с адгезионным слоем.

Указанный технический результат достигается тем, что комбинированная труба, состоит собственно из наружной цементосодержащей трубы и непроницаемой внутренней оболочки, между трубой и оболочкой выполнен адгезионный слой на основе полимерного и/или кристаллогидратного и/или силикатного или металлофосфатного связующего с армирующим наполнителем, а непроницаемая внутренняя оболочка выполнена из коррозионностойкой стали, при этом соотношение толщины внутренней оболочки и толщины цементосодержащей трубы составляет от 1:10 до 1:2000.

В качестве полимерного связующего используют полиэфирные, или эпоксидные, или акрилатные, или полиуретановые, или кремнийорганические, или формальдегидные смолы, а также термоплавкие или латексные клеи.

В качестве кристаллогидратного связующего используют сульфат магния, или гипс, или цемент.

В качестве металлофосфатного связующего используют алюмохромофосфатные или алюможелезофосфатные связующие. В качестве силикатного связующего используют силикаты калия, или натрия, или лития.

Связующее дополнительно содержит мелкодисперсный наполнитель, например кварц, или доломитовую муку, или мел.

В качестве армирующего наполнителя используют иглопробивные нетканые материалы.

На концах комбинированной трубы выполнены металлические кольцевидные законцовки, неразъемно соединенные с внутренней непроницаемой оболочкой и с цементосодержащей трубой.

Признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.

Предлагаемое изобретение не известно из доступных источников информации, явным образом не следует из уровня техники и при этом является промышленно применимым, то есть соответствует всем критериям патентоспособности по действующему законодательству.

Материалы, применяемые при изготовлении комбинированной трубы.

Для выполнения адгезионного слоя используют полимерные связующие на основе:

- полиэфирной, например, ВК-5 (Инструкция ВИАМ 596-69, ОСТ 90-123-74), ГИПК-131 (ТУ 6-05-251-15-72);

- эпоксидной, например, ВК-1 (Инструкция ВИАМ 958-69), К-153 (ТУ 6-05-1584-72), УП 5-182 (ТУ 6-05-241-65-73), УП5-177 (ТУ 6-05-241-31-74);

- полиуретановой, например, ПУ-2 (Инструкция ВИАМ 596-69, 701-58, 588-64), КИП-Д (ТУ 6-0104-72);

- акрилатной, например, "Циакрин ПП" (ТУ 6-09-14-1408-75), ВАК (ТУ 6-0304-73);

- формальдегидной, например, БФ-2 (ГОСТ 12172-7-74), ВС-10Т (ТУ 6-09-4089-75), БФ-4 (ГОСТ 12172-78);

- кремнеорганической, например, ВК-2, ВК-8, ВК-15 (ТУ 6-05-1456-71);

- а также термоплавкие клеи, например, расплав ТФ 60 (ТУ 6-05-211-895-79) или клей-расплав на основе сополиамида 548;

- латексные клеи, например, бустилат или мастика битумно-каучуковая (ТУ 38.302-16-385-91).

Для выполнения адгезионного слоя используют также:

- кристаллогидратные связующие в виде сульфата магния, гипса или цемента;

- металлофосфатные связующие, например, алюмохромофосфатное (АХФС ТУ 6-18-166-78) или алюможелезофосфатное (АЖФС).

В качестве армирующего наполнителя используют, например, лавсановое или пропиленовое иглопробивное полотно (ТУ 412-854-91, ТУ 17-529-814-80).

В качестве цементосодержащей трубы используют промышленно выпускаемые асбестоцементные или цементные или бетонные трубы, выполненные в соответствии с требованиями ГОСТ 539-80 или ГОСТ 1839-80.

Непроницаемую внутреннюю оболочку изготавливают из коррозионностойкой стали, например, 12Х18Н10Т.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 представлена комбинированная труба в разрезе; на фиг.2 представлен возможный вид кольцевой законцовки в разрезе; на фиг.3 - разрез комбинированной трубы с законцовкой, где

1 - внутренняя оболочка из коррозионностойкой стали;

2 - адгезионный слой из связующего с армирующим наполнителем;

3 - цементосодержащая труба;

4 - кольцевидная законцовка;

5 - сварной шов.

Комбинированная труба изготавливается, например, следующим образом:

ПРИМЕР №1.

Две плоские ленты из стали Х18Н10Т толщиной 1,0 мм свариваются по боковым краям непрерывными сварными швами, образуя внутреннюю оболочку (1) из коррозионностойкой стали в виде плоскосложенной трубы. На образованных поверхностях внутренней оболочки (1) формируют адгезионный слой (2), для чего укладывают иглопробивное нетканое лавсановое полотно, а затем наносят кристаллогидратное и силикатное связующее: смесь цемента и жидкого стекла (силикат калия). Затем придают плоскосложенной трубе U-образную форму и вводят внутрь асбестоцементной трубы (3), толщина стенок которой равна 10 мм (1:10). При необходимости установки законцовок (4) в торцы цементной трубы (3) вставляют кольцевые законцовки (4), выполненные из той же марки стали: толщина стенки от 1,0 до 10,0 мм, внутренний диаметр равен наружному диаметру оболочки из коррозионностойкой стали. Внутреннюю оболочку (1) из стали расправляют и ее торцевые края сваривают (5) с кольцевидными законцовками (4). В торцы комбинированной трубы вставляют заглушки. При необходимости трубу разогревают и плавно поднимают давление внутри до момента затвердевания связующего. Излишки клея выдавливают в тонкие зазоры между асбестоцементной трубой (3) и кольцевидными законцовками (4). Кольцевые законцовки (4) используются для последующей сборки труб сваркой или механическим креплением в единую плеть.

ПРИМЕР № 2.

Внутреннюю оболочку (1) из стали Х18Н10Т толщиной 0,05 мм сваривают, как указано в первом примере. Сначала на образованные поверхности равномерно распределяют эпоксидный клей марки К-153, а затем укладывают иглопробивное нетканое пропиленовое полотно, образуя при этом адгезионный слой (2). В том же порядке, как и в первом примере, внутренняя оболочка (1) с подготовленным адгезионным слоем (2) вводится в бетонную трубу (3) с толщиной стенки 100 мм (1:2000). В результате раздува и подогрева формируется комбинированная труба.

ПРИМЕР № 3.

Комбинированную трубу изготавливают так же, как в примере 1, но адгезионный слой (2) выполняют из бустилата, гипса и иглопробивного лавсанового полотна.

ПРИМЕР № 4.

Аналогичным образом изготовлены комбинированные трубы с толщиной внутренней оболочки (1), равной 0,5 мм и толщиной асбестоцементной трубы (3) - 10 мм (1:20). В качестве полимерного связующего использовался полиэфирный клей ВК-5 с добавлением кварца, а в качестве армирующего наполнителя при формировании адгезионного слоя (2) использовался синтетический нетканый материал на основе лавсановых волокон.

Пример № 5.

Комбинированная труба изготавливается указанным в примере 1 способом, но отличается тем, что адгезионный слой (2) выполняют из сульфата магния и иглопробивного нетканого полипропиленового полотна.

Пример № 6.

Комбинированная труба формируется аналогичным указанному в примере 1 способом, но из внутренней стальной оболочки (1) толщиной 1,00 мм и бетонной трубы (3) с толщиной стенки 100 мм (1:100). Адгезионный слой выполняется из силиката натрия и синтетического нетканого лавсанового полотна в качестве армирующего наполнителя.

Пример № 7.

Описанным в примере 1 способом изготавливается комбинированная труба, имеющая внутреннюю оболочку (1) из стали Х18Н10Т толщиной 0,5 мм, вставленную в цементную трубу (3) толщиной 20 мм (1:40). Между трубой и оболочкой выполнен адгезионный слой (2) из алюмохромофосфатного связующего марки АХФС и нетканого полипропиленового полотна.

Пример № 8.

Изготавливают аналогично примеру 7 комбинированную трубу, у которой адгезионный слой (2) выполнен из полимерного связующего на формальдегидной основе марки БФ-2 с добавлением цемента и из полипропиленового иглопробивного полотна в качестве армирующего наполнителя.

Пример № 9.

Способом, описанным в примере 1, изготавливается внутренняя оболочка (1) из коррозионностойкой стали толщиной 0,1 мм в виде плоскосложенной трубы. На ее поверхности укладывают иглопробивное нетканое лавсановое полотно и наносят полимерное связующее: термоплавкий клей-расплав на основе сополиамида 548, что и представляет собой адгезионный слой (2). Плоскосложенной трубе придается U-образная форма, а затем ее вводят внутрь бетонной трубы (3) толщиной 80 мм (соотношение толщин внутренней оболочки и бетонной трубы 1:800). В результате нагрева и повышения давления связующее затвердевает и формируется монолитная комбинированная труба.

Пример № 10.

Аналогично примеру 9 изготавливают комбинированную трубу с адгезионным слоем, содержащим смесь силикатного связующего (силиката лития) и полимерного связующего на кремнеорганической основе марки ВК-15 и полипропиленового нетканого полотна.

Пример № 11.

Аналогичным описанному в примере 9 способом изготавливают комбинированную трубу с адгезионным слоем, состоящим из термоплавкого клея-расплава марки ТФ 60, гипса и полипропиленового иглопробивного полотна в качестве армирующего наполнителя.

Пример № 12.

Комбинированную трубу изготавливают по способу, описанному в примере 9, но адгезионный слой выполнен из иглопробивного лавсанового полотна, на которое нанесено полимерное связующее на полиуратновой основе марки ПУ-2 с добавлением мела в качестве мелкодисперсного наполнителя.

Пример № 13.

Комбинированную трубу изготавливают по способу, описанному в примере 9, но адгезионный слой выполнен из нетканого полипропиленового полотна, на которое нанесено полимерное связующее на акрилатной основе марки "Циакрин ПП" с добавлением обезвоженной доломитовой муки в качестве мелкодисперсного наполнителя.

При использовании связующего на полимерной основе могут вноситься мелкодисперсные наполнители для повышения тиксотропности, такие как доломитовая мука (пример № 13), кварц (пример № 4), мел (пример № 12).

Изготовленные комбинированные трубы прошли испытания согласно ГОСТ 11310-90 Методы испытаний "Трубы и муфты асбоцементные" и отвечают следующим техническим характеристикам:

Рабочее давление не ниже 5 МПа (50 кг/см²)

Рабочая температура до 200°С

Паропроницаемость 0

Теплопроводность 0,09 Вт/м·°С.

Длина труб от 4,1 м до 5,1 м. Вес комбинированных труб составлял от 40 кг до 680 кг.

Испытания полученных комбинированных труб на прочность, на разрыв, на раздавливание и на изгиб показали их высокую трещиностойкость.

При соотношении толщины внутренней оболочки (1) и толщины цементосодержащей трубы (3) менее чем 1:10 не наблюдается улучшения технических характеристик готового изделия, но увеличивается их стоимость за счет повышенного расхода материалов.

При соотношении толщин более чем 1:2000 наблюдается ухудшение прочностных свойств комбинированной трубы за счет повышенной склонности к растрескиванию.

Комбинированные трубы могут эксплуатироваться в интервале температур от -60°С до +200°С и имеют хорошие теплозащитные свойства, что обусловлено сочетанием определенных материалов, из которых изготовлен каждый из слоев комбинированной трубы, и определенным соотношением толщин.

Полированная поверхность внутренней непроницаемой оболочки из коррозионностойкой стали обеспечивает не только химическую стойкость изделия, но и повышает пропускную способность трубопроводов на 10-20%.

Сочетание химической стойкости и прочности комбинированной трубы в широком диапазоне температур обеспечивает долговечность труб, предназначенных для магистральных и технологических трубопроводов.

Сравнение полученных результатов испытаний предлагаемой комбинированной трубы и трубы по патенту РФ №2084747 (прототип) показало, что последняя имеет технические характеристики на порядок хуже, чем предлагаемая комбинированная труба.

Из вышеизложенного следует, что заявленная комбинированная труба направлена на решение поставленной задачи и при этом соответствует всем требованиям патентоспособности по действующему законодательству.

Формула изобретения

1. Комбинированная труба, состоящая собственно из наружной цементосодержащей трубы и непроницаемой внутренней оболочки, отличающаяся тем, что между трубой и оболочкой выполнен адгезионный слой на основе полимерного, и/или кристаллогидратного, и/или силикатного, или металлофосфатного связующего с армирующим наполнителем, а непроницаемая внутренняя оболочка выполнена из коррозионно-стойкой стали, при этом соотношение толщины внутренней оболочки и толщины цементосодержащей трубы составляет от 1:10 до 1:2000.

2. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего используют полиэфирные, или эпоксидные, или акрилатные, или полиуретановые, или кремнийорганические, или формальдегидные смолы, а также термоплавкие или латексные клеи.

3. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что в качестве кристаллогидратного связующего используют сульфат магния, или гипс, или цемент.

4. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что в качестве металлофосфатного связующего используют алюмохромофосфатные или алюможелезофосфатные связующие.

5. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что в качестве силикатного связующего используют силикаты калия, или натрия, или лития.

6. Комбинированная труба по любому из пп.2-5, отличающаяся тем, что связующее дополнительно содержит мелкодисперсный наполнитель, например кварц, или доломитовую муку, или мел.

7. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что в качестве армирующего наполнителя используют иглопробивные нетканые материалы.

8. Комбинированная труба по п.1, отличающаяся тем, что на ее концах выполнены металлические кольцевидные законцовки, неразъемно соединенные с внутренней непроницаемой оболочкой и с цементосодержащей трубой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3