Гибридная металлокомпозитная труба

Изобретение относится к трубопроводной технике и может применяться для трубопроводных систем, подверженных значительным нагрузкам при эксплуатации, например, в системах мелиорации, а также для промысловых трубопроводов в нефтегазовой отрасли. Гибридная металлокомпозитная труба содержит металлическую трубу, внешнюю композитную оболочку в виде кольцевых волокон, соединенных полимерным связующим, и внутреннюю композитную оболочку в виде кольцевых волокон, соединенных полимерным связующим. Металлическая труба образована одним или несколькими сплошными или перфорированными продольными элементами, расположенными по окружности в один или несколько слоев. Продольные элементы, образующие трубу, соединены между собой и с внешней и внутренней оболочками при помощи полимерного связующего. В качестве кольцевых волокон композитных оболочек используются стеклянные, базальтовые, углеродные или арамидные нити. Полимерное связующее содержит минеральные добавки в виде стеклянных микросфер, базальтового порошка, цемента или их сочетания. Техническим результатом является повышение конструктивной прочности, коррозионной стойкости и срока эксплуатации гибридной металлокомпозитной трубы при одновременном снижении материалоемкости и себестоимости ее изготовления. 5 ил.

 

Изобретение относится к трубопроводной технике, в частности к гибридным металлокомпозитным трубам для транспортировки жидких и газообразных сред, и может применяться для трубопроводных систем подверженных значительным нагрузкам при эксплуатации, например, в системах мелиорации для изготовления трубопроводов передвижных дождевальных машин, а также для промысловых трубопроводов в нефтегазовой отрасли.

Известно техническое решение, в котором многослойная металлополимерная труба содержит металлическую трубу, выполненную из алюминиевого сплава, имеющую внутреннюю и внешнюю поверхности, первый полимерный слой, выполненный из полипропилена, связанный с внешней поверхностью, и второй полимерный слой, выполненный из полипропилена, связанный с внутренней поверхностью (Патент РФ 192788 от 08.05.2019).

Недостатком этой многослойной металлополимерной трубы является малая прочность и жесткость, что не позволяет использовать ее в качестве независимой несущей конструкции.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения целесообразно рассмотреть гибридную металлокомпозитную трубу, при котором на поверхность металлической трубы наносят внешнюю композитную силовую оболочку, в качестве материала которой используют жгут из анизотропного композита в виде волокон. Волокна предварительно пропитывают эпоксидным связующим и наносят жгут на поверхность металлической трубы путем его кольцевой намотки. Использование предложенного способа позволяет конструктивную прочность гибридной металлокомпозитной трубы (Патент РФ 2640132 от 06.12.2016).

Недостатком этой гибридной металлокомпозитной трубы является отсутствие защиты внутренней поверхности трубы, которая выполнена из стали и может соприкасаться с агрессивной транспортируемой средой.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение конструктивной прочности, коррозионной стойкости и срока эксплуатации гибридной металлокомпозитной трубы при одновременном снижении материалоемкости и себестоимости ее изготовления.

Поставленная задача решается за счет того, что гибридная металлокомпозитная труба, содержащая металлическую трубу и внешнюю композитную оболочку в виде кольцевых волокон соединенных полимерным связующим, отличается тем, что дополнительно содержит внутреннюю композитную оболочку в виде кольцевых волокон соединенных полимерным связующим. Металлическая труба образована одним или несколькими сплошными или перфорированными продольными элементами, расположенными по окружности в один или несколько слоев. Продольные элементы, образующие трубу, соединены между собой и с внешней и внутренней оболочками при помощи полимерного связующего. В качестве кольцевых волокон композитных оболочек используются стеклянные, базальтовые углеродные или арамидные нити. Полимерное связующее содержит минеральные добавки в виде стеклянных микросфер, базальтового порошка, цемента или их сочетания.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана модель гибридной металлокомпозитной трубы. На фиг. 2 показана конструкция металлической трубы с одним продольным элементом.

На фиг. 3 показана конструкция металлической трубы с четырьмя продольными элементами.

На фиг. 4 показана конструкция двухслойной металлической трубы. На фиг. 5 показана конструкция металлической трубы с перфорированными продольными элементами Гибридная металлокомпозитная труба 1 (фиг.1) содержит металлическую трубу 2, внешнюю композитную оболочку 3 и внутренюю композитную оболочку 4. Внешняя композитная оболочка 3 формируется из ровинга стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных нитей. Внутренняя композитная оболочка 4 формируется из ровинга стеклянных или базальтовых волокон. Металлическая труба 2 образована одним продольным элементом 5 (фиг. 2) или несколькими продольными элементами 5 (фиг. 3), расположенными по окружности в один (фиг. 2) или несколько (фиг. 4) слоев. Продольные элементы 5, образующие металлическую трубу 2 (фиг. 5), могут иметь перфорацию в виде регулярных отверстий 5. Продольные элементы 5, образующие металлическую трубу 2, (фиг. 1) соединены между собой и с внешней 3 и внутренней 4 композитными оболочками при помощи полимерного связующего на основе эпоксидной, полиэфирной или иной смолы.

Предлагаемая гибридная металлокомпозитная труба 1 обладает высокой технологичностью при изготовлении. Внутренняя композитная оболочка 4 может быть изготовлена на основе технологии непрерывной намотки композитных труб и последующей порезкой по длине в требуемый размер. Продольные элементы 5 металлической трубы 2 могут быть выполнены из листового материала, свернутого в кольцо. После склеивания внутренней композитной оболочки 4 с продольными элементами 5 металлической трубы 2, на установке периодической намотки накладывается внешняя композитная оболочка 3.

Преимущества предлагаемого решения.

Под нагрузкой внутренним давлением и внешними силами все элементы гибридной металлокомпозитной трубы нагружаются и работают совместно.

Внутренняя композитная оболочка имеет значительно меньшую шероховатость внутренней стенки по сравнению с металлической трубой, что обеспечивает меньшую потерю давления при перекачивании жидкостей.

Гибридная металлокомпозитная труба полностью со всех сторон защищена от внешней среды и поэтому не подвержена коррозии.

Предлагаемая гибридная металлокомпозитная труба может выдерживать значительные броски внутреннего давления, поскольку все ее элементы могут деформироваться в зоне упругих деформаций и компенсировать скачки давления, и практически не подвержена разрушению при гидравлическом ударе.

Для высоконагруженных труб применение высокомодульных волокон для внешней композитной оболочки позволяет существенно повысить конструктивную прочность.

Масса гибридной металлокомпозитной трубы в 1,5 раза ниже, чем у аналогичной стальной тонкостенной трубы.

Затраты на изготовление гибридной металлокомпозитной трубы значительно ниже, чем у стальной трубы с аналогичными характеристиками.

Гибридная металлокомпозитная труба, содержащая металлическую трубу и внешнюю композитную оболочку в виде кольцевых волокон, соединенных полимерным связующим, отличающаяся тем, что дополнительно содержит внутреннюю композитную оболочку в виде кольцевых волокон из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных нитей, соединенных полимерным связующим, металлическая труба образована одним или несколькими расположенными по окружности в один или несколько слоев продольными элементами, которые выполнены сплошными или с перфорацией в виде регулярных отверстий, продольные элементы, образующие трубу, соединены между собой и с внешней и внутренней оболочками при помощи полимерного связующего, которое содержит минеральные добавки в виде стеклянных микросфер, базальтового порошка, цемента или их сочетания.