Патент на изобретение №2272953

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области производства труб, а именно многослойных спирально-шовных труб, и может быть использовано при изготовлении трубопроводов для транспортирования жидких и газообразных веществ, в том числе агрессивных. Техническим результатом при использовании предлагаемого способа является оптимизация технологии изготовления трубы и повышение производительности процесса. Способ изготовления трубы включает формирование монолитных внутренней и наружной полимерных оболочек, активизацию поверхности и выполнение жесткого каркаса на основе спирально навитой стальной ленты с применением сварки, при этом сначала обе поверхности стальной ленты по всей длине за исключением краев активизируют нанесением клеевых прослоек, а затем на клеевой прослойке с одной стороны ленты формируют внутренний слой и с другой стороны ленты – наружный слой из термопластичного полимера, после этого выполняют жесткий каркас, сваривая края ленты, свободные от клея и термопластичного полимера, по всей длине непрерывным швом, а в зону шва дополнительно с обеих сторон последовательно вводят клей и термопластичный полимер при одновременном формировании монолитных внутренней и наружной полимерных оболочек. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области производства труб, а именно многослойных спирально-шовных труб, и может быть использовано при изготовлении трубопроводов для транспортирования жидких и газообразных веществ, в том числе агрессивных.

Известны способы изготовления металлических труб с внутренним и наружным полимерными покрытиями (пат. США №4370186, кл. В 29 D 23/04, 1983 г., пат. РФ №2126322, кл. В 2 С 47/02), основанные на операциях формования металлической ленты в кольцевой профиль, сварку его кромок, формование посредством экструзии внутренней и наружной полимерных оболочек и промежуточных клеевых слоев.

Известные способы предназначены для изготовления труб диаметром 8-140 мм при толщине алюминиевой ленты от 0,2 мм до 2 мм.

К недостаткам данных способов, препятствующим их использованию, относятся сложность изготовления и малая прочность труб большого диаметра.

Известен способ изготовления многослойных обечаек (а.с. СССР №626866, кл. В 21 D 51/24, публ. 1978 г.), по которому формируют слои путем многослойной намотки полосовых заготовок по винтовой линии, после чего сваривают первый и последний слои винтовыми швами с предварительным выдавливанием продольных гофр.

К недостаткам, препятствующим использованию известного способа, следует отнести недостаточную надежность получаемой трубы, поскольку формируемые слои не образуют между собой монолитного соединения и проконтролировать место расположения дефекта в каждом из слоев довольно трудно.

Известно изобретение “Труба и способ ее изготовления” (пат. РФ №2121101, кл. F 16 L 9/12, публ. 1993 г.), по которому в способе изготовления между внешней и внутренней оболочками выполняют сердцевину путем спиральной навивки стальной ленты на внутреннюю оболочку и последующего наложения на ленту матрицы смолы с последующей ее вулканизацией для образования внешней оболочки.

К недостаткам, препятствующим использованию данного изобретения, относятся невысокая прочность трубы при растяжении вдоль оси, что обусловлено отсутствием прочности сцепления между витками стальной ленты и возможностью их перемещения.

Известен способ непрерывного изготовления металополимерной трубы (пат. РФ №2206017, кл. F 16 L 9/12, публ. 2003 г.). По данному способу осуществляют формирование внутренней полимерной трубы-оболочки в виде монолита, поверхность трубы активизируют, затем армируют спиральной навивкой из проволоки, ленты или корда, затем укладывают элементы продольной арматуры и еще раз делают спиральную навивку из проволоки с привариванием к элементам продольной арматуры для получения жесткого каркаса, и после термообработки формируют экструзией внешнюю полимерную трубу-оболочку в виде монолита.

Препятствиями для получения необходимого технического результата при применении данного изобретения являются использование большого количества армирующего материала и, как следствие, повышение массы изделия, а также длительный технологический процесс и неполное использование физико-механических характеристик, присущих этим материалам, включая газопроницаемость, значение которой для данного изделия составляет не менее 10^-8см³/(см²·с·атм).

Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является обеспечение технологичности при изготовлении и надежности при эксплуатации многослойной спирально-шовной трубы за счет повышения физико-механических показателей.

Техническим результатом при использовании предлагаемого способа является оптимизация технологии изготовления трубы и повышение производительности процесса.

Полученная труба характеризуется высокой деформационной устойчивостью за счет сочетания прочного (равного или близкого к прочности стали) соединения витков армирующего жесткого каркаса и монолитных полимерных оболочек. Высокая надежность трубы при эксплуатации обеспечивается даже в случае появления нескольких технологических дефектов в жестком каркасе и полимерных оболочках, так как вероятность совпадения их месторасположении крайне мала.

Для достижения указанного технического результата способ изготовления трубы включает формирование монолитных внутренней и наружной полимерных оболочек, активизацию поверхности и выполнение жесткого каркаса на основе спирально навитой стальной ленты с применением сварки, при этом сначала обе поверхности стальной ленты по всей длине за исключением краев активизируют нанесением клеевых прослоек, а затем на клеевой прослойке с одной стороны ленты формируют внутренний слой и с другой стороны ленты – наружный слой из термопластичного полимера, после этого выполняют жесткий каркас, сваривая края ленты, свободные от клея и термопластичного полимера, по всей длине непрерывным швом, а в зону шва дополнительно с обеих сторон последовательно вводят клей и термопластичный полимер при одновременном формировании монолитных внутренней и наружной полимерных оболочек.

По всей длине стальной ленты вдоль ее краев формируют гофрообразный выступ для обеспечения дополнительной жесткости трубы при сжатии.

Предпочтительным является то, что сварку осуществляют внахлест с одновременным формированием в зоне сварки гофрообразного выступа по всей длине спирально навитой стальной ленты, что также обеспечивает дополнительную жесткость при сжатии.

На внутреннем слое из термопластичного полимера выполняют непрерывный спирально навитой выступ из того же термопластичного материала, что повышает износоустойчивость внутренней поверхности трубы.

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 реализации способа

В качестве термопластичного полимера используют полиэтилены любых экструзионных марок, полипропилен, поливинилхлорид и другие термопласты, перерабатываемые экструзией.

В качестве клея используют сополимер бутилметакрилата и акриловой кислоты, сополимер этилена с винилацетатом, полиэтилен с силанольным модификатором и др.

Жесткий каркас выполняют из металлической, преимущественно стальной ленты, (например, из стали 20) толщиной от 0,1 до 10 мм.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показано поперечное сечение ленты, подготовленной под сварку.

На металлическую ленту 1 нанесены по всей длине (кроме краев) слой клея 2 и слой термопластичного материала 3.

Способ изготовления трубы реализуют следующим образом.

Поверхность металлической ленты (полосы) 1 толщиной от 0,1 до 10 мм предварительно подготавливают [удаляют загрязнения, возможно травление, пескоструйка или нанесение тонкого металлического покрытия (Zn, Cd)].

Затем на каждую сторону металлической ленты 1 из экструдеров (от 2 до 4 шт.) последовательно наносят сначала слой клея 2 (толщиной от 0,1 до 1 мм) и на него слой термопластичного полимера 3 (толщиной от 0,2 до 10 мм). Термопласт может быть как одинакового, так и разного состава. Толщина слоев 2 и 3 может быть как одинаковой, так и разной величины. Края ленты по всей длине оставляют свободными от клея и термопласта на ширину от 1 до 30 мм (обычно 5-10 мм).

Полученную ленту сворачивают в рулоны. Длину ленты в рулоне обеспечивают кратной длине, необходимой для изготовления одного отрезка трубы.

Ленту из рулона подают в узел формования, где ей придают спиралевидную форму, состыковывают и сваривают края непрерывным швом, а из экструдеров через соответствующие головки непосредственно в зону шва последовательно наносят слой клея и слой термопласта. Отрезок трубы при этом совершает вращательно-поступательное движение.

Лучшие результаты удается получить при использовании лазерной, микроплазменной и контактной сварки.

Формование выступа в зоне сварки осуществляют соответствующими роликами.

Сварку внахлест с одновременным формованием выступа реализуют преимущественно методом роликовой контактной сварки.

Формование выступа на внутреннем слое термопласта осуществляют в зоне сварного шва с помощью соответствующей головки, наносящей термопласт в зону шва.

ПРИМЕР

На одну (внутреннюю) поверхность стальной ленты (сталь С 245, ГОСТ 27772-88) толщиной 3 мм и шириной 340 мм из 2-х экструдеров наносят соответственно слой клея (сэвилен ТУ 6-05-1630-73) толщиной 0,2 мм и слой полиэтилена низкого давления (марка 973, ГОСТ 16338-85) толщиной 4 мм, а на другую (наружную) поверхность, также из 2-х экструдеров, наносят слой клея (БМК-5, ТУ 6-01-259-69) толщиной 0,1 мм и слой экструзионного поливинилхлорида (ПВХ-С.74, ГОСТ 14332-69) толщиной 2 мм, оставляя каждый край ленты по всей длине свободным от полимера на ширину 12 мм.

Полученную ленту сворачивают в рулон, обеспечивая длину ленты равной

где D – диметр трубы;

I – длина плети;

Н – ширина ленты;

h – ширина нахлеста.

В узле формования ленте придают спиралевидную форму. Затем края ленты с нахлестом 4 мм сваривают роликовой контактной сваркой в трубу диаметром 600 мм, одновременно формируя в зоне сварки гофрообразный выступ. В зону шва по технологии, аналогичной нанесению слоев на ленту, описанной выше, наносят слои того же состава, обеспечивая непрерывность слоев. Качество сварного шва контролируют с помощью ультразвуковых датчиков, а сплошность слоев – высоковольтным дефектоскопом.

Готовая труба выдерживает испытательное давление жидкости не менее 20 кг/см², а газопроницаемость составляет не более 10^-8 см³/(см²·с·атм).

Использование всей совокупности существенных признаков изобретения позволяет обеспечить следующие технические преимущества перед аналогами и прототипами:

– значительно (в 3-4 раза) повысить производительность процесса изготовления труб, особенно больших диаметров;

– снизить материалоемкость и стоимость в 2-3 раза;

– увеличить долговечность труб при перекачке жидкостей, содержащих твердые (абразивные) частицы.

– снизить газопроницаемость до 10^-18 см³/(см²·с·атм).

Нанесение на обе поверхности стальной ленты слоев термопластичного полимера за исключением краев позволяет достичь качественного сварного шва при выполнении жесткого каркаса трубы спиральной навивкой стальной ленты. Нанесение клея и термопластичного полимера с обеих сторон в зону свариваемого шва практически сразу за сваркой на разогретый метал позволяет сформировать монолитные внутреннюю и наружную полимерные оболочки без дополнительных технологических операций. Формирование в зоне сварки непрерывного выступа на стальной ленте и выполнение шва внахлест позволяет дополнительно увеличить устойчивость готовой трубы при сжатии в поперечном направлении.

Формирование непрерывного спирального выступа на внутренней оболочке позволяет повысить ресурс работы трубопровода при перекачке жидкостей, содержащих твердые (абразивные) частицы.

Таким образом, предлагаемое изобретение направлено на решение поставленной задачи и соответствует всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.

Формула изобретения

1. Способ изготовления трубы, включающий формирование монолитных внутренней и наружной полимерных оболочек, активизацию поверхности и выполнение жесткого каркаса на основе спирально навитой стальной ленты с применением сварки, отличающийся тем, что сначала обе поверхности стальной ленты по всей длине за исключением краев активизируют нанесением клеевых прослоек, а затем на клеевой прослойке с одной стороны ленты формируют внутренний слой и с другой стороны ленты – наружный слой из термопластичного полимера, после чего выполняют жесткий каркас, сваривая края ленты, свободные от клея и термопластичного полимера, по всей длине непрерывным швом, а в зону шва дополнительно с обеих сторон последовательно вводят клей и термопластичный полимер при одновременном формировании монолитных внутренней и наружной полимерных оболочек.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по всей длине стальной ленты вдоль ее краев формируют гофрообразный выступ.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сварку осуществляют внахлест с одновременным формированием в зоне сварки гофрообразного выступа по всей длине спирально навитой стальной ленты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на внутреннем слое из термопластичного полимера выполняют непрерывный спирально навитой выступ из того же термопластичного материала.

РИСУНКИ