RU2726422C1 - Hybrid pipe - Google Patents

Abstract

FIELD: pipelines.SUBSTANCE: invention relates to production of pipes intended for transportation of liquid and gaseous media. Hybrid pipe for transportation of liquid and gaseous media contains inner lining layer 1, layer 2 of hollow stiffening ribs made of fibrous composite materials, and outer layer 3 from metal or non-metal. Inner lining layer is made in the form of coiled tube from metal band, at the same time layers of fibrous reinforcing material impregnated with liquid organic or inorganic binding agent are wound on twisted pipe. Metal tape is made of galvanized steel or stainless steel, or copper, or titanium, at that the thickness of band is 0.1÷1.5 mm. Outer layer 3 is made from stainless steel sheet, or from galvanized steel sheet, or from thermoplastic. Space between hollow stiffeners is filled with heat-insulating material or concrete.EFFECT: technical result is increased ring stiffness of inner lining layer and reduced thickness of its wall.6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области производства труб, предназначенных для транспортировки жидких и газообразных сред.The invention relates to the field of production of pipes for the transportation of liquid and gaseous media.

Из уровня техники известна облегченная металлическая труба с защитным покрытием, содержащим слой из резины и слои из стеклоткани, предварительно пропитанной жидкой фенолформальдегидной смолой, и кольцевые ребра жесткости из стеклопластика (патент на полезную модель РФ №69962, МПК F16L 9/16, 10.01.2008).A lightweight metal pipe with a protective coating containing a rubber layer and layers of fiberglass pre-impregnated with liquid phenol-formaldehyde resin and annular stiffeners made of fiberglass is known from the prior art (patent for a useful model of the Russian Federation No. 69962, IPC F16L 9/16, 10.01.2008 ).

Известная труба защищает от коррозии наружную стенку металлической трубы и облегчает массу металлической трубы за счет полых стеклопластиковых ребер жесткости, однако такое исполнение трубы не позволяет повысить ее коррозионную стойкость и уменьшить толщину стенки металлической трубы.The known pipe protects the outer wall of the metal pipe from corrosion and lightens the weight of the metal pipe due to the hollow fiberglass stiffeners, however, such a design of the pipe does not allow increasing its corrosion resistance and reducing the wall thickness of the metal pipe.

Наиболее близким к заявленной гибридной трубе является изделие для транспортировки и хранения жидких и газообразных сред, представляющее собой тело вращения из волокнистых композиционных материалов, содержащее корпус, состоящий из внутренней футеровочной стенки и наружной несущей стенки в виде полых ребер жесткости из волокнистых композиционных материалов на основе органических и неорганических связующих, при этом внутренняя футеровочная стенка имеет толщину 0,1÷20 мм и изготовлена из металлической ленты толщиной 0,1÷1,2 мм (патент РФ на изобретение №2660984, МПК F16L 9/12, 10.07.2018).The closest to the claimed hybrid pipe is a product for transportation and storage of liquid and gaseous media, which is a body of revolution made of fibrous composite materials, containing a body consisting of an inner lining wall and an outer bearing wall in the form of hollow stiffeners made of fiber composite materials based on organic and inorganic binders, while the inner lining wall has a thickness of 0.1 ÷ 20 mm and is made of a metal strip with a thickness of 0.1 ÷ 1.2 mm (RF patent for invention No. 2660984, IPC F16L 9/12, 10.07.2018).

Данное изобретение предназначено для изготовления крупно-габаритных изделий и имеет повышенную толщину внутреннего футеровочного слоя из металлической ленты толщиной 0,1÷1,2 мм, что снижает технические характеристики и повышает стоимость изделия.This invention is intended for the manufacture of large-size products and has an increased thickness of the inner lining layer of a metal strip with a thickness of 0.1 ÷ 1.2 mm, which reduces the technical characteristics and increases the cost of the product.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение кольцевой жесткости внутреннего футеровочного слоя и уменьшение толщины его стенки.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the annular stiffness of the inner lining layer and decrease its wall thickness.

Указанный технический результат достигается тем, что в трубе гибридной для транспортировки жидких и газообразных сред, содержащей внутренний футеровочный слой, слой из полых ребер жесткости, выполненный из волокнистых композиционных материалов, и наружный слой из металла или неметалла, согласно предложению, внутренний футеровочный слой выполнен в виде витой трубы из металлической ленты, при этом на витую трубу намотаны слои из волокнистого армирующего материала, пропитанного жидким органическим и неорганическим связующим.The specified technical result is achieved by the fact that in a hybrid pipe for transporting liquid and gaseous media, containing an inner lining layer, a layer of hollow stiffeners made of fibrous composite materials, and an outer layer of metal or non-metal, according to the proposal, the inner lining layer is made in in the form of a twisted pipe made of a metal strip, while layers of fibrous reinforcing material impregnated with a liquid organic and inorganic binder are wound on the twisted pipe.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что металлическая лента выполнена из оцинкованной стали или нержавеющей стали, или меди, или титана, при этом толщина ленты составляет 0,1÷1,5 мм; волокнистые композиционные материалы содержат в качестве армирующих материалов стеклянные, либо базальтовые, либо углеродные, либо арамидные волокна, а в качестве жидких связующих использованы органические связующие из реактопластов горячего либо холодного отверждения, либо неорганические связующие на основе фосфатных составов холодного отверждения; кроме того, наружный слой выполнен из листа нержавеющей стали либо из листовой оцинкованной стали, либо из термопластов; пространство между полыми ребрами жесткости заполнено теплоизоляционным материалом, а также может быть заполнено бетоном.In addition, the specified technical result is achieved in that the metal tape is made of galvanized steel or stainless steel, or copper, or titanium, while the thickness of the tape is 0.1 ÷ 1.5 mm; fibrous composite materials contain glass, or basalt, or carbon, or aramid fibers as reinforcing materials, and organic binders from hot or cold curing thermosets or inorganic binders based on cold curing phosphate compositions are used as liquid binders; in addition, the outer layer is made of stainless steel sheet or galvanized sheet steel or thermoplastics; the space between the hollow stiffeners is filled with heat-insulating material and can also be filled with concrete.

На фигуре изображен продольный разрез корпуса трубы гибридной, общий вид.The figure shows a longitudinal section of a hybrid pipe body, general view.

Труба гибридная для транспортировки жидких и газообразных сред содержит внутренний футеровочный слой в виде витой трубы 1 из металлической ленты шириной b. Металлическая лента изготовлена из оцинкованной стали либо нержавеющей стали, либо меди, либо титана. Толщина ленты составляет 0,1÷1,5 мм. На витую трубу 1 намотаны слои волокнистого армирующего материала, пропитанного жидким органическим или неорганическим связующим. Волокнистый армирующий материал может быть выполнен, например, в виде стеклоткани, пропитанной жидким органическим связующим из реактопластов горячего либо холодного отверждения, например, фенольной смолой или жидким неорганическим связующим, например натрийборсиликатфосфатным, холодного отверждения. Количество слоев волокнистого армирующего материала, наматываемых на витую металлическую трубу, определяется диаметром изготавливаемой трубы гибридной и характеристикой транспортируемой среды. Средний несущий слой трубы гибридной изготовлен в виде полых ребер жесткости 2 из волокнистых композиционных материалов. Полые ребра жесткости 2 имеют высоту h, толщину δ и намотаны на упомянутые выше слои волокнистого армирующего материала с шагом τ. Волокнистые композиционные материалы содержат в качестве армирующих материалов стеклянные либо базальтовые, либо углеродные, либо арамидные волокна, а в качестве жидких связующих использованы органические связующие из реактопластов горячего либо холодного отверждения, либо неорганические связующие на основе фосфатных составов холодного отверждения.A hybrid pipe for transporting liquid and gaseous media contains an inner lining layer in the form of a coiled pipe 1 made of a metal strip of width b. The metal strip is made of galvanized steel or stainless steel, copper or titanium. The tape thickness is 0.1 ÷ 1.5 mm. Layers of fibrous reinforcing material impregnated with a liquid organic or inorganic binder are wound around the twisted pipe 1. The fibrous reinforcing material can be made, for example, in the form of glass cloth impregnated with a liquid organic binder made of thermosetting plastics hot or cold curing, for example, phenolic resin or a liquid inorganic binder, for example sodium borosilicate phosphate, cold curing. The number of layers of fibrous reinforcing material wound on a twisted metal pipe is determined by the diameter of the hybrid pipe being produced and the characteristics of the transported medium. The middle bearing layer of the hybrid pipe is made in the form of hollow stiffeners 2 of fibrous composite materials. Hollow stiffening ribs 2 have a height h, a thickness δ and are wound on the above layers of fibrous reinforcing material with a step τ. Fibrous composite materials contain glass or basalt, or carbon, or aramid fibers as reinforcing materials, and organic binders from hot or cold curing thermosetting plastics, or inorganic binders based on cold curing phosphate compositions are used as liquid binders.

Наружный защитный слой 3 трубы гибридной выполнен из листа оцинкованной стали толщиной либо из листа нержавеющей стали, либо из термопластов.The outer protective layer 3 of the hybrid pipe is made of galvanized steel sheet, either stainless steel sheet or thermoplastics.

Пространство между полыми ребрами жесткости заполнено теплозащитным материалом 4, когда требуется сохранение температуры транспортируемой среды. Пространство между полыми ребрами жесткости может быть заполнено бетоном 4 для использования при укладке труб гибридных через водные среды (реки, озера, моря и т.п.) либо при траншейной укладке на большие глубины.The space between the hollow stiffeners is filled with heat-shielding material 4 when the temperature of the transported medium is required to be maintained. The space between the hollow stiffeners can be filled with concrete 4 for use when laying hybrid pipes through aquatic environments (rivers, lakes, seas, etc.) or when trenching at great depths.

Трубу гибридную изготавливают следующим образом.The hybrid pipe is made as follows.

На дорн устанавливают готовую витую металлическую трубу 1 диаметром 50÷5000 мм, изготовленную из металлической ленты толщиной 0,1÷1,5 мм и шириной 50÷300 мм. Лента изготовлена из оцинкованной стали либо из нержавеющей стали различных марок, либо из меди, либо из титана. Диаметр витой металлической трубы 1, характеристику металлической ленты определяют характеристикой транспортируемой среды. Так, оцинкованная стальная лента применима в основном при изготовлении труб гибридных для транспортировки жидких и газовых сред, не нуждающихся в повышенных требованиях по коррозионной стойкости. Ленту из нержавеющей стали различных марок используют при изготовлении труб гибридных для транспортировки различных кислот, щелочей, солей, масел, растворителей и других жидких и газовых сред при различных температурах, для которых удовлетворяются требования по коррозионной стойкости ленты. Ленты из нержавеющей стали и витые трубы из них позволяют транспортировать также пищевые продукты.A finished twisted metal pipe 1 with a diameter of 50 ÷ 5000 mm, made of a metal tape 0.1 ÷ 1.5 mm thick and 50 ÷ 300 mm wide, is installed on the mandrel. The strip is made of galvanized steel or stainless steel of various grades, copper or titanium. The diameter of the twisted metal pipe 1, the characteristics of the metal tape are determined by the characteristics of the transported medium. So, galvanized steel tape is mainly applicable in the manufacture of hybrid pipes for the transportation of liquid and gas media that do not require increased requirements for corrosion resistance. Stainless steel belts of various grades are used in the manufacture of hybrid pipes for the transportation of various acids, alkalis, salts, oils, solvents and other liquid and gaseous media at different temperatures, for which the requirements for the corrosion resistance of the belt are satisfied. Stainless steel belts and coiled tubing made of them also make it possible to transport food products.

Ленту из меди используют при изготовлении труб гибридных для отопления, а ленту из титана используют при изготовлении труб гибридных для транспортировки высокоагрессивных жидких и газовых сред.Copper tape is used in the manufacture of hybrid pipes for heating, and titanium tape is used in the manufacture of hybrid pipes for transporting highly corrosive liquid and gaseous media.

Внутренняя поверхность лент для изготовления витой трубы может иметь полировочную (зеркальную) поверхность. Такая поверхность витой трубы имеет минимальную шероховатость, что дает возможность повысить коррозионную стойкость и увеличить скорость транспортировки среды.The inner surface of the strips for the production of coiled pipes can have a polishing (mirror) surface. Such a surface of a coiled pipe has a minimum roughness, which makes it possible to increase corrosion resistance and increase the speed of medium transportation.

Перед установкой на дорн витой металлической трубы 1 в ней устанавливают элементы для соединения труб (например, сварка или резьбовой, или муфтовый, или фланцевый способ). Затем на витую трубу наматывают несколько слоев волокнистого материала, например, в виде стеклоткани марки ЭЗ/2-200П100) (ТУ 5952-002-99544202-2011), пропитанной жидким органическим связующим из реактопластов горячего либо холодного отверждения, например, фенольной смолой марки СФЖ-309* (ГОСТ 20907-75, изм. 1, 2) горячего отверждения или жидким неорганическим связующим, например натрийборсиликатфосфатным, холодного отверждения (ТУ 1523-003-395611921-2006).Before installing the twisted metal pipe 1 on the mandrel, elements for connecting pipes are installed in it (for example, welding or threaded, or coupling, or flange method). Then, several layers of fibrous material are wound around the twisted pipe, for example, in the form of glass cloth grade EZ / 2-200P100) (TU 5952-002-99544202-2011), impregnated with a liquid organic binder made of thermosetting plastics hot or cold curing, for example, phenolic resin of the SFZh grade -309 * (GOST 20907-75, rev. 1, 2) hot curing or liquid inorganic binder, for example sodium borosilicate phosphate, cold curing (TU 1523-003-395611921-2006).

Далее осуществляют укладку металлического полого профиля, который, в свою очередь, является формой для последующей намотки полых ребер жесткости из волокнистых композиционных материалов. Металлический полый профиль согласно ТУ 1208-009-99133717-10 изготовлен из стальной (черной) ленты и имеет форму кривой 2-го порядка и высоту ребер h (см. фиг.). Укладывают его в виде колец или спирали с определенным шагом τ. На металлический профиль наматывают волокнистый композиционный материал в виде ленты, ширина которой определяется высотой h ребра жесткости, т.е. металлического полого профиля. Ленту из композиционного волокнистого материала предварительно пропитывают жидким связующим, описанным выше. Характеристика полых ребер жесткости: высота h, толщина δ, расстояние между ребрами τ, число слоев волокнистого наполнителя, тип наполнителя, вид текстильной структуры, тип жидкого органического и неорганического связующего определяется диаметром трубы гибридной и характеристикой транспортируемой среды.Next, a hollow metal profile is laid, which, in turn, is a form for subsequent winding of hollow stiffeners from fibrous composite materials. The metal hollow profile according to TU 1208-009-99133717-10 is made of steel (black) tape and has the shape of a curve of the 2nd order and the height of the ribs h (see Fig.). Lay it in the form of rings or a spiral with a certain step τ. A fibrous composite material is wound onto a metal profile in the form of a tape, the width of which is determined by the height h of the stiffener, i.e. metal hollow profile. The fiber composite tape is pre-impregnated with the liquid binder described above. The characteristic of hollow stiffeners: height h, thickness δ, distance between ribs τ, number of layers of fibrous filler, type of filler, type of textile structure, type of liquid organic and inorganic binder is determined by the diameter of the hybrid pipe and the characteristics of the transported medium.

После окончания намотки полых ребер жесткости трубу гибридную вместе с дорном помещают в камеру отверждения, а по окончании процесса отверждения их вынимают из камеры, и снимают трубу с дорна.After the end of the winding of the hollow stiffeners, the hybrid pipe together with the mandrel is placed in the curing chamber, and at the end of the curing process they are taken out of the chamber and the pipe is removed from the mandrel.

Окончательной стадией изготовления трубы гибридной является установка наружного защитного слоя, выполненного, например, из листовой оцинкованной стали или из листа нержавеющей стали, или в виде трубы из термопластов (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид). Перед установкой наружного защитного слоя 3 пространство между полыми ребрами жесткости 2 заполняют теплоизоляционным материалом 4 для сохранения температуры транспортируемой среды или бетоном для прокладки труб гибридных через водные среды (реки, озера, моря), либо при траншейной прокладке на большие диаметры.The final stage in the manufacture of a hybrid pipe is the installation of an outer protective layer made, for example, of galvanized sheet steel or stainless steel sheet, or in the form of a thermoplastic pipe (polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride). Before installing the outer protective layer 3, the space between the hollow stiffeners 2 is filled with heat-insulating material 4 to maintain the temperature of the transported medium or concrete for laying hybrid pipes through aquatic environments (rivers, lakes, seas), or when trenching for large diameters.

Изобретение позволяет изготавливать трубы гибридные с широким диапазоном диаметра 0,05÷5,0 м и более и длиной до 12,0 м.The invention makes it possible to manufacture hybrid pipes with a wide diameter range of 0.05 ÷ 5.0 m and more and a length of up to 12.0 m.

Благодаря выполнению внутреннего футеровочного слоя трубы гибридной в виде витой трубы из металлической ленты достигнуто повышение кольцевой жесткости внутреннего футеровочного слоя и значительное уменьшение толщины его стенки.Due to the implementation of the inner lining layer of the hybrid pipe in the form of a twisted pipe made of a metal strip, an increase in the annular stiffness of the inner lining layer and a significant decrease in its wall thickness are achieved.

Claims (6)

1. Труба гибридная для транспортировки жидких и газообразных сред, содержащая внутренний футеровочный слой, слой из полых ребер жесткости, выполненный из волокнистых композиционных материалов и наружный слой из металла или неметалла, отличающаяся тем, что внутренний футеровочный слой выполнен в виде витой трубы из металлической ленты, при этом на витую трубу намотаны слои волокнистого армирующего материала, пропитанного жидким органическим или неорганическим связующим.1. A hybrid pipe for transporting liquid and gaseous media, containing an inner lining layer, a layer of hollow stiffeners made of fibrous composite materials and an outer layer of metal or non-metal, characterized in that the inner lining layer is made in the form of a twisted pipe made of metal tape while layers of fibrous reinforcing material impregnated with a liquid organic or inorganic binder are wound around the twisted pipe. 2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что металлическая лента изготовлена из оцинкованной стали, либо нержавеющей стали, либо меди, либо титана, при этом толщина ленты составляет 0,1÷1,5 мм.2. A pipe according to claim 1, characterized in that the metal strip is made of galvanized steel, or stainless steel, or copper, or titanium, the thickness of the strip being 0.1 ÷ 1.5 mm. 3. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистые композиционные материалы содержат в качестве армирующих материалов стеклянные, либо базальтовые, либо углеродные, либо арамидные волокна, а в качестве жидких связующих использованы органические связующие из реактопластов горячего либо холодного отверждения, либо неорганические связующие на основе фосфатных составов холодного отверждения.3. A pipe according to claim 1, characterized in that the fibrous composite materials contain glass, or basalt, or carbon, or aramid fibers as reinforcing materials, and organic binders from hot or cold curing thermosets, or inorganic binders are used as liquid binders based on cold curing phosphate formulations. 4. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что наружный слой выполнен из листа нержавеющей стали, либо из листовой оцинкованной стали, либо из термопластов.4. A pipe according to claim. 1, characterized in that the outer layer is made of stainless steel sheet, or galvanized steel sheet, or thermoplastics. 5. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что пространство между полыми ребрами жесткости заполнено теплоизоляционным материалом.5. A pipe according to claim 1, characterized in that the space between the hollow stiffeners is filled with heat-insulating material. 6. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что пространство между полыми ребрами жесткости заполнено бетоном.6. A pipe according to claim 1, characterized in that the space between the hollow stiffeners is filled with concrete.

Images