RU2397393C1 - Multi-layer pipe out of composite material - Google Patents
Multi-layer pipe out of composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2397393C1 RU2397393C1 RU2008147503/06A RU2008147503A RU2397393C1 RU 2397393 C1 RU2397393 C1 RU 2397393C1 RU 2008147503/06 A RU2008147503/06 A RU 2008147503/06A RU 2008147503 A RU2008147503 A RU 2008147503A RU 2397393 C1 RU2397393 C1 RU 2397393C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- heat
- metal screens
- multilayer pipe
- polymer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области композиционных волокнистых материалов и может быть использовано для изготовления трубчатых изделий, в частности многослойных труб для подачи горячей воды в системах централизованного и децентрализованного тепло- и водоснабжения.The invention relates to the field of composite fibrous materials and can be used for the manufacture of tubular products, in particular multilayer pipes for supplying hot water in centralized and decentralized heat and water supply systems.
В настоящее время становится все более очевидным, что наиболее эффективным путем снижения или ограничения потребления энергии является более эффективное ее использование. В области жилищно-коммунального хозяйства огромные резервы сохранения энергии связаны с возможностью предотвращения ее потери при транспортировании теплоносителей в системе тепло- и водоснабжения. Использование в системах централизованного теплоснабжения стальных или медных труб нерационально, поскольку их транспортировка, обработка, сборка и теплоизоляция остается весьма затратной. Кроме того, проблемы с коррозией, которые часто проявляются в этих трубопроводах, значительно снижают сроки эксплуатации, требуя постоянных ремонтных работ.Currently, it is becoming increasingly apparent that the most effective way to reduce or limit energy consumption is to use it more efficiently. In the field of housing and communal services, huge reserves of energy conservation are associated with the possibility of preventing its loss during transportation of heat carriers in the heat and water supply system. The use of steel or copper pipes in district heating systems is irrational, since their transportation, processing, assembly and thermal insulation remains very costly. In addition, the corrosion problems that often occur in these pipelines significantly reduce the life of the operation, requiring constant repair work.
Известно, что неметаллические трубы, например, полимерные различных конструкций, успешно заменяют стальные и металлические трубы [см. описание к патенту РФ №2224160, М.кл. F16L 9/12, опубл. 10.12.2002 г.]. Однако наличие проблемы диффузии газов, водяного пара через полимерные материалы ограничивает их функциональные возможности вследствие значительных тепловых потерь.It is known that non-metallic pipes, for example, polymer pipes of various designs, successfully replace steel and metal pipes [see Description to the patent of the Russian Federation No. 2224160, M.cl. F16L 9/12, publ. December 10, 2002]. However, the presence of the problem of diffusion of gases and water vapor through polymeric materials limits their functionality due to significant heat losses.
Известно использование стеклопластиковых труб благодаря их высоким физико-химическим свойствам, так как они обладают большой прочностью, а также такими специфическими свойствами, как негорючесть, коррозионная стойкость, водо- и грибостойкость. Стекловолокно в сочетании с полиэфирными, эпоксидными, фенолформальдегидными и другими смолами позволяет получать материалы, по прочности превосходящие лучшие марки стали, стойкие против различных агрессивных сред, хорошо противостоящие ударным и вибрационным нагрузкам [Малинсон Дж. Применение изделий из стеклопластиков в химических производствах. Пер с англ. / Под ред. В.И.Альперина и С.М.Перлина. - М.: Химия, 1971, 240 с.].It is known to use fiberglass pipes due to their high physicochemical properties, since they have great strength, as well as such specific properties as incombustibility, corrosion resistance, water and mushroom resistance. Fiberglass in combination with polyester, epoxy, phenol-formaldehyde and other resins allows to obtain materials that are superior in strength to the best steel grades, resistant to various aggressive environments, well resistant to shock and vibration loads [Malinson J. Application of fiberglass products in chemical industries. Per from English. / Ed. V.I. Alperina and S.M. Perlin. - M .: Chemistry, 1971, 240 p.].
Однако успешное применение труб из стекловолокна (стеклопластика) возможно при дополнительных мерах теплоизоляции труб вследствие недостаточного теплового сопротивления материала трубы, обусловленного относительно малой толщиной стенки.However, the successful use of fiberglass pipes (fiberglass) is possible with additional measures of pipe insulation due to insufficient thermal resistance of the pipe material due to the relatively small wall thickness.
Известно, что для обеспечения необходимой механической прочности и коррозионной стойкости труба из стеклопластика должна быть многослойной. Типовая структура трубы включает в себя внутренний химически стойкий слой, второй слой, который вместе с первым конструкционным обеспечивает герметичность и химическую стойкость трубы [Малинсон Дж. Применение изделий из стеклопластиков в химических производствах. Пер с англ. / Под ред. В.И.Альперина и С.М.Перлина. - М.: Химия, 1971, 240 с.]. Для обеспечения непроницаемости стенок изделий из композиционно-волокнистых материалов (КВМ), а также повышения влагостойкости композиционно-волокнистых систем (КВС) рекомендуют применять прослойки фольги или эластичного пленочного материала [Цыплаков О.Г. Конструирование изделий из композиционно-волокнистых материалов. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984, с.91].It is known that in order to provide the necessary mechanical strength and corrosion resistance, the fiberglass pipe must be multilayer. A typical pipe structure includes an internal chemically resistant layer, a second layer, which, together with the first structural layer, ensures the tightness and chemical resistance of the pipe [Malinson J. Application of fiberglass products in chemical industries. Per from English. / Ed. V.I. Alperina and S.M. Perlin. - M .: Chemistry, 1971, 240 p.]. To ensure the impermeability of the walls of products made of composite fiber materials (KVM), as well as to increase the moisture resistance of composite fiber systems (KVS), it is recommended to use layers of foil or elastic film material [Tsyplakov O.G. Designing products from composite fiber materials. - L .: Engineering, Leningrad. Department, 1984, p. 91].
Однако предложенные меры для совершенствования конструкции трубы не рассматривали вопросы снижения тепловых потерь, что также ограничивало функциональные возможности композиционно-волокнистых материалов и композиционно-волокнистых систем.However, the proposed measures to improve the design of the pipe did not address the issue of reducing heat loss, which also limited the functionality of composite fiber materials and composite fiber systems.
Известна система труб для подачи воды, предпочтительно горячей для централизованного теплоснабжения, центрального отопления и/или водоснабжения, состоящая из многослойной трубы из полимерного материала, теплоизоляции, окружающей многослойную трубу, и наружной оболочки, в которой многослойная труба включает тело трубы предпочтительно из сшитого полиэтилена и барьерный слой из жидкокристаллического полимера [см. описание к патенту РФ №2224160, М.кл. F16L 9/12, опубл. 10.12.2002 г.]. Многослойная труба может включать несколько промежуточных слоев из соединительного материала между телом трубы и барьерным слоем. Система может включать не менее двух многослойных труб, заключенных внутри наружной оболочки.A known pipe system for supplying water, preferably hot for district heating, central heating and / or water supply, consisting of a multilayer pipe of a polymeric material, thermal insulation surrounding the multilayer pipe, and an outer shell in which the multilayer pipe includes a pipe body, preferably made of cross-linked polyethylene and liquid crystal polymer barrier layer [see Description to the patent of the Russian Federation No. 2224160, M.cl. F16L 9/12, publ. December 10, 2002]. A multilayer pipe may include several intermediate layers of connecting material between the pipe body and the barrier layer. The system may include at least two multilayer pipes enclosed within the outer shell.
Описанное выше техническое решение обеспечивает получение труб для горячего водоснабжения, имеющих значительные преимущества по сравнению с металлическими трубами и удовлетворительные характеристики относительно диффузии газов и воды.The technical solution described above provides the production of pipes for hot water supply, which have significant advantages compared to metal pipes and satisfactory characteristics with respect to the diffusion of gases and water.
Однако прочностные характеристики полимерной составляющей трубы при высоких температурах существенно ухудшаются, что ограничивает срок использования описанной выше системы. Кроме того, такие трубы, в случае применения для теплоснабжения, не защищены от потерь энергии вследствие излучения тепла в окружающую среду.However, the strength characteristics of the polymer component of the pipe at high temperatures significantly deteriorate, which limits the term of use of the system described above. In addition, such pipes, when used for heat supply, are not protected from energy losses due to the emission of heat into the environment.
Наиболее близкой по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании к заявляемому решению является труба из композиционных материалов, выполненная из армирующих материалов в виде чередующихся монослоев с поперечной и продольной укладкой армирующего материала, пропитанного, например, термореактивным связующим, состоящая из внутреннего и наружного конструкционных слоев, разделенных барьерным слоем [см. патент РФ №2221183, М.кл. F16L 9/12, опубл. 10.01.2004 г.]. Внутренний и наружный конструкционные слои разделены барьерным слоем с повышенным содержанием связующего. Армирующий материал уложен зигзагом, вершины каждой петли зафиксированы прижимными стеклонитями, образуя косослойную продольно поперечную структуру, в которой каждый последующий монослой смещен относительно предыдущего в продольном направлении и по окружности.The closest in purpose, technical nature and the achieved result when used to the claimed solution is a pipe made of composite materials made of reinforcing materials in the form of alternating monolayers with transverse and longitudinal laying of reinforcing material, impregnated, for example, with a thermosetting binder, consisting of internal and external structural layers separated by a barrier layer [see RF patent No. 2221183, M.cl. F16L 9/12, publ. January 10, 2004]. The inner and outer structural layers are separated by a barrier layer with a high binder content. The reinforcing material is laid in a zigzag fashion, the tops of each loop are fixed by clamping glass fibers, forming a slanting longitudinally transverse structure in which each subsequent monolayer is displaced relative to the previous one in the longitudinal direction and around the circumference.
Описанное выше техническое решение обладает повышенной герметичностью, прочностью и другими положительными качествами, присущими стеклопластиковым трубам. Однако их использование в системах теплоснабжения ограничено низким тепловым сопротивлением материала трубы, обусловленным относительно малой толщиной стенки.The technical solution described above has the increased tightness, strength and other positive qualities inherent in fiberglass pipes. However, their use in heat supply systems is limited by the low thermal resistance of the pipe material, due to the relatively small wall thickness.
Поэтому целью заявляемого технического решения является повышение теплового сопротивления стенки многослойной трубы, в частности, из композиционного материала.Therefore, the purpose of the proposed technical solution is to increase the thermal resistance of the wall of the multilayer pipe, in particular, of composite material.
Поставленная цель достигается тем, что в известной многослойной трубе из композиционных материалов, выполненной из армирующих материалов в виде чередующихся монослоев с поперечной и продольной укладкой армирующего материала, пропитанного, например, термореактивным связующим, состоящего из внутреннего и наружного конструкционных слоев, разделенных барьерным слоем, согласно изобретению барьерный слой выполнен из слоя теплоизолирующей пены, нанесенной на наружную поверхность внутреннего конструкционного слоя, и дополнительного слоя, расположенного между слоем теплоизолирующей пены и внутренней поверхностью наружного конструкционного слоя, выполненного в виде последовательно уложенных металлических экранов из непрерывных полос, разделенных полимерным материалом.This goal is achieved by the fact that in the known multilayer pipe made of composite materials made of reinforcing materials in the form of alternating monolayers with transverse and longitudinal laying of reinforcing material, impregnated, for example, with a thermosetting binder, consisting of internal and external structural layers separated by a barrier layer, according to the invention, the barrier layer is made of a layer of heat-insulating foam deposited on the outer surface of the inner structural layer, and an additional layer, located between the layer of heat-insulating foam and the inner surface of the outer structural layer, made in the form of successively stacked metal screens of continuous strips separated by a polymer material.
Согласно изобретению металлические экраны выполнены из металлизированного с двух сторон полимерного композиционного материала.According to the invention, the metal screens are made of metallized on both sides of the polymer composite material.
Согласно изобретению металлические экраны выполнены из ступенчатого металлизированного с двух сторон полимерного композиционного материала.According to the invention, the metal screens are made of a stepwise metallized polymer composite material on both sides.
Согласно изобретению металлические экраны выполнены намоткой металлизированного с двух сторон полимерного материала, при этом каждый следующий слой отделен от предыдущего слоем полимерного композиционного материала.According to the invention, metal screens are made by winding a polymer material metallized on both sides, with each subsequent layer being separated from the previous one by a layer of polymer composite material.
Согласно изобретению металлические экраны выполнены непрерывной намоткой металлизированного с двух сторон полимерного материала, при этом каждый следующий шаг отделен от предыдущего слоем полимерного композиционного материала.According to the invention, the metal screens are made by continuously winding a polymer material metallized on both sides, with each next step being separated from the previous one by a layer of polymer composite material.
Согласно изобретению в качестве металлизирующих слоев полимерного материала использованы металлы из ряда алюминий, хром, никель, медь, олово или сплавы на их основе.According to the invention, metals from the series aluminum, chromium, nickel, copper, tin or alloys based on them are used as metallizing layers of the polymeric material.
Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым.As can be seen from the statement of the essence of the claimed technical solution, it differs from the prototype and, therefore, is new.
Техническое решение обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача улучшения многослойной трубы из композиционного материала, в которой, вследствие выполнения барьерного слоя из слоя теплоизолирующей пены, нанесенной на поверхность внутреннего конструкционного слоя, и дополнительного слоя, расположенного между слоем теплоизолирующей пены и внутренней поверхностью наружного конструкционного слоя, выполненного в виде последовательно уложенных металлических экранов из непрерывных ступенчатых полос, разделенных полимерным материалом, обеспечивается новый технический результат. Он заключается в том, что тепловой поток от внутреннего конструкционного слоя не только тормозится теплоизолирующей пеной вследствие ее низкой теплопроводности, но и «замыкается» внутри изделия вследствие многократного отражения от металлических экранов, между которыми нет зазоров, которые служили бы местом беспрепятственной передачи тепла от слоя к слою и далее к наружному конструкционному слою. Ступенчатый характер слоев обеспечивает локализацию тепла в отдельных ячейках, уменьшая вероятность его потери вследствие наличия локальных градиентов температуры вдоль тепловой сети. За счет этого температура внешней поверхности наружного конструкционного слоя практически остается равной температуре окружающей среды при температуре теплоносителя до 115°C. Таким образом, тепловые потери практически сведены до нуля.The technical solution has an inventive step. The basis of the invention is the task of improving a multilayer pipe made of composite material, in which, due to the implementation of the barrier layer from a layer of heat-insulating foam deposited on the surface of the inner structural layer, and an additional layer located between the layer of heat-insulating foam and the inner surface of the outer structural layer, made in the form sequentially stacked metal screens from continuous stepped strips separated by a polymeric material, a new technology is provided matic result. It consists in the fact that the heat flux from the inner structural layer is not only inhibited by the heat-insulating foam due to its low thermal conductivity, but also “closes” inside the product due to multiple reflections from metal screens, between which there are no gaps that would serve as a place for unhindered heat transfer from the layer to the layer and further to the outer structural layer. The stepwise nature of the layers provides localization of heat in individual cells, reducing the likelihood of heat loss due to the presence of local temperature gradients along the heat network. Due to this, the temperature of the outer surface of the outer structural layer practically remains equal to the ambient temperature at a coolant temperature of up to 115 ° C. Thus, the heat loss is practically reduced to zero.
Известно использование теплоизоляции в стеклобазальтопластиковых теплоизолированных трубах, призванной уменьшить потери тепла [см. Грейлих В.И. Стеклобазальтопластиковые теплоизолированные трубы. - Журнал "Сантехника", №6, 2005 г.]. Высокая теплоизолирующая способность конструкции обеспечивает высокий коэффициент полезного действия теплопроводов, что позволяет на 20-30°C снизить потребную температуру теплоносителя на выходе из котла.It is known to use thermal insulation in glass-basalt-plastic insulated pipes, designed to reduce heat loss [see Greylikh V.I. Glass-basalt-plastic insulated pipes. - Magazine "Plumbing", No. 6, 2005]. The high heat-insulating ability of the structure provides a high coefficient of efficiency of heat conduits, which allows to reduce the required temperature of the heat carrier at the outlet of the boiler by 20-30 ° C.
Предлагаемое техническое решение принципиально отличается от рассмотренного выше тем, что нагретый до температуры теплоносителя внутренний конструкционный слой сам является источником теплового излучения и в рассмотренном выше случае (Грейлих В.И.) инфракрасное излучение обогревает окружающую среду. В предлагаемом техническом решении лучистая энергия «замыкается» внутри изделия многочисленными, например, алюминиевыми (т.к. у них малая степень черноты) экранами.The proposed technical solution differs fundamentally from the one considered above in that the internal structural layer heated to the temperature of the coolant is itself a source of thermal radiation and in the case considered above (Greylikh V.I.), infrared radiation heats the environment. In the proposed technical solution, radiant energy “closes” inside the product with numerous, for example, aluminum (because they have a small degree of blackness) screens.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку может быть использовано для изготовления многослойных труб из композиционных материалов в условиях современного технологичного оборудования, а изделия, изготовленные на основе этого технического решения, могут быть также использованы в самых экстремальных условиях - в судостроении, авиации, ракетной технике, оборудовании нефтехимической и газодобывающей отрасли, в том числе при теплоснабжении в жилищно-коммунальном хозяйстве.The proposed technical solution is industrially applicable, since it can be used for the manufacture of multilayer pipes from composite materials in the conditions of modern technological equipment, and products made on the basis of this technical solution can also be used in the most extreme conditions - in shipbuilding, aviation, rocketry, equipment for the petrochemical and gas industries, including heat supply in housing and communal services.
Предлагаемую многослойную трубу из композиционных материалов иллюстрирует чертеж.The proposed multilayer pipe made of composite materials is illustrated in the drawing.
Труба из композиционных материалов состоит из внутреннего 1 и наружного конструкционного слоя 2, между которыми расположен барьерный слой, состоящий из слоя теплоизолирующей пены 3 и слоя последовательно уложенных n=5-6 металлических экранов 4, выполненных из непрерывных ступенчатых металлических полос, и расположенного между слоем теплоизолирующей пены и внутренней поверхностью наружного конструкционного слоя. Металлические экраны поочередно разделены слоями полимера или полимерного композиционного материала 5. Металлические экраны могут быть выполнены в виде ступенчатой металлизированной с двух сторон полимерной пленки.A pipe made of composite materials consists of an inner 1 and an outer
Формирование предлагаемой многослойной трубы из композиционных материалов осуществляют методом непрерывной намотки, аналогичным описанному в книге «Изготовление стеклопластиковых труб» [см. Андреев Г.Я., Шержуков Г.Е., Шевченко В.Я., Дардык Я.И. - Харьков: Изд-во ХГУ, 1964 г., 62 с.].The formation of the proposed multilayer pipe from composite materials is carried out by continuous winding, similar to that described in the book "Production of fiberglass pipes" [see Andreev G.Ya., Sherzhukov G.E., Shevchenko V.Ya., Dardyk Y.I. - Kharkov: KhSU Publishing House, 1964, 62 pp.].
Как видно из описания сущности заявляемого технического решения, труба, изготовленная на основе предлагаемого технического решения, способна обеспечить перепад температуры от температуры теплоносителя до температуры окружающей среды, то есть минимизировать потери тепла в окружающую среду, что в свою очередь позволит, например, снизить температуру теплоносителя и уменьшить затраты на обогрев, например, в коммунальном хозяйстве.As can be seen from the description of the essence of the claimed technical solution, a pipe made on the basis of the proposed technical solution is able to provide a temperature difference from the temperature of the coolant to the ambient temperature, that is, minimize heat loss to the environment, which in turn will allow, for example, to lower the temperature of the coolant and reduce heating costs, for example, in utilities.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008147503/06A RU2397393C1 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Multi-layer pipe out of composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008147503/06A RU2397393C1 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Multi-layer pipe out of composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008147503A RU2008147503A (en) | 2010-06-10 |
| RU2397393C1 true RU2397393C1 (en) | 2010-08-20 |
Family
ID=42681184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008147503/06A RU2397393C1 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Multi-layer pipe out of composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2397393C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502600C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of producing hollow articles from polymer composites |
-
2008
- 2008-12-01 RU RU2008147503/06A patent/RU2397393C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502600C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of producing hollow articles from polymer composites |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008147503A (en) | 2010-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7793689B2 (en) | Multilayer heat tracing insulation device and method | |
| US9016326B2 (en) | Thermal insulation of flexible pipes | |
| US20090320953A1 (en) | Interstitially Insulated Pipes and Connection Technologies | |
| CN103195985B (en) | There is the conveyance conduit of multilayer composite heat insulation structure | |
| US20130186504A1 (en) | Pre-insulated piping system | |
| CN108644492A (en) | A kind of resistance to ultralow temperature steel strip reinforced thermoplastic composite tube | |
| NO312483B1 (en) | Flexible, lightweight composite pipe for high pressure oil and gas applications | |
| RU2397393C1 (en) | Multi-layer pipe out of composite material | |
| AU2008233375A1 (en) | Pipe Insulation | |
| Zhukov et al. | Ecological and energy efficiency of insulating systems | |
| RU2457388C2 (en) | Multilayer reinforced polymer pipe and pipe system for water transportation | |
| RU83822U1 (en) | MULTI-LAYERED PIPE FROM COMPOSITE MATERIALS | |
| CN202392357U (en) | Directly-buried steam conveying pipeline | |
| US20050236061A1 (en) | Sandwich pipes for ultra-deep waters | |
| RU160985U1 (en) | THERMAL INSULATION COATING | |
| CN211175740U (en) | PE gas pipe with low temperature resistant function | |
| RU49167U1 (en) | PIPE ELEMENT WITH COMBINED HEAT INSULATION IN A WATERPROOF SHELL | |
| CN206221902U (en) | A kind of preforming insulated piping | |
| RU2611925C1 (en) | Manufacturing method for pipes with combined heat insulation for surface heating pipe lines | |
| RU179097U1 (en) | Pipe insulation mat | |
| RU194051U1 (en) | VISCOSE OIL PRODUCTS TRANSPORTATION TANK | |
| RU173464U1 (en) | HEAT INSULATION STRUCTURE FOR PIPELINES | |
| CN100449195C (en) | Heat insulating and energy-saving technique for thermal pipes | |
| CN214999906U (en) | Heat insulation pipeline for heat supply pipe network | |
| CN205244645U (en) | Prefabricated direct -burried steam insulating tube |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121202 |