Способ изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов (варианты) и устройство для его осуществления

Способ изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов (варианты) и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к способам для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, применяемой при ремонте магистральных трубопроводов. Способ предусматривает проплавление полимерного связующего при скоростях материала в направлении к оправке от 0,006 до 0,03 м/с и натяжение в полотнах стеклоткани от 250 до 700 кгс при температурах греющих и подпрессовочных валков с последующим отверждением связующего термообработкой заготовки. Устройство имеет площадки, несущие отпускные механизмы с бобинодержателями, выполненные с наклоном к оправке. В изобретении обеспечивается повышение качества изготовления ленточной спирали, ее прочность. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 33 ил., 3 табл.

Изобретение относится к способу изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов и к устройству для ее изготовления, применяемой, в частности при ремонте магистральных трубопроводов, имеющих дефекты стенок в виде трещин и повреждения со стороны наружной поверхности от коррозии, в форме охватывающих их бандажных поясов, скрепленного по виткам и трубопроводом клеевой композицией.

К упругогибким ленточным спиралям из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по повышению прочности и надежности ремонта трубопроводов, подлежащих защите мест повреждения поясами в виде бандажей из них. При решении вопросов надежной защиты трубопроводов возникает опасность их преждевременного разрушения, несмотря на предпринятые меры по принципиальной схеме усиления, качеству и надежности ремонта. Поэтому в ленточных спиралях из композиционных материалов вводят армирующие системы волокон, проходящих по спирали ленты, обеспечивая ими "эффект памяти формы", однако, способы изготовления таких спиралей являются сложными и трудоемкими, особенно на этапе их формообразования. Тенденция получения ленточной спирали из композиционного материала как можно большей прочности в окружном направлении бандажного пояса привела к тому, что в ленточных спиралях активно проявляются усадочные напряжения, которые приводят к растрескиванию ленточной спирали, что ослабляет прочность ремонтируемого участка трубопровода в аксиальном направлении и снижает его надежность. Введение перекрещивающихся волокон по отношению к волокнам спирального направления не решило задачу обеспечения повышенной прочностью самой ленты и ремонтируемого участка трубопровода из-за слабости и низкой прочности связи между ними, определяемой только прочностью клеевой композиции. Существующее оборудование не пригодно для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов.

Известен способ изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, заключающийся в намотке на оправку армирующего наполнителя из систем нитей, пропитанного полимерным связующим, с укладкой между витками ленты гибкого упругого материала с антиадгезионными свойствами. (Авторское свидетельство СССР N 280821, ³B 29 D 23/12, 1970).

Известен способ изготовления упругогибких спиралей из композиционных материалов путем намотки пропитанных волокон связующим на оправку в виде стекложгутов с последующим обжимом. (Авторское свидетельство СССР N 154662, ³B 29 D 23/12, 1963).

Известен способ изготовления подобных слоистых изделий посредством намотки на оправку стеклоткани, предварительно пропитанной связующим, и односторонним подогревом с помощью горячих валов. (Авторское свидетельство СССР N 168169, ³B 29 D 23/00, 1965).

Известен способ и устройство для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов с пропиткой нитей непосредственно перед намоткой на оправку. (Патент США N 4700752, НКИ 138-172; 138-178, 1987).

Известно устройство для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, содержащее оправку, соединенную с приводом ее вращения, основной обогреваемый вал, перевальные валы и отпускные механизмы с поярусно расположенными бобинодержателями, установленными на основании. (Авторское свидетельство СССР N 226134, ³B 29 D 23/12, 1969).

Известно также устройство для формования длинномерных спиралей из слоистых композиционных материалов с использованием оправок и стальной ленты для отпускного и приемного механизмов с противоположных сторон относительно находящихся в контакте с материалом оправок. (Патент РФ N 2000941 по заявке N 5005032/05 (072780) с приоритетом от 16.10.91, B 29 C 43/30, B 29 D 9/00, 1993).

Наиболее близким аналогом способа изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, выбранным в качестве прототипа, является способ по авторскому свидетельству СССР N 280821.

Наиболее близким аналогом устройства для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, выбранным в качестве прототипа, является устройство по авторскому свидетельству СССР N 226134.

Краткое описание изобретения Основной задачей является создание ленточной спирали из композиционных материалов многослойной структуры с высокой степенью точности расположения армирующих нитей по слоям ленты, обладающей высокой конкурентной способностью по сравнению с ее рыночными аналогами.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении качества изготовления ленточной спирали, ее прочности, придания ленте по всей поверхности спирали упругогибких свойств без растрескивания ленты как при технологических операциях ее производства, так и при нанесении на ремонтируемый трубопровод, повышении надежности ремонта, эффективности производства и применения ленточной спирали.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения операций способа формообразования многослойных витков спирали, выбора эффективного объемного соотношения армирующего наполнителя и полимерного связующего, его состава и режимов намотки и отверждения связующего, создания устройства, реализующего новую принципиальную схему формообразования спирали, наклонного расположения площадок, несущих бобины с рулонированным материалом, введения новых дополнительных элементов.

Для этого в способе изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, заключающимся в намотке на оправку армирующего наполнителя из систем нитей, пропитанного полимерным связующим, с укладкой между витками ленты гибкого разделительного упругого материала с антиадгезионными свойствами, совместной их термообработкой, отверждении связующего, съеме с оправки и механической обработке под заданные размеры, намотку на оправку армирующего наполнителя, заранее пропитанного полимерным связующим, производят последовательным проплавлением полимерного связующего с противоположных сторон пакетируемых слоев ленточной спирали греющими валами при скорости движения армирующего материала от 0,007 до 0,03 м/сек, натяжении от 250 до 700 кгс, температуры разогрева связующего на греющих и подпрессовочных валках от 120^oC до 150^oC и углах их обхвата движущегося к оправке армирующего материала от 120^oC до 150^oC, а отверждение связующего ведут по режиму: - подъем температуры до 100^oC - 3 - 4 часа; - подъем температуры от 100^oC до 130^oC - 2 - 2,5 часа; - подъем температуры от 130^oC до 160^oC - 3 - 3,5 часа; - выдержка при температуре 160^oC - 6 - 6,5 часов; - охлаждение до температуры 60^oC - 5 - 6 часов, причем армирующий наполнитель используют в виде ткани или тканей с соотношением нитей основы в направлении спирали и нитей утка поперек спирали от 1: 1 до 3:1 и полимерное связующее из эпоксидной смолы и фенолформальдегидного лака, соответственно - 70% и 30%, выдерживают в объемном соотношении от 1: 0,37 до 1: 0,57. После отверждения проводят операции по съему заготовки ленточной спирали с оправки, размотки ее витков с одновременным отслаиванием от их поверхностей разделительного антиадгезионного материала и перемотки витков ленточной спирали в первоначальное состояние или в направлении с обратным расположением витков.

По второму варианту в способе изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, заключающемся в намотке на вращающуюся оправку армирующего наполнителя из систем нитей, пропитанных полимерным связующим, с укладкой между витками ленты гибкого разделительного материала с адгезионными свойствами, совместной их теплообработкой и съемом с оправки методами размотки, согласно изобретению, намотку на оправку пропитанного связующим армирующего наполнителя с образованием витков ленточной спирали производят одновременно с введением между витками спирали слоев, слоя из непропитанной ткани или лент с повышенными термоусадочными свойствами, при этом перед процессом намотки на оправку производят их одновременное пакетирование с проплавлением полимерного связующего с противоположных сторон пакетируемых слоев греющими валами при скорости движения армирующих наполнителей от 0,007 до 0,03 м/сек, натяжении 250 - 700 кгс и температуры разогрева на греющих валах от 120 до 150^oC и углах охвата греющих валов движущегося к оправке наполнителя от 120 до 150^oC, причем армирующий наполнитель используют в виде ткани или тканей с сатиновым, полотняным или саржевым переплетением нитей с соотношением нитей основы в направлении спирали и нитей утка поперек спирали от 1:1 до 3:1, в качестве полимерного связующего применяют композицию из эпоксидной смолы - 70% и фенолформальдегидного лака - 30% при объемном соотношении нитей ткани или тканей и полимерного связующего в материале спирали от 1:0,37 до 1:0,57, отверждение композиции ленточной спирали осуществляют в термокамере на оправке совместно с разделительными термоусадочными непропитанными тканными слоями по режиму: - подъем температуры до 100^oC - 3 - 4 часа; - подъем температуры от 100^oC до 130^oC - 2 - 2,5 часа; - подъем температуры от 130^oC до 160^oC - 3 - 3,5 часа; - выдержка при температуре 160^oC - 6 - 6,5 часов; - охлаждение температуры до 60^oC - 5 - 6 часов с последующим проведением операций по съему заготовки ленточной спирали с оправки, размотки ее витков с одновременным отслаиванием от их поверхностей слоев, слоя непропитанной термоусадочной ткани с образованием на поверхностях витков ленточной поверхностной сетчатой перфорации и перемоткой витков ленточной спирали в первоначальное состояние или с обратным расположением витков.

Слой, слои из непропитанной ткани или лент производят из полиэфирной ткани или лент с повышенными термоусадочными свойствами.

Причем по первому и второму вариантам способа изготовления упруголенточной спирали после термообработки ленточную спираль на оправке механически обрабатывают со снятием глянца и образованием вырезов, пазов, отверстий и торцевых скосов с уменьшением ширины ленты от наименьшего радиуса кривизны к наибольшему, а затем сматывают с оправки с одновременным удалением разделительных антиадгезионных и/или термоусаживающихся прослоек, расположенных между витками ленточной спирали, и перематывают без антиадгезионных и/или термоусадочных прослоек в первоначальное состояние или с обратным расположением витков. В устройстве для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов, содержащем оправку, соединенную с приводом ее вращения, основной обогревающий вал, перевальные валы и поярусно расположенные отпускные механизмы с бобинодержателями, установленными на основании, согласно изобретению основание отпускных механизмов с бобинодержателями снабжено несущими их параллельными площадками, выполненными с наклоном под острым углом, вершиной направленным к оправке, и дополнительным обогревающим валом, установленным между основным обогревающим валом и перевальными валами и расположенным над плоскостью, проходящей через основной греющий вал и верхний перевальный вал, или под плоскостью, проходящей через основной греющий вал и нижний перевальный вал. Под основным греющим валом и/или над ним установлены дополнительные отпускные механизмы с бобинодержателями для рулонов из разделительных материалов с антиадгезионными свойствами, например, фторопластовой пленки и/или термоусадочных полиэфирных непропитанных тканей, а основание отпускных механизмов дополнительно снабжено несущими поярусно расположенными площадками, установленными параллельно основным, и на которых также поярусно и/или ступенчато с возрастанием высоты в сравнении с основными бобинодержателями для тканного и/или ровенгового, предварительно пропитанного и подсушенного до состояния препрега рулонного наполнителя.

Изобретение представлено на чертежах, где на фиг. 1 представлено устройство для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов; на фиг. 2 показан второй вариант конструктивного исполнения намоточного устройства для изготовления ленточной спирали; на фиг. 3 представлена компановка намоточного устройства для изготовления ленточной спирали с одним разделительным слоем из антиадгезионной фторопластовой пленки; на фиг. 4 показана возможность использования в этой же компановке намоточного устройства для изготовления ленточной спирали дополнительных антиадгезионных разделительных слоев, обладающих повышенной термоусадкой; на фиг. 5 дана принципиальная схема намотки ленточной спирали посредством заявляемых способа и устройства на начальном этапе ее формования; на фиг. 6 показан вид заготовки ленточной спирали с поверхностной сетчатой перфорацией, образующейся в случае применения дополнительных разделительных непропитанных тканных слоев с повышенной термоусадкой; на фиг. 7 показана конструкция отпускного механизма с тормозным устройством, позволяющим обеспечивать расчетное натяжение полотен стеклотканей и разделительных слоев в процессе формования ленточной спирали; на фиг. 8 дан вид на намоточное устройство для изготовления ленточной спирали сверху; на фиг. 9 показана схема расплава полимерного связующего спакетированных слоев стеклотканей заготовки ленточной спирали на дополнительном греющем вале 15; на фиг. 10 показана схема расплава полимерного связующего спакетированных слоев стеклопластиковой заготовки ленточной спирали на основном греющем вале с противоположной стороны заготовки ленточной спирали; на фиг. 11 показан вид сверху на заявляемое устройство для изготовления ленточной спирали, где показана возможность формования предложенным устройством сразу нескольких ленточных спиралей, в том числе разных геометрических размеров, номенклатуры и неодинаковой степенью "упругой памяти"; на фиг. 12 показан вид оправки с уже отформованными на ней посредством заявляемого способа изготовления и устройства для его осуществления упругогибких ленточных спиралей одинаковой номенклатуры; на фиг. 13 показан вид многоступенчатой конструкции оправки, на которой посредством заявляемых способа и устройства можно одновременно изготавливать партии ленточных спиралей практически неограниченной номенклатуры; на фиг. 14 показано формообразование заготовок ленточных спиралей на ступенчатой оправке; на фиг. 15 представлены виды заготовок ленточных спиралей, снятых со ступенчатой оправки; на фиг. 16 - 17 показаны ленточные спирали в полуразвернутом (фиг. 16) и транспортировочном (свернутом) состоянии (фиг. 17); на фиг. 18 - I вар. 1 - 3 представлены варианты ленточных спиралей с разной структурой армирования; на фиг. 19 показаны варианты концевых хвостовиков ленточных спиралей; на фиг. 20 - 23 показаны варианты готовых ленточных спиралей в развернутом (размотанном) состоянии; на фиг. 24 - 26 показаны другие возможные варианты ленточных спиралей из композиционных материалов, предназначенные для ремонта дефектных участков трубопроводов; на фиг. 27 - 29 показаны эти же варианты ленточных спиралей с расположением непосредственно на дефектных поверхностях трубопроводов (в виде многослойных защит их дефектных поверхностей); на фиг. 30 показан вариант применения ленточной спирали из композиционных материалов в момент ее закрепления на дефектной поверхности трубопровода липкой лентой; на фиг. 31 показан момент фиксации первого витка ленточной спирали на трубопроводе вторым ее витком (с уже снятой гибкой лентой); на фиг. 32 показан вид отремонтированного посредством ленточной спирали дефектного участка трубопровода с образованной из нее многослойной защитой в виде жесткого бандажного кольца; на фиг. 33 показана диаграмма основных механических свойств материала упругогибкой ленточной спирали.

Устройство для изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов (фиг. 1 - 2, 7) содержит оправку 1, соединенную с приводом ее вращения 2, основной обогреваемый вал 3, перевальные валы 4 - 5, жесткую площадку 6, имеющую возможность свободно перемещаться относительно продольной оси оправки и/или находиться относительно ее в неподвижном, закрепленном состоянии. Основание 6 снабжено площадками 7 - 8, жестко закрепленными с ним посредством рамных конструкций 9 - 10 и болтовых соединений. Площадки 7 - 8 по отношению друг к другу устанавливают параллельно, но выставляют по отношению к основанию и оправке с наклоном под острым углом 11 с вершиной 12, направленной к оправке. На площадках 7 - 8 монтируют отпускные механизмы (фиг. 1 - 2, 7), предназначенные для закрепления в них бобин 13 с рулонным тканным стеклопластиковым наполнителем 14, заранее пропитанным и подсушенным в пропиточных установках до состояния препрега.

Бобины 13 с рулонами стеклоткани устанавливают на резьбовом валу 15 отпускного механизма и фиксируют от смещения резьбовой гайкой 16. В свою очередь вал 15 вместе с подшипниками устанавливают на опорах 17 - 18 и фиксируют его от смещения накладками 19 - 20 и резьбовыми соединениями 21 - 22. На один из концов вала 15 одевается барабан 23, жестко скрепляемый с опорой 18 болтовыми соединениями 24. С барабаном 23 жестко связаны тормозные колодки 26, посредством которых осуществляется торможение вращения вала 15; за счет торможения вращения вала осуществляется регулировка натяжения стеклопластикового тканного наполнителя 14 (фиг. 7).

Порядок осуществления способа изготовления ленточной спирали и функционирования устройства для его реализации, осуществляется следующим образом.

Вначале определяют наружный диаметр оправки 1, на которой в дальнейшем будет осуществляться формование заготовки ленточной спирали методами намотки. Этот размер определяется расчетным путем из соображений возможности укладки витков ленточной спирали на наружную дефектную поверхность трубопровода без зазоров. Определяется наружный диаметр оправки 1 для формообразования ленточной спирали по параметру наматываемости, определяемому из соотношения K = d/D = 0,28 - 0,68 (см. табл. 1), где d (мм) - требуемый диаметр оправки, а D (мм) - наружный диаметр дефектной поверхности трубопровода. Для больших диаметров трубопровода (в диапазоне от 1000 до 1500 мм) параметр K = 0,25 - 0,4, для средних размеров трубопроводов (в диапазоне от 500 до 1000 мм) параметр K = 0,35 - 0,6, для малых размеров трубопроводов (в диапазоне от 200 до 500 мм) параметр K = 0,45 - 0,7.

После выбора оправки по геометрическим размерам ведется ее подготовка к формованию на ней заготовок ленточной спирали. Для этого наружная поверхность оправки зачищается, обезжиривается и покрывается антиадгезионной смазкой 26 (см. фиг. 3 - 6). На антиадгезионную смазку по образующей оправки устанавливают технологическую гибкую стальную или стеклопластиковую ленту 27 толщиной от 0,1 до 1,5 мм и закрепляют ее на наружной поверхности оправки без провисания, например, липкими лентами 28 типа скотча. Подготовленную таким образом оправку 1 устанавливают в намоточное устройство (см. фиг. 1, 2) и подключают к приводу ее вращения 2.

Параллельно с подготовкой к намотке оправки 1 ведется установка на отпускных механизмах намоточного устройства бобин 13 с рулонным предварительно пропитанным и подсушенным стеклопластиковым тканным наполнителем 14 (фиг. 1 - 3), размотка их концов с пропусканием через перевальные валы 4 - 5 и обогревающие валы 15 и 3 и закрепление на наружной поверхности оправки. После закрепления концов рулонного тканного наполнителя на оправке включают вращение оправки и одновременно с вращением оправки (синхронно) включают поперечную подачу движения основания 6 и таким образом осуществляют намотку слоев 29 с формообразованием технологической оболочки 30, до расчетного размера, который и определяет точный наружный диаметральный размер оправки и размер внутренней поверхности первого витка ленточной спирали.

Основное предназначение технологической оболочки 30 - обеспечение получения более точных размеров первого 31 и всех последующих витков 70 ленточной спирали. Дополнительное предназначение технологической оболочки 30 - обеспечение более надежного закрепления на ней, например, посредством липкой ленты (скотча) всех концов полотен тканей 33 (фиг. 4), используемых уже непосредственно для изготовления ленточной спирали из композиционных материалов, и всех концов из антиадгезионных, например, фторопластовых пленок 34, применяемых для разделения поверхностей витков ленточной спирали.

Примечание. Одновременное закрепление и удержание всех концов полотен стеклотканей 33, используемых уже непосредственно при формовании ленточной спирали, и всех концов полотен 34 (лент) из антиадгезионного материала, используемых для разделения поверхностей витков ленточной спирали, непосредственно к смазанным поверхностям 26 оправки 1 невозможно осуществить чисто по техническим причинам - их к смазке 26 оправки просто нельзя приклеить.

Третье предназначение технологической оболочки 30 - предотвращение механических повреждений внутренней поверхности первого витка ленточной спирали и наружной поверхности оправки при снятии с нее методами размотки витков ленточной спирали. Предназначение гибкой ленты 27 - предотвращение механических повреждений наружной поверхности оправки при снятии с нее слоев 29 технологической оболочки 30.

Далее следует комплекс технологических операций по формообразованию ленточной спирали из композиционных материалов в соответствии с предложенным способом. Все используемые при формовании технологической оболочки 30 полотна стеклотканей 14 отрезаются (фиг. 3), бобины с недоиспользованными полотнами стеклотканей снимают, а вместо них (фиг. 4) устанавливают другие катушки аналогичного конструктивного исполнения с заранее намотанными на них предварительно пропитанными и подсушенными до состояния препрега армирующими наполнителями 33, 35 - 36 с полотняным, сатиновым или саржевым переплетением нитей.

Концы наполнителей 33, 35 - 36 также как и при формовании технологической оболочки 30 заправляют на оправку 1 через перевальные валы 4 - 5 и обогревающие валы 15 и 3 (фиг. 4) и закрепляют на оправке, например, посредством концов полотен 14 технологической оболочки 30, липкой лентой (скотчем) и/или клеевой массой. Одновременно с этим под концы наполнителей 33, 35 - 36 непосредственно на поверхность технологической оболочки 30 (фиг. 4) закрепляют и слои разделительного антиадгезионного материала 34, например из фторопластовой пленки, подаваемого непосредственно в зону формования ленточной спирали с катушки 37. Процессы заправки концов армирующих наполнителей 33, 34 - 36 и антиадгезионной пленки 37 ведут при малых скоростях вращения оправки без натяжения полотен армирующего наполнителя и при отключенном обогреве греющих валов 3 и 15. По мере закрепления концов 33 - 36 на оправке 1 (полное закрепление концов на оправки достигается за один оборот оправки), включают обогрев валов 3 и 15 и осуществляют регулировку натяжения всех полотен армирующего наполнителя посредством тормозных колодок 25 (фиг. 7).

На обогревающих валах 3 и 15 создают необходимые температурные поля, достаточные для проплавления полимерного связующего, которым пропитаны стеклоткани. Параметры намотки заготовки ленточной спирали регламентируются, они зависят: от геометрических размеров ленточной спирали (ее внутреннего диаметра, ширины, толщины витков ленточной спирали, их количества и т.д.), и от видов используемых при изготовлении ленточной спирали армирующих наполнителей и связывающих их материалов, и от предъявляемых технических требований к уже готовым изделиям (по прочности, упругости, теплостойкости, "упругой памяти" и т.д.).

В табл. 2 приведены основные технологические параметры формования методами намотки упругогибких ленточных спиралей из композиционных материалов для стеклонаполнителей (стеклотканей) с полотняным, сатиновым и саржевым переплетением нитей с толщинами ленточных спиралей от 0,2 до 3 мм и числом слоев намотки стеклотканей в каждом витке ленты от 2 до 10.

Приведенные в табл. 2 технологические режимы намотки (формообразования) упругогибкой ленточной спирали предпочтительны для ленточных спиралей конечной длины от шести до сорока метров и только для многослойных спиралей, состоящих из двух-десяти слоев слоистого материала, где каждый слой этого материала имеет определенную структуру переплетения нитей - а именно: состоит из двух систем переплетенных нитей в виде ткани с расположением нитей утка в аксиальном направлении, спирали, а нитей основы - в ее спиральном направлении при объемном соотношении нитей основы и утка от 1:1 до 3:1 и каждый слой ленточной спирали выполнен в объемном соотношении переплетенных нитей и полимерного связующего от 1:0,37 до 1:0,57, а само полимерное связующее в свою очередь образовано в виде композиции: эпоксидной смолы - 70% и фенольноформальдегидного лака - 30%. В случаях формования упругогибких ленточных спиралей других геометрических размеров и из других материалов (с другими соотношениями армирующих волокон, нитей и связующих), эти режимы формования должны быть скорректированы.

Способ изготовления упругогибких ленточных спиралей осуществляется следующим образом: включается привод 2 оправки 1 и производится на нее последовательная намотка спакетированных слоев ткани 33, 35 - 36, находящихся под натяжением. Поскольку рулоны ткани установлены поярусно на наклонных площадках 7 - 8 (см. фиг. 1 - 4), то каждая последующая лента ткани, проходящая над предыдущей, не пересекаясь с ней, подается соответственно по группам на нижний и верхний перевальные валы 4 - 5, а с них - на дополнительный обогреваемый вал 15, а после него - на основной обогревающий вал 3, а на конечном этапе наматывается одновременно несколькими слоями 33, 35 - 36 (от двух до десяти в пакете) вместе с разделительными слоями 34 из материала с антиадгезионными свойствами на оправку 1 в количестве витков, необходимых для получения ленточной спирали. На поверхностях дополнительного и основного обогревающих валах 15, 3 создается температура 150 10^oC, соответствующая и достаточная для расплавления связующего из эпоксидной смолы - 70% и фенольноформальдегидного лака - 30%, для вышеприведенных скоростей движения спакетированных слоев стеклотканей 33, 35 - 36 к оправке 1 (фиг. 1, 2, 4).

Основной обогревающий вал 3 обеспечивает проплавление связующего всей нижней части слоев 33 и 35 спакетированных слоев ленточной спирали (всего нижнего яруса).

Дополнительный обогревающий вал 15 обеспечивает проплавление связующего всей верхней части спакетированных слоев 35 и 36 ленточной спирали (всего верхнего яруса).

Схема проплавления связующего, реализованная в устройстве, обеспечивает полное проплавление связующего во всех спакетированных слоях 33, 35 - 36 ленточной спирали. Пакет слоев стеклотканей, проходящий основной обогревающий вал 3 может дополнительно уплотняться пластиной 38, имеющей округленную кромку (фиг. 1), либо валиком 39 (фиг. 2), установленным над греющим валом 3 и движущимися слоями 33, 35 - 36 ленточной спирали.

Для повышения "упругой памяти" витков ленточной спирали все слои 33, 35 - 36 ленточной спирали могут дополнительно сдавливаться и за счет применения дополнительных непропитанных тканных слоев, обладающих повышенной термоусадкой. В частности, для этих целей могут быть использованы непропитанные полиэфирные (лавсановые) ткани. Они могут быть использованы как для подпрессовки всей заготовки ленточной спирали (после формования всех витков ленточной спирали), так и для дополнительной подпрессовки каждого витка ленточной спирали.

В первом варианте подпрессовки вся заготовка ленточной спирали после ее формования заматывается дополнительными непропитанными тканными слоями, обладающими повышенной термоусадкой, а затем уже вместе с ними, разделительной пленкой и оправкой подвергается термообработке по режиму отверждения связующего ленточной спирали с последующей отмоткой наружных термоусадочных слоев и размоткой витков ленточной спирали с отделением разделительной антиадгезионной, например, фторопластовой пленки.

Во-втором варианте, по мнению авторов данного изобретения, более технологичным и экономически более целесообразным, а потому и предпочтительным, на наружные поверхностные слои заготовки ленточной спирали в процессе их пакетирования и преобразования в винтовую спираль вводят дополнительные непропитанные тканные полотна, например, из полиэфирной ткани, обладающие повышенной термоусадкой, а затем уже вместе с ними, разделительной фторопластовой пленкой и оправкой осуществляют термообработку заготовки ленточной спирали с последующей ее размоткой с оправки и отделением разделительной (фторопластовой) пленки и термоусаживающихся (полиэфирных) слоев.

Термообработку заготовки ленточной спирали (и в первом варианте - наружной подпрессовке термоусадочными тканями, и во втором варианте - с послойной подпрессовкой витков ленточной спирали) ведут по следующему режиму: - подъем температуры до 100^oC - 3 - 4 часа; - подъем температуры от 100^oC до 130^oC - 2 - 2,5 часа: - подъем температуры от 130^oC до 160^oC - 3 - 3,5 часа: - выдержка при температуре 160^oC - 6 - 6,5 часа; - охлаждение до температуры 60^oC - 5 - 6 часов.

Второй вариант подпрессовки витков ленточной спирали термоусадочными непропитанными тканями очень эффективно вписывается в основную технологическую схему формообразования ленточной спирали, являющуюся базовой для предложенных способа изготовления упругогибкой ленточной спирали и устройства, для его реализации.

Второй вариант подпрессовки витков ленточной спирали в соответствии с предложенным способом осуществляется следующим образом (фиг. 1, 2, 4): катушки (бобины) с пропитанным тканным наполнителем 35 и 36 заменяются на аналогичные, но содержащие непропитанные тканные материалы, обладающие большой термоусадкой.

Все концы наполнителей (и с пропитанных, основных тканей - в данном варианте идущих только с рулонов 33), и с непропитанных термоусадочных - в данном варианте поступающих с рулонов 35 и 36) также пропускают через перевальные валы 4 - 5 и обогреваемые валы 3 и 15 и закрепляют на технологической оболочке 30, находящейся на оправке 1.

Далее весь цикл формования и термообработки ленточной спирали полностью повторяет ранее описанный способ изготовления ленточной спирали с той лишь разницей, что в этом варианте не обязательно применение основных разделительных слоев 34 из фторопластовой пленки - термоусадочные слои 35 и 36 в этом случае могут выполнять три самостоятельные функции - и разделительные (посредством этих слоев легко отделяются поверхности витков ленточной спирали друг от друга при размотке), и подпрессовочные (за счет термоусадки повышаются прочностные и упругие свойства ленточной спирали), в том числе и "упругая память" ее витков), и подготовительные - за счет применения термоусаживающихся слоев после их отмотки исключается необходимость снятия глянца с внешних поверхностей ленточной спирали, они имеют сетчатую перфорацию (фиг. 6), которая при преобразовании ленточной спирали в многослойную защиту дефектных зон трубопровода повышает их прочностные и эксплуатационные характеристики.

Таким образом, в заявляемом способе изготовления упругогибкой ленточной спирали из композиционных материалов и устройстве для его реализации решаются как бы два близким по замыслу, но существенно отличающихся по техническому исполнению решения.

В первом варианте получают упругогибкую ленточную спираль из композиционных материалов только с применением антиадгезионной разделительной, например, фторопластовой пленки.

В этом варианте упругогибкая ленточная спираль имеет достаточно высокие физико-механические характеристики (см. табл. 3), получаемая таким образом ленточная спираль имеет глянцевые поверхности.

Во втором варианте способа получают упругогибкую ленточную спираль из композиционных материалов с применением непропитанных, например, полиэфирных тканей, обладающих высокой термоусадкой.

В этом варианте упругогибкая ленточная спираль имеет и достаточно высокие физико-механические характеристики и более высокие технологические показатели.

Она имеет более высокую "упругую память", легче наматывается (наносится) на дефектные поверхности трубопровода и фактически не требует проведения подготовительных работ (механической обработки по снятию глянца, зачистке, обезжириванию и т.д.).

Кроме того, во втором варианте способа получают ленточную спираль с перфорированной сетчатой структурой на поверхностях витков ленточной спирали, что позволяет получать из нее многослойную защиту дефектной зоны трубопровода с более высокой трансверсальной (отрывной) прочностью клеевых швов, а следовательно, и с более высокой их эксплуатационной надежностью. Однако конструкции ленточной спирали, получаемые но второму варианту способа, имеют более высокую стоимость (за счет большей трудоемкости изготовления и большего расхода термоусадочных тканей).

В соответствии с предложенными способом изготовления и устройством для его реализации могут быть изготовлены упругогибкие ленточные спирали из композиционных материалов с различными физико-механическими и теплофизическими характеристиками (см. табл. 3).

Они могут иметь различные структуры (фиг. 18, вар. 1 - 3), различные геометрические размеры и форму (фиг. 19, 24 - 26), различную "упругую память", различные технологические, эксплуатационные и иные характеристики.

В частности, в соответствии с предложенными техническими решениями на одной и той же оправке и при одних и тех же режимах термообработки может быть изготовлено сразу несколько типов ленточных спиралей из композиционных материалов различного класса и назначения.

Предложенный способ и устройство позволяют получать на одной оправке конструкции ленточных спиралей как последовательно, с остановкой и переналадкой устройства для изготовления ленточных спиралей различных геометрических размеров и формы, так и одновременно: сразу целой партии (фиг. 8 - 12). На фиг. 1 - 4, 8 - 14 показано как это осуществляется посредством заявляемых технических решений.

Вначале на оправку 1 (фиг. 3, 8) любыми известными способами ведут намотку слоев 29 технологической оболочки 30 до требуемого расчетного размера. Для этого все катушки 13 с закрепленными на них связующим стеклопластиковыми тканными наполнителями 14 раздвигают на всю длину оправки таким образом, чтобы при наслаивании на оправку 1 наполнители 14 покрывали всю поверхность оправки с нахлестом стыков в 10 - 30 мм. Затем, после образования слоев 29 технологической оболочки 30 концы стеклопластиковых наполнителей 14 обрезают, катушки 13 снимают, а вместо них устанавливают другие катушки с другими армирующими наполнителями 33, 35 - 36, например, пропитанными связующим стеклотканями; все катушки размещают на отпускных механизмах намоточного устройства поярусно, одна над другой (см. фиг. 1 - 2, 4, 8 и 11), пропускают концы армирующих наполнителей через перевалочные 4 - 5 и греющие валы 3, 15 и заправляют на наружной поверхности технологической оболочки 30 совместно с разделительными антиадгезионными полотнами (или лентами) 34, например, из фторопластовой пленки, заправляемыми в зону формования заготовки ленточной спирали непосредственно под слои полотен армирующих наполнителей 33, 35 - 36 и осуществляют формование первого 31, а затем всех последующих витков 70 ленточной спирали 32.

На фиг. 4, 8 - 10, 12 показано, как осуществляется на одной оправке изготовление одной ленточной спирали из комп