Огнезащитная оболочка для трубы

Огнезащитная оболочка для трубы

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Гофрированная труба или металлический шланг обеспечивает альтернативу жестким трубным системам в качестве трубопровода для транспортировки текучих сред, таких как природный газ. Гофрированную трубу можно легко установить и использовать во многих системных приложениях. Гофрированная труба обеспечивает упрощенную и более экономичную установку благодаря своей особой гибкой конструкции и относительно высокой прочности. Та же гибкость имеет присущие ей ограничения. Когда внутреннее давление рабочей текучей среды внутри трубы увеличивается, конструкция гибкой трубы реагирует на давление. Типичная конструкция гофрированной трубы начинает растягиваться и расширяться вдоль ее длины, когда внутреннее давление преодолевает прочность материала трубы. Повышенные давления рабочей текучей среды вызывают расширение гофров. Расширение гофров приводит к деформации трубы по сравнению с ее первоначальной формой и размерами.

Чтобы удовлетворить повышенным диапазонам рабочих давлений, обычную гофрированную трубу можно заключать в проволочную оплетку. Эту оплетку крепят на противоположных концах гофрированной трубы. Оплетка упрочняет конструкцию гофрированной трубы, тем самым сопротивляясь расширению гофров, когда внутреннее давление увеличивается. Оплетка выполняет функцию сопротивления расширению гофрированной трубы, тем самым увеличивая способность выдерживать рабочие давления. Вместе с тем оплетка, покрывающая наружный диаметр трубы, подвергается относительному движению с гофрированной трубой, которую она покрывает. Труба и оплетка движутся друг относительно друга вдоль длины гофрированной трубы. В приложениях, предусматривающих подключение гофрированной трубы к механическому оборудованию, которое создает вибрацию, переносимую на трубу, упомянутое относительное движение вызывает абразивный износ между внутренней поверхностью оплетки и наружной поверхностью трубы. Абразивный износ между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью оплетки создает механизмы разрушения, которые обуславливают риск нарушения целостности конструкции гофрированной трубы. Оплетка спиливает и стирает материал наружной поверхности гофрированной трубы до тех пор, пока граница давления в трубе не падает, что приводит к утечке рабочей текучей среды.

Другой недостаток, присущий известным трубам, заключается в том, что труба часто заключена внутрь оболочки. Как правило, оболочку делают из изолирующего материала. В случае, если в трубу индуцируется электрический заряд (например, в результате прямого или косвенного воздействия молнии), заряд накапливается на оболочке и может прожечь оболочку до трубы, что приводит к появлению бреши в трубе.

Раскрытие изобретения

Вариант осуществления изобретения представляет собой узел трубы, включающий в себя электропроводную гофрированную трубу, содержащую витки пиков и впадин, и полимерную оболочку, расположенную вдоль по длине упомянутой гофрированной трубы, при этом полимерная оболочка включает в себя огнезащитное вещество.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен вид сбоку в частичном сечении узла трубы, рассеивающего заряд.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлен вид сбоку с частичным сечением узла 10 трубы, рассеивающего заряд. Узел 10 трубы включает в себя трубу 12 и электропроводную оболочку 14. Труба 12 может быть круглой гофрированной трубой из нержавеющий стали (ГТНС) для транспортировки текучих сред, таких как природный газ, жидкости и т.д. В альтернативном варианте труба 12 может быть спирально навитой трубой.

Оболочка 14 экструдирована по трубе 12. Гофрированная труба 12 имеет наружную поверхность и внутреннюю поверхность. Внутренняя поверхность трубы 12, как правило, подвергается воздействию рабочей текучей среды. Гофрированная труба 12 представляет собой конструкцию, которая имеет изменяющиеся диаметры или витки, образующие пики и впадины, чередующиеся вдоль длины гофрированной трубы 12. Наружная поверхность используется как поверхность отсчета для пика и впадины в противоположность внутренней поверхности. Пик состоит из витка, имеющего больший наружный диаметр, а впадина состоит из витка с меньшим наружным диаметром.

Электропроводная оболочка 14 расположена на наружной поверхности гофрированной трубы 12. Электропроводная оболочка 14 может, по существу, заполнять впадины и покрывать пики на упомянутой наружной поверхности. Электропроводная оболочка 14 расположена вдоль длины гофрированной трубы 12. Материал, из которого состоит электропроводная оболочка 14, обладает свойствами, которые обуславливают сопротивление силам, деформирующим материал, таким как силы растяжения и сдвига. В результате, когда внутреннее давление рабочей текучей среды увеличивается и действует, расширяя гофрированную трубу 12, электропроводная оболочка 14, располагающаяся во впадинах наружной поверхности, сопротивляется создаваемым силам. Электропроводная оболочка 14 препятствует расширению или растягиванию гофрированной трубы 12, так что гофрированная труба 12 не подвергается существенной деформации ни по линейному размеру, ни по диаметру гофрированной трубы 12. Электропроводная оболочка 14 подпирает каждый виток гофрированной трубы 12. Материал, из которого состоит электропроводная оболочка 14, также является упругим и гибким. Когда гофрированная труба 12 гнется и сгибается вдоль своей длины, электропроводная оболочка 14 гнется и сгибается вместе с гофрированной трубой 12.

Толщину электропроводной оболочки 14 можно изменять для увеличения сопротивления расширению трубы или придания большей или меньшей гибкости гофрированной трубе 12. Изменяя толщину электропроводной оболочки 14, можно обеспечить соответствие множеству номинальных значений давления. Между толщиной электропроводной оболочки 14 и номинальным значением давления существует прямая зависимость. Нанесение электропроводной оболочки 14 на гофрированную трубу 12 увеличивает номинальное значение давления гофрированной трубы 12, делая его больше номинального значения давления гофрированной трубы 12 без электропроводной оболочки 14. Электропроводная оболочка 14 также увеличивает количество циклов сгиба, необходимых для того, чтобы внести усталостное повреждение в гофрированную трубу 12, и гасит вибрацию, уменьшая повреждения гофрированной трубы 12 из-за вибрационной усталости.

Электропроводную оболочку 14 можно экструдировать на гофры гофрированной трубы 12. Для надевания электропроводной оболочки 14 на наружную поверхность гофрированной трубы 12 можно воспользоваться и другими технологическими процессами. В одном варианте осуществления электропроводную оболочку 14 вводят во впадины так, что она, по существу, заполняет впадины и покрывает пики. Когда электропроводную оболочку 14 экструдируют, она, по существу, расплавлена и затекает вниз в гофры гофрированной трубы 12. Расплавленная электропроводная оболочка 14 охлаждается на гофрированной трубе 12. Расплавленный материал, по существу, заполняет впадины и покрывает пики. В альтернативном варианте осуществления полимерную электропроводную оболочку экструдируют вниз в гофры, а затем отверждают (например, посредством нагрева).

Электропроводную оболочку 14 можно наносить таким образом, что электропроводная оболочка 14 сцепляется, по существу, со всей наружной поверхностью гофрированной трубы. Осуществляемое по выбору сцепление электропроводной оболочки 14 с упомянутой наружной поверхностью может быть механическим сцеплением или химическим сцеплением, так что электропроводная оболочка 14, по существу, прилипает к наружной поверхности гофрированной трубы 12. Кроме того, находясь во впадинах, электропроводная оболочка 14 также механически блокирует деформацию гофрированной трубы 12 в результате свойств материала электропроводной оболочки 14. Когда электропроводная оболочка 14 нанесена таким образом, что возникает адгезия между электропроводной оболочкой 14 и поверхностью гофрированной трубы 12, относительное перемещение между электропроводной оболочкой 14 и поверхностью гофрированной трубы 12 отсутствует. За счет исключения относительного движения между электропроводной оболочкой 14 и упомянутой наружной поверхностью гофрированной трубы 12, по существу, исключается абразивный износ, а способность выдерживать давление обеспечивается по-прежнему.

В альтернативном варианте осуществления электропроводную оболочку 14 экструдируют поверх гофрированной трубы 12, но не вводят во впадины гофрированной трубы. Электропроводная оболочка 14 покрывает пики гофрированной трубы 12 и не вводится во впадины.

Электропроводная оболочка 14 может быть выполнена из электропроводного термопластичного полимера, такого как соединение полиуретана на основе термопластичного простого полиэфира. Для оболочки 14 можно использовать и другие термпопласты, так что изобретение не ограничивается полиуретаном. Полимер предпочтительно обладает следующими свойствами.

Таблица А
Свойство	Метод	Значение
Прочность на растяжение	ASTM D638	Примерно 27,579 МПа (4000 фн-с/кв.д) минимум
Удлинение	ASTM D638	Примерно 300% минимум
Модуль изгиба	ASTM D790	Примерно 172,369 МПа (25000 фн-с/кв.д) минимум
Объемное удельное сопротивление	ASTM D257	Примерно 7×104 Ом·см максимум

В альтернативном варианте осуществления электропроводная оболочка выполнена из термопластичного полиэтилена, имеющего характеристики, перечисленные в таблице А. Полиэтиленовая оболочка может быть сцеплена с гофрированной трубой 12 так, как описано выше.

На одном или обоих концах узла трубы имеется арматура 16. Арматура 16 может быть существующей арматурой ГТНС, такой как та, которая описана в патентах США №№5799989, 6079749, 6276728, причем все содержание этих патентов упоминается здесь для справок. В предпочтительном варианте концевая арматура выполнена из металлов (например, латуни).

Поскольку оболочка 14 выполнена из электропроводного термопласта, заряд, накапливающийся на оболочке 14 (например, из-за прямого или косвенного удара молнии) проводится через оболочку 14 в трубу 12, а затем - к концевой арматуре 16 и далее через компоненты, соединенные с арматурой 16. Таким образом, труба 12 не повреждается из-за роста заряда на неэлектропроводной оболочке.

Узел трубы можно использовать в ряде приложений, включая бытовые или промышленные, внутренние или наружные, а также надземные или подземные установки, при эксплуатации которых предусматриваются удары молнии (прямые или косвенные) или другие причины накопления заряда.

В альтернативном варианте осуществления в полимерную оболочку 14 можно ввести одно или более огнезащитных веществ в дополнение к электропроводным материалам. Огнеупорное вещество может обеспечивать получение узла трубы, удовлетворяющего различным стандартам или превосходящего их. Например, варианты осуществления изобретения включают в себя огнезащитные вещества в количестве, достаточном для того, чтобы узел трубы прошел испытания в соответствии со стандартом UL 723/ASTM Е84 на плотность дыма <50 и распространение пламени <25 и имел номинальные значения 1, 2 и 4 часа в соответствии с разработанной UL «Классификацией противопожарных систем по сквозному проплавлению».

Нижеследующая таблица В иллюстрирует возможные типы огнезащитных веществ, которые можно вводить в полимерную оболочку 14, а также выражаемые в массовых процентах доли огнезащитного вещества.

Таблица В
Огнезащитные вещества	Масс.%
Азотное/Фосфорное	От примерно 40 до примерно 60
Бромированное	От примерно 10 до примерно 20
Хлорированное	От примерно 30 до примерно 50
Гидроксид магния	От примерно 40 до примерно 60
Тригидрат алюминия	От примерно 40 до примерно 60

Варианты осуществления изобретения, включающие в себя огнезащитное вещество, приводят к получению полимерной оболочки, обладающей физическими свойствами, приведенными в нижеследующей таблице С.

Таблица С
Механические свойства
Прочность на растяжение	Примерно 10,342 МПа (1500 фн-с/кв.д) минимум
Удлинение	Примерно 200% минимум
Модуль изгиба	Примерно 344,738 МПа (50000 фн-с/кв.д) минимум

Хотя проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты осуществления, в рамках существа и объема притязаний изобретения в этих вариантах можно осуществить различные изменения и замены.

1. Узел трубы, содержащий электропроводную гофрированную трубу, включающую в себя витки пиков и впадин,электропроводную полимерную оболочку, расположенную вдоль по длине упомянутой гофрированной трубы, при этом полимерная оболочка включает в себя огнезащитное вещество и имеет объемное удельное сопротивление примерно 7·10⁴ Ом·см, минимальную прочность на растяжение примерно 10,3 МПа, минимальное удлинение примерно 200%, а огнезащитное вещество выбрано из следующих веществазотного/фосфорного типа, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%, илибромированного типа, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 10 мас.% до примерно 20 мас.%, илихлорированного типа, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 30 мас.% до примерно 50 мас.%, илитипа гидроксида магния, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%, илитригидрата алюминия, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%.

2. Узел трубы по п.1, характеризующийся тем, что упомянутая гофрированная труба является круглой.

3. Узел трубы по п.1, характеризующийся тем, что упомянутая гофрированная труба является спиральной.

4. Узел трубы по п.1, характеризующийся тем, что упомянутая электропроводная полимерная оболочка, по существу, заполняет упомянутые впадины и, по существу, покрывает упомянутые пики.

5. Узел трубы по п.1, характеризующийся тем, что с упомянутой гофрированной трубой на ее конце соединена арматура.

6. Узел трубы, содержащийэлектропроводную гофрированную металлическую трубу, включающую в себя витки пиков и впадин,электропроводную полимерную оболочку, которая расположена вдоль по длине упомянутой гофрированной трубы, для проведения заряда, накапливающегося на оболочке, в гофрированную металлическую трубу, и имеет объективное сопротивление, достаточное для прохождения заряда от внешней поверхности упомянутой оболочки к гофрированной металлической трубе, при этомполимерная оболочка включает в себя огнезащитное вещество и имеет объемное удельное сопротивление примерно 7·10⁴ Ом·см, минимальную прочность на растяжение примерно 10,3 МПа, минимальное удлинение примерно 200%, а огнезащитное вещество выбрано из следующих веществ азотного/фосфорного типа, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%, илибромированного типа, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 10 мас.% до примерно 20 мас.%, илихлорированного типа, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 30 мас.% до примерно 50 мас.%, илитипа гидроксида магния, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%, илитригидрата алюминия, присутствующих в полимерной оболочке в количестве от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%.