Способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы и устройство для его осуществления

)5 В ПИ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АТЕН гние: из повыш , атом ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ НЕПРЕРЛЕНИЯ АРМИРОВАННТРУБЫ И УСТРО/ЯСТВ(57) Использоваванных труб сной прочностью 6948,ик, 1977.ьство СССР/02, 1977.ЫВНОГО ИЗГОТОВОЙ ПОЛИМЕРНОЙО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕготовление армироенной долговременчисле для работы в Изобретение относится к технологии и оборудованию непрерывного изготовления методом экструзионного формования армированных полимерных труб, используемых преимущественно в агрессивных средах под высоким давлением, в частности, для обсадки скважин при добыче полезных ис-. копаемых методом выщелачивания, в химическом производстве и т.па также в нормальных условиях эксплуатации,Известен способ непрерывного изго- товления армированной полимерной трубы методом экструзионного формования, состоящий в том, что расплавленный полимер из центрального подводящего канала от экструдера вводят под углом к осевому направлению в цилиндрическую формующую полость между ОхлаждаЕмыми ДОРном и наружной гильзой и одновременно подают в, эту полость армирующий каркас, угол ввода расплавленного полимера в формующую агрессивных средах под высоким давлением. Сущность изобретения: способ состоит в подаче в кольцевую формующую полость расплава полимера.и армирующего каркаса. При этом полимер на каркас подают изнутри. Угол подачи полимера выбран в пределах 90" 150 к направлению перемещения каркаса. Устройство содержит головку с центральным подводящим каналом для расплава. Формующая кольцевая полость образована дорном и гильзой и сообщена с экструзионным каналом. Выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом в пределах 60 - 180 О, обращенным вершиной к выходу из формующей полости, 2 с.п.ф-лы, 3 ил,осталяет около 45-75 О к направлемещения экструдата в формующей ПОЛОСТЬ Снию переполости.Ближайшим по технической сущности к предлагаемому является способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы методом экструзионного формования, состоящий в том, что в цилиндрическую формующую полость, образованную дорном и охлаждаемой наружной гильзой, нагнетают. расплавленный полимер, поток которого вводят изнутри и направляют под углом к осевому направению, и одновременно подают в формующую полость армирующий каркас; полимер направляют в формующую полость под углом около 30-60 к направлению перемещения экструдата в формующей полости,Известно устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы методом экструзионного формования, содержащее смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, образующие цилиндрическую формующую полость, сообщенную с центральным подводящим каналом посредством экструзионного канала с направляющим выходным участком, и механизм подачи армирующего каркаса, причем направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом 60- 120, обращенным вершиной в сторону, противоположную выходу из формующей полости.Недостаток известного способа и устройства для его осуществления состоит в том, что изготовленная таким образом армированная полимерная труба содержит относительно высокий уровень остаточных внутренних продольных напряжений растяжения с. максимумом на внутренней поверхности. В результате, снижается долговременная прочность трубы, особенно в низкотемпературных условиях эксплуатации, при термоциклическом нагружении и знакопеременных нагрузках. Причиной возникновения остаточных внутренних напряжений являются, в частности, силы трения экструдата о стенки экструзионного канала и затем формующей полости и фиксация возникшего напряженного состояния полимера при его отверждении в результате охлаждения. В макроструктурном отношении это напряженное состояние характеризуется продольной ориентацией макромолекчл полимеоа, наиболее выраженной в пристенных зонах, особенно в зоне прилегания к дорну.Цель изобретения - повышение долговременной прочности армированной полимерной трубы за счет снижения уровня остаточных внутренних напряжений в ее стенке.Поставленная цель достигается тем, что в способе непрерывного изготовления армированной полимерной трубы, состоящем в том, что в цилиндрическую формующую полость нагнетают расплавленный полимер, поток которого вводят изнутри и направляют подуглом к осевому направлению, и одновременно подают в формующую полость армирующий каркас, полимер направляют в формующую полость под углом в пределах 90-150 к направлению перемещения экструдата в формующей полости. В устройстве для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы,5055 Способ реализуется устройством для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы (фиг.1). Оно содержит смонтированные на основании 6 экструзионную головку 7 с центральным подводящим каналом 8, неподвижные охлаждаемые дорн 3 и наружную гильзу 4, которые образуют цилиндрическую формующую полость 2, сообщенную с подводящим каналом 8 посредством экструзионного касодержащем смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, образую 5 щие цилиндрическую формующую полость,сообщенную с центральным подводящим каналом посредством экструзионного канала с направляющим выходным участком, и механизм подачи армирующего каркаса, 10 направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом в пределах 60-180 О, обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости.15 На фиг.1 изображено устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы, продольный разрез; на фиг.2 - узел на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг,3 - производственная 20 установка для реализации изобретения,общий вид.Способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы 1 методом экструзионного формования (фиг,1 и 2) 25 состоит в том, что в цилиндрическую формующую полость 2, образованную охлаждаемым дорном 3 и наружной гильзой 4, нагнетаЮт расплавленный полимер, поток: которого вводят изнутри и направляют под 30 углом а к осевому направлению, и одновременно подают в формующую полость 2 в направлении по стрелке А армирующий каркас 5.Согласно изобретению расплавленный 35 полимер направляют в формующую полость 2 под углом а,выбранным в пределах 90-150 к направлению перемещения экструдата в формующей полости 2, показанному стрелкой А (фиг.2), При величине угла 40 а= 90, как установлено экспериментально, уже достигается эффект повышения долговременной прочности готовой трубы по сравнению с традиционным углом а90. Величина угла а150 практиче 45. ски недостижима ввиду сильного относительного сужения экструзионного канала и потери из-за этого возможности влиять на направление потока полимера.10 15 20 25 30 35 40 зом 50 55 нала 9 с направляющим выходным участком 10, и механизм 11 подачи каркаса 5.Направляющий выходной участок 10 экструзионного канала 9 выполнен с телесным углом Д выбраннымв пределах 60- 180 обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости 2, т,е, в сторону по стрелке А, Телесный угол 3 соответствует плоскому углу Д под которйм полимер выходит в формующую полость 2,следовательно, способ может быть реализован только предлагаемым устройством с указанным телесным угломерАрмирующий каркас 5 полимерной трубы 1 может быть любого известного вида; из любого известногд материала, поскольку это не влияет на сущность изобретения. На представленных примерах показан, в частности, жесткий проволочный решетчатый каркас 5, состоящий из продольных элементов 12 с навитой и сваренной с ними спиралью 13,Установка для реализации изобретения. (фиг.3), включающая устройство согласно фиг.1, содержит смонтированные на основании 6 экструдер 14 с экструзионной головкой 7, приводную планшайбу 15 с отклоняющим роликом 16. для навивки спирали 13, роликовым сварочным электродом 17 и токосъемным устройством 18, свободно вращающуюся бобину 19 с проволокой для спирали 13, бобины 20 для проволоки продольных элементов 12, проходящих по направляющим пазам (не показаны) оправки 21, расположенной на экструзионной головке 7, механизм 11 подачи для натяжения каркаса 5 вместе с принимаемой готовой трубой 1.Установка работает следующим обраРасплавленный полимер подается экс. трудером 14 в центральный подводящий канал 8 экструзионной головки 7 и через. экструзионный канал 9 с направляющим выходным участком 10 поступает в цилиндрическую формующую полость 2, образованную охлаждаемыми дорном 3 и наружной гильзой 4, под углом а= 90 - 150 к направлению перемещения экструдата в этой полости, показанному стрелкой А. Одновременно в формующую полость 2 подается армирующий каркас 5, переме- щаемый в направлении по стрелке А вместе с готовой трубой 1 с помощью механизма 11 подачи.После отверждения полимера из формующей полости 2 выходит армированная каркасом 5 полимерная труба 1. Каркас 5 изготавливается известным образом непосредственно в процессе непрерывного изготовления армированной им полимерной трубы 1. Для этого на продольные элементы 12 на оправке 21 с помощью отклоняющего ролика 16, вращающегося вместе с планшайбой 15, навивают спираль 13 из проволоки, сматываемой с бобины 19. Непосредственно после навивки спираль 13 приваривают к последовательно пересекаемым продольным элементам 12 с помощью роликового сварочного электрода 17, также вращающегося вместе с планшайбой 15. Вращение последней осуществляется от внешнего привода (не показан),Осевая составляющая единичного вектора поступления экструдата в формующую полость 2 противоположна направлению экструдата в формующей полости 2 или в Пределе этот вектор нормален к этому направлению (в противоложность прототипу, где осевая проекция вектора совпадает с этим направлением). В результате этого поток расплавленного полимера претерпевает крутой поворот при выходе из экструзионного канала 9 в формующую полость 2, При этом уже сформировавшаяся в экструзионном канале 9 макроструктурная ориентация полимера нарушается, и последующая ориентация в формующей полости 2 начинается с дезориентированного состояния полимера, Поскольку дальнейший процесс макроструктурной ориентации полимера требует конечного времени, соизмеримого с временем его прохождения через формующую полость 2, эта ориентация и соответствующие внутренние напряжения к моменту отверждения развиваются в относительно меньшей степени. Это обеспечивает снижение уровня остаточных внутренних напряжений в экструдированной трубе и соответствующее повышение ее долговременной прочности.П р и м е р 1. В соответствии с изобретением изготовлена полимерная труба ф 132 х 12 мм из полиэтилена высокой плотности низкого давления (литена), армированная сварным каркасом из низкоуглеродистой стальной проволоки О 3 мм с ячейкой примерно 10 х 10 мм. Температура расплава полимера на входе в формующую полость составляет 170 - 175, температура начала отверждения полимера около 130 С, Угол ввода полимера в формующую полость а= 135.Длительная прочность трубы оценивается ускоренным методом термоциклического нагружения образцов длиной 300 мм с циклом; выдержка при -40 С в течение 3 ч, затем при +80 С в течение 3 ч, Количествоциклов до начала разрушения - образования отчетливо видимых усталостных трещин на внутренней поверхности образцов - составляет в среднем для нескольких образцов 245 циклов, Для сравнения: тот же показатель для той же трубы, но изготовленной согласно прототипу при всех прочих равных условиях, составляет около 100 циклов.П р и м е р 2. Условия согласно примеру 1, но угол й = 90 О, Количество циклов до начала разрушения 165 против 100 для трубы по технологии прототипа,П р и м е р 3. Условия согласно примеру 1, но труба О 89 х 10,5 мм, каркас из проволоки ф 2,5 мм, полиэтилен марки ПЭ 273- 79, угол = 120, Количество циклов до начала разрушения 130 против 95 для трубы по технологии прототипа.П р и м е р 4. Условия согласно примеру 3, но угол а= 150 О, Количество циклов до начала разрушения 155 против 95 для трубы по технологии прототипа.Изобретение обеспечивает изготовление качественных армированных труб и дополнительную прибыль от повышения срока их службы. Формула изобретения 1. Способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы методом экструзионного формования, состоящий в том, что в цилиндрическую формующую полость нагнетают расплавленный полимер,поток которого вводят изнутрии направляют под углом к осевому направлению, и одновременно подают в формующую полость армирующий каркас, о т л и ч а ю щ и й с я 5 тем, что, с целью повышения долговременной прочности армированной полимерной трубы за счет снижения уровня остаточных внутренних напряжений в ее стенке, полимер направляют в формующую полость 10 под углом в пределах 90-150 к направлению перемещения экструдата в формующей полости.2. Устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы 15 методом экструзионного формования, содержащее смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, смонти рованные с образованием цилиндрической формующей полости, сообщенной с центральным подводящим каналом посредством экструзионного канала с направляющим выходным участком, и механизм 25 подачи армирующего каркаса, о т л и ч а ющ е е с я тем,что, с целью повышения долговременной прочности армированной полимерной трубы за счет снижения уровня остаточных внутренних напряжений в ее 30 стенке, направляющий выходной участокэкструзионного канала выполнен с телес, ным углом в пределах 60 - 180 О, обращеннымвершиной в сторону выхода из формующей полости,351716963 Фиг Е дри орректо дактор И. Касарда СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 аз 620 ВНИИПИ Госуд оставитель Л. Кольцоехред М.Моргентал Тираж Подписное енного комитета по изобретениям и открытиям и 13035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5