CN1196012A - 定径设备 - Google Patents

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Abstract

一种控制塑料管直径用的定径套管,它包括加压的定径套管部分(10),其中流体在压力下围绕管子周面注入形成一润滑层。排放区(12)沿轴向分离和隔开相邻的加压部分,以便独立地控制温度和压力。每个加压部分具有流动稳定装置(28),用于减小与润滑层压力变化相应的流动变化。该稳定装置可以包括一高压流体源和由细孔(56)组成的高压降限制装置,后者可以做成在紧靠定径套管区段(30)的端面上铣出的槽。

Description

定径设备
发明背景
本发明涉及一种定径套管装置，用于控制一塑料管的外径，该塑料管由挤压等连续管子成形工艺或如国际专利申请No.WO 90/02644中总体描述的膨胀法工艺来生产，其中该管子至少在定径套管的区域内处于正的内部压力之下。本发明还涉及一种利用该定径套管控制直径的方法。
已知提供用于控制管子直径的定径套管，具有允许润滑水注入在套管和行进管子之间的通道，例如通过在PCT/FI 90/00214和欧洲专利EP0 385 285 A2中描述的套管周围的螺旋形通道。在管子内部不加压的情况下，这些定径套管在该套管中也可以具有小孔，用于对管子外部施加真空。
发明概述
本发明的一种形式提供了一种定径套管，用于控制行进通过该定径套管的内部加压塑料管的外径，该定径套管具有相对于管子行程的上游端部和下游端部，它包括至少两个加压的定径套管部分，每个套管部分具有在压力下基本上围绕管子周面注入流体的装置，注入的流体在定径套管内表面和管子之间形成一层润滑流体，其特征在于，这些加压的定径套管部分相互由一排放区沿轴向分离和隔开。
本发明的另一种形式提供了一种定径套管，用于控制行进通过该定径套管的内部加压塑料管的外径，该定径套管具有相对于管子行程的上游端部和下游端部，它包括用于在压力下基本上围绕管子周面注入流体的装置，注入的流体在定径套管内表面和管子之间形成一层润滑流体，其特征在于，流体注入装置包括流动稳定装置，后者能减小由于润滑层中压力变化而引起的流体注入速率的变化。
在一种优选形式中，一个内定径套管件包括多个首尾相连配置的同轴环，注入孔做成在环的一或多个端部表面上的槽。最好是，排放区的排放小孔总面积大于紧上游加压部分的注入小孔总面积。排放小孔可以形成为相邻环之间的间隙。
附图简述
下面参照附图描述优选实施例，附图中：
图1是表示第一实施例的纵向截面示意图；
图2是第二实施例的类似图；以及
图3是组合式定径套管的部分截面立视图；
图4是图4中一段的端视图；
图5是在该段的端部切割出的凹槽的详细图；
图6是另一个组合式定径套管的部分端视图；
图7A和7B是分别沿图6中线7A-7A和7B-7B截取的部分轴向截面图；
图8是定径套管用的入口装置的局部轴向截面图；
图9和10是又一实施例的轴向截面图。
优选实施例描述
参照图1，挤压的管子2被成形到近似所需的外径，但要求校准，以保证符合所需规格。当管子的材料仍然具有足够塑性而可以成形时，使管子到达一定径装置，以精确控制最终外径。在本发明中，被挤压的管子处于正的内部压力下，从而使管子紧靠定径装置的圆筒形内表面压紧。在定径装置的内部和下游，被挤压的管子受到冷却，以锁定在最终直径。
例示的定径套管装置由多个与排放区12交替的加压定径套管部分10组成。在图1的装置中，每个排放区可以是一个在定径套管装置的相邻加压部分10之间的小间隙，它具有足够的面积使注入先加压部分的水逸出并隔开相邻的加压部分，但其未受支承的长度不足以使管子产生显著的向外蠕动。
每个加压部分10做成一个带套的管子，内管14穿有大量的注入孔16。从高压源17来的冷水在压力下引入内管14和外管18之间的环形集流腔空间并通过孔16注入而形成一薄层水，后者润滑管子通过定径套管内表面的运动并冷却管子的外部以锁定在最终管径。
定径套管装置也适合于下列情况，即进入定径套管的管子并不处于其被挤压的直径，而相反地是沿径向膨胀，以便使聚合物分子沿周边取向。在国际专利申请No.WO90/02644和NO.PCT/AU 94/00784中描述的装置中，管子由于受充气塞限制的内部流体压力而膨胀。本发明的定径套管可以安置在管子膨胀的下游界限处，以便提供膨胀管子的最终直径控制。
加压部分10用排放区12隔开，这可以使从上游加压部分来的注入水逸出，从而防止水积聚在管子和套管内表面之间，后一种情况可以导致成品管子直径的变动。
排放区还可隔开压力区和界限或使两者之间不存在压力连通。本申请人发现，如果不这样做，就可能由于管子上沿轴向移动的变形和注入流体内的压力场之间相互作用而产生一个振荡系统。压力区的隔离可以建立压力分布并保持特定的分布而在压力区之间不会产生“串扰”或干扰。
套管内表面和管子之间的流体层的压力除了由于管壁的弹性和粘性阻力而产生的分力之外基本上等于管子中的内部压力。
实际上，正被挤压的管子的壁厚通常变化±10％，这将引起对内部压力的弹性阻力和粘性阻力的相似量的变化。因为管壁抵抗内部压力的大分量、通常为60-90％，所以润滑层压力仅为余下的10-40％，这10％的阻力变化转化为润滑层压力的约±50％的变化。
定径设备最好包括注入流体流速稳定装置，该装置显著地减小由于润滑层压力变化引起的流体注入速率的变化。最好是，流体流速稳定装置使润滑层压力50％的变化导致注入速率变化小于20％、最好是小于10％。
在一种装置中，流速稳定装置可以控制对注入孔16的流体供给，例如包括一个流体控制装置28(见图2)，它设置在通向每个加压部分10的流体供给管线中。流体控制装置28可以是高压降缩口、如一个小孔，在其上游侧具有显著过量的压力，因此下游侧的压力正常变化对通过该装置的流速影响很小。例如，由该收缩装置产生的压力降应当大于润滑层压力。
为了提供足够的流速稳定性，流体源提供的压力优选是最大内部压力的至少100％，最理想的为至少150％，至少在定径套管入口端部附近的加压部分中是如此。此时，管壁处在塑性状态下而对内部压力的弹性阻力为最低，但仍然抵消了很大比例的内部压力，因此流体源压力将显著地大于润滑层压力。当管子通过定径套管前进时，管子的外表面受流体薄膜冷却而管子外部硬化部分的厚度逐渐增大，直到不再要求薄膜压力的径向支承以便在内部压力的应力下保持其直径为止。这样，如果需要，可以沿定径套管逐渐缩小流体供给压力。
或者，高压源和小孔可以用机械流量控制装置代替，该装置进行调整以使流速保持相对恒定。
排放区可以简单地是相邻加压套管部分之间的间隙，如图1所示。另外，排放区可以是一个连续定径套管的一部分，如图2中所示。在该实施例中，定径套管做成有外套的管子，其内管有多个贯穿其中的小孔或圆周形槽26。
内管和外管之间的区域被一组径向壁22分隔为多个区域20，每个区域有一插口24或其它结构，用于连接流体供给/出口管。连接处于压力下的流体供给源的区域20a如图1中所示起加压部分的作用，而连接流体出口管的区域20b起集流腔和排放区的作用。
这种配置提高了功能的灵活性，通过改变连接到流体供给源或出口处的区域的数目和顺序，可以改变加压部分和排放区的相对长度以适应工艺条件。例如，在图2中，加压部分10的长度包括两个相继的区域，后随一个区域的排放区。
在图2的配置中，每个定径套管部分中的小孔相当大，例如每100mm管子直径至少小孔为1mm或者一个圆周形槽26，以便对流体注入和排放呈现最小的压力降。因此集流腔的压力近似等于润滑层压力。每个加压的集流腔通过一个如上所述的流体稳定装置28连接在高压流体源17上。最好是，每个集流腔通过一个独立的流量稳定器28连接到流体源17上，使得管壁厚度的变动不会导致一个室注入过多的水而其它室注入过少。
在图2例示的改型中，注入槽26或小孔可以分为多个圆周形区段，而对每个区段的流体供给独立地设有自己的流量稳定器。或者，每个区段可以有一个独立的流体供给源。后一配置可以用于独立地控制到达每个套管周面部分上的流体供给压力。本申请人确定，在生产管子的挤压头中，枢轴偏移常常导致接近定径装置的管子的圆度和壁厚的偏心。此种偏心是有规则的和可以预测的，因此可以通过独立控制定径装置内多个(例如3至8个)圆周形区段中的注入流体来补偿。
获得流动稳定性的另一种方法是通过大量的细孔注入流体，这些细孔的液力直径例如小于0.5mm，更优选地小于约0.25mm。对于例如大于100mm的较大管径，可以利用液力直径小于0.5％管径的小孔。这些细孔限制了通过其中的液流，保持流体供给源和润滑流体层之间的高的压力降，从而即使由于管子局部变形或偏心而使管壁与在孔附近的定径套管的内表面隔开，通过每个孔的液流也基本上独立而不会显著变化。因此，使用高的压力降注入小孔和高压流体源作为流动稳定装置的优点是能稳定定径套管周面的流体注入，并能稳定流入定径套管的总液流。
图3至5例示一种根据另一实施例的组合式定径套管构造，它便于形成细的注入小孔。
该定径套管由一组区段30形成，每个区段整体包括一个内环部分32、一个位于一端的桥接部分24和一个具有入口或出口小孔37的外同轴环部分36。
内环和外环部分相互沿轴向和径向偏移，使得安装区段一起形成一个基本上连续的定径套管表面，该表面由一组环形集流腔38围绕。每个集流腔由一个O形环40密封以防止外部泄漏，O形环40安装在一个区段的槽42内，它接触下一区段的表面，而这些区段由夹紧装置固定就位，该夹紧装置包括一对夹紧环44、46，这些夹紧环由一组连杆48连接。上游夹紧环44可以有一个内表面50，以用作定径套管的引入部分，它有一个圆形入口部分52，是由如高密度聚乙烯(HDPE)等聚合物材料制成。
每个内环部分的前端面紧靠邻接区段的桥接部分后表面54，并有一组在其上铣出的径向槽56。当相邻区连接在一起而集流腔连接到一个高压流体供给源时，这些槽用作注入小孔，以用于将流体注入定径套管的内部。
这种构造的优点是，注入小孔的尺寸和形状可以小心地加以控制，因为制造过程包括在每个区段的端部表面上切削切口，而不是在定径套管的主体上激光钻孔或物理钻孔。可以用普通的机加工技术制造极细的小孔，例如约0.1-0.2mm深和0.1-0.3mm宽的三角形切口(见图5)。该构造的另一优点是在注入小孔堵塞时能够拆卸和清洗定径套管。
如上所述，非常细的小孔尺寸产生高的压力降并使得独立的液流通过每个小孔。例如，通过小孔可以获得3-4MPa的压力降。这实际上比润滑流体层的压力大许多倍，从而在排放区驱动流体流出，同时本发明人发现，最好每个排放区的排放小孔面积比前一个加压区的小孔面积大。为了达到这一点，每个准备用作排放区的区段可以用一个如垫片之类的间隔件与前一区段间隔一个小的量、如0.2-2mm，以便产生那样宽度的圆周形排放槽。作为实施例，定径套管可以包括12个这样的区段，并且使每隔四个区段隔开0.5mm作为排放区。或者，可以提供特殊的排放区段，比注入区段具有更大的小孔面积。
图6至7B例示另一种组合式定径套管，它能够沿每个区段的长度在几个位置将水注入。该装置特别适合用作定径套管的第一加压部分，其中冷却和润滑要求很高，但如果需要，该构造可以沿定径套管的长度延伸。
在该构造中，定径套管的结构由多个叠合的区段形成，每个区段包括一流体入口或排放接头37。如图7A所示，第二和相继的区段30b使形成定径套管内表面的内部部分58与包括流体接头37的外部部分60形成整体。内部部分的端部表面62如图4至6所述被切口，以形成注入或排放小孔，而流体通道54从小孔66引至流体接头37。
第一区段30a由外支承环68和一组较短的内环70组成，外支承环68与第二区段啮合并有流体入口37，内环70安装在内部以形成定径套管的内表面。如图7和8B中所示，内环具有沿角度间隔开的位置贯穿其中的准直孔72。内环同时在其端部表面上具有径向槽66而在其外边缘削角，使得：当相邻的环紧靠在一起时，相邻的削角形成圆周形流体分布通道74，该通道74与凹槽形成的径向通道连通。通过每个环70的孔72扩口成喇叭形，以便与圆周形通道形成流体连通，并因此提供流向注入小孔的流体。
图8例示定径套管的另一种入口装置，它包括一个可调宽度的流体注入小孔。
例示的入口装置安装在一种由图7A中标号30b表示的那种类型区段构成的定径套管上，但也适合用于其它类型的定径套管上。一个面向前的通道环76有一个法兰78，该法兰78向内延伸与定径套管的内表面对准并具有围绕定径套管开口的向内成角度的前表面80。通道的外部包括流体入口82，用于向在通道内形成的集流腔84供水。通道的前面由外部带螺纹的入口法兰86阻塞，后者与通道外部部分上的精细内螺纹88啮合。入口法兰的前表面包括一截锥式引入部分90，该引入部分向内延伸到一个比定径套管内表面的直径稍许较小的直径，例如在1mm以下或最好为约0.2mm。较小直径凸缘的作用是与以高压紧靠它的塑料管一起作为密封件。密封表面91最好有一硬涂层如DLC(金钢石状涂层)。
入口法兰后表面平行于内部法兰78的前表面80，产生一个圆形流体注入槽。这在引入部分90的叠合凸缘后面注入润滑水，形成一个润滑层，该润滑层由行进管子载带。槽92的宽度以及因此作为润滑层注入的液体量可以通过相对于通道环76拧入和拧出螺纹法兰86来调整。
注入定径套管第一部分中的流体的温度可以比更下游注入的流体温度更高，使得在定径套管的开始部分中，管子行程被润滑而没有冷却该管子，因此它更易于具有定径套管的形状。在定径套管的其余部分中，注入流体对管子既润滑又冷却。
在其他改型中，可以沿定径装置的长度控制压力和/或温度分布，方法是改变沿其长度在不同位置处注入流体的温度和压力。以这种方式，可以对成品管子的最终直径进行精细控制。例如，每个加压的定径套管部分可以有一个独立的流体源，具有独立可控的温度和压力。
图9和10表示组合式定径套管的又一个实施例，其中每个区段94包括一个面向内的圆周形通道96，具有一个向外的支承法兰98。一排轴向杆100通过区段的支承法兰98，以便将它们保持沿轴向隔开的构形。
每个通道环包括一对硬化的内表面102a、102b作为支承行进管子104的定径套管表面，并具有一个流体供给源106、以及通向在通道和管子之间限定的环形空间110的注入孔108。注入流体在压力下供给该环形空间110以支承该区域中的管子。如图10中最清楚地所见，通过小孔108的水流可以利用螺纹调整部件112调整。
相邻区段之间的空间114形成定径套管的排放区，注入区和排放区的相对比例可以通过改变区段的间隔空间来调整。如图所示，定径套管实心的表面积(表面102a和102b)可以近似地等于由空间110和114显示的其余面积。另外，由于管子104与安置定径套管的冷水槽(未示出)中的冷水之间开放式接触，温度控制可以主要由冷水而非注入水实现，并且容易将真空施予排放区中的管子外部。可以将温水注入到第一区段中，以使管子具有定径套管直径。
此外，因为区段不是相互安装的，很容易使后继区段的内径稍许变小，以适应当管子通过定径套管时由于冷却造成管子的稍许收缩。
虽然已描述了本发明的具体实施例，但该领域的技术人员显然可以知道，本发明可以以其它特定形式实施而不偏离其必要特征。因此现有实施方案和实施例在所有方面都被认为是例示性的而非限制性的，本发明的范围由所附属权利要求而非上述说明表示，因此所有落入权利要求书的等效意义和等效范围内的变化都将包括在权利要求书内。

Claims (31)

1.一种定径套管，用于控制行进通过该定径套管的内部加压塑料管的外径，该定径套管具有相对于管子行程的上游端部和下游端部，它包括至少两个加压的定径套管部分，每个套管部分具有用于在压力下基本上围绕管子周面注入流体的装置，注入的流体在定径套管内表面和管子之间形成一层润滑流体，其特征在于，这些加压的定径套管部分相互由一排放区沿轴向分离和隔开。
2.一种如权利要求1所述的定径套管，其特征在于，每个加压定径套管部分包括一个内定径套管部件，该内定径套管部件有多个贯穿其中的注入孔和一个环形注入流体集流腔，该集流腔沿径向围绕内定径套管部件并与所述小孔连通。
3.一种如权利要求1所述的定径套管，其特征在于，该排放区具有一或多个排放孔，该排放孔的总面积大于紧上游的加压定径套管部分的注入孔总面积。
4.一种如权利要求3所述的定径套管，其特征在于，该排放孔包括一或多个穿过定径套管的圆周形槽。
5.一种如权利要求1所述的定径套管，其特征在于，该定径套管包括一个穿孔的内管、一个与内管同轴的外管、一个在内外管之间的环形空间，所述空间由径向壁划分为多个围绕内管的环形集流腔，每个集流腔包括用于连接排放装置或流体供给装置的装置。
6.一种如权利要求2所述的定径套管，其特征在于，内定径套管部件包括多个首尾连接配置的同轴环，在相邻环的端部表面之间形成注入孔。
7.一种如权利要求6所述的定径套管，其特征在于，注入小孔是由一或多个所述端部表面上的凹槽形成的，所述凹槽与所述流体供给装置连通并延伸到定径套管的内表面。
8.一种如权利要求7所述的定径套管，其特征在于，所述凹槽基本上沿径向延伸穿过所述端部表面。
9.一种如权利要求6所述的定径套管，其特征在于，所述排放区包括排放孔，它形成为相邻环之间的间隙。
10.一种如权利要求2所述的定径套管，其特征在于，注入小孔在集流腔和润滑流体层之间产生足够高的压力差，使得润滑流体层压力的50％的变化导致通过所述小孔的流体注入速率产生小于20％的变化。
11.一种如权利要求10所述的定径套管，其特征在于，所述集流腔中的压力超过所述管子中的内部压力。
12.一种如权利要求11所述的定径套管，其特征在于，所述集流腔压力超过所述管子中内部压力的150％。
13.一种如权利要求10所述的定径套管，其特征在于，所述注入小孔的直径小于0.5mm。
14.一种如权利要求13所述的定径套管，其特征在于，所述注入小孔的直径小于0.25mm。
15.一种如权利要求1所述的定径套管，其特征在于，该定径套管包括一个入口部分，该入口部分在所述内定径套管表面的内部沿径向凸出。
16.一种如权利要求15所述的定径套管，它包括用于将所述流体注入到所述向内凸出的入口部分之后的装置。
17.一种如权利要求16所述的定径套管，其特征在于，所述注入装置包括一个安置在所述入口部分之后的圆周形槽。
18.一种如权利要求17所述的定径套管，它包括一个在所述入口部分和一集流腔之间的螺纹连接件，用于调整所述槽的面积。
19.一种如权利要求15所述的定径套管，其特征在于，所述入口部分包括一个具有金刚石状涂层的硬化接触表面。
20.一种如权利要求1所述的定径套管，其特征在于，每个加压的定径套管部分包括一个形成沿径向向内通道的圆周形部件和将所述流体注入在通道和管子之间形成的空间内的装置。
21.一种如权利要求20所述的定径套管，其特征在于，所述圆周形部件沿轴向间隔开，圆周形部件之间的空间形成排放区。
22.一种如权利要求20所述的定径套管，其特征在于，每个通道的端部表面形成定径套管的内表面。
23.一种如权利要求20所述的定径套管，其特征在于，这些圆周形部件是通过一排支承杆支承的。
24.一种如权利要求23所述的定径套管，其特征在于，这些支承杆啮合圆周形部件的沿径向延伸的法兰。
25.一种定径套管，用于控制行进通过该定径套管的内部加压塑料管的外径，该定径套管具有相对于管子行程的上游端部和下游端部，它包括用于在压力下基本上围绕管子周面注入流体的装置，注入的流体在定径套管内表面和管子之间形成一层润滑流体，其特征在于，流体注入装置包括流动稳定装置，流动稳定该装置能减小由于润滑层中压力变化而引起的流体注入速率的变化。
26.一种如权利要求25所述的定径套管，其特征在于，润滑层压力的50％的变化导致流体注入速率小于20％的变化。
27.一种如权利要求26所述的定径套管，其特征在于，润滑层压力的50％的变化导致流体注入速率小于10％的变化。
28.一种如权利要求25所述的定径套管，其特征在于，流动稳定装置包括高压流体源和收缩装置，用于引入一个比润滑层压力更大的压力降。
29.一种如权利要求28所述的定径套管，其特征在于，所述收缩装置包括注入小孔，用于将流体注入层中。
30.一种如权利要求29所述的定径套管，其特征在于，所述小孔具有小于0.5mm的直径。
31.一种如权利要求29所述的定径套管，其特征在于，该定径套管具有排放装置，用于从润滑层除去流体，所述排放装置包括一或多个排放小孔，该排放小孔的总面积大于所述注入装置的总面积。
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