CZ9096A3 - Method of connecting reinforced thermoplastic tubes - Google Patents

Description

Způsob spojování zesílených termoplastických trubek

Vynález se vztahuje na metodu spojování zesíleného termoplastického potrubí.

Vynález se týká obzvláště, avšak ne bezvýhradně, spojování termoplastického potrubí, jehož maximální přípustný tlak. na který je potrubí dimenzováno, může mít hodnotu vylepšenou zesílením stěny buď jednou vrstvou, nebo několika vrstvami vlákna výztuhy. Vlákna mohou být například ovinuta samostatně přímo na vnitřní trubce z termoplastu, nebo mohou být na potrubí navinuta ve formě již předem připravených pásů. Jiným příkladem jsou vlákna, nebo pásy vláken navinuté na vnitřní trubku podélně. Vnější vrstva termoplastického materiálu, tvořící vnější potrubí, nemusí být zcela nutně vyrobena ze stejného materiálu, nebo z materiálu stejné kvality, jako je materiál trubky vnitřní.

Tato vrstva termoplastu je nanesena přes vláknové zesílení tak, aby tyto vrstvy zcela zakryla svou ochranou vrstvou.

Vlákna, nebo pásy vláken mohou být zataveny do sebe, do vnitřní a vnější vrstvy termoplastického materiálu, nebo pokud to je požadováno, mohou být vlákna ve vrstvě rozložena volně. Vnitřní trubka z termoplastu společně s vrstvou či vrstvami vláken jí obklopující a s trubkou vnější, tvoří potrubí, které má stěnu mezi vnitřním povrchem vnitřní trubky a vnějším povrchem vnější trubky a přitom vrstva.

nebo několik vrstev vláknitého zesíleni leží ve středu této stěny trubky, nebo leží mezí středem stěny a vnější povrchem vnější trubky......

Dosavadní stav techniky

Je známo, že spojování termoplastického zesíleného potrubí lze provádět za použití mechanické armatury, která je například připnuta na trubku. nebo se její pomocí termoplastický materiál stlačuje mezi podpůrnou trubku z kovu. vloženou dovnitř spojované trubky, a vnější kovovou objímku. Takovéto armatury jsou zkonstruovány tak, aby pracovaly jako utěsněni proti úniku kapalíny. tak aby i kladly velký odpor proti možném vytažení trubek z této armatury.

Takovéto armatury, vyráběné ponejvíce z kovu, jsou lehce napadnutelné korozí. Navíc dopravovaná kapalina může mít vliv na vlastnosti termoplastu, takže ten se pak může změkčovat. Po čase pak může být výsledkem tohoto změkčování snížení velikosti spojovacích sil a tím také i snížení těsností a odporu proti vytažení trubek z armatury.

Podstata vvnálezu

Podstatou tohoto vynálezu je vyhnout se používání výše uvedených armatur.

Podle vynálezu.

termoplastických trubek je spojení dvou zesílených provedeno čelním taveným svarem.

Každá trubka se skládá z vnitřního a vnějšího povrchu, dále ze stěny tvořené materiálem mezi vnitřním a vnějším povrchem trubky a z Jedné, nebo více vrstev vláknovité výztuhy. Tato výztuha Je umístěna ve vnější polovině stěny potrubí. Konce potrubí jsou nahřívány natlačením čel na stěnu ohřívače, který je vložen mezi konce tohoto potrubí. Termoplastický materiál se tak na svých koncích, přitisknutých k této stěně, nataví. Následuje odstranění ohřívací desky a stisk konců trubek navzájem k sobě. Nataveriý termoplastický materiál z čel trubek je nucen vlivem tlaku vytvořit na vnitřním a vnějším povrchu výronek, který vytvoří obrubu, či lem svaru. Po vzniku těchto lemů je trubkám umožněno vychladnout, zatímco jsou stále tlačeny směrem proti osovému pohybu, který by je měl tendenci oddělit jednu od druhé.

Každá výztužná vrstva je zcela, nebo převážně vyhnuta směrem ven, do vnějšího lemujícího výronku a to vlivem uvedeného tlaku, kterým jsou trubky stlačovány k sobě. Tak dojde k tomu, že ve svarovém spoji je vrstva termoplastického materiálu mezi vrstvou či vrstvami zesilujících vláken, a obvyklou vnitřní vrstvou, která je bez jakékoli výztuhy pomocí vláken.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže vysvětlen na příkladech provedení s odkazem na přiložené nákresy, u kterých:

Obr.l až obr.4 ukazují různé fáze spojování dvou termoplastických trubek dohromady;

Obr.5 ukazuje ve větším měřítku oblast spoje, ukázaného dříve na obr.2; a

Obr.6 ukazuje druhé možné řešení vynálezu.

Příklady provedeni vynálezu

Obr.l ukazuje dvě trubky 10 a 12. které jsou spojovány dohromady k sobě spojem, tvořeným čelním taveným svarem.

Jedna z trubek 12 má na svém vnějším povrchu navlečenou elektrickou tavící návlačku '14, která tuto trubku zcela obklopuje. Návlačka 14 je na trubce 12 navlečena volně, vůle mezi průměry 16 je zde vidět taktéž. Návlačka 14 obsahuje vyhřívací tělísko, které je vloženo do termoplastické stěny této núvlačky a skládá se ze dvou skupin vinutí 18 a 20, obklopující trubku 12. Vyhřívací závity vinutí jsou spojeny se zdrojem (není vidět) v oblasti krytů 22. 24. které jsou

Integrálně spojeny s návláčkou 14.

Každá trubka 10 a 12 se skládá z vnitřní trubky 30 vyrobené z termoplastického materiálu, mající vnitřní povrch

32. Vrstva, nebo několik vrstev výztužných vláken 34 je navinuto kolem vnitřní trubky 30, nebo jsou tyto vrstvy nataženy podélným směrem po této trubce 30. Vnější vrstva termoplastického materiálu 36. tvořící vnější trubku, byla přidána na vnitřní trubku 30 po položení vrstvy či vrstev výztuhy 34. Vnější vrstva termoplastu 36 má vnější povrch

36.

Každá trubka 10 a 12 tak má stěnu tvořenou prostorem mezi vnitřním povrchem 32 a vnějším povrchem 38.

Před vlastním spojováním koncových čel trubek 10 a 1.2, je potřeba tyto čela přesně upravit. aby jejích povrchy 40 a 42 byly vhodně začiětěné. Tato operace Je prováděna.

zatímco jsou trubky 10 a 12 upevněny ve stroji na čelní tavicí..svařován,í trubek (není. vidět) .Tento stroj je vložen mezi čelni povrchy trubek 40 a 42. Počáteční lem je vytvořen na každé trubce tím, jak se materiál teplem postupně natavuje a jak je zatížen osovou silou, působící směrem proti nahřívací desce.

Potrubí 10 a 12 je tlačeno směrem proti nahřívací desce po dobu potřebnou k absorbování tepla a tím i k natavení termoplastického materiálu. Pak jsou trubky 10 a 12 od nahřívací desky odtaženy, deska sama je odstraněna a trubky a 12 jsou osovým zatížením natlačeny směrem proti sobě.

Natavený materiál z čelních povrchů trubek 10 a 12 je vytlačen směrem ven ze svaru jednak dovnitř potrubí, a také ven z potrubí (na obě jeho strany). Výronek termoplastického materiálu pak kolem trubek vytvoří vnějěí a vnitřní leiny 50 a 52.

Potrubí 10 a 12 je pak necháno vychladnout. Osová síla je uvolněna během závěrečné fáze chladnutí, ačkoliv trubky a 12 jsou stále přidržovány u sebe, směrem proti možnému působení pohybu, který by je mohl oddělit Cobr.2).

Každá vyztužovací vrstva vláken 34 na každé z trubek a 12 je zcela, nebo převážně vyhnuta ve svaru směrem ven z trubek pomocí působení, toku na taveného materiálu ze své původní pozice (obr.5). Výsledkem je, že ve svarovém spoji existuje vrstva termoplastického materiálu 60, sousedící.

s obvyklým vnitřním povrchem 32, která je zcela bez vrstvy výztužných vláken.

Dále je pak vnějěí lem 52 odstřižen, či obroušen

Cobr.3) a elektrická tavící, návlačka 1.4 je vystředěna nad čelním taveným svarovým spojem přesunutím podél potrubí 12 tak, aby zakrývala svou polovinou trubku 12 a druhou polovinou trubku 10.

Nakonec Je zapojen zdroj elektrické energie a k vyhřívacimu tělísku Je přiveden proud na dostatečné dlouhou dobu, za kterou Je návlačka 14 přivařena elektrickým natavením k čelním koncům trubek 10 a 12 Cobr.4). I*lalá centrální oblast mezi dvěma částmi vinutí 18 a 20 zůstává neriatavena a obsahuje zbytek vnějšího lemu 52.

Spoje byly například udělány mezi polyetylénovými trubkami, zesílenými aramidovýin vláknem. Trubky měly vnější průměr 125 milimetrů a jejich stěny měly tloušťku 11.5 milimetrů. Hodnota kvocientu. kterou získáme podělením vnějšího průměru trubky tloušťkou stěny _: a která Je známa

Jako Standardní rozměrový poměr též pod zkratkou SDR, byla vypočtena Jako 11. Vnější a vnitřní lemy byly široké 11 milimetrů C tJ.

pří měření rovnoběžně délkou potrubí) a vysoké 5 milimetrů CtJ. při měření kolmo na délku potrubí). LI Jiného příkladu byly vnitřní a vnější lem velmi malé, s rozměry 3 milimetry šířky a 2 milimetry výšky.

U těchto příkladů byly vnitřní trubka 30 a vnější vrstva trubky 36 vyrobeny z polyetylénového materiálu stejných kvalit. Nicméně obecně může být vnitřní trubka 30 a vnější vrstva 36 složena z termoplastických materiálů stejných nebo i odlišných kvalit, nebo může být tvořena stejnými, či různými termoplastickými materiály.*

Větší lemy Jsou upřednostňovány tam, kde je nutno uskutečňovat kontrolu kvality provedení a soudržnosti čelního svaru. Lemy jsou pří této kontrole odstraňovány. Na druhou stranu velmi, malé lemy jsou výhodné, protože vnitřní lem pak nezadržuje průtok média tolik, jak je tomu u lemu velkého. V tomto případě by také nemuselo být nutné odstraňovat vnější lem.... před .nasazením elektrické taviči návlačky 14 na Celní tavený svar. Vůle 16 mezi návlačkůu 14 a trubkami 10 a .12 je dost velká na to, aby se do ni vnější lem 52 věšel. V praxi může být vytvořen lem libovolné velikosti v závislostí na požadavcích konstruktéra. Vynález je použitelný pro široký rozsah velikostí trubek a Standardních rozměrových poměrů CSDR), uvedené příklady jsou padány pouze jako příklady.

U vytvořeného spoje, během tvarování Celního taveného svaru, zajišťuje tok nataveného materiálu potrubí, že zde vznikne vrstva 60, která je beze všech výztužných vrstev vláken a která má přibližně stejnou tloušťku, jako je tloušťka původní vnitřní trubky 30. Následovně jsou agresivní chemikálie nebo kapaliny protékající potrubím, „jenž může být pod tlakem např. 25 barů, udržovány mimo oblast vysoce zatížené výztuhy z vláken. Nicméně díky tomu, že ve vnější Části čelního svaru jsou přítomna výztužná vlákna, bude tento spoj oslaben. z čehož plyne možné riziko křehkého lomu, z důvodu působení osových či ohybových zatížení na trubku.

Nicméně čelní svar, provedený podle vynálezu je velmi užitečný tam, kde „jsou takováto zatížení udržována v rozumných mezích.

U upřednostňovaného způsobu spoje, je elektrická tavící návlačka 14 přívařena natavením přes čelní svarový spoj, který je tak touto návláčkou značně zesílen. Návlačka 14 zabraňuje čelnímu spoji, aby se během provozu zlomil, a také chrání vlákna přečnívající výztuže, která jsou blízko vnějšího povrchu čelního spoje s odstraněným lemem čí přímo v něm, od působení vnějšího prostředí. Pokud by bylo umožněno působení vnějšího prostředí na vlákna výztuže.

stlačené plyny a kapaliny protékající potrubím by mohly kapilárním vzlínáním proniknout do značné vzdálenosti od spoje do potrubí. Vysoký tlak plynu ve vrstvě vláken výztuhy by mohl vést k rozpadům materiálu podél vrstvy výztuhy. To by mohlo mít za následek popraskání vnější vrstvy potrubí a její odpadnutí z trubky, nebo v případě ztráty tlaku zhroucení vnitřního potrubí 30.

U výše zmíněných příkladů testy dokázaly, že potrubí praská při tlaku 125 barů, bez viditelných změn na spoji. Běžně vydrží normální nevyztužené polyetylénové potrubí, ať už s čelním spojem anebo elektricky taveným spojem, nepopraskané do tlaku 30 barů.

Obr.6 ukazuje další možné řešení uvedeného vynálezu.

IJ tohoto řešení jsou čelními svary dohromady spojeny tři elektrické taviči návlačky 70. 72 a 74. Svary jsou provedeny vždy na jejích koncích. Sestava tří návlaček je poté přesunuta na jednu ze dvou trubek 76 a 78. které inají být svarem spojeny dohromady. Dvě trubky 76 a 78 jsou čelně svařeny stejným způsobem, jaký byl vysvětlen dříve, spoj je vidět jako číslo 80. Vnější lem je pak odstraněn, zatímco vnitřní lem je ponechán, označen je číslem 82.

Sestava tří návlaček je pak posunuta nad spoj 80 tak, aby střední návlačka 72 seděla svým středem na spoji 80.

Návlačka 72 je spojena s oběma trubkami 76 a 78 elektricky taveným svarovým spojem stejně, jako to bylo popsáno dříve. Následně je každá ze dvou návlaček 70 a 74 spojena s odpovídající trubkou 76 nebo 78 také vytvořením elektrického taveného svarového spoje tak. jak je ukázáno na obr.6.

Řešení vynálezu podle obr.6 je schopnovydrž» tlaky při kterých potrubí, praská, než je schopno řešení podle obr.1 až obr.5.

Claims (11)

1.) Způsob spojování dvou zesílených termoplastických trubek pomocí čelního taveného svarového spoje, přičemž každá z trubek má vnitřní a vnější povrch a stěnu trubky, která se rozkládá mezi vnitřním a vnějším povrchem a jednou či více vrstvami vláken výztuhy, ležícími ve vnější polovině stěny potrubí. Koncové části potrubí jsou nahřívány natlačením svých čel proti vyhřívané desce vložené mezi tato čela, takže termoplastický materiál z těchto konců trubek se postupně roztavuje a po následném odstranění vyhřívací desky jsou tyto čelní konce trubek natlačeny sílou proti sobě.

Natavený termoplastický materiál z čel trubek je nucen vlivem tlaku ve vnějším a vnitřním toku nataveného materiálu vytvořit vnitřní a vnější lem svaru. Po vzniku těchto lemů je trubkám umožněno vychladnout. Každá vrstva výztuhy je během formování svarového lemu zcela, čí převážně vyhnuta ze své původní polohy směrem ven ze svaru potrubí, a to vlivem uvedeného vnějšího toku nataveného termoplastického materiálu, takže zde existuje vrstva termoplastického materiálu mezi vrstvou či vrstvami vláken výztuhy a běžným vnitřním povrchem, která je tak bez jakýchkoli vláken výztuhy.

2.) Způsob spojování podle nároku 1., u kterého po vytvoření čelního taveného svarového spoje je elektrická tavící návlačka umístěna nad tento spoj a do této návláčky je pak dodávána energie po jistou dobu, která je postačující l< tomu, aby se návlačka mohla spojit s dvěma trubkami ve spoji pomocí elektricky taveného svarového spoje.

3.) Způsob spojení podle nároku 2., u kterého je vnější lem odstraněn před tím, než Je návlačka umístěna do polohy nad čelní tavený svarový spoj.

4. ) Způsobpodle nároku 2., u kterého existuje vůle mezi návlačkou a vnějším povrchem potrubí a u kterého Je vnější lem dost malý na ta, aby se vešel do této vůle mezi návlačkou a vnějším povrchem potrubí.

5. ) Způsob podle kteréhokoli z nároků 2. až 4., u kterého Je uvedená elektrická tavící návlačka střední návlačkou ze tří elektrických tavících návlaček spojených svými konci navzájem k sobě. Vnější návlačky Jsou spojeny elektricky tavenými svarovými spoji s uvedenými odpovídajícími trubkami.

6. ) Způsob podle nároku 5., u kterého jsou uvedené elektrické tavící návlačky spojeny dohromady čelními svarovými spoji.

7. ) Způsob podle nároku 5. a nároku 6., u kterého je uvedená střední elektrická tavící návlačka nejdříve ze všeho spojena elektricky tavenými spoji s uvedenými trubkami a poté jsou s těmito trubkami spojeny i vnější návlačky, a to také za pomoci elektricky tavených svarových spojů.

8. ) Potrubí, pokud je spojeno způsobem podle kteréhokoli z předchozích uvedených nároků.

9. ) Způsob podle nároku 1.. jak zde bylo výše v podstatě vysvětleno s odkazem na obr.l až obr.5 podle přiložených nákresů.

10. ) Způsob podle nároku 1., jak zde bylo výše v podstatě vysvětlena s odkazem na obr.6 podle přiložených nákresů.

11. ) Potrubí, pokud je spojeno způsobem uvedeným podle nároku 9., nebo způsobem podle nároku 10..