FI122388B - Ihålig profil som används vid rörtillverkning - Google Patents

Description

IHÄLIG PROFIL SOM ANVÄNDS VID RÖRTILLVERKNING

Uppfinningen avser termoplastiska profiler. Den föreliggande uppfinningen avser i synnerhet en ihälig termoplastisk profil med ett väsentligen rektangelformat tvärsnitt, 5 vilken profil används vid tillverkning av spirallindade dubbelväggiga termoplastiska rör.

Vid tillverkning av ett dubbelväggigt termoplastiskt rör av den typ som är kommersiellt känd som Weholite, spirallindas en ihälig profil runt en trumma eller dylikt, som motsvarar ett rörs inre diameter, och den ihäliga profilens intill varandra liggande slingor svetsas ihop 10 för att bilda rörets cylindriska vägg.

Ett rör som tillverkas pä det sätt som är beskrivet är lätt och uppvisar god ringstyvhet i jämförelse med solida rör som tillverkas med samma mängd material, och den dubbelväggiga strukturen tillfor röret goda isoleringsegenskaper.

15

Den ihäliga profil som används vid tillverkning av ett konventionellt spirallindat rör uppvisar ett väsentligen rektangelformat tvärsnitt. Rektangelns alla kanter är typiskt avrundade med en rundningsradie av samma storlek, och var och en vägg hos den ihäliga profilen är av ungefär samma tjocklek. För att tillverka en rörvägg, som uppvisar en jämn tjocklek 20 efter svetsning, mäste de väggar hos profilen som sammanfogas vara raka och ha samma höjd, vilket oundvikligen leder tili ett rektangelformat tvärsnitt. Hälet i profilen bör följa det yttre tvärsnittets kontur för att minimera användningen av material.

Den ovannämnda väggstrukturen hos dessa rör, vilka i första hand är avsedda för trycklös g 25 transport av vätskor, är optimerad att motstä yttre belastningar, säsom jordbelastning, g grundvattens- och trafikbelastning, men de är inte avsedda att användas i tillämpningar, där g det intema trycket i röret är förhöjt. Ett förhöjt inre tryck kan skada rörets vägg.

x cc

CL

^ I den intemationella patentansökan nr WO 2004/076903 beskrivs en utföringsform av

LO

g 30 ovannämnda basstruktur, som är särskilt utvecklad för att leda vätskor under läga eller o o mättliga tryck. Den anförda lösningen omfattar en ihälig profilstruktur, där den inre rund- c\i ningsradien för kantema mot den ihäliga profilens tjockare vägg är avsevärt större än rund-ningsradien för kavitetens tvä andra väggar. Tjockleken hos den ihäliga profilens vägg är 2 vidare minst i mittpartiet av denna vägg och den växer progressivt mot den ihäliga pro-filens tvä sidokanter intill denna vägg.

Den kända proffien tillhandahäller en forbättring avseende rörets hällfasthet i fräga om att 5 stä emot intemt tryck, men belastningstoppama förekommer i punkter som inte är optimala med tanke pä tillverkning och längtidsanvändning av röret. Belastningstoppama förekommer nämligen i mitten av den inre väggen och vid de svetsade fogama mellan profilens slingor. Detta är i och för sig inte ett problem, men en svetsfog skapar alltid en diskontinu-itet i materialet, varvid en ojämnhetsfaktor, som uppkommit pä detta sätt, kan förorsaka en 10 fara för skada eller fel i strukturen, i synnerhet under tidvis föränderliga belastningar. Typ-iskt avses med föränderlig belastning o lika typer av vibrationer. I fräga om rör kan en för-änderlig belastning förorsakas av tryckförändringar antingen över en relativt läng tid eller snabba förändringar förorsakade t.ex. av pumpning. Svetsfogama kan även innehälla smä sprickor eller smuts som kan utgöra en utgängspunkt, en käma, för en fortskridande 15 spricka i materialet. Pä grund av de ovannämnda orsakema är en huvudprincip i fräga om strukturell design att skapa sädana former och dimensioner för strukturen att den är de-signad pä sä sätt, att belastningspunktema eller -toppama inte förekommer vid nägon som heist diskontinuitet i strukturen. Detta kan visa sig vara svärt eftersom exempelvis an-vändning av material, strukturens hela användbarhet och den slutliga produktens vikt mäste 20 samtidigt tas i beaktande. Dä elastiska material emellertid används för att tillverka rör, absorberar materialets elasticitet i nägon män belastningama kring sprickomas kämor, varvid de är mindre benägna att bilda fortskridande sprickor, vilka kan leda tili strukturella fel. Oavsett av vilket material som används, är det i vilket fall som heist bättre att designa strukturen pä sä sätt, att de största belastningama förekommer i omräden, där materialet är o 25 sä sammanhängande och enhetligt som möjligt.

05 o g Ändamälet med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahälla en altemativ profil- x struktur, som kan användas för att konstruera spirallindade rörväggar, vilka lämpar sig för O- att leda icke-tryckbelagda vätskor och tryckbelagda vätskor vid tryck upp tili ca 2 eller o 30 t.o.m. upp tili 3 bar.

tn o δ C\j Föreliggande uppfmning baserar sig pä iden att tillhandahälla en ihälig profil med ett väsentligen rektangelformat tvärsnitt, där profilens ihäliga kavitet, pä den sidan av profilen som bildar rörets innersida, uppvisar en upphöjning i profilens longitudinella riktning, 3 vilken ätminstone väsentligen sträcker sig utmed profilens hela längd. Profilen uppvisar sälunda i tvärsnitt en rygg pä den lägre, inre sidan av det rektangelformade tvärsnittet, en rygg som sträcker sig väsentligen mot rektangelns mitt. Ryggen uppvisar en lateral ut-sträckning som är mindre än 50% av profilens totala bredd.

5

En profil av den beskrivna typen kan tillverkas genom att extrudera en profil genom en extruders dyshuvud, omfattande en dys och en dom, varvid nämnda dys och dom uppvisar ett ringformigt tvärsnitt, där dysens inre form definerar profilens yttre tvärsnitt och domens yttre tvärsnitt definierar profilens inre tvärsnitt, d.v.s. formen av kavitetens tvärsnitt. Dom-10 en omfattar en skära med dimensioner som motsvarar dimensionema hos upphöjningen i profilens kavitet.

Pä grund av de nämnda orsakema är profilens yttre tvärsnitt rektangelformat säväl som det inre tvärsnittet.

15

Tjockleken hos den ihäliga profilens tre väggar, som inte omfattar en rygg, är företrädesvis den samma.

Förhällandet mellan den tjockare väggens minsta tjocklek och de andra väggamas tjocklek 20 hos en ihälig profil, som är avsedd fijr tillverkning av ett rör med en inre diameter upp-gäende tili 1200 mm, är företrädesvis 120: 77, och den inre rundningsradien för de kanter som anligger mot den tjockare väggen uppgär tili företrädesvis 24 mm.

Avsevärda fördelar uppnäs med föreliggande uppfinning. Ryggen i profilens kavitet för-o 25 delar belastningama fullständigt pä ett annat sätt i jämförelse med vilken som heist tidigare cb profil. Simulationer som utförts med en tubstruktur visar att de högsta belastningstoppama i g förekommer intill ryggens rot och belastningsnivän vid den svetsade fogen minskar. Detta x ökar strukturens hällfasthet under statisk belastning och säväl tillförlitlighet som hällfasthet under variabel belastning. Den största belastningen förekommer nu pä ett parti av material-o 30 et, som tillverkats genom kontinuerlig extrudering. Vid kontinuerlig extrudering kan till- ? verkningsparametrar och -förhällanden bibehällas konstanta och sä närä optimum som

CM

möjligt, varvid det tillverkade materialet uppvisar en homogen struktur och material-defekter, som kan utgöra en käma för sprickor, kan hällas pä lägsta nivä. Även omrädet med den största belastningen förekommer vid profilens kavitet. Detta ger extra säkerhet, 4 eftersom i ett sädant sällsynt fall där den inre väggen skulle spricka, skulle den yttrc vägg-en vara intakt och skulle kunna halla tillräckligt länge för att undvika att det material som transporteras i röret penetrerar.

5 Rörets inneryta kan svetsas jämn, varvid en bättre tryckbeständighet kan uppnas da svets-fogens ojämnhetsfaktor minskar. I detta fall är det även lätt att tillverka fogar och anslut-ningar, eftersom de lättare kan anordnas pä en jämn yta.

Den föreliggande uppfinningen används företrädesvis i kombination med avrundade inre 10 kanter, som beskrivs i WO 2004/076903.

I det följande beskrivs uppfinningen med hänvisning tili de bifogade ritningama, där

Figur 1 visar en grafisk framställning av ett parti av ett rör i tvärsnitt och i enlighet med en 15 utföringsform av uppfinningen, inklusive belastningsniväer under belastning.

Figur 2 avbildar i tvärsnitt ett parti av ett rör som visas i figur 1 ur ett annat perspektiv.

Figur 3 visar en utföringsform av ett rörparti, där ett första svetsförfarande används.

20

Figur 4 visar en utföringsform av ett rörparti, där ett annat svetsförfarande används.

Som material för den ihäliga proffien kan en extruderbar termoplast, säsom polyolefin, företrädesvis HD-polyeten eller polypropen, användas. Genom att modifiera termoplasten o 25 med fyllmedel och/eller förstärkande ämnen uppnas förbättrade tryckbeständighets- cb egenskaper i kombination med förbättrade ringstyvhetsegenskaper. Vissa standarder kräver i g användning av tryckkklassificerade PE-typer i ett system under tryck. För tillfällct tilläts x PE80- och PElOO-material i Europa och Asien, och t.ex. PE 3408 är tllätet i Nordamerika.

CL

O) o 30 Ett sädant rör som beskrivs här som ett exempel utgör ett typiskt exempel som lämpar sig ? för krav hos ett stort antal kunder. Dimensioneringsmälen var: storlek upp tili ID 1200 mm, c\] maximalt tryck 2 bar och maximal belastningsnivä i rörväggsstrukturen 5 MPa.

5

Figur 1 visar i tvärsnitt ett parti av ett rör tillverkat av profiler i enlighet med en utförings-form av uppfmningen. Fogen mellan intill varandra liggande profiler 1 är inte tydligt fram-trädande, men är belägen mitt i väggen mellan tvä kaviteter 2 hos profilen 1. Proffiens tvärsnitt är rektangelformat, omfattande tvä längre väggar, en yttre vägg 3 och en inre vägg 4 5 och tvä sidoväggar 5 som är sammanfogade för att bilda ett rör. Säsom figuren visar upp-visar profilens alla väggar 3 och 5 ungefär samma tjocklek, och alla kanter hos dess ihäliga kavitet 2 är avrundade. Exempelvis kan för tillverkning av ett spirallindat avfasat rör med en inre diameter uppgäende tili 1200 mm, en ihälig profil 1 av denna typ användas, vars yttre tvärsnittsbredd uppgär tili 93,8 mm och yttre höjd tili 75 mm.

10

En ihälig profil 1 i enlighet med uppfmningen gör det möjligt att tillverka ett spirallindat rör, som avsevärt bättre motstär ett intemt tryck. Den vägg 4 hos den ihäliga proffien i enlighet med uppfmningen som är avsedd för att bilda den inre väggen hos ett spirallindat rör, uppvisar en väsentligen större tjocklek i jämförelse med den ihäliga profilens andra 15 väggar 3 och 5, medan rundningsradien 7 för det ihäliga utrymmets 4 kanter, som anligger mot den inre väggen 4, är avsevärt större än rundningsradien hos de tvä andra kantema 6. Enligt en föredragen utföringsform är tjockleken hos vägg 4 inte konstant over dess hela bredd. Den inre väggen uppvisar en rygg 8 i mitten av vägg 4. Ryggen 8 sträcker sig mot kavitetens 2 inre del och den är dimensionerad pä sä sätt, att dess bredd är mindre än hälft-20 en av avständet mellan insidan av profilens sidoväggar 5 och mindre än den minsta tjockleken hos den inre väggen 4. Med andra ord är avständet mellan ytan av den vägg som är anordnad sä att den är riktad mot det inre av en tub mindre än den dubbla minsta diametern hos den inre väggen 4. Ryggen 8 är formad sä att den uppvisar ett slätt avrundat tvärsnitt som förenar den inre väggen 4 som en jämn lutning för att minimera ojämnhetsfaktom. o 25 Tjockleken är minst mitt emellan äsen och sidoväggama 5, och den växer progressivt mot g den ihäliga profilens tvä kanter, som anligger mot sidoväggama 5 pä sä sätt, att den ihäliga g profilens 1 kavitet uppvisar väsentligen ett vägformat tvärsnitt vid denna förtjockade vägg x 2. För tillverkning av ett spirallindat rör med en inre diameter uppgäende tili 1200 mm, kan den förtjockade väggens 4 minsta tjocklek uppgä tili 12 mm, medan tjockleken hos den o 30 ihäliga profilens 1 andra väggar 3 och 5 uppgär tili 7,7 mm. Rundningsradien 7 vid det g ihäliga utrymmets 2 kanter, som anligger mot den inre väggen 4, är som allra minst 24

CVJ

mm.

6

Som jämförelse med de ihäliga profllema beskrivna i WO 2004/076903, har ett rörparti enligt uppfinningen analyserats med hjälp av FEM-kalkylering och trycktest. Linjema i figurema 1 och 2 visar belastningsniväer erhällna pä detta sätt. De högsta belastningama under intemt tryck forekommer bredvid ryggen 8 pä den inre väggen 4. Detta omräde är 5 markerat med referensnummer 9 (figur 2). Belastningen pä svetsfogsomrädet, markerat 10, är reducerad till 5 MPa, vilket utgjorde uppfinningens ursprungliga mäl. Den högsta be-lastningsnivän har ocksä förflyttats ffän fogomrädet. Dä man studerar rörpartiets yttre yta, är belastningsnivän vid fogomrädet (markerat 11, 12) lägre och belastningen 13 inne i den svetsade skiljeväggen 5, 5 är utbredd över ett större omräde och punkt-lik belastning 10 minskas. Säsom kommer att framgä ur resultaten uppnäs med den ihäliga profilen enligt uppfinningen en avsevärd forbättring av ett rörs tryckbeständighetsegenskap.

Figurema 3 och 4 visar tvä olika typer av rörpartier tillverkade av en profil enligt uppfinningen. Det mäste päpekas att ett rör tillverkas normalt som ett helt rör, inte av partier 15 och dessa partier visas här endast i illustrativt syfte. I figur 3 är fogen 14 svetsad pä ett sätt som normalt används vid tillverkning av rör av derma typ. I derma lösning bildas tvä parallella skäror 15 pä var och en sida om fogen 14. Som sä utgör skäroma den svagaste punkten i väggen, eftersom de bildar en belastningstopp i en vägg under tryck. Om röret däremot är vederbörligen dimensionerat utgör skäroma inte nägon risk. En mera 20 föredragen utforingsform avbildas i figur 4.

En egenskap som även visas i figur 3 utgörs av att profilerna är ihopsvetsade endast delvis vid inner- och ytterytoma av det rör som skall tillverkas. Det är onödigt att svetsa fogen över hela djupet, eftersom belastningama förekommer pä eller i närheten av strukturens o 25 ytor. Den svestade fogen i figur 4 är flat inom det svetsade omrädet 16, vilket g tillhandahäller en slät, jämn yta. Detta är möjligt tili följd av olik belastningsfördelning pä g gmnd av ryggen. Dä svestningsomrädena är släta kan det säkerställas att x belastningstoppama förekommer vid profilens inre vägg bredvid ryggen 8 och inte vid

CL

profilens yttre vägg, där det största trycket förekommer. En slät yta gör det lättare att o 30 förverkliga fastsättningar och anslutningar pä röret.

o δ C\l

Claims (6)

1. Ihälig profil (1), som används vid tillverkning av ett spirallindat dubbelväggigt termo-5 plastiskt rör, vilken ihäliga profil uppvisar ett väsentligen rektangelformat tvärsnitt, tvä sidoväggar (5) och en yttre vägg (3) och en inre vägg (4) som avgränsar en kavitet (2) däri, den ihäliga proffien, varvid den vägg som är avsedd att bilda rörets inre vägg (4) är tjock-are än den vägg (3) hos den ihäliga proffien som är avsedd att bilda rörets yttre vägg (3), och att den inre rundningsradien (7) för kantema, som anligger mot den ihäliga profflens 10 tjockare vägg (4), är avsevärt större än rundningsradien (6) för kavitetens (6) tvä andra kanter, kännetecknad av att den tjockare väggens (4) inre yta omfattar en rygg (8), som sträcker sig in i profflens ihäliga kavitet, pä den sidan av proffien som bildar rörets inre sida, i profflens longitudinella riktning ätminstone väsentligen utmed profflens hela längd.

2. Ihälig profil (1) i enlighet med patentkrav 1, kännetecknad av att tjockleken av den vägg (4) hos den ihäliga proffien som bildar rörets inre vägg är störst vid ryggen (8) i denna väggs mittparti och växer progressivt mot den ihäliga profflens (1) tvä sidokanter, som anligger mot denna vägg (4), varvid väggens tunnaste parti är beläget mellan ryggen (8) och kantema. 20

3. Ihälig profil (1) i enlighet med patentkrav 2, kännetecknad av att ryggens höjd är lägre än tvä gänger den tjocka väggens (4) minsta tjocklek.

4. Ihälig profil (1) i enlighet med patentkrav 3, kännetecknad av att ryggens (8) bredd är o 25 mindre än halva avständet mellan insidan av profflens sidoväggar (5) och mindre än den g minsta tjockleken hos den inre väggen (4). <o o

5. Ihälig profil (1) i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknad av □_ att den ihäliga proffien (1) är tillverkad av en extruderbar termoplast, säsom polyolefin, o 30 företrädesvis PE-HD, eller polypropen. o δ c\i

6. Ihälig profil (1) i enlighet med patentkrav 5, kännetecknad av att termoplasten modi-fieras med fyllmedel och/eller förstärkande ämnen för att ytterligare forbättra tryckbeständ-ighets- och ringstyvhetsegenskaper.