NO167651B - Tennroer med forsterkningselement. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et forsterket energi-overførende rør som motstår deformering i lengderetningen. På eksplosivområdet blir både høy- og lavdetoneringskablene stadig oftere erstattet av energioverføringsinnretninger som har liten eller ingen brisans. Disse signalinnretninger har fordelen med øket sikkerhet og lavere støynivå som gjør dem især egnet for sprengningsoperasjoner nær befolkede områder. Et slikt signal-overføringsrør er vist i US 4 290 366. En annen tenninnretning er vist i US 3 590 739.

En ulempe med røret som er brukt i konstruksjonen av signaloverføringsinnretningen som vist US 4 290 366, er at signalrøret som løst inneholder det reaktive element kan bli deformert på langs i en vesentlig lengde. Derimot har det reaktive element inn i tennrøret liten elastisitet. Som resultat kan røret i et borehull, og især et borehull som er fylt med varme eksplosiver, strekke seg i en betydelig lengde, mens det reaktive element som er inneholdt i tennrøret ikke strekker seg så meget. Som resultat kan sprengkapselen i enden av røret bevege seg vekk fra enden av det reaktive element i røret. Dette kan danne en åpning mellom enden av det reaktive element og mottaks-enden av sprengkapselen. Som resultat av denne adskillelse vil påliteligheten av tennrør og sprengkapselsammenstillingen minske og unnlate å tenne kapselen. En hvilken som helst reduksjon av sammenstillingens pålitelighet, er uønsket.

US 4 493 261 omhandler problemet med strekk og brudd i tennrør som brukes ved en konstruksjon av en innretning vist i US 3 590 739 ved innførelse av flere tekstiltråder anbrakt mellom et innerrør over hvilket tekstiltrådene er lagt etterfulgt av ekstrudering av et andre ytterrør over det innvendige rør og tråder. Denne konstruksjon har ulempen med å være komplisert å danne ved at flere ekstruderingstrinn kreves, og også med at det er vanskelig å oppnå godt feste mellom inner- og ytterrøret og trådene som er festet i mellom disse. Dessuten gir en slik fremgangsmåte vanligvis en langsom produksjon på grunn av at det er nødvendig med to eller flere ekstruderingstrinn.

De foran beskrevne ulemper med kjente utførelser unngås med røret ifølge foreliggende oppfinnelse slik det er definert med de i kravene anførte trekk. Dette er fordelaktig både når det gjelder økonomi og ved at det oppnås godt feste mellom forsterkningstråden(e) og rørveggen. Dessuten er det fordelaktig siden det muliggjør minimal veggtykkelse samtidig som det hindrer utblåsning av rørveggen fra det reaktive filaments reaksjon ved selektiv plassering av tråder i rørveggen. Forsterkningselementet eller elementene kan plasseres i røret i en ekstruderingsopera-sjon. I den foretrukne utførelse er forsterkningselementene plassert i en stilling i det vesentlige parallelt med rørets akse. Fortrinnsvis er elementet eller elementene plassert på et sted fra innsiden av rørveggen som er 20% eller mindre av veggtykkelsen.

En mer fullstendig forståelse av oppfinnelsen oppnås av den følgende detaljerte beskrivelse i forbindelse med de medfølgende tegninger, hvor fig. 1 viser et isometrisk tverrsnitt av et forsterket tennrør, fig. 2 viser et tverrsnitt av ekstrusjonsspissen ifølge oppfinnelsen montert på en ramme med formen, fig. 3 viser et tverrsnittsområde av en utførelse av oppfinnelsen hvormed forsterkningstrådene er anbrakt nær rørets yttervegg, fig. 4 viser et tverrsnittsområde av en utførelse av oppfinnelsen hvor forsterkningstråden er anbrakt nær rørets innervegg.

Tennrøret ifølge oppfinnelsen kan ha en hvilken som helst passende form. Imidlertid er et generelt sirkulært tverrsnitt, foretrukket. Det reaktive element i tennrøret kan være av et hvilket som helst kjent reaktivt materiale, slik som beskrevet i US 4 2,90 366, som herved er tatt med for referanses skyld. Fig. 1 viser tverrsnittet og et isometrisk riss av tennrøret. Transmisjonsrøret 10 inneholder et reaktivt element 14. Som ovenfor beskrevet, kan det reaktive element være av hvilken som helst kjent type. Veggen 12 i det avlange rør 10 er også fortrinnsvis dannet av et relativt polymerisk materiale. Brukt her, refererer uttrykket "fleksibel" seg til den evne det avlange rør 10 har til å bøye seg langsetter. Eksempler på akseptable materialer inkluderer polyetylen, polypropylen, polypropylen copolymer polyvinylklorid, polybutylen, ionomer, nylon, Surly (et varemerke fra DuPont for deres ionomer) og blandinger av disse. Fortrinnsvis er plasten fleksibel i normal bruk av røret i temperaturer fra omtrent 5°C til omtrent 65°C. Videre er plasten fortrinnsvis av en type som er flytende og kan ekstruderes ved lavere temperatur enn den som det reaktive element 14 oppløses eller reagerer i.

Det avlange rørs 10 ytre diameter er fortrinnsvis omtrent 3-4 mm. Det praktiske området av ytterdiameteren er fra omtrent 1,5 mm til omtrent 7,5 mm og det praktiske området av innerdiameteren er fra omtrent 0,5 mm til 3,8 mm. Røret kan om ønskelig ha større dimensjoner.

Ved valget av ytterdiameter, innerdiameter og konstruk-sjonsmaterialet for det avlange rør 10, er det ønskelig å ta hensyn til den energi som det reaktive element 14 vil utløse under reaksjonen, slik at det avlange rør 10 har vegger med tilstrekkelig styrke for å unngå brudd. På denne måte kan tilfeldig tenning av andre sprengningsinnretninger i nærheten av energitransmisjonsinnretningen vesentlig elimineres. Dessuten vil ødeleggelse eller skade på omgivelsene også vesentlig være eliminert.

Rørveggen 12 inneholder forsterkningstråder 16. (En av forsterkningstrådene er vist i røntgentegning). To forsterkningstråder 16 er vist på fig. 1, men én tråd kan imidlertid brukes eller flere enn to tråder kan anvendes. To tråder er foretrukket. Når flere enn én tråd brukes, er det foretrukket at de er plassert i lik avstand rundt røret. Tråden(e) er anbrakt i rørveggen under ekstrudering av rørveggen i et enkelt trinn.

Forsterkningstrådene 16 er laget av hvilket som helst trådmateriale som har stor seighet og liten forlengelse. Fortrinnsvis er det brukt et ikke-ledende materiale. Mest foretrukket er trådelaget av tekstilfibre med tensilstyrke i området fra 14.000 til omtrent 52.500 kg/cm.2 og bruddforlengelse på 1,5-4%. Eksempler på slike foretrukne materialer vil være tråder av glassfiber, aramider (solgt av DuPont under varemerket Kevlar) og karbon. En tråd laget av disse foretrukne materialer og brukt som forsterkningstråd 16 vil ha en diameter på 0,2-0,7 mm, en bruddstyrke under belastning på 4,5 kilo til 34 kilo, og en bruddforlengelse på omtrent 5-15%. Eksempler på disse materialer vil inkludere polyester, nylon og rayon. Forsterkningstrådene kan være av monofilament, multifilament, eller spunnet type. Forsterkningstrådene kan også være laget av en kombinasjon av passende materialer. Trådmaterialet må dessuten ikke forringes ved temperaturer brukt for ekstrudering av rørveggen 12 som generelt er 1 området fra 166°C til 232°C. Forsterkningstrådene bør fortrinnsvis være fleksibel over det tenkte bruksområdet, mellom - 5°C til 65°C.

Et avlangt plastrør slik som rør 10 men uten forsterkningstråder har en ytterdiameter på 3,8 mm og en innerdiameter på 1,3 mm og laget av LLDPE (lineær polyetylen med liten tetthet) har generelt et sviktpunkt på omtrent 20% forlengelse under en kraft på omtrent 4,5 kilo og typisk bruddforlengelse på flere hundre prosent. Sviktpunktet er den laveste belastning ved hvilken et materiale blir plastisk deformert, under denne belastning er materialet elastisk, og over er det plastisk. Som sammenlikning vil et avlangt rør 10 av samme materiale og dimensjoner i kombinasjon med forsterkningstråder 16, typisk svikte ved en forlengelse på 2-3% ved en strekkraft på 13 kg eller mer avhengig av antallet, størrelsen og type forsterkningstråder 16. Fortrinnsvis vil forsterkningstrådene, ved overbe-lastning, brytes og den plutselige kraft tildelt rørveggen i området rundt de ødelagte tråder vil hurtig innsnevres og gjøre det klart for brukeren at signalrøret ikke lenger bør brukes. Brukeren kan da ganske enkelt skjære ut den ødelagte del av røret og anvende de resterende deler eller foreta andre tiltak.

Forsterkningselementene kan lages av et hvilket som helst fleksibelt materiale med stor seighet og liten forlengelse. Fortrinnsvis er et ikke-ledende materiale brukt. Passende materialer inkluderer glassfiber og rayon.

Tennrøret er fremstilt ved hjelp av kjente ekstrusjons-teknikker sammen med anvendelse av ekstrusjonsspissen tilveiebrakt av oppfinnelsen. Plastmaterialet som skal danne rørveggen blir oppvarmet til ønsket temperatur slik at det vil bli flytende og kunne ekstruderes. Fra smeltekammeret blir plasten tvunget inn i ekstruderingsinnretningen. Passende innretninger er kjent og omfatter generelt en ramme som holder spissen og en form. Rammen, ekstrusjonsspissen og formen er anbrakt slik at de danner en passasje gjennom hvilken ekstrusjonsmaterialet blir tvunget mellom spissen og formen for å danne den ønskede form av røret. Det dannede rør forlater formen og blir deretter avkjølt med vann for å sikre at ekstrusjonsmaterialet har stivnet.

Den foreliggende oppfinnelse er meget fordelaktig ved at forsterkningstråden kan plasseres inn i røret i et enkelt ekstrusjonstrinn. Dette oppnås ved å tilveiebringe element(er) som danner trådpassasjer gjennom ekstrusjonsspissen.

Fig. 2 viser et tverrsnitt av ekstrusjonsspissen 20 ifølge oppfinnelsen montert på en ramme 22 i forbindelse med en form 24 for å danne en passasje 26 for passasjen av ekstrusjonsmaterialet. Ekstrusjonsmaterialet går inn i passasjen 26 fra smelteinnretningen gjennom åpninger 27 som vist av pilene. Spissen 20 har en generelt sylindrisk vegg 28 som ved den første ende 30 innsnevres til et punkt som samsvarer med aksen 32 i spissen 20 hvor en reaktivt elementpassasje 34 er tilveiebrakt gjennom hvilken det reaktive element i tennrøret blir ført inn i det dannede rør (røret 36 vist i røntgentegning, det reaktive element og forsterkningstrådene er ikke vist). Spissen 20 er også vist med kanaler 38 for to forsterkningstråder dannet av elementer 40 innsatt i hull i spissen 20. Elementet 40 danner en kanal eller passasje fra innsiden av spissen 20 gjennom spissens vegg 28 og forlater spissen på overflaten 42 som danner en side av passasjen 26 for det ekstruderte materiale. Elementet 40 blir holdt på plass på passende måte for eksempel ved settskruer 44. Kanalelementene 40 passerer gjennom spissens vegg for å forbinde innsiden av spissen 47 med eller forbi overflaten 42 av spissen som danner den ene side av passasjen 26 for ekstrusjonsmaterialet. Trådens passasje eller kanaler kan dannes bare ved å bore hull i spissen 20. Størrelsen av kanalen 38 i elementet 40 er av tilstrekkelig diameter for å tillate passasje av trådens diameter som er valgt tilstrekkelig liten for å hindre tilbake-strøm av ekstrusjonsmaterialet inn i innsiden av spissen 47. Spissen kan lages av hvilket som helst konvensjonelt materiale slik som stål eller rustfritt stål.

Trådkanalene 38 vist på fig. 2 er vist tilveiebrakt som hule rør som kan justeres. Når sett skruen 44 er løsnet, kan stillingen av elementet 40 justeres. Dette muliggjør justering av trådene inn i signalrørets vegg. Ved å utvide enden av elementet inn i passasjen 26 lengre vekk fra overflaten 42 for spissen, blir forsterkningstråden anbrakt nærmere ytterflaten i det dannede rør. Ved å bevege denne ende av elementet nærmere overflaten 42, blir trådene anbrakt nærmere innerflaten av rørveggen. Andre anordninger for justering av elementet 40 kan tilveiebringes. Spissen ifølge oppfinnelsen kan anvendes for å plassere forsterkningstråden eller trådene i hvilken som helst forutbestemt stilling i rørveggen. Fordelene med en justerbar kanal for forsterkningstråden tilveiebrakt av elementet 40, er at det muliggjør lettvint variering av forsterkningstrådens stilling. Elementene 40 kan varieres uavhengige av hverandre.

Med henvisning til fig. 1 som viser tverrsnittområdet av røret 10, er den nominelle veggtykkelse av røret vist ved en liten t. Avstanden fra innerveggen 60 i røret 10 radialt utover til midten 62 av tråden 16 er identifisert som x. Avstanden fra midtpunktet 62 for forsterkningstråden 16 til ytterkanten 64 av veggen 12 er identifisert som y.

I en foretrukket utførelse, er x 20% eller mindre av t, rørveggens tykkelse. Dette har to fordeler. For det første plasserer det forsterkningstråden nær den innvendige passasje i røret og minsker deformering av rørets yttervegg og holder den relativt sirkulært. Ved å opprettholde et generelt sirkulært ytre tverrsnitt gjør det mulig å danne en vanntett forsegling når en sprengkapsel blir festet til den ene ende av røret. En annen fordel er at det muliggjør vedlikehold av et relativt tykt segment av veggen vist ved y som er sammenhengende. Dette er viktig for å hindre at rørveggen 12 sprekker under reaksjon fra det reaktive element 14 og samtidig opprettholde en minimal tykkelse av rørveggen 12.

Sprekk i røret kan også reduseres ved å plassere forsterkningstrådene nær ytterflaten av røret slik at y blir 20% eller mindre av t, veggens tykkelse. Imidlertid er dette ikke foretrukket etter som det kan deformere det sirkulære tverrsnitt av ytterflaten 64 i røret til en eliptisk form av rørets utside som vist på fig. 3. En slik eliptisk form er mindre ønskelig på grunn av at det er vanskelig å oppnå en pålitelig vanntett forsegling når en sprengkapsel er festet til rørets ende.

Plasseringen av trådene 16 nærmere innerflaten 60 i røret kan deformere det indre sirkulære tverrsnitt som vist på fig. 4 uten ødeleggende virkning på tennrørets funksjon samtidig som det opprettholdes et sirkulært tverrsnitt av ytterflaten 64 for å oppnå god forsegling med en sprengkapsel. For eksempel kan den nominelle utvendige diameter i tennrøret med forsterkningstrådene nær ytterflaten være 3,8 mm med variasjoner i diameter fra 3,5 mm til 4 mm, mens et rør med forsterkningstråder nær innerveggen kan ha en nominell ytre diameter på 3,7 mm med variasjoner fra 3,6 mm til 4 mm.

Generelt kan forsterkningstrådens diameter være mellom 0,2 mm og 7,6 mm for rør med veggtykkelse. Forsterkningstrådens størrelse kan variere avhengig av rørets veggtykkelse, plasseringen av tråden og variasjonsmengden av den ytre rørdiame-ter som kan tolereres. For godt feste mellom veggens plast og den forsterkende tråd, bør veggtykkelsen være 0,2 mm større enn diameteren på forsterkningstråden. For å motstå brudd bør veggtykkelsen være to til tre ganger diameteren på forsterkningstråden. For en meget tykk vegg er plasseringen av forsterkningstråden mindre kritisk. Ettersom rørveggens tykkelse øker for samme styrke av det reaktive element 14, kan plasseringen av den forsterkende tråd varieres mer mens rørets helhet samtidig opprettholdes. For eksempel ble en rørvegg med en tykkelse på 4 mm i mange tilfelle ødelagt ved tenning av det reaktive element 14 når forsterkningstråden var plassert midt i veggens tykkelse. Når forsterkningstråden derimot ble plassert nær innerveggen hvor x var 0,2 t eller mindre ble ikke røret ødelagt når et reaktivt element av samme styrke ble brukt.

Forsterkningstråden er fortrinnsvis plassert vesentlig parallelt med rørets langsgående akse. Selv om det er mulig med et svakt spiralformet mønster er det mindre ønskelig på grunn av at det vil medføre ytterligere forlengelse av røret før feil oppstår på forsterkningstråden enn når elementet plasseres vesentlig parallelt med rørets akse.

Det er viktig å oppnå god forbindelse mellom forsterkningstråden og rørveggen. Dette hindrer rørveggen fra å gli over forsterkningstråden(e) og således forårsake en uønsket forlengelse. En god forbindelse er generelt sikret ved å bruke et koplingsmiddel. Koplingsmiddelet er av passende type som kan gi god forbindelse mellom rørmaterialet og materialet som forsterkningstråden er laget av.

Koplingsmiddelet kan påføres på to måter. En måte er å dekke forsterkningstråden med koplingsmiddelet før ekstrusjonen inn i materialet som lager rørveggen. For eksempel når rørveggen er laget av polyetylen (LLDPE) og forsterkningstråden er av glassfiber, er koplingsmiddelet et polyester Resin Compatible Finish av Owens Corning Fiberglass påført glassfibertråden som så ekstruderes inn i rørveggen. En annen fremgangsmåte er å blande koplingsmiddelet med plasten som anvendes for å lage rørveggen og så ekstrudere blandingen for å danne rørveggen. For eksempel når rørveggen er laget av polyetylen og forsterkningstråden er glassfiber, er koplingsmiddelet titante solgt under varemerket CAPS L44/E av Kenrich Petrochemicals, Inc. tilsatt polyetylenet når det smeltes og deretter blir røret ekstrudert med glassfiberet inn i veggen.

Forsterkningstråden kan være en enkeltmaterialtråd slik som et monofilament, eller det kan være laget av en gruppe vridde filamenter som danner et fler-filament eller en spunnet tråd. Trådlaget av vridde tråder gir en grovere overflate som kan forbedre koplingen mellom tråden og rørveggens materiale på grunn av den større overflate. De følgende eksempler demonstrerer den foreliggende oppfinnelse.

En rørvegg ble laget av oppvarmet polyetylen til en temperatur på omkring 182°C og ekstrudert uten forsterkningstråd til et rør med en nominell utvendig diameter på 4 mm og en nominell innvendig diameter på 1,3 mm som ga en nominell veggtykkelse på 1,3 mm. Dette rør ble så utsatt for en langsgående belastning på 9 kg. Røret viste et sviktpunkt ved omtrent 15% forlengelse under denne belastning og ble brutt ved en forlengelse på mer enn 600%.

Et rør ble konstruert ifølge oppfinnelsen ved å ekstrudere samme materialet som ovenfor men ved å innføre to forsterkningstråder i rørveggen hvor t, veggtykkelsen, var 1,3 mm og x var lik 0,25 mm. Dette rør viste 1% forlengelse under 9 kg belastning. Røret sviktet ved en belastning på 17 kg og ved en forlengelse på 4%.

For å demonstrere betydningen av plasseringen av fiberet i rørveggen, ble rørveggene konstruert med en nominell tykkelse på 2,3 mm. Rør ble så konstruert hvor forsterkningstråden var i en stilling hvor x var lik 0,25, 0,5 og 0,7 mm. Rørene inneholdt et reaktivt element av samme styrke som i US 4 290 366. Det reaktive element var nitrocellulosetråd og polyestertråd sammenvridd for å danne et kontinuerlig reaktivt element med 0,25 mm i diameter. Ved tenning av det reaktive element, blåste ikke rørene ut hvor x var 0,25 mm og røret hvor x var 0,7 mm blåste av og til ut mens rør hvor x var lik 0,5 mm blåste ofte ut pr. meter. Disse utblåsninger var i form av spalter.

Den ovennevnte beskrivelse er ment å beskrive den foretrukne utførelse og åpenbare variasjoner vil fremgå for fagmannen.

Claims (5)

1. Forsterket energioverførende rør som motstår deformering i lengderetningen, KARAKTERISERT VED at det omfatter en vegg (12) av herdet plast, med en gjennomgående passasje, at røret har en ytre diameter på opptil 7,62 mm, at et reaktivt filament (14) av selvoksiderende materiale er løst anordnet i passasjen, og at minst en forsterkningstråd (16) av et ikke ledende materiale med stor strekkstyrke på 6 975 til 58 500 kg/cm<2> og en bruddforlengelse på mindre enn 15% er anordnet i veggen (12) i det vesentlige parallelt med rørets lengdeakse, idet tråden (16) brytes ved en rørforlengelse på 4%, noe som forårsaker en synlig fordypning i røret (10) for identifisering av defekt rør.

2. Rør ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at trådens (16) plastmateriale er polyetylen, polyvinylklorid, ionomer, polybut-en, nylon, polypropylen, polypropylenkopolymer eller kombinasjoner av disse.

3. Rør ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at trådens (16) strekkstyrke er mellom 15 500 og 58 500 kg/cm<2>.

4. Rør ifølge krav 1-3, KARAKTERISERT VED at tråden (16) er av glassfiber, aramider, karbon, polyester, rayon, nylon eller kombinasjoner av disse.

5. Rør ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at avstanden fra veggens (12) innside til trådens (16) akse er lik eller mindre enn 20% av veggens nominelle tykkelse.