PL169226B1 - Lacznik do laczenia rur z nieusieciowanego materialu poliolefinowego PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Lacznik do laczenia rur z nieusie- ciowanego materialu poliolefinowego, który stanowi pusty wewnatrz czlon o koncach otwartych, jest wykonany z tworzywa ciepl- nie odtwarzalnego, a jego konce sa rozsze- rzone promieniowo tak, ze srednica we- wnetrzna lacznika jest wieksza niz srednica zewnetrzna laczonych rur, znamienny tym, ze lacznik (10, 40) jest wykonany z nieprze- wodzacego usieciowanego materialu polio- lefinowego. F I G. 1 . PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest łącznik do łączenia rur z nieusieciowanego materiału poliolefinowego.

Znane są łączniki rurowe, stosowane do łączenia rur o średnicach do 355 mm. Łączniki takie stanowią rurowe łączniki kielichowe i mają integralne elementy grzejne. Element grzejny topi wewnętrzną powierzchnię łącznika oraz przeciwległe powierzchnie rur. Przeciwległe powierzchnie są ogólnie oddalone od siebie nie więcej niż od 1 mm do 2 mm w wypadku mniejszych rurowych łączników kielichowych, lecz rozmiar rur o średnicy 355 mm wymaga hydraulicznego zakładania łącznika. Odstęp w tym wypadku wynosi zasadniczo zero. Topione powierzchnie łączą się razem, a pomiędzy każdą rurą i łącznikiem powstaje spoina.

Element grzejny można nałożyć różnymi sposobami. Na przykład, może on być nawijany w śrubowym rowku na zewnątrz bardzo cienkiego walcowego członu rurowego z polietylenu, tak aby zwoje tego uzwojenia znajdowały się bardzo blisko wewnętrznej powierzchni tego członu. Po nawinięciu elementu grzejnego, można uformować natryskowo ochronny płaszcz zewnętrzny wokół zewnętrznej powierzchni tego członu. Ten sposób wykonywania łącznika rurowego opisano w brytyjskim opisie patentowym nr 2 090 558 B.

Według innego sposobu, element grzejny umieszcza się w śrubowym rowku, nacinanym na wewnętrznej powierzchni odpowiednio do długości rury. Zewnętrzna powierzchnia nie ma gwintu. Według jeszcze innego sposobu, zwłaszcza kiedy wykorzystuje się grubsze łączniki rurowe, zastosowano dwa elementy grzejne, nawijane w odpowiednich gwintach, naciętych na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni tego łącznika rurowego.

Z opisu patentowego USA nr 4 775 501 i Europejskiego opisu patentowego nr 0 197 759 jest znany łącznik do łączenia rur polietylenowych, wykonany z polimeru usieciowanego, zawierającego ziarnisty wypełniacz przewodzący. Łącznik rurowy zostaje rozszerzony przy temperaturze niższej niż jego temperatura topnienia wynosząca 120°C. Następnie łącznik rurowy powraca do swojego stanu pierwotnego, łącząc rury, przez przepuszczenie prądu elektrycznego poprzez ten łącznik rurowy, tak aby go nagrzać i obkurczyć łącznik na rurach. Łącznik i rury są połączone połączeniem spawanym.

169 226

W dwóch przykładach cytowanych w opisie patentowym USA nr 4 775 501, polietylenowe rury miały zewnętrzną średnicę wynoszącą 21 mm. Łącznik rurowy osiągnął swoją temperaturę kurczenia w przybliżeniu w ciągu od 30 do 45 sekund, a prąd elektryczny przepływał do tego łącznika przez dalszą 1 minutę.

Końcowe odcinki rurowe pokazano jako obkurczone, a końcowe powierzchnie rur wyglądają jak stopione. Wynikiem jest znaczne zmniejszenie średnicy otworu przelotowego rur.

W jednym przykładzie podanym w europejskim opisie patentowym EP 0 197 759, rury mają zewnętrzną średnicę wynoszącą 21,3 mm oraz grubość ściany wynoszącą 2,8 mm. Warunki nagrzewania były takie, jak podano w opisie patentowym USA nr 477 501. W europejskim opisie patentowym nr 0 197 759 nie podano żadnej ilustracji.

Łączniki rurowe podane w opisach patentowych nr 4 775 501 (USA) i 0 197 759 (Europejski) muszą być elektrycznie przewodzące, a zatem są wykonane z materiału zawierającego cząstki węglowe o takim stężeniu, że tworzą tor elektrycznie przewodzący. Wiadomo, że takie duże obciążenia cząstek węglowych mogą powodować pogorszenie potrzebnych właściwości mechanicznych podstawowego polimeru.

Celem wynalazku jest opracowanie łącznika do rur z nieusieciowanego materiału poliolefinowego, pozbawionego wad znanych łączników, stosowanych do łączenia tego rodzaju rur, i który nadaje się do stosowania do rur o dużej średnicy, na przykład 500 mm lub większej.

Łącznik, który stanowi pusty wewnątrz człon o końcach otwartych i który jest wykonany z tworzywa cieplnie odtwarzalnego, a jego końce są rozszerzone promieniowo tak, że średnica wewnętrzna łącznika jest większa niż średnica zewnętrzna łączonych rur, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest wykonany z nieprzewodzącego usieciowanego materiału poliolefinowego.

Wewnętrzna powierzchnia członu łącznika korzystnie ma ząbkowania.

Ponadto łącznik korzystnie ma elementy grzejne, przystosowane do zasilania elektrycznego.

Elementy grzejne są umieszczone korzystnie w spiralnym rowku na wewnętrznej powierzchni łącznika.

Łącznik według wynalazku w innym wariancie ma podwójne elementy grzejne, przy czym pierwsze elementy grzejne są umieszczone w spiralnym rowku na zewnętrznej powierzchni łącznika, a drugie elementy grzejne są umieszczone w spiralnym rowku na wewnętrznej powierzchni łącznika.

Łącznik według wynalazku jest wykonany ze związku polimerowego, który nie jest elektrycznie przewodzący. Cecha pamięci skurczu cieplnego jest aktywowana za pomocą osobno określonego źródła ciepła, na przykład za pomocą przewodzenia od drutowego elementu oporowego lub za pomocą promieniowania od źródła światła widzialnego lub podczerwieni.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pionowy przekrój poprzeczny poprzez górną połowę pierwszego przykładu wykonania łącznika rurowego według wynalazku, który został umieszczony wokół końców dwóch rur w położeniu, w którym następuje ich łączenie, fig. 2 - powiększony widok fragmentu objętego okręgiem na fig. 1, fig. 3 - pionowy przekrój poprzeczny poprzez górną połowę wykonanego połączenia, wykorzystującego łącznik rurowy przedstawiony na fig. 1, fig. 4 pionowy przekrój poprzeczny poprzez górną połowę zmodyfikowanego łącznika rurowego według wynalazku, fig. 5 i fig. 6 - odpowiednio przekrój poprzeczny i wzdłużny drugiego przykładu wykonania łącznika rurowego, umieszczonego wokół końców dwóch rur w położeniu, w którym są one łączone, a fig. 7 - widok odpowiednio, jak na fig. 3, wykonanego połączenia, wykorzystującego łącznik rurowy jak na fig. 5 i fig. 6.

Na fig. 1 i fig. 2 przedstawiono łącznik rurowy 10 zestawiony z dwiema rurami polietylenowymi 12, 14, umieszczonymi w położeniu, w którym mają być ze sobą łączone. Śrubowy zewnętrzny gwint 16 pokazano z grzejnym elementem 18, nawiniętym w rowku 17, utworzonym przez sąsiadujące ząbkowanie 19 powierzchni zewnętrznej łącznika. Wewnętrzny gwint 20 tworzy odstęp 22 pomiędzy wewnętrzną najmniejszą średnicę łącznika rurowego 10, a zewnętrzną powierzchnią rury 14. Wewnętrzny gwint 20 tworzy wewnętrzne ząbkowanie 21.

169 226

Element grzejny jest zasilany ze źródła prądu elektrycznego o napięciu 40 V. Zastosowano impulsy zasialające o odmierzanym czasie trwania, natomiast zewnętrzna temperatura łącznika rurowego i temperatura zewnętrznej powierzchni jednej z rur 12, 14 były kontrolowane za pomocą termoelementów. Impulsowanie zapobiegała temu, aby zewnętrzna temperatura łącznika rurowego 10 przekroczyła 260°C. Temperatura powierzchni wewnętrznej rury ciągle rosła dopóty, dopóki nie przekroczyła 140°C, a następnie odłączono zasilanie elektryczne. Po ochłodzeniu, łącznik 10 oraz rury 12, 14 przecięto i stwierdzono, że została utworzona prawidłowa zgrzeina.

Połączenia łącznikiem rurowym 10 rur 12, 14 zostały poddane warunkom próby 80°C. Oznacza to, że wewnętrznie zastosowano ciśnienie hydrostatyczne, takie jak wytwarza naprężenie ściany rury wynoszące 4 MPa podczas zanurzania zestawu w kąpieli wodnej o temperaturze 80°C. Dla rury o standardowym stosunku wymiarów wynoszącym 11, ta próba hydrostatyczna była równoważna wewnętrznemu ciśnieniu 8 barów. Zestaw ten pomyślnie wytrzymał przez 650 godzin warunki próby bez przecieku.

Pokazany na fig. 3 łącznik rurowy 10 obkurczył się na rurach 12,14, przy czym całkowicie zajął pierwotny odstęp 22, natomiast ząbkowania 19 ząbkowanej wewnętrznej powierzchni łącznika rurowego 10 wchodzą do pierwotnych zewnętrznych powierzchni rur 12, 14 i mechanicznie blokują powierzchnie połączeniowe. W miejscach 24, 26, 28, 30 pokazano pewne spęczenie ścian rur 12, 14.

Nie przeprowadzono żadnego wstępnego przygotowania powierzchni rur przed zgrzewaniem, wobec czego pierwotne wewnętrzne powierzchnie nadal miały pierwotną warstwę utlenioną. Łącznik rurowy 10 przekłuł tę utlenioną warstwę podczas tworzenia topionej zgrzeiny.

Według wariantu rozwiązania łącznika 10, ząbkowanie 21 na wewnętrznej powierzchni mogą być pominięte, jednakże wówczas zakończenia rur muszą być oczyszczone, przez skrobanie zwykłym sposobem, przed wykonaniem zgrzein pomiędzy przeciwległymi czystymi powierzchniami walcowymi rur i łącznika rurowego.

Na fig. 4 przedstawiono zmodyfikowaną postać łącznika rurowego 10. W tym przykładzie wykonania dodatkowo do grzejnego elementu 18, nawiniętego na zewnątrz, zastosowano drugi element grzejny 32, nawinięty na wewnętrznej powierzchni znajdującej się przy ząbkowaniach 19 gwintu 20 i przytrzymywany w miejscu wewnętrznymi ząbkowaniami 21 wewnętrznego gwintu 20. Ten drugi element grzejny 32 wykorzystuje się wtedy, kiedy grubość łącznika rurowego wymagałaby stosowania nadmiernie dużych gradientów temperatury poprzez ściany łącznika oraz długich przedziałów czasu skrośnego nagrzewania tej ściany do temperatury zgrzewania powierzchni wewnętrznej.

Za pomocą nagrzewania ściany po obydwu stronach, łącznik rurowy szybciej nagrzewa się i szyciej osiąga temperaturę zgrzewania na powierzchni wewnętrznej. W łączniku rurowym o średnicy 500 mm, kiedy przykładowo standardowy stosunek wymiarów (SDR) wynosi 17, ściana ma w przybliżeniu grubość 30 mm, natomiast dla standardowego stosunku wymiarów wynoszącego 11 ściana ma w przybliżeniu grubość 46 mm. Dla łączników rurowych o dowolnym rozmiarze, mających ścianę na przykład o grubości 30 mm lub większej, korzystne jest zastosowanie dwóch elementów grzejnych.

Według innej odmiany (nie pokazanej), łącznik rurowy może mieć tylko jeden element grzejny, ustawiony tak jak opisany wyżej element 32.

Inny przykład wykonania łącznika rurowego 40 przedstawiono na fig. 5 do fig. 7, przy czym łącznik ten wykonano sposobem podobnym jak łącznik rurowy 10, z wyjątkiem tego, że nie wykonano żadnego nacięcia śrubowego rowka na zewnętrznej powierzchni oraz nie zastosowano żadnego elementu grzejnego na tej powierzchni.

Rury 12, 14 umieszczono w łączniku 40 jak na fig. 5 i fig. 6, a łącznik 40 nagrzewano za pomocą promieniowania od zestawu ośmiu lamp 42, każda o mocy po 150 W, przy czym lampy miały reflektory.

Podobnie jak poprzednio, zewnętrzna temperatura łącznika rurowego i zewnętrzna temperatura rur były odpowiednio kontrolowane. Temperatura wewnętrznej powierzchni rur stale rosła do 140°C, a po jej osiągnięciu lampy odłączono. Łącznik rurowy 40 wizualnie był przezroczysty, kiedy osiągnął temperaturę topnienia, przez co umożliwiał lepsze przepuszczenie

169 226 światła do powierzchni rur i powodował, że przekazywanie ciepła promieniowania było bardziej skuteczne. Na fig. 3 przedstawiono wykonane połączenie pomiędzy dwiema rurami 12 i 14.

Łączniki i rury pokazane na rysunku nie są przedstawione według skali wymiarowej. Podane poniżej przykłady wykonania odnoszą się do łączników rurowych z polietylenu .

Wynalazek ma jednak zastosowanie również do innych poliolefin, na przykład polipropylenu i polibutenu.

W pierwszym wykonaniu, wykonano łącznik rurowy 10 o długości 100 mm w postaci rury z polietylenu usieciowanego, dostarczonej przez firmę Wirsbo Bruks AB, Virsbo, Szwecja, przy czym miał on wewnętrzną średnicę nieco mniejszą niż zewnętrzna średnica rury z polietylenu usieciowanego o średnicy 90 mm, która miała być łączona tym łącznikiem. Łącznik rurowy 10 miał wewnętrzną powierzchnię o średnicy 110 mm oraz grubość ściany 10 mm. Na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni został nacięty śrubowy gwint 16 tworzący ząbkowania 19,20. Skok tego gwintu wynosił 2 mm, a głębokość naciętych ząbków wynosiła 2 mm.

Na zewnętrznej powierzchni nawinięto cynowany drut miedziany o całkowitej rezystancji wynoszącej 2,25 omów, który stanowił element grzejny 18.

Ten łącznik rurowy 10 został rozszerzony za pomocą hydraulicznego ekspandera typu dostarczanego przez firmę Pipe Equipment Limited, tak że odstęp pomiędzy wewnętrzną najmniejszą średnicą łącznika a zewnętrzną powierzchnią rur polietylenowych, które miały być łączone, osiągnął wartość 2-3 mm. Rozszerzanie prowadzono przy temperaturze otoczenia. Po rozszerzeniu w temperaturze podwyższonej w przybliżeniu do 120°C, łącznik rurowy może być na przykład gwałtownie chłodzony wodą. Alternatywnie, łącznik rurowy można rozszerzać na przykład za pomocą ekspandera dostarczanego przez firmę Jointkit Limited.

Usieciowany polietylen ma właściwość osiągania krystalicznego zakresu topnienia dla polietylenu bez płynięcia. Jego struktura cząsteczkowa jest siecią trójwymiarową, która powoduje występowanie właściwości gumowego ciała stałego przy wartościach temperatury przekraczających temperaturę topnienia. W tej fazie polietylen tworzy połączenia zgrzewane z powierzchniami polietylenu nieusieciowanego.

Rozszerzanie usieciowanego łącznika rurowego nadaje mu właściwość skurczu cieplnego . co może poprawiać jakość zgrzeiny przez to, że nie ma potrzeby skrobania końcowej powierzchni rurowej przed łączeniem zgrzewającym. Takie przygotowanie powierzchni jest istotnym. lecz czasochłonnym aspektem konwencjonalnego topienia elektrycznego. Usieciowany łącznik rurowy 10, 40 cieplnie obkurczony ma wewnętrzną powierzchnię, która posiada ząbkowania 21 , 41 i która topi powierzchnię rury 12, 14 i przechodzi poprzez utlenioną warstewkę rury . aby tworzyć zgrzewane połączenie z materiałem rury.

Wynalazek ma zastosowanie do łączenia rur o większych rozmiarach, na przykład o średnicy 500 mm i większej. Takie łączniki rurowe wykonuje się z konwencjonalnej rury polietylenowej, która została następnie napromieniowana przy zastosowaniu promieniowania gamma, aby uzyskać odpowiedni potem usieciowania. Alternatywnie, łączniki rurowe mogą być specjalnie formowane przy zastosowaniu polietylenu gatunku formowalnego . na przykład w formie, aby otrzymywać wyrób finalny w postaci usieciowanego, poliolefinowego łącznika rurowego.

Nagrzewanie przeprowadza się za pomocą elektrycznych elementów grzejnych lub przy zastosowaniu lamp i promienników podczerwieni. Skrócony czas nagrzewania osiąga się za pomocą wstępnego nagrzewania łącznika rurowego, na przykład do 100°C i za pomocą włączania elementu grzejnego względnie za pomocą nagrzewania łącznika rurowego w piecu, przed założeniem go na rury.

169 226

FIC. 6.

L-^-42

12)

42Λ 7

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Łącznik do łączenia rur z nieusieciowanego materiału poliolefinowego, który stanowi pusty wewnątrz człon o końcach otwartych, jest wykonany z tworzywa cieplnie odtwarzalnego, a jego końce są rozszerzone promieniowo tak, że średnica wewnętrzna łącznika jest większa niż średnica zewnętrzna łączonych rur, znamienny tym, że łącznik (10, 40) jest wykonany z nieprzewodzącego usieciowanego materiału poliolefinowego.
2. 2. Łącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia członu łącznika (10,40) ma ząbkowania (21,41).
3. 3. Łącznik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ma elementy grzejne (18, 32),przystosowane do zasilania elektrycznego.
4. 4. Łącznik według zastrz. 3, znamienny tym, że ma elementy grzejne (32) umieszczone w spiralnym rowku (19) na wewnętrznej powierzchni łącznika (10).
5. 5. Łącznik według zastrz. 3, znamienny tym, że ma podwójne elementy grzejne (18,32), przy czym pierwsze elementy grzejne (18) są umieszczone w spiralnym rowku (17) na zewnętrznej powierzchni łącznika (10), a drugie elementy grzejne (32) są umieszczone w spiralnym rowku (19) na wewnętrznej powierzchni łącznika (10).