PL174298B1

PL174298B1 - Sposób łączenia wzmocnionych rur termoplastycznych

Info

Publication number: PL174298B1
Application number: PL94312685A
Authority: PL
Inventors: John M. Greig
Original assignee: British Gas Plc
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1998-07-31
Also published as: CA2167212A1; BR9407133A; AU7192894A; HUT73712A; SK281777B6; NZ268649A; ZA945243B; CA2167212C; JP2719583B2; SK7596A3; WO1995003162A1; PL312685A1; US5824179A; AU680274B2; JPH08507593A; GB2280145B; HU218763B; RU2115057C1; HU9600127D0; GB9314971D0

Abstract

1 Sposób laczenia wzmocnionych rur termoplastycznych, z zastosowaniem zgrzewania doczolowego, przy czym kazda z dwóch rur ma wewnetrzna i zewnetrzna powierzchnie oraz scianke zajmujaca przestrzen pomiedzy wewnetrzna i zewnetrzna powierz- chnia, jak równiez co najmniej jedna warstwe wzmacniajaca z wlókien, w którym ogrzewa sie koncowe czesci rur termop- lastycznych przez dociskanie tych czesci do plyty grzejnej wprowa- dzonej pomiedzy nie, tak ze tworzywo termoplastyczne koncowych czesci rur staje sie zmiekczone Iub roztopione, wówczas usuwa sie plyte grzejna, a powierzchnie krancowe dociska sie do siebie i stopione tworzywo koncowych czesci rur poddaje sie speczamu i tworzy sie wewnetrzne zgrubienie pierscieniowe, ponadto podczas speczania stopionego tworzywa koncowych czesci rur przemiesz- cza sie warstwe wzmacniajaca z pierwotnego polozenia, po czym rury chlodzi sie, znamienny tym, ze warstwe wzmacniajaca (34) wprowadza sie w zewnetrzna warstwe scianki (30, 36) laczonych rur (10,12), przy czym podczas dociskania powierzchni koncowych czesci (40, 42) tych rur (10,12) i speczania stopionego tworzywa czesci koncowych (40, 42) doprowadza sie do wewnetrznego i zewnetrznego plyniecia tworzywa termoplastycznego i tworzy sie wewnetrzne i zewnetrzne zgrubienie pieisciemowe (50,52), a ponad- to, z wykorzystaniem zewnetrznego plyniecia tworzywa podczas jego speczania, przynajmniej czesciowo przemieszcza sie warstwe | wzmacniajaca (34) z jej pierwotnego polozenia, na zewnatrz, przy czym warstwe termoplastycznego tworzywa (60) w zlaczu zgrze- wanym umieszcza sie pomiedzy warstwa wzmacniajaca (34) z wlókien a wewnetrzna powierzchnia wspólna (32) polaczonych rur F I G . 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób łączenia wzmocnionych rur termoplastycznych, zwłaszcza rur o podwyższonym ciśnieniu znamionowym.

Rury posiadające podwyższone ciśnienie znamionowe otrzymuje się przez zaopatrzenie ich w co najmniej jedną warstwę wzmacniającą utworzoną z włókien. Wzmacniające włókna są zazwyczaj nawinięte bezpośrednio na rurę z tworzywa termoplastycznego, ewentualnie włókna

174 298 przed nawinięciem są ukształtowane w taśmy. Włókna lub taśmy układa się po prostu wzdłuż rury. Na warstwę wzmacniającą nakłada się zabezpieczającą warstwę zewnętrzną z tworzywa termoplastycznego, które nie musi być tego samego rodzaju jak dla rury wewnętrznej. Włókna lub taśmy mogą być stapiane ze sobą, z rurą wewnętrzną i warstwą zewnętrzną, ewentualnie mogą być luźno ułożone. Rura wewnętrzna wraz z otaczającą ją warstwą wzmacniającą i nałożoną warstwą zewnętrzną tworzą rurę, posiadającą ścianki pomiędzy powierzchnią wewnętrzną rury wewnętrznej i zewnętrzną powierzchnią zewnętrznej warstwy. Warstwa wzmacniająca znajduje się w środku ścianki rury, albo pomiędzy środkiem ścianki rury a zewnętrzną powierzchnią warstwy zewnętrznej.

Znany jest sposób łączenia wzmocnionych rur termoplastycznych przy użyciu łącznika mechanicznego, który zaciska się na rurze, ewentualnie ściska się tworzywo termoplastyczne pomiędzy wewnętrzną metalową rurą podpierającą i zewnętrznym pierścieniem. Łączniki o takiej konstrukcji zapewniają szczelność dla płynów i znaczną wytrzymałość na wyrywanie rury z łącznika. Łączniki tego rodzaju są przeważnie metalowe i są obiektem korozji. Ponadto, płyn wewnątrz rury może oddziaływać również na własności termoplastyczne rury, zmiękczając ją, co powoduje, że siły zaciskające i stąd uszczelnienie i wytrzymałość na wyrywanie zanikają w przeciągu pewnego okresu czasu.

Sposób łączenia elementów z tworzywa sztucznego, zawierających wzmocnienie z włókna szklanego, znany jest na przykład z opisu patentowego nr EP 0063234. Rozwiązania tam przedstawione dotyczą wytłoczonej z tworzywa sztucznego, wydrążonej taśmy kształtowej na ramy okienne, ram okiennych wykonanych z tego rodzaju taśm kształtowych oraz sposobu wytwarzania ramy okiennej tego rodzaju. Przedstawiony sposób jest stosowany do zgrzewania doczołowego tego rodzaju taśm kształtowych, które zawierają wzmocnienia z włókna szklanego, które są rozmieszczone na grubości taśm. Przeciwległe części końcowe takich taśm kształtowych są razem zgrzewane. Podczas procesu zgrzewania, gdy końce taśm, tworzących części ramy okiennej, zostają razem dociśnięte, końce taśm z tworzywa sztucznego i włókna szklanego zostają przemieszczone do wnętrza taśm kształtowych. Ostrza zgrzewarki wymagaj ą specj alnego rozmieszczenia i sterowania podczas procesu zgrzewania, aby zapobiegać znacznemu przemieszczeniu tworzywa sztucznego na zewnątrz taśmy. W złączu zgrzewanym tego rodzaju nie następuje przemieszczenie taśm z włóknem szklanym.

Sposób według wynalazku stosowany jest do łączenia wzmocnionych rur termoplastycznych, z zastosowaniem zgrzewania doczołowego. Każda z · dwóch rur ma wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnię oraz ściankę zajmującą przestrzeń pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią, jak również co najmniej jedną warstwę wzmacniającą z włókien. W sposobie tym ogrzewa się końcowe części rur termoplastycznych przez dociskanie tych części do płyty grzejnej wprowadzonej pomiędzy nie, tak że tworzywo termoplastyczne końcowych części rur staje się zmiękczone łub roztopione. Wówczas usuwa się płytę grzejną, a powierzchnie krańcowe dociska się do siebie i stopione tworzywo końcowych części rur poddaje się spęczaniu i tworzy się wewnętrzne zgrubienie pierścieniowe. Ponadto, podczas spęczania stopionego tworzywa końcowych części rur, przemieszcza się warstwę wzmacniającą z pierwotnego położenia, po czym rury chłodzi się. Sposób tego rodzaju charakteryzuje się tym, że warstwę wzmacniającą wprowadza się w zewnętrzną warstwę ścianki łączonych rur, przy czym podczas dociskania powierzchni końcowych części tych rur i spęczania stopionego tworzywa części końcowych, doprowadza się do wewnętrznego i zewnętrznego płynięcia tworzywa termoplastycznego i tworzy się wewnętrzne i zewnętrzne zgrubienie pierścieniowe.

Ponadto, z wykorzystaniem zewnętrznego płynięcia tworzywa podczas jego spęczania, przynajmniej częściowo przemieszcza się warstwę wzmacniającą z jej pierwotnego położenia, na zewnątrz, przy czym warstwę termoplastycznego tworzywa w złączu zgrzewanym umieszcza się pomiędzy warstwą wzmacniającą z włókien a wewnętrzną powierzchnią wspólną połączonych rur.

Korzystne jest, że po dociskaniu powierzchni końcowych części łączonych rur, na złącze nasuwa się elektrotopliwą złączkę, którą zasila się energią przez określony czas i łączy się ją z obiema rurami termoplastycznymi za pomocą złączy zgrzewanych, z zastosowaniem elektrofuzji.

174 298

Przed umieszczeniem elektrotopliwej złączki na złączu zgrzewanym doczołowo, usuwa się zewnętrzne zgrubienie pierścieniowe.

Korzystne jest, że pozostawia się luz promieniowy elektrotopliwej złączki względem zewnętrznej powierzchni rur, a zewnętrzne zgrubienie pierścieniowe jest dostatecznie małe i mieści się w luzie promieniowym.

Elektrotopliwa złączka jest korzystnie środkową, jedną z trzech elektrotopliwych złączek połączonych razem swymi końcami. Złączki skrajne są połączone z łączonymi rurami złączami zgrzewanymi, z zastosowaniem elektrofuzji. Elektrotopliwe złączki łączy się doczołowymi złączami zgrzewanymi.

Korzystne jest, że elektrotopliwą złączkę środkową najpierw łączy się złączem zgrzewanym z łączonymi rurami, a następnie skrajne złączki łączy się złączami zgrzewanymi, z zastosowaniem elektrofuzji, z łączonymi rurami.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 do 4 przedstawiają różne stadia łączenia razem dwóch rur termoplastycznych, fig. 5 przedstawia strefę połączenia dwóch rur termoplastycznych w powiększeniu w porównaniu do fig. 2, a fig. 6 - drugi przykład wykonania złącza.

Nafigurze 1 przedstawiono dwie rury 10,12, które są czołowo łączone stapianym złączem zgrzewanym. Jedna z rur 12 posiada elektrotopliwą złączkę 14 otaczającą tę rurę 12. Złączka 14 jest luźno dopasowana do rury 12, przy czym pokazany został luz średnicowy 16. Złączka 14 jest wewnątrz wyposażona w element grzejny, który jest wbudowany w termoplastyczną ściankę złączki, aktóry składa się z dwóch grup uzwojeń 18,20 otaczających rurę 12. Cewka ogrzewająca jest połączona z zaciskami nie pokazanymi na rysunku, a umieszczonymi wewnątrz pierścieni 22, 24 stanowiących całość ze złączką 14.

Każda z rur 10, 12 składa się z rury wewnętrznej 30 z tworzywa termoplastycznego posiadającej powierzchnię wewnętrzną 32, co najmniej jednej warstwy wzmacniającej 34 z włókien owiniętych dookoła rury wewnętrznej 30 albo ułożonych wzdłuż tej rury 30 oraz zewnętrznej warstwy 36 tworzywa termoplastycznego, która została nałożona na rurę wewnętrzną 30 stanowiąc okładzinę warstwy wzmacniającej 34. Zewnętrzna warstwa 36 tworzywa termoplastycznego ma powierzchnię zewnętrzną, która stanowi powierzchnię zewnętrzną 38 łączonej rury. Każda z rur 10, 12 ma swe ścianki ograniczone powierzchnią wewnętrzną 32 i powierzchnią zewnętrzną 38.

Przed połączeniem, skrajne powierzchnie rur 10, 12 zostają dokładnie przycięte, tak ze tworzy się wyrównane powierzchnie końcowych części 40,42 obu rur. Czynność ta przeprowadzana jest, gdy rury 10, 12 zamocowane są w nie przedstawionym na rysunku urządzeniu do zgrzewania doczołowego. Rury 10, 12 są następnie dociskane przez cylindry hydrauliczne do nie przedstawionej na rysunku płyty grzejnej, która jest wprowadzona między końcowe części 40, 42 obu rur 10, 12. Zaraz po roztopieniu tworzywa termoplastycznego i poddaniu go spęczaniu w wyniku przyłożonego obciążenia osiowego, następuje formowanie wstępnego zawinięcia obrzeży.

Rury 10,12 są dalej utrzymywane przy płycie grzejnej przez okres nagrzewania. Następnie rury 10, 12 zostają odciągnięte od płyty, płyta zostaje usunięta, a rury 10, 12 są łączone pod obciążeniem osiowym. Roztopione tworzywo części końcowych rur 10, 12 podlega spęczaniu aż do wywołania wewnętrznego i zewnętrznego płynięcia tworzywa termoplastycznego i do utworzenia ostatecznego zawinięcia obrzeży w postaci ukształtowanych pierścieniowych zgrubień 50, 52.

Rury 10, 12 pozostawia się następnie do ostygnięcia, siłę osiową usuwa się podczas końcowej fazy studzenia, przy czym rury 10, 12 są ciągle zamocowane, aby przeciwdziałać rozdzielającym ruchom osiowym, jak przedstawiono na fig. 2.

Warstwa wzmacniająca 34 każdej rury 10, 12 ulega całkowicie, lub w większej części, przemieszczeniu na zewnątrz, do przestrzeni 58, w wyniku wypływania na zewnątrz tworzywa termoplastycznego z jego pierwotnego położenia, jak przedstawiono na fig. 5. Wynikiem jest to, że w złączu zgrzewanym znajduje się warstwa tworzywa termoplastycznego 60, przyległa do wewnętrznej powierzchni wspólnej 32, która jest pozbawiona wzmacniających włókien.

174 298

Następnie, zewnętrzne zgrubienie pierścieniowe 52 usuwa się (fig. 3) i na doczołowym złączu zgrzewanym centralnie umieszcza się elektrotopliwą złączkę 14 przez przesunięcie wzdłuż rury 12, aż jej jedna połowa przykryje rurę 10, a druga połowa rurę 12.

Zaciski zasilające zostają dołączone do źródła energii elektrycznej i przez element grzejny płynie prąd w ciągu określonego czasu, tak że elektrotopliwą złączka 14 zostaje zgrzana na drodze elektrofuzji z częściami końcowymi rur 10, 12 jak przedstawiono na fig. 4. Mała strefa środkowa między grupą uzwojenia 18 i grupą uzwojenia 20 pozostaje nie stopiona i obejmuje pozostałą resztkę zewnętrznego zgrubienia pierścieniowego 52.

Jako przykład, złącza zostały wykonane na rurach z polietylenu wzmocnionego włóknem z poliamidu aromatycznego. Rury miały średnicę zewnętrzną 125 mm i grubość ścianki 11.5 mm. Iloraz powstały z podzielenia średnicy zewnętrznej przez grubość ścianki, który znany jest jako stosunek wymiaru normowego (SDR - Standard Dimention Ratio) wyniósł 11. Wewnętrzne i zewnętrzne zgrubienia pierścieniowe miały szerokość 11 mm (mierzoną równolegle do długości rury) i wysokość 5 mm (mierzoną promieniowo względem rury). W innych wykonanych przykładach, wewnętrzne i zewnętrzne zgrubienia pierścieniowe były bardzo małe, posiadając 3 mm szerokości i 2 mm wysokości.

W przedstawionych przykładach wewnętrzna rura 30 i zewnętrzna warstwa 36 tworzywa termoplastycznego, są wykonane z tego samego polietylenu. W ogólności jednak rura wewnętrzna 30 i zewnętrzna warstwa 36 mogą być zestawiane w tym samym lub innym stopniu z tych samych materiałów termoplastycznych, lub również z różnych materiałów termoplastycznych.

Szersze zgrubienia pierścieniowe powstałe z zawinięcia obrzeży rur, są zalecane gdy zachodzi konieczność sprawdzenia wymogów jakości osiągniętej gęstości doczołowego złącza zgrzewanego. Zgrubienia pierścieniowe są łatwo usuwalne dla przeprowadzenia kontroli. Jednocześnie, bardzo małe zgrubienia pierścieniowe są korzystne, ponieważ te małe wewnętrzne zgrubienia pierścieniowe nie hamują przepływu wewnętrznego w rurze tak bardzo, jak szersze zgrubienia pierścieniowe. Nie byłoby także koniecznym usuwanie zewnętrznych zgrubień pierścieniowych obrzeży w celu umożliwienia elektrotopliwej złączce przesunięcia na doczołowe złącze zgrzewane, gdyby duży luz między złączką i rurą był wystarczający na pomieszczenie zewnętrznego zgrubienia pierścieniowego. W praktyce, jakiekolwiek rodzaje zgrubień pierścieniowych, które mogą być wykonywane, zależą od wymagań technicznych. Wynalazek może mieć również zastosowanie w szerokim zakresie rodzajów rur i stosunków wymiaru normowego.

W wykonanym złączu płynięcie stopionego tworzywa rury podczas wykonywania doczołowego złącza zgrzewanego zapewnia, że występuje tam warstwa termoplastycznego tworzywa 60, która nie posiada wzmacniającego włókna i która ma w przybliżeniu tę samą grubość jak pierwotna rura wewnętrzna 30. W konsekwencji, agresywne chemikalia lub płyny płynące w rurze i mogące być pod ciśnieniem np. 25 x 10⁵ Pa, nie mogą znaleźć się blisko mocno naprężonego wzmocnienia włóknem. Chociaż włókno znajduje się w zewnętrznej części spoiny stykowej, to powierzchnia spoiny będzie osłabiona, powodując niebezpieczeństwo wystąpienia przełomu kruchego, od obciążeń osiowych lub zginających rurę.

Niemniej jednak, doczołowe złącze zgrzewane uzyskane zgodnie ze sposobem według wynalazku jest bardzo przydatne tam, gdzie podobne obciążenia utrzymywane są w granicach dopuszczalnych.

W korzystnej postaci złącza, elektrotopliwą złączka 14 zostaje zespawana doczołowo spoiną zgrzewaną, która jednak znacznie wzmacnia złącze. Elektrotopliwą złączka 14 nie dopuszcza do złamania spoiny zgrzewanej w czasie obsługi i także zabezpiecza lub zamyka włókno wystające na zewnętrznej powierzchni doczołowego złącza przed wpływem otoczenia zewnętrznego. Jeżeli możliwy byłby dostęp do włókna, to gazy i płyny przenikałyby na znaczne odległości wzdłuż włókien przez naczynia włosowate. Gaz o wysokim ciśnieniu we włóknie mógłby prowadzić do pęknięcia wzdłuż warstwy wzmacniającej. Mogłoby to spowodować oderwanie warstwy zewnętrznej od rury, lub w przypadku rozhermetyzowania się rurociągu, zgniecenie rury wewnętrznej 30.

174 298

W przytoczonych przykładach badania udowodniły, że rura pęka przy ciśnieniu 125 x 10⁵ Pa, bez widocznego uszkodzenia złącza. Nie wzmacniane rury polietylenowe ze złączami zgrzewanymi albo złączami elektrotopliwymi, zwykle pękają przy ciśnieniu około 30 x 1(0 Pa.

Na figurze 6 przedstawiono drugi przykład wykonania złącza. W tym przykładzie trzy elektrotopliwe złączki 70, 72, 74 są połączone razem na swych końcach za pomocą spoin stykowych. Montaż trzech złączek polega na ich przesunięciu po jednej z dwóch łączonych rur 76, 78. Dwie rury 76, 78 są zgrzane doczołowo jak to już opisano i połączone złączem 80. Zewnętrzne zgrubienia pierścieniowe powstałe w wyniku zawinięcia obrzeży są usunięte, przy czym pozostawione zostały wewnętrzne zgrubienia pierścieniowe 82.

Po zmontowaniu trzech złączek nastąpiło ich przesunięcie na złącze 80 wraz ze środkową złączką 72 obramowującą złącze 80.

Złączka 72 jest połączona z każdą z rur 76,78 przez elektrotopliwe złącze zgrzewane jak już opisano. Każda z dwóch skrajnych złączek 70,74jest połączona z poszczególnymi rurami 76 lub 78 przez elektrotopliwe złącze zgrzewane, jak przedstawiono na fig. 6.

Złącze przedstawione na fig. 6 przenosi wyższe ciśnienia rozsadzające niż złącze przedstawione na figurach 1 do 5.

FIG. 3 ^·\·\·\

J

174 298

FIG. 6

72, ,80

wwwwww^óyyy zz/yzW/zz/z/y/z
» 1L	M 78_

174 298

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób łączenia wzmocnionych rur termoplastycznych, z zastosowaniem zgrzewania doczołowego, przy czym każda z dwóch rur ma wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnię oraz ściankę zajmującą przestrzeń pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią, jak również co najmniej jedną warstwę wzmacniającą z włókien, w którym ogrzewa się końcowe części rur termoplastycznych przez dociskanie tych części do płyty grzejnej wprowadzonej pomiędzy nie, tak że tworzywo termoplastyczne końcowych części rur staje się zmiękczone lub roztopione, wówczas usuwa się płytę grzejną, a powierzchnie krańcowe dociska się do siebie i stopione tworzywo końcowych części rur poddaje się spęczaniu i tworzy się wewnętrzne zgrubienie pierścieniowe, ponadto podczas spęczania stopionego tworzywa końcowych części rur przemieszcza się warstwę wzmacniającą z pierwotnego położenia, po czym rury chłodzi się, znamienny tym, że warstwę wzmacniającą (34) wprowadza się w zewnętrzną warstwę ścianki (30, 36) łączonych rur (10, 12), przy czym podczas dociskania powierzchni końcowych części (40, 42) tych rur (10,12) i spęczania stopionego tworzywa części końcowych (40, 42) doprowadza się do wewnętrznego i zewnętrznego płynięcia tworzywa termoplastycznego i tworzy się wewnętrzne i zewnętrzne zgrubienie pierścieniowe (50,52), a ponadto, z wykorzystaniem zewnętrznego płynięcia tworzywa podczas jego spęczania, przynajmniej częściowo przemieszcza się warstwę wzmacniającą (34) z jej pierwotnego położenia, na zewnątrz, przy czym warstwę termoplastycznego tworzywa (60) w złączu zgrzewanym umieszcza się pomiędzy warstwą wzmacniającą (34) z włókien a wewnętrzną powierzchnią wspólną (32) połączonych rur.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po dociskaniu powierzchni końcowych części (40,42) łączonych rur (10,12), na złącze nasuwa się elektrotopliwą złączkę (14,72), którą zasila się energią przez określony czas i łączy się ją z obiema rurami termoplastycznymi (10,12) za pomocą złączy zgrzewanych, z zastosowaniem elektrofuzji.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przed umieszczeniem elektrotopliwej złączki (14, 72) na złączu zgrzewanym doczołowo, usuwa się zewnętrzne zgrubienie pierścieniowe (52).
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pozostawia się luz promieniowy elektrotopliwej złączki (14, 72) względem zewnętrznej powierzchni rur, a zewnętrzne zgrubienie pierścieniowe (52) jest dostatecznie małe i mieści się w luzie promieniowym.
5. Sposób według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienny tym, że elektrotopliwą złączka (72) jest środkową, jedną z trzech elektrotopliwych złączek (70, 72,74) połączonych razem końcami, a złączki skrajne (72, 74) są połączone z łączonymi rurami za pomocą złączy zgrzewanych z zastosowaniem elektrofuzji.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że elektrotopliwe złączki (7^, 72,74) łączy się doczołowymi złączami zgrzewanymi.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że elektrotopliwą złączkę środkową (72) najpierw łączy się złączem zgrzewanym z łączonymi rurami (10, 12), a następnie skrajne złączki (70, 74) łączy się złączami zgrzewanymi, z zastosowaniem elektrofuzji, z łączonymi rurami (1θ, 12).