(12) OPIS PATENTOWY. (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/GB96/01277

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (21) Numer zgłoszenia: (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/GB96/01277 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , W096/38288, PCT Gazette nr 53/96 (51 ) IntCl7 B29C 65/66 F16L 59/16 F16L 47/02 (54) Sposób izolowania połączeń rur zaopatrzonych w izolację cieplną (30) Pierwszeństwo: ,GB, (73)Uprawniony z patentu: N.V.RAYCHEM S.A, Kessel-lo, BE (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie: (43)Zgłoszenie ogłoszono: BUP 07/98 (72) Twórcy wynalazku: Johannes M. Cordia, Pellenberg, BE Robert Seidel, Hindsale, US Robert Ritter, Fremont, US (74) Pełnomocnik: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: Kamiński Zbigniew, WUP 09/01 KANCELARIA PATENTOWA PL B1 1. Sposób izolowania połączeń rur zaopatrzonych w izolację cieplną za pomocą obudowy z termokurczliwego tworzywa sztucznego, polegający na tym, że na zewnętrzną powierzchnię otuliny jednej z łączonych rur nasuwa się rurową obudowę, a następnie końcówki obydwu rur, pozbawione izolacji cieplnej, spawa się ze sobą, po czym obudowę nasuwa się na otulinę drugiej rury i po ustaleniu jej położenia ogrzewa się ją za pomocą elementów grzejnych, powodując skurczenie oraz zaciśnięcie się obudowy na zewnętrznych powierzchniach otulin obydwu łączonych rur, znamienny tym, że między wewnętrzną powierzchnię rurowej, wielowarstwowej obudowy (1), wykonanej z usieciowanego polimeru 1 zaopatrzonej korzystnie w wewnętrzną warstwę z nieusieciowanego materiału, a zewnętrzną powierzchnię łączonych rur (11) wprowadza się przewodzącą taśmę grzejną (19), a następnie przepuszcza się przez tę przewodzącą taśmę grzejną (19) prąd elektryczny aż do stopienia się i połączenia wewnętrznej warstwy obudowy (1) i podłoża stanowiącego zewnętrzną warstwę (16) otuliny (15) rur (13). Fig.1

2 Sposób izolowania połączeń rur zaopatrzonych w izolację cieplną Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób izolowania połączeń rur zaopatrzonych w izolację cieplną za pomocą obudowy z termokurczliwego tworzywa sztucznego, polegający na tym, że na zewnętrzną powierzchnię otuliny jednej z łączonych rur nasuwa się rurową obudowę, a następnie końcówki obydwu rur, pozbawione izolacji cieplnej, spawa się ze sobą, po czym obudowę nasuwa się na otulinę drugiej rury i po ustaleniu jej położenia ogrzewa się ją za pomocą elementów grzejnych, powodując skurczenie oraz zaciśnięcie się obudowy na zewnętrznych powierzchniach otulin obydwu łączonych rur, znamienny tym, że między wewnętrzną powierzchnię rurowej, wielowarstwowej obudowy (1), wykonanej z usieciowanego polimeru i zaopatrzonej korzystnie w wewnętrzną warstwę z nieusieciowanego materiału, a zewnętrzną powierzchnię łączonych rur (11) wprowadza się przewodzącą taśmę grzejną (19), a następnie przepuszcza się przez tę przewodzącą taśmę grzejną (19) prąd elektryczny aż do stopienia się i połączenia wewnętrznej warstwy obudowy (1) i podłoża stanowiącego zewnętrzną warstwę (16) otuliny (15) rur (13). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się grzejną taśmę przewodzącą (19), wykonaną z polietylenu o bardzo dużej masie cząsteczkowej, zawierającego węgiel. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że między wewnętrzną powierzchnię obudowy (1) a zewnętrzną powierzchnię łączonych rur (13) wprowadza się warstwę (31) aktywowanego cieplnie kleju oraz/lub warstwę (33) mastyksu. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed nasunięciem obudowy (1) na drugą rurę (13), nawija się na zewnętrzną powierzchnię łączonych rur (11) taśmę (29) pokrytą mieszaniną kleju i mastyksu. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po ogrzaniu obudowy (1) i jej skurczeniu osadza się na obydwu jej końcach tuleje wzmacniające z termokurczliwego tworzywa sztucznego i poddaje się je ogrzaniu. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przez grzejną taśmę przewodzącą (19) najpierw przepuszcza się prąd o mocy niezbędnej do ogrzania obudowy (1) do temperatury, w której następuje jej skurcz, a następnie prąd o mocy niezbędnej do ogrzania obudowy (1) do temperatury, w której następuje wtopienie grzejnej taśmy przewodzącej (19) do podłoża stanowiącego zewnętrzną warstwę (16) otuliny rury (11) oraz do materiału obudowy (1). * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób izolowania połączeń rur zaopatrzonych w izolację cieplną za pomocą obudowy z termokurczliwego tworzywa sztucznego. Sposób ten polega na tym, że na zewnętrzną powierzchnię otuliny jednej z łączonych rur nasuwa się rurową obudowę, a następnie końcówki obydwu rur, pozbawione izolacji cieplnej, spawa się ze sobą, po czym obudowę nasuwa się na otulinę drugiej rury i po ustaleniu jej położenia ogrzewa się ją za pomocą elementów grzejnych. Powoduje to skurczenie oraz zaciśnięcie się obudowy na zewnętrznych powierzchniach otulin obydwu łączonych rur. Rury stalowe zaopatrzone w otulinę izolacyjną są używane do budowy magistrali przesyłowych energii cieplnej. Rury te dostarczane są w odcinkach, które muszą być łączone. Łączenie odcinków rur odbywa się zwykle przez spawanie, wymagające uprzedniego zerwania otuliny izolacyjnej z końców łączonych rur, przy czym po zespawaniu powstaje odcinek magistrali pozbawiony izolacji cieplnej. Pozostawienie nie izolowanego odcinka powoduje, po zakopaniu rurociągu w ziemi, korozję rurociągu i nadmierne straty ciepła oraz zmniejszenie odporności mechanicznej. Konieczne jest zatem ponowne, ręczne, odtworzenie izolacji cieplnej w miejscu połączenia odcinków rur.

3 Znane są sposoby izolowania połączeń rur, polegające na stosowaniu osłon mostkujących końce łączonych rur. Z opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr GB znany jest sposób izolacji połączeń odcinków rur za pomocą cienkościennej osłony pokrytej paskami kleju i środka uszczelniającego. Osłona ta mostkuje końcówki rur, przy czym jej strefa środkowa jest wypełniona środkiem uszczelniającym. Jednakże tego rodzaju osłona jest podatna na zmiany naprężeń powstałych wskutek zmian temperatury czynnika płynącego przez rurociąg. Z duńskiego opisu patentowego nr DK znana jest osłona z termokurczliwego, nieusieciowanego polietylenu. Termokurczliwość tej obudowy uzyskuje się tylko przez orientację molekularną materiału, z którego jest wykonana. Z opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr GB znana jest obudowa, której końce są rozciągane w celu nadania im zdolności powracania do pierwotnych wymiarów. Wewnętrzna powierzchnia tych końców jest pokryta warstwami klejowymi. Z europejskiego opisu patentowego nr EP znany jest sposób izolowania połączeń rur za pomocą rurowej obudowy, której wewnętrzna powierzchnia jest pokryta warstwą kleju względnie środka uszczelniającego. Obudowa ta tworzy sztywny układ przenoszący naprężenia powstałe w jednym odcinku rury - na drugi odcinek łączonej rury. Z niemieckiego opisu patentowego nr DE znany jest sposób izolowania połączeń rur, zwłaszcza rurociągów ułożonych w ziemi i zaopatrzonych w otulinę cieplną, polegający na nasuwaniu na przestrzeń odkrytej rury między otulinami nadwymiarowej mufy, wykonanej z termokurczliwego tworzywa sztucznego, uzyskanego przez obróbkę termiczną w temperaturze niższej od temperatury krystalizacji. Między mufą i otulinami umieszcza się przy tym paski uszczelniające, a następnie otacza się mufę opaską grzejną z meandrowo ułożonym przewodem oporowym, zatopionym w warstwie termoplastycznego tworzywa sztucznego, po czym mufę podgrzewa się palnikiem gazowym powodując jej wstępne obkurczenie. Przestrzeń między otulinami rur wypełnia się pianką poliuretanową, a następnie podgrzewa się za pomocą opaski grzejnej końce mufy, powodując ich ostateczny skurcz. Po zdjęciu opaski grzejnej końce mufy otacza się dodatkowo cienkimi opaskami termokurczliwymi, powodującymi uszczelnienie jej względem otuliny rur. Opisany sposób izolowania połączeń rur jest bardzo pracochłonny i wymaga dużej precyzji montażowej, co ogranicza jego zastosowanie w praktyce izolacyjnej. Z europejskiego opisu patentowego nr EP znany jest sposób izolowania połączeń rur zaopatrzonych w otulinę cieplną, polegający na stosowaniu do tego celu taśmy warstwowej składającej się z podłoża polimerowego, z materiału przyczepnego oraz z zatopionej między nimi metalowej folii grzejnej, pełniącej funkcję grzejnika. Folia grzejna jest przy tym zaopatrzona w rombowe otwory, dzięki którym może się ona łatwo deformować podczas rozciągania i kurczenia się taśmy. Warstwę polimerową poddaje się sieciowaniu, a następnie całą taśmę rozciąga się, podgrzewając równocześnie warstwę polimerową powyżej temperatury topnienia struktury krystalicznej, wskutek czego staje się ona termokurczliwa. Tak przygotowaną taśmą otacza się kilkakrotnie przestrzeń między otulinami łączonych rur, a następnie za pomocą prądu elektrycznego podgrzewa się folię grzejną powodując kurczenie się taśmy i zaciśnięcie jej na otulinie łączonych rur. Opisany sposób izolowania połączeń rur wymaga skomplikowanego i pracochłonnego przygotowania warstwowej taśmy izolacyjnej, która staje się termokurczliwa dopiero po wstępnej obróbce termicznej i ma z tego powodu ograniczone zastosowanie w praktyce instalacyjnej. Opisane sposoby izolacji połączeń odcinków rur mają ponadto tę niedogodność, że wymagają wykonywania wielu czynności w miejscu spawania rurociągu, a ponadto nie zapewniają dostatecznej wytrzymałości mechanicznej połączenia oraz wartość współczynnika przewodzenia ciepła łączonej części rurociągu jest zbyt niska. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu izolowania połączeń odcinków rur, zaopatrzonych w otulinę izolującą cieplnie, za pomocą obudowy z termokurczliwego tworzywa sztucznego, zapewniającego wysoką szczelność połączenia, wytrzymałość mechaniczną połączenia oraz jego dobre właściwości izolacyjne.

4 Cel ten zrealizowano przez opracowanie sposobu według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że między wewnętrzną powierzchnię rurowej, wielowarstwowej obudowy, wykonanej z usieciowanego polimeru i zaopatrzonej korzystnie w wewnętrzną warstwę z nieusieciowanego materiału, a zewnętrzną powierzchnię łączonych rur wprowadza się przewodzącą taśmę grzejną, a następnie przepuszcza się przez tę przewodzącą taśmę grzejną prąd elektryczny aż do stopienia się i połączenia wewnętrznej warstwy obudowy i podłoża stanowiącego zewnętrzną warstwę otuliny rur. Grzejna taśma przewodząca wykonana jest korzystnie z polietylenu o bardzo dużej masie cząsteczkowej, zawierającego węgiel. Między wewnętrzną powierzchnię obudowy a zewnętrzną powierzchnię łączonych rur wprowadza się korzystnie warstwę aktywowanego cieplnie kleju oraz/lub warstwę mastyksu. Przed nasunięciem obudowy na drugą rurę, nawija się na zewnętrzną powierzchnię łączonych rur taśmę pokrytą mieszaniną kleju i mastyksu. Po ogrzaniu obudowy i jej skurczeniu osadza się na obydwu jej końcach tuleje wzmacniające z termokurczliwego tworzywa sztucznego i poddaje się je ogrzaniu. Przez grzejną taśmę przewodzącą naprzód przepuszcza się prąd o mocy niezbędnej do ogrzania obudowy do temperatury, w której następuje jej skurcz, a następnie prąd o mocy niezbędnej do ogrzania obudowy do temperatury, w której następuje wtopienie grzejnej taśmy przewodzącej do podłoża stanowiącego zewnętrzną warstwę otuliny rury oraz do materiału obudowy. Zaleta sposobu według wynalazku polega na tym, że stosowanie warstw klejowych względnie mastyksu zapewnia uzyskanie szczelnego połączenia obudowy z otuliną cieplną rur, natomiast stosowanie taśmy grzejnej z polietylenu zawierającego węgiel umożliwia wtopienie tej taśmy w materiał otuliny i obudowy po zakończeniu procesu ogrzewania. Ponadto sposób ten jest mniej pracochłonny i prostszy w wykonaniu w stosunku do znanych sposobów, zaś otrzymane połączenie rur charakteryzuje się wysoką szczelnością i wytrzymałością mechaniczną. Sposób izolowania połączeń rur według wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia sposób izolowania miejsca połączenia odcinków rur, w przekroju podłużnym; fig. 2 - odmianę sposobu izolacji, w przekroju podłużnym, a fig. 3 - inną odmianę sposobu izolacji, w przekroju podłużnym. Sposób izolowania odcinków rur 11, z których każda składa się z centralnej rury stalowej 13 otoczonej otuliną 15 z poliuretanu, która jest zaopatrzona w dodatkową, zewnętrzną warstwę 16, również z poliuretanu, przy czym odcinki te są ze sobą zespawane w miejscu połączenia 17, polega na tym, że na końce rur 13, pozbawione przed spawaniem otuliny, nasuwa się obudowę 1 z termokurczliwego tworzywa sztucznego. Między wewnętrzną powierzchnią obudowy 1 a zewnętrzną powierzchnią rur 13 umieszcza się grzejną taśmę przewodzącą 19. Po ustaleniu położenia obudowy 1 względem odizolowanych końcówek rur 11, obudowę 1 ogrzewa się powodując jej obkurczenie, a następnie ochładza się ją. W tym czasie do grzejnej taśmy przewodzącej 19 doprowadza się prąd, wskutek czego zostają one ogrzane do temperatury niezbędnej do wtopienia taśmy 19 zarówno do materiału obudowy 1, jak i otuliny 15 rury 13. W celu podwyższenia jakości izolacji wprowadza się między wewnętrzną powierzchnię obudowy 1 a zewnętrzną powierzchnię rury 13 warstwę wykładziny z nieusieciowanego tworzywa sztucznego. Między wewnętrzną powierzchnię obudowy a zewnętrzną powierzchnię rury 11 wprowadza się warstwę aktywowanego cieplnie kleju. Korzystne jest, aby ta warstwa kleju zawierała włókna wzmacniające, na przykład włókna szklane lub ceramiczne. Figura 2 przedstawia sposób wykonania izolacji połączenia 17 rur 11, w którym między obudową 1' a zewnętrzną powierzchnią rur 11 osadzona jest taśma 29 pokryta warstwą mastyksu 33 oraz warstwą kleju 31, przy czym korzystne jest wstępne podgrzewanie końców rur 11 do temperatury około 60 C. Warstwa kleju 31 oraz warstwa mastyksu 33 mogą mieć taki sam kształt i wymiary. W przypadku, gdy warstwa mastyksu 33 jest węższa niż warstwa kleju 31, może być ona umieszczona wewnątrz warstwy kleju 31. Korzystne jest, aby warstwa mastyksu znajdowała się bliżej otuliny 15 rury 11, ponieważ mastyks ma z reguły lepszą przyczepność

5 do otuliny niż klej. Ponadto odizolowanie warstwy mastyksu przez klej od powierzchni obudowy zapobiega przyklejeniu się jej do warstwy mastyksu w niewłaściwym położeniu. Figura 3 przedstawia sposób izolowania połączeń rur 11 za pomocą obudowy 1 ''' zaopatrzonej na wewnętrznej powierzchni, w pobliżu końców w grzejną taśmę przewodzącą z zawierającego węgiel polietylenu o bardzo dużej masie cząsteczkowej. Taśmę dołącza się do źródła prądu i przepuszcza się przez nią prąd o natężeniu powodującym wytworzenie ciepła wystarczającego do skurczenia obudowy 1 ''' do pierwotnych wymiarów, a następnie prąd o natężeniu wywołującym temperaturę umożliwiającą wtopienie grzejnej taśmy przewodzącej do obudowy 1 oraz otuliny 15. W przypadku konieczności uzyskania szczelnych połączeń o wysokiej wytrzymałości, korzystne jest osadzanie na zewnętrznej powierzchni obudowy 1, po jej uformowaniu, pierścieni wzmacniających, również z termokurczliwego tworzywa sztucznego, i poddanie ich ogrzewaniu. Szczególnie korzystne jest stosowanie pierścieni wzmacniających w połączeniach, w których wewnątrz obudowy może wystąpić ciśnienie.

6 Fig.1 Fig.2 Fig.3 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.