PL218691B1 - Technology for production the preinsulated tubes using the callibrating device for the shape metamorphosis - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania rur preizolowanych przy pomocy kalibratora do metamorfozy kształtu. Sposób wytwarzania oraz urządzenie według wynalazku znajduje zastosowanie w wytwarzaniu przewodów stosowanych w systemach grzewczych, ciepłownictwie i przesyle cieczy oraz gazu. Rura wytwarzana według wynalazku jest już na etapie produkcji zaopatrywana w kilka warstw, które pełnią kilka zróżnicowanych funkcji. Wszystkie warstwy łącznie tworzą natomiast integralną całość.The subject of the invention is a method and a device for the production of pre-insulated pipes using a shape metamorphosis calibrator. The method of production and the device according to the invention find application in the production of pipes used in heating systems, district heating and transmission of liquids and gas. The pipe produced according to the invention is already provided with several layers at the production stage, which have several different functions. All the layers together form an integral whole.

Typowa rura wielowarstwowa składa się z zewnętrznej rury osłonowej, z reguły poprzecznie karbowanej i wykonanej z tworzywa sztucznego, otuliny utworzonej z pianki izolacyjnej, wewnętrznej rury osłonowej oraz rury medialnej którą przesyłane jest medium w postaci cieczy lub gazu. Warstwa zewnętrzna spełnia funkcję ochronną, chroniąc cały przewód przed uszkodzeniami mechanicznymi. Warstwa druga zwana otuliną zapewnia termoizolację rury medialnej i przesyłanego nią medium. Wewnętrzna rura osłonowa, która również może być karbowana, dodatkowo ochrania rurę medialną, nadto umożliwiając jej ewentualną wymianę w razie awarii.A typical multilayer pipe consists of an outer casing pipe, generally cross-corrugated and made of plastic, a casing made of insulating foam, an inner casing pipe and a media pipe which is conveyed by a liquid or gas medium. The outer layer performs a protective function, protecting the entire cable against mechanical damage. The second layer, called the cover, provides thermal insulation of the media pipe and the medium transported with it. The inner casing tube, which can also be corrugated, additionally protects the media tube and enables it to be replaced in the event of a failure.

Znane są metody produkcji rur preizolowanych polegające na łączeniu ze sobą kolejnych warstw materiałów, powstających w oddzielnych niezależnych od siebie, procesach technologicznych. Do ich produkcji stosuje się stanowiska montażowe, na których w sposób mechaniczny, przy zastosowaniu specjalnych zabieraków, następuje nawlekanie na siebie kolejnych warstw, a później wepchnięcie do wewnątrz rury medialnej. Metody te mają ograniczenia w postaci długości wytwarzanych odcinków fabrykacyjnych a nadto są czasochłonne.There are known methods of producing pre-insulated pipes, which consist in joining together successive layers of materials, formed in separate, independent technological processes. For their production, assembly stations are used, on which, mechanically, with the use of special drivers, successive layers are threaded over one another, and then the media pipe is pushed inside. These methods have limitations in the form of the length of the manufactured sections and are also time-consuming.

W polskim opisie patentowym PL 184940 ujawniony został sposób wytwarzania kształtowego elementu przeciętego w kierunku wzdłużnym i mającego pokrycie z folii, na stronie zewnętrznej, zgodnie z którym wytwarza się wydłużony, walcowy, przecięty kształtowy element, mający współosiową cylindryczną wnękę, przy czym wytwarza się też przecięte pokrycie z folii na walcowej powierzchni zewnętrznej. W sposobie według opisu patentowego PL 184940 wydłużony element walcowy przesuwa się osiowo w linii produkcyjnej. Następnie na element walcowy, na tej samej linii produkcyjnej, nasuwa się rękaw z arkusza płaskiej folii którego średnicę stopniowo zmniejsza się z równoczesnym utrzymaniem naprężenia w kierunku osiowym, aż do zetknięcia się folii z zewnętrzną stroną elementu walcowego. Technologia produkcji według opisu PL 184940 jest obarczona szeregiem ograniczeń i niedogodności. Między innymi niedogodnością jest konieczność stałego utrzymywania naprężenia folii przy jednoczesnym zmniejszaniu średnicy rękawa tworzonego przez folię oraz trudności w dokładnym dopasowaniu folii do elementów karbowanych poprzecznie lub elementów pofałdowanych wzdłużnie.The Polish patent specification PL 184940 discloses a method of producing a shaped element cut in the longitudinal direction and having a foil covering on the outer side, according to which an elongated, cylindrical, cut shaped element is produced having a coaxial cylindrical cavity, while also producing cut sections foil covering on the cylindrical outer surface. In the method according to the patent description PL 184940 the elongated cylindrical element moves axially in the production line. Then, on the same production line, a tube is slipped from a sheet of flat foil, the diameter of which gradually decreases while maintaining tension in the axial direction, until the foil contacts the outer side of the cylindrical element. The production technology according to the description PL 184940 suffers from a number of limitations and disadvantages. Among other disadvantages is the need to keep the tension of the foil constant while reducing the diameter of the sleeve formed by the foil and the difficulty of accurately fitting the foil to transversely corrugated or longitudinally corrugated elements.

W celu uniknięcia powyższej niedogodności i osiągnięcia wysokiej dokładności dopasowania warstw rury, w sposobie wytwarzania rur preizolowanych według wynalazku, wykorzystuje się do łączenia poszczególnych warstw rury efekt pamięci kształtu indukowanego przez zmianę temperatury. Sposób wytwarzania rur preizolowanych przy zastosowaniu kalibratora do metamorfozy kształtu cechuje się wykorzystaniem zmiany kształtu wejściowego materiału izolacyjnego w postaci rury o kołowym przekroju poprzecznym do kształtu o profilu wieloramiennym wzdłużnie pofałdowanym. Taka zmiana kształtu powoduje zmniejszenie obwodu zewnętrznego elementu stanowiącego materiał izolacyjny nawet o ponad 20%. Po uzyskaniu zmniejszenia obwodu elementu stanowiącego materiał izolacyjny jest on wprowadzany poprzez przelotowy kanał głowicy kątowej do wnętrza wytwarzanej karbowanej rury osłonowej stanowiącej warstwę zewnętrzną. Następnie ciepło pochodzące od gorącej rury osłonowej, która na etapie wtryskiwania surowca przez głowicę kątową do formy (elementów kształtowych) ma temperaturę w przedziale 170°-230°C, indukuje efekt pamięci kształtu materiału izolacyjnego określanego jako otulina. Wskutek oddziaływania wysokiej temperatury otulina stanowiąca wewnętrzną warstwę wytwarzanego przewodu, która przed połączeniem z materiałem rury osłonowej ma temperaturę około 40°C, odkształca się i powraca do pierwotnego kształtu o kołowym przekroju poprzecznym.In order to avoid the above disadvantage and to achieve a high accuracy of matching the pipe layers, the method of producing pre-insulated pipes according to the invention uses the shape memory effect induced by temperature change to connect the individual pipe layers. The method of producing pre-insulated pipes with the use of a calibrator for shape metamorphosis is characterized by the use of changing the shape of the input insulation material in the form of a pipe with a circular cross-section to a shape with a longitudinally corrugated multi-arm profile. Such a change of shape reduces the circumference of the outer element constituting the insulating material by even more than 20%. After the circumference of the insulating element is reduced, it is introduced through the through-channel of the angle head into the interior of the corrugated outer layer corrugated pipe. Then the heat from the hot casing pipe, which at the stage of injecting the raw material through the angular head into the mold (s) has a temperature in the range of 170 ° -230 ° C, induces a shape memory effect of the insulation material referred to as lagging. As a result of the high temperature, the cover constituting the inner layer of the produced conductor, which before joining with the material of the casing pipe has a temperature of about 40 ° C, deforms and returns to its original shape with a circular cross-section.

Istotą urządzenia według wynalazku jest zaopatrzenie go w szereg sekcji kształtowych wykonanych z metalu o dobrym przewodnictwie cieplnym. Poszczególne sekcje mają kształt pierścieni o jednakowej średnicy zewnętrznej, które są montowane we wspólnym korpusie. Pierścienie posiadają otwory płynnie i liniowo przechodzące od kształtu kołowego do kształtu wieloramiennego, korzystnie czteroramiennego, nadającego wzdłużne pofałdowanie kształtowanemu materiałowi izolacyjnemu.The essence of the device according to the invention is to provide it with a series of shaped sections made of metal with good thermal conductivity. The individual sections are shaped like rings of the same outside diameter, which are mounted in a common body. The rings have holes in a smooth and linear transition from a circular shape to a multi-arm shape, preferably four-arm shape, imparting a longitudinal corrugation to the insulating material to be formed.

PL 218 691 B1PL 218 691 B1

Korzystnym jest wyposażenie kalibratora do produkcji rur preizolowanych w kanały doprowadzające środek smarny do sekcji prostych i kształtowych. Zastosowanie środka smarnego jest korzystne z uwagi na zmniejszenie tarcia przy przeciąganiu przez pierścienie kalibrujące materiału izolacyjnego, przykładowo polietylenu.It is advantageous to equip the calibrator for the production of pre-insulated pipes with channels that supply lubricant to straight and shaped sections. The use of a lubricant is advantageous in view of reducing the friction when an insulating material, for example polyethylene, is pulled through the calibration rings.

Opcjonalnie pierścienie wchodzące w skład sekcji kształtowych kalibratora według wynalazku mogą mieć różną temperaturę i być nagrzewane oraz termoregulowane w celu uzyskania zróżnicowanych temperatur na poszczególnych pierścieniach. Wyższa temperatura pierścieni w początkowych sekcjach kształtowych jest korzystna z uwagi na zmiękczenie i uplastycznienie materiału izolacyjnego otuliny, przykładowo polietylenu. Uplastycznienie materiału izolacyjnego ułatwia z kolei jego przeprofilowanie do kształtu wieloramiennego. Natomiast niższa temperatura sekcji końcowych, powoduje obniżenie temperatury materiału izolacyjnego na wyjściu z kalibratora, przed połączeniem otuliny z rurą osłonową. Obniżenie temperatury materiału izolacyjnego zwiększa jego podatność na wywołanie efektu pamięci kształtu w kolejnym etapie procesu technologicznego, w którym materiał izolacyjny styka się z gorącą rurą osłonową. Większa różnica temperatur rury osłonowej oraz materiału izolacyjnego ułatwia zaindukowanie efektu pamięci kształtu otuliny.Optionally, the rings included in the shaped sections of the calibrator of the invention may have different temperatures and be heated and thermoregulated to achieve different temperatures on the individual rings. The higher temperature of the rings in the initial shaped sections is advantageous in view of the softening and plasticization of the sheath insulating material, for example polyethylene. The plasticization of the insulating material facilitates its re-profiling to a multi-arm shape. On the other hand, the lower temperature of the end sections reduces the temperature of the insulating material at the exit from the calibrator, before joining the casing with the casing pipe. Lowering the temperature of the insulating material increases its susceptibility to causing the shape memory effect in the next stage of the technological process, in which the insulating material meets the hot casing pipe. The greater temperature difference between the casing pipe and the insulating material makes it easier to induce the shape memory effect of the cover.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku z boku, linię produkcyjną do realizacji sposobu według wynalazku oraz urządzenie według wynalazku.The subject of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a side view of a production line for carrying out the method according to the invention and a device according to the invention.

Sposób i urządzenie do wytwarzania rur preizolowanych przy zastosowaniu kalibratora do metamorfozy kształtu według wynalazku w przykładowym wykonaniu pokazane są na fig. 1, gdzie wykorzystuje się zmianę kształtu wejściowego materiału izolacyjnego otuliny w postaci rury (1) do kształtu o profilu wieloramiennym - wzdłużnie pofałdowanym (2), przez co następuje redukcja jego obwodu zewnętrznego powyżej 20%. Umożliwia to wprowadzenie materiału izolacyjnego poprzez głowicę kątową (3) do wnętrza produkowanej karbowanej rury osłonowej (4). W procesie wykorzystywane jest zjawisko pamięci kształtu wywoływane wysoką temperaturą rury osłonowej (4) która na tym etapie produkcji ma temperaturę 180°C. Konstrukcja urządzenia według wynalazku oparta jest o zastosowanie szeregu term uregulowanych sekcji kształtowych (5) wykonanych z metalu o dobrym przewodnictwie cieplnym. Poszczególne sekcje mają kształt pierścieni o jednakowej średnicy zewnętrznej montowanych we wspólnym korpusie (6). Poszczególne pierścienie posiadają otwory płynnie przechodzące od kształtu kołowego do kształtu wieloramiennego nadającego wzdłużne pofałdowanie. Uzyskanie pierścieni o pożądanym kształcie otworów zmieniających się liniowo jest możliwe przy uzyskaniu obrabiarki sterowanej numerycznie. W celu umożliwienia płynnego przebiegu procesu wytwarzania został zastosowany system kanałów (7) doprowadzających środek smarny do poszczególnych sekcji kształtowych (5).The method and device for the production of pre-insulated pipes with the use of the shape metamorphosis calibrator according to the invention in an exemplary embodiment are shown in Fig. 1, where it is used to change the shape of the input insulation material of the lagging in the form of a pipe (1) to a shape with a multi-arm profile - longitudinally corrugated (2 ), which reduces its external circumference by more than 20%. This enables the insulating material to be introduced through the angular head (3) into the inside of the produced corrugated casing pipe (4). The process uses the shape memory effect caused by the high temperature of the casing pipe (4), which at this stage of production has a temperature of 180 ° C. The construction of the device according to the invention is based on the use of a series of thermally regulated shaped sections (5) made of metal with good thermal conductivity. The individual sections have the shape of rings of the same outer diameter mounted in a common body (6). The individual rings have holes that smoothly change from a circular shape to a multi-pointed shape giving longitudinal ripple. Obtaining rings with the desired shape of holes changing linearly is possible with a numerically controlled machine tool. In order to enable the smooth running of the production process, a system of channels (7) supplying lubricant to individual shaped sections (5) has been applied.

W przykładzie wykonania urządzenie według wynalazku posiada zespół głowic z umieszczonym pomiędzy nimi systemem kalibratorów. Zasada działania tego układu wykorzystuje zjawisko pamięci kształtu produkowanej rury izolacyjnej. Tuż po wstępnym uformowaniu materiału izolacyjnego, za pomocą głowicy do produkcji spienionego polietylenu (PE), następuje jego wprowadzenie do kalibratora dokonującego metamorfozy kształtu. Kalibrator schładza do określonej temperatury oraz formuje materiał wejściowy o przekroju okrągłym w postaci rury (1) na kształt pośredni zbliżony do kwadratu z mocno zaokrąglonymi rogami, następnie przechodzący liniowo w docelowy profil czteroramienny wzdłużnie pofałdowany (2), a w konsekwencji dokonuje całkowitej metamorfozy kształtu materiału izolacyjnego. Cała ta transformacja kształtu powoduje uzyskanie mocno wzdłużnie pofałdowanego czteroramienny profilu (2) przy redukcji wymiaru zewnętrznego w przedziale 15-25%. Po wyjściu z kalibratorów kształt ten zostaje ponownie schłodzony i utrwalony. Materiał izolacyjny w postaci czteroramiennego profilu (2), po zredukowaniu jego rozmiarów zewnętrznych, zostaje wprowadzony do przelotowego kanału głowicy kątowej, wtryskującej do form uplastyczniony materiał zewnętrznej karbowanej rury osłonowej. Czteroramienny profil wzdłużnie pofałdowany (2) trafia następnie do wnętrza formowanej podciśnieniowo karbowanej rury osłonowej (4). Dostarczone ciepło pochodzące od gorącej, jeszcze niewystudzonej rury osłonowej (4) posiadającej, na tym etapie produkcji, temperaturę w zakresie 170°-230°C powoduje indukcję efektu pamięci kształtu materiału izolacyjnego. W wyniku efektu pamięci kształtu otulina ze spienionego PE stanowiąca wewnętrzną rurę (1) posiadająca na tym etapie postać czteroramiennego profilu wzdłużnie pofałdowanego (2) odkształca się i powraca do pierwotnego przekroju kołowego w postaci rury (1). Rura (1) ta po rozprostowaniu się, szczelnie dolega do wewnętrznej powierzchni rury osłonowej (4) wciskając się do wnętrza jej karbów.In an embodiment, the device according to the invention has a set of heads with a system of calibrators placed therebetween. The principle of operation of this system uses the phenomenon of shape memory of the produced insulation pipe. Immediately after the initial shaping of the insulating material, it is fed into the calibrator that performs the shape metamorphosis with the aid of a polyethylene (PE) foam production head. The calibrator cools down to a certain temperature and forms the input material with a circular cross-section in the form of a pipe (1) into an intermediate shape similar to a square with strongly rounded corners, then passing linearly into the target longitudinally corrugated four-arm profile (2), and consequently performs a complete metamorphosis of the shape of the insulation material . All this shape transformation results in a strongly longitudinally corrugated four-arm profile (2) with a reduction in the external dimension in the range of 15-25%. After exiting the calibrators, the shape is cooled down again and fixed. The insulating material in the form of a four-arm profile (2), after reducing its external dimensions, is introduced into the passage channel of the angular head, which injects the plasticized material of the outer corrugated casing pipe into the molds. The four-arm longitudinally corrugated profile (2) then goes inside the vacuum-formed corrugated casing pipe (4). The supplied heat from the hot, yet uncooled casing pipe (4) having, at this stage of production, a temperature in the range of 170 ° -230 ° C induces a shape memory effect of the insulation material. As a result of the shape memory effect, the PE cover constituting the inner pipe (1) having the form of a four-arm longitudinally corrugated profile (2) at this stage deforms and returns to the original circular section in the form of a pipe (1). After straightening, this pipe (1) tightly adheres to the inner surface of the casing pipe (4), forcing itself into its grooves.

PL 218 691 B1PL 218 691 B1

Sposób wytwarzania według wynalazku umożliwia produkcję odcinków o dowolnej długości fabrykacyjnej, poprawia jakość uzyskanego wytworu z uwagi na maksymalne wykorzystanie przestrzeni wewnętrznej rury osłonowej i brak konieczności pozostawiania luzu technologicznego. Nadto wynalazek znacznie zwiększa wydajność produkcyjną przy znacznym obniżeniu energochłonności. Urządzenie według wynalazku łączy produkcję dwóch niezależnych półproduktów to jest: warstwy izolacyjnej tzw. otuliny oraz rury osłonowej - odbywającej się w znanym stanie techniki, na różnych liniach produkcyjnych - w jedną linię produkcyjną.The production method according to the invention enables the production of sections of any fabrication length, improves the quality of the product obtained due to the maximum use of the internal space of the casing pipe and the lack of the need to leave technological clearance. Moreover, the invention significantly increases the production efficiency with a significant reduction in energy consumption. The device according to the invention combines the production of two independent semi-finished products, i.e .: lagging and a casing pipe - in the known state of the art, on various production lines - into one production line.

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania rur preizolowanych przy zastosowaniu kalibratora do metamorfozy kształtu, znamienny tym, że wykorzystuje zmianę kształtu wejściowego materiału izolacyjnego w postaci rury (1) do kształtu o profilu wieloramiennym - wzdłużnie pofałdowanym (2), następnie materiał izolacyjny w kształcie profilu wieloramiennego wzdłużnie pofałdowanego (2) wprowadza się poprzez głowicę kątową (3) do wnętrza wytwarzanej rury osłonowej (4).1. The method of producing pre-insulated pipes using a calibrator for shape metamorphosis, characterized in that it uses changing the shape of the input insulation material in the form of a pipe (1) to a shape with a multi-arm profile - longitudinally corrugated (2), then the insulation material in the shape of a multi-arm longitudinally corrugated (2) is introduced through the angular head (3) into the inside of the casing pipe (4) to be manufactured. 2. Sposób wytwarzania rur preizolowanych według zastrz. 1, znamienny tym, że do połączenia materiału izolacyjnego w kształcie profilu wieloramiennego wzdłużnie pofałdowanego (2) z rurą osłonową (4) wykorzystuje się efekt pamięci kształtu materiału izolacyjnego indukowany nagrzewaniem materiału izolacyjnego.2. The method of manufacturing pre-insulated pipes according to claim A method according to claim 1, characterized in that the shape memory effect of the insulating material, induced by heating the insulating material, is used to connect the insulating material in the form of a longitudinally corrugated multi-arm profile (2) to the casing pipe (4). 3. Urządzenie do wytwarzania rur preizolowanych przy zastosowaniu kalibratora do metamorfozy kształtu, znamienne tym, że kalibrator posiada szereg sekcji kształtowych (5) wykonanych z metalu o dobrym przewodnictwie cieplnym, a poszczególne sekcje kształtowe (5) mają kształt pierścieni o jednakowej średnicy zewnętrznej montowanych we wspólnym korpusie (6) i są zaopatrzone w otwory przechodzące od kształtu kołowego do kształtu wieloramiennego.3. A device for the production of pre-insulated pipes using a calibrator for shape metamorphosis, characterized in that the calibrator has a number of shaped sections (5) made of metal with good thermal conductivity, and the individual shaped sections (5) have the shape of rings with the same outer diameter mounted in common body (6) and are provided with openings extending from a circular shape to a multi-arm shape. 4. Urządzenie do wytwarzania rur preizolowanych przy zastosowaniu kalibratora do metamorfozy kształtu według zastrz. 3, znamienne tym, że kalibrator posiada kanały (7) doprowadzające środek smarny do sekcji prostych i kształtowych.Device for the production of pre-insulated pipes using the shape metamorphosis calibrator according to claim 1. The method of claim 3, characterized in that the calibrator has channels (7) for supplying lubricant to the straight and shaped sections. 5. Urządzenie do wytwarzania rur preizolowanych przy zastosowaniu kalibratora do metamorfozy kształtu, znamienne tym, że poszczególne sekcje kalibratora są termoregulowane.5. Device for the production of pre-insulated pipes using a shape metamorphosis calibrator, characterized in that the individual sections of the calibrator are thermoregulated.