FI125098B - Putkistoelementti ja menetelmä ja laitteisto sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

Putkistoelementti ja menetelmä ja laitteisto sen valmistamiseksi

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on putkistoelementti, jossa on ainakin yksi pitkänomainen elementti, jonka ulkopuolella on eriste ja jonka ulkopuolella on korrugoitu ulkovaippa, jolloin putkistoelementti on taivutettavissa.

Edelleen keksinnön kohteena on menetelmä putkistoelementin valmistamiseksi, missä menetelmässä syötetään ainakin yksi pitkänomainen elementti, sovitetaan sen ulkopuolelle eriste, ja muodostetaan eristeen ulkopuolelle korrugaattorilla korrugoitu ulkovaippa.

Vielä keksinnön kohteena on laitteisto putkistoelementin valmistamiseksi, johon laitteistoon kuuluu välineet ainakin yhden pitkänomaisen elementin syöttämiseksi, välineet eristeen sovittamiseksi pitkänomaisen elementin ulkopuolelle, ja suulakepuristin sekä korrugaattori korrugoidun ulkovaipan muodostamiseksi eristeen ulkopuolelle.

Esimerkiksi aluelämpöverkoissa käytetään putkistoelementtejä, jossa on sisimpänä yksi tai useampia virtausputkia ja sen ympärillä eriste. Eristeen ulkopuolella on korrugoitu ulkovaippa. Eräs tällainen putkistoelementti on esitetty esimerkiksi julkaisussa US 4929409. Tällainen putkistoelementti on rengasjäykkyydeltään erittäin hyvä, jolloin se sopii erityisen hyvin käytettäväksi maanalaisiin asennuksiin esimerkiksi aluelämpöverkoissa. Putkistoelementti on myös taipuisa, jolloin se voidaan varastointia ja kuljetusta varten kääriä kelalle. Kaukolämpökäytössä tunnetaan myös putkistoelementtejä, joissa vir-tausputkien ulkopuolelle on vaahdotettu polyuretaanivaahto ja polyure-taanivaahdon ulkopuolelle on sovitettu ulkovaippa. Polyuretaanivaahdon vuoksi tällainen putkistoelementti on jäykkää ja taipumatonta, jolloin niiden kuljetus, asennus ja käsittely on varsin työlästä ja hankalaa.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan aikaisempaa nähden parannettu putkistoelementti sekä menetelmä ja laitteisto sen valmistamiseksi.

Keksinnön mukaiselle putkistoelementille on tunnusomaista se, että putkistoelementin eristeen vapaa ulkohalkaisija on suurempi kuin korrugoidun ulkovaipan pienin sisähalkaisija.

Edelleen keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että pienennetään eristeen ulkohalkaisijaa väliaikaisesti ennen sen johtamista korrugaattoriin, jolloin ulkovaippa muodostetaan eristeen päälle ja eriste palautuu kohti laajempaa ulkohalkaisijaansa painautuen ulkovaipan sisäpintaa vasten.

Vielä keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, että välineet eristeen ulkohalkaisijan pienentämiseksi käsittävät kietomislaitteen muovikelmun kietomiseksi ruuviviivan muotoon eristeen ulkopuolelle.

Esitetyssä ratkaisussa putkistoelementtiin kuuluu ainakin yksi pitkänomainen elementti, kuten virtausputki, sen ulkopuolelle sovitettu eriste ja eristeen ulkopuolelle sovitettu korrugoitu ulkovaippa siten, että putkistoele-mentti kokonaisuudessaan on taipuisa. Putkistoelementin eristekerroksen vapaa ulkohalkaisija on suurempi kuin korrugoidun ulkovaipan pienin sisähal-kaisija. Tällöin eriste painautuu tiukasti ulkovaippaa vasten. Tällöin esimerkiksi ulkovaippaan tulleesta reiästä sisälle päässyt vesi ei pääse etenemään putkistoelementin sisällä ulkovaipan ja eristeen välissä. Edelleen eristekerros on putkistoelementissä tiiviisti asetettuna, jolloin putkistoelementti on kaiken kaikkiaan jämäkkä ja siisti.

Erään sovellutusmuodon ajatuksena on, että eristekerroksen ulkopuolelle eristekerroksen ja ulkovaipan väliin on sovitettu vesitiivis kerros. Tällainen vesitiivis kerros suojaa eristekerrosta kastumiselta. Erityisen edullisesti eristekerroksen ja ulkovaipan välissä on kerros, joka hitsaa/liimaa eristekerroksen ja ulkovaipan yhteen. Tällainen kerros varmistaa eristekerroksen ja ulkovaipan välin tiiviyden erittäin luotettavasti.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti laitteistoa putkistoelementin valmistamiseksi sivultapäin katsottuna ja osittain poikkileikattuna, ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti putkistoelementtiä sivultapäin katsottuna ja poikkileikattuna.

Kuvioissa keksinnön eräitä suoritusmuotoja on esitetty selvyyden vuoksi yksinkertaistettuna. Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa samoilla viitenumeroilla.

Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty laitteisto putkistoelementin valmistamiseksi. Putkistoelementissä 1 on korrugoitu ulkovaippa 2. Ulkovaipan 2 sisäpuolella on eriste 3. Eristeen 3 sisäpuolella on virtausputkia 4. Virtausputkia 4 voi olla yksi tai useampia. Virtausputkien 4 lisäksi tai sijaan voi putkistoelementissä 1 olla muitakin pitkänomaisia elementtejä, kuten kaapeli, suojaputki ja/tai tukielin muiden pitkänomaisten elementtien tukemiseksi.

Virtausputket 4 on valmistettu etukäteen ja kiedottu kelalle 5. Laitteistoon kuuluu siis välineet virtausputkien 4 syöttämiseksi kelalta 5, mutta kyseisiä välineitä, jotka tukevat kelaa 5 ja mahdollistavat virtausputkien 4 syöttämisen, ei selvyyden vuoksi ole esitetty oheisessa kuviossa.

Eriste 3 on esivalmistettu eriste ja se on levymäisessä muodossa kelalla 6. Selvyyden vuoksi ei kuviossa 1 ole esitetty välineitä kelan 6 tukemiseksi ja pyörittämiseksi. Kelalta 6 levymäisessä muodossa oleva eriste 3 syötetään käärintälaitteen 7 kautta, jolloin levymäinen eriste 3 kääritään virtaus-putkien 4 ympärille. Levymäisen eristeen 3 sivut yhdistetään hitsauslaitteella 8. Levymäisen eristeen 3 toisiaan vasten olevista sivuista muodostuva sauma esimerkiksi sulatetaan kuumalla ilmalla umpinaiseksi siten, että eriste 3 on kokonaisuudessaan virtausputkien 4 ympärillä. Hitsauslaite 8 voi sulattaa sauman yhteen jollakin muullakin sinänsä tunnetulla tavalla kuin kuumaa ilmaa hyödyntämällä. Hitsauslaitteen 8 sijaan voidaan levymäisen eristeen sivujen yhdistämiseen käyttää myös esimerkiksi liimauslaitetta. Tämän jälkeen virtausputket 4 ja eriste 3 syötetään kietomislaitteen 9 kautta, missä kietomislaitteella 9 kiedotaan eristeen 3 ympärille muovikelmua 10. Koska virtausputket 4 ja eriste 3 liikkuvat laitteistossa koko ajan eteenpäin, eli kuviossa 1 katsottuna vasemmalle, ja kietomislaite 9 kiertää muovikelmurul-laa eristeen 3 ympäri, asettuu muovikelmu 10 eristeen 3 ympärille ruuviviivan tai spiraalin muotoon.

Muovikelmulla 10 pienennetään eristeen 3 ulkohalkaisijaa. Virtaus-putket 4 ja niiden ympärille kiedottu eriste, jonka ulkohalkaisija on muovikelmulla 10 pienennetty, johdetaan suulakepuristimen 11 suuttimen 12 läpi. Kuviossa 1 on ulkohalkaisijan pienentäminen havainnollistettu liioiteltuna. Suulakepuristimella 11 ja suuttimella 12 puristetaan eristeen 3 ja muovikelmun 10 ulkopuolelle muovikerros, josta korrugaattorissa 13 muodostetaan putkistoele-mentille 1 korrugoitu ulkovaippa 2. Korrugaattorissa 13 on kahdet liikkuvat ko-killit 14 sinänsä tunnetulla tavalla. Suulakepuristimen 11, suuttimen 12 ja kor- rugaattorin 13 rakennetta ja toimintaa ei ole tässä yhteydessä selitetty sen tarkemmin, koska kyseiset seikat ovat alan ammattimiehelle täysin tunnettuja.

Korrugaattorin 13 sisälämpötila on niin korkea, tyypillisesti suuruusluokkaa 165- 175 °C, että muovikelmu 10 pehmenee ja siten venyy ja päästää eristeen palautumaan kohti laajempaa ulkohalkaisijaansa. Koska eristeen 3 ulkohalkaisijaa on pienennetty ennen korrugaattoria 13, voi sen alkuperäinen vapaa ulkohalkaisija ennen muovikelmun 10 kietomista sen ympärille olla suurempi kuin korrugoidun ulkovaipan 2 pienin sisähalkaisija. Niinpä korrugaatto-rissa 13 eriste 3 palautuu kohti laajempaa halkaisijaansa painautuen ulkovaipan 2 sisäpintaa vasten.

Korrugoitu ulkovaippa 2 koostuu peräkkäisistä harjoista 2a ja urista 2b, jotka tyypillisesti ovat rengasmaisia. Haluttaessa voidaan harja 2a ja ura 2b muodostaa myös jatkuviksi ruuviviivan muotoon. Korrugoidun ulkovaipan 2 pienin sisähalkaisija on urien 2b kohdalla. Niinpä eriste 3 on tiiviisti painautuneena korrugoidun ulkovaipan 2 sisäpintaa vasten urien 2b kohdalla. Harjojen 2a kohdalla eriste 3 pääsee laajenemaan laajemmaksi kuin ulkovaipan 2 pienin sisähalkaisija kuvion 2 osoittamalla tavalla.

Korrugaattorissa 13 muovikelmua 10 lämmitetään niin paljon, että se ainakin osittain sulaa ja siten liimaa/hitsaa eristeen 3 kiinni ulkovaipan 2 sisäpintaan.

Muovikelmun 10 paksuus voi olla jokin esim. 20 pm ja 100 pm välillä. Ohut muovikelmu saattaa lämmön vaikutuksesta olla korrugaattorin jälkeen näkymätön, mutta saattaa silti hitsata eristeen 3 riittävän tiiviisti ulkovaipan 2 sisäpintaa vasten. Paksumpi muovikelmu jää lämmityksen jälkeen myös näkyväksi siten, että sen muodostaman kerroksen vesitiiviys on visuaalisesti tarkastettavissa.

Edullisesti muovikelmu 10 kelataan siten, että uusi kierros asettuu edellisen kierroksen päälle osittain eli reunat asettuvat lomittain. Tällöin varmistetaan se, että aikaansaadaan muovikelmulla vesitiivis kerros. Muovikelmua 10 voidaan kelata myös siten, että eri kierrosten väliin jää rako, jolloin muovikelmusta ei muodostu koko eristeen 3 päälle kerrosta, mutta tällaisellakin ratkaisulla saadaan eristeen 3 ulkohalkaisijaa pienennettyä ennen korrugaattoria ja näin eriste 3 painautumaan tiiviisti ulkovaipan 2 sisäpintaa vasten. Muovikelmulla 10 aikaansaadun kerroksen paksuuteen voidaan myös vaikuttaa kietomislaitteen 9 kierrosmäärä säätämällä, jolloin siis saadaan säädettyä sitä, kuinka paljon lomittain peräkkäiset kierrokset asettuvat. Muovikelmun 10 kutistusvoimaa, eli sitä kuinka paljon eristettä 3 puristetaan kokoon, voidaan säätää kietomislaitteen 9 jarrutusvoimaa säätämällä. Eristeen 3 vapaa ulkohal-kaisija voidaan muodostaa esimerkiksi 3-20 mm paksummaksi kuin ulkovaipan 2 pienin sisähalkaisija, joka on siis uran 2b kohdalla. Ulkovaipan 2 pienin sisähalkaisija voi vaihdella esimerkiksi 50 ja 300 mm välillä.

Muovikelmun 10 materiaali voi olla esimerkiksi pientiheyspolyeteeni PE-LD ja sen paksuus esimerkiksi 20 - 200 pm. Muovikelmun 10 leveys taas voi tällöin olla esimerkiksi 50 - 200 mm.

Eriste 3 on edullisimmin silloitettua umpisolupolyeteenivaahtoa. Eriste 3 voi olla muodostettu useammasta esivalmistetusta eristelevykerrok-sesta. Eri kerrosten paksuus voi olla yhtä suuri. Luonnollisesti ulommaksi käärittävän kerroksen leveys täytyy olla suurempi kuin sisemmäksi käärittävän eristekerroksen.

Korrugoitu ulkovaippa 2 on edullisimmin muodostettu polyeteenistä PE. Edullisimmin virtausputket 4, eriste 3 ja ulkovaippa ovat kaikki valmistettu joko silloitetusta tai tavanomaisesta polyeteenistä. Tällöin esimerkiksi putkis-toelementin käsittely kierrätyksen yhteydessä on yksinkertaista ja helppoa. On toki mahdollista käyttää myös muita materiaaleja. Esimerkiksi eriste 3 voi olla myös vaahdotettua polypropeenia. Vastaavasti ulkovaippa 2 voi olla myös polypropeenia.

Ulkovaipan 2 muodostaminen korrugoiduksi aikaansaa sen, että putkistoelementin rengasjäykkyys on varsin hyvä, esimerkiksi 8-12 kN/m2. Erityisen hyvin putkistoelementti 1 soveltuu käytettäväksi maahan haudattuna. Käyttökohteina voivat olla esimerkiksi aluelämpöverkot ja käyttövesijärjestel-mät. Korrugoinnin ansiosta ja eristeen 3 pehmeyden vuoksi on putkistoelementti kuitenkin taivutettavissa. Se, että putkistoelementti 1 on taivutettavissa tarkoittaa, että putkistoelementti voidaan kääriä kelalle varastointia ja kuljetusta varten ja purkaa kelalta asennuksen yhteydessä. Putkistoelementin 1 ulkohal-kaisija voi tyypillisesti olla välillä 100 - 300 mm. Tällaiset putkistoelementit 1 voidaan varastointia ja kuljetusta varten kietoa kelalle, jonka halkaisija voi vaihdella esimerkiksi 0,8 - 3 m välillä.

Joissain tapauksissa tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan käyttää sellaisenaan, muista piirteistä huolimatta. Toisaalta tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan tarvittaessa yhdistellä erilaisten kombinaatioiden muodostamiseksi.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Kietomislaitteen ja muovikelmun sijaan voidaan eristekerroksen ul-kohalkaisijaa pienentää väliaikaisesti myös esimerkiksi johtamalla virtausputki ja sen ulkopuolelle sovitettu eriste eristekerroksen ulkohalkaisijaa pienentävän supistuskartion läpi. Tällöin eristekerroksen ulkohalkaisija pienenee supistus-kartiossa ja palautuu materiaalin muistin ansiosta kohti alkuperäistä vapaata ulkohalkaisijaansa vasten ulkovaipan 2 sisäpintaa. Edelleen eristeen ulkohalkaisijaa voidaan pienentää ekstrudoimalla eristeen ulkopinnalle sitä kutistava, esimerkiksi polyeteeniä oleva kerros, joka korrugaattorissa lämmön vaikutuksesta päästää eristeen 3 laajenemaan eli käyttäytyy siis samalla tavoin kuin muovikelmu 10.

Claims (11)

1. Putkistoelementti, jossa on ainakin yksi pitkänomainen elementti, jonka ulkopuolella on eriste (3) ja jonka ulkopuolella on korrugoitu ulkovaippa (2), jolloin putkistoelementti on taivutettavissa, tunnettu siitä, että putkistoelementin eristeen (3) vapaa ulkohalkaisija on suurempi kuin korrugoidun ulkovaipan (2) pienin sisähalkaisija.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen putkistoelementti, tunnettu siitä, että eristeen (3) ja korrugoidun ulkovaipan (2) välissä on vesitiivis kerros.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen putkistoelementti, tunnettu siitä, että eristeen (3) ulkopinnan ja korrugoidun ulkovaipan (2) sisäpinnan välissä on adheesiokerros eristeen (3) ja ulkovaipan (2) kiinnittämiseksi toisiinsa.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen putkistoelementti, tunnettu siitä, että eristeen (3) ja ulkovaipan (2) välissä oleva kerros on muodostettu muovikelmusta (10).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen putkistoelementti, tunnettu siitä, että pitkänomainen elementti on virtausputki (4).

6. Menetelmä putkistoelementin valmistamiseksi, missä menetelmässä syötetään ainakin yksi pitkänomainen elementti, sovitetaan sen ulkopuolelle eriste (3), ja muodostetaan eristeen (3) ulkopuolelle korrugaattorilla (13) korrugoitu ulkovaippa (2), tunnettu siitä, että pienennetään eristeen (3) ulkohalkaisijaa väliaikaisesti ennen sen johtamista korrugaattoriin (13), jolloin ulkovaippa (2) muodostetaan eristeen (3) päälle ja eriste palautuu kohti laajempaa ulkohalkaisijaansa painautuen ulkovaipan (2) sisäpintaa vasten.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pienennetään eristeen (3) ulkohalkaisijaa kietomalla sen ympärille muovikelmua (10), joka korrugaattorin (13) lämmön vaikutuksesta venyy kor-rugaattorissa (13).

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eristeen (3) ulkohalkaisijaa pienennetään muodostamalla sen päälle kerros, joka kiinnittää eristeen (3) ulkopinnan ulkovaipan (2) sisäpintaan.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pitkänomainen elementti on virtausputki (4).

10. Laitteisto putkistoelementin valmistamiseksi, johon laitteistoon kuuluu välineet ainakin yhden pitkänomaisen elementin syöttämiseksi, välineet eristeen (3) sovittamiseksi pitkänomaisen elementin ulkopuolelle, suulakepuristin (11) sekä korrugaattori (13) korrugoidun ulkovaipan (2) muodostamiseksi eristeen (3) ulkopuolelle, ja välineet eristeen (3) ulkohalkaisijan väliaikaiseksi pienentämiseksi, jotka välineet on sovitettu ennen korrugaattoria (13), t u n n e 11 u siitä, että välineet eristeen (3) ulkohalkaisijan pienentämiseksi käsittävät kie-tomislaitteen (9) muovikelmun (10) kietomiseksi ruuviviivan muotoon eristeen (3) ulkopuolelle.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että pitkänomainen elementti on virtausputki (4).