密封塑料管子的方法和用于密封塑料管子的装置

摘要

本发明公开了一种利用插塞(14)来密封塑料管子(12)的方法，其中所述插塞(14)包括位于其外表面周围的电熔元件(16)，所述方法包括以下步骤：将所述插塞(14)插到所述管子的内孔(13)中，并且在所述管子(12)和所述插塞(14)被迫使彼此径向抵靠而在所述插塞(14)与所述管子(12)之间形成密封的同时，使所述电熔元件(16)通电。

说明书

技术领域

本发明涉及一种密封塑料管子的方法和用于密封塑料管子的装置， 具体而言，本发明涉及一种利用插塞来密封塑料管子的方法。

背景技术

塑料管子正被越来越多地在公共事业中用于运送家庭用水供给和废 物。然而，在塑料管子用于饮用水供给的试运行之前，必须进行消毒以 使其达到所需的无菌程度。

传统上，塑料管子安装在地下，然后在饮用水供给引入之前，通过 氯化进行消毒。为此，需要向作业地点供应大量的含氯溶液，含氯溶液 经过管子，而后被安全地处理掉。

对已经安装的管子进行消毒意味着管子的安装与试运行之间的时间 可能会不希望地长。除了增加的劳动成本之外，安装与试运行之间的时 间延迟会增加道路工程的持续时间和/或水供给的中断。因此，非常希望 避免对现场消毒的需求。

英国专利申请GB-A-2431611(Glynwed Pipe Systems Limited)描述了 一种制造盘管的方法，其中在安装之前对盘管进行消毒和密封。特别地， 对熔融聚合物进行挤出、冷却并切割以形成管子。在挤出过程中或在挤 出后对管子进行消毒，并且使用包括热收缩密封帽或热收缩套筒和插塞 的密封件对消毒后的管子的各端部进行密封。而后，该密封件使管子保 持无菌状态，从而在现场无需氯化或通过少量氯化就可以对安装与试运 行之间的管子进行消毒。在试运行之前，将该密封件从管子的端部剥离， 或者从管子的端部切下并移除。

本发明的目的在于提供一种在安装之前密封塑料管子的可选方法以 及适用于密封塑料管子的装置。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种利用插塞来密封塑料管子的 方法，其中所述插塞包括位于其外表面上的电熔元件，所述方法包括以 下步骤：

将所述插塞插到所述管子的内孔中，并且在所述管子和所述插塞被 迫使彼此径向抵靠而在所述插塞与所述管子之间形成密封的同时，使所 述电熔元件通电。优选地，所述管子是盘管并且所述管子优选在其两端 部被密封。

本发明提供了一种密封塑料管子的方法，其中优选地在管子已被消 毒之后形成密封。因此，几乎不需要或完全不需要进行现场消毒，从而 允许更便宜、更迅速和更方便的安装/试运行过程。因为插塞在管子内孔 的内部形成密封，所以没有密封元件从管子径向地突出，从而使根据本 发明密封的管子适于任何安装操作，包括干线插入替换技术。

在一个优选实施例中，通过使所述插塞径向膨胀而抵靠所述管子的 内表面，迫使所述管子和所述插塞彼此径向抵靠。优选地，所述插塞适 于收容用来使所述插塞径向膨胀而抵靠所述管子的内表面的插塞膨胀工 具。更优选地，利用所述插塞膨胀工具使所述插塞的外径在约2mm/min 的速率下膨胀。所述插塞和所述管子均具有纵轴，并且所述插塞相对于 所述管子保持成使得在所述电熔元件的通电过程中所述插塞的纵轴与所 述管子的纵轴大致同轴。优选地，所述插塞膨胀工具相对于所述管子保 持所述插塞，使得在所述电熔元件的通电过程中，所述插塞的纵轴与所 述管子的纵轴大致同轴。

在可选的优选实施例中，在将所述插塞插到所述内孔中之前，使所 述管子的内径膨胀，其中在膨胀之前，所述插塞的初始外径优选大于所 述管子的内径。优选地，所述管子的内径膨胀约4％～6％。优选地，使用 管子膨胀工具使所述管子的内径膨胀。所述管子膨胀工具优选通过向所 述管子施加径向向外的膨胀力使所述管子的内径膨胀，其中所述管子膨 胀工具优选插到所述管子的内孔中，并且优选地向所述管子的内表面施 加膨胀力。在将所述插塞插到所述内孔中之前，优选地将所述管子膨胀 工具从所述内孔中移除。优选地通过所述管子在移除所述径向向外的膨 胀力之后的弹性驰豫，迫使所述管子和所述插塞彼此径向抵靠。

在另一个可选的优选实施例中，通过压缩所述管子而径向向内抵靠 所述插塞，迫使所述管子和所述插塞彼此径向抵靠。优选地，通过在所 述管子的外表面周围施加大致均匀的径向向内的力来压缩所述管子。这 将确保形成均匀一致的电熔接合。在特别优选的实施例中，使用设置在 所述管子的外表面周围的管子压缩带来压缩所述管子。

在所有实施例中，所述插塞优选包含可熔性聚合材料，并且所述电 熔元件埋入可熔性聚合材料内，其中所述可熔性聚合材料优选是聚乙烯。 所述塑料管子优选由聚乙烯制成。在电熔过程中，通过利用热膨胀和机 械膨胀或压缩的组合，可以实现良好可靠的接合。因此，本发明适于密 封内径可能由于具有公差的尺寸的组合而变化的管子。

优选地，所述电熔元件与其各端部的引线脚连接，并且所述引线脚 适于将所述电熔元件连接到电源。一旦所述插塞定位在所述管子内，所 述引线脚就允许所述电熔元件迅速且容易地通电。

优选地，所述插塞和所述密封能够承受的管内压力达到所述管子的 额定最大工作压力的1.5倍。在该实施例中，密封后的管子可以承受标 准压力测试并在整个压力测试过程中保持无菌状态。

优选地，通过从所述管子切下密封的端部并将所述管子连接到流体 网络而对所述管子进行试运行。因此，在整个安装和试运行过程中，所 述管子可以保持无菌状态。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于密封塑料管子的内孔的 插塞，其中所述插塞包括位于其可熔性外表面上的电熔元件，并且所述 插塞包括塞座，所述塞座适于收容用来使所述插塞径向膨胀的插塞膨胀 工具。所述电熔元件优选埋在所述可熔性外表面内，所述可熔性外表面 优选包含可熔性聚合材料。更优选地，所述可熔性聚合材料是聚乙烯。

在特别优选的实施例中，所述电熔元件与其各端部的引线脚连接， 并且所述引线脚适于将所述电熔元件连接到电源。

根据本发明的第三个方面，提供了一种用于密封塑料管子的内孔的 装置，所述装置包括：

插塞，所述插塞包括位于其可熔性外表面上的电熔元件；和

插塞膨胀工具，用于使所述插塞径向膨胀；

其中所述插塞包括适于收容所述插塞膨胀工具的塞座。

根据本发明的第四个方面，提供了一种用于密封塑料管子的内孔的 装置，所述装置包括：

插塞，所述插塞包括位于其可熔性外表面上的电熔元件；和

管子膨胀工具，用于使所述管子的内径径向膨胀。

根据本发明的第五个方面，提供了一种用于密封塑料管子的内孔的 装置，所述装置包括：

插塞，所述插塞包括位于其可熔性外表面上的电熔元件；和

管子压缩工具，用于径向压缩所述管子的内径。优选地，所述管子 压缩工具包括设置在所述管子的外表面周围的管子压缩带。

优选地，根据本发明的第三个、第四个和第五个方面，所述电熔元 件埋在所述可熔性外表面内，所述可熔性外表面优选包含可熔性聚合材 料。更优选地，所述可熔性聚合材料是聚乙烯。在特别优选的实施例中， 所述电熔元件与其各端部的引线脚连接，并且所述引线脚适于将所述电 熔元件连接到电源。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明的管子和插塞的剖视图。

具体实施方式

本发明提供一种用于密封塑料管子的方法和装置，使得优选地，在 密封之前可以在工厂环境中对管子进行消毒，而后管子被运送到可将其 在保持无菌状态的同时进行安装并试运行的安装地点。根据本发明制成 的密封管子适用于运送清洁度特别重要的饮用水供给或其他流体。可选 择地，根据本发明制成的密封管子可以承受的内压力达到管子的额定最 大工作压力的1.5倍，这使得管子尤其适用于承受在管子试运行以运送 加压流体(例如，家用气体或水供给)之前需要进行的压力测试。

图1示出包括塑料管子12和插塞14的密封系统10。管子12大致 呈管状并具有内孔13。在图1所示的优选实施例中，管子12是其纵轴 100居中的空心圆筒。管子12由壁厚T限定并具有外径D1和内径D2。 管子12优选由至少一种聚合材料制成，并优选由聚乙烯制成。管子12 可以形成为盘管以便容易地运输到安装地点。

插塞14的形状被设置为与管子内孔13的轮廓相符。在图1所示的 实施例中，插塞14呈圆柱状，并具有纵轴200和外径P。插塞14具有 盘绕在其外表面周围并被埋在诸如聚乙烯等可熔性聚合材料中的电熔元 件16。电熔元件16是当电流通过时变热的电阻导线。电熔元件16的各 端部与可连接到电源以使电熔元件16通电的引线脚18连接。在一个实 施例中，插塞14还可以包括塞座20，塞座20的形状被设置为收容能够 对插塞14施加径向向外膨胀力的插塞膨胀工具。

在塑料管子行业中常规的是，管子12的尺寸可以根据其标称外径 D1确定。通常，外径D1和壁厚T均具有公差，分别是ΔD1和ΔT，使 得内径D2的大小由外径D1和壁厚T的实际大小来确定。

传统上，管子的电熔元件被设计成在管子外表面上工作的套筒元件。 在这种情况下，仅需要考虑一个具有公差的尺寸(外径D1)。相比之下， 当在内径D2由外径D1和壁厚T的大小确定的管子内部形成电熔接合 时，必须考虑两个具有公差的尺寸。因此，对于这种类型的管子而言， 由于公差ΔD1和ΔT的复合，内径D2潜在地在宽范围内变化。因此，具 有直径P的插塞14可以紧密配合在一个管子的内孔中(其中，D2-P≈0)， 但是当相同的插塞插入具有相同标称外径D1的另一个管子的内孔时，会 存在很大的间隙(其中，D2-P＞＞0)。因此，内管直径D2的潜在变化会导 致使用给定插塞14形成的电熔接合不一致并有可能无效。

本发明提供一种通过在电熔过程中迫使管子12和插塞14中的一个 径向抵靠另一个而在塑料管子内孔的内部形成始终成功的电熔接合的方 法，从而解决了该问题。因此，由于上述公差的原因而可能存在于插塞 14和管子12之间的任何间隙(D2-P)被减小到零，这样可以形成有效的电 熔接合。

在本发明的第一个实施例中，插塞14的直径P被调节成与外径D1 和壁厚T的公差所允许的最小内径D2匹配。因此，如果插塞与管子12 同轴保持，那么插塞14紧密配合在管子12的内孔13中(D2≈P)或者在 插塞14的周围存在环形间隙(D2-P)。为了在插塞14和管子12之间形成 电熔接合，插塞14的引线脚18与电源连接并在预定的时间段内通电。 随着电流经过电熔元件16，由于电阻而产生热，这使得埋有电熔元件16 的可熔性聚合材料熔化而在插塞14的外表面周围形成熔体气泡。由于可 熔性聚合材料的热膨胀系数的原因，插塞14的外表面由于加热而径向向 外膨胀。如果D2＞P，那么可熔性聚合材料的径向膨胀会减少间隙的大小， 或者如果D2≈P，那么可熔性聚合材料会抵靠管子12的内表面。除了热 膨胀之外，插塞14还在电熔过程中机械地膨胀。特别地，在电熔元件作 用之前，插塞膨胀工具(未示出)收容在插塞14的塞座20中。在电熔过程 中，插塞膨胀工具被操作以使插塞14机械地径向向外膨胀。优选地，保 持件相对于管子12保持插塞14，使得在电熔和膨胀过程中，插塞14的 纵轴200与管子12的纵轴100同轴。更优选地，插塞膨胀工具是保持件。

在电熔过程中，插塞膨胀工具使插塞在稳定的速率下膨胀，优选地， 使插塞14的直径P在约2mm/min的速率下径向向外膨胀。插塞14的热 膨胀与机械膨胀的组合使插塞14表面周围的可熔性聚合材料在电熔元件 16的各热导线间渗出。这样在管子的内表面上施加径向向外的力并最终 封闭插塞14和管子12之间的间隙。当流经电熔元件16的电流被切断并 且插塞14外表面周围的可熔性聚合材料被允许冷却和硬化时，在插塞14 和管子12之间产生结合。

在本发明的第二个实施例中，插塞14的直径P被调节成与外径D1 和壁厚T的公差所允许的最大内径D2匹配。对于内径D2是公差ΔD1 和ΔT所允许的最大尺寸的管子12而言，插塞14会紧密配合在管子12 的内孔13中且不会存在间隙。然而，在多数情况下，管子12的内径D2 会比插塞14的直径P要小，因而插塞14不能在管子12的内孔13中配 合。在这些情况下，可以通过管子膨胀工具(未示出)使管子12的一部分 径向膨胀，从而允许将插塞14插到管子12的内孔13中。管子膨胀工具 可以通过直接机械方式或者通过液压或气动方式使管子12膨胀。优选地， 管子膨胀工具使管子的内径D2径向膨胀约4％～6％。然后，从管子12 的内孔13中移除管子膨胀工具，立即插入插塞14，然后管子12朝向其 原始(未膨胀的)尺寸弹性驰豫。在移除管子膨胀工具后，管子12的弹性 驰豫随即开始(尽管驰豫速率可能会相当慢)，因而在管子的内径D2缩小 到小于插塞14的直径P的尺寸之前必须将插塞14插到管子12的内孔 13中。一旦将插塞14插到管子12的内孔13中，驰豫的管子12就会围 绕插塞14收缩，从而对插塞14施加径向向内的力。此时，在插塞14和 管子12之间不存在环形间隙，因而通过上述方式使电熔元件通电，插塞 14和管子12就可以被焊接到一起。

在本发明的第三个实施例中，与第一个实施例相同的是，插塞的直 径P被调节成与外径D1和壁厚T的公差所允许的最小内径D2匹配。因 此，如果插塞与管子12同轴保持，那么插塞14紧密配合在管子12的内 孔13中(D2≈P)或者在插塞14的周围存在环形间隙(D2-P)。插塞14的 引线脚18与电源连接并在预定的时间段内通电，以便在插塞14和管子 12之间形成电熔接合。随着电流经过电熔元件16，由于电阻而产生热， 这使得埋有电熔元件16的可熔性聚合材料熔化而在插塞14的外表面周 围形成熔体气泡。由于可熔性聚合材料的热膨胀系数的原因，插塞14的 外表面由于加热而径向向外膨胀。如果D2＞P，那么可熔性聚合材料的径 向膨胀会减少间隙的大小，或者如果D2≈P，那么可熔性聚合材料会抵 靠管子12的内表面。随着插塞14的外表面发生热膨胀，管子12被管子 压缩工具径向向内压缩而抵靠插塞14。这样要求对管子14施加均匀的压 力，因为任何的不平衡都可能潜在地在环形电熔接合中造成间隙。合适 的管子压缩工具包括设置在管子14的外表面周围并被收紧以均匀地压缩 管子12使其径向向内抵靠插塞14的均匀压缩带。压缩的程度必须大到 足以迫使径向抵靠插塞14，但是不能大到产生冷流(冷蠕变)，冷流可能 会导致不均匀的电熔接合。

在使用上述任一种方法密封管子12之前，通过使消毒流体流经管子 12的内孔13，管子12可被消毒。消毒之后对管子12的各端部立即密封， 这允许将密封并消毒后的管子运输并供应到几乎不用或完全不用进行现 场消毒处理便将其安装的安装地点。因此，安装和试运行管子所需的时 间显著减少，从而降低了人工成本，并且将由于道路工程所引起的破坏 或中断的公共供给降低到最小。

在管线试运行之前，一般有时需要进行压力测试以确认管子为其预 定目的而保持完整性。上述方法允许形成能够承受高压并优选承受达到 给定管子的最大工作压力1.5倍的压力的密封。因此，在适当位置被密 封的管子可以进行压力测试，从而在管子准备试运行之前可以保持无菌 状态。

一旦管子已被安装(并任选地进行了压力测试)，通过从管子12切下 密封端并将管子12连接到已经位于现场的阀或另一个管子就可以形成最 终连接。

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