專利名稱：管道的熔合工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及熔合或接合諸如聚氯乙烯管之類管道或管段的系統(tǒng)，尤 其涉及一種用于有效和永久地將第一管道部分和第二管道部分連接起來的熔 接工藝。
背景技術(shù)：
在全世界范圍內(nèi)，管道系統(tǒng)被使用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，從而將諸如水或其它 流體的物料從一個地方輸送或傳送到另一個地方，從而分配到整個系統(tǒng)。例如， 使用龐大的管道系統(tǒng)來將水分配到居民或工業(yè)企業(yè)使用和進(jìn)一步處理。通常， 這樣的管道或管子系統(tǒng)位于地下，因為地面上的管子既難看又會產(chǎn)生不便。通常，水管系統(tǒng)通過由不同材料制成的管子來輸送物料，這些材料比如有 鑄鐵、球墨鑄鐵、鋼筋混凝土、石棉水泥等。這些管子被埋在地下，其分支向 各個方向延伸以到達(dá)終端用戶。 一般來說，在使用了許多年以后，或者由于其 他的原因，地下的管子會破損并開始泄漏，從而降低了管線的壓力并使水不必 要地泄漏進(jìn)管子周圍的區(qū)域中。這樣的泄漏不僅影響系統(tǒng)，而且增加了供應(yīng)商 的處理成本，從而又增加了終端用戶的成本。因此，這些泄漏必須快速修復(fù)， 并要采取預(yù)防措施以確保避免進(jìn)一步的泄漏。由于管道系統(tǒng)的地底下的位置，修復(fù)一泄漏的管子勞動強度非常大并且費 時。必須沿管線挖掘管溝以確定泄漏的位置，并在將管子放回重新使用之前對 其進(jìn)行有效的修理。根據(jù)己有技術(shù)，為了密封泄漏的管子或已經(jīng)破損的管子，已經(jīng)開發(fā)出多種襯套系統(tǒng)，用來或者修補已有的裂縫或者預(yù)防性地確保其不再 進(jìn)一步破裂或損壞。此外，己經(jīng)在使用一種在較大直徑的裂開或破損的管道內(nèi) 采用一根小得多的直徑的管子的方法。然而，這僅僅是用一有裂縫的或泄漏的 內(nèi)管來替代裂開的外管的問題。還有，使用這樣的管子套管子的系統(tǒng)大大地減 少了流過管道系統(tǒng)的流量，并且顯然是人們不希望的，而且會改變壓力參數(shù)。為此，開發(fā)了一種管道襯套和其安裝方法，如授予St.Onge等人的美國專 利5794662中所揭示的那樣，尤其適于壓力管線應(yīng)用領(lǐng)域。St. Onge專利旨在 提供一種對污水管道、水管或天然氣管換襯的方法，且該方法使用相對于所換 襯的管子尺寸要小的分段襯套。然而，與只將小直徑襯管留在大直徑外管中相 反，St. Onge專利使用熱量和/或壓力來將小尺寸管子模壓到被所換襯的管子 上。具體來說，內(nèi)部或襯管為熱塑塑料管，通常為聚氯乙烯(PVC)管，當(dāng)暴露 在熱源或壓力中時，它會膨脹并模壓在已有管道的內(nèi)側(cè)，從而有效地進(jìn)行換襯。 用這一工藝既可對管道的全長也可對損壞的部分進(jìn)行加襯，這通常被稱為"現(xiàn) 場修理"。根據(jù)St.Onge專利， 一旦將襯管的全長插入現(xiàn)有的或主管中，襯管的兩端 就被塞住，并在一定壓力下暴露于蒸汽中，從而沿襯管的長度方向加熱襯管并 施加壓力，這使襯管膨脹并與周圍的主管的內(nèi)壁接觸。 一旦襯管完全膨脹到與 現(xiàn)有的管道內(nèi)壁貼合，就將它冷卻，且將塞子取下。最終膨脹的襯管與主管的 壁貼合，從而避免了任何進(jìn)一步的泄漏。同樣，St.Onge專利的方法只需要在 所修理的管段的兩端挖溝就可以了 。雖然St. Onge專利在對地下管道系統(tǒng)的換襯或修理領(lǐng)域中是先進(jìn)的，但是 在該領(lǐng)域中還是有改善和提高的空間。具體來說，為了運輸襯管并將它插入主 管中，必須按段或部分制造襯管，這些段或部分的長度通常比最終和所需要的 襯管長度要短得多。因此，在將襯管送入主管中時，必須在現(xiàn)場將襯管的諸部 分連接起來。此外，還要能將多重長度的襯管通過一種具有原有管道的強度的 接頭來連接，且不會使接頭區(qū)的直徑增加而超出原有的管道直徑。除了以上所 述的膨脹應(yīng)用場合以外，使用多重和可連接的管段在許多不同的應(yīng)用場合也很 有用。例如，使用多重和熔接管道在滑移加襯中特別有用，其中，將直徑略小的熔接管道插入需要修復(fù)但不需要有全容量的流量的直徑較大的管子中。在這 一情況下，該襯管被拉進(jìn)管子中并停留到位，但并不膨脹。在大多數(shù)情況下， 襯管和主管之間的空隙由低強度的薄泥漿填充，以將新的管線固定在位。然而， 滑移加襯工藝會需要使用可容納較大直徑的聯(lián)結(jié)件或機械接頭的管道。在其它各種應(yīng)用場合中也需要熔接管道，比如在修復(fù)應(yīng)用場合，其中與水 平鉆孔工藝相結(jié)合來使用熔接接頭。該方法在地面中鉆一個導(dǎo)向孔，并可進(jìn)行. 精確的調(diào)整以控制高度和對準(zhǔn)度。在完成導(dǎo)向孔以后，鉆孔的直徑被擴大，并 填入鉆孔泥槳以使較大的孔保持打開。然后通過鉆孔泥漿拉動鉆套，就地形成一管道。然而，這一工藝需要一較大的鉆孔機以適應(yīng)由PE或HDPE制成的機械聯(lián)結(jié)件和接頭。另外，在管子爆裂場合也可用熔接管道。在管子爆裂中，使用大型液壓或 氣動式切割頭將舊的管子切割下來并將碎片埋入周圍的土壤中。這就可將現(xiàn)有 管線中直徑相同或較大的新管拉入。該工藝是用在必須明顯增加新管線容量的 情況中。同樣，在直埋應(yīng)用場合熔接管道當(dāng)然也有用。已經(jīng)開發(fā)了用于管子或管道的諸熔接工藝，它們采用用來將管段連接到一 起的機械接頭、在熔接接頭處或附近的嵌入金屬線、或者耐熱元件。例如，參見授予Bryant. Ill的美國專利6398264、授予Andersson的美國專利6394502、 授予Lueghamer的美國專利6156144、授予Lueghamer的美國專利5921587、 授予Eggleston的美國專利4684789和授予Ramsey的美國專利4642155。多年 以來，通常使用熔接聚乙烯管(PE或HDPE)。例如，參見授予Tramm等人的 美國專利3002871、授予Dickinson等人的美國專利4987018、授予Dickinson 等人的美國專利4963421和授予Haneline. Jr等人的美國專利4780163，以及 Genoni的美國專利申請公開2003/0080552。因此，可以得到已有的熔接裝置。 然而，必須對該裝置在使用和工作參數(shù)上有所修改，以用于熔接聚氯乙烯類的 管道。與通常用熱熔接技術(shù)連接的聚乙烯管不同，PVC管的應(yīng)用通常只局限可 使用套筒接頭的場合。這種局限限制了 PVC管在滑移加襯修復(fù)中的應(yīng)用。因 此，在技術(shù)上需要提供一種實際上為單個元件、沒有機械接頭的PVC襯管原 坯，這就不會象機械聯(lián)結(jié)件那樣增加原坯的直徑。這樣的聯(lián)結(jié)件或熔接接頭必須具有與原有的管道相類似的強度特征，并通過取消這樣的機械接頭來排除接 頭中的滲透。此外，較佳地，可設(shè)置一可承受后續(xù)的膨脹工藝而最終用于壓力 管道系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)件。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個目的是為PVC管提供一種熔接工藝，該工藝克服了 已有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明的另一個目的是為PVC管提供一種熔接工藝，該工藝可現(xiàn)場連接多重長度PVC管。本發(fā)明的又一個目的是為PVC管提供一種熔接工藝，該工藝可生成與原有管道的強度相等、且不會使接頭區(qū)域的直徑超出原有管道直徑的接頭。本發(fā)明的又一個目的是為PVC管提供一種熔接工藝，該工藝提供一種沒有機械接頭的單件式原坯，這就排除了通過這些接頭的滲透。本發(fā)明的又一個目的是為PVC管提供一種熔接工藝，該工藝可生產(chǎn)一種 可以隨后膨脹并在壓力管道系統(tǒng)中使用的接頭。本發(fā)明的又一個目的是為PVC管提供一種熔接工藝，該工藝可生產(chǎn)一種均勻的、且具有高強度特征的接頭。 本發(fā)明的再一個目的是提供一種熔接工藝和設(shè)備，它在滑移加襯、水平方向鉆 孔、管道破裂和直埋的應(yīng)用場合可有效地與熔接管和接頭結(jié)合使用。 本發(fā)明旨在為管道提供一種熔接工藝。該熔接工藝包括將一第一管道部分和一第二管道部分熔接起來的一種設(shè)備和一種方法。該方法包括下列步驟(a) 將第一管道部分的第一終端邊緣與第二管道部分的第一終端邊緣可拆卸地 相對放置；(b)對第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端 邊緣進(jìn)行表面處理；(c)將第一管道部分的第一終端邊緣與第二管道部分的 第一終端邊緣對準(zhǔn)；(d)將第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的 第一終端邊緣的至少一部分熔化；(e)將第一管道部分的熔融終端邊緣與第 二管道部分的熔融終端邊緣接合；以及(f)在第一管道部分和第二管道部分 的接合終端邊緣之間保持壓力，從而形成一熔融接頭區(qū)域。在第一管道部 分和第二管道部分之一或都由聚氯乙烯(PVC)材料制成的情況下可采用該 方法。本發(fā)明還揭示了用于將第一管道部分與第二管道部分連接的一種熔 接裝置的新穎的操作參數(shù)。本發(fā)明還旨在提供一種將第一管道部分與第二管道部分連接的熔接裝 置。該裝置包括 一第一鉗夾機構(gòu)，該第一鉗夾機構(gòu)用于接合并定位第一 管道部分；以及一第二鉗夾機構(gòu)，該第二鉗夾機構(gòu)用于接合并定位第二管 道部分。 一驅(qū)動機構(gòu)可操作地與第一鉗夾機構(gòu)和第二鉗夾機構(gòu)之一或兩個 都聯(lián)系，從而沿縱向驅(qū)動它們。 一表面處理機構(gòu)被置于第一管道部分的一 終端邊緣和第二管道部分的一終端邊緣之間。該表面處理機構(gòu)對這些終端 邊緣進(jìn)行"表面處理"或刮削。 一加熱器機構(gòu)加熱并熔化管道部分的終端 邊緣之一或全部。管道部分之一或全部是由聚氯乙烯(PVC)材料制成。從以下結(jié)合附圖對示例性實施例的描述中，可以更好地理解本發(fā)明(包 括其結(jié)構(gòu)和操作方法)及其其它目的和優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的管道熔接工藝方法示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的管道熔接用設(shè)備和系統(tǒng)的示意圖；圖3是用圖1所示管道熔接工藝所形成的熔接接頭區(qū)域的側(cè)視截面圖；圖4-9是列出在用于熔接圖1所示PVC管的工藝中界面壓力為140psi時的最優(yōu)工作參數(shù)，具體的數(shù)字表示標(biāo)定管徑、管道外徑、管道內(nèi)徑、表面面積、表壓和/或尺寸比。
具體實施方式
對于以下的描述，術(shù)語"上"、"下"、"右"、"左"、"垂直"、 "水平"、"頂"、"底"、"側(cè)向"、"縱向"及其派生術(shù)語以圖中所 示方向而與本發(fā)明相關(guān)。然而，可以理解的是，除了明顯有相反表述的以 外，可以對本發(fā)明進(jìn)行多種替換、改變和步驟變化。還可以理解的是，附 圖中示出并在以下說明中描述的具體裝置和工藝只是本發(fā)明的示例性實施 例。因此，此處所揭示的與實施例相關(guān)的具體尺寸和其它物理特征不應(yīng)被 認(rèn)為是限定。本發(fā)明中揭示了多種數(shù)字范圍。由于這些數(shù)字范圍是連續(xù)的，所以它們包括最小值和最大值之間的每一個值。除非另有說明，本發(fā)明中的各個 具體數(shù)值范圍都是近似值。本發(fā)明旨在提供一種管道熔接工藝，管道較佳地是一種聚氯乙烯(PVC)管，該工藝包括將第一管道部分IO與第二管道部分12熔接，如圖1中示 意性地示出的那樣，且在這個方法中采用了一熔接設(shè)備14。在一個優(yōu)選實 施例中，該方法和熔接設(shè)備14可與一管道膨脹工藝和系統(tǒng)接結(jié)合使用，從 而將一襯管16放置在一主管中，以備隨后膨脹，該襯管16由例如第一管 道部分IO和第二管道部分12的多管道部分形成。然而，該方法和熔接設(shè) 備14可用于任何需要連續(xù)熔接管道部分的場合。如上所述，襯管16由諸 如PVC之類的熱塑性塑料材料制成。然而，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以構(gòu)想 任何具有適當(dāng)?shù)呐蛎浱匦缘牟牧隙伎墒褂煤瓦B接。PVC管的熔接工藝對于 其它類似的可膨脹聚合類和熱塑性塑料都會有效。PVC管的ASTM標(biāo)準(zhǔn)可用于各種范圍的PVC樹脂添加劑，這些添加 劑具有在允許的添加劑組合內(nèi)的多種特性。然而，并不是添加劑所有可能 的組合都會在管道膨脹工藝中起作用。也就是說，并不是所有的PVC水管 都會熔合到與襯管的管子材料相同的強度，也不是所有的PVC管都會膨脹 到與襯管的管子材料相同的尺寸。由于管道膨脹在遠(yuǎn)距離的地方進(jìn)行，襯管16必須以管段形式運輸。因 此，雖然本發(fā)明具體討論的是第一管道部分10與第二管道部分12的連接 和熔接，但該方法和熔接設(shè)備14同樣也可用于連接任何數(shù)量和長度的襯管 16。因此，在又一個優(yōu)選且非限定的實施例中，熔接設(shè)備14為可移動的， 且可現(xiàn)場使用，以實施本發(fā)明的方法。具體來說，本發(fā)明包括以下步驟將第一管道部分10的終端邊緣18 與第二管道部分12的終端邊緣20可拆卸地相對放置(步驟100);對第一管 道部分10的終端邊緣18和第二管道部分12的終端邊緣20進(jìn)行表面處理 (步驟120);將第一管道部分10的終端邊緣18與第二管道部分12的終端 邊緣20對準(zhǔn)(步驟130);將第一管道部分10的終端邊緣18和第二管道部 分12的終端邊緣20的至少一部分熔化(步驟140);將第一管道部分10的終端邊緣18與第二管道部分12的終端邊緣20接合(步驟150);以及在第 一管道部分10的終端邊緣18和第二管道部分12的終端邊緣20之間保持 壓力，從而形成一熔融接頭區(qū)域22(步驟160)。在一個優(yōu)選且非限定的實施 例中，該方法還包括將所產(chǎn)生的繞熔融接頭區(qū)域22延伸的外部封閉圈24 的至少一部分移去(步驟170)。該方法由熔接設(shè)備14進(jìn)行，熔接設(shè)備14將 在下面詳細(xì)描述。參見步驟100，第一管道部分10的終端邊緣18被夾緊或固定在位， 并由第一鉗夾機構(gòu)26定位，而第二管道部分12由第二鉗夾機構(gòu)28夾緊或 定位。第一鉗夾機構(gòu)26和第二鉗夾機構(gòu)28為熔接設(shè)備14的一部分并使第 一管道部分IO和第二管道部分12可拆卸地定位。另外，第一鉗夾機構(gòu)26 和第二鉗夾機構(gòu)28都可沿縱向被驅(qū)動，在圖2中用箭頭A表示。因此，驅(qū) 動機構(gòu)30可操作地與第一鉗夾機構(gòu)26和/或第二鉗夾機構(gòu)28聯(lián)系，從而提 供不要的驅(qū)動力以驅(qū)動第一鉗夾機構(gòu)26和/或第二鉗夾機構(gòu)28進(jìn)入或離開 接合位置。必須對第一管道部分10的終端邊緣18和第二管道部分12的終端邊緣 20進(jìn)行表面處理以建立清潔和平行的匹配表面。這一表面處理由一表面處 理機構(gòu)32來完成，該機構(gòu)可置于第一管道部分10的終端邊緣18和第二管 道部分12的終端邊緣20之間。例如，表面處理機構(gòu)32可側(cè)向移入或移出 終端邊緣(18、 20)之間的位置，如圖2中箭頭B所示。表面處理機構(gòu)32繼 續(xù)對終端邊緣(18、 20)進(jìn)行研磨或表面處理，直到第一鉗夾機構(gòu)26和第二 鉗夾機構(gòu)28之間的距離最小。在一個優(yōu)選且非限定的實施例中，表面處理 機構(gòu)32包括一個或多個刀片部分33。這些刀片部分33對管道部分(IO、 12) 的終端邊緣(18、 20)進(jìn)行實際的切割和表面處理工作。在另一個實施例中， 刀片部分33為硬質(zhì)合金刀刃刀片，它可使一致性更好且表面處理工藝更干 凈。另外，這些硬質(zhì)合金刀刃使刀片部分33可以更頻繁地使用而不會磨損 刀片部分33的刀刃。當(dāng)然，也可使用其它強度加強的刀刃、涂層、結(jié)構(gòu)和 材料。應(yīng)該注意到，第一鉗夾機構(gòu)26和第二鉗夾機構(gòu)28不必都是可移動的，只要一個是可移動的，以使第一管道部分IO和第二管道部分12接合。在工作中，第一鉗夾機構(gòu)26和第二鉗夾機構(gòu)28中的一個或兩個都移動，從 而將表面處理機構(gòu)32牢固地、方方正正地鎖定在第一鉗夾機構(gòu)26和第二 鉗夾機構(gòu)28之間。這一操作提供了一基本為正方形的表面，該表面垂直于 第一管道部分IO和第二管道部分12的中心線，且檢測不到任何間隙。另 外，表面處理機構(gòu)32可包括具有多個角度方向的刀片。這為管道部分(IO、 12)提供了光滑表面。接下來，必須使第一管道部分IO和第二管道部分12的輪廓呈圓形并 互相對準(zhǔn)，以使管壁的不匹配最小。這可通過調(diào)整第一鉗夾機構(gòu)26和/或第 二鉗夾機構(gòu)28直到第一管道部分10的外徑于第二管道部分12的外徑匹配 位置來實現(xiàn)。希望不松開第一鉗夾機構(gòu)26和第二鉗夾機構(gòu)28，這樣就使第 一管道部分10和/或第二管道部分12在熔接過程中可滑動。第一鉗夾機構(gòu) 26和第二鉗夾機構(gòu)28之間所需的最小距離可使第一管道部分10和/或第二 管道部分12盡可能近地圍繞確定的接頭區(qū)域。離鉗夾管道部分(IO、 12)的 接頭區(qū)域越近，操作人員對適當(dāng)對準(zhǔn)管道部分(IO、 12)的控制越容易。接下來，將第一管道部分10的終端邊緣18和第二管道部分12的終端 邊緣20加熱或熔化到需要的溫度、界面壓力和持續(xù)時間。在這樣做的時候， 熱量將滲透進(jìn)第一管道部分10和第二管道部分12中，且在終端邊緣(18、 20)處形成熔融的材料熔圈。這一加熱工藝由加熱器機構(gòu)34來執(zhí)行，該加 熱器機構(gòu)同時加熱和熔化終端邊緣(18、 20)。這一同時加熱可通過使用第一 加熱板36和第二加熱板38、單個雙面加熱板或其它可同時加熱終端邊緣 (18、 20)的裝置來實現(xiàn)。由于有表面處理機構(gòu)，加熱器機構(gòu)34應(yīng)該可以移 動到終端邊緣(18、 20)之間的位置，直到加熱工藝完成的時候為止，在該時 間點上應(yīng)該將加熱器機構(gòu)34移去。因此，加熱器機構(gòu)34應(yīng)該也是可移動 的，比如可在終端邊緣(18、 20)之間側(cè)向移動，如圖2中的箭頭C所示。 在另一個優(yōu)選且非限定的實施例中，加熱器機構(gòu)34相對于加熱圈機構(gòu)34、 第一加熱板36和/或第二加熱板38的表面提供區(qū)域加熱。因此，加熱面的 不同部分，例如上和下表面可有不同的溫度。這樣，由于加熱工藝的自然特性，又可使終端邊緣(18、20)熔化更均勻，其中熱量上升并沿終端邊緣(18、20)形成有差別的加熱界面。因此，區(qū)域加熱可沿終端邊緣(18、 20)形成均 勻的輪廓。還可設(shè)想加熱器機構(gòu)包括由控制機構(gòu)40或可由控制機構(gòu)40控 制的多重區(qū)域。該控制機構(gòu)40可提供對各個區(qū)域的控制，從而使加熱器機 構(gòu)34的效率和精確度最高，使沿終端邊緣(18、 20)的輪廓更均勻。在加熱 工藝結(jié)束后移去加熱器機構(gòu)的速度以及將終端邊緣(18、20)鉗夾在一起的速 度也很重要。較佳地，時間間隔較短，比如3到4秒。還設(shè)想熔接設(shè)備14采用通常與一個或多個測量裝置結(jié)成一體的控制 機構(gòu)40來控制諸元件。例如，第一加熱板36和/或第二加熱板38可裝備有 溫度計來測量板溫，并有一附帶的控制器來設(shè)定和穩(wěn)定這些溫度。然而， 由于溫度計和終端邊緣(18、 20)的實際溫度之間有誤差，這些溫度計只是作 為一般的指示器。在這一點上，可將一高溫計或其它表面溫度測量裝置與 控制機構(gòu)40結(jié)成一體并周期循環(huán)地使用，以確保第一加熱板36和/或第二 加熱板38的適當(dāng)溫度。還設(shè)想控制機構(gòu)40、溫度計或其它表面溫度測量裝 置中任何一個為數(shù)字裝置，該數(shù)字裝置可更精確地測量和控制由加熱器機 構(gòu)34所施加的熱量。當(dāng)將熔接設(shè)備14與PVC管結(jié)合使用時，這種數(shù)字控 制裝置特別有利，因為與熔接設(shè)備14結(jié)合PE或HDPE使用的情況相比， PVC管的物理化學(xué)特征，包括其熔融溫度和硬化溫度要求更高的精度。因 此，這一數(shù)字控制同區(qū)域加熱結(jié)合在一起，可給本發(fā)明的熔接設(shè)備14提供 更好的控制特征。另外，加熱板(36、 38)應(yīng)保持潔凈，且任何在加熱板(36、 38)上的涂層 不應(yīng)以任何方式被刮擦或損壞。在對終端邊緣(18、 20)加熱了適當(dāng)?shù)臅r間并 達(dá)到適當(dāng)溫度之后，如下面將要討論的那樣，移開加熱器機構(gòu)34，并用足 夠的壓力將熔融的終端邊緣(18、 20)放到一起，以適當(dāng)?shù)鼗旌瞎艿啦牧?，?而形成均質(zhì)的接頭，稱作熔融接頭區(qū)域22。必須用壓力將熔融接頭區(qū)域22穩(wěn)定地固定直到足夠冷卻以產(chǎn)生適當(dāng) 的強度為止。應(yīng)由第一鉗夾機構(gòu)26和第二鉗夾機構(gòu)28提供的液壓壓力來 完成這項工作。在從第一鉗夾機構(gòu)26和第二鉗夾機構(gòu)28上移開之前冷卻足夠的時間對于獲得接頭的整體性而言十分重要。在熔接工藝之后，作為在熔化的材料上施加壓力的結(jié)果，熔融接頭區(qū)域22顯出外熔圈24以及內(nèi)熔圈42。外熔圈24離開熔接管外壁44而延伸， 類似地，內(nèi)熔圈從熔接管內(nèi)壁46向內(nèi)延伸。在將第一管道部分IO用于管 道膨脹工藝和系統(tǒng)中之前，應(yīng)該將外熔圈24清除。具體來說，當(dāng)在隨后用 于膨脹工藝時，應(yīng)將外熔圈24清除，從而使第一管道部分IO在主管中充 分膨脹。通常將外熔圈24清除或機加工到熔接管外壁44的1/8到1/16英 寸以內(nèi)。通常，內(nèi)熔圈42不需要被清除，也不會在襯管16中產(chǎn)生不必要 的負(fù)面情況。然而，如果這樣的內(nèi)熔圈42會不利于物料的流動的話，那么 內(nèi)熔圈42也要被清除。如果熔接工藝不成功或有缺陷，只要將熔融接頭區(qū)域22切開并清除， 然后重復(fù)以上工藝即可。然而，使熔融接頭區(qū)域22產(chǎn)生缺陷的原因應(yīng)該記 錄在例如控制機構(gòu)40中。還應(yīng)該由控制機構(gòu)40對熔接工藝的現(xiàn)象和數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理、分析和演示。對于熔接工藝操作參數(shù)，通常用來計算使用PVC襯管16時熔接設(shè)備 14的表壓的公式是另外，用來計算單位為平方英寸的管道或管子表面面積(pSa)的公式是<formula>formula see original document page 16</formula>當(dāng)管道或氣缸面積為l.OO平方英寸時用來計算表壓的公式是最后，當(dāng)管子表面面積、界面壓力和機器的氣缸面積已知時，用來計算機器的表壓的公式是<formula>formula see original document page 17</formula>在上述公式中MGp-機器表壓，psi :i =圓周率，3.1416 OW二外徑的平方，英寸X英寸 102=內(nèi)徑的平方，英寸x英寸Ip二界面壓力("140psi)， PVC管 Ca二機器的氣缸面積，平方英寸 pSa二管子表面面積，平方英寸 Gp二當(dāng)氣缸面積為1.00時的表壓通過大量的試驗和結(jié)果記錄，建立了圖4_9中的表格，以用于在界面 壓力為大約140psi時快速建立用于上述公式的各種參數(shù)。在這些表格中， 標(biāo)定管徑、外管道直徑、內(nèi)管道直徑、表面面積、表壓和尺寸比都已列出。 氣缸壓力是基于1.00。另外，為了使用圖4-9的表格來計算機器表壓和psi， 所列得出表壓和psi應(yīng)除以所使用的機器的氣缸面積(單位為平方英寸)。為 了確定可使用所有類型和尺寸的機器的適當(dāng)?shù)谋韷?，附圖和表格中所標(biāo)明 的表壓應(yīng)除以所使用的機器的有效氣缸面積。管子重量和輥子阻力所造成的管子拖拽必須加進(jìn)計算出的表壓中。另 外，必須考慮例如刮風(fēng)、下雨、高溫、低溫、下雪等的極端天氣條件，并 作適當(dāng)調(diào)節(jié)。會需要搭工棚遮蔽以備嚴(yán)酷的情況之需。另外，可以注意到， 與聚乙烯的熔接不同，PVC的熔接必須小心處理，特別是在軸向提升或彎 曲時?？墒褂脭U桿或"Y"形吊索來安全地處理管子。此外，使用熱風(fēng)風(fēng)機 或蒸汽發(fā)生器來加熱一較長的熔接襯管16可使管子變得更柔軟，并在寒冷 天氣下可更安全地處理。這樣，本發(fā)明提供了一種用于熔接工藝的方法和設(shè)備，它尤其適用于熔接聚氯乙烯管。采用本方法和設(shè)備可將多重部分或長度的管道與和原有 管道強度相等的接頭連接，且不會使接頭區(qū)域的直徑增加到超出原有管道 的直徑。此外，本發(fā)明在當(dāng)前發(fā)明了一種沒有機械接頭的單件式襯管16原 坯。已參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。其他人在閱讀并理解了以上 詳細(xì)描述以后可進(jìn)行明顯的修改和替換。應(yīng)該將本發(fā)明理解為包括所有這 樣的修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種用于將一第一管道部分和一第二管道部分熔接起來的方法，第一管道部分和第二管道部中的至少一個包括聚氯乙烯材料，該方法包括將多個加熱區(qū)施加于第一管道部分的一第一終端邊緣和第二管道部分的一第一終端邊緣中的至少一個的至少一部分，多個加熱區(qū)被構(gòu)造成將加熱輪廓提供給第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊緣中的至少一個的至少一部分；加熱并熔化第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊緣中的至少一個的至少一部分；以及通過將第一管道部分的第一終端邊緣與第二管道部分的第一終端邊緣接合，熔接第一管道部分和第二管道部分，藉此形成一熔融接頭區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括選擇接合界面壓力、 接合表壓、接合時間、加熱界面壓力、加熱表壓、加熱溫度、加熱時間或 其任何組合，以使熔融接頭區(qū)域展現(xiàn)與第一管道部分和第二管道部分中的 至少一個基本上相同的強度。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括將第一管道部分和 第二管道部分的接合的終端邊緣的壓力在足以提供具有期望強度的熔融接 頭區(qū)域的溫度下保持一段時間。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，包括以不同于多個加熱區(qū) 中的至少另一個的速率加熱多個加熱區(qū)中的至少一個。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，包括將多個加熱區(qū)中的至 少一個設(shè)定成溫度不同于多個加熱區(qū)中的至少另一個。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，包括自動控制多個加熱區(qū)中的至少一個。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在加熱并熔化之前，該方 法還包括面對第一管道的第一終端邊緣和第二管道的第一終端邊緣中的至少一個；以及將第一管道部分的第一終端邊緣對準(zhǔn)第二管道部分的第一終端邊緣。
8. 如權(quán)利要求l所述的，其特征在于，還包括去除繞熔融接頭區(qū)域延 伸的一合成的外熔圈和一合成的內(nèi)熔圈中的至少一個的至少一部分。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括加熱并熔化第一管道部分的一第二終端邊緣和一隨后的管道部分的一第 一終端邊緣中的至少一個的至少一部分；以及將第一管道部分的第二終端邊緣與隨后的管道部分的第一終端邊緣接合， 藉此形成一隨后的熔融接頭區(qū)域。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，加熱并熔化包括同時加熱第 一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊緣。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于接合的表壓利用以 下公式計算<formula>formula see original document page 3</formula>其中，MGp為機器表壓，n為圓周率3.1416， 002為單位為英寸的外 徑的平方，iW為單位為英寸的內(nèi)徑的平方，Ip為界面壓力，且Ca為單位 為平方英寸的機器的氣缸面積。
12. —種用于將一第一管道部分和一第二管道部分熔接起來的方法，第一 管道部分和第二管道部中的至少一個包括聚氯乙烯材料，該方法包括加熱并熔化第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊 緣中的至少一個的至少一部分；通過將第一管道部分的第一終端邊緣與第二管道部分的第一終端邊緣接 合，熔接第一管道部分和第二管道部分，藉此形成一熔融接頭區(qū)域；以及選擇接合界面壓力、接合表壓、接合時間、加熱界面壓力、加熱表壓、 加熱溫度、加熱時間或其任何組合，以使熔融接頭區(qū)域展現(xiàn)與第一管道部 分和第二管道部分中的至少一個基本上相同的強度。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括將第一管道部分和第二管道部分的接合的終端邊緣的壓力在足以提供具有期望強度的熔融 接頭區(qū)域的溫度下保持一段時間。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，加熱并熔化包括第一管 道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊緣中的至少一個的至少 一部分與一加熱板接觸。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，加熱并熔化包括將多個加熱區(qū)施加于第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊緣 中的至少一個的至少一部分，多個加熱區(qū)被構(gòu)造成將加熱輪廓提供給第一管道 部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊緣中的至少一個的至少一 部分。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括以不同于多個加熱 區(qū)中的至少另一個的速率加熱多個加熱區(qū)中的至少一個。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括將多個加熱區(qū)中的 至少一個設(shè)定成溫度不同于多個加熱區(qū)中的至少另一個。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括自動控制多個加熱 區(qū)中的至少一個。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在加熱并熔化之前，該 方法還包括面對第一管道的第一終端邊緣和第二管道的第一終端邊緣中的至少一 個；以及將第一管道部分的第一終端邊緣對準(zhǔn)第二管道部分的第一終端邊緣。
20. 如權(quán)利要求12所述的，其特征在于，還包括去除繞熔融接頭區(qū)域 延伸的一合成的外熔圈和一合成的內(nèi)熔圈中的至少一個的至少一部分。
21. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括 加熱并熔化第一管道部分的一第二終端邊緣和一隨后的管道部分的一第一終端邊緣中的至少一個的至少一部分；以及將第一管道部分的第二終端邊緣與隨后的管道部分的第一終端邊緣接合， 藉此形成一隨后的熔融接頭區(qū)域。
22. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，加熱并熔化包括同時加熱 第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊緣。
23. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，用于接合的表壓利用以 下公式計算其中，MGp為機器表壓，ii為圓周率3.1416， 002為單位為英寸的外 徑的平方，102為單位為英寸的內(nèi)徑的平方，Ip為界面壓力，且Ca為單位 為平方英寸的機器的氣缸面積。
24. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，接合界面壓力在50psi至 250psi之間。
25. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，加熱并熔化與接合之間的 時間周期在3至4秒的范圍內(nèi)。
26. —種根據(jù)權(quán)利要求12制成的熔融接頭區(qū)域。
27. —種根據(jù)權(quán)利要求12制成的熔融管道。
28. —種水平方向的鉆孔方法，包括 在地面上鉆一導(dǎo)向孔； 將導(dǎo)向孔擴展為具有一適當(dāng)?shù)闹睆?；以?將根據(jù)權(quán)利要求27制成的熔融管道插入導(dǎo)向孔。
29. —種管道增壓方法，包括對根據(jù)權(quán)利要求27制成的熔融管道增壓。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，在增壓之前，該方法還 包括在一主管道內(nèi)擴張熔融管道，藉此形成一擴張的內(nèi)襯管道。
31. —種管道爆裂方法，包括使一現(xiàn)有的埋設(shè)管道分裂，藉此形成一至少部分敞開的管道孔；以及 將根據(jù)權(quán)利要求27制成的熔融管道插入管道孔。
32. —種地下管線安裝方法，包括 形成一至少部分敞開的管道孔；以及 將根據(jù)權(quán)利要求27制成的熔融管道插入管道孔。
33. —種對主管道進(jìn)行內(nèi)襯的方法，包括將根據(jù)權(quán)利要求27制成的熔融管道插入主管道。
34. —種用于將一第一管道部分和一第二管道部分熔接起來的方法，第一 管道部分和第二管道部中的至少一個包括聚氯乙烯材料，該方法包括加熱并熔化第一管道部分的第一終端邊緣和第二管道部分的第一終端邊 緣中的至少一個的至少一部分；通過將第一管道部分的第一終端邊緣與第二管道部分的第一終端邊緣接 合，熔接第一管道部分和第二管道部分，藉此形成一熔融接頭區(qū)域；以及選擇接合界面壓力、接合表壓、接合時間、加熱界面壓力、加熱表壓、 加熱溫度、加熱時間或其任何組合，以使熔融管道能夠經(jīng)受第一管道部分 和第二管道部分中的至少一個的壓力能力相等的壓力。
35. —種用于將一第一管道部分和一第二管道部分熔接起來的現(xiàn)場方法， 第一管道部分和第二管道部中的至少一個包括聚氯乙烯材料，該方法包括將 至少一個熔接裝置調(diào)動到一現(xiàn)場位置，該熔接裝置被構(gòu)造成(0加熱并熔化 一第一管道部分的一第一終端邊緣和一第二管道部分的一第一終端邊緣中的 至少一個的至少一部分，第一管道部分和第二管道部中的至少一個包括聚氯乙 烯材料；(ii)通過將第一管道部分的第一終端邊緣與第二管道部分的第一終 端邊緣接合，熔接第一管道部分和第二管道部分，藉此形成一熔融接頭區(qū)域; 以及選擇接合界面壓力、接合表壓、接合時間、加熱界面壓力、加熱表壓、 加熱溫度、加熱時間或其任何組合，以使熔融接頭區(qū)域展現(xiàn)與第一管道部 分和第二管道部分中的至少一個基本上相同的強度。
全文摘要
所揭示的是用于管道熔接工藝的一種方法和一種設(shè)備。該方法包括下列步驟將第一管道部分(10)的第一終端邊緣(18)與第二管道部分(12)的第一終端邊緣(20)可拆卸地相對放置；對第一管道部分(10)和第二管道部分(12)的終端邊緣(18、20)進(jìn)行表面處理；將第一管道部分和第二管道部分的終端邊緣(18、20)互相對準(zhǔn)；將第一管道部分(10)和第二管道部分(20)的終端邊緣(18、20)的至少一部分熔化；將第一管道部分(10)的熔融終端邊緣與第二管道部分(12)的熔融終端邊緣接合；在互相接合終端邊緣之間保持壓力，從而形成一熔融接頭區(qū)域(22)；以及將所產(chǎn)生的繞熔融接頭區(qū)域(22)延伸的外熔圈(24)的至少一部分清除。還揭示了一種用于實施這個方法的熔接設(shè)備(14)。
文檔編號B29C63/34GK101249722SQ200810009759
公開日2008年8月27日 申請日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者B·圣溫格, H·圣溫格 申請人:地下解決方案股份有限公司