СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ ЗАКЛАДНЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМУФТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B29C65/34 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания компактных, легких, высокопроизводительных установок сварки пластмассовых труб электромуфтами - муфтами с закладными электронагревательными элементами. Закладные электронагревательные элементы представляют собой цилиндрические обмотки, выполненные с определенным шагом намотки из проводников заданного сечения, длины и сопротивления, расположенные в материале муфты непосредственно у внутренней ее поверхности.

Сварка пластмассовых труб используется при прокладке трубопроводов, предназначенных для транспортировки жидких и газообразных материалов, в том числе и агрессивных.

В настоящее время водо- и газопроводы из полиэтиленовых труб получили широкое распространение при строительстве распределительных трубопроводов диаметром до 110 мм и давлением до 1,2 мПа благодаря своей относительной дешевизне и коррозионной стойкости.

Электромуфтовая сварка не требует персонала высокой квалификации и для труб до 110 мм, особенно в условиях повышенной стесненности, становится предпочтительней других видов сварки.

Полиэтилен [..-СН₂-СН₂-...]_n высокого и низкого давления - кристаллические термопласты, отличающиеся друг от друга жесткостью, прочностью и температурой текучести. При разогреве полиэтилена до температуры выше температуры текучести (130-135°С) он переходит в вязкотекучее состояние. Образование сварного соединения происходит в диапазоне температур - ΔT вязкотекучего состояния термопласта, который ограничен, сверху, температурой деструкции (230°С) - температуры разложения термопласта. Температура сварки должна быть ниже на 10-15°С температуры деструкции.

Процесс сварки происходит при разогреве (активации) поверхностей свариваемых деталей и их плотном контакте, в котором должны развиваться процессы межмолекулярного взаимодействия. В зоне контакта активированных поверхностей под воздействием сдвиговых деформаций возникает течение расплава полимера, способствующее удалению с поверхности свариваемых деталей включений, препятствующих сближению макромолекул. Вследствие разности скоростей течения возможно перемешивание расплава в зоне контакта. Только после удаления или разрушения дефектных слоев, когда макромолекулы сблизятся на расстояние действия сил Ван-дер-Вальса, возникает взаимодействие (схватывание) между слоями поверхностей свариваемых деталей. Процесс сопровождается взаимной диффузией макромолекул расплава. Важным параметром сварки является время температурной выдержки, которая определяется по времени достижения квазистационарного состояния оплавления и проплавления и зависит от температуры сварки, материала, толщины соединяемых деталей и способа нагрева. К методам повышения свариваемости [1. Сварка полимерных материалов. Справочник. / Под общ. ред. К.И.Зайцева, Л.Н.Мацюк. - М.: Машиностроение, 1988 г.] относятся: предварительная очистка поверхностей от дефектных слоев; принудительное перемешивание расплава в зоне шва путем механического возвратно-поступательного перемещения деталей или наложением ультразвуковых колебаний.

Электромуфта и заранее подготовленные трубы позиционируются строго по одной оси. Подготовка труб включает удаление загрязнений и снятие поверхностного слоя в местах сварки. К муфте подготовленного соединения подключается источник питания. Закладные электроэлементы муфты начинают нагреваться и расплавлять окружающий материал. Область расплавленного полиэтилена в электромуфте увеличивается, и нагрев передается к поверхностям состыкованных труб, которые тоже начинают плавиться. Нагретые трубы увеличиваются в диаметре и расплавленный полиэтилен, расширяясь в пространстве, ограниченном диаметром электромуфты, создает необходимое для сварки давление. После соответствующей временной выдержки питающее напряжение отключается. Электромуфтовое соединение, ставшее гомогенным, будет готово спустя время, необходимое для остывания.

Известные источники напряжения питания электромуфтовой сварки «Протва» и ФП-2000, производство завода АНД Газтрубпласт [2. С.Анохин, Н.Прокопьев. Сварка полиэтиленовых труб при помощи соединительных деталей с закладными нагревателями. //Полимерные трубы, №5, 2004 г.], подают на закладные электронагреватели - импульсы переменного напряжения промышленной частоты, получаемые с помощью фазового управления ключом переменного тока [3. Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Дискретные стабилизаторы и формирователи напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1986]. Схемная реализация таких источников может быть достаточно разнообразной, в том числе и с использованием интегральных микросхем типа КР1182ПМ1 [4. Интегральные микросхемы: Перспективные изделия. Выпуск 1. - М.: ДОДЕКА, 1996 г.]. Настройка на режим и его стабилизация осуществляется регулированием момента отпирания тиристоров. Время выдержки (сварки) определяется электронным таймером, вырабатывающим сигналы разрешения и запрета на работу ключа переменного тока. При условии гальванической развязки цепи нагрузки в такой схеме необходим низкочастотный (50-60 Гц) трансформатор, что приводит к существенному увеличению габаритов, веса источника и, как следствие, к неудобству выполнения работ.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что для получения напряжения питания закладных электронагревателей муфты напряжение первичной сети, в том случае если оно переменное, выпрямляется, преобразуется в переменное напряжение высокой частоты и через высокочастотный трансформатор, в котором коэффициент трансформации меняется в зависимости от величины первичного напряжения, подается на нагрузку - зажимы закладного электронагревателя, непосредственно или через выходной выпрямитель, причем регулирование действующего значения напряжения на нагрузке производится с помощью управления временем работы высокочастотного преобразователя на каждом периоде выпрямленного сетевого напряжения, при питании от постоянного напряжения - временем работы преобразователя на заданном периоде, а высокочастотные пульсации тока в витках закладных электронагревателей, благодаря силам взаимодействия проводников с током, обеспечивают наложение ультразвуковых колебаний на зону шва, способствуя повышению свариваемости, т.е. качеству шва.

Устройство, реализующее способ получения напряжения питания для электромуфтовой сварки, при питании от промышленной сети переменного тока содержит последовательно установленные выпрямитель, преобразователь постоянного напряжения в переменное, управляемый задающим генератором, высокочастотный трансформатор и выходной выпрямитель. Преобразователь работает периодически по периоду пульсаций выпрямленного входного напряжения. Действующее значение выходного напряжения источника и его регулирование определяется временем работы преобразователя с помощью таймера, управляющего задающим генератором на периоде, равном периоду пульсаций выпрямленного напряжения первичного источника питания. Высокочастотные пульсации выпрямленного выходного тока создают ультразвуковые колебания витков закладного электронагревателя, способствуя лучшей свариваемости.

Предлагаемый способ и устройство для получения напряжения питания электромуфт позволяют существенно уменьшить габариты и вес источника питания установки для сварки пластмассовых труб, а также повысить качество сварных соединений.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания компактных, легких, высокопроизводительных установок для сварки пластмассовых труб электромуфтами с закладными электронагревательными элементами. Способ заключается в том, что напряжение первичной сети, в том случае если оно переменное, выпрямляют, преобразуют в переменное напряжение высокой частоты и подают на нагрузку - зажимы закладного электронагревателя. Подачу напряжения на нагрузку осуществляют через высокочастотный трансформатор непосредственно или через выпрямитель. Регулирование действующего значения напряжения на нагрузке производят с помощью управления временем работы высокочастотного преобразователя на каждом периоде выпрямленного сетевого напряжения, при питании от постоянного напряжения - временем работы преобразователя на заданном периоде. Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные выпрямитель, преобразователь постоянного напряжения в переменное, управляемый задающим генератором, высокочастотный трансформатор и выходной выпрямитель. Введен также таймер, регулирующий действующее значение выходного напряжения. Использование высокочастотного преобразователя позволяет уменьшить габариты и вес источника напряжения, а высокочастотные пульсации тока в витках закладных электронагревателей обеспечивают наложение ультразвуковых колебаний на зону сварного шва, способствуя повышению свариваемости и качества шва. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ получения напряжения питания закладных электронагревателей электромуфт, заключающийся в том, что напряжение первичной сети, в том случае если оно переменное, выпрямляют, преобразуют в переменное напряжение высокой частоты и через высокочастотный трансформатор подают на нагрузку непосредственно или через выпрямитель, причем регулирование действующего значения напряжения на нагрузке производят с помощью управления временем работы высокочастотного преобразователя на каждом периоде выпрямленного сетевого напряжения, при питании от постоянного напряжения - временем работы преобразователя на заданном периоде.2. Устройство получения напряжения питания закладных электронагревателей электромуфт, содержащее последовательно соединенные выпрямитель, преобразователь постоянного напряжения в переменное, управляемый задающим генератором, высокочастотный трансформатор и выходной выпрямитель, отличающееся тем, что введен таймер, регулирующий действующее значение выходного напряжения путем управления временем работы высокочастотного преобразователя через управление задающим генератором на периоде, равном периоду пульсаций выпрямленного напряжения первичного источника питания.