CZ209093A3

CZ209093A3 - Liquid-pervious element and use thereof

Info

Publication number: CZ209093A3
Application number: CS932090A
Authority: CZ
Inventors: Joachim Franke; Horst Grune; Friedhelm Fahling; Reinhard Tost; Werner Fahle; Konrad Domke
Original assignee: Bayer Ag; Lausitzer Braunkohle Ag
Priority date: 1991-04-09
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1994-04-13
Also published as: DE59206125D1; WO1992018702A1; AU1438992A; SK108093A3; ATE137282T1; CA2108173A1; JPH06506511A; EP0579631B1; AU666843B2; EP0579631A1

Description

Oblast techniky

Vynález se týká prvků, prostupných pro kapaliny, které sestávají z bezopěrových segmentů, přičemž jednotlivé segmenty jsou spojené lepenými spoji, obzvláště pomocí litých elastomerů.

Dosavadní stav techniky

Pro odvodňování porubních oblastí v povrchových lomech a deponií, jakož i pro získávání pitné vody se používají takzvané odvodňovači prvky. Tyto prvky jsou trubkovité prvky o délkách, které obvykle činí 1 až 3 metry, které jsou spojené do trubky, kterou je například vyložena vrtaná studna. Základní úkol odvodňovacích prvků spočívá v tom, že odfiltrovávají vodu a chrání tím čerpadlo, nacházející se v základu studny, před abrazivními nečistotami. Pro získávání vod definované kvality, jako například pro získávání pitné vody, spolupoužívají se pro odclonění nevhodných pramenů spodní vody trubkové prvky, nepropustné pro vodu, v odpovídajících hloubkách vrtu. Dalším předpokladem je těsné spojení trubkových prvků, aby se zabránilo neplánovanému vstupu vody. Jako známé techniky spojování je možno uvést závitové šroubové spoje různých dimensí a typů závitů, zasunovací spoje, hrdla, příruby, bajonetové spoje, rychloupínací spoje, gumové T-spojky, spoje vytvořené pomocí třecího svařování, tavným procesem nebo také svařováním natupo.

Odvodňovací prvky, které obsahují neprostupná, děrovaná nebo štěrbinami opatřená opěrná tělesa s nepatrnou tloušťkou stěny jako trubky a jsou obalena textiliemi nebo podobnými materiály jako filtračními prostředky, vykazují obvykle dostatečnou flexibilitu, aby mohl filtrační sloupec, spojovaný podle těchto technik, sledovat odchylky od svislého průběhu odvodňovacího vrtu při vsazování.

Bezopěrové odvodňovací prvky, jako jsou například popsané v DD 109 319 , sestávají z vybraných zrnitých frakcí, spojených duroplasticky vytvrzovanými plasty a mjí ze statického hlediska větší tloušťku stěny 25 až 40 mm. Používané frakce štěrku mohou být v rozmezí 1 až 10 mm, výhodně 1 až 6 mm. Rovněž tak může být uspořádání odvodňovací trubky vícevrstvé, to znamená, že vyložení trubky sestává z vrstev různé zrnitosti, obsahujících nasypaný písek o zrnitosti 0,1 až 1 mm jako vnější vrstvu. Jako výplň přicházejí v úvahu známé minerály, jako je například křemen, karbid křemíku a ostatní hydrolyticky neovlivnitelné minerály v přírodní formě, drcené nebo ve formě se zaoblenými hranami. Podíl pojivá se řídí podle volby plniva, je však výhodně v rozmezí 2 až 30 % hmotnostních. Představuji tedy obzvláště neohebné prvky. Potřebná ohebnost filtračního sloupce se u těchto prvků dosahuje volným spojením jednotlivých prvků, které se utěsňují T-spojkami z gumy nebop elastomerů.

Vlastní hmotnost trubkového sloupce tlačí čelní stěny prvků na těsnící plochy a zajišťuje tak utěsněni. Nevýhoda tohoto uspořádání spočívá v tom, že není možné visící zabudování trubkového sloupce a při velmi těsných poloměrech ohybu se prvky vlivem nárazů tak dalece rozevřou, že části vně ležícího těsnícího profilu se mohou sevřít a tím již nemohou vykonávat svoj í funkci.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu je vypracování spojovaných prvků, které by nevykazovaly výše uvedené nevýhody, které jsou racionálně vyrobitelné a na místě použitelné.

Byly tedy zkoušeny lepící systémy, které by umožňovaly výrobu těsnícího T-profilu in sítu pomocí vnitřní a vnější formy, s krátkou dobou lepení, vysokou flexibilitou při dobré pevnosti a vlastnostech tečení, jakož i při dobré přilnavosti k odvodňovacímu prvku.

Předmětem předloženého vynálezu tedy je prvek prostupný pro kapalinu, sestávající z více bezopěrových segmentů, jehož podstata spočívá v tom, že jednotlivé segmenty jsou spojeny silovým stykem pomocí lepících sloučenin, obzvláště pomocí licího elastomeru.

Jako licí elastomery přicházejí v úvahu elastomery na basi nenasycených polyesterů z kyseliny ftalové, kyseliny maleinové, jejich anhydridů, kyseliny tetrahydroftalové, kyseliny adipové, a kyseliny kumolové a vícemocných alkoholů, jako je například ethylenglykol, propylenglykol, jejich dimery a/nebo trimery, neopentylglykol, pentaerythritol, jakož i jejich roztoků v komonomerech, jako je styren, α-methylstyren, vinyltoluen,, allylftalát nebo trimethylolpropandiallylether. Dále přicházejí v úvahu epoxidové pryskyřice jako reakční produkty epichlorhydrinu s bisfenoly, novolaky a/nebo kresoly, anilinem, cykloalifatic4 kými nebo alifatickými dikarboxylovými kyselinami, jakož i jednomocnými nebo vicemocnými alkoholy, jakož i tužidla o sobě známých typů na basi polyaminů, polyamidoaminů a anhydridů kyselin.

Jako licí elastomery se výhodně rozumí takové licí pryskyřice, které při nepatrném sklonu k tečení a dobré pevnosti v tahu vykazují flexibilní nebo středně flexibilní chování v tahu při ohybu.

Obzvláště výhodné jsou licí elastomery na basi polyurethanu, sestávající z polyisokyanátů a polyolů, popřípadě polyaminů, přičemž polyoly jsou výhodné.

U polyisokyanátů se jedná o libovolné organické polyisokyanáty o sobě známých typů z chemie polyurethanů. Vhodné jsou například alifatické, cykloalifatické, aralifatické, aromatické a heterocyklické polyisokyanáty, jaké jsou například popsané V. Siefkenem v puplikaci od Justuse Liebiga, Annalen der Chemie, 562. str. 75 až 136 , obzvláště vzorce

Q(NCO)_n , přičemž n značí číslo 2 až 4 , obzvláště 2 a

Q značí alifatický uhlovodíkový zbytek se 2 až 18 uhlíkovými atomy, výhodně se 6 až 10 uhlíkovými atomy, cykloalifatický uhlovodíkový zbytek se 4 až 15 uhlíkovými atomy, výhodně s 5 až 10 uhlíkovými atomy, aromatický uhlovodíkový zbytek se 6 až 15 uhlíkovými atomy, výhodně se 6 až 13 uhlíkovými atomy nebo aralifatický uhlovodíkový zbytek s 8 až 15 uhlíkovými atomy, výhodně s 8 až 13 uhlíkovými atomy.

Obzvláště výhodné isokyanáty jsou 4,4’-diisokyanátodifenylmethan, polyisokyanátové směsi řady difenylmethanu, které se získají o sobě známým způsobem fosgenací kondensátů anilinu a formaldehydu, a které vedle uvedených diisokyanátů obsahují proměnlivá množství vyšších homologů, 2,4-diisokyanátotoluen a jeho technické směsi s až 35 % hmotnostními, vztaženo na celkovou směs, 2,6-diisokyanátotoluenu, hexamethylendiisokyanátu, l-isokyanáto-3,3, 5-trimethyl-5-isokyanátomethylcyklohexanu (isophorondiisokyanát) , polyisokyanáty na basi uvedených nemodifikovaných polyisokyanátů, modifikované urethanem, karbodiimidem, isokyanurátem, allophanátem nebo biuretem, nebo libovolné směsi příkladně uváděných polyisokyanátů. Výhodně se používají polyisokyanáty, které jsou kapalné při teplotě místnosti. Obzvláště výhodně se jako organické polyisokyanáty používají produkty fosgenace kondensátů anilinu a formaldehydu.

Polyolové komponenty mají hydroxylové číslo 50 až 800, výhodně 95 až 600 mg KOH/g , Sestává obvykle ze směsi několika polyhydroxylových sloučenin o rozmezí molekulové hmotnosti 62 až 10 000 . Jako jednotlivé součásti směsi přichází například v úvahu :

nízkomolekulární polyoly, známé v chemii polyurethanů jako prostředky pro prodlužování řetězce nebo zesífovací činidla, obsahující popřípadě etherové skupiny, o rozmezí molekulové hmotnosti 62 až 400 , jako je například ethylenglykol, propylenglykol, isomerní butandioly, hexandioly, oktandioly, trimethylolpropan, glycerol, pentaerythritol a/nebo solbitol, polyethylenglykoly uvedeného rozmezí molekulové hmotnosti, propylenglykoly uvedeného rozmezí molekulové hmotnosti, nízkomolekulární produkty propoxylace trimethylolpropanu uvedeného rozmezí molekulové hmotnosti, nebo libovolné směsi takovýchto nízkomolekulárních polyolů.

Polyetherpolyoly o molekulové hmotnosti vyšší než 400, výhodně až 10 000 , obzvláště v rozmezí 500 až 6000, jako jsou například produkty alkoxylace uvedených jednoduchých, vícemocných alkoholů nebo také produkty alkoxylace vody, polyaminú s alespoň dvěma NH-vazbami a/nebo aminoalkoholů s alespoň dvěma aktivními vodíkovými atomy nebo libovolné směsi takovýchto polyetherpolyolů uvedeného rozmezí molekulové hmotnosti. Obzvláště výhodné jsou produkty ethoxylace a/nebo propoxylace příkladně uvedených molekul startéru nebo směsí příkladně uvedených molekul startéru, přičemž ethylenoxid a/nebo propylenoxiď se používají při alkoxylaění reakci ve směsi a/nebo po sobě.

Polyesterpolyoly o sobě známých typů z chemie polyurethanů, jako se například získají esterifikaci výše uvedených jednoduchých nízkomolekulárních polyolů s vícebasickými kyselinami nebo anhydridy vícebasických kyselin. Vhodné kyselinové komponenty jsou například kyselina adipová, kyselina ftalová, kyselina tetrahydroftalová a/nebo kyselina hexahydroftalová, popřípadě anhydridy takovýchto kyselin.

Licí elastomery se mohou přídavkem vhodných katalysátorů ovlivňovat ve své rychlosti vytvrzování. Vhodné katalysátory jsou pro odpovídající systémy o sobě známé.

Jako příklady je možno uvést terciární aminy, organokovové sloučeniny, u epoxidů určité kyseliny, jako je například kyselina salicylová a organické peroxidy pro vytvrzování nenasycených polyesterů.

Výroba lepených spojů se provádí položením tvarovacího nástroje, sestávajícího z vnější a vnitřní formy, které se utěsní pomocí hadice nebo hadici podobného prvku. Přitlačení těchto těsnících prvků může probíhat hydraulicky, pneumaticky nebo mechanicky. Prvky, popřípadě filtrační trubky, se nejdříve fixují distančním přilícováním, které může být obsaženo v tvarovacím nástroji, nezávisle na tom, zda jsou prvky, popřípadě filtrační trubky, umístěny svisle nebo vodorovně. Potom probíhá plnění tvarovacího nástroje licím elastomerem.

Výroba směsi licího elastomeru probíhá o sobě známým způsobem šaržovitým míšením reakčních pryskyřičných komponent nebo pomocí dávkovačích a mísících zařízení, která sestávají z pístových nebo zubových čerpadel, statických a/nebo dynamických mísičů, jakož i vakuových zařízení pro odplyňování, přičemž je možné jak tlakové ostřikování pro podporu dopravy, tak také mohou obsahovat míchadla a temperovací zařízení.

Vytvrzování těchto licích elastomerů může probíhat za teploty okolí nebo se pro rychlejší vytvrzení pracuje při zvýšené teplotě, nebo se používá kombinace obou způsobů, přičemž se začíná vytvrzovat při teplotě okolí a po vytvaro vání se vytvrzuje při zvýšené teplotě. K tomu používané tvarovací soupravy mohou být vytvořeny ve vyhřívatelném provedení, které ulehčuje zpracování také při nízkých teplotách.

Zásadně je doba vytvrzování licích elastomerů volně volitelná, výhodně se pohybuje v rozmezí 30 sekund až 2 minut.

Lepený spoj je výhodně vytvořen tak, že je zaručena trvanlivost několika, výhodně alespoň 6 až 8 kusů filtračních trubek, popřípadě spojených prvků (segmentů) pro transport, popřípadě zabudování ;

je zaručena flexibilita sestavených filtračních sloup ců až do určitého stupně. K tomu je vytvořena zóna flexibility mezi spojovanými filtračními trubkami pomocí licí pryskyřice ;

zóna flexibility zaručuje, že filtrační sloupec při montáži, popřípadě při zabudovávání, může sledovat odchylky od svislého směru odvodňovacího vrtu ;

je možná nekonečná výroba větví filtračních trubek, které se vyznačují absolutní těsností na filtračních spoj ích a vyloučí se zanesení studny pískem ;

je možné použití filtračních sloupců v každé poloze zabudování (Horizontálně/vertikálně). Tím se otevírají možnosti dalšido dodatečného nasazení jako drenážních trubek, popřípadě vybírání a odvádění médi z deponií a podobně.

Podle předloženého vynálezu je možno takto vyrobené prvky, popřípadě filtrační trubky, použít například jako odvodňovací prvky v hornictví, výhodně v povrchovém dobývání, v oblasti skládek, jakož i v zemědělství, stavebnictví a lesním hospodářství. Pro získávání pitné vody se přirozeně musí používat takové licí elastomery, ze kterých se na základě jejich chemického složení neodštěpují, popřípadě nevyluhují žádné zdraví škodlivé látky.

Pro specielní použití může být účelné, popřípadě potřebné, aby byl navzájem slepen omezený počet jednotlivých segmentů, které samy jsou volně spojené pomocí elastických T-spojek. Při tom nastává také možnost slepit tyto T-spojky pomocí licího elastomeru.

Dále je také v rámci předloženého vynálezu možné moužít namísto pro kapalinu prostupných segmentů částečně neprostupné segmenty (například pro utěsnění vůči určité podzemní vodě) .

Příklady provedení vynálezu

Předmět předloženého vynálezu je v dalším blíže objasněn pomocí příkladů provedení.

Výchozí komponenta a)

U výchozí komponenty a) se jedná o polyetherovou směs, sestávající z :

hmotnostních dílů, sestávajících z 1 mol propylenglykolu, 87 hmotnostních dílů propylenoxidu a 13 hmotnostních dílů ethylenoxidu, s hydroxylovým číslem 28, hmotnostních dílů, sestávajících z 1 mol trimethylolpropanu, 87 hmotnostních dílů propylenoxidu a 13 hmotnostních dílů ethylenoxidu, s hydroxylovým číslem 35, hmotnostních dílů, sestávajících z 1 mol trimethylolpropanu, 82,5 hmotnostních dílů propylenoxidu a

17,5 hmotnostních dílů ethylenoxidu, s hydroxylovým číslem 35,

7,7 hmotnostních dílů ethylenglykolu s hydroxylovým číslem 1806 a hmotnostních dílů práškovitého zeolitu, s hydroxylovým číslem 165, viskositou při teplotě 25 °C 1000 mPa.s a hustotou při teplotě 20 °C 1,03 .

Výchozí komponenta b)

U výchozí komponenty b) se jedná o směs isomerů difenylmethandiisokyanátu s převažujícím podílem

4,4-isomerů, jakož i s podílem výšefunkčních polymerů, jakož i prepolymerů na basi tripropylenglykolu. Obsah isokyanátu činí 28,5 % , viskosita při teplotě 25 °C 140 mPa.s .

Výchozí komponenta c)

U výchozí komponenty c) se jedná o diazabicyklooktan (urychlovač) .

Uvedené výchozí komponenty se mohou zpracovat následuj ícím způsobem :

100 hmotnostních dílů polyolu, odpovídajícího výchozí komponentě a) , se smísí se 38 hmotnostními díly isokyanátu, odpovídajícímu výchozí komponentě b) , jakož i s 0,3 hmotnostními díly urychlovače, odpovídajícímu výchozí komponentě c) , při teplotě 25 °C ve dvoukomponentním nízkotlakém zařízení pomocí dynamického mísíce. Želirovací doba činí 40 s. Po 3 minutách se může zhotovené zkušební těleso vyjmout z formy. Tvrdost po úplném vytvrzení se zjišťuje pomocí 65 Shore A .

Stanovení pevnosti spoje :

Zhotoví se betonové ohybové hranoly, odpovídající DIN 1048, o rozměrech 4 x 4 x 16 cm , postupem podle DD 109 317. Jako oddělovací činidlo se použije směs silikonového oleje a siloxanu. Podíl pojivá činí pro frakce zrnitosti 2 až 8 mm a 2 až 4 mm vždy 5 % hmotnostních. Ve čtyřbodovém pokuse byla zjištěna na zkušebních tělesech se zrnitostí 2 až 8 mm zlomová síla 5816 N . Zkušební tělesa se přepůlí vždy na délku 8 cm a spojí se volným, beztlakovým litím na čelních plochách, opatřených oddělovacím prostředkem, způsobem podle příkladu 1 . Jako licí elastomer se při tom aplikuje polyurethanová směs podle příkladu 1 ve vrstvě o tloušťce 10 mm. Lití se ptovádí tak, aby vznikl profil tvaru Τ , který překrývá strany zkušebního tělesa o vždy 10 mm. Po vytvrzení při teplotě asi 22 °C po dobu 24 hodin se zkouší čtyřbodová pevnost v ohybu.

Zrnitost 2 až 8 mm 5807 N zrnitost 2 až 4 mm 6150 N .

Lom se provádí u obou druhů zkušebních těles jak ve zkušebním materiálu odvodňovacího segmentu, tak také parcielně na hraničních plochách se spojovacím segmentem. Zkušební uspořádání je v rozestupu podkladu 100 mm a odstup tlakového břitu je 45 mm. Spojovací prvek byl umístěn ve středu mezi tlakovým ostřím. Překrytí tvaru T se nacházelo v tahové zóně.

Příklad 1

Odvodňovací prvky, odpovídající DD 109 317, mající frakci štěrku o zrnitosti 2 až 4 mm a podíl pojivá 5 % hmotnostních, o vnějším průměru 414 mm a tloušťce stěny 32 mm, jsou uspořádány nad sebou a pomocí opěrné prstencové formy, sestávající z poloviny formy pro vnitřní stranu a z poloviny pro vnější stranu trubky, se tak fixuje, že vznikne mezera 10 mm .

Zalití této mezery se provádí volným, beztlakovým litím, jak bylo popsáno výše. Po deseti minutách prodlevy se poloviny forem odstraní. Spoj odvodňovacích prvků vykazuje požadované vlastnosti.

Příklad 2

Segmenty odvodňovacích prvků o délce 25 cm, popsané v příkladě 1 , se po dvou navzájem spojí postupem podle přikladu 1 . Uspořádání trubkových segmentů pro lití je však provedeno horizontálně. Zařízení formy z příkladu 1 se doplní krycí deskou, takže vznikne uzavřená forma. Plnění vnitřku formy se provádí se provádí vývrtem v horním vrcholovém bodě prstencové formy pomocí dávkovacího a mísícího přístroje po dobu 80 sekund volným litím. Po minutách prodlevy ve formě je možno obě poloviny formy odstranit.

Příklad 3

Uspořádání pokusu se volí obdobné jako v příkladě 2 ; lití se však provádí ze spodního vrcholového bodu prstence formy přes vyměnitelnou hadici po dobu 2 minut. Odstranění formy se provádí opět po 10 minutách.

Příklad 4

Do párů spojené segmenty podle příkladu 2 se podrobí zkoušce tečení za tlakového namáhání. Vertikální zatížení činí 5 t. Poměrné stlačení v elastickém spojovacím prvku činí po 1000 hodinách méně než 0,1 % .

Příklad 5

Do párů spojené segmenty podle příkladu 2 se podrobí tahové zkoušce tak, aby se lepený spoj poškodil. Maximální tahové zatížení při přetržení bylo 12 KN .

Příklad 6

Podle výše uvedené metody byla vystavěna vrtaná studna s bezopěrovými odvodňovacími segmenty.

Na obr. 1 je znázorněna vrtaná studna s bezopěrovými trubkami 2 studny, vyrobenými podle předloženého vynálezu, ztraceným talířovým dnem 5 , UVM-čerpadlem 3 (podvodní motor) se vzestupným vedením 4 a se štěrkovým mezikružním prostorem.

Jako trubky 2 studny přicházejí v úvahu štěrkové filtry podle příkladu 1 s nepatrnou pevností v tahu, které se zabudovávají nastojato. Postupem podle příkladu 2 se šest jednotlivých segmentů o délce 1 m navzájem spojí vždy na svých čelních plochách. Po vytvrzení lepidla se touto trubkovou sekcí 6 vedou montážní tyče a sešroubuj i se s talířovým dnem 5 , tak aby se mohla trubková sekce 6. , stojící na talířovém dně 6 , usadit do připraveného vyvrtaného otvoru. Uchycení trubkového sloupce probíhá nad trubkovou sekcí na montážní tyči.

Další výstavba se nyní může provádět následuj ícím způsobem :

Následující a všechny další trubkové sekce 6 se spojí a slepí postupem popsaným výše, přičemž namísto talířového dna 5. se použije montážní talíř. Trubková sekce 6, se umístí nad vyvrtaný otvor a zachytí se na nejspodmější filtrační trubku. Montážní tyč se uvolní a sešroubuje se s tyčí, nacházející se již ve vyvrtaném otvoru. Obě trubkové sekce se před umístěním spojí postupem podle příkladu 1 . Trubková větev se spustí do vrtaného otvoru, zachytí se na montážní tyči nad poslední filtrační trubkou a postup se opakuj e, dokud se nedosáhne konečného stupně.

Během procesu montáže tvoří trubkové sekce 6. stabilní montážní jednotky, které dovolují racionální pracovní postup. Odklon filtrační trubky ze svislé roviny je značně omezen, avšak zůstává možnost pohyblivosti filtračního sloupce, takže se může trubka přizpůsobit nerovnoměrnostem vrtu a dodatečným posunům hornin. Tlakové vázané síly a s nimi spojené dodatečné namáhání se vyloučí.

í L ? θ •f-o

Claims

NTOVE NÁROKY pro kapalinu, sestávající z více bezPATE

1. Prvek prostupný opěrových segmentů, vyznačuj ící jsou spojené lepenými elastomeru.
2. Prvek podle nároku 1 , vyznačující se tím, že jednotlivé segmenty maj í obzvláště kruhovitý průřez a sestávaj í z minerálního filtračního materiálu, spojeného licí pryskyřicí na basi epoxidů, nenasycených polyesterů nebo polyurethanů.
3. Prvek podle některého z nároků 1 nebo 2 , vyznačující se tím, že se jako licí elastomery, popřípadě licí pryskyřice použijí polyurethany.
4. Prvek podle některého z nároků 1 až 3 , vyznačující se tím, že větší počet slepených prvků je spojen pomocí elastických T-spojek.
5. Prvek podle některého z nároků 1 až 4 , vyznačující se tím, že jednotlivé segmenty sestávají ze směsi štěrku a polyurethanové licí pryskyřice.
6. Prvek podle některého z nároků 1 až 5 , vyznačující se tím, že mezi jednotlivými segmenty jsou k disposici prvky pro nastavení rozteče s e t í m , že jednotlivé segmenty spoj i, obzvláště pomocí licího štěrbin.
7. Prvek podle některého z nároků 1 až 6 , vyznačující se tím, že namísto segmentů prostupných pro kapalinu obsahuje částečně neprostupné segmenty.
8. Použití prvku podle některého z nároků 1 až 7 při odvodňování a při stavbě studní.
9. Použití prvku podle některého z nároků 1 až 7 při odvodňování v hornictví.