УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДУШНОГО ИНВЕРТИРОВАНИЯ И ПАРОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ ВКЛАДЫША, ОТВЕРЖДАЕМОГО В МЕСТЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
DEVICE FOR AIR INVERTING AND STEAM CURING OF TUBE INSERT CURED AT WORKSITE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к устройствам для установки вкладыша, отверждаемого в месте эксплуатации, в существующий трубопровод посредством воздушного инвертирования (выворачивания внутренней стороной наружу) пропитанного смолой вкладыша при помощи устройства, имеющего уплотнение с низким трением. Смола может быть отверждена непрерывно прокачиваемым паром без потери давления. Эти устройства применимы для внутреннего покрытия трубопроводов малого и среднего диаметра.
Известно, что трубопроводы или инженерные сети, особенно подземные трубы, такие как канализационные трубы для коммунально-бытовых и промышленных сточных вод, канализационные трубы для ливневых вод, водопроводы и газопроводы, которые используются для передачи текучих сред, часто требуют ремонта по причине утечки текучих сред или разрушения. Утечка может быть направлена из окружающей среды во внутреннюю или проводящую часть трубопроводов. В качестве альтернативы, утечка может быть направлена наружу из проводящей части трубопровода в окружающую среду. В любом случае, желательно избежать такой утечки.
Утечка может быть вызвана неправильной установкой первоначальной трубы, или разрушением самой трубы из-за обычного старения или из-за воздействий разъедающего или абразивного материала. Трещины в местах трубных соединений или около них могут быть вызваны воздействием окружающей среды, такими как землетрясения или перемещение больших транспортных средств по находящейся сверху поверхности, или аналогичными естественными или производимыми человеком вибрациями, или другими подобными причинами. Независимо от причины, такая утечка нежелательна и может привести к потере текучей среды, протекающей внутри трубопровода, или привести к загрязнению окружающей среды и риску для здоровья населения. Если утечка продолжается, это может привести к поломке конструкции существующего трубопровода из-за потери опоры на грунт и боковой опоры трубопровода.
По причине все возрастающих затрат на рабочую силу, энергию и оборудование, все более трудно и менее экономично ремонтировать подземные трубы или их участки, которые могут давать течь, выкапывая и заменяя трубы. В результате, были изобретены разнообразные способы для осуществляемого в месте эксплуатации ремонта или восстановления существующих трубопроводов. Эти новые способы устраняют издержки и риск, связанные с выкапыванием и заменой труб или отрезков труб, так же как значительное неудобство для населения. Один из наиболее успешных технологических процессов для ремонта или бестраншейного восстановления, который в настоящее время широко используется, является процесс Insituform. Этот процесс описан в патентах US 4009063, 4064211 и 4135958, все содержание которых включено в данный документ в качестве ссылки.
Согласно установившейся практике процесса "Insituform" (на месте проведения работ) внутри существующего трубопровода устанавливается удлиненный гибкий трубчатый вкладыш из войлочной ткани, вспененного или аналогичного пропитывающегося смолой материала с внешним непроницаемым покрытием, которое пропитано термореактивной отверждающейся смолой. Обычно вкладыш устанавливается с использованием процесса выворачивания наизнанку, описанного в последних двух указанных патентах на процесс "Insituform". В процессе выворачивания наизнанку давление, действующее на внутреннюю поверхность выворачиваемого наизнанку вкладыша, прижимает его к внутренней поверхности трубопровода и вводит в контакт с ней. Однако процесс "Insituform" также сопровождается протягиванием пропитанного смолой вкладыша в трубопровод веревкой или тросом и использованием отдельного непроницаемого для текучей среды надувного баллона или вкладыша, которые выворачиваются наизнанку внутри вкладыша, вызывая отверждение вкладыша на внутренней стенке существующего трубопровода. Такие пропитанные смолой вкладыши обычно именуются "трубами, отверждаемыми в местах эксплуатации" или "CIPP-вкладышами", а их установка называется CIPP-установкой.
Гибкие трубчатые CIPP-вкладыши имеют внешний гладкий слой из относительно гибкого, по существу непроницаемого полимера, покрывающего внешнюю сторону вкладыша в его первоначальном состоянии. При выворачивании наизнанку этот непроницаемый слой оказывается на внутренней части вкладыша после того, как вкладыш выворачивается наизнанку во время установки. По мере того как гибкий вкладыш устанавливается на место внутри трубопровода, трубопровод подвергается изнутри воздействию повышенного давления, предпочтительно с использованием текучей среды для выворачивания наизнанку, такой как вода или воздух, для того, чтобы вдавить вкладыш в радиальном направлении наружу для прилегания к внутренней поверхности существующего трубопровода.
Обычно для того, чтобы обеспечить необходимый статический напор с тем, чтобы вывернуть наизнанку вкладыш или баллон, на месте установки устанавливается оборудование для выворачивания наизнанку. В качестве альтернативы, предложен модуль для выворачивания наизнанку, показанный и описанный в патентах US 5154936, 167901 (со ссылкой на №35944) и 5597353, содержание которых включено в данный документ в качестве ссылки. Отверждение может быть инициировано введением горячей воды в вывернутый наизнанку вкладыш через шланг рециркуляции, прикрепленный к концу выворачивающегося наизнанку вкладыша. Инвертирующая вода рециркулирует через источник теплоты, такой как водогрейный котел или теплообменник и возвращается в инвертированный вкладыш до тех пор, пока его отверждение не завершено. В таком случае смола, пропитавшая пропитывающийся материал, отверждается, образуя твердое, плотно посаженное жесткое внутреннее покрытие трубы внутри существующего трубопровода. Новый вкладыш эффективно герметизирует любые трещины и устраняет повреждение любого отрезка трубы или соединения труб, что предотвращает дальнейшую протечку как по направлению внутрь, так и наружу существующего трубопровода. Отвержденная смола также служит для упрочнения стенки существующего трубопровода, что обеспечивает усиленную конструктивную опору для окружающей среды.
Установка для выворачивания наизнанку, сооружение которой занимало много времени, требовала, чтобы рабочие находились на высоте 30 футов (9 м) над землей, часто около деревьев и электрических проводов. Этот способ был усовершенствован в устройстве, которое позволяло в процессе "Insituform" создавать гидростатический напор при помощи пережимного клапана. Вкладыш подавался в верхнюю часть устройства и протягивался через пережимной клапан водой под давлением. Вода под давлением воздействовала на переднюю часть вкладыша, заставляя его инвертироваться (выворачиваться внутренней стороной наружу) в восстанавливаемую трубу. Эти устройства для восстановления трубы малого диаметра использовались в течение приблизительно четырнадцати лет.
Главный недостаток использования этих устройств, использующих воду, заключается в количестве и доступности инвертирующей воды. Для того чтобы воздействовать на отверждение, вода должна быть нагрета обычно от температуры 55°F (13°С) до температуры 180°F (82°С) и затем охлаждена посредством добавления дополнительного количества воды до температуры 100°F (38°С) прежде, чем быть отведенной в соответствующую систему утилизации.
Этот недостаток может быть устранен при использовании вместо воды воздуха для того, чтобы создавать инвертирующую силу. После того как пропитанный вкладыш полностью инвертирован, он затем может быть отвержден паром. Хотя для производства пара необходима вода, количество воды в форме пара составляет только 5-10% от количества, требующегося для водного инвертирования, отверждения и охлаждения. Это означает, что пар может использоваться даже в том случае, если воду нельзя легко получить на месте проведения работ. Это резкое снижение количества воды является результатом более высокой энергии, которую можно получить от одного фунта (0,454 кг) воды в форме пара против одного фунта (0,454 кг) нагретой воды. Один фунт пара, конденсирующегося в один фунт воды, дает приблизительно 1000 британских тепловых единиц (1055,06 кДж), в то время как один фунт (0,454 кг) воды дает только одну британскую тепловую единицу (1,05506 кДж) на каждый градус падения температуры. Эти сниженная потребность в воде плюс фактическое устранение цикла подогрева значительно снижают время цикла отверждения и время установки.
Почему же при этом очевидном преимуществе использования воздушного инвертирования и парового отверждения промышленность не спешила отказаться от водного инвертирования и отверждения горячей водой?
Когда для инвертирования пропитанного смолой вкладыша используется вода, неинвертированная часть вкладыша от инвертирующейся носовой части до инвертирующего устройства поддерживается силой, равной количеству воды, вытесненной вкладышем. В случае CIPP-вкладыша, это означает, что действующее значение веса вкладыша существенно снижается, как и сила, необходимая для того, чтобы протянуть неинвертированный вкладыш вперед к инвертирующей носовой части. Когда для того, чтобы создать инвертирующую силу, используется воздух, неинвертированный вкладыш лежит на дне трубы и давление воздуха, действующего на инвертирующуюся носовую часть вкладыша, должно тянуть вперед полный вес вкладыша.
Для того чтобы инвертировать CIPP-вкладыш, требуется преодолеть три силы, независимо от того, что используется для создания инвертирующей энергии.
1. Сила, требующаяся для того, чтобы инвертировать вкладыш (вывернуть вкладыш внутренней стороной наружу). Эта сила изменяется в зависимости от толщины вкладыша, типа материала и отношения толщины вкладыша к диаметру.
2. Сила, необходимая для того, чтобы протянуть вкладыш от инвертирующего устройства до передней части инвертирования.
3. Сила, необходимая для того, чтобы протягивать вкладыш через инвертирующее устройство.
Сила номер 1, упомянутая выше, обычно является одинаковой как для воздушного, так и для водного инвертирований.
Сила номер 2 значительно различается для случая воздуха и воды и может ограничить длину воздушных инвертирований. Существует предел давления, которое можно использовать для инвертирования вкладыша, без неблагоприятного воздействия на качество устанавливаемого CIPP-вкладыша и/или без повреждения существующего трубопровода. Для снижения требующейся силы тяги как для водного инвертирования, так и для воздушного инвертирования, может быть использована смазка.
Сила номер 3 может изменяться в зависимости от конструкции устройства. В большинстве устройств, используемых в настоящее время, сила, требующаяся для того, чтобы протягивать вкладыш через устройство, увеличится при увеличении любой или обеих сил: номер один и два. Это вызвано тем фактом, что для того, чтобы увеличить располагаемую энергию инвертирования, типичное устройство, используемое на сегодняшний день, ограничивает потерю текучей среды под давлением из камеры высокого давления ниже точки входа вкладыша в устройство и манжеты и бандажированного конца инвертируемого вкладыша. Это ограничение обычно достигается посредством увеличения давления воздуха в пневматическом уплотнении (то есть CHIP-модуле процесса Insituform) или посредством использования уплотнения, который получает энергию от инвертирующей текучей среды (то есть уплотнительного кольца Shooter). Перемещение по направлению внутрь в обоих случаях ограничено материалом уплотнения и сжатием инвертирующегося CIPP-вкладыша. Это в свою очередь вызывает увеличение трения между инвертирующимся CIPP-вкладышем и уплотнением.
Ввиду этих очевидных достоинств парового отверждения по сравнению с отверждением горячей водой, было предложено использование энергии пара. Воздушное инвертирование надувного баллона и проточный пар для отверждения описаны в US 6708728 и US 6679293, относящихся к процессу "Insituform", содержание которых включено в данный документ в качестве ссылки. Процессы, раскрытые в этих патентах, используют технологию втягивания и надувания и в настоящее время используются для вкладышей малого диаметра. Они предоставляют преимущества перед водным выворачиванием наизнанку для малых диаметров. Кроме того, использование перфорирующего контейнера, раскрытого в этих патентах, не подходит для вкладышей среднего и большого диаметра. Вкладышами среднего размера являются вкладыши, которые имеют в диаметре приблизительно между 18 и 45 дюймами (45,7 см и 1,2 м). Большими диаметрами являются те, что превышают в диаметре приблизительно 45 дюймов (1,2 м) и больше.
Соответственно, желательно предложить усовершенствованное устройство для воздушного инвертирования и сборочный узел для проделывания отверстия для CIPP-установки с отверждением проточным паром.
Существо изобретения
В соответствии с изобретением предлагается устройство для инвертирования (выворачивания внутренней стороной наружу) воздухом пропитанного смолой и отверждаемого в месте эксплуатации вкладыша, имеющее уплотнение с низким трением. В отличие от других инвертирующих устройств, используемых сегодня, это регулируемое уплотнение заранее заданной формы после того, как оно отрегулировано, не увеличивает трение на вкладыше при увеличении давлений инвертирующих текучих сред. В удаленной точке доступа расположен шаблон и труба для проделывания отверстия, имеющая выпускную трубу с уплотнением для проделывания отверстия, содержащую инструмент для проделывания отверстия. После того как инвертирование завершено, инструмент для проделывания отверстия вводится в надутый вкладыш и присоединяется выпускной шланг.
Уплотнение образовано щелевым зазором, регулируемым, по меньшей мере, в направлении его толщины. Регулирование щелевого зазора поперек выполняется посредством перемещения жестких элементов по существу перпендикулярно вкладышу, проходящему через уплотнение. Уплотнение может иметь одну неподвижную сторону и одну подвижную, регулируемую сторону. В этом случае, неподвижная сторона имеет стальную опорную пластину с термостойким сжимаемым слоем материала толщиной ~ 1/4 дюйма (6,35 мм), такого как упругий кремнийорганический каучук, и тонким абсорбирующим слоем 1/8 дюйма (3,175 мм) или меньше, таким как полиэфирный войлок, обращенный к непроницаемому слою вкладыша. Это позволяет, наносить смазку на поверхность инвертирующегося CIPP-вкладыша. В этом варианте реализации изобретения регулируемая сторона уплотнения имеет по существу жесткий однодюймовый (2,54 см) по толщине фасонный блок из полимерного материала, например нейлона или подобного ему, покрытый аналогичным сжимаемым и абсорбирующим слоем. Фасонный блок имеет размеры и форму специально под размер и толщину CIPP-вкладыша, подлежащего инвертированию. Фасонный блок может быть неразъемным элементом или выполнен из трех или четырех секций в зависимости от размера плоско уложенного CIPP-вкладыша, подлежащего установке. Для каждой секции предусмотрен отдельный регулировочный болт.
В другом варианте реализации изобретения уплотнение образовано множеством противолежащих пальцев, расположенных поперек щелевого зазора в устройстве. Каждый палец представляет собой пневматический поршень или шток, установленный в цилиндре, связанным с воздушной магистралью. Штоки могут быть расположены на одной стороне, обращенной к неподвижной противолежащей стороне, или окружать вкладыш с обеих сторон.
В предпочтительном варианте реализации изобретения, уплотнение имеет одну неподвижную сторону и одну подвижную, регулируемую сторону. Неподвижная сторона имеет стальную опорную пластину, покрытую термостойким сжимаемым слоем материала толщиной ~ 1/4 дюйма (6,35 мм), такого как кремнийорганический каучук, и тонким абсорбирующим слоем (1/8 дюйма (3,75 мм) или меньше), таким как полиэфирный войлок для наложения смазки на поверхность CIPP-вкладыша. Регулируемая сторона имеет однодюймовые по толщине фасонные блоки из нейлона, покрытые аналогичным сжимаемым и абсорбирующим слоем. Фасонный блок имеет размеры и форму специально под размер и толщину CIPP-вкладыша, подлежащего инвертированию. Обычно CIPP-вкладыши, предназначенные для инвертирования, изготавливаются со слоями, имеющими размеры для конечного положения. Это означает, что до инвертирования слой с самой большой окружностью находится на внутренней стороне, а покрытый слой самой малой окружности находится на внешней стороне. Это приводит к тому, что внутренний слой имеет складчатую область или толстое место в сечении вкладыша. Сжимаемые слои с каждой стороны уплотнения адаптируются к этому и любым другим неравномерностям сечения вкладыша. Складчатая область может перемещаться назад и вперед по поверхности CIPP-вкладыша, следовательно, не регулируемое адаптирование к этому изменению местной толщины вкладыша было бы неэффективным. Сжимаемый слой, который окружает CIPP-вкладыш, хорошо подходит для того, чтобы приспосабливаться к любой местной толщине вкладыша независимо от ее локализации. Ограниченная область повышенного трения, вызванного этими толстыми местами, способствует обеспечению улучшенных характеристик трения этой конструкции уплотнения.
Соответственно, задача изобретения заключается в том, чтобы предложить усовершенствованное устройство и способ для инвертирования CIPP-вкладыша воздухом.
Другая задача изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство для воздушного инвертирования CIPP-вкладыша с регулируемым уплотнением, которое не увеличивает трение на вкладыше, когда давление выворачивающей наизнанку текучей среды увеличивается.
Дополнительная задача изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство для воздушного инвертирования CIPP-вкладыша и парового отверждения.
Еще одна дополнительная задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить воздушное инвертирование и паровое отверждение CIPP-вкладыша, не позволяя инвертированному вкладышу осесть до парового отверждения.
Другие задачи и преимущества изобретения будут очевидны из следующего описания.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания изобретения следует обратиться к нижеследующему описанию, рассматриваемому совместно с прилагаемыми чертежами на которых:
фиг.1 - вид сбоку модуля воздушного инвертирования в соответствии с изобретением;
фиг.2 - вид сверху уплотнения для герметизации отверждаемого в месте эксплуатации вкладыша в соответствии с изобретением;
фиг.3 - увеличенный вид сверху уплотнения модуля воздушного инвертирования, показанного на фиг.1;
фиг.4 - увеличенный вид сверху уплотнения, имеющего сегментированный фасонный блок в соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения;
фиг.5 - вид сбоку устройства для воздушного инвертирования и парового отверждения с CIPP-вкладышем, готовым для инвертирования в соответствии с изобретением:
фиг.6 и 7 - виды сверху, схематически показывающие множество пальцев уплотнения устройства, показанного на фиг.1 в открытом и рабочем положении, соответственно;
фиг.8 - вид сбоку в разрезе устройства воздушного инвертора и парового отверждения в соответствии с изобретением; и
фиг.9 и 10 - схематические виды инвертирующегося отверждаемого в месте эксплуатации вкладыша, поступающего в шаблон и трубу для проделывания отверстия, до и после проделывания отверстия инструментом.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание раскрывает усовершенствованное устройство для воздушного инвертирования и парового отверждения CIPP-вкладыша в соответствии со стандартом ASTM F1216 Standard Practice for Rehabilitation of Existing Pipelines and Conduits by the Inversion and Curing of a Resin-Impregnated Tube (Стандартный технологический процесс F1216 для восстановления существующих инженерных сетей и трубопроводов посредством инвертирования и отверждения пропитанного смолой вкладыша, изданный Американским обществом по испытанию материалов). Описанное устройство хорошо подходят для того, чтобы проводить работы с поверхности через такие сооружения, как люки для восстановления существующих подземных инженерных сетей и трубопроводов.
Теперь обратимся к фиг.1, на которой на виде сбоку показан модуль 11 воздушного инвертирования и парового отверждения, сконструированный в соответствии с изобретением. Модуль 11 выполнен из жесткого материала, обычно металла, такого как сталь или алюминий, и тому подобное и имеет размеры, позволяющие пропитанному вулканизируемому в месте эксплуатации вкладышу проходить через модуль. Также могут использоваться композиционные материалы или пластмассы при условии, что они могут выдержать внутренние давления и температуры, которые будут созданы во время использования.
Модуль 11 включает в себя по существу цилиндрическую полую камеру 12 высокого давления, имеющую верхний фланец 13 и нижний фланец 14. На нижнем фланце 14 установлен полый башмак 16 инвертирования. Башмак 16 инвертирования включает в себя верхнюю секцию 17 в форме усеченного конуса с большим отверстием 17а и малым отверстием 17b и кольцевым фланцем 18 для прикрепления башмака 16 к нижнему фланцу 14. Это позволяет легко устанавливать в модуль 11 башмаки различных диаметров. Малое отверстие 17b секции 17, имеющей форму усеченного конуса, соединено с по существу цилиндрическим бандажным башмаком 19 с внешними ребрами 21 для прикрепления складчатого заднего участка вкладыша 27, отверждаемого в месте эксплуатации, подаваемого через него. Башмак 17 инвертирования также оснащен входным патрубком 20 для подачи воздуха/пара.
Верхняя часть камеры высокого давления 12 закрыта верхней крышкой 22, образованной из первой полукруглой секции 23 и второй полукруглой секции 24. Обе полукруглые секции 23 и 24 закреплены к верхнему фланцу 13 и обращены друг к другу вырезами 23а и 24а с образованием между ними щелевого зазора 26 для пропуска вкладыша 27 в модуль 11. Подробности конструкции щелевого зазора 26, формирующего уплотнение 28 таким образом, чтобы в камере высокого давления 12 и в башмаке 16 могло быть создано достаточное давление для инвертирования, будут описаны ниже.
Полукруглые секции 23 и 24 с вырезами 23а и 24а закрепляются к верхнему фланцу 13, образуя щелевой зазор 26 вдоль осевой линии между ними. Полукруглая секция 23 включает в себя горизонтальную часть 37 неподвижного держателя 31 уплотнения с горизонтальной установочной частью 32, по существу вертикальной секцией 33 по диаметру камеры 12 высокого давления и расширяющейся частью 34. Полукруглая секция 23 включает в себя вырезы 23а, обращенные к полукруглой секции 24.
Соответствующая регулируемая полукруглая секция 24 также включает в себя регулировочный держатель 36 с горизонтальной установочной частью 37, по существу вертикальной секцией 38 и расширяющейся частью 39. Регулировочный держатель 36 также имеет вырез 24а, который образует с вырезом 23а щелевой зазор 26. Подвижный регулировочный держатель 36 снабжен вырезом 41 для установки, по меньшей мере, одного жесткого фасонного блока 42. Фасонный блок 42 включает в себя входной вырез 43 для вкладыша, обращенный к вертикальной секции 33 неподвижного держателя 31. Вырез 43 для вкладыша выполнен в виде углубления в фасонном блоке 42. Сзади фасонного блока 42 установлены три винта 44 для изменения положения блока 42 с целью регулировки щелевого зазора 26 таким образом, чтобы вводить в него используемый вкладыш.
Между обеими секциями верхней крышки 22 и верхнего фланца 13 расположены два листа сжимаемого элемента 46. Сжимаемый материал 46 расположен вдоль обращенных друг к другу поверхностей держателей 31 и 36 и закреплен к расширяющимся секциям 34 и 39 держателей. Сжимаемый материал 46 образует гладкую, сжимаемую и упругую направляющую для вкладыша 27, контактирующего с уплотнением 28 при прохождении через него. Со стороны сжимаемого материала 46, обращенной к уплотнению 28, расположен абсорбирующий слой 47 из такого материала, как слой войлока, который может быть пропитан смазкой для смазывания инвертирующегося вкладыша 27. В качестве альтернативы, для облегчения прохождения вкладыша 27 через уплотнение 28 может быть использован слой материала с низким коэффициентом трения, такого как FEP, PFA или политетрафторэтилен. Использование сжимаемого материала 46 обеспечивает прижим уплотнения 28 по сечению и профилю вкладыша 27. На регулируемом держателе 36 установлены винты 44 регулирования щелевого зазора, предназначенные для того, чтобы перемещать фасонный блок 42 по направлению к противолежащей вертикальной секции 33, регулируя проход в уплотнении 28.
В варианте реализации изобретения, показанном на фиг.4, фасонный блок 51 образован из трех отдельных сегментов, включающих в себя две внешних секции 52 и 53 с криволинейными вырезами 52а и 53а и прямой средней секцией 54. Здесь, держатель 36 включает в себя отдельные карманы, в которых установлены секции 52, 53 и 54 с отверстием в вертикальной секции 38 держателя, обеспечивающем перемещение по направлению к неподвижному держателю 31 при затягивании винтов 44. Средняя секция (54) имеет прямолинейную кромку, тогда как внешние секции 52 и 53 имеют криволинейные контуры, соответствующие форме плоско уложенного вкладыша 27.
Модуль 11 включает в себя три опорных монтажных кронштейна 56, приваренных к боковой стенке камеры 12 высокого давления для закрепления стоек 57, удерживающих модуль 11 над отверстием, где осуществляют ввод вкладыша. Модуль 11 выполнен из жесткого металлического материала, такого как сталь или алюминий. Будучи собранными, полукруглые секции 23 и 24 с фасонным блоком 42 и сжимаемым материалом 46 образуют регулируемое уплотнение 28, позволяющее вкладышу 27 проходить через него с прижатием при подаче давления воздуха во входной патрубок 20 для воздуха/пара.
Фасонный блок 42 может представлять собой единую деталь, как показано в варианте реализации изобретения на фиг.2, или включать в себя три секции 52, 53 и 54, как показано в варианте реализации изобретения на фиг.4. Могут быть также выполнены дополнительные секции, которые обеспечивают большую гибкость при работе в области расположения складок и при отклонении размера сечения вкладыша 27 при его прохождении через фасонный блок.
Сжимаемый материал 46 представляет собой термостойкий упругий слой материала толщиной ~ от 3 до 20 мм, такой как кремнийорганический каучук. На наружной поверхности сжимаемого слоя 46 расположен тонкий абсорбирующий слой (2-8 мм) полиэфирного войлока для наложения смазки на поверхность CIPP-вкладыша 27. Как было отмечено выше, вместо пропитанного маслом войлока может быть использован материал с низким коэффициентом трения, такой как политетрафторэтиленовый холст. Уплотнение 28, образованное щелевым зазором 26 в верхних секциях 23 и 24 может быть бесступенчатым за счет использования варианта реализации, имеющего множество пальцев с пневматическим приводом, как показано на фиг.6 и 7.
Модуль 11 предпочтительно предназначен для того, чтобы устанавливать в существующий трубопровод CIPP-вкладыш малого диаметра, используя воздух для инвертирования вкладыша и пар для его отверждения. Вкладышами малого диаметра являются те, которые имеют диаметр приблизительно между 6 и 12 дюймами (от 15 до 30 мм).
Для того чтобы, используя модуль 11, установить отверждаемый в месте эксплуатации вкладыш способом воздушной инверсии и парового отверждения, необходимо выполнить следующие этапы.
1. Отвинчиваются регулировочные винты 44 на регулируемом держателе 36 уплотнения 28, и увлажненный CIPР-вкладыш 27 вводится через уплотнение 28 в камеру 12 высокого давления и бандажный башмак 19. Край вкладыша 27 отворачивается назад за кромку бандажного башмака 19 и закрепляется двумя бандажами из нержавеющей стали. К входному патрубку 20 на башмаке 16 инвертирования закрепляется шланг для воздуха/пара.
К другому концу CIPP-вкладыша 27 закрепляется удерживающая веревка или трос. На абсорбирующие слои 47 войлока на входе в модуль 11 наносится соответствующая смазка. Уплотнение 28 регулируется регулировочными винтами (44 таким образом, чтобы он равномерно смыкался вокруг CIPP-вкладыша 27.
2. Воздушно/паровая линия соединяется с распределителем воздуха/пара, с которым соединены линия подачи пара и линия подачи сжатого воздуха. Все воздушные и паровые соединения проверяются на предмет установки предохранительных штифтов или обматывающих чек. После того как пневмоклапан на распределителе закрыт и регулятор подачи воздуха установлен в выключенное положение, препятствуя проходу воздуха, линия подачи сжатого воздуха соединяется с компрессором. Линия выпуска воздуха в компрессоре закрывается и воздушный компрессор запускается.
3. Когда оператор, управляющий распределителем воздуха/пара, удостоверился, что все безопасно и можно приступить к работе, оператор, открывает линию подачи воздуха/пара к воздушному инвертору и медленно поворачивает регулировочный винт на регуляторе подачи воздуха, увеличивая подачу сжатого воздуха до достижения требуемого давления воздушного инвертирования. Оператор воздушного инвертора одновременно вытягивает CIРР-вкладыш из грузового автомобиля с изотермическим кузовом или бункера, чтобы ввести вкладыш в модуль 11.
Инвертирование продолжается до тех пор, пока задний конец вкладыша не приблизится к модулю 11. В это время удерживающая веревка проходит по валикам выше воздушного инвертора. Непосредственно перед окончанием ввода вкладыша в воздушный инвертор удерживающая веревка намотана вокруг натяжного барабана и натянута.
Как только конец вкладыша проходит уплотнение в верхней части воздушного инвертора, уплотнение регулируется таким образом, чтобы снизить утечку воздуха. Удерживающая веревка и давление инвертирующего воздуха управляются таким образом, чтобы поддерживать ту же скорость и давление инвертирования, что и используемые в первой половине процесса инвертирования.
4. Как показано на фиг.9 и 10, в дальнем люке магистрали, в которой прокладывают вкладыш, располагают шаблон-форму из жесткой поливинилхлоридной или металлической трубы, снабженной сборочным узлом 61, состоящим из патрубка 62 и стальной трубы 63 и центрируют его таким образом, чтобы принимать инвертирующийся вкладыш. По мере того как инвертирующаяся передняя часть вкладыша приближается к дальнему люку, инвертирование замедляется, обеспечивая ввод вкладыша в шаблон-форму. Инвертирование останавливается, когда передняя часть инвертирующегося вкладыша проходит приблизительно на величину одного диаметра за торец шаблона-формы.
Удерживающая веревка отвязывается, и в инвертированном вкладыше проделывается отверстие посредством введения стальной трубы 64 для проделывания отверстия с прокалывающим острием 66, расположенным на ее нижнем конце и клапаном 67 на верхнем конце. На трубе 64 для проделывания отверстия предусмотрен фланец или О-образный поясок 68, предотвращающий прокол трубой 64 противоположной стороны вкладыша.
Оператор, отвечающий за проделывание отверстия, уведомляет работников на инвертирующем конце, что он готовится проделать отверстие в инвертированном вкладыше, так что они должны быть готовы регулировать подачу воздуха, чтобы поддерживать давление в инвертированном вкладыше после того, как в нем будет проделано отверстие.
После того как во вкладыше было проделано отверстие, клапан 67 на трубе для проделывания отверстия закрывается, и к трубе 64 присоединяется выпускной шланг с клапаном на дальнем его конце. Теперь управление производится на дальнем конце выпускного шланга.
5. Выпускной клапан и входной воздушный регулятор регулируется таким образом, чтобы поддерживать заданный расход, рекомендуемый нагрев и давление отверждения. Продувается паровой котел, и шланг подачи пара прикрепляется к воздушно-паровому распределителю. Оператор распределителя уведомляется, что в распределитель воздуха/ пара поступает пар.
Оператор распределителя воздуха/пара уведомляет персонал на дальнем конце, что прогрев начинается. Регистрируется температура поверхности раздела в положении "на 6-часов" в дальнем люке. Прогретая воздушно-паровая смесь должна иметь температуру приблизительно 180°F (82,2°С). Прогрев продолжается до тех пор, пока нет прироста в 3°F (1,8°С) на внутренней поверхности в дальнем люке.
6. После того как прогрев завершен, расход воздуха медленно снижается, и для поддержания рекомендуемого давления отверждения используется сплошной пар (без воздуха). Отверждение сплошным паром продолжается в течение приблизительно 1 часа, при этом температура внутренней поверхности регистрируется с 15-минутными интервалами. И если температура внутренней поверхности в 130°F (54,4°С) имеет место, по меньшей мере, в течение 30 минут из 1 часа отверждения, то отверждение завершено. В противном случае отверждение продолжается до тех пор, пока температура 130°F (54,4°С) не будет поддерживаться, по меньшей мере, в течение 30 минут.
7. После того как цикл отверждения завершен, пар медленно отключается, при этом одновременно добавляется воздух. Во время охлаждения давление отверждения не должно быть превышено. Вкладыш охлаждается в течение как минимум 15 минут или до тех пор, пока поверхность раздела на дальнем конце не достигнет температуры 130°F (54,4°С), в зависимости от того, что дольше. Тогда подача пара в паровом котле выключается. Когда давление в шланге подачи из парового котла достигает нуля, шланг подачи пара отсоединяется от распределителя. Когда охлаждение завершено, перед отсоединением шланга подачи сжатого воздуха от распределителя воздушный компрессор выключается и давление в воздушном шланге сбрасывается.
В зависимости от конкретного вида смолы, которой пропитан вкладыш, и его толщины, когда отверждение завершено, расход пара отключается, при этом одновременно расход воздуха регулируется таким образом, чтобы поддерживать давление отверждения. Выпускной клапан устанавливается при охлаждении до приблизительно 130°F (54,4°С) в положение "на 6 часов" на, по меньшей мере, один час.
После того как температура снизилась до требуемого уровня, давление воздушного потока снижается до нуля, выпускной клапан полностью открывается. Любой конденсат, который, возможно, собрался в баллоне, удаляется дренажем на "выпускном" сборочном узле.
При этом для удаления концов из трубы с вкладышем и возобновления обслуживания с использованием стандартных процедур следуют процедурам входа в закрытое пространство.
Гибкий отверждаемый в месте эксплуатации вкладыш относится к типу, в целом хорошо известному в данной области техники. Он образован из, по меньшей мере, одного слоя гибкого пропитывающегося смолой материала, такого как слой войлока, имеющего внешний слой непроницаемой полимерной пленки. Слой войлока и слой пленки сшиваются по линии шва, образуя трубчатый вкладыш. Для обеспечения непроницаемости вкладыша на линию шва помещается или экструдируется совместимая термопластичная пленка в виде ленты или экструдированного материала.
Для вкладышей больших диаметров могут быть использованы несколько слоев войлочного материала. Слои войлока могут представлять собой естественные или синтетические гибкие, способные абсорбировать смолу материалы, такие как полиэфирные или полиакрилонитрильные волокна. Непроницаемая пленка в наружном слое может представлять собой полиолефин, такой как полиэтилен или полипропилен, винильный полимер, такой как полихлорвинил, или полиуретан, что хорошо известно в данной области техники. На начальном этапе во всех установках для бестраншейного восстановления существующий трубопровод подготавливают посредством очистки и видеосъемки.
Перед началом установки в соответствии со способом согласно изобретению, войлок вкладыша пропитывается отверждаемой термореактивной смолой при помощи процесса, именуемого "вымачиванием". Процесс "вымачивания" обычно включает в себя впрыскивание смолы в слой войлока через край или отверстие, образованное в слое непроницаемой пленки, создание вакуума и пропускание пропитанного вкладыша через прижимные ролики, что хорошо известно в технологии получения вкладышей. Одна такая процедура этой вакуумной пропитки описана в патенте US 4366012, относящемся к процессу "Insituform", содержание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки. Может быть использовано большое разнообразие смол, таких как полиэфир, сложные эфиры винилового спирта, эпоксидные смолы и т.п., которые могут быть применены согласно конкретным требованиям. Предпочтительно использовать смолу, которая является устойчивой при комнатной температуре, но которая легко отверждается при нагревании.
Можно заметить, что устройство согласно изобретению легко позволяет достичь преимущества отверждения вкладыша со смолой посредством проточного пара. При практическом осуществлении этого процесса, вкладыш может быть легко вывернут наизнанку внутри существующего трубопровода. Используя уплотнение с низким трением на камере для выворачивания наизнанку, можно увеличить давление, не увеличивая трение на движущемся вкладыше. Затем через отверждающийся вкладыш пропускается пар, имеющий более высокую энергию для отверждения смолы, чем циркулирующая горячая вода.
На фиг.8 показан модуль 110 воздушного инвертирования, выполненный в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Модуль 110 включает в себя прямоугольный лоток или емкость 111, установленную на раме 112 над проходом к трубопроводу, в котором должен быть установлен вкладыш. Наверху рамы 112 над емкостью 111 расположен валик 113, облегчающий подачу пропитанного смолой вкладыша 116 в емкость 111. Верхняя часть емкости 111 частично закрыта парой противолежащих пластин 121 и 122, образующих щелевой зазор 123 между боковыми стенками емкости 111а и 111в. Дно емкости 111 герметизировано и в нижней части имеет ниппель или башмак 131 инвертирования для крепления вокруг него инвертируемого вкладыша 116. Между верхней и нижней частями емкости 111 образована камера инвертирования. На боковой стороне емкости 111 предусмотрен вход 132 для подачи воздуха и пара из линии подачи сжатого воздуха и паропровода 134 в камеру инвертирования. Размер емкости 111 выбран таким образом, чтобы плоско сложенный вкладыш 116 не занимал полную ширину щелевого зазора 123. Это гарантирует, что воздух и пар могут свободно протекать вокруг всего периметра вкладыша, продвигая его через башмак 131 инвертирования.
Расположенный сверху щелевой зазор огибает эластомерный лист 46, в сгибе 136 которого расположено множество пальцев 137, частично закрывающих щелевое отверстие 123, как это схематически показано на фиг.6 и 7. Это позволяет плоско сложенному вкладышу 116 проходить через щелевой зазор 123, а пальцам 137, закрывать щелевой зазор 123 по краям вкладыша, как это схематически показано на фиг.7.
Пальцы 137 представляют собой жесткие штоки 133, установленные в цилиндры 138, соединенные с воздушной магистралью 139, как показано на фиг.5. Магистраль 139 имеет спускной воздушный клапан и манометр 141 и клапан 142 сброса давления. В конце каждого штока 133 расположено жесткое кольцо 146, имеющее приблизительно 1-3 см в диаметре и контактирующее с тыльной поверхностью 127 согнутого эластомерного листа 46. Каждый палец 137 расположен таким образом, чтобы торцы колец 146 образовывали непрерывный профиль вокруг вкладыша 116 и закрывали незанятую часть щелевого зазора 123 в емкости 111.
Эластомерный лист 46 представляет собой термостойкий сжимаемый слой материала толщиной ~ от 3 до 20 мм, такого как кремнийорганический каучук с тонким абсорбирующим слоем (47) от 2 до 8 мм, таким как полиэфирный войлок, для наложения смазки на поверхность CIPP-вкладыша 116. Пальцы 137 расположены позади обеих сторон эластомерного листа 46, чтобы прижимать его и войлок 47 к противоположным сторонам CIPP-вкладыша 116. Обычно CIPP-вкладыши, предназначенные для инвертирования, изготавливаются со слоями, имеющими размеры для конечного положения. Это означает, что до инвертирования слой самой большой окружности находится на внутренней стороне, а покрытый слой самой малой окружности находится на внешней стороне. Это приводит к тому, что внутренний слой имеет складчатую область, т.е. толстое место в сечении вкладыша. Пальцы 137 с каждой стороны щелевого зазора 123 адаптируются к этому и любым другим неравномерностям сечения вкладыша 116. Складчатая область может также двигаться назад и вперед по поверхности CIPP-вкладыша 116, и пальцы 137 с регулируемым ходом адаптируются к местному изменению толщины.
В проиллюстрированном варианте реализации изобретения, устройство 110 включает в себя 64 пальца 137, по 32 с каждой стороны щелевого зазора 123. Предполагается, что может быть использовано любое количество пальцев от 32 до 128, с кольцами, которые имеют размер от 1 до 5 см в диаметре. Очевидно, что чем меньше размер кольца, тем больше пальцев, которые могут быть включены в состав конструкции и тем более тонкие изменения в форме или профиле щелевого зазора возможны. Однако следует учитывать, что кольца могут проткнуть непроницаемое покрытие вкладыша. Кольца не должны быть слишком большими, чтобы образовывать промежутки по краям плоско сложенного вкладыша или в зонах изменений его толщины.
Башмак 131 инвертирования удлинен для того, чтобы установить на нем плоско сложенный вкладыш 116, проходящий через емкость 111, и имеет ребра или кромки для установки стальных бандажей для закрепления вкладыша 116. Для крепления вкладыша 116 к удлиненным боковым сторонам башмака 131 инвертирования предусматриваются зажимные планки.
Процедура установки, использующая инверторный модуль 110 идентична процедуре, описанной для ранее описанного варианта реализации изобретения, использующего инверторный модуль 11.
Таким образом, задачи, поставленные выше, из тех, что стали очевидными из предыдущего описания, эффективно решены и, поскольку в осуществление вышеизложенного способа и в приведенную конструкцию могут быть внесены некоторые изменения, не выходящие за рамки объема и существа изобретения, то предполагается, что весь материал, содержащийся в вышеприведенном описании и показанный на прилагаемых чертежах, должен интерпретироваться как иллюстративный, а не в ограничительном смысле.
Следует понимать, что нижеследующая формула изобретения предназначена, чтобы охватывать все родовые и специфические признаки описанного здесь изобретения.