CN102785359A - 用于现场预扩张的器件和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于现场预扩张的器件和方法，所述器件包括：弹性管，所述弹性管具有前端，相对所述前端的后端以及延伸贯穿所述弹性管的轴向孔，所述孔配置为接纳支撑管；以及适配器，所述适配器具有由径向外表面以及从所述径向外表面径向向外延伸的平面限定的阶梯部，以及延伸贯穿所述适配器的轴向孔，所述适配器的轴向孔具有与所述弹性管的轴向孔实质上相同的直径。

Description

用于现场预扩张的器件和方法
技术领域
本发明一般地涉及用于现场预扩张的器件和方法，具体地涉及用于现场预扩张而不降低结构完整性的器件和方法。
背景技术
现场预扩张是一种已知的用于在将弹性套管施加在基底上之前对该弹性套管进行现场扩张的方法，该方法是通过将一个具有大于该套管的内径的外径的支撑管插入该套管，从而使得该套管在径向扩张。在将其上扩张有套管的支撑管围绕该基底放置之后，该支撑管被移除，使得该套管收缩并且裹紧该基底，从而获得对该基底的电学、空气和/或水绝缘。该基底可以是连接的电缆、终端电缆或者任何其他需要绝缘或保护的形式。
用于现场预扩张的传统套管通常在其一端包括阶梯部。如本领域技术人员所知，在支撑管从该套管的另一端插入时，该阶梯部提供该套管的轴向定位，并且允许该阶梯部响应于支撑管的插入而扩张。然而，该阶梯部降低了套管的结构完整性，从而在操作中，在阶梯部可能发生应力集中，其可能在材料中造成裂纹并且导致密封失效。
将套管施加于基底的其他可选方法包括预加载冷缩法和推入式方法。用于预加载冷缩法的套管在到达安装现场之前被预先扩张并且加载在一个支撑管上。用于推入式方法的套管不需要预扩张。用于预加载冷缩法的套管以及用于推入式方法的套管都没有阶梯部，从而不存在结构完整性问题。在一些情形中，为方便安装或者其他原因，需要对用于预加载冷缩法的套管和用于推入式方法的套管进行现场预扩张。然而，一些用于预加载冷缩法的套管和一些用于推入式方法的套管的结构使得难以或者无法通过传统现场预扩张方法对其进行现场预扩张。
发明内容
因此需要一种允许现场预扩张而不降低套管的结构完整性的器件和方法。
一方面，本公开的一个实施例提供了一种器件，支撑管将通过预扩张设备插入所述器件，所述预扩张设备具有限定径向可扩张的内表面以及从所述径向可扩张的内表面径向向外延伸的平面的压力施加装置，所述器件包括：弹性管，所述弹性管具有前端，相对所述前端的后端以及延伸贯穿所述弹性管的轴向孔，所述孔配置为接纳所述支撑管；以及适配器，所述适配器具有由径向外表面以及从所述径向外表面径向向外延伸的平面限定的阶梯部，以及延伸贯穿所述适配器的轴向孔，所述适配器的轴向孔具有与所述弹性管的轴向孔实质上相同的直径；所述适配器被与所述弹性管实质上同轴地放置在所述压力施加装置和所述弹性管之间，从而，响应于所述支撑管从所述弹性管的所述后端插入所述弹性管，所述适配器的所述平面被所述弹性管推靠在所述压力施加装置的所述平面上，所述适配器的后端与所述弹性管的所述前端之间的摩擦力足够高从而所述适配器和所述弹性管径向共同扩张，以及所述适配器的所述径向外表面在所述压力施加装置的所述径向可扩张的内表面施加径向向外的压力。
另一方面，本公开的一个实施例提供了一种方法，包括：与弹性管实质上同轴地放置适配器，所述弹性管具有前端，相对所述前端的后端以及延伸贯穿所述弹性管的轴向孔，所述孔配置为接纳支撑管，所述适配器具有由径向外表面以及从所述径向外表面径向向外延伸的平面限定的阶梯部，以及延伸贯穿所述适配器的轴向孔，所述适配器的轴向孔具有与所述弹性管的轴向孔实质上相同的直径；接合所述适配器的所述径向外表面和预扩张设备的压力施加装置限定的径向可扩张的内表面；以及将所述支撑管插入所述弹性管，所述支撑管的外部直径大于所述弹性管的所述轴向孔和所述适配器的所述轴向孔的直径。
上述本发明的发明内容并不旨在描述本发明的每个公开的实施例或者每个实现方式。以下的详细的描述和附图更具体地示例了本发明的示例性的实施例。
附图说明
参考以下的附图可更好地理解本发明的实施例。附图中的部件未必彼此按比例绘制：
图1示出了一个其中将插入支撑管的弹性管的截面视图；
图2示出了采用传统方法将支撑管插入图1所示的弹性管的过程的截面局部视图；
图3示出了用于图2所示的过程的预扩张设备的一部分；
图4示出了采用根据本公开的方法的一个实施例的将支撑管插入图1的弹性管的过程的截面局部视图；
图5示出了根据本公开的适配器的一个实施例；
图6示出了图5的适配器的截面视图；
图7示出了根据本公开的连接器的一个实施例的立体图；
图8示出了图7的连接器的截面视图；
图9示出了采用根据本公开的方法的另一个实施例的将支撑管插入图1的弹性管的过程的截面视图；
图10示出了根据本公开的间隔器的一个实施例的平面视图；
在上述的各附图中，相似的附图标记应被理解为表示相同、相似或者相应的特征或功能。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
在以下的具体描述中，参考了所附的附图。附图构成了本发明的一部分，在附图中通过示例的方式示出了能够实施本发明的特定的实施例。就这一点而言，方向性的术语，例如“左”、“右”“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“引导”、“向前”、“拖后”等，参考附图中描述的方向使用。因此本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
以下，为了清楚性目的，使用连接的电缆描述并示例出本发明的各方面。然而，该举例仅仅是示例性的，可以理解并意识到该器件和方法可以用于各种涉及使用预扩张法获得密封或者保护的应用。
图1示出了弹性管10的截面视图，支撑管(如图2中附图标记30所指的)将被现场插入弹性管10。如图1所示，弹性管10包括前端11，相对前端11的后端13，以及延伸贯穿弹性管10的轴向孔12，轴向孔12配置为接纳支撑管30。弹性管10还包括邻近前端11和后端13的锥形化的部分14。弹性管10可以是传统的套管，例如，用于预加载冷缩法的套管以及用于推入式方法的套管。
本领域技术人员理解，未扩张的或者松弛的弹性管10的轴向孔12的直径D1设计成小于将要插入的支撑管30的外径D2，从而当支撑管30插入轴向孔12时弹性管10扩张，并且当移除支撑管30时收缩并裹紧基底(例如，连接的电缆)。
图2示出了使用传统方法将支撑管30插入弹性管10的过程的截面局部视图。在该方法中，支撑管30通过一个预扩张设备插入弹性管10，该预扩张设备基本上包括与致动器(未示出)耦接的轴26，压力施加装置20，以及将压力施加装置20机械耦接至支架(未示出)的多个杆25，该支架被可操作地固定到地面或者其他表面。在操作中，致动器通过轴26作用于支撑管30从而将支撑管30从后端拉入弹性管10，压力施加装置20在前端11接合弹性管10以在轴向定位弹性管10，并且压力施加装置20预期能够响应于引起支撑管30位移的力。为了便于插入，如本领域技术人员所能理解的，支撑管30示出为还包括具有锥形轮廓的导向头32。
具体地，参考图3，压力施加装置20包括多个板状压力元件23，该多个压力元件23径向排布成共同限定一个基本上连续的圆柱内表面21(见图2)，压力施加装置20还包括与多个压力元件23的每个的径向外部端连接的弹簧圈24。多个压力元件23的每个被径向可移动地固定，并且圆柱内表面21响应于多个压力元件23上的径向向外的压力可扩张。
然而，由于弹性管10的锥形化前端11和多个压力元件23之间的界面构成，弹性管10的锥形化前端11不能在多个压力元件23上施加径向向外的压力。因此，当支撑管30被插入轴向孔12时弹性管10的前端11易于变形，其可能损坏弹性管10。而且，由于多个压力元件23限定的圆柱内表面21不能响应于支撑管30的插入而扩张，支撑管30的导向头32无法从弹性管10的前端11移出，并且该现场预扩张过程无法完成。
图4示出了采用根据本公开的方法的一个实施例的将支撑管30插入图1的弹性管10的过程的截面局部视图。
首先，与适配器40同轴或者近似同轴地放置弹性管10。该位置可以，例如通过连接器50，被保持，如下文更详细的描述的。用于执行该方法的适配器40的一个实施例示出在图5和6中。如图所示，适配器40包括阶梯部41，阶梯部41由径向外表面42和从该径向外表面42径向向外延伸的平面43限定。适配器40还包括轴向孔44，松弛的轴向孔44具有与松弛的轴向孔12的直径实质上相同的直径，从而导向头32和支撑管30能够通过其中而推出。“实质上相同”的意思是轴向孔44具有稍大于或者稍小于轴向孔12的直径也是可行的。例如，轴向孔44的直径相对于轴向孔12的直径±20mm，±10mm，±5mm，±1mm等。
之后，接合适配器40的径向外表面42与多个压力元件23限定的压力施加装置20的圆柱内表面21。该操作可以，例如，如下实现：在多个压力元件23的每个上施加径向向外力从而使得多个压力元件23限定的圆柱内表面21扩张；之后将适配器40的径向外表面42放置在圆柱内表面21之内；然后去除该径向向外力，结果是，由于拉伸的弹簧圈24倾向于收缩，该多个压力元件23被弹簧圈24径向向内驱动，从而与适配器40的径向外表面42接合。
接着，支撑管30从后端13朝向前端11被插入弹性管10的轴向孔12。由于支撑管的外径D2大于轴向孔12的直径D1，在支撑管30的插入过程中，弹性管10在支撑管30所施加于其上的径向向外压力的作用下被迫径向扩张。更具体地，该径向向外压力被施加于支撑管30和导向头32到达的区域。当支撑管30在轴向孔12内滑动时，在支撑管30的外表面和轴向孔12的表面之间产生摩擦。更具体地，在支撑管30上存在在向后轴向上的摩擦力，在弹性管10上存在在向前轴向上的反作用摩擦力。从而弹性管10的前端11抵靠着适配器40的后端45，适配器40的平面43抵靠着多个压力元件23所限定的平面22。以这种方式，弹性管10和适配器40在轴向被定位。
适配器40的后端45与弹性管10的前端11之间的界面被配置为使得界面摩擦力足够高，从而在导向头32到达适配器40之前适配器40能够和弹性管10共同扩张。换言之，适配器40和弹性管10之间界面处的径向静摩擦力大于压力施加装置20施加在适配器40的径向外表面42上的径向向内的力，从而适配器40的后端45与弹性管10的前端11之间没有相对运动产生。一旦导向头32通过弹性管10并且到达适配器40，导向头32在导向头32和适配器40之间的接触面施加径向向外力于适配器40。由此，适配器40的径向外表面42施加径向向外力于多个压力元件23。以此方式，多个压力元件23被驱使径向向外移动并且圆柱内表面21扩张以允许导向头32从弹性管10被推出。
应当理解，适配器40的后端45与弹性管10的前端11之间的界面摩擦可以通过选择适配器40和弹性管10的合适的材料来实现，适配器40和弹性管10的材料在彼此接触时具有高摩擦系数。例如，适配器40和弹性管10可以由硅橡胶，乙丙橡胶(EPR)，三元乙丙橡胶(EPDM)或者任何其他适合的材料制造。优选地，适配器40还包括从平面43向后延伸并且终止于适配器40的后端45的径向外表面46，其中，该第二径向外表面46的直径大于弹性管10前端11的直径，以确保适配器40的后端45与弹性管10前端11之间的足够大的接触面，进而足够大的摩擦力。
应当说明的是，预扩张设备可以具有不同的形式。例如，多个压力元件23的每个可以被一个各自的弹簧分别径向可移动地固定。或者，弹簧24可以由气动或者液压驱动系统或者类似的替代。根据本公开的器件和方法可以与任意适合的预扩张设备一同使用。
优选地，在将支撑管30插入轴向孔12之前，润滑层被施加到轴向孔12的表面和支撑管30的外表面，从而支撑管30能够被更加顺畅地插入。并且，该润滑层起到轴向孔12与要密封的电缆表面之间的密封层的作用。在一个例子中，润滑层可以包括脂、胶、油或者任何其他适合的物质。有利地，该润滑层具有高粘度，例如大于3×105mPa·s，从而该润滑层在操作过程中不易于流动，并且可以保持均匀分布于轴向孔12的表面。由此，降低或者消除了由于润滑层不均匀分布而导致的绝缘失效的风险。
适配器40的后端45示出在图5中，示例性地，为环形体部的形式。然而，适配器40不限于此结构。适配器40的后端45可以具有任意适合形状的外表面，例如，矩形、六角形、八角形等，只要这种结构能够提供与弹性管10的前端11之间的足够大的接触面以产生足以克服压力施加装置20的径向向内力的静摩擦力。
图7和图8示出了为同轴地放置适配器40和弹性管10目的的，可以用于实施以上所述的方法的连接器50的一个实施例。该示例性的连接器50包括圆柱外表面51和轴向孔52以允许预扩张设备的轴26通过其中。连接器50具有外径D3，D3与弹性管10的轴向孔12的直径以及适配器40的轴向孔44的直径实质上相同，从而连接器50放置于适配器40和弹性管10内部时提供适配器40与弹性管10之间的实质上的同轴对齐。“实质上相同”的意思是连接器50的外径D3具有稍大于或者稍小于弹性管10的轴向孔12以及适配器40的轴向孔44的直径也是可行的。例如，D3相对于弹性管10的轴向孔12以及适配器40的轴向孔44的直径±10mm，±5mm，±1mm等。
在操作中，当支撑管30的导向头32在插入过程中接合连接器50的后端时，连接器50被在向前轴向方向上推动，并且最终被推出适配器40，其可以被重新利用用于连接其他的适配器和弹性管。
如示出的，连接器50还包括位于其前端的凸缘53，该凸缘53确保连接器50被插入轴向孔12预定的深度。
应当说明的是，凸缘53不是必要特征而是可选特征，其可以在需要时而采用。还应当说明的是，连接器50被示出为放置在适配器40和弹性管10的轴向孔内部。然而，连接器50不限于这种结构，任何其他适合的结构也是可行的。例如，连接器50可以是弹性管，其围绕弹性管10的至少部分等径外表面和适配器40的至少部分第二径向外表面46放置(例如，推至其上)，分别形成密配合。
应当理解，不使用连接器50而将适配器40与弹性管10同轴地放置也是可行的。例如，首先将适配器40与压力施加装置接合，并且手动地保持适配器40与弹性管10同轴，然后将支撑管30插入弹性管10，之后去除手动保持力。由于在支撑管30的插入过程中，适配器40被压挤在压力施加装置20和弹性管10之间，弹性管10和适配器40之间的同轴对齐可以被保持。
综上所述，采用根据本公开的器件和方法的一个优点是，套管，例如，用于预加载冷缩法的套管和用于推入式方法的套管可以通过传统预扩张设备被现场预扩张，而无需对这些套管的模具做任何改动。换言之，通过采用根据本公开的器件和方法，用于预加载冷缩法的套管和用于推入式方法的套管可以兼容至少两种施加套管于基底上的方法。从而根据本公开的器件和方法在对成本敏感的应用中较有利。
此外，对例如用于预加载冷缩法的套管和用于推入式方法的套管进行现场预扩张的优点在于，套管被现场预扩张的程度可以由用户根据将要连接或者终结的电缆的直径而决定。优选地，弹性管10由硬度小于邵氏A45度的材料或者伸长率大于300％的材料制成，例如，液体硅橡胶，从而弹性管10适用于大直径范围的电缆。
并且，由于弹性管10没有用于传统现场预扩张方法的传统套管的阶梯部，降低或者消除了由于阶梯部处应力集中导致的绝缘失效的风险。
图9示出了使用根据本公开的方法的另一个实施例的将支撑管30插入图1的弹性管10的过程的截面图。与图4示出的过程相比，该过程还包括围绕支撑管30的前端放置间隔器60用于在插入过程中在弹性管10的后端13和支撑管30之间提供间隙，其优点在下文的描述中将更明显。
可以用于图9的过程的间隔器60的一个实施例示出在图10中。间隔器60包括垫片，该垫片具有基部61和从该基部61延伸的多个指部62。间隔器60可以由硬度高于弹性管10的硬度而低于支撑管30的硬度的材料制成。例如，间隔器60包括硬度为邵氏D40-70的弹性管，而弹性管10包括硬度为邵氏A50-75的弹性管。优选地，指部62的端部以及指部62与基部61的连接部是倒圆角的，以降低或者消除损害弹性管10的内表面的风险。
在操作中，间隔器60被绕在支撑管30的邻近前端的外表面，之后，支撑管30连同间隔器60被插入轴向孔12。间隔器60被插入轴向孔12至预定深度，使得基部61保留在轴向孔12外部，位于基部61的垫片的边缘远离轴向外翻起，在插入支撑管30的过程中，其阻止基部61被拖入轴向孔12，如此，间隔器60停留在弹性管10的后端13，并且在后端13和支撑管30之间保持间隙。在引导头32被推出弹性管10之后，间隔器60被移除并且可以被重新用于插入其他的支撑管。
优选地，间隔器60和弹性管10之间的摩擦系数大于间隔器60和支撑管30之间的摩擦系数，从而支撑管能够更顺畅地插入。
应当说明的是，间隔器60不限于图10示出的结构。间隔器60可以具有任意适合的形式，例如，多个分离的指部。在操作中，多个分离的指部通过，例如胶带，沿着支撑管30的外表面在轴向固定。支撑管30连同固定于其上的多个分离的指部被插入预定深度，使得一定长度的指部保留在轴向孔12的外部，之后胶带被去除。结果是，多个分离指部的外部部分远离轴向外翘起，在插入支撑管30的过程中，其阻止该外部部分被拖入轴向孔12，如此，间隔器60停留在弹性管10的后端13，并且在后端13和支撑管30之间保持间隙。
综上所述，除了已经列出的优点，间隔器60的配置降低了孔12的表面与支撑管30的表面之间的接触面积，从而支撑管30能够被更容易地或者更快速地插入。
此外，由于在轴向孔12的表面和支撑管30的外表面之间存有间隙，润滑剂可以被均匀地留在轴向孔12的表面。
并且，由于间隔器60的材料硬度高于弹性管10的材料硬度，在插入支撑管30的过程中防止了弹性管10的后端13的严重变形。
根据本公开的方法和器件结合具有锥形化部分的弹性管进行了描述。然而，这些方法和器件不限于此。这些方法和器件可以用于具有任何其他适合结构的弹性管，例如，具有等径外表面的弹性管。
在本文的公开中，出于示例目的，器件实施例的运行结合方法实施例进行了描述。然而，应当理解，本公开中器件的运行以及方法的实施可以是互相独立的。也即，公开的器件实施例可以根据其他的方法运行，公开的方法实施例可以通过其他器件实施。
可以理解，上述描述的实施例仅用于描述而非限制本发明，本领域技术人员可以理解，可以对本发明进行修改和变形，只要不偏离本发明的精神和范围。上述的修改和变形被认为是本发明和所附权利要求的范围。本发明的保护范围由所附的权利要求所限定。此外，权利要求中的任何附图标记不应被理解为对本发明的限制。动词“包括”和其变形不排除出现权利要求中声明以外的其他的元件或步骤。在元件或步骤之前的不定冠词“一”不排除出现多个这样的元件或步骤。

Claims (15)

1.一种器件，支撑管将通过预扩张设备插入所述器件，所述预扩张设备具有限定径向可扩张的内表面以及从所述径向可扩张的内表面径向向外延伸的平面的压力施加装置，所述器件包括：
弹性管，所述弹性管具有前端，相对所述前端的后端以及延伸贯穿所述弹性管的轴向孔，所述孔配置为接纳所述支撑管；以及
适配器，所述适配器具有由径向外表面以及从所述径向外表面径向向外延伸的平面限定的阶梯部，以及延伸贯穿所述适配器的轴向孔，所述适配器的轴向孔具有与所述弹性管的轴向孔实质上相同的直径；
所述适配器被与所述弹性管实质上同轴地放置在所述压力施加装置和所述弹性管之间，从而，响应于所述支撑管从所述弹性管的所述后端插入所述弹性管，所述适配器的所述平面被所述弹性管推靠在所述压力施加装置的所述平面上，所述适配器的后端与所述弹性管的所述前端之间的摩擦力足够高从而所述适配器和所述弹性管径向共同扩张，以及所述适配器的所述径向外表面在所述压力施加装置的所述径向可扩张的内表面施加径向向外的压力。
2.根据权利要求1所述的器件，还包括：
连接器，配置为提供所述弹性管和所述适配器之间的轴向对齐。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述连接器包括圆柱外表面并且被放置在所述弹性管的所述轴向孔的至少一部分以及所述适配器的所述轴向孔的至少一部分中，所述圆柱外表面的直径与所述弹性管的所述轴向孔以及所述适配器的所述轴向孔的直径实质上相同。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述弹性管具有小于邵氏硬度A45度的硬度。
5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述弹性管包括硅橡胶，乙丙橡胶，三元乙丙橡胶中的一个。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述弹性管和所述适配器包括伸长率大于300％的弹性管。
7.根据权利要求1所述的器件，其中，所述适配器还包括从所述适配器的所述平面延伸并终止在所述适配器的后端的第二径向外表面，并且其中，所述第二径向外表面的直径大于所述弹性管的外部直径。
8.根据权利要求7所述的器件，其中，所述弹性管的前端是锥形化的并且所述第二径向外表面的直径大于所述弹性管最前端的外部直径。
9.根据权利要求1所述的器件，还包括粘度超过3×105mPa·s的润滑层，所述润滑层被施加到所述弹性管的所述轴向孔的表面以及所述支撑管的外表面。
10.根据权利要求1所述的器件，还包括间隔器，所述间隔器配置为在所述支撑管插入所述弹性管的过程中被放置在所述弹性管的所述后端且位于所述弹性管的所述轴向孔和所述支撑管之间。
11.根据权利要求10所述的器件，其中，所述间隔器包括具有基部以及从所述基部延伸的多个指部的垫片，所述垫片包括硬度大于所述弹性管的硬度且小于所述支撑管的硬度的弹性管。
12.一种方法，包括：
与弹性管实质上同轴地放置适配器，所述弹性管具有前端，相对所述前端的后端以及延伸贯穿所述弹性管的轴向孔，所述孔配置为接纳支撑管，所述适配器具有由径向外表面以及从所述径向外表面径向向外延伸的平面限定的阶梯部，以及延伸贯穿所述适配器的轴向孔，所述适配器的轴向孔具有与所述弹性管的轴向孔实质上相同的直径；
接合所述适配器的所述径向外表面和预扩张设备的压力施加装置限定的径向可扩张的内表面；以及
将所述支撑管从所述后端插入所述弹性管，所述支撑管的外部直径大于所述弹性管的所述轴向孔和所述适配器的所述轴向孔的直径。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在所述插入步骤之前，施加粘度超过3×105mPa·s的润滑层到所述弹性管的所述轴向孔的表面以及所述支撑管的外表面。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在所述插入步骤之前，围绕所述支撑管的前端放置间隔器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述间隔器包括具有基部以及从所述基部延伸的多个指部的垫片，所述垫片包括硬度大于所述弹性管的硬度且小于所述支撑管的硬度的弹性管。
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