CN1038916C - 安装管道衬套的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在管道内安装衬套的设备，它通过缩小细长衬套的直径而使其位于管道内，再加热衬套使其软化，接着在管道内使衬套材料膨胀，形成衬护管道的衬套，该设备包括多个使衬套材料膨胀的圆盘形扩张器，一将圆盘形扩张器保持就位的细长部件，以及使加热流体通过扩张器从设备一端流到另一端的旁通装置。本发明还包括采用上述设备给现有的管道加衬套的方法。

Description

安装管道衬套的方法和设备

本申请是1991年6月3日递交的题为《安装管道衬套的方法和设备》的美国专利申请07/709635号的部分继续申请。

本发明一般涉及衬护水平管段的方法和设备，特别是涉及适用于衬护在两检修孔之间延伸的污水管的陈旧的管段的方法和设备，以减小由于裂缝等产生的泄漏并延长该管段的使用寿命。

衬护污水管的水平管段的方法和设备是已知的，如美国专利申请4985196号和其中引用的参考文件所公开的内容。不过由于种种原因这些已知方法并不十分令人满意，例如存在下面将要提到的鼓包的问题。按照已知的方法，将一管道衬套以一缩小的截面形式，通常折叠成大致U字形而拉入管段。这样可将整个衬护部分轻而易举地拉过污水管段。然后，通过将衬套一端密封，而另一端导入加压蒸气或另一种加热的流体，使衬套同时软化和膨胀。随着衬套膨胀，它贴合污水管段的内表面并膨胀成在管段的两端外呈稍大的直径。

根据上述专利4985196号描述过的方法和设备，衬套是由具有形状记忆特性的热塑性材料构成，使得在高于某一温度时，衬套具有弹性记忆功能。衬套的外径选择成约等于待衬护的管道的内径。在至少等于记忆激活温度的温度下，使衬套变形成大致具有U形横截面形状，然后，将其冷却，使衬套固定成暂时变形的缩小的截面形状。发生变形后，衬套被插入管道，再将其加热到至少等于记忆激活温度的温度下，这时衬套恢复其原始的筒形。

上述现有技术以及本发明的方法和设备的主要目的是在现场重新衬护现有的污水管段。现有的污水管段可能具有残留的污水，在安装衬套之前必须将其清除。在安装衬套之前清洁污水管段的技术是已知的。但这些方法可能并不太成功。从污水管连接附近公寓或办公楼的横向用户管道通常沿管道长度方向间隔设置。如果在衬套安装过程中不小心把污水从横向管线引入工作管道，少量的流体就会滞留在衬套和管道内表面之间，该残留的流体使衬套从管壁向内凸出，形成鼓包。

本发明的一个目的是提供一种给现有的污水管段安装衬套的方法和设备，以便最大现度地防止鼓包的形成。

另外，本发明的目的还在于提供一种安装衬套的方法和设备，使安装工作非常容易地在现场完成，它采用耐久的部件并且无论在衬护之前工作条件如何变化，都能提供始终一致，令人满意的安装。

按照本发明的最佳实施例，通过缩小细长衬套材料管的直径而使其位于管道内，然后加热衬套材料管使其软化，接着在管道内使衬套材料管膨胀，形成衬套。利用上述方法在管道中安装衬套的设备包括多个从内部接合衬套材料管并使衬套材料膨胀以形成衬套的圆形扩张器，一至少沿大致平行的方向并以间隔开的形式将圆盘表扩张器保持就位的细长的部件，以及使加热流体通过圆盘形扩张器从设备第一端流到第二端的旁通装置。

按照本发明的最佳实施例，上述细长的部件包括一垂直于圆盘形扩张器延伸的管子。

按照本发明的另一个方面，旁通装置包括穿过上述管子延伸的通道。

在管道中安装的衬套的方法包括如下步骤；

缩小衬套直径，以便将其放入管道内，将衬套装入管道内，扩大衬套的上游端，将衬套扩张器设在衬套的上游端内，用加热流体给衬套的上游端加压，加热流体的温度应足以使衬套软化，加热流体的压力应足以推动衬套扩张器从衬套上游端运动到下游端，设置与衬套扩张器相连的装置，以保证部分加热流体穿过该扩张器，以加热和软化扩张器前面的衬套，同时扩张器被蒸气压力推动从衬套上游端运动到下游端并保持扩张器上游的推进压力，至少保持部分扩张器处于衬套的下游端内，以便给衬套的整个长度加压，降低加压流体的温度，以便将衬套冷却到软化温度以下，使衬套硬化，最终在管道内形成衬套。

按照本发明的第三个方面，衬护管道的方法还包括设置一连接到扩张器上的限速装置。该装置从衬套的上游端导入，以控制扩张器通过衬套的速率。

按照本发明的第四个方面，加热流体是蒸气。

按照本发明的第五个方面，所述方法还包括在衬套中设置扩张器并用一塞子密封住衬套的上游端。

按照本发明的第六个方面，所述方法还包括在衬套扩张器推进过程中保持衬套下游端开放。

本发明的其它目的和优点可通过下面参照附图的描述而一目了然。

图1是现有的处于两检修孔之间的污水管段部分剖切的示意图，显示了处于安装过程中的本发明的衬套；

图2是沿图1中2-2线截取的横截面图，显示了折叠的衬套和管段的形状；

图3是如图1中所示的被拉入管道的衬套的放大的截面图；

图4是部分剖切的侧视图，显示了衬套是如何在现场的水平管段中进行膨胀的；

图5是图4的局部放大视图；

图6是本发明的管道衬套扩张器的前视图；

图7是图6中扩张器的侧视图；

图8是污水管上游端的放大截面图，显示了一安装就位的密封塞子；

图9是污水管下游端的放大截面图，显示了按照本发明另一方面的一安装就位的密封塞子；

图10是按照本发明完成安装的管道的截面图。

下面来看图1，一水平污水管段10在埋于地表16下面的两相邻检修孔12和14之间延伸。应该知道，未示出的进一步延伸的管段将从所示的检修孔向更远处相邻的检修孔延伸，以构成污水管网。一般来说，处于相邻检修孔之间的污水管段10是由多个凝固或焙烧的粘土或类似材料构成的污水管节18和20构成的，时间一久，管段会开裂，同时树根或类似物可能进入管段，阻碍污水的流动。将旧管段挖起并更换新的管段即费时又昂贵，还会使污水管在很长时间内不能使用。给管段重新衬护是使老化的管段恢复生机并延长其使用寿命的极好的方法。

按照本发明，在开始安装管道衬套之前，采用已知方法尽可能彻底地清理原有的污水管道10并加以检查，以确定和记录下管道内横向用户管道的位置。在清理前后可采用各种遥控照相机装置进行检查。清理工作可通过采用遥控的螺旋推进器和锯子进行，这些装置沿管道的长度被拉动或利用自身的动力运动。

虽然水平管段10最好从上游端24至下游端26稍呈倾斜以促进排水，虽然在衬套安装前清理工作除去了管道内几乎所有的残留物，但仍可能有少许残存的液体或从横向用户管道流入额外的液体。为了避免图1过分复杂，并未示出横向管道，但在图10中示意性地示出了横向管道。

在衬套30安装之前，拖绳32从下游端26至上游端24被拉出管道。拖绳32可利用任何适当的方式穿过管段，最好是在清理或检查操作中，将其拴在清理或检查装置上，或将其连接在保持器装置上，利用抽真空的办法使其穿过管道。

卷绕的预折叠衬套30的供料卷筒40设在上游端。最好在检修孔内设置一个空转辊44，以引导衬套30进入管道10的上游端24。衬套最好采用聚合物材料，如聚氯乙烯。

衬套30在绕到筒40之前或卷绕的同时预制成大致U字形状，如图2所示，卷绕的衬套的端部最好进行斜削，以免在安装中受到阻碍。在被拉入管道10的上游端24之前，拖绳32由环装置46和挂钩48连接到折叠的衬套上，如图3所示。

另外，为减小衬套上的应力集中，绳索可通过最好为四个钻孔编织到衬套上并加以固定。

拖绳32最好绕到下游检修孔12内及其附近的导向滑轮50和52上并引到下游检修孔12上方的拖曳发动机54上。当衬套被拉过管道10时，拖绳32逐渐绕到转鼓56上。

如图3所示，在安装过程中，当衬套被拉过管道时，大量的污水会聚集在衬套30的前端62的前面，由于管段10是倾斜的，污水的大部分会被排入下游检修孔12中，使其变得清洁。应该知道，图3中所示的污水60的数量是为清楚起见进行了夸大。由于衬套30的成分或由于寒冷的环境条件使衬套30的卷筒发硬时，衬套在进入检修孔14之前应进行预热。可采用随后在安装过程中利用的同源蒸气或其它蒸气。另一种方法是可简单地向管道中喷入热水。

当在现场安装衬套而现场的环境温度相当低，以至不预先软化衬套就不能将其导入检修孔内的管道上游端时，最好将一加热环33设置在检修孔内的衬套周围。加热环33连接到蒸气管35上，在衬套30弯曲进入污水管上游端之前，当其经过环33时受到加热。环33可以是一小截管子，大到足以允许折叠的衬套通过，并且具有一与蒸气管35相连的管子。

根据环33的最佳实施例，它是由两管段铰连在一起的，使得环33可以打开，绕在衬套30周围，而无需断开拖绳32。

衬套卷筒可通过一水管式卷筒进行蒸气加热，在蒸气加热的同时，使衬套卷松开并保持其柔软。

衬套30完全拉过水平管段10之后，端部70，72修剪成留下超出污水管上、下游端的一小段(如图4所示)。

衬套30的上游端72被加热软化，其直径用手工扩张到足以将衬套扩张器装置90接纳于邻近管道上游端72的衬套30内。扩张器90连接到通过塞子140而导入的保持缆80上，而塞子140装到衬套30的端部72上并超出管道10的端部，塞子由夹子150或类似装置固定。缆绳80最好绕到滑轮82或类似装置上并导至转鼓92上。当扩张器向下游推进时，缆绳80从转鼓上松开，塞子140(见图8)包括一安装滑轮82的安装支柱81和一带螺纹接头以接受连接蒸气源的管子142的通孔94，蒸气源由图4中的仪表144和控制阀146表示。当扩张器90插入衬套30端部72且塞子140装上并夹紧以密封住衬套上游端后，经过管子142通入蒸气给衬套中扩张器的上游加压。最好使经塞子140导入的扩张器90上游端的蒸气维持在约0.034MPa～0.068MPa之间，其数值由压力表144指示，扩张器90在图6和图7中详细示出。由标号90大致表示的扩张器包括一中空圆筒体，该筒体最好由带3.18厘米螺纹的第一和第二短管100和102构成，带3.18厘米螺纹的法兰104和106装在第二短管102的一端。夹层式的圆盘形扩张器装置由和第一和第二钢垫片112、120和置于垫片112、120之间的耐高温橡胶的0.64厘米厚圆盘116构成。由此，构成了贴合衬套内部以造成蒸气密封的刚性装置98。U形螺栓118穿过螺纹法兰、垫片112、129和弹性圆盘116，进而为保持缆构成了一连接点。一或多个紧固件，如螺母121和螺栓122的配合件，将两法兰固定在一起，以压紧两垫片112和120之间的弹性件116。

一大致相同的第二装置在螺纹短管100和102之间的连接处构成。事实上，弹性件由于金属垫片112和120的作用而变硬。

短管100的端部由带3.18厘米螺纹的帽126密封。多个沿径向隔开的蒸气孔96相邻帽126设置，而在两圆盘装置98之间的短管102上有一单独的蒸气孔130。

短管100上的孔96的数是和尺寸选择成，当扩张器从管道10的上游端24朝下游端推进时，使扩张器90上游端的蒸气压力维持在约0.034MPa～0.103MPa，最好为0.048MPa～0.082MPa(见图4和图5)。可采用单或双排5-20个孔。衬套30的下游端70可(如图4所示)在衬套膨胀过程中与大气连通或(如图9所示)用塞子封闭。当扩张器90被推动通过衬套时，蒸气进入短管102开放的上游端并从短管100下游端的孔中沿径向向外喷出并加热和软化扩张器90前面的衬套30。保持缆80以可控和适当的恒定速率从转鼓92上放出，以保证扩张器90平缓运动通过衬套30并使衬套软化和膨胀，贴合污水管10的内表面，同时维持扩张器后面的蒸气，使软化的衬套保持在充分膨胀的状态。

按照本发明的一个实施例，即，衬套的下游端呈开放状态，扩张器用来密封衬套，以进行冷却。

当扩张器装置90的两圆盘98中下游的那个从衬套30的下游端70伸出时，保持缆80被拉紧，将扩张器90保持在该位置上，使一扩张器圆盘98在衬套30内，而另一圆盘98在衬套30外，将加压蒸气冷却，使其降低到低于衬套30软化点的温度，在衬套中的所有热蒸气都通过扩张器装置90上的孔96排出，而在衬套30内保持具有0.034MPa～0.103MPa，最好是0.048MPa～0.082MPa较恒定压力的冷却空气。一旦热空气完全排出且代之以冷却流体，同时衬套30已经硬化，就将保持缆80放松并将扩张器装置90推出衬套30的下游端70。

在衬套膨胀完毕后将其冷却的另一种方法采用了图9所示的结构布置。延伸到污水管下游端外面的衬套下游部分70裁剪成具有至少超过扩张器装置90的长度一小段的长度。将类似于插入衬套上游端的塞子140的塞子141插入衬套下游端并用夹子151或类似装置夹紧，通孔95穿过塞子141并设置连接排气管143的接头。在管子143上设置两个仪表，一个温度表147和一压力表149。如图9所示，在温度和压力表之后，在管子143上设置一调节阀151。图9中装置的使用如上述的那样，非常简单。一旦扩张器装置伸出污水管端部，上游端的蒸气源就被加压的冷却空气源所代替。足量的空气供到上游端，将管道内的压力至少保持在约0.082MPa。压力可通过从下游监视压力表149，同时调节控制阀151而方便地调节，以保持一可控制的压力。在管道内必须保持足够的冷却气压，同时要适当考虑衬套的厚度和管道的长度，以保证衬套在0.034MPa～0.103MPa，而最好是0.048MPa～0.082MPa条件下维持其膨胀的轮廓，该条件对半柔性PVC材料的衬套是适当的。加压的冷却空气始终保持在管道中，直到从管道下游端输出的空气温度，从温度表上看确实低于衬套的软化点，该温度有赖于衬套的材料，但对于半柔性PCV衬套来说约为27℃，最好允许冷却空气流通15分钟，以使衬套完全硬化。此时，下游的塞子可以拿掉并剪齐衬套的长度，这样，工作就完成了。

应该知道，衬套30最初是通过扩张器98的作用，而不是加压，与管道内表面86贴合的。这就保证了当扩张器装置90从上游端72被推向下游端70时，衬套30是逐渐与管道10内表面贴合的。当巨大的衬套段在压力作用下贴合管道内表面时，现有技术方法中在衬套和管道之间滞留污水的可能性就不存在了。

当扩张器90由蒸气压力推过衬套30时，来自孔96的蒸气径向喷出，加热并软化第一圆盘98前面的衬套30。当装置90从上游端24被推向下游端26时，扩张器98使衬套30逐渐贴合管道10的内表面86。而扩张器98使衬套30与管道内表面86贴合，并在衬套30和内表面86之间造成了一种橡皮辊挤压式作用，由此逐渐将前进中的装置90前面残留的污水60挤压管道10的下游端26。

在装置90已穿过衬套30的整个长度，且衬套冷却和硬化并拿掉装置90以构成一衬护的管段(如图9所示)后，将衬套30用已知方式在预定的横向用户管线150的位置处打开并将衬套30的端部剪齐，这样，该污水管道就可以投入使用了。

以上描述了本发明的最佳实施例，应该知道在下述权利要求范围内，该领域技术人员可做出各种改型和变化，但均属于本发明的范畴。

Claims (18)

1.一种在管道中安装管道衬套的方法，包括如下步骤：缩小衬套直径，以便将其放入管道内；将衬套装入管道内；扩大衬套的上游端；将衬套扩张器设在衬套的上游端内；其特征在于还包括以下步骤：用加热流体给衬套的上游端加压，加热流体的温度应足以使衬套软化，加热流体的压力应足以推动衬套扩张器从衬套上游端运动到下游端以使衬套机械性地膨胀而与管道接触；设置与衬套扩张器相连的装置，以使部分加热流体穿过该扩张器并排出加热流体，以加热和软化扩张器前面的衬套，同时扩张器被蒸气压力推力从衬套上游端运动到下游端并保持扩张器上游的推进压力；至少保持部分扩张器处于衬套的下游端内以便给衬套的整个长度加压；以及降低加压流体的温度，以便将衬套冷却到软化温度以下，最终在管道内形成衬套。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于设置一连接到扩张器上的限速装置，该装置从衬套的上游端导入，以控制扩张器通过衬套的速率。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于加热流体是蒸气。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于在上游端方法一衬套扩张器，该扩张器设在衬套内，并且一塞子密封住衬套的上游端。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于在衬套扩张器推进过程中保持衬套下游端开放。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于设置供给衬套的卷筒；

从该卷筒上放出衬套；

在衬套从卷筒上放出后并在插入管道之前，将衬套加热到软化点。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于至少保持部分扩张器处于衬套的下游端内以便给衬套的整个长度加压的步骤包括：

塞住衬套的端部；

将一排气装置连接到衬套的下游端；

监视排气装置中流体的压力和温度，以便在温度足以保持衬套处于膨胀的条件下，维持衬套内的压力，直到温度下降到低于衬套的软化点。

8.按照权利要求1的方法，其特征在于所述扩张器从所述上游端至所述下游端的运动使任何位于所述衬套和所述管道之间的液体流向下游端。

9.一种在管道中安装管道衬套的设备，通过缩小细长的衬套材料管的直径使其位于上述管道内，并在管道内使衬套材料管膨胀而形成一衬套，该设备包括：多个接合衬套材料管并使衬套材料膨胀以形成衬套的圆盘形扩张器；和一至少沿大致平行的方向并以间隔开的形式将圆盘形扩张器保持就位的细长的部件；其特征在于，所述圆盘形扩张器为半刚性的，并且为了加热衬套材料管以使其软化而设置旁通装置，该旁通装置用于使加热流体通过圆盘形扩张器从设备第一端流到第二端，并用于排出在扩张器和第二端之间的位于衬套内用于软化衬套管的加热流体。

10.按照权利要求9的设备，其特征在于上述的细长部件包括一垂直于圆盘形扩张器延伸的管子。

11.按照权利要求10的设备，其特征在于旁通装置包括穿过上述管子延伸的通道。

12.按照权利要求11的设备，其特征在于通道是沿管道的纵向延伸的。

13.按照权利要求9的设备，其特征在于圆盘形扩张器包括一接合衬套材料的弹性件。

14.按照权利要求13的设备，其特征在于弹性件包括一弹性圆盘。

15.按照权利要求13的设备，其特征在于圆盘形扩张器包括一与弹性件相邻的刚性件。

16.按照权利要求15的设备，其特征在于圆盘形膨胀器包括另一个与弹性件相邻的刚性件。

17.按照权利要求9的设备，其特征在于细长部件包括在第一端具有一帽和与该帽相邻处具有多个沿径向隔开的孔的中空管。

18.按照权利要求9的设备，其特征在于还包括在设备上连接一缆绳的连接设备。

Images