CN1147851A - 布设带有聚合材料衬管的管道的方法及装置 - Google Patents

Abstract

将一聚乙烯衬(30)拉过模具(36)并拉过该管道(10)，并允许其恢复到该管道的内直径。该拉伸力是该衬的屈服强度的一半或更小。该模具有一进口，一喉口及一出口；该进口直径朝该喉口方向减小而该出口直径朝远离该喉口方向增加。该衬在模具之前直径最大，在模具内直径最小并且经模具后具有一中间直径。该衬在该进口处首先接触该模前朝内弯曲，然后当其通过该喉口时连续弯曲至其最小直径，之后产生的模胀而形成所述中间直径。该喉口由将连接该进口的半径与连接该出口的半径合并成一连续曲线而构成。该进口在该衬(30)向内弯曲后首先接触该模之处与所述喉口之间是凸起的。

Description

布设带有聚合材料衬管的管道的 方法及装置

本发明涉及布设带有聚合材料衬管的管道的方法及装置。

该方法可用于例如布设潜埋式气管，水管或下水道管。这些管由铸铁或钢构成，尤其是在水管情况下，由例如石棉水泥或混凝土构成，特别是铸铁管可衬以沥青或混凝土。

在英国嘎斯(Gas)的专利申请GB-A-2186340中，描述了一种用于潜埋式气管、水管或下水道管的方法，其中将一节合成树脂衬管进行加热，并将其拉过一型模、并拉过欲进行布设的管道，加压使其膨胀到与该管道的內壁进行接合。

在美国专利No.3462825(PoPe等人的)中，描述了一种在工厂中借助于将一衬管拉过一型模并拉过该管道然后放松该衬管来布设柔性管或刚性管的方法，在此，该衬管膨胀到与该管道的內壁紧密接合。该管道的內直径相对较小，为2.06英寸(5.15毫米)，而该衬管的外直径为2.3英寸(57.5mm).该衬管相当薄，其壁厚为0.07英寸(1.75mm)，形成标准尺寸比(SDR)为33。该衬管是由碳氟化合物制成的。通常，该衬管的外直径比欲被布设的管道的內直径大10～15％。

在英国专利申请No.807413(Tubovit SocietaperAzioni)中，描述了一种用于在工厂中由将一加热衬管拉过型模并拉过欲被布设的管道、然后松开该衬管并加热该衬管而布设金属管道的方法。该型模直径与欲被布设的管道的直径相同或稍小一点点。该衬管是聚氯乙烯制成的，并比该欲被布设的管道稍稍大一点，为3mm厚或更少。在该型模降温到该衬管为相当软并且用于将该衬管拉过该管道的力相当低的温度前或期间将该衬管加热。

在GB2186340中，该模胀如产生的那样在因该第二型模作用下取消该总管型模后发生，该第二型模形成该喉口直径，即在任何情况下该直径进入该管道中。在US3462825和GB807413中，没有示出存在模胀，并且进入该管道的直径的直径是该喉口直径。该模胀为该衬管通过该型模后直径的增加。

我们的专利NO.EP-B-0341941描述了一种布设带有聚合材料衬管的潜埋式管道的方法，它包括：将一节衬管拉过一型模以减小该衬管的直径并拉过该管道，然后在卸除该拉伸负荷时允许该衬管至少恢复到该管道的最小內直径，该衬管在该型模之前直径最大而在该型模中时直径最小；并且该型模具有一纵向的中心轴线，包括一进口和一相对所述轴线对称的喉口，该进口之直径朝所述喉口而减小，其特征在于：该型模还包括一个其直径朝远离所述喉口方向增加的出口；并且该衬管具有一个经该型模后、进入该管道之前的中间直径，该拉伸力是这样的，以致其部分地限制该衬管从该喉口中露出后的模胀，并且该衬在首先在该进口处与该模接触前朝內弯曲，然后当该衬管通过该模的喉口时、在连续地弯曲通过该衬的最小直径之前离开该进口，然后产生导致形成所述中间直径的模胀，这样该衬就可进入该管道。

在该方法中，该衬管在通过该型模时发生弯曲。

本发明对EP-B-0341981所述发明作了改进，在本发明中，因衬管的弯曲而在其中产生的应变与EP-B-0341941中所述方法产生的应变相比是更渐进的。这一点可由一型模来实现。模的进口是曲线形的而不是直线的。

具有曲线形內工作面的各型模已在GB-A-807413，US-A-2249510，FR-A-2096557及AU-A-65481/74中作了推荐。然而，这些建议的型模中没有一个可导致得出本发明中所建议的采用一聚合材料的衬来布设管道的方法。上述文献中公开的各种方法不涉及呈现模胀的聚合材料衬。

根据本发明，布设带有一聚合材料衬管的管道的方法包括：将该衬管拉伸通过一型模以减小其直径并拉过该管道；在卸除拉伸负荷时，允许该衬管至少恢复到该管道的最小直径；该衬管在型模前直径为最大而在该型模中直径最小；并且该型模具有一个相对其纵向中心轴对称的孔并在该衬管通过的方向包括一进口，一喉口及一出口；该孔的直径在所述方向上在所述进口范围內减小到所述喉口处的最小直径而在所述出口范围內增加；该衬管具有一经该型模后并在该衬管进入该管道之前的中间直径；该拉伸力是这样的，以致其部分地限制该衬管从该喉口露出后的模胀；并且该衬管朝所述轴线弯曲，因此它呈现出具有一凸起的外表面(当从包括所述轴线的纵向伸展的剖面中看时)；然后该衬管朝远离该轴线的方向弯曲并因此使它呈现出具有一凹入的外表面(当从所述剖面中看时)；该衬管通过该喉口时它连续地弯曲至其最小直径并且产生的模胀导致形成所述的中间直径，这样该衬管就可进入该管道；其特征在于：该进口当从所述剖面中看时在该衬管朝內弯曲后首先接触该型模之处与所述喉口之间的轴向长度內是凸起的。

根据本发明，实现本发明的装置包括一个配置于该管道上游中的型模，该模具有一个相对纵向中心轴线对称的孔并在该衬管通过的方向包括一进口，一喉口及一出口；该孔的直径在所述方向在所述进口范围內减小至所述喉口处的最小直径、但在所述出口范围內增加；所述型模牢牢地固定于地面上或连接到该管道的前导端上；还包括用于所述衬管的导向装置及在下游的用于施加一拉伸力于连接到该衬管的前导端上的缆索上的所述管道绞车装置和用于所述缆索的导向装置，其特征在于：该型模的进口在该衬管朝內弯曲后首先与该型模接触之处与该型模的所述喉口之间的轴向长度內是凸起的。

现在借助于示例并参照附图对布设带有聚合材料衬管的管道的方法及实施该方法的装置作出描述。其中：

图1是表示欲被布设的管道及正在拉过该欲被布设的管道的拉伸过程中的衬管相对地面的垂直剖视图；

图2是通过该型模及通过正在拉过该型模的衬管的放大垂直剖视图；

布设采用聚合材料衬管的管道的方法基本上与欧洲专利EP-B-0341941中所述的相同，并且该专利说明书的全部內容结合于本文中作为参考。除了采用不同的模具之外，欧洲专利EP-B-0341941中的说明书可用作本发明之方法的说明。本文对本发明所用的型模进行说明。

该方法例如如图1所示。

以下，该衬管将被称之为“衬”，而该欲被布设的管道以下将称之为“该管道”。

图1表示一潜埋式管道10，在这种情况下该管道例如可以是铸铁制成的气体总管，其端部12、14暴露于两坑道16、18处。该管道在20、22处延伸，并且在坑道的16、18处已卸除了管件。最终该整个管道将被布设，且该衬连接起来形成一连续的总管。

该衬30例如是由聚乙烯制成的，并由一绞车32和缆索34拉伸通过一型模36并通过该管道10。当该衬30从该型模36中露出后由辊子38导向，使其进入该管道10的端部12中。该型模36由嵌入地面中的元件(未示出)牢牢固定。在另一位置，该型模36通过与该管道10的端部12直接接合而支承，或通过与该端部12连接的元件直接接合而支承住。该绞车32也必须由被嵌入地面的元件(未示出)牢牢固定住，或从该管道14的端部牢牢固定住。

在进行图1所示的工作之前，应使用合适的生铁块穿过该管道对其清理并对內部尺寸进行检测。同时，将任何凸起部从该管道內清除掉。该衬由地面上的各个衬节组成。各衬节由端对端的对头熔接连接起来，并且可将在每个接头处的外部接缝去除或从一蛇形衬管中直接插入(例如这主要是在尺寸大至180mm的情况下才适用)。拉伸锥体连接到该衬的前端上。该缆索34连接到一刚性杆的端部并且该杆从端部14到端部12穿过该管道10，直到缆索端部(在该杆的尾端)在端部12处暴露出来为止。拆开缆索34、穿过该型模36再连接到该衬上的锥体上。然后该绞车32用于将该衬拉过该型模36，使该衬有小于10％较好是8％的纵向延伸。

该绞车的操作者使该绞车以恒定速度或近似恒定速度旋转。该衬30的前进速度例如可为3米/分。

当拉伸结束时，可允许该衬至少恢复到该管道的最小內直径。将该衬切开留出足够的管道进行适当的连接。在该型模与该管道10的端部接合处、或该型模与一个或若干个与该管道10的端部连接的元件接合的地方设置一组合模是极为关键的。将该缆索34从该衬30处移开，然后将该衬30切开至足以容纳该衬恢复原状时的收缩量。

图2表示该衬30通过该钢质型模36时的情况。

如图2所示，该衬30与该型模36在其进口54处相接合，为实现该接合该衬壁74已朝內弯曲。当从图2中表示的剖面看时，在朝轴线50弯曲的阶段，该衬呈现出具有一凸起的外表面72。当从该同一剖面看时，该衬30向远离该轴线50的方向弯曲，则在76处呈现出一凹入的外表面。然后当该壁通过喉口部58时，它连续地弯曲至其最小直径，而外表面仍保持为凹入表面。当该衬30再离开该型模时，它朝远离轴线50的方向弯曲，从而在进行这种弯曲时使该外表面呈现凸起形。在点80处，在通过型模后；该衬30的直径已增加到一最大值。这种现象定义为进入管道10的“模胀”。点80后，在图示区域外某一距离外，该壁74朝內稍稍弯曲一点点，至一更小的直径。

该模胀的确切量是80处的直径与模36的58处的最小或喉口直径之间的差。

在选择本发明的参数时必须考虑该模胀。因此，在本发明中，正在该衬的直径(包括模胀)被选取得小于该管道10的最小孔径。

该拉伸力较好的是保持在该衬的屈服强度的一半处，并且该模36的尺寸应保证该模胀正好处于合适的值处。最好是，所作出的选择允许将该衬拉入带有“窗口”的管道10中，从而如果需要，则允许将该拉伸比如说停止30分钟。

该型模通过其形状和摩擦阻力作为减少该衬直径的一种装置。对该衬所作的工作主要是将其弯曲。

该衬30(图2)接近该型模36。并朝该轴线50弯曲。如图所示，该衬30的外表面是凸起形的。

然后，该衬30与该模36的进口54接触，该进口为朝上翘的整个弧形表面，但不包括该喉口58。在图中要想区分这两个部分是不容易的。为了易于区分，在图中已画出了一根垂直于喉口58处的內表面的径向直线。该进口54为该直线A左边的该型模36的整个內弧表面。该喉口处于直线A处。该直线A的右边为出口60。

大约在90区域，该衬30改变其弯曲方向并朝离开轴线50的方向弯曲。因此它表现出一凹入的外表面。

根据本发明，该型模36与我们的欧洲专利EP-B-0341941中所示的型模不相同的，在该专利中该模36在该点上是通过一直线部分连接至其进口上，本发明的该模36具有一向內凸起的表面92。该向內凸起的表面92尽量与该衬30的外部凹入表面相匹配。

该衬30在点100处首先与该型模接触。在图中已画出了一条垂直于该型模表面的直线B。与EP-B-0341941中所述的方法比较，本发明中，该衬与该型模连续地接触、一直到该喉口58处为止。因此，因该模36而引入该衬30中的应变与EP-B-0341941中所述方法所引入的相比在通过直径A和B之间的孔的弧形表面內是更加渐进地引入的。

图2所示尺寸如下：

L：160毫米(名义尺寸)

T：140毫米；W：10毫米；R：30毫米

一第二型模类似于所描述的那样，但其中T＝144毫米而不是140毫米，从而用于产生如下结果：

原始直径    mm(160.8(a))

            mm(160.7(b))

经型模后(有负荷作用)在80处测的的直径  mm(149.4(a))

                                      mm(150.4(b))

经型模并在负荷卸除1小时后的

直径    mm(155.5(a))

        mm(155.6(b))

经型模压后最后的直径：mm(156.7(a))

                      mm(156.8(b))

拉伸负荷：吨(2.63(a))

          吨(1.99(b))

在负荷作用时的轴向应变百分数：(8.1(a))

                              (6.9(b))

当负荷卸除1小时后轴向应变的百分数： (2.9(a))

                                    (2.7(b))

当负荷卸掉后的最终轴向应变的百分数：(2.1(a))

                                    (19(b))

用一个这样的型模，可获得下列结果并用该模及干式管(a)及由水润滑的管(b)实现该方法：

原始直径(mm)：(160.8(a))

              (160.7(b))

经型模后(有负荷作用)在80处测的的直径  mm(155.5(a))

                                      mm(155.6(b))

经过型模后在负荷卸除1小时后的直径(mm)：(153.1(a))

                                       (153.4(b))

经过型模后的最终直径(mm)：(154.9(a))

                          (155.2(b))

拉伸负荷(吨)：(2.9(a))

              (2.36(b))

在负荷作用下的轴向应变百分数    (11.4(a))

                                (10.0(b))

当负荷卸除1小时后的轴向应变百分数(％)(4.6(a))

                                     (3.8(b))

负荷卸除后的最终轴向应变百分数(％)   (3.2(a))

                                     (2.7(b))

所有这些实验都是在环境温度为18℃时完成的，没有热量加于该衬管或型模。该衬管是由PE-X级聚乙烯制成。

从这些结果中应注意到：当负荷减小(例如因润滑作用减小)时，该衬管仍处于负荷作用之下同时在点80处的直径(即该衬管包括模胀的直径)增加。

较好的是在实现本发明的方法之同时采用润滑剂。然而，在选取该型模的尺寸时，必须根据在装配期间将该衬管和该欲被布设的管道之间的间隙减小至适当的值的衬管直径作出判断，在负荷已卸除时必须使该衬管之直径有适当的恢复，从而使最终的该衬管紧配合于其中的布设管。

除PEX级聚乙烯外，本发明可用于其它等级的聚乙烯，例如高密度的(HDPE)和中密度(MDPE)等级，及交键连接的聚乙烯。本发明也可用于聚丙烯。本发明能用于铸铁及钢质管路，包括潜埋式管路和组装式管路。通常布设的管路是很长的(例如200米)。本发明可用于布设在由各段管道连接起来构成一更长的管道之前及该管路在最终位置上组装起来之前的钢质管道。在这种情况下每段欲被布设的管道的长度，例如，为150米长。

该衬管的标准尺寸比例如为33，或为更低的值，比如SDR(标准尺寸比)可采用26、17或11。标准尺寸比意思是指该衬管的外直径L除壁厚W得出的商。依据该壁厚，该最终布置的管道可认为与一单独放置的塑料管道的是等同的。换句话说，一个这样的管应该能承受被输送的气体，水或其它产物的标定压力而且一点都不依赖该原始的铸铁或钢质外管。另一方面，该衬管例如仅仅是一个为了防腐蚀而插入的衬，但不具有承受被输送的流体压力的能力，并对改善包围它的管(比如由钢制成)的强度没有任何益处。

在该说明书中，该术语“衬管”是指用于形成或者一单独的放置塑料管或者一仅仅具有防腐蚀性或其它特性的但不具承压性的衬管。

Claims (8)

1.一种布设带有一聚合材料衬管的管道的方法，它包括：将该衬拉伸通过一型模以减小其直径并通过该管道；在卸除拉伸负荷时，允许该衬至少恢复到该管道的最小直径；该衬在型模前直径为最大而在该型模中直径最小，并且该型模具有一相对其纵向中心抽对称的孔并在该衬通过的方向包括一进口，一喉口及一出口；该孔的直径在所述方向上在所述进口范围內减小到所述喉口处的最小直径而在所述出口范围內增加；该衬具有一个经该型模后并在该衬进入该管道之前的中间直径；该拉伸力是这样的，以致其部分地限制该衬从该喉口露出后的模胀；并且该衬朝所述轴线弯曲，因此它呈现出具有一凸起的外表面(当从包括所述轴线的纵向伸展的衬的剖面中看时)；然后，该衬朝远离该轴线的方向弯曲并因此使它呈现出具有一凹入的外表面(当从所述剖面中看时)；该衬通过该喉口时，它连续地弯曲至其最小直径并且之后产生的模胀导致形成所述的中间直径，这样，该衬就可通过该管道；其特征在于：当从所述剖面中看时，该进口在该衬朝內弯曲后首先接触该型模之处与所述喉口之间的轴向长度內是凸起的。

2.如权利要求1所述方法，其中，所述轴向长度的形状在所述剖面及对应的剖面內被定为圆弧形。

3.如前述任一权利要求所述方法，其中，所述轴向长度与该衬直到所述喉口为止的整个所述凸起的外表面相接合。

4.用于实现权利要求1所述方法的组合装置，它包括：一个在该管道上游的型模，该模具有一个相对纵向中心轴线对称的孔，并在该衬通过的方向包括一进口，一喉口及一出口；该孔的直径在所述方向在所述进口范围內减小至所述喉口处的最小直径，并在所述出口范围內增加；所述型模牢牢地固定于地面上或连接到该管的前导端上；还包括用于所述衬的导向装置及在下游的用于施加一拉伸力于连接到该衬的前导端的缆索上的所述管道绞车装置和用于所述缆索的导向装置；其特征在于：该型模的进口在该衬朝內弯曲后首先与该型模接触之处与该型模的所述喉口之间的轴向长度內是凸起的。

5.如权利要求4所述装置，其中，所述轴向长度的形状在沿所述轴线纵向延伸的衬的剖面及相应的剖面內，为圆弧形。

6.如权利要求4所述装置，其中，所述轴向长度与该衬直到所述喉口呈现为一凸起表面的整个表面相接合。

7.如权利要求1所述的在此之前参照附图1和2作为实质性描述的方法。

8.如权利要求4所述的并在此之前参照附图1和2作为实质性描述的那样的装置。

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