KR100227234B1 - 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 폴리에틸렌 라이너(30)가 다이(36)를 통해서 잡아당겨져서 파이프(10)을 통과하고 파이프의 내부직경까지 복귀하도록 허용되며, 상기 인장력은 라이너의 항복강도의 절반이하이며, 상기 다이는 입구, 목부분 및 출구를 구비하며, 상기 입구는 목부분을 향해서 직경이 감소하며 상기 출구는 목부분으로 부터 직경이 증가하며, 상기 라이너는 다이 앞에서 최대직경을 가지며 다이내에서 최소직경을 가지며 다이 통과후 중간직경을 가지고, 상기 라이너는 입구에서 다이와 최초로 접촉하기 전에 안쪽으로 굽혀지며 그 후 목부분을 통과할때까지 연속적으로 최소직경까지 굽혀지고나서 다이 팽창을 거쳐 상기 중간직경으로 되고, 상기 목부분은 입구와 연결되는 반경의 연속적인 커브내의 머저(merger)에 의해 한정되며, 상기 입구는 라이너(30)가 안쪽으로 굽혀진후 최초로 다이와 접촉하는 지점과 상기 목부분 사이에서 볼록하게 만곡된 것을 특징으로 한다.

Description

폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법 및 장치

제1도는 일렬로 늘어선 파이프 및 상기 파이프를 지나가는 경로내의 라이너 파이프를 나타낸 단면도이고,

제2도는 다이 및 상기 다이를 통하여 통과하는 라이너 파이프의 단면도이다.

폴리머 라이너 파이프를 사용하여 파이프를 라이닝하는 방법은, 본 명세서에서 참고로 도입된 EP-B-0341941에 개시된 방법과 유사하다. EP-B-0341941에 개시된 설명이 본 발명에서 사용한 상기 방법을 설명하기 위해 취해질 수 있지만, 본 발명에서는 다른 다이를 사용하는 점에서 차이가 있다. 본 발명에 따라 사용된 상기 다이에 대하여 설명을 하기로 한다.

폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법은 제1도에 도시되어 있다.

이하에서, 라이너 파이프는 "라이너"로, 라이닝되는 파이프는 "파이프"로 기재한다.

제1도는 2개의 굴착부에서 노출된 양 단부(12, 14)를 갖는 예를 들어 주철가스 주관(main)인 매설된 파이프(10)를 도시한다. 파이프는 부분(20,22)에서 연속하며, 그 일부분은 굴착부(16,18)에서 제거된다. 결국, 파이프 전체는 라이닝 되며 라이너는 연결되어 연속하는 주관을 만들게 된다.

라이너(30)는 예를 들면 폴리에틸렌으로 만들어지며, 윈치(32) 및 케이블(34)에 의해 스웨이징 다이(36) 및 파이프(10)를 통하여 인발된다. 다이(36)를 빠져나온 후 라이너(30)는 파이프(10)의 단부(12) 안으로 용이하게 들어가도록 롤러(38)에 의해 안내된다. 다이(36)는 지면에 고정된 부재(도시되지 않음)에 의해 고정되어 있다. 다른 선택적인 위치에 있어서, 다이(36)는 파이프(10)의 단부(12)와 직접 맞물게 함으로써 지지되거나, 또는 단부(12)를 맞무는 부재에 의해 지지된다. 또한, 윈치(32)는 지면에 고정된 부재(도시되지 않음)에 의해 고정되거나 또는 파이프(14)의 단부에 고정된다.

제1도에 도시된 작업전에, 파이프를 통과하는 적절한 금속 덩어리로 파이프를 세정하고 내부 크기를 체크한다. 이와 동시에, 파이프내의 돌출부는 제거된다. 라이너는 지면 위에서 일정 길이의 라이너로 만들어진다. 일정 길이의 라이너는 버트 융합에 의해 단부끼리 연결하고 각 융합점의 비드를 제거하거나 또는 라이너 코일(이 경우 예를 들면 180이하의 크기)로부터 직접 삽입한다.

인발 원추체는 라이너의 진행 선단부에 부착된다. 케이블(34)은 단단한 로드(rod)에 부착되어 있으며, 상기 로드를 단부(14)로부터 단부(12)로 파이프(10)를 통해 밀어내어 케이블 단부(로드의 종동 단부측)가 단부(12)에서 나오도록 한다. 다이를 통과한 케이블(34)은 연결 해제되고 라이너 위의 원추체에 연결된다. 그리고 윈치(32)를 작동하여 라이너를 다이(36)를 통해 10%이하, 바람직하게는 8% 이하의 수평장력으로 라이너를 인발한다.

윈치 조작자는 윈치가 일정한 속도 또는 거의 같은 속도로 회전하게 한다. 라이너(30)의 전진속도는 예를 들면 분당 3미터이다.

인발이 완료되면, 라이너는 파이프의 최소 내경이 되도록 허용된다. 라이너는 적절히 연결될 수 있도록 충분한 길이의 파이프로 절단된다. 다이가 파이프(10)의 단부 또는 부재 또는 파이프(10)의 단부에 맞물리는 부재와 맞물리는 경우, 스플릿 다이가 필요하다. 윈치 케이블(34)은 라이너(30)로부터 제거되고, 라이너는 라이너가 본래대로 되돌아감에 따른 수축을 감안하여 충분한 길이로 절단된다.

제2도는 강철 스웨이징 다이(36)를 통과하는 라이너(30)의 형태를 도시한 것이다.

제2도에 도시된 바와 같이, 라이너(30)는 다이(36)의 입구에서 다이(36)와 맞물리도록, 라이너의 벽(74)은 안쪽으로 굽어진다. 제2도에 나타낸 단면에 도시된 바와같이, 라이너는 축(50)을 향한 이와같은 굽어지는 단계동안에 볼록 외부 표면(92)을 나타낸다. 라이너(30)는, 상기와 동일한 면에서 보았을 때, 축(50)으로부터 굽어져서 "76"에서 오목 외부 표면을 나타낸다. 그리고 나서, 라이너의 벽은 연속적으로 굽어져서 목부분(58)을 통과할 때 최소 직경이 되므로, 외부 표면은 오목한 상태를 유지한다. 다이로부터 나온 후 라이너(30)는 다시 축으로부터 굽어져서 볼록한 외부 표면을 나타낸다. 지점(80)에서, 다이를 나온 후 직경이 증가하여 최대값에 도달한다. 이는 파이프(10) 안으로 들어가는 "다이 팽창"으로 정의한다. 지점(80) 이 후 벽(74)은 매우 약간 안쪽으로 굽어져 도면에서 도시된 영역너머에서 직경이 더 작게된다.

다이 팽창의 정확한 양은 지점(80)의 직경과 다이(36)의 목부분(58)의 직경 또는 최소 직경간의 차이이다.

다이 팽창은 본 발명의 변수를 선택시 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명에서, 다이 팽창을 포함하는 라이너의 직경은, 파이프(10)의 최소 구멍 직경보다 더 작게 선택된다.

인발력은 상기 라이너의 항복 강도의 대략 절반으로 유지하는 것이 바람직하며, 다이 팽창이 정확한 값이 되도록 다이(36)를 조정한다. 바람직하게는, "윈도우"를 사용하여 라이너(30)가 파이프(10)내로 인발되며, 필요하다면 예를 들면 30분간 인발을 정지하도록 선택된다.

상기 다이는 라이너 단면의 직경과 마찰저항을 감소시키는 수단으로서 작용한다. 라이너에 주로 가해지는 가공은 굽힘이다.

상기 라이너(30)(제2도)는 다이(36)에 도착하여 축(50)을 향해 굽어진다. 상기 라이너(30)의 외부 표면은 그 단면에서 보았을때 볼록하다.

그 후, 라이너(30)는 다이(36)의 입구(54)에 접촉하고, 입구는 목부분(58)까지 아치형 표면이지만 목부분(58)을 포함하지 않는다. 이들 부분을 도시한 도면에서 구분하는 것은 쉽지 않다. 이를 보다 쉽게 하기 위해, 목 부분(58)에서 내부 표면에 수직한 반지름선을 도면에 나타냈다. 입구(54)는 선(A)의 좌측 까지의 다이(36)의 아치형 내부 표면 전체가 된다. 목부분(58)은 선(A)에 위치한다. 선(A)의 우측은 출구(60)이다.

부분(90) 근처에서, 상기 라이너(30)는 반대로 굽어져서 축(50)으로부터 굽어진다. 이와 같이 굽어짐으로써 라이너는 오목한 외부 표면을 나타낸다.

본 발명에 따르면 다이(36)가 이 지점에서 입구(54)에 대해 직선인 면을 갖는 대신에, 다이(36)가 안쪽으로 볼록한 표면(92)을 갖는다는 점에서, EP-B-0341941에 개시된 다이와 차이점이 있다. 다이의 안쪽으로 볼록한 표면(92)은 가능한 한 라이너(30)의 바깥쪽으로 오목한 표면과 들어맞게 된다.

라이너(30)는 지점(100)에서 다이(36)와 최초로 접촉한다. 다이 표면에 수직인 선(B)을 도면에 나타냈다. EP-B-0341941과 비교할 때, 라이너는 목부분(58)에 도달할 때까지 연속적으로 다이에 맞물린다. 따라서, 다이(36)에 의해 라이너에 발생하는 변형은, EP-B-0341491에 개시된 방법에 비해, 선(A) 및 선(B) 사이에서 통과 구멍의 원호형 표면에 걸쳐서 보다 점진적이다.

제2도에서 치수는 다음과 같다 :

L : 160밀리미터(공칭)

T : 140밀리미터

W : 10밀리미터

R : 30밀리미터

T=140대신 T=144인 점을 제외하고는 전술한 바와 동일한 제2다이를 사용하여 이하의 결과를 얻었다.

상기 다이를 사용하고, 다이 및 파이프를 (a)건조상태 및 (b)물로 윤활하면서 라이닝하여 이하의 결과를 얻었다:

상기 모든 시험은 주위온도 18에서 실시되었고, 라이너 파이프 또는 다이에 열을 가하지 않았다. 상기 라이너 파이프는 PE-X급 폴리에틸렌으로 만들었다.

상기 결과로부터, (예를 들면 윤활효과에 의한) 하중의 감소에 따라 라이너 파이프에 하중이 걸려있는 동안 부분(80)에서 측정된 직경 (즉, 다이 팽창을 포함하는 라이너 파이프의 직경)은 증가한다.

본 발명에 따른 방법을 실행하는 동안 윤활제를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 장치안에서 라이닝될 파이프와 라이너 파이프간에 정확한 간격을 부여하고, 하중 제거시 라이너 파이프가 충분히 회복되어 라이너 파이프가 밀착된 최종 라이닝 된 파이프를 얻기 위해, 직경 축소전의 라이너 파이프의 직경과 관련된 다이의 크기를 선택하기 위한 실험을 해야한다.

본 발명은 PEX 이외에 교차-결합된 폴리에틸렌 뿐만 아니라 예를 들면 높은 밀도(HDPE) 및 중간밀도(MDPE) 등급의 폴리에틸렌에도 적용가능하다. 또한, 폴리프로필렌에도 적용가능하다. 본 발명은 주철 및 강관 등의 매설된 파이프라인 및 설치된 파이프라인을 라이닝하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 긴 길이의 파이프라인을 라이닝할 수 있다(예를 들면 200미터). 본 발명은 파이프를 결합하여 더 큰 길이의 파이프로 만들기 전에 및 파이프를 최종 위치에 설치하기 전에 라이닝할 수 있다. 이 경우, 라이닝하는 각각의 파이프는 예를 들면 150미터 길이일 수 있다.

라이너 파이프의 표준 치수비율은 예를 들면 33일 수 있으며, 또는 SDR 26, 17 또는 11등의 더 낮은 값이 사용될 수 있다. 표준 치수비율은 라이너 파이프의 외부직경(L)을 상기 벽두께(W)로 나누어서 얻어지는 몫을 의미한다. 상기 벽두께에 따라서, 최종 라이닝된 파이프는 독립된 플라스틱 파이프와 동등하다고 간주될 수 있다. 달리 말해, 이러한 파이프는 원래의 주철 또는 강철 외부 파이프에 의지하지 않고 가스, 물 또는 다른 통과물의 압력에 견딜수 있다. 반면에, 라이너 파이프는, 예를 들어 강철로 만들어진 주위 파이프의 강도에 관계없이 유체의 압력에 견디는 능력을 갖는 것이 아니라, 단순히 내부식성의 목적으로 삽입된 라이너일수 있다.

본 명세서에서, "라이너 파이프" 라는 용어는 독립된 플라스틱 파이프 또는 내압력성에 관계없이 내부식성 또는 다른 특성을 부여하는 라이너를 의미한다.

본 발명은 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

상기 방법은 예를 들면, 매설된 가스관, 하수관 등을 라이닝하는데 적용할 수 있다. 그러한 파이프는 주철 또는 강철, 특히 물의 경우에 예를 들어 석면 시멘트 또는 콘크리트로 만들어지며, 특히 주철 파이프는 아스팔트 또는 콘크리트로 라이닝된다.

브리티쉬 가스의 특허출원 GB-A-2186340에는 매설된 가스관, 상수도관 또는 하수관에 적용할 수 있는 방법으로, 일정길이의 합성수지 라이너를 가열하고 다이 및 파이프를 통해 인발하여 라이닝하고, 압력을 가하여 팽창시켜 파이프의 내벽에 들어맞게 하는 방법이 개시되어 있다.

미국 특허 제3462825호(포프 등)에는 공장에서 라이너를 다이 및 파이프를 통하여 인발하고 상기 라이너를 해제시켜 라이너가 팽창하여 파이프의 내벽에 단단히 밀착되도록 함으로써 유연 파이프 또는 강체 파이프에 적용 가능한 방법이 개시되어 있다. 상기 파이프는 내경이 2.06인치(51.5)로 상대적으로 작은 직경을 가지며, 라이너 파이프는 2.3인치(57.5)의 외경을 가진다. 라이너 파이프는 상대적으로 얇으며, 벽두께가 0.07인치(1.75)이고 표준 치수비(SDR)가 33이다. 라이너 파이프는 불화탄소로 만들어진다. 일반적으로, 라이너 파이프의 외경은 라이닝되는 파이프의 내경에 비해 10 내지 15% 크다.

영국 특허 제807413호(Tubovit Societa per Azioni) 명세서에는, 공장에서 금속 파이프의 라이닝에 적용 가능한 방법으로, 가열된 라이너 파이프를 다이 및 라이닝 할 파이프를 통해 인발하고, 라이너 파이프를 해제하고, 라이너 파이프를 가열하는 방법이 개시되어 있다. 다이의 직경은 라이닝할 파이프와 동일하거나 약간 작다. 상기 라이너는 다이에서 축소되는 동안 또는 그 전에, 라이너가 비교적 부드러워지는 온도로 가열되므로, 다이를 통해 라이너를 인발하는 힘은 비교적 낮아진다.

영국특허 제218634호에 있어서, 주(main) 다이 이후에 나타나는 다이 팽창(die swell)은, 목부분(throat)의 직경이 되도록 하는, 즉 각 경우에 파이프로 들어가는 직경이 되도록 하는 제2다이에 의해 제거된다. 미국 특허 제3462825호 및 영국 특허 제807413호에는 다이 팽창이 나타나 있지 않으며 파이프 내부로 들어가는 직경은 목부분의 직경이다. 여기서, "다이 팽창"이라 함은 라이너가 상기 다이를 통과한 후 증가한 직경의 분량이다.

본 출원인의 특허 EP-B-0341491호는 매설된 파이프를 폴리머 라이너로 라이닝하는 방법을 개시하고 있으며, 상기 방법은 일정길이의 라이너를 다이를 통해 인발하여 그 직경을 축소시키고 파이프를 통하여 인발한 후 인발하는 힘을 제거하여 라이너의 직경이 적어도 파이프의 최소 내경이 되도록 하며, 라이너가 다이 앞에서 최대 직경이 되고 다이 내부에서 최소 직경이 되도록 하며, 다이는 중심, 세로 다이 축을 포함하고 상기 축에 대하여 대칭인 목 부분과 입구를 포함하고, 입구는 상기 목부분을 향해 직경이 감소하는 라이닝 방법에 있어서, 상기 다이가 상기 목부분으로 부터 멀어지면서 직경이 증가하는 출구를 더 포함하고 라이너는 다이를 나온 후 파이프로 들어가기 전에 중간 직경을 가지며, 인발하는 힘은 라이너가 목부분으로부터 나온 후의 라이너의 다이 팽창을 부분적으로 억제할 정도이며, 라이너는 입구에서 다이와 최초로 접촉하기 전에 안쪽으로 굽어지며, 그 후 입구를 떠나 목부분을 통과하면서 그 최소 직경으로 굽어지고, 그 후 다이 팽창되어 파이프로 들어가는 중간 직경이 되는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 방법에 있어서, 상기 라이너는 상기 다이를 통과하면서 굽어진다.

본 발명은 EP-B-0341941에 개시된 발명을 개선한 것으로서, EP-B-0341941에 개시된 방법과 비교하여, 굽힘에 의해 유발되는 상기 라이너의 변형이 좀 더 점진적이 되도록 한다. 이것은 직선이 아닌 곡선의 입구를 갖는 다이를 사용함으로써 이루어진다.

내부 가공면이 곡선인 다이에 대해서는 GB-A-807413, US-A-2249510, FR-A-2096557 및 AU-A-65481/74에 제안되어 있다. 그러나, 상기의 제안중 어느 것도 본 발명이 제안한 폴리머 라이너를 사용하여 파이프를 라이닝하는 방법을 제시하고 있지 않다. 상기 제안된 방법들은 다이 팽창이 있는 폴리머 라이너를 다루지 않고 있다.

본 발명에 따른 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법은, 중심축 및 세로축에 대하여 대칭인 구멍을 구비하고, 라이너가 통과하는 방향으로 입구, 목부분 및 출구를 포함하며, 상기 방향으로의 상기 구멍의 직경은 상기 입구부터 상기 목부분에서 최소가 될 때까지 감소한 후 상기 출구까지 증가하는 다이를 통해 라이너를 인발하여, 라이너의 직경을 축소시켜, 라이너가 다이를 통과한 후 파이프로 들어가기 전에 중간 직경을 갖도록 하고; 상기 라이너가 상기 목부분으로부터 나온 후의 라이너의 다이 팽창을 적어도 부분적으로 억제할 정도의 인발력으로 인발하여, (라이너의 길이방향으로 연장되고 상기 축들을 포함하는 단면에서 보았을 때), 라이너가 볼록한 외부표면을 나타내고, 그 후 라이너가 상기 축으로부터 굽어져서 (상기면에서 보았을 때) 오목한 표면을 나타내도록 하고, 라이너가 연속적으로 목부분을 통과할 때 최소 직경이 되고 그 후 다이 팽창하여 상기 중간직경이 되도록 하고, 직경이 축소된 라이너를 파이프를 통해 인발한 후, 인발력을 제거하여 라이너가 파이프의 최소 내경이 되도록 하여 파이프를 라이닝하는 방법에 있어서, 상기 면에서 보았을때, 상기 라이너가 안쪽으로 굽어진후 최초로 다이와 접촉하는 지점과 상기 목부분 사이의 축길이에 걸쳐서 상기 입구가 볼록한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 방법을 실행하기 위한 장치는, 중심축 및 세로축에 대하여 대칭인 구멍을 구비하고, 라이너가 통과하는 방향으로 상기 구멍의 직경이 입구부터 감소하여 목부분에서 최소가 된 후 출구까지 증가하며, 지면 또는 파이프의 선단부에 고정되는 다이; 상기 라이너를 안내하기 위한 안내수단; 및 상기 라이너의 선단부에 연결된 로프와 상기 로프의 안내수단에 인발력을 가하기 위한 윈치수단을 포함하는 장치에 있어서, 상기 라이너가 안쪽으로 굽어진후 최초로 다이와 접촉하는 지점과 상기 목부분 사이의 축길이에 걸쳐서 상기 입구가 볼록한 것을 특징으로 한다.

이하에서, 본 발명에 따른 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방범 및 그 방법을 실행하는 장치를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

Claims (6)

1. 중심축 및 세로축에 대하여 대칭인 구멍을 구비하고, 라이너가 통과하는 방향으로 입구, 목부분 및 출구를 포함하며, 상기 방향으로의 상기 구멍의 직경은 상기 입구부터 상기 목부분에서 최소가 될 때까지 감소한 후 상기 출구까지 증가하는 다이를 통해 라이너를 인발하여, 라이너의 직경을 축소시켜, 라이너가 다이를 통과한 후 파이프로 들어가기 전에 중간 직경을 갖도록 하고; 상기 라이너가 상기 목부분으로부터 나온 후의 라이너의 다이 팽창을 적어도 부분적으로 억제할 정도의 인발력으로 인발하여, 라이너의 길이방향으로 연장되고 상기 축들을 포함하는 단면에서 보았을 때, 라이너가 볼록한 외부표면을 나타내고, 그 후 라이너가 상기 축으로부터 굽어져서 상기 면에서 보았을 때 오목한 표면을 나타내도록 하고, 라이너가 연속적으로 목부분을 통과할 때 최소 직경이 되고 그 후 다이 팽창되어 상기 중간직경이 되도록 하고, 직경이 축소된 라이너를 파이프를 통해 인발한 후, 인발력을 제거하여 라이너가 파이프의 최소 내경이 되도록 하여 파이프를 라이닝하는 방법에 있어서, 상기 면에서 보았을때, 상기 라이너가 안쪽으로 굽어진후 최초로 다이와 접촉하는 지점과 상기 목부분 사이의 축길이에 걸쳐서 상기 다이의 입구가 볼록한 것을 특징으로 하는 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 축길이의 형상이 상기 면 및 대응하는 면내에서 아치형상인 것을 특징으로 하는 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축길이가 상기 목부분까지 상기 라이너의 볼록 외부면 전체와 들어맞는 것을 특징으로 하는 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 방법.
4. 중심축 및 세로축에 대하여 대칭인 구멍을 구비하고, 라이너(30)가 통과하는 방향으로 상기 구멍의 직경이 입구(54)부터 감소하여 목부분(58)에서 최소가 된 후 출구(60)까지 증가하며, 지면 또는 파이프의 선단부에 고정되는 다이(36); 상기 라이너를 안내하기 위한 안내수단(38); 및 상기 라이너의 선단부에 연결된 로프(34)와 상기 로프의 안내수단에 인장력을 가하기 위한 윈치수단(32)을 포함하는 제1항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서, 상기 라이너가 안쪽으로 굽어진후 최초로 다이와 접촉하는 지점과 상기 목부분 사이의 축길이에 걸쳐서 상기 입구가 볼록한 것을 특징으로 하는 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 축길이의 형상이 상기 축을 포함하며 상기 라이너의 길이방향으로 연장된 단면 및 대응하는 면내에서 아치형상인 것을 특징으로 하는 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 축길이가 상기 목부분까지 상기 라이너의 볼록 외주면 전체와 들어맞는 것을 특징으로 하는 폴리머 라이너로 파이프를 라이닝하는 장치.