KR101556503B1 - 환경 친화형 불침투성 막으로 파이프를 라이닝하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
도관 내에 단일체의 라이너를 원격으로 설치하기 위한 방법 및 장치가 제시된다. 장치는 전자기 액츄에이터, 공기압 액츄에이터, 선형 액츄에이터 릴레이, 솔레노이드, 이온 발생기, 테터용 부착 지점, 엄빌리컬, 카메라 및 직경 특정 가이드를 포함하는 메인 부품 바디 및 이에 부착되는 왕복 헤드를 포함한다. 종방향으로 횡단하는 왕복 헤드는 샤프트와 통신되는 유체 구동 회전 터빈 모터 조립체 및 원추형 및 도립형 콘 표면과 일체로 형성되는 자체 세척 소산 장치와 결합된다. 또한 제품을 효율적으로 혼합하기 위한 충돌 블록 및 제품 유동의 정밀한 원격 제어를 위한 말단 메커니즘이 왕복 조립체 상에 포함된다. 또한, 왕복 조립체는 음으로 하전된 공기 유동을 샤프트로 지향시키기 위한 이온 발생기 및 과잉 재료 축적을 효과적으로 방지하기 위한 확산 장치를 제공한다.
Description
위태로운 부식 상태에 있는 미국 및 세계 도처의 일반적인 시설에 대해, 이러한 특성의 인 시츄(in situ)-복구(rehabilitation)를 수행하기 위한 비용 효율적인 방법을 제공하기 위한 의도가 여러번 있었다. 상기 산업 분야에서, 휘발성을 가지고 위험하거나 유해한 재료를 운반하는 파이프 및 전달 라인은 노화, 경시(neglect) 또는 종래의 방법으로 교체 또는 수리하기 위한 자금의 부족에 의한 끊임없는 고장(failure)의 위험이 있었다. 글로벌 자치도시 무대(global municipal arena)에서, 폐기물 수집 및 물 분배 시스템은 고장으로 심각하게 손상되어 사회적 불안, 상업적 손실 및 환경적 사건을 일으킨다. 1989년의 미국 환경보호국 청정수법(US EPA Clean Water Act of 1989)은 지방 자치체(municipality)의 물 및 유출물 시스템의 상태를 개선하기 위하여 지방 자치체에 부과된 강제 제한 및 서약을 개설한다. 1500개의 미국 도시의 시설이 검사된 2007년의 EPA 회의의 행정장관들의 리포트(EPA Conference of Mayers report of 2007)는 실제 수리 및 개량에서 $15B를 요구한다. RSCA는 또한 수만 마일의 파이프, 도관 및 통로의 능동적인 검사 및 수리를 요구하는 화학물 처리 설비, 석유화학 제품 설비 및 파이프 라인 전달에 대한 정밀한 조사가 증가되었다.
종래의 라이닝(lining) 재료 및 방법은 바람직하지 않은 환경적 영향, 예를 들면, 유출물(effluent) 내의 시티렌, CFC, VOC 및 환경 호르몬의 여과 문제를 가진다. 환경 호르몬의 영향은 성장 결함(growth defect)을 포함하여 화학물에 대한 상대적으로 적은 노출을 초래할 수 있다.
부가적으로 바람직하지 않은 영향은 내부 파이프 및 라이너 사이에 형성된 고리형상부(annulus)를 초래한다. 이러한 고리형상부는 유입(infiltration) 뿐만 아니라 유출(exfiltration)을 만연시킨다 - 유독한 유출물은 주변 지면, 지하수, 호수, 시내 및 대수층 내로 역류한다. 종래의 수지는 열경화성 수지이다. 이러한 수지는 수축되어 고리형상부가 파이프 벽과 라이너 사이에 형성되도록 한다. 이러한 고리형상부는 파이프 라인 유동 내로 지하수 뿐만 아니라 지면 및 지하수 내로 파이프라인 유출물의 유입을 허용한다.
일반적으로 고객이 자신의 파이프를 원상으로 복귀시키는 유일한 이유는 침식, 부식, 균열 및 누출 조인트 때문이다. 고리형 공간을 남기는 방법에서, 상기 방법은 단지 앞으로의 유출을 허용한다. 이것이 발생하는 방식은 초기 설치에서, 상기 방법과 맨홀(manhole) 또는 볼트(vault) 사이의 고리형 공간이 모르타르 또는 소정의 다른 재료로 밀봉되는 것이다. 이때(수리 후) 유체정역학적 테스트를 통과하게 되지만, 노화, 침식, 부식 및 일정한 압력은 맨홀에서 유입이 계속될 때, 밀봉이 누출되기 시작한다. 이어서 유입은 맨홀을 통하여 유동하는 유출물 내로 들어간다. 또한 맨홀을 통하여 유동하는 재료가 고리형 공간 내로 들어갈 수 있어 균열 및 개방 조인트를 찾아서 파이프 둘레의 지하 수면 및 주변 토양으로 유출된다.
이러한 공개물에서 한정된 바와 같은 흔적(footprint)은 다른 복구 방법이 수리 공정을 용이하게 하도록 맨홀/파이프 접근에서 복구 방법의 운송 수단 및 장비의 권리(vehicle and equipment right)를 가지는 것이 요구된다. 종종 야드, 미디언(median), 들, 숲, 하구, 등에서의 접근 때문에, 운송 수단이 토양, 풀을 휘젖고, 나무 등을 제거한다. 매우 종종 이러한 방법은 라이너를 삽입하는 것이 용이하도록 맨홀 또는 볼트를 굴착하여야 한다. 종종 하구 또는 배수거에서 토건업자는 물에 직접 이들의 장비를 배치해야 하기 때문에 오일, 연료 등이 물로 누출되었다. 또한 이러한 분야에서, 열경화성 수지는 강, 하구, 호수, 연못으로 용해되어 고온수 또는 증기로 " 백(bag) " 또는 " 소크(sock) "의 팽창에 의해 물고기 및 생물 등을 죽이게 되었다. 현장 경화(앞으로 " CIPP "로 지칭됨) 및 슬립 라이닝(slip lining)에서 이용된 고 밀도 폴리에틸렌(앞으로, " HDPE "로 지칭됨)의 이용에 부가하여, 파이프 용량이 작아셔서 복구된(좁아진) 파이프가 유동 속도를 증가시키도록 한다. 이는 개울 둑(stream bank), 식물 수명 및 동물 수명의 손실을 일으키는 하구 스카우어(creek scour)를 초래한다. 조인트 및 균열을 통하여 고리 공간 내로 유입되는 물을 이러한 분야에 부가하며, 침투되는 물이 토양을 둘러싸도록 한다. 이때, 이는 파이프 둘레에 큰 공극을 초래하여 파이프 내로 수집되는 토양에 의해 발생되는 로드 및 야드 내에 싱크 홀(sink hole)(경제적 뿐만 아니라 환경적)의 형성을 일으킨다.
본 발명의 방법은 공기, 물 및 유출물 내로 방출되는 CFC, VOC, 또는 환경 호르몬을 거르는 영향을 형성하지 않으며 상기 방법은 장비가 파이프의 접근 지점으로부터 400 피트 또는 그 초과 만큼 많게 되는 것을 허용하는 엄빌리컬(umbilical)의 이용에 의해 흔적을 발생시키지 않는다. 엄빌리컬은 롤러 쿼드런트(roller quadrant)의 이용에 의해 건물, 나무 등 주위에 비제한된 회수 만큼 횡단할 수 있다. 본 발명의 장치 또는 방법을 이용하는 토건업자는 엄빌리컬의 직경이 단지 2"이고 소정의 경로 내로 삽입될 수 있을 때 접근 경로를 파내거나 붕괴시키지 않아야 한다.
본 발명은 일반적으로 파이프, 도관 및 통로의 내부 평면으로 라이너를 도포하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 공개는 또한 파이프 내로 일치하고 일정한 라이닝을 멀리서 도포하기 위한 성능에 대해 더욱 특별히 언급한다. 라이너는 도포후 삽입되며 휘발성 유기 화합물(VOC) 또는 클로로플루오로카본 "CFC" 또는 하이드로 플루오로카본 " HCFC ", 또는 환경 호로몬을 포함 및/또는 걸러 내지 않는다.
종래 기술은 자산 완전성(asset integrity)을 복구하기 위해 파이프라인, 도관 및 통로를 내부로부터 원상으로 복구하기 위한 다양한 방법을 설명한다.
수지 주입 섬유 라이닝 튜브와 결합된 인 시츄(in situ) 수리 방법은 우드(Wood) 등에 의해 미국 특허 제 5409561호 및 클리에스트(Kliest)에 의해 미국 특허 6427726호에 설명된다. 이러한 현장 경화(CIPP) 방법에서, 종래의 수지는 폴리에스터를 포함하고, 비닐 에스테르 및 심지어 에폭시 수지는 악화된 파이프 섹션 내에 위치되고 파이프 내부면과 밀접하게 접촉되게 강제되어 경화를 허용하는 관형 직물 재료와 매트릭스(matrix)를 형성한다. 경화 시간은 수 시간 또는 수일일 수 있다. 상기 방법은 실용적이지 않거나 적절하지 않은 다수의 경우 및 조건(condition)이 있다.
데이비스(Davis) 특허 제 6986813호는 시임형 단일체 라이너(seamed monolithic liner)를 형성하도록 내부 파이프 벽 상으로 스프레이(spray)되는 폴리머 제품을 이용하는 것을 설명한다. 시임형 단일체 라이너는 파이프의 섹션을 연속적으로 정렬하기 위한 라이닝 방법 또는 장치의 부작동(inability)에 의해 형성된다. 결과적으로 라이닝 내에 중단점이 있으며 대체 라이닝은 이전에 적용된 라이너와 중복되어, 시임(seam)을 초래한다. 이러한 특허는 종래 기술에서 확인된 다수의 문제점을 극복하기 위한 시도를 한다. 통상적으로, 종래 기술의 스프레이 타입 라이너는 스프레이 팁의 플러깅(plugging), 표면 새그(sag) 및 불일치하는 재료 도포(application) 두께를 초래하는 느린 경화 코팅 및 마무리된 라이너에서 0.200 내지 0.400 인치 범위의 두께를 초래하여, 다수의 도포에 대해 이들을 부적절하게 하는 다른 제한에서 증명된 바와 같은 주요 문제점을 경험한다.
데이비스의 특허는 작동 동안 플러깅을 제거하기 위한 노력으로 스프레이 건의 팁에 부착되는 분출 기구를 결합함으로써 스프레이 팁 플러깅의 제 1 제한을 극복하기 위한 시도를 한다. 또한, 데이비스는 새그를 제거하기 위한 신속한 세팅 재료를 적용할 것을 주장한다. 이러한 두 개의 추정된 개선책의 조합은 혼합된 문제점을 초래한다. 데이비스 특허는 막힘(clog)을 방지하기 위한 방법으로서 스프레이 건의 시간을 통한 공기의 연속적인 취입을 알려 준다. 제품 스트림으로 불행하게도 부가된 공기 유동은 단지 이동 부분으로의 더 높은 정적 흡인을 초래하는 스프레이의 미립자화를 증가시킨다. 압축 공기로 스프레이 팁을 퍼징함으로써 플러깅 문제점을 제거하지 못한다. 스플래터 차폐부(splatter shield)는 또한 잘못된 스프레이 재료가 스프레이 오리피스를 막는 것을 피하기 위해 언급된다. 실제 작동에서, 스프레이 팁의 반복된 막힘의 기본적인 원인은 기능 설계가 더 크다.
데이비스에서, 회전하는 평면형 또는 약간 경사지게 각이진 디스크가 파이프 벽 상으로 투입되어 신속하게 세팅되는 라이닝 재료를 추진하기 위해 이용된다. 스프레이의 직접적인 직각 확산에 관계될 때 이러한 평면형 또는 약간 경사지게 각이진 회전하는 디스크 설계는 상당한 양의 되튀고/튀어 날아다니는 라이닝 재료가 스플래터 차폐부 및 분출 기구 상에 축적되도록 하여, 궁극적으로 짧은 기간 내에 팁 및 다른 결정적인 기계적 기능의 완전한 차단을 초래한다. 이는 장치의 철회 및 세척하기 위한 필요 없이 10 내지 20 피트 보다 긴 파이프의 라이닝 또는 연속 작동을 허용하지 않는다.
데이비스의 회전하는 디스크 설계는 또한 균일한 라이닝 두께에 대한 요구를 충족시키지 못한다. 상술된 바와 같이, 결과적인 물리적 현상은 원주의 총 360도에서 라이닝 재료의 동일한 소산(dissipation)을 제공하지 않는다. 신속한 세팅 재료는 일반적으로 수직한 각도로 회전하는 디스크에 분출될 때, 고속의 회전하는 디스크는 파이프 벽으로 신속하게 분출되는 첫번째 90도 아크(first 90 degree arc)로 불균형한 양의 재료를 유도한다. 평면형 또는 약간 경사진 디스크에 의한 현 장치는 매스(mass)를 균등하게 하고 분출되기 전에 디스크의 원주 둘레에 코팅 재료를 분배하기 위한 코팅 재료 소정의 정체 시간을 제공하지 않는다. 이는 궁극적으로 파이프 벽의 첫번째 180도의 원주 방향 아크(the first 180 degree of circumference arc)에 더 두꺼운 코팅 또는 라이닝을 초래한다. 이는 균일도가 마지막 이용자에 의해 요구되는 최종 선형 특성 및 성능을 계산하기 위해 필요하다.
정전기 증강(Static build up):
종래 기술에는 정전기 증강에 의한 혼란에 대한 고려가 없다. 정전기 증강은 샤프트 및 디스크가 파이프 벽에 대한 상당한 근접 및 라이닝 경화에 의한 고유적인 요구에 관련될 때 샤프트 및 디스크의 높은 rpm에 의해 발생된다. 정전기 증강은 단지 라이닝 성분의 고압 및 고열 충돌을 통하여 제어된다. 강제 건조 공기는 파이프 표면을 가능한 건조하게 유지하고 제품 김서림이 카메라 렌즈를 코팅하는 것을 방지할 뿐만 아니라 건조 공기를 강제하여 장치의 건조 작업 환경을 보장하도록 한다.
종래 기술의 정전기 증강은 장치가 팁으로부터 스피너 디스크(spinner disc)까지 제 2 재료에 대한 " 스프레이 " 패턴을 이용한다는 사실에 의해 악화된다(compound). 이러한 스프레이는 자연적으로 라이닝 재료의 분무화를 일으키며, 이는 더 큰 정전기 전하를 초래하고 라이닝 재료가 샤프트 및 디스크들에 의해 통과할 때 샤프트 및 디스크의 정적 인력이 재료를 " 당기는(pull) "것을 더 용이하게 한다.
코팅 재료와 샤프트/디스크 사이의 이러한 정적 인력은 이러한 장치에 대한 코팅 재료와의 위치 관계에 따라 재료 종유석화(stalactity) 및 석순화(stalagmity)를 초래한다.
이러한 형성부(formation)는 파이프를 연속적으로 라이닝하기 위한 장치의 성능을 중단시키지 않는 경우 머지않아 심각한 방해가 발생된다.
이러한 형성부의 증강은 유동을 팁으로부터 스피너 디스크로 변환하여 파이프 벽으로의 코팅 재료의 부가의 불균형적인 분배를 초래한다.
형성부는 라이닝 공정이 진행될 때 계속적으로 성장한다.
형성부는 궁극적으로 형성부의 증가된 중량 및 적용되는 원심력에 의해 파손된다.
경화되지 않은 라이너에 고착된 형성부는 증가된 마찰 계수에 의해 라이너의 감소된 유동 성능을 초래하게 되는 유동 채널에서의 프로파일을 초래한다. 또한, 고착된 피스는 고체-화장지 등-에서 초래되는 오물과 같이 혼합형 유출물 파이프라인 내에 " 장애(snag) "를 일으켜서 고착된 피스 상에 포획되어 증강되어 때때로 파이프라인 유동을 차단한다.
장치의 첫번째 몇번의 진동 행정(stroke)으로 고착되는 형성부는 스피너 디스크로부터의 직선형 돌출부에 의해 파이프 벽에 도달하는 코팅 재료를 전환 또는 차단함으로써 종결된다. 이는 마무리된 라이너 내의 공극을 통하여 발생된다.
이러한 상황은 파이프로부터 종래 기술의 장치를 제거하고 완전한 라이너 적용을 실제로 완료하도록 여러번 세척하는 요구를 초래하여, 종래 기술에서 더 신속한 방법의 요구를 감소시켰다.
스피너 디스크 증강(Spinner Disc Build Up):
현재 기술은 스피너 디스크 상에 코팅 재료의 증강을 중단하는 방법을 가지지 않는 고유 설계를 가진다.
종래 기술에서, 스피너 디스크는 팁으로부터 " 스프레이 " 형성을 한다.
스프레이 패턴을 이용함으로써, 코팅이 스피너 디스크와 충돌하는 지점에서 " 건조 낙하(dry fall) " 효과를 생성한다. 이는 재료가 디스크를 효과적으로 완전히 추진하기 위해 요구되는 중량 및 매스를 가지지 않을 때 디스크가 라이닝 재료를 전적으로 분산하는 것을 허용하지 않는다. 본 공개물에 의한 바와 같이 라이닝 재료의 타이트하게 균일한 스트림의 웨트 아웃 성능(wet out capability)을 가지지 않는다.
종래 기술에서, 스프레이는 설정 압력에서 팁으로부터 즉시 추진되는데, 설정 압력은 이어서 스프레이형 코팅 재료 속도에 의해 적용되는 직접적인 힘에 의해 스피너 디스크의 rpm을 느리게 한다. 이때 초기에 요구된 rpm은 결코 충분히 달성되지 않는다. 이러한 지점으로부터 스피너 모터는 장애를 가진 초기 rpm을 다시 얻도록 한다.
표준 공기압 모터가 종래 기술에 이용된다. 공기압 모터는 높은 rpm 및 낮은 토크를 형성한다. 높은 rpm/높은 토크를 구비한 전기 모터가 작은 직경 파이프 내의 장치에 대해 너무 클 때 공기 모터가 필수품이 되는 것으로 알려 졌다. 유압 유닛이 작동되지만 500 피트에서 유압 압력을 공급하는 요구는 호스를 구비한 엄빌리컬의 부피를 키울 것을 요구한다.
위에서 설명된 " 건조 낙하 "는 결과적으로 증강된 중량에 의해 스피너 디스크의 rpm이 점차적으로 느리게 하기 시작하다. rpm이 낮은 토크에 의해 낮추어 질 때, 상기 효과는 더 커져서 장치 상에 " 스노우 볼(snow ball) " 효과를 가져서 스피너 디스크를 완전히 중단시키고 궁극적으로 상기 장치를 10분 만큼 적게 부작동시킨다.
이는 라이닝 재료가 여전히 디스크에 의해 분산되지 않고 팁으로부터 분출되는 것을 초래한다. 이어서 재료는 파이프의 바닥으로 떨어져 단지 파이프의 바닥 상에 라이닝이 쌓이게 한다.
이는 실제로 파이프로부터 장치를 끊임없이 제거할 수 있고 샤프트 및 디스크를 세정하는데, 이는 짧은 시간 동안 다시 라이닝하기 위해 재 삽입하는데 시간이 걸린다. 이는 종래 기술의 지속적인 절차이다. 이러한 일치되게 요구되는 철회 및 삽입은 철회 공정 및 삽입 공정이 완료되는 동안 이미 설치된 라이너의 오염이 가능하기 때문에 라이너의 내측 코팅의-적층물의 제거를 초래할 수 있다.
종래 기술에서, 장치는 수 시간 동안 그리고 300 내지 600 피트의 간격으로부터 라이닝할 수 있다는 것이 설명된다. 그러나, 이는 한번의 삽입 및 철회 사이클에서 가능하지 않다. 이는 종래 기술에서 설명된 바와 같이 다른 라이닝 방법에 대해 시간 또는 경제적으로 소정의 장점을 나타내는 공정에 상당한 시간을 부가한다.
궤적 지오메트리(Trajectory geometry):
종래 기술은 종래 기술의 스피너 디스크에서 평면 또는 최대 경사 각도를 이용한다. 이러한 설계는 스피너 디스크로부터의 소산의 직선형 스트림을 초래한다.
종래 기술은 새그(sag) 및 런(run)을 방지하기 위해 재료를 겹치도록 길고 부드러운 라이너 행정을 구비한 스피너 디스크 로드의 상대적으로 느린 진동을 이용한다. 이는 진동 사이클을 통하여 디스크로부터 타이트한 직선형 소산 스트림을 남긴다.
장치는 단지 코팅을 완료하기 위해 파이프 내의 하나의 방향으로 코팅된다.
모든 파이프는 벨/마개 조인트, 용접, 결절 형성부(tuberculation) 중 어느 것일 수 있는 자연적 프로파일을 가진다.
종래 기술은 자체 설계, 메카닉스(mechanics) 및 직선형 또는 직각 스트림 때문에 장치의 위치와 관련될 때 이러한 프로파일의 전방 또는 후방 에지를 완전히 라이닝하기 위한 성능을 가지지 않는다.
종래 기술은 또한 스피너 디스크 상의 회전을 역전시키기 위한 능력을 가지지 않는다. 측방향 유입이 있게 되는 파이프-메인 파이프 내로 고착되는 소형 파이프- 내에 여러번 있으며 최대 관통은 통상적으로 3/4" 이다. 이러한 경우, 라이닝이 역회전 없이 상기 문제에 대한 이러한 유입 파이프 또는 소정의 프로파일의 하부에 배치될 수 있는 방법이 없다. 본(instant) 발명의 장치는 이송 또는 배기부로부터 흡입부 그리고 그 반대로 이송 또는 공기 중 어느 하나를 통하여 역 회전할 수 있는 능력을 가진다. 더욱 통상적으로 이는 샤프트와 공기 모터 콜릿(collet) 사이에 있는 전자적으로 스위칭되는 양 방향 전달 또는 이송 케이스를 통하여 수행된다. 이에 대한 이유는 높은 rpm 공기 모터 상에 모터들이 양 방향으로 작동되는 경우 모터들이 용이하게 마모된다는 것이다. 종래 기술에서 이러한 문제점을 악화시키는 것은 유닛이 유동을 시작 및 중단시키기 위한 능력을 가지기 않는 것이다. 모터가 회전이 역전되는 동안 유동은 중단되어야 한다.
다중 시작 및 중단(Multiple starts and stops)
종래 기술 설계 및 메카닉스는 밸빙 로드(valving rod) 또는 스프레이 팁 스토퍼를 한번 이상의 개방 및 폐쇄 사이클을 개방 및 폐쇄하는 것을 허용하지 않는다. 종래 기술은 기계가공되는 스프레이 팁 오리피스를 이용하여 밸빙 로드가 오리피스 내부에 배치된다. 스프레이 팁 오리피스가 개방될 때, 스프레이는 오리피스를 통과하게 된다. 오리피스는 이어서 폐쇄되고 잔류 혼합 재료는 이러한 영역을 둘러싸서 기본적으로 잔류 혼합 재료를 상기 위치 내로 록킹한다. 종래 기술의 메카닉스는 당김력(pull force) 또는 밸빙 로드가 이러한 자유(free)를 손상시키도록 밸빙 로드 상에 운동량 증대(momentum surge)를 가질 능력을 가지지 않는다-따라서 밸빙 로드는 한번 이상의 사이클-개방/폐쇄- 수행을 원격에서 개방할 수 없다. 본 발명의 장치는 밀봉하기 위해 말단 로드(종래 기술의 밸빙 로드) 단부와 스트림 오리피스의 경계부에서 상이한 밀봉 방법을 이용한다- 영역의 혼합된 제품 캡슐화(encapsulation)는 이러한 설계를 통하여 최소가 되도록 이루어진다. 인스탄트 발명은 또한 상이한 설계의 말단 로드 액츄에이터를 가진다- 말단 로드 액츄에이터는 소정의 " 자유 "당김력 운동량을 말단 로드를 시작하기 전에 형성하는 것을 허용하는 기능과 결합된 매우 높은 당김력을 가진다.
종래 기술과 관련하여, 공통하는 엄빌리컬 철회의 장애 또는 제어 시스템의 기능 부전이 있는 경우, 장치는 스프레이를 계속하는 것으로부터 분리되어야 한다. 그렇지 않은 경우 그 결과는 라이너 내에 무거운 링이 형성된다. 이러한 경우가 발생되면, 장치는 파이프로부터 철회되어야 하고 충돌 블록(impingement block)은 완전히 분리, 세척, 재조립되어 파이프 내로 재삽입되어야 한다. 이는 많은 시간이 소모되는 공정이다. 이러한 설계 및 기계적 결함은 또한 모든 밸빙 로드 사이클 후 세척에 대한 필요성 때문에 한번에 하나씩 수리를 하지 않는 경우 장치가 파이프 내에서 슬리브 또는 부품수리를 완료하는 것을 허용하지 않는다.
삽입 및 철회시 치수 제한(Dimensional Restrictions on Insertion and Retraction)
전체 길이 때문에 종래 기술의 장비는 5피트 보다 작은 수평 크기의 직경을 가진 맨홀 또는 볼트(vault)로 출입하면서 지하 매설관으로부터 삽입 또는 철회될 수 없다.
이러한 전체 크기는 느린 소산 및 라이닝 재료의 중첩을 제공하도록 진동의 방법/메카닉스에 대한 요구의 직접적인 결과이다.
부가적으로 종래 기술의 부착 브래키팅(bracketing)의 23" 굽힘 반경(bend radius) 및 메카닉스가 이러한 장치의 전체 크기를 상당히 증가시키도록 한다.
통상적으로 개인적 섹터(sector)에서 그리고 공중 섹터에서 모든 지하매설 파이프는 단지 상술된 접근을 통하여 접근가능하다. 파이프 내로 장치의 삽입을 허용하도록 굴착을 제공하는 것은 드물다. 종래 기술의 장치는 파이프 내로 삽입될 때 분리되고나서 재조립될 수 있다. 이는 많은 시간이 소모되는 공정이다. 그러나, 이는 이러한 장치에 전체 파이프를 코팅하는 능력을 제공하지 않는다. 유닛은 철회시 분리하기 위하여 라이닝을 중단하여야 한다. 이러한 중단은 5피트 보다 작은 수평 크기의 직경을 가진 맨홀 및 볼트에서 발생되어야 한다. 이는 16" 내지 30"가량의 파이프가 통상적인 맨홀 또는 볼트에서 코팅되지 않는 결과를 초래한다. 현재 라이닝 재료가 없는 이러한 섹션을 라이닝하기 위해 후방으로 수용가능한 방식이 없다. 종래 기술은 맨홀이 아닌 파이프용 라이닝을 파이프 라이닝 내에 보이드를 형성한다. 진동 행정, 엄빌리컬 굽힘 반경 및 장비 설계로부터의 길이에 의해, 종래 기술의 라이닝 장비는 여전히 파이프 내부에 30"의 로봇으로 4" 맨홀 내에서 중단되어야 한다. 이 때, 모든 라이닝 공정이 중단되어야 한다. 소형 직경 파이프 내에서 이후 손실되는 파이프 섹션에 수동으로 라이닝하는 방법이 없다.
종래 기술의 설계 및 메카트로닉스에 의해, 수직 파이프 또는 30도보다 큰 슬로프를 가진 파이프를 라이닝할 수 없다.
직경:
종래 기술의 설계 및 메카닉스에 의해, 10" 보다 작은 직경을 가진 파이프를 이용할 수 없다. 종래 기술은 6" 파이프를 이용할 수 있는 것을 설명한다. 그러나 기본적 크기는 도면에서 도시된 바와 같이 이에 대해 허용하지 않는다. 이는 상술된 데이비스 특허 USP 6986813호의 장비의 상세한 설명의 심사 후 본 기술분야의 일반적인 기술자에게 명백하다. 상세한 설명 및 도면의 리뷰는 6" 파이프 내로 조립하기에 충분히 짧거나 충분히 좁게 되는 것이 불가능하다는 것을 증명한다.
유닛의 크기가 10" 보다 작은 직경을 가진 파이프를 라이닝하기 위한 능력을 제한한다는 사실에 대해, 메카닉스의 기능은 또한 개별적으로 이러한 능력을 방해한다. 상기 유닛은 진동을 이용한다. 이는 모든 진동 부품 내에서 장치의 외부 상에 파이프 벽에 매우 근접하게 되는 것을 초래한다. 상기 진동의 예정된 길이가 얼마나 길게 되는 것인지(5" 내지 36")가 문제되지 않고 캐리지 또는 셔틀 판의 전제 길이 및 폭이 운동한다. 종래 기술의 도면에 따라 이러한 길이는 스프레이 헤드가 고려될 때 베이스 조립체의 길이 보다 더 길다. 예 : 진동이 10"에 대해 세팅된 경우, 유닛의 전체 길이는 프로파일링되거나 오프셋되는 전체 길이를 노출하는 모든 행정 시 10" 이동한다. 상부 장치 셔틀 판의 완전한 폭 및 길이가 운동한다. 설계된 바와 같이 장치는 파이프 벽의 조인트 또는 프로파일 상에 잡힐 수 있는 다수의 직각 돌추부를 가진다.
부가적으로 장치 설계 및 메카닉스에 의해 외부 부분 진동과 관련될 때 소형 직경 파이프에서 상기 장치를 " 매다는 것(hung up) "이 매우 용이하다. 모든 파이프 시스템은 프로파일, 새그(sag) 및 오프셋을 가진다. 현 장치가 이러한 장애와 만날 때 장치는 진동 공정을 중단하게 된다. 이는 순식간이거나 시간의 연장된 길이 동안 일 수 있다. 어느 한 경우에서 수용불가능하게 되는 새로운 코팅에서 증강(build up) 또는 " 둥글게 둘러싸임(ringing) "이 발생될 수 있다. 진동의 중단이 긴 시간 동안 발생되는 경우 실제로 라이닝 재료로 파이프를 완전히 폐쇄하거나 파이프 내의 장치를 록킹할 수 있다.
외부 진동 부분은 모두 유닛의 외부에 있다. 이는 외부 진동 부분을 코팅되는 동안 파이프 내에 있는 모든 오버스프레이(overspray) 및 존재하는 오염물에 노출된다. 이는 궁극적으로 외부 진동 부분의 기능을 방해하여 감소된 성능 또는 부작동(incapacitation)을 초래한다.
본 공개물은 이소시아네이트(isocyanate) 및 아민 수지 혼합물 또는 다른 혼합물을 파이프 내벽의 360°원주 상으로 스프레이하는 것을 허용하는 인 시츄 파이프 라이너 스프레이 장치 및 방법을 설명한다. 혼합물은 파이프 벽에 라이닝될 수 있다. 라이닝 성분(lining component)은 파이프 내의 장치의 충돌 블록 내에서 정확한 비율로 혼합된다. 성분은 파이프 벽 상의 신속한 반응 및 경화를 위해 장치 내에서 가열될 수 있다. 이는 라이닝 장치의 슬럼프(slump) 또는 다른 원하지 않는 변화를 예방할 수 있다. 장치는 스프레이 조립체의 한번의 통과에서 0.05"와 4"의 초과 사이의 라이닝 두께를 도포할 수 있다.
장치는 하나 이상의 공기 호스, 하나 이상의 전력 케이블, 하나 이상의 비디오 통신 케이블 및 라이닝 성분 호스를 포함하는 엄빌리컬을 포함한다. 장치의 하우징은 라이닝 성분을 가열하기 위한 하나 이상의 히터를 포함한다.
공개물은 왕복 헤드에 의해 제어되는 0.001" 내지 5.00"의 왕복 성능(전방 및 후방)을 가지는 인 시츄 파이프 라이너 스프레이 장치를 설명한다. 이는 소산 장치 및 회전 샤프트가 정치에 대해 앞 및 뒤로 종방향으로 이동하는 것을 의미한다(앞으로, " 전방 및 후방 "으로 설명한다). 이는 장치가 파이프로 다중 층의 라이너를 도포하는 것을 허용한다. 소산 장치는 회전 샤프트에 부착되는 중앙 상부(장치 회전 헤드로부터 연장하는) 및 왕복 헤드로 지향되는 예각으로 형성된 플랜지를 구비한 두 개의 비대칭으로 역방향으로 정렬된 콘으로서 형성된 소산 장치를 포함한다.
장치의 왕복 헤드는 충돌 블록을 포함하며, 충돌 블록은 라이닝 성분을 혼합하고 소산 장치로 특정 궤적의 각도로 라이닝을 분출한다.
상기 장치는 액체 라이닝 재료를 가압하고 액체 라이닝 재료가 원추형 회전 소산 장치(앞으로, " 소산 장치 "라 함)와 접촉하기 전에 근처의 일정한 직경의 스트림을 유지하는 충돌 블록 노즐로부터 배출되도록 한다. 소산 장치의 표면은 라이닝 스트림에 대해 예각을 형성한다. 소산 장치는 약 20 피트 파운드의 높은 토크로 20,000 내지 45,000 RPM으로 회전할 수 있다.
소산 장치의 회전 방향은 시계방향으로부터 반시계방향으로 원격으로 변경될 수 있다. 라이닝 재료의 압력, 속도 및 유량은 스트림 오리피스(또는 스프레이 팁)로부터 소산 장치로 지향되는 엄빌리컬 연결부를 경유하여 장치로 원격으로 조정될 수 있다.
소산 장치는 압력 스트림 유동 관성 및 심지어 외측 플랜지 내로의 재료 소산을 감속하는 라이닝 재료 스트림을 수용하기 위한 중앙 상부에 근접한 도립 원추형 경사 표면 접촉 영역을 가진다. 소산 장치는 회전 기능, 과잉 재료의 가압 트리밍, 이에 의해 재료 증강 제거에 의해 자체 세척되도록 설계된다.
소산 장치는 또한 파이프 벽 상으로 캐스트되기 전에 확산 장치의 혼합 원추형 지오메트리 내부에 균등하게 분배하기 위해 재료용 체류 시간을 허용한다. 이는 파이프 표면 상에 대칭 라이닝 층의 형성을 촉진한다.
이러한 공개의 장치 주요 구성은 또한 회전 샤프트 및 소산 장치 위에 음으로 하전된 이온을 방출하는 것이다. 이는 정전기 및 결과적으로 코팅 재료 증강을 방해한다.
샤프트 스크래퍼 부속물의 이용은 스피너 샤프트 상의 소정의 가능한 정전기 또는 재료 오버스프레이 잔류물에 의한 증강을 제거한다.
라이닝은 3초 내지 1분의 경화 시간을 가질 수 있어, 라이닝의 다중 층의 도포를 허용한다. 본 공개의 장치 주요 구성은 5.5" 내지 54"의 내경을 가지는 파이프를 라이닝하는 것일 수 있다.
우리는 첫번째로 파이프 및 특히 소형 직경 파이프 내에 초고속 경화 라이닝 재료를 분배하기 위한 원격 장치를 이용하기 위해 요구되는 정확하고 정밀한 방법/메카닉스에 대한 요구를 충분히 이해하여야 한다. 소정의 설계 약점, 기계적 약점, 또는 제어 시스템 약점은 시스템이 수초 내에 실패를 일으킬 수 있다. 이러한 실패는 매우 크다. 통상적으로 분산되는 재료는 4 내지 6초 내에 순식간에 경화되거나 겔화된다. 장치가 완전히 부적격하게 되는 것이 순식간이거나 자체 흡입되어 소형 직경 파이프 내에 영구적으로 굳어 지게 된다. 종래 기술은 이러한 방법 및 메카닉스가 스프레이 라이닝에서의 현 기술을 개선하게 되는 것으로 제안했지만, 그렇지 않다. 종래 기술은 단지 연구소 내에서 테스트 및 이용되었으며 결코 실제 상태에서 테스트되지 않았다. 종래 기술은 이상적인 상태 하에서 테스트 파이프의 짧은 세그먼트 내에서 수립된 증거를 기초로 하였다. 지하매설 파이프는 이상적인 상태가 아니다.
도 1은 본 공개물의 장치의 주요 구성을 도시하는데, 소산 장치, 회전 샤프트, 충돌 블록, 왕복 헤드, 전방 하우징 및 후방 하우징으로 도시하며, 하우징과 왕복 헤드 사이의 관절형 접합부(articulation juncture)가 도시되며,
도 2 및 도 3은 전방 하우징으로의 왕복 헤드의 위치의 변화를 보여주는 장치의 측면도이며,
도 4는 장치 상의 라이너의 경로를 보여주는 소산 장치의 단면도로서, 파이프 벽을 라이닝하기 위한 외부 장치 플랜지가 없는 도면이다.
도 2 및 도 3은 전방 하우징으로의 왕복 헤드의 위치의 변화를 보여주는 장치의 측면도이며,
도 4는 장치 상의 라이너의 경로를 보여주는 소산 장치의 단면도로서, 파이프 벽을 라이닝하기 위한 외부 장치 플랜지가 없는 도면이다.
상세한 설명에 결합되어 상세한 설명의 일 부분을 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 위에서 주어진 본 발명의 일반적인 설명 및 아래 주어지는 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께, 상기 도면은 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.
본 발명은 장치의 단 한 번의 삽입 및 한 번의 제거로 1,000 선형 피트(linear feet)를 초과하는 거리에 대해 파이프 내부에 라이너의 원격 설치를 허용하는 방법 및 장치를 설명한다. 일 실시예에서, 라이너는 파이프 벽 상에 라이너를 스프레이하기 바로 전에 높은 온도 및 압력으로 현장에서(in situ) 혼합된 이소시아네이트 및 아민 수지의 반응 제품이다. 일 실시예에서, 온도는 155℉의 이상 온도로 140℉ 내지 170℉의 범위 내에 있을 수 있다. 액체 성분의 압력은 재료의 점도 및 분자 교차 결합의 필요성에 따라 1700 psi 내지 3500 psi일 수 있다. 경화된 라이너는 비활성이고 VOC, 탄소, 플루오르화 탄소 및 환경 호르몬이 없다. 경화된 라이너는 유입물 및 유출물에 대해 불투과성이다. 따라서, 본 명세서에서 공개된 방법 및 본 발명의 장치로 설치된 라이너는 유출물이 지면 및 지하수로 유입되지 않도록 한다.
공개물은 설계에 의해 전체 파이프의 라이닝을 달성하면서 약 18"의 직경/수평방향 치수를 가진 모든 맨홀 및/또는 볼트에 원격으로 설치 및 철회될 수 있는 장치를 설명한다.
본 공개물의 장치는 굽힘부, 새그, 오프셋 및 조인트를 구비한 소형 직경 파이프에서 충분한 기능을 허용하는 내부 전방 및 역방향 조립, 즉 왕복 헤드, 회전 샤프트 및 소산 장치를 설명된다. 장치는 하우징 섹션 및 왕복 헤드를 분리하는 관절형 접합부를 이용한다.
도 1은 공개물의 일 실시예(100)의 사시도이다. 회전 샤프트(110) 상에 장착된 소산 장치(400)가 도시된다. 회전 샤프트는 공기 터빈 모터(도시안됨)로 왕복 헤드(105) 내로 연장한다. 충돌 블록(11), 연결된 말단 로드(121) 및 말단 로드 액츄에이터(120)가 왕복 헤드의 상부에 장착된다. 전방 하우징(102)은 왕복 헤드 및 전방 하우징을 분리하는 관절형 접합부(103)로부터 연장한다. 텔레비젼 카메라가 전방 하우징의 상부에 장착된다. 휠(108)이 전방 하우징 아래 장착된다. 또한, 스키드(skid; 106)가 전방 하우징에 장착된다. 관절형 접합부(109)가 전방 하우징 및 후방 하우징(101)을 분리한다. 또한 공기 호스, 액체 라이너 성분, 텔레비젼 케이블 및 전기 와이어를 포함하는 엄빌리컬(104)이 도시된다. 장치가 내부 파이프 표면(485) 상에 도시된다.
장치가 파이프를 통하여 연속적으로 예정된 속도로 이동한다. 하우징 세그먼트와 왕복 헤드 사이의 관절형 공간은 장치가 파이프 내의 벤딩 둘레 또는 파이프의 바닥 내의 돌출부 위로 횡단하는 것을 허용한다. 소산 장치의 회전의 방향은 가역적이다. 이는 소산부가 파이프 내부 내의 돌출부의 모든 측부를 라이닝하는 것을 허용한다. 측방향 관입체(intrusion), 예를 들면, 메인 파이프 내로 고착되는 소형 파이프가 있을 때가 여러번 있다. 최대 관통은 통상적으로 3/4"이다. 이러한 경우, 라이닝(lining)이 관입하는 파이프의 하부 또는 역회전하는 소정의 프로파일 상에 배치될 수 있는 방법이 없다. 소산 장치는 배기부로부터 흡입부로 그리고 그 반대로 공기의 전달을 통하여 역 회전할 수 있다. 더욱 통상적으로 이는 전기적으로 스위칭되는 양-방향 전달 또는 샤프트와 모터 콜릿(collet) 사이에 있는 이송 케이스를 통하여 수행된다. 높은 rpm 공기 모터가 양 방향으로 작동되는 경우 높은 rpm 공기 모터는 용이하게 마모된다. 충돌 블록은 또한 회전 가역 공정에서 요구되는 바와 같이, 라이너 유동을 효과적으로 중단 및 재시작할 수 있는 성능을 가진다.
장치는 파이프 벽 상의 재료 스트림의 소산시 접착되는 기계적 작용을 통하여 혼합된 효과를 가진다.각각의 왕복 행정의 마지막에서 빠르고 높은 속도 전방 및 후방 작용과 동시 중단/시작 작용을 통하여, 접착되는 기계적 작용은 고속으로 라이너 재료의 " 불윕(bullwhip) " 또는 " 웨이브 " 지오메트리를 증진한다. 결과적인 소산 스트림은 파이프 벽 내의 프로파일(돌출 및 삽입)의 모든 측부의 라이닝을 보장하며 이러한 프로파일의 충분한 덮힘(coverage)을 달성하도록 상이한 두 개의 방향으로 라이닝하는 장치를 조건으로 하지 않는다. 부가적으로, 소산 장치의 회전 방향을 역전하기 위한 장치의 원격 제어는 프로파일(돌출 및 삽입)의 하부에 라이닝을 인가하는 능력을 제공한다. 소산 장치의 형상은 가압된 제품 스트림 속도의 회전력 및 절단력의 작동을 통하여 라이닝 재료가 자체 세척되도록 설계된다.
장치는 공급 스트림이 원격으로 시작 및 중단되거나 오동작 제어를 위해 중단을 용이하게 하도록 조정되고, 모든 시작 및 중단 기능 사이에서 충돌 블록을 철회하여 세척하기 위한 요구와 함께 하나의 적용 및 파이프 라인의 현장 수리의 조인트 슬리브의 설치를 위한 무제한된 능력을 유지한다. 슬리브는 파이프의 라인 세그먼트에 설치된다. 슬리브는 통상적으로 길이가 2" 내지 8" 이다. 종종 파이프는 적절한 형상이지만 단순히 균열 또는 오프셋 조인트를 가지는 소형 세그먼트일 수 있다. 이러한 경우 장치는 동일한 방식으로 삽입되지만 전체 파이프 대신 단지 이러한 라인 세그먼트로 이러한 영역에 정밀하게 위치된다. 장치를 미제한된 시간에 중단 및 시작하기 위한 능력으로 다수의 이러한 슬리브가 설치될 수 있다. 때때로 고객은 단지 조인트가 슬리브의 중앙에 있으면서 조인트 위에 설치된 단지 3" 슬리브를 원하게 된다. 이러한 시임의 설치는 제어 스테이션에서 비디오 카메라의 이용에 의해 용이하게 된다.
방법 및 장치는 파이프, 도관, 구조물 및 통로를 수평으로부터 수직방향으로 가변하는 각도를 통하여 완전한 수직으로 라이닝할 수 있다. 완전한 수직 파이프 적용에 대해 상승되어 중앙에 위치될 때 완전한 수직 위치에서의 작동은 롤러 쿼드런트(roller quadrant) 및 가이드에서의 변화를 요구한다.
이러한 공개물의 장치는 라이닝 재료의 가압 공기 및 액체 성분을 이송하는 엄빌리컬을 포함한다. 두 개의 절연된 고압 유체 호스는 120V 루프 회로를 경유하여 가열된다. 또한 엄빌리컬에 두 개의 12 와이어 케블러 강화 통신 케이블이 포함된다. 엄빌리컬은 하나 또는 둘 이상의 고열 저항 케블러 강화 유체(공기) 호스를 포함한다. 엄빌리컬은 스트레인 릴리프(strain relief)를 수용하기 위해 다이브(dive) 라인 케블러 강화 반 강성 몰딩 폴리우레탄 슬리브 내에 호스 및 케이블을 완전히 캡슐화한다. 다른 케이블 또는 튜브가 엄빌리컬을 통하여 장치로 연결될 수 있다. 장치에 부착된 것은 테터(tether)일 수 있다. 엄빌리컬 또는 테터는 지표면 또는 맨홀로 연장한다. 장치는 테터 또는 엄빌리컬에 의해 원격으로 제어된다. 엄빌리컬은 로봇을 당기기 위한 엄빌리컬 보강 방법에 의해 약 8" 내지 12"의 굽힘 반경을 가진다.
일 실시예에서, 엄빌리컬 유체 호스(라이너 재료의 성분 액체 부분을 포함하는)는 밸브의 개별적 차단으로 분리 포트 결합으로 역으로 종결된다. 커플링 블록은 수용 블록에 부착될 수 있다. 양 블록은 후방 하우징의 하부에 위치될 수 있다(아래 설명됨).
액체 라이너 성분들이 고압 하에 있는 것이 인식될 것이다. 일 실시예에서, 수용 블록은 고압 밀봉면을 구비한 커플링 블록을 수용하도록 기계가공되고 커플링 블록으로부터 유체 유동을 수용하도록 수직하게 포트된다(port). 수용 블록은 또한 수평방향으로 포트되어 공통 JIC 피팅(common JIC fitting)을 수용하도록 수직 포트에 대해 직각으로 나사결합된다. 90도 JIC 피팅은 후방 하부 하우징의 전방 단부와 반대로 직면하도록 수용 블록으로 기계적으로 부착된다. 방사형 유동이 수행된 이러한 실시예에서, 호스는 예정된 길이에 대해 후방 하부 하우징 유닛으로 역방향으로 연장한다. 수행된 유체 호소는 약 2" 반경을 가져서 수평 배향이 후방 하부 하우징 유닛을 향하여 달성된다. 수행된 유체 호스는 1/4" ID 강성 고압 스테인레스강 플레어 배관으로 부착된다. 배관은 하부 후방 하우징 및 전방 하부 하우징 유닛에서 기계가공되는 그루브 내로 결합된다. 배관은 분리되고 이이서 후방 하우징 유닛과 전방 하우징 유닛 사이의 관절형 접합부에서 가요성 유체 호소와 재 연결된다.
장치의 일 실시예에서, 장치는 부착된 하우징 유닛들 사이의 관절형 접합부를 구비한 수 개의 하우징 부품으로 이루어 진다. 엄빌리컬은 후방 하우징을 나타내는 하우징 유닛 내로 공급된다. 하우징 유닛의 측부 패널은 장비, 케이블 또는 호스로 접근을 제공하도록 개방될 수 있다.
하우징 유닛은 액체 라이너 성분들을 위한 하나 또는 둘 이상의 히터를 포함할 수 있다. 폴리우레아(polyurea), 이소시아네이트 및 아민 수지의 혼합물의 제품은 물리적 특성 및 완전한 경화를 얻기 위하여 약 140℉ 내지 170℉로 혼합되는 것이 요구된다. 장치 라인 내의 유체는 신속하게 냉각된다. 24" 보다 작은 파이프의 종래 기술 적용에서, 제품이 냉각되는 것을 중단하기 위해 라인을 통한 유동이 충분하지 않다. 따라서, 라이닝의 품질은 저급하다. 유닛이 심지어 수초 동안 중단되어야 하는 경우, 냉각된 제품이 너무 많아서 라이닝을 시작하지 못한다. 이는, 다시 일관되게 " 끈적거려서(goo) " 유동되지 않는 저급하게 혼합된 제품이 분출될 때, 매우 급속하게 틱스트로피되는(thixtropic) 점도 때문이었다. 본 출원은 충돌 블록이 유입되는 지점으로 연속적으로 제품을 가열하는 것을 알려 준다. 이는 일관되게 적절한 혼합 및 비제한적으로 시작 및 중단하는 능력 뿐만 아니라 단순히 중단시켜 장치가 수 시간 동안 파이프 내에 배치되고 이어서 라이닝을 다시 시작하는 것을 달성한다. 또한 온도는 혼합물의 경화 시간에 영향을 미친다.
하우징 유닛은 또한 비디오 카메라용 파이프를 조명하도록 상부 장착 전기 램프를 포함한다. 이러한 조명은 대형 직경 파이프에서 특히 유용할 수 있다. 다음 하우징 유닛은 전방 하우징 유닛을 나타낸다. 음으로 하전된 공기를 발생하는 공기 이온화 유닛을 포함할 수 있다. 또한 라이닝 성분을 위한 히터를 포함한다.
하나 이상의 비디오 카메라는 전방 하우징의 상부에 장착될 수 있다. 카메라는 카메라용 광선을 공급하도록 적외선 조명 장치를 포함할 수 있다. 복합 비디오/제어 케이블은 엄빌리컬을 통하여 연장하여 공통 마찰 조립 전기 연결부를 경유하여 장치로 연결될 수 있다. 전기 커넥터는 후방 하우징 수직면 기계가공된 보어링(machined boring)으로 부착되는 공통의 나사형성되고 브레이드형(braided) 스테인레스 강 스트레인 릴리프 피팅을 경유하여 장치로 부착된다. 하부 후방 하우징 유닛 내부에서, 와이어가 분리된다. 와이어는 솔레노이드 유닛의 기능을 위해 솔레노이드에서 종결된다. 와이어는 공기 라인과 동일한 방식으로 후방 하부 하우징 유닛을 통하여 횡단하고 전방 상부 하우징 유닛에 있는 기계가공된 리세스 내에 장착되는 두 개의 250 V 릴레이에서 종결될 수 있다. 이러한 릴레이는 왕복 헤드용 공기압 액츄에이터의 유입 및 유출 기능을 용이하게 하도록 공기 솔레노이드와 관련하여 작동한다. 릴레이는 또한 공기압 액츄에이터의 외부에 부착되는 전자기 센서로 와이어를 경유하여 연결될 수 있다. 센서는 액츄에이터 기능의 행정 길이를 조정하도록 액츄에이터의 외부를 따라 충분히 조정가능하다. 행정 길이는 분야에 따라 이용자에 의해 결정될 수 있다. 전자기 로드 액츄에이터의 경우, 이러한 와이어는 전력을 공급하고 프로그램가능한 로직 제어기(PLC) 및 액츄에이터로 기능한다.
공기압 또는 전자기 왕복 액츄에이터는 전방 하부 하우징 유닛에 부착될 수 있다. 액츄에이터 로드는 하우징 유닛의 수직면 내의 기계가공된 보어를 경유하여 전방 하부 하우징 유닛을 통하여 횡단하며 왕복 헤드의 후방 수직면에 부착된다. 왕복 헤드는 후방 왕복 헤드의 수직면 내의 나사형성 보어링을 경유하여 강철 정렬 로드를 경유하여 전방 하부 하우징 유닛에 부착된다. 정렬 로드는 왕복 헤드로 역방향으로 그리고 종방향으로 평행하게 연장하며 상부 전방 하우징 유닛과 하부 전방 하우징 유닛 사이 내의 기계가공된 리세스 내의 선형 베어링 세트의 오리피스를 관통한다. 이러한 정렬 로드는 왕복 기능 동안 왕복 헤드 정렬을 유지한다. 정렬 로드는 전방 하우징 유닛과 왕복 헤드 내의 인클로저(enclosure)에 의해 손상으로부터 보호된다.
또한, 공기압 또는 전자기 제어 말단 로드 액츄에이터는 왕복 헤드의 상부에 부착된다. 상술되는 바와 같이, 로드 액츄에이터는 충돌 블록을 관통하는 말단 로드를 제어한다. 충돌 블록은 라이너 성분들을 혼합하여 왕복 헤드의 전방으로 연장하는 소산 장치로 라이너를 분출한다.
일 실시예에서, 공기압 기능에서 말단 로드 액츄에이터의 행정 길이는 비-조정가능한 3/8"로 설정된다. 공기압 액츄에이터의 기능은 전술된 바와 같이 후방 하부 하우징 유닛 내의 솔레노이드로의 전기 신호를 경유하여 제어된다. 전자기 액츄에이터 기능은 프로그램가능한 로직 제어기(PLC)를 경유하여 제어된다.
왕복 헤드는 관절형 접합부에서 전방 하우징에 부착된다. 왕복 헤드는 전방 하우징과 관련하여 가동된다. 왕복 헤드는 전방 하우징과 관련하여 전방 또는 역 방향으로 파이프의 종방향 축선을 따라 이동될 수 있다. 이는 때때로 진동 운동으로서 지칭된다. 일 실시예에서, 헤드는 0.001 내지 5 인치 이동한다. 왕복 헤드의 운동은 충돌 블록 및 소산 장치를 일체로 이동한다. 왕복 하우징은 하우징 및 왕복 헤드 내에서 내부적으로 연장하는 로드 상에서 운동한다. 이는 종래 기술과 상이하며 강철 로드를 보호하여, 왕복 헤드에 손상으로부터 안정성을 제공한다. 전방 하우징 및 왕복 헤드는 가변 공간에 의해 분리된다. 이는 때때로 공통 왕복 공간으로서 지칭된다. 테터는 전방 하우징의 전방면에 부착될 수 있다(바람직하게는 왕복 헤드 아래).
유체 배관의 경로로 복귀하면, 강성 배관은 왕복 헤드의 양 측부 상의 브래킷에서 가요성 고압 호스로 다시 연결된다. 가요성 배관은 이어서 충돌 블록 커플링으로 연장하여 충돌 블록과 연결된다. 충돌 블록 커플링은 수직방향으로 포트되어 충돌 블록의 기계가공된 상부면에 의해 수용되도록 정면이 기계가공된다. 이러한 실시예의 설계는 고압 유체 호스가 후방 하우징에서 언급된 반경의 지점에서 왕복운동는 것을 허용하면서 왕복 헤드가 고속으로 왕복운동하는 것을 허용하는 것을 인식한다.
엄빌리컬로부터 공기 경로의 일 실시예는 후방 하우징 유닛의 상기 수직면 내의 기계가공된 보어링을 통하여 하부 하우징으로부터 역방향으로 연장하는 신속 연결 피팅을 경유하여 부착된다. 후방 하부 하우징 유닛으로부터 역방향으로 연장하는 공기 호스는 스테인레스 강 브레이드형 스트레인 릴리프를 경유하여 후방 하우징 유닛에 부착된다. 후방 하위징 유닛 내부에, 공기 호스가 3/8" ID 가요성 호스 내로 공통 피팅을 경유하여 분리된다.
하나의 가요성 호스는 후방 하우징 유닛 내에 장착된 4방 24VDC 공통 솔레노이드 밸브로 공통 피팅을 경유하여 부착된다. 다른 가요성 호스는 다중 기계가공 보어형 오리피스를 통하여 후방 및 전방 하우징 유닛의 수직면으로 계속된다. 이러한 가요성 호스는 이어서 전방 하우징 유닛에서 전방면 기계가공 보어링이 종결된다. 이러한 종결에서 공기 유동은 공통 왕복 공간에서 왕복을 용이하게 하도록 연장가능하고 철회가능한 프리 코일링 가요성 공기 호스를 통하여 재설정된다. 이러한 프리 코일링 공기 호스는 왕복 헤드의 후방에서 종결되고 왕복 헤드의 수직면의 후방에서 예비 보어형 오리피스에 장착된다. 공기 유동은 가요성 공기 호스를 통하여 재설정되고 터빈 공기 모터로 연결된다.
도 2 및 도 3은 전방 하우징(102)과 왕복 헤드(105) 사이의 관절형 접합부(103A)에 위치된 프리-코일링(pre-coiling) 가요성 공기 호스(122)의 작동을 도시한다. 왕복 헤드는 도 3의 전방 하우징으로부터 전방으로 연장하는 것이 인식된다. 소산 장치(400), 회전 샤프트(110), 샤프트 스크레이퍼(112), 충돌 블록(111), 말단 엑츄에이터(120) 및 말단 로드(121)가 도시된다. 전방 휠(108) 및 후방 휠(107), 후방 하우징(101), 엄빌리컬(104) 및 후방 하우징과 전방 하우징 사이의 관절형 접합부(109)가 도시된다. 또한, 파이프 벽(485)이 도시된다.
후방 하우징 유닛 내의 분기부에서 제 2 가요성 호스가 솔레노이드로의 공기 유동을 위한 솔레노이드로 부착된다. 솔레노이드는 4개의 개별 작동 또는 유동 시퀀스의 분리 및 제어를 제공한다. 솔레노이드로부터 하나의 호스가 후방 하우징 유닛을 통하여 전방으로 횡단하고 전방 하우징 유닛의 수직면 보어링에서 공통 피팅으로 연결된다. 가요성 호스는 이어서 후방 및 전방 하부 하우징 유닛 사이의 관절형 공간 내의 피팅을 경유하여 재설정된다. 가요성 호스는 이어서 전방 하우징 유닛의 후방 수직면으로 재부착된다. 가요성 호스는 이어서 전방 하우징 유닛의 내부에 재설정되고 공통 피팅 및 유동 제어 밸브에 의해 왕복 기능을 제공하는 공기압 액츄에이터의 " 밀기(push) " 흡입 포트로 연결된다. 제 1 호스가 공통 피팅 및 유동 제어 밸브를 경유하여 공기압 액츄에이터의 " 당김(pull) " 단부로 연결될 때 제 2 가요성 호스는 정확하게 동일한 경로 및 설계로 솔레노이드 이동 내에 배기 포트를 형성한다. 왕복을 위한 공기 시퀀싱에서, 왕복의 속도는 유동 제어 밸브를 경유하여 조정가능하다. 전자기 시퀀싱에서, 왕복 속도는 전류를 경유하여 프로그램가능한 로직 제어기(PLC)의 조정에 의해 결정된다. 전자기 액츄에이터는 공기 공급을 필요하지 않으며 솔레노이드를 대체하는 PLC 및 전류를 경유하여 제어된다.
제 3 및 제 4 가요성 공기는 공기가 공기압 액츄에이터에 존재할 때 동일한 설계 및 경로를 가지는 솔레노이드 운동의 배기 포트로부터 존재하지만 전술된 바와 같이 터빈 모터 공기가 공급될 때 동일한 방식으로 전방 하부 하우징 유닛을 통하여 횡단한다. 이러한 두 개의 공기 라인은 이어서 공통 피팅을 경유하여 왕복 헤드의 상부에 위치되어 장착되는 공기압 말단 로드 액츄에이터의 " 밀기(push) " 및 " 당김(pull) " 포트로 연결된다.
공기압 말단 로드 액츄에이터는 종종 소정의 분야에 대해 전자기 로드 액츄에이터로 대체되고 솔레노이드를 대신하여 전자 PLC로 제어된다. 왕복 및 말단 로드 기능으로, 이러한 방법들을 상호교환하기 위해 신속히 개장된다.
말단 로드 액츄에이터 및 말단 로드는 왕복 헤드의 상부에 장착된다. 말단 로드는 충돌 블록 내로 연장가능하다. 말단 로드의 작용은 단순히 스트림 오리피스를 개방 및 폐쇄하는 로드의 하나의 전방 및 하나의 역방향 행정이다. 라이너 재료의 두 개의 가열된 성분들은 함께 와서 충돌 블록 내로 삽입된 조정가능한 충돌 모듈 내에서 혼합된다. 모듈은 이소시아네이트 및 아민 수지 제품 공급부에 부착된다. 일 실시예에서, 이소시아네이트는 모듈의 후방에서 유입되고 아민 수지는 모듈의 전방에서 유입된다. 모듈은 충돌 블록의 공급 오리피스와 정렬되는 최고 6개의 오리피스를 생성함으로써 조정가능할 수 있다. 드릴형성 오리피스의 크기에서의 변화는 용적을 기초로하는 유동의 양을 조정하고 이소시아네이트 및 아민 수지의 점성과 직접적인 관계에 있다. 모듈은 말단 로드 위에서 슬라이드된다. 모듈은 충돌 블록의 전방으로 조립된다. 모듈의 수형(male) 피팅은 충돌 블록을 경유하여 조립된다. 스트림 팁은 모듈의 수형 성분 내로 가압된다. 스트림 팁 캡은 이어서 충돌 블록 상에 나사결합되어, 모듈을 제위치에 록킹한다. 공기는 충돌 블록의 전방 내의 소형 보어링을 경유하여 스트림 팁 캡으로 공급된다. 공기는 충돌 블록 내에서 캐스트되고 블록의 바닥 상에 개방 오리피스를 가지는 채널을 경유하여 이러한 보어링으로 공급된다. 소형 공기 라인은 공기를 채널 그리고 긍극적으로 스프레이 스트림 캡으로 공급하도록 이러한 오리피스로 연결된다. 오리피스에서 충돌 블록의 후방 측부 상에 제 2 나사형성 커넥터가 있을 수 있다. 이러한 커넥터는 말단 로드에 대해(against) 포함하는 비콘 밀봉부(vicon seal)를 구비한 나사형성 밀봉 너트를 포함한다.
말단 로드는 충돌 블록 내에 장착된 원추형 모듈의 전방 및 후방을 통하여 관통한다. 말단 로드가 전방으로 충분히 연장할 때, 로드의 단부는 라이너 유동을 밀봉하도록 스트림 팁의 후방 측부 상에 배치된다. 말단 로드가 철회될 때, 로드 단부는 드릴형성 모듈 오리피스를 통과하여 제품이 모듈 오리피스 내로 유동하여 고압에서 혼합되는 것을 허용한다. 이어서 제품은 스트림 팁으로부터 소산 장치로 유동한다.
라이너 재료의 두 개의 성분들은 함께 와서 충돌 블록에서 혼합된다. 성분들은 이소시아네이트 및 아민 수지이다.
말단 로드 액츄에이터는 기계 나사형성부를 경유하여 기계가공된 액츄에이터 로드에 부착된다. 말단 로드는 약간 하방으로 그리고 조정가능한 각도로 액츄에이터 연결부로부터 전방으로 횡단한다. 말단 로드는 바람직하게는 충돌 블록 내에 나사형성 보어링을 경유하여 부착되는 오리피스 및 칼레즈 밀봉부(kalrez seal)를 구비한 압축 피팅으로 중앙에서 충돌 블록을 관통한다. 이어서 말단 로드가 기계가공된 스트림 팁의 후방 리세스된 측부에서 말단 지점에 도달할 때까지 말단 로드는 폴리머 모듈을 통하여 횡단한다. 스트림 팁은 특별한 라이닝 분야에 대해 요구되는 유동에 따라 0.015" 내지 0.090"의 가변 크기의 오리피스로 기계가공될 수 있다. 본 발명은 또한 상이한 설계의 말단 로드 액츄에이터를 가진다-말단 단부를 작동하기 전에 소정의 "자유" 당김력 운동량이 형성되는 것을 허용하는 기능과 결합된 더 높은 당김력을 가진다. 이는 로드가 브레이크되지 않도록 하여 비제한적인 개방 및 폐쇄 사이클을 허용한다.
폴리머 모듈은 말단 로드를 수용하도록 0.125 종방향으로 포트된 오리피스를 가진다. 말단 로드는 모듈 표면에 대한 압축을 완화하기 위해 자체 밀봉된다. 모듈은 모듈 내의 종방향 오리피스에 대해 직각으로 오리피스가 드릴 형성된다. 이러한 오리피스는 요구되는 유동에 따라 0.010" 내지 0.080"의 범위를 가진다. 오리피스는 라이닝 성분용 공급 포트로서 기능한다. 최소 두 개 및 최대 6개의 오리피스가 모듈 내에 직각으로 드릴 형성된다. 이러한 오리피스는 스프레이 팁으로부터 라이닝 재료의 양 성분들의 유동을 용이하게 한다. 라이닝 성분은 완전히 분리되어 라이닝 성분이 상술된 바와 같이 혼합 모듈 내부에서 고압 및 열로 충돌할 때까지 개별 저장 컨테이너에 유지된다. 이러한 상태(열 및 압력)에서 혼합될 때, 제품 및 적용 표준에 따라 약 3초 내지 1분의 스냅 경화(snap cure)가 있다. 이소시아네이트 및 아민 수지의 반응 제품을 이용하는 일 실시예에서, 제품은 약 5초 내에 경화된다.
성분은 충돌 블록 내로 개별적으로 유입되고 기계가공된 오리피스를 경유하여 챔버 내로 유입된다. 챔버는 성분으로부터 불순물을 여과하기 위하여 메시 스크린(mesh screen)을 포함할 수 있다. 이러한 스크린은 또한 라이닝되는 파이프의 크기 제한에 따라 다양한 충돌 블록 설계 내에 정렬될 수 있다. 여과되면, 제품은 오리피스를 경유하여 상술된 모듈을 홀딩하는 충돌 블록 내의 리세스된 오리피스의 정면으로 유동한다. 이러한 리세스된 오리피스는 모듈 내의 미리 드릴가공된 오리피스와 정렬되는 원주형 그루브를 가진다. 압력 하에 있을 때, 이러한 그루브는 제품으로 채워진다. 말단 로드의 원격 작동시, 로드는 모듈 오리피스로부터 역으로 부분적으로 철회되어 그루브 내의 제품이 미리 드릴가공된 오리피스를 경유하여 혼합 챔버로 유입되는 것을 허용한다. 제품은 이어서 스트림 팁 오리피스 및 예정되고 조정가능한 각도를 통하여 인가된 압력에 의해 분출되어 회전하는 소산 장치의 제 1의 도립 원추형 섹션의 랜딩 기울기 상에 수용되도록 한다. 이러한 랜딩 기울기(landing slope)는 소산 장치의 중앙 상부에 근접된다.
소산 장치는 고밀도 나일론, 케블라 강화 나일론, 또는 금속을 포함할 수 있다. 섬유 강화 폴리머와 같은 다른 재료가 이용될 수 있다. 소산 장치의 측벽의 각도는 중앙 상부에 대해 약 80도 그리고 외측 플랜지에 대해 약 60도일 수 있다.
왕복 헤드는 또한 고속 및 높은 토크의 공기 터빈 모터를 포함한다. 이러한 모터는 왕복 헤드의 전방으로부터 연장하는 회전 샤프트에 전력을 공급한다. 일 실시예에서, 회전 샤프트는 길이가 12인치이다. 또 다른 실시예에서, 회전 샤프트는 길이가 6인치이다. 회전 샤프트는 고밀도 나일론, 케블라(kevlar) 강화 나일론, 또는 금속을 포함할 수 있다. 소산 장치는 회전 샤프트의 단부 상에 그리고 충돌 블록으로부터 미리설정된 거리에 장착된다. 소산 장치는 약 20 피트 파운드의 높은 토크로 20,000 내지 45,000 rpm으로 회전할 수 있다.
회전 샤프트에 인접한 왕복 헤드 상에 장착된 것은 선택적인 샤프트 스크래퍼(shaft scraper)이다. 이러한 긴 슬렌더 장치(slender device)는 오버스프레이를 제거하고 회전 샤프트 상에 증착한다.
음으로 하전된 공기를 발생하는 공기 이온화 유닛용 공기 튜브 출구가 샤프트 스크래퍼의 장착 하드웨어에 근접된다. 이러한 발생기는 제 1 후방 하우징에 위치될 수 있으며 튜브는 전방 하우징 및 왕복 헤드 내로 횡단한다. 튜브는 회전 샤프트를 가로질러 소산 장치 내로 음으로 하전된 공기의 스트림을 취입한다. 이는 정적 상태를 제거한다. 정적 전기는 장치, 즉 회전 샤프트 및 소산 장치의 표면상으로 작은 양의 액체 라이너를 포획한다. 포획은 회전 샤프트 및 소산 장치가 두껍게 코팅되고 회전 샤프트와 소산 장치의 기능이 방해된다.
샤프트 스크랩퍼 및 이온화 유닛의 작동은 파이프의 연속 라이닝을 초래한다. 라이닝 공정은 잘 본딩되고 균일한 두께의 파이프 라이너를 코팅함으로써 환경에 유익하다. 결점의 부존재는 파이프로부터 유출물의 이동을 최소화한다.
소산 장치의 설계는 라이닝 장치상에 의도되지 않고 원하지 않는 후방 스프레이를 최소화한다. 라이닝 혼합물을 분산하기 위한 경사지거나 평면형 회전 장치를 이용하는 종래 기술은 스프레이 팁을 차단하는 스프레이를 체험하였다.
왕복 헤드의 전방 및 후방 운동은 소산 장치를 0.001 내지 5 인치로 전방 및 후방으로 운동하도록 할 수 있다. 충돌 블록 및 말단 로드는 왕복 헤드의 상부에 장착되어, 충돌 블록으로부터의 스트림이 소산 장치에 대해 고정된 관계를 유지하도록 한다.
충돌 블록은 라이너 성분들과 혼합된다. 액체 라이너는 말단 로드 액츄에이터로의 말단 로드의 수축 또는 철회에 의해 충돌 블록의 오리피스로부터 분출된다.
도 4는 액체 라이너(420)가 충돌 블록으로부터 소산 장치(400)로 유동하는 것을 보여준다. 라이너는 중앙 상부(403) 근처의 중앙 플랜지(401) 상으로 유동한다. 또한 회전 샤프트(도시안됨)를 구비한 중앙 고리형상부(410)가 도시된다. 액체 라이너는 중앙 플랜지의 측부(421) 아래로 소산 장치의 두 개의 마주하는 예리한 측부의 접합부(405)에 형성되는 포켓(422)으로 유동한다. 라이너 재료(422)는 포켓(405) 내에 머무를 기회를 가지며 포켓에서 경화 공정이 계속된다. 라이너 재료는 외측 플랜지의 슬로프로 상방으로 진행되어 에지(404) 위로 당겨진다. 라이너 재료는 에지(424)에서 보여지고 파이프 벽의 옆쪽으로 당겨지며(425) 파이프 벽의 측부에서 불활성 라이너를 경화 및 형성한다.
계속해서, 액체 라이너의 궤적 각도는 액체 라이너를 회전하는 소산 장치의 내부의 예각으로 형성된 측부로 유동하도록 한다. 이는 상기 장치의 중앙 상부에 근접된다. 라이너는 재료 점도에 따라 1,700 내지 3,500 psi로 소산 장치와 충돌한다. 소산 장치는 문자 " W "와 같이 형성된다. 중간 부분은 중앙 상부를 표시한다. W의 바닥의 내부는 소산 장치의 포켓 세그먼트인데, 액체 라이너는 잠시 머무룰 수 있어 원심력의 작동에 의해 외측 플랜지 위로 당겨지기 전에 액체 라이너의 매스(mass)를 균일하게 한다. 소산 장치의 급격한 회전에 의해, 상기 장치로부터 스프레이된 경화 액체는 360도 원주 내의 내부 파이프에 균일하게 라이닝된다.
액체 라이너의 경로는 급격하게 회전하는 소산 장치의 중앙 상부 근처의 랜딩 존에서 시작한다. 선형 재료는 내부 슬로프 및 외측 플랜지의 교차부에 형성된 포켓 영역으로 예각의 기울기로 하강한다. 선형 재료는 파이프 벽 표면에 대해 충돌하는 외측 플랜지를 향하여 진행된다. 이러한 진행의 시간은 라이너의 경화 시간의 고려시 임계적이다. 소산 장치에 있는 동안 라이너가 경화되는 것이 바람직하기 않다. 또한 라이너가 경화되기 전에 너무 오래 파이프 벽 상으로 코팅되는 것도 바람직하지 않다. 이는 파이프의 상부로부터 새깅(sagging) 또는 이동을 초래한다. 소산 장치의 형상 또는 지오메트리는 이러한 관계를 설명하기 위해 특별히 선택될 수 있다.
소산 장치는 또한 자체 세척 기능을 가진다. 작은 양의 액체 라이너 재료는 중앙 상부을 향하여 이동할 수 있다. 충돌 블록의 스트림 오리피스로부터 고속 스트림은 이러한 양의 라이너 재료를 트림(trim)한다.
본 공개물의 소산 장치는 이송을 통하여 또는 배기부로부터 흡입부 그리고 그 반대로 공기를 통하여 역으로 회전할 능력을 가진다. 더욱 통상적으로 이는 샤프트와 공기 모터 콜릿 사이에 있는 이송 케이스 또는 전기적으로 스위칭되는 양방향 전달을 통하여 수행된다. 이에 대한 이유는 높은 rpm 공기 모터가 양 방향으로 작동되는 경우 높은 rpm 공기 모터는 용이하게 마모된다. 종래 기술에서 이러한 문제점을 악화시키는 것은 유닛이 라이닝 재료의 유동을 시작 및 중단시키는 능력을 가지지 않았다는 것이다. 유동은 모터가 역방향으로 회전하는 동안 중단되어야 한다. 유동은 말단 로드의 운동에 의해 용이하게 중단될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 하우징 유닛은 스키드 상에 지지되고 스키드는 장치가 라이닝 작동 동안 파이프를 통하여 당겨지도록 한다. 스키드는 금속으로 제조될 수 있다. 이러한 당김은 전방 하우징에 부착된 테터를 이용할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스키드의 높이는 회전 샤프트 및 소산 장치가 원형 파이프의 중앙 지점에 근접하도록 조정가능할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 각각의 하우징 유닛은 하나 또는 둘 이상의 전력이 공급된 휠 또는 트랙을 포함한다. 장치의 방향, 예를 들면 전방 및 후방이 조명체 및 카메라를 이용하여 원격으로 제어될 수 있다. 트랙은 공기 또는 전기에 의해 전력이 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 트랙은 트랙 장치 내부에 위치되는 24V 기어 구동 서보 모터에 의해 전력이 공급된다.
로봇 장치의 속도는 유동/요구된 선형 두께/파이프 직경을 고려하는 공식에 의해 결정된다. 속도는 엄빌리컬 릴 상의 엔코더로 연결되는 속도 제어부에 의해 원격으로 제어된다. 이러한 엔코더는 2400 bit이고 프로그램 로직 제어기(PLC)로 연결된다. 속도가 예를 들면 분당 2피트로 세팅되는 경우, 엔코더는 릴의 엄빌리컬 상의 토크 또는 릴의 엄빌리컬의 직경과 관계없이 자동적으로 릴 속도를 조정한다. 릴은 장치가 이동하기 위해 요구되는 공식을 통하여 결정된 속도와 관계없이 연속적으로 당겨지게 된다. 이는 파이프 세그먼트의 상이한 영역 내에서의 두께가 상이하게 라이닝되는 경우 " 작동 중(on the fly) " 조정될 수 있다. 카메라에 의해 도움을 받으면서, 파이프 내의 장치의 방향 또는 정밀한 위치는 원격으로 위치된 제어 룸 내의 위치설정 인디케이터에 의해 실제로 제어된다. 라이닝 작동은 제어 룸으로부터 모니터되고 제어된다. 다시 엔코더는 신호를 오퍼레이터가 어떠한 발자국에서 파이프 내에 있는 지를 오퍼레이터에게 전달하는 데이터 디스플레이로 송신한다.
이러한 상세한 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되며 본 발명을 수행하는 방식을 본 기술분야의 일반적인 기술자에게 알려주는 목적을 가진다. 본 명세서에서 도시되고 설명된 본 발명의 형태는 현재 바람직한 실시예로서 채택되어야 하는 것으로 이해되어야 한다. 전술된 바와 같이, 다양한 변화가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 방법의 단계에서 이루어진 형상, 크기 및 부품의 배치 또는 조정에서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 동일한 요소는 본 명세서에서 도시되고 설명된 것들로 대체될 수 있으며 본 발명의 소정의 특징은 다른 특징의 이용과 관계없이 이용될 수 있으며 모두 본 발명의 상세한 설명의 장점을 이해한 후 본 기술분야의 일반적인 기술자에게 명백하게 된다.
특정한 실시예들이 설명 및 도시되었지만, 다양한 변형이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 가능하며, 보호 범위는 단지 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 제한된다.
Claims (20)
- 인 시츄(in situ) 파이프 라이닝 장치로서,
a) 하나 이상의 공기 호스, 하나 이상의 전력 케이블, 하나 이상의 비디오 통신 케이블, 및 라이닝 성분 호스를 포함하는 엄빌리컬(umbilical; 104);
b) 라이닝 성분들을 가열하기 위한 하나 이상의 히터를 포함하는 하나 이상의 하우징(101, 102);
c) 하나 이상의 이 같은 하우징에 가동되게 부착되고 회전 샤프트(110)를 포함하는 왕복 헤드(105)로서, 상기 회전 샤프트는 소산 장치(400)를 홀딩하고 회전시키고, 상기 소산 장치(400)는 내부의 콘(cone) 형상의 중앙 플랜지(401)를 구비한 비대칭으로 역방향으로 정렬된 두 개의 콘으로 형성되며, 상기 중앙 플랜지(401)는 이의 후방 단부에 역방향으로 배향된 콘 형상의 외측 플랜지와 교차하며, 상기 중앙 플랜지(401)는 이의 전방 단부에 중앙 상부(403)를 포함하고 상기 중앙 상부로부터 상기 외측 플랜지와의 교차부에 형성되는 포켓(422)으로 후방으로 연장하는 외측으로 각이진 외측 표면을 가지는, 왕복 헤드(105);
d) 상기 왕복 헤드(105)에 부착되는 충돌 블록(111)으로서, 상기 라이닝 성분들은 혼합되어 라이닝 혼합물(420)을 형성하고 상기 충돌 블록(111)은 특정 궤도 각도로 상기 라이닝 혼합물(420)을 상기 중앙 상부(403)에 근접한 상기 소산 장치(400)의 중앙 플랜지(401)의 외측 표면 상으로 분출하도록 배열 및 구성되는, 충돌 블록(111); 및
e) 상기 충돌 블록(111)을 통하여 연장하는 원격 작동 말단 로드(121)로서, 상기 라이닝 혼합물(420)이 상기 말단 로드(121)의 수축에 의해 상기 충돌 블록(111)내의 스트림 선단 오리피스로부터 상기 소산 장치(400)로 분출되는, 원격 작동 말단 로드(121)를 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,
가열된 이소시아네이트(isocyanate)의 제 1 라이닝 성분 및 가열된 아민 수지의 제 2 라이닝 성분을 더 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 파이프 라이닝 장치는 상기 라이닝 성분들을 가열하고 고압으로 가압하여 상기 라이닝 혼합물(420)이 약 4 내지 6초 내에 경화되도록 하는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,
정전기를 제거하거나 지연시켜 정전기에 의해 발생되는 상기 소산 장치(400) 상의 라이닝 혼합물(420)의 과도한 축적을 방지하기 위하여 음으로 하전된 이온의 공기 스트림을 상기 소산 장치(400)로 분출하도록 배열 및 구성되는 음으로 하전된 공기의 발생기를 더 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,
20,000 내지 45,000 rpm의 범위에서 회전하는 소산 장치(400)를 더 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 제 1 및 제 2 하우징(101, 102)은 관절식으로 작동하고 상기 파이프 라이닝 장치가 파이프 내의 굽힘부를 통하여 조종되는 것을 허용하도록 배열 및 구성되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 소산 장치(400)는 상기 충돌 블록(111)으로부터 분출되는 라이닝 혼합물(420)의 스트림에 대해 예각으로 배치되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 중앙 플랜지(401)의 외측 표면을 따라 상기 중앙 상부(403)를 향하여 이동하는 임의의 라이닝 혼합물이 상기 충돌 블록(111)으로부터 분출되는 상기 라이닝 혼합물의 힘에 의해 상기 포켓(422)을 향하여 구동되도록 상기 소산 장치(400)가 배열 및 구성되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 소산 장치(400)는 상기 하나 이상의 하우징에 대해 전방 및 후방 방향으로 0.001 내지 5 인치 사이로 왕복운동하도록 배열 및 구성되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 9 항에 있어서,
왕복 헤드(105)가 하나 이상의 하우징 내로부터 상기 왕복 헤드(105) 내로 연장하는 하나 이상의 정렬 로드 상에서 이동하는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 7 항에 있어서,
1,700 내지 3,500 psi의 압력으로 상기 소산 장치(400)에 충돌하도록 상기 라이닝 혼합물을 분출하도록 배열 및 구성되는 상기 충돌 블록(111)을 더 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 스트림 선단 오리피스는 0.015 " 내지 0.090 "의 직경을 가지는.
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 소산 장치(400)의 회전 방향이 가역적이고 각각의 방향으로 회전될 때 파이프 내부의 라이닝 혼합물을 반대 방향들로 분배하도록 배열되고 구성되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 13 항에 있어서,
상기 회전 샤프트(110)는 모터에 의해 구동되고 상기 소산 장치(400)는 상기 모터의 방향을 변경시키지 않으면서 상기 소산 장치의 회전 방향을 역전시키도록 원격 제어되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 14 항에 있어서,
상기 모터는 상기 왕복 헤드(105) 내에 위치된 공압식 터빈인,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 13 항에 있어서,
상기 말단 로드(121)는 상기 충돌 블록(111)에서 상기 라이닝 성분들의 혼합을 일시적으로 방지하고 상기 소산 장치(400)로의 상기 라이닝 혼합물의 유동을 일시적으로 중단시켜 상기 소산 장치(400)의 회전 방향이 역전되는 것을 허용하도록 배열 및 구성되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 회전 샤프트(110)에 인접하게 상기 왕복 헤드(105) 상에 장착된 세장형 스크레이퍼(112)를 더 포함하며, 상기 세장형 스크레이퍼(112)는 상기 회전 샤프트(110) 상에 증착된 라이닝 혼합물을 제거하도록 배열 및 구성되는,
인 시츄 파이프 라이닝 장치.
- 인 시츄 파이프 라이닝 방법으로서,
a) 파이프 라이닝 장치를 라이닝될 파이프의 내부에 배치하는 단계로서, 상기 파이프 라이닝 장치는 충돌 블록(111) 및 소산 장치(400)를 포함하고, 상기 소산 장치(400)는 내부의 콘 형상의 중앙 플랜지(400)를 가지며, 상기 중앙 플랜지는 이의 후방 단부에서 역방향으로 배향된 콘 형상의 외측 플랜지와 교차하고, 상기 중앙 플랜지(401)는 이의 전방 단부에 중앙 상부(403)를 포함하고 상기 중앙 상부로부터 상기 외측 플랜지와의 교차부에 형성된 포켓(422)으로 후방으로 연장하는 외측으로 각이진 외측 표면을 가지는, 단계;
b) 상기 파이프 라이닝 장치를 공기, 라이닝 성분들, 및 전기를 포함하는 공급원에 부착되는 하나 이상의 엄빌리컬(104)에 연결하는 단계;
c) 상기 파이프 라이닝 장치를 상기 파이프의 종방향 축선을 따라 예정된 속도로 자체적으로 자체 추진시키는 단계;
d) 상기 장치 내에서 상기 라이닝 성분을 가열하는 단계;
e) 상기 소산 장치(400)를 회전시키는 단계;
f) 상기 라이닝 성분들을 상기 충돌 블록(111)에서 혼합시켜 라이닝 혼합물(420)을 형성하도록 허용하기 위하여 상기 충돌 블록(111)을 통하여 연장하는 원격 작동 말단 로드(121)를 수축시키는 단계;
g) 상기 라이닝 혼합물(420)을 특정 궤도 각도로 상기 충돌 블록(111)으로부터 상기 중앙 상부(403)에 근접한 상기 소산 장치(400)의 중앙 플랜지(401)의 외측 표면상으로 분출하는 단계; 및
h) 상기 라이닝 혼합물을 상기 소산 장치(400)로부터 제 1 회전 방향으로 상기 파이프(485)의 내부 둘레 360도 아크(arc)로 분배하는 단계를 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 라이닝 성분들이 상기 충돌 블록(111)에서 혼합되는 것을 허용하지 않고 상기 라이닝 혼합물(420)이 상기 충돌 블록(111)으로부터 상기 소산 장치(400)로 분출하는 것을 허용하지 않도록 상기 말단 로드(121)를 이의 수축 위치로 이동시키는 단계;
상기 소산 장치(400)의 회전 방향을 역전시키는 단계;
상기 라이닝 성분들이 상기 충돌 블록(111)에서 혼합하는 것을 허용하고 상기 라이닝 혼합물(420)이 상기 충돌 블록(111)으로부터 상기 소산 장치(400) 상으로 분출되는 것을 허용하도록 상기 말단 로드(121)를 수축시키는 단계; 및
상기 라이닝 혼합물을 상기 제 1 회전 방향에 대해 반대의 회전 방향으로 상기 소산 장치(400)로부터 상기 파이프의 내부로 분배하는 단계를 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 라이닝 혼합물(420)이 상기 소산 장치(400) 내에 머물러 매스(mass)가 균등하게 되는 것을 허용하고 상기 라이닝 혼합물을 상기 소산 장치(400)로부터 분배하기 전에 부분적으로 경화하는 단계를 더 포함하는,
인 시츄 파이프 라이닝 방법.
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