PL203950B1

PL203950B1 - Rurowy materiał wykładzinowy

Info

Publication number: PL203950B1
Application number: PL377159A
Authority: PL
Inventors: Frank Daveloose; Hugues Bolsee
Original assignee: Norditube Technologies Ab
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-11-30
Also published as: EP1590594A1; EP1443257A1; WO2004106801A1; RU2005127553A; CA2514890C; US20060228501A1; EP1590594B1; UA80468C2; HK1077870A1; HRP20050692B1; AU2003304156B2; ATE375475T1; CN100436922C; BR0318067A; ES2293101T3; JP2006513885A; HRP20050692A2; US10663102B2; JP4344354B2; ZA200505642B

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy rurowego materiału wykładzinowego do wzmacniania przewodów rurowych, przeznaczonych dla wody, gazów lub innych płynów, który to materiał umożliwia utworzenie wykładziny przewodu rurowego w postaci wzmocnionej rury wewnętrznej.

Rurowy materiał wykładzinowy jest od wielu lat wykorzystywany do naprawiania i wzmacniania uszkodzonych lub podstarzałych przewodów rurowych, które zostały wykonane i zakopane w ziemi, ponieważ prace obejmujące wymianę rur, w szczególności podziemnych przewodów rurowych związane są z wysokimi kosztami i dużymi trudnościami. Sposoby wykonywania wykładzin przewodów rurowych opracowane w początkowym okresie, na przykład ujawnione w dokumentach patentowych US 3,132,062 i 3,494,813, były raczej prymitywne i posiadały różne wady z punktu widzenia dzisiejszych procesów wykonywania wykładzin rur. W tych okolicznościach dokonano różnych ulepszeń zarówno sposobu wykonywania wykładzin rur, jak i wykorzystywanych materiałów wykładzinowych.

Kilka ulepszonych sposobów wykonywania wykładzin zaproponowano na przykład w dokumentach patentowych US 4,368,091, 4,334,94, 4,350,548, 4,427,480 i 4,334,943, przy czym stwierdzono, że są to doskonałe sposoby wykonywania wykładzin przewodów rurowych. Sposoby te obejmują wprowadzanie do przewodów rurowych rurowego materiału wykładzinowego posiadającego na wewnętrznej powierzchni spoiwo, tak by mógł się w nich przemieszczać, przy czym w czasie przemieszczania jest wywracany na drugą stronę (nicowany), dzięki czemu materiał wykładzinowy jest mocowany do wewnętrznej powierzchni przewodów rurowych z wykorzystaniem spoiwa.

Zwykle pożądane jest, by materiał wykładzinowy do przewodów rurowych posiadał na swojej wewnętrznej powierzchni hermetyczną membranę lub powłokę, dzięki czemu materiał wykładzinowy zyskuje własność wodoodporności i/lub nieprzepuszczalności dla powietrza.

Do wykładania rur lub przewodów rurowych wykorzystywane były różne rodzaje materiałów wykładzinowych. Materiały wykładzinowe wykonywane są zwykle z filcu i/lub tkaniny i/lub innego porowatego, elastycznego lub piankowego materiału, przy czym posiadają one na sobie wodoodporną i/lub nieprzepuszczalną dla powietrza membranę lub powłokę.

Wykorzystywanie rurowego materiału wykładzinowego jest pożądane dla wzmocnienia przewodów rurowych w celu zapewnienia możliwości transportowania płynów pod wysokim ciśnieniem, tak jak na przykład w przypadku przewodów gazowych (chwilowe ciśnienie robocze dochodzące do 64 kg/cm²) lub wodociągów miejskich (chwilowe ciśnienie robocze dochodzące do 18 kg/cm2), itp.

W przypadku miejskiego wodociągu, wykorzystywane są często przewody rurowe przeznaczone do wody miejskiej, które początkowo były odporne na działanie ciśnienia tak wysokiego jak 30 kg/cm², lecz wraz z upływem czasu stopniowo ich wytrzymałość stopniowo obniża się, aż spada ostatecznie do zaledwie kilku kg/cm². Poza wytrzymałością na działanie ciśnienia, w przypadku takich przewodów rurowych jak wodociągi miejskie pożądana jest również wysoka wytrzymałość na pękanie lub zniszczenie przewodu rurowego spowodowane działaniem uderzeń lub sił zewnętrznych, lub nawet trzęsieniami ziemi. W przypadku przewodów rurowych, którymi transportowany jest płyn pod wysokim ciśnieniem zniszczenia spowodowane uszkodzeniem przewodów rurowych mogą być poważne. Tak więc, rurowy materiał wykładzinowy wykorzystywany do takich przewodów rurowych musi wykazywać wytrzymałość na uszkodzenia i umożliwiać jego montaż nawet w przypadku rur rozerwanych lub uszkodzonych na skutek upływu czasu. Pożądane jest, by sam rurowy materiał wykładzinowy mógł spełniać funkcję przewodu umożliwiającego transportowanie płynów pod wysokim ciśnieniem, nawet gdy przewody rurowe są przestarzałe łub w znaczącym stopniu popękane albo zniszczone. W takim przypadku sam materiał wykładzinowy powinien wytrzymać działanie ciśnienia transportowanego płynu, przy czym wymagania dotyczące materiału wykładzinowego są szczególni wysokie, jeżeli średnica przewodów rurowych jest duża. Jeżeli przewody rurowe są popękane lub rozerwane na skutek działania dużych sił zewnętrznych, na przykład wywołanych przez trzęsienie ziemi, rurowa wykładzina powinna odchodzić od uszkodzonych przewodów rurowych nie zostając przy tym uszkodzona, dzięki czemu możliwe jest utrzymanie w działaniu przewodu umożliwiającego transportowanie płynu pod wysokim ciśnieniem.

Wykorzystywane w niniejszym opisie określenie „wytrzymałość strukturalna odnosi się do charakterystyki mechanicznej rurowego materiału wykładzinowego. Innymi słowy wykorzystywane tu określenie „wytrzymałość strukturalna oznacza połączenie zdolności do pochłaniania obciążeń zewnętrznych z wytrzymałością na ciśnienie wewnętrzne, co zapewnia możliwość transportowania płynu pod wysokim ciśnieniem z wykorzystaniem jedynie rurowego materiału wykładzinowego, jeżeli przePL 203 950 B1 wody rurowe są popękane lub rozerwane. W celu zapewnienia wytrzymałości strukturalnej rurowego materiału wykładzinowego powinien on posiadać wystarczająco dużą wytrzymałość na rozciąganie zarówno w kierunku wzdłużnym jak i poprzecznym, oraz odpowiednią wytrzymałość, tak aby materiał wykładzinowy nie ulegał rozerwaniu na skutek działania sił zewnętrznych i/lub niszczącym siłom ścinającym wywoływanym przez utratę połączenia pomiędzy przewodami rurowymi i materiałem wykładzinowym. W przypadku, gdy przewody rurowe są zakopane w miękkim gruncie lub ziemi rekultywowanej, przewód rurowy może ulec pęknięciu lub rozerwaniu na skutek zapadnięcia się gruntu lub trzęsienia ziemi. Nawet jeżeli przewody rurowe są popękane lub rozerwane, posiadający wytrzymałość strukturalną rurowy materiał wykładzinowy może być oddzielony od uszkodzonych przewodów rurowych przez rozerwanie zestalonego spoiwa w kierunku poprzecznym, po czym materiał wykładzinowy może nadal stanowić przewód umożliwiający transportowanie płynu pod wysokim ciśnieniem. Tak więc, wytrzymałość strukturalna rurowego materiału wykładzinowego stanowi jego jedną z najważniejszych właściwości, jeżeli poza (bardzo) wysokim wewnętrznym ciśnieniem roboczym panującym w odnawianych przewodach rurowych są one zakopane, co może prowadzić do działania na te przewody zewnętrznych obciążeń, i/lub gdy znajdują się one w miękkim gruncie lub ziemi rekultywowanej i/lub znajdują się one w obszarach, w których mogą występować trzęsienia ziemi. W przypadku znanych w obecnym stanie techniki nie uwzglę dniono jednak takiej wytrzymał o ś ci strukturalnej.

Podczas nakładania rurowego materiału wykładzinowego przez nicowanie na wewnętrzną powierzchnię przewodów rurowych ważne jest, by rurowy materiał wykładzinowy był elastyczny i do procesu nicowania nie było wymagane wysokie ciśnienie płynu. Proces nicowania jest zwykle tym trudniejszy, im większa jest grubość rurowego materiału wykładzinowego. W konsekwencji poza wytrzymałością strukturalną istotna jest również elastyczność utwardzanego rurowego materiału wykładzinowego przed jego utwardzeniem.

W dokumencie patentowym US 5,186,987 ujawniono materiał wykładzinowy do przewodów rurowych składający się z elastycznej, rurowej błony, arkusza pokrywającego zewnętrzną powierzchnię rurowej błony oraz drugiej błony w postaci odłączalnego pokrycia zewnętrznej powierzchni arkusza. Arkusz wykonany jest z tkaniny i włóknistej maty o dużej wytrzymałości na rozciąganie, impregnowanej z wykorzystaniem zagęszczonej żywicy termoutwardzalnej w celu utworzenia wzmocnionego kompozytu złożonego z tkaniny i włókien w postaci arkusza o dużej wytrzymałości na rozciąganie posiadającego wystarczającą długość i szerokość większą niż długość obwodu wewnętrznego naprawianego przewodu rurowego. Obydwie poprzeczne części końcowe pojedynczego arkusza o dużej wytrzymałości na rozciąganie zachodzą ślizgowo na siebie tworząc rurę otaczającą rurową błonę, przy czym długość obwodu zewnętrznego rury jest mniejsza niż długość obwodu wewnętrznego przewodu rurowego.

Gdy materiał wykładzinowy wprowadzany do przewodu rurowego jest nadmuchiwany w celu uzyskania równomiernego i dokładnego kontaktu materiału wykładzinowego z wewnętrzną powierzchnią przewodu rurowego, zachodzące na siebie części wykładziny ślizgają się po sobie, dzięki czemu długość obwodu materiału wykładzinowego zwiększa się tak, że materiał wykładzinowy szczelnie wypełnia przewód rurowy.

Zwiększanie się długości obwodu materiału wykładzinowego jest jednak ograniczone, zaś do pokonania siły tarcia działającej pomiędzy zachodzącymi na siebie częściami materiału wykładzinowego wymagane jest wykorzystanie dosyć wysokiego ciśnienia.

W opisie W091/14896 ujawniono podobny rurowy materiał wykładzinowy, jak opisany w dokumencie US 5,186,987 i posiadający jedną lub wiele wchłaniających żywicę warstw materiału wzmacniającego, który w jednym miejscu każdej z warstw zachodzi na siebie. Podczas nadmuchiwania materiału wykładzinowego warstwy wzmacniające ślizgają się w obszarze zachodzących na siebie części, dzięki czemu możliwe jest rozszerzanie się warstw wzmacniających.

W opisie DE 44 45 166 również ujawniono podobny rurowy materiał wykł adzinowy, jak opisany w US 5,186,987 i posiadający kilka wchłaniających ż ywicę warstw materiału wzmacniającego, który w jednym miejscu każ dej z warstw zachodzi na siebie. Podczas nadmuchiwania materiał u wykł adzinowego warstwy wzmacniające ślizgają się w obszarze zachodzących na siebie części, dzięki czemu możliwe jest rozszerzanie się warstw wzmacniających.

W opisie DE 44 45 633 również ujawniono podobny rurowy materiał wykładzinowy posiadający kilka wchłaniających żywicę warstw materiału wzmacniającego, który w jednym miejscu każdej z warstw zachodzi na siebie. Zachodzą ce na siebie części każ dej z warstw są przesuni ę te wzglę dem siebie.

PL 203 950 B1

Materiał wykładzinowy posiada również nie zachodzące na siebie zewnętrzne warstwy materiału wzmacniającego, które zakrywają jedynie część obwodu materiału wykładzinowego. Te dwie warstwy materiału wzmacniającego przymocowane są w pewnych miejscach do obwodu rurowego materiału wykładzinowego.

Celem wynalazku jest udostępnienie nowego rodzaju materiału wykładzinowego do przewodów rurowych, który może być równomiernie nakładany na wewnętrzną powierzchnię przewodów rurowych i umoż liwia utworzenie wytrzymał ej wykładziny kompozytowej.

Przedmiotem wynalazku jest rurowy materiał wykładzinowy do wzmacniania przewodów rurowych, który może być wykorzystywany w sposobie wykładania rur, w którym rurowy materiał wykładzinowy posiadający spoiwo umieszczone na jego wewnętrznej powierzchni, wprowadzany jest do przewodu rurowego tak by mógł się w nim przemieszczać, przy czym podczas tego przemieszczania rurowy materiał wykładzinowy jest odwracany na drugą stronę pod wpływem działania ciśnienia płynu, tak że rurowy materiał wykładzinowy jest wtedy nakładany na wewnętrzną powierzchnię przewodu rurowego w taki sposób, że spoiwo znajduje się pomiędzy przewodem rurowym i rurowym materiałem wykładzinowym; zawierający zewnętrzną warstwę materiału nieprzepuszczalnego, zaś na jej wewnętrznej powierzchni umieszczoną wewnętrzną rurową osłonę wzmacniającą, przy czym wewnętrzna rurowa osłona wzmacniająca składa się z dwóch arkuszy wykonanych z włókien o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i/lub wysokim współczynniku elastyczności, charakteryzujący się tym, że każdy z arkuszy posiadających wolne zakładki na obydwu krawędziach zachodzi na siebie przynajmniej w dwóch miejscach, przy czym wspomniane części zakładkowe na obydwu krawędziach rozciągają się w kierunku wzdłużnym wewnętrznej osłony rurowej oraz znajdują się w całkowicie przeciwległych położeniach pokrywając spłaszczające się załamania rurowego materiału wykładzinowego.

Korzystnie, dwa arkusze wykonane z materiału o wysokiej wytrzymałości ma rozciąganie i/lub wysokim współczynniku elastyczności zachodzą na siebie na przynajmniej 5 cm.

W innym korzystnym wariancie, arkusze wzmacniają ce wykonane z materiał u o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i/lub wysokim współczynniku elastyczności zachodzą na siebie na odległość równą od 2 x 0,10 DN do 2 x 0,30 DN.

Korzystnie, rurowy materiał wykładzinowy według wynalazku zawiera ponadto elastyczną osłonę rurową znajdującą się pomiędzy nieprzepuszczalną dla powietrza warstwą zewnętrzną i wewnętrzną rurową osłoną wzmacniającą.

W innym korzystnym wariancie rurowy materiał wykł adzinowy wedł ug wynalazku zawiera ponadto elastyczną osłonę rurową umieszczoną na wewnętrznej rurowej osłonie wzmacniającej.

W jeszcze innym korzystnym wariancie, rurowy materiał wykładzinowy według wynalazku, zawiera ponadto pierwszą elastyczną osłonę rurową umieszczoną pomiędzy nieprzepuszczalną dla powietrza warstwą zewnętrzną i wewnętrzną rurową osłoną wzmacniającą i drugą elastyczną osłonę rurową umieszczoną na wewnętrznej rurowej osłonie wzmacniającej.

Korzystnie, elastyczna osłona rurowa zawiera materiał wybrany z grupy obejmującej filc włókninowy, matę typu „spunbonded, wełnę typu „spunbonded, tkany materiał tekstylny, pleciony materiał tekstylny, dziany materiał tekstylny oraz elastyczną, porowatą i chłonną warstwę taką, jak pianka z otwartymi komórkami.

Korzystnie, nieprzepuszczalny materiał zewnętrznej warstwy zawiera elastomerowy lub elastyczny materiał naturalny lub syntetyczny.

Korzystnie, nieprzepuszczalny materiał zewnętrznej warstwy wybrany jest z grupy obejmującej gumy naturalne i syntetyczne, elastyczne polimery poliestrowe, polimery poliolefinowe, kopolimery poliolefinowe, polimery poliuretanowe oraz mieszaniny powyżej wymienionych materiałów.

W innym korzystnym wariancie, zewnętrzna warstwa jest nieprzepuszczalna dla powietrza i/lub wodoszczelna.

Korzystnie, zewnętrzna warstwa posiada grubość mieszczącą się w przedziale od 0,2 do 2,0 mm, zwłaszcza od 0,5 do 1,5 mm.

Korzystnie wewnętrzna rurowa osłona wzmacniająca i opcjonalna elastyczna osłona rurowa lub elastyczne osłony rurowe, korzystnie są impregnowane z wykorzystaniem spoiwa tworzącego po utwardzeniu lub wysuszeniu twardy materiał kompozytowy.

Korzystnie, spoiwo zawiera żywicę lub klej wybrany z grupy obejmującej utwardzane na zimno lub na gorąco materiały takie, jak poliuretan, poliester nienasycony, ester winylowy, żywica epoksydowa, żywica akrylowa, izocyjanian i szkło wodne.

PL 203 950 B1

Korzystnie, po utwardzeniu lub wysuszeniu spoiwo łączy zachodzące na siebie krawędzie arkuszy wzmacniających o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim współczynniku elastyczności.

Korzystnie, arkusze materiału o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim współczynniku elastyczności zawierają strukturę, względnie matę wybraną z grupy obejmującej materiały włókninowe, tkane, plecione i dziane, gdzie wspomniany materiał wykonany jest z włókien lub przędzy wybranych z grupy obejmującej włókna szklane, para aramidowe, węglowe, oraz inne włókna lub przędze o wysokim współczynniku elastyczności.

Korzystnie, włókna lub przędza mają postać struktury wielowłókienkowej zawierającej włókna wykonane ze szkła wybranego z grupy obejmującej szkło typu „E lub „E-CR i szkło nie zawierające boru.

Przedmiotowy wynalazek pozwala na przezwyciężenie opisanych powyżej problemów

Zaproponowany rurowy materiał wykładzinowy do wzmacniania przewodów rurowych wykazuje wysoką zdolność pochłaniania spoiwa, pozostaje bardzo elastyczny przed utwardzeniem, dzięki czemu jego nicowanie jest łatwe, jak również zapewnia możliwość dużego zwiększenia swojego obwodu w celu dopasowania go do głównej rury.

Po utwardzeniu spoiwa materiał wykładzinowy staje się mocny, jego kształt jest stabilny, zaś jego wytrzymałość strukturalna i wytrzymałość na działanie ciśnienia są wystarczające, by materiał wykładzinowy mógł sam stanowić przewód, nawet w przypadku gdy przewody rurowe lub ich elementy połączeniowe są popękane lub rozerwane, także gdy rurowy materiał wykładzinowy zostanie oderwany od przewodów rurowych lub ich części łączących na skutek działania sił zewnętrznych większych niż siła wiązania wykorzystanego spoiwa.

Inna zaleta materiału wykładzinowego według wynalazku polega na tym, że zwiększenie jego obwodu wymaga jedynie niewielkiego ciśnienia zapewniającego ślizganie się zachodzących na siebie części.

Wykorzystanie dwóch zachodzących na siebie części powoduje znaczące zwiększenie zdolności rozszerzania się, ponieważ rozszerzanie to zachodzi w dwóch oddzielnych miejscach, co umożliwia projektowanie rurowej wykładziny o raczej niewielkiej początkowej długości obwodu. Niebezpieczeństwo powstawania fałd podczas wprowadzania wykładziny jest minimalne lub nie istnieje w ogóle.

Ponieważ zachodzące na siebie części rozciągają się w poprzek dwóch naprzeciwległych krawędzi spłaszczonego rurowego materiału wykładzinowego, nawet po zwiększeniu się średnicy, początkowe spłaszczające się zakładki pozostają ponadto w strefach zachodzenia na siebie dwóch warstw.

Jedną z zalet wynalazku jest to, że dwie zakładki rozciągające się w poprzek dwóch naprzeciwległych krawędzi spłaszczonego rurowego materiału wykładzinowego umożliwiają utrzymanie całkowitej grubości, elastyczności i masy materiału wykładzinowego na raczej niskim poziomie, przy jednoczesnej optymalnej jednorodnej wytrzymałości materiału kompozytowego po jego impregnacji i utwardzeniu. Cecha ta umożliwia uzyskanie znaczących oszczędności żywicy i sprawia, że ten materiał wykładzinowy jest bardziej konkurencyjny i łatwiejszy w obróbce.

Dzięki wykorzystaniu dwuwarstwowych, wzmocnionych stref pokrywających spłaszczające się załamania, rozwiązano problem niekorzystnych efektów związanych z fizycznym załamywaniem się materiału tekstylnego o wysokiej wytrzymałości/wysokim współczynniku elastyczności, zaś rurowa wykładzina zachowuje swoje właściwości strukturalne na całym obwodzie, pomimo wykorzystania w kompozytowej strukturze włókien wzmacniających lub przędzy wzmacniającej wrażliwych na załamywanie lub działanie sił ścinających.

W rzeczywistości stwierdzono, ż e materiały wykładzinowe takie jak ujawniony w US 5,186,987, posiadające tylko jedną część zakładkową nie zapewniają wytrzymałości na działanie bardzo wysokich ciśnień, nawet w przypadku gdy w materiale wykładzinowym wykorzystywane są tkaniny o wysokiej wytrzymałości/wysokim współczynniku elastyczności.

Niespodziewanie okazało się, że materiał wykładzinowy z umieszczonymi po przeciwnych stronach dwoma zachodzącymi na siebie częściami w postaci tkaniny lub maty o wysokiej wytrzymałości/wysokim współczynniku elastyczności posiada znacznie większą wytrzymałość na działanie ciśnienia w porównaniu do materiału wykładzinowego posiadającego tylko jedną część zakładkową.

Wydaje się, że ten zaskakujący efekt spowodowany jest tym, że materiał wykładzinowy jest podczas wytwarzania składany, przechowywany i transportowany w stanie spłaszczonym. Do kształtu okrągłego powraca jedynie podczas wprowadzania go do przewodu rurowego i nakładania na wewnętrzną powierzchnię przewodu rurowego. Stwierdzono, że wykorzystywane w wewnętrznej rurowej

PL 203 950 B1 osłonie wzmacniającej włókna o dużej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim współczynniku elastyczności mają skłonność do zrywania się podczas spłaszczania materiału wykładzinowego. To, że wewnętrzna rurowa osłona wzmacniająca składa się z przynajmniej dwóch arkuszy lub mat wykonanych z włókien o dużej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim współczynniku elastyczności, które zachodzą na siebie w kierunku wzdłużnym w miejscach zagięcia materiału wykładzinowego, zwiększa liczbę nadal nienaruszonych w większym stopniu włókien, co powoduje zwiększenie się wytrzymałości strukturalnej i odporności na działanie ciśnienia utwardzonego materiału wykładzinowego.

Przeprowadzono na przykład próbę na rozerwanie swobodnej, impregnowanej i utwardzonej wykładziny o długości 1,20 m i średnicy nominalnej (DN) równej 400 mm. Wykładzina ta została wykonana z wykorzystaniem pokrytego poliestrem filcu o grubości 6,25 mm i płaskiej tkaniny wzmacniającej wykonanej z włókna szklanego typu E-CR o masie 1500 g/m² (osnowa o masie 500 g/m² i wątek o masie 1000 g/m²) ukształtowanej w taki sposób, by utworzony został kanał o jednej strefie zakładkowej znajdującej się na zewnątrz bocznych krawędzi zagięcia. Krótkotrwałe ciśnienie rozrywające wynosiło 1,6 MPa (16 bar), co zapewnia długotrwałe ciśnienie robocze wynoszące +/- 0,53 MPa (5,3 bar) (wytrzymałość długotrwała =¹/2 wytrzymałości krótkotrwałej, zaś współczynnik bezpieczeństwa = 1,5).

W przypadku takiej samej konstrukcji, poza tym że kanał z włókna szklanego wykonany został z wykorzystaniem dwóch oddzielnych warstw tkaniny z wł ókna szklanego zachodzą cych na obszary krawędzi zagięcia na odległość 160 mm, krótkotrwałe ciśnienie rozrywające wynosiło 3,75 MPa (37,5 bar), co zapewnia długotrwałe ciśnienie robocze wynoszące 1,25 MPa (12,5 bar).

Przynajmniej dwa arkusze tkanin lub mat o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności korzystnie zachodzą na siebie na odległość przynajmniej 5 cm każdy.

Szczególnie w przypadku, gdy średnica nominalna (DN) jest większa niż 320 mm, przynajmniej dwa arkusze tkanin lub mat o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności korzystnie zachodzą na siebie na odległość od około 2 x 0,20 DN (średnica nominalna) do około 2 x 0,30 DN każdy, najkorzystniej około 2 x 0,20 DN każdy, zgodnie z rozmiarem wykładziny w stosunku do średnicy przewodu rurowego. Specjaliści w tej dziedzinie mogą określić optymalną wielkość zakładki w zależ noś ci od ś rednicy odnawianego przewodu rurowego, oczekiwanego ciś nienia roboczego, rodzaju i jakości arkuszy lub mat i oczekiwanego rozszerzenia się rurowej wykładziny podczas jej wprowadzania do przewodu rurowego.

W innym korzystnym wykonaniu wynalazku rurowy materiał wykładzinowy obejmuje ponadto elastyczną osłonę rurową znajdująca się pomiędzy nieprzepuszczalną dla powietrza warstwą zewnętrzną i wewnętrzną rurową osłoną wzmacniającą lub elastyczną osłonę rurową umieszczoną na wewnętrznej rurowej osłonie wzmacniającej lub pierwszą elastyczną osłonę rurową umieszczoną pomiędzy nieprzepuszczalną dla powietrza warstwą zewnętrzną i wewnętrzną rurową osłoną wzmacniającą i drugą elastyczną osłonę rurową umieszczoną na wewnętrznej rurowej osłonie wzmacniającej.

Ta elastyczna osłona rurowa korzystnie wykonana jest z dosyć rozciągliwego materiału tekstylnego takiego jak włóknina lub filc, warstwa dzianiny lub elastyczna tkanina.

W szczególności elastyczna osłona rurowa (elastyczne osłony rurowe) wykonana jest (wykonane są) z tekstylnego filcu włókninowego, maty lub wełny typu „spunbonded, tkanego, plecionego lub dzianego materiału tekstylnego albo elastycznej, porowatej i chłonnej warstwy takiej jak pianka z otwartymi komórkami.

Nieprzepuszczalny materiał zewnętrznej warstwy korzystnie jest elastomerowym lub elastycznym materiałem naturalnym lub syntetycznym, który wybrany jest z grupy obejmującej gumy naturalne i syntetyczne, elastyczne polimery poliestrowe, polimery poliolefinowe, kopolimery poliolefinowe lub mieszaniny powyżej wymienionych materiałów. Korzystnie materiały te są materiałami dopuszczonymi do kontaktu z produktami żywnościowymi.

W zależności od przeznaczenia materiału wykładzinowego, warstwa zewnę trzna jest nieprzepuszczalna dla powietrza i/lub wodoszczelna.

Zewnętrzna warstwa posiada zwykle grubość mieszczącą się w przedziale od 0,2 do 2,0 mm, korzystnie od 0,5 do 1,5 mm.

Wewnętrzna rurowa osłona wzmacniająca i opcjonalna elastyczna osłona rurowa (elastyczne osłony rurowe) korzystnie są impregnowane z wykorzystaniem spoiwa tworzącego po utwardzeniu lub wysuszeniu twardy materiał kompozytowy.

Spoiwo może mieć postać żywicy lub kleju wybranego z grupy obejmującej utwardzane na zimno lub na gorąco materiały takie jak poliuretan, poliester nienasycony, ester winylowy, żywicę epoksydową, żywicę akrylową, izocyjanian, szkło wodne lub mieszaniny powyżej wymienionych materiałów.

PL 203 950 B1

Po utwardzeniu lub wysuszeniu spoiwo łączy zachodzące na siebie krawędzie arkuszy wzmacniających o wysokiej wytrzymałości/wysokim współczynniku elastyczności.

W korzystnym wykonaniu wynalazku przynajmniej dwa arkusze materiału o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie/wysokim współczynniku elastyczności wykonane są z wykorzystaniem tkanej, plecionej lub dzianej struktury lub maty albo włókninowego arkusza wykonanego z włókien szklanych, para aramidowych, węglowych lub innych włókien lub przędzy o wysokim współczynniku elastyczności.

Materiał o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności korzystnie wybrany jest w taki sposób by w pewnym stopniu zapobiegał zmniejszeniu się wytrzymałości, które spowodowane jest przez operację składania przeprowadzaną podczas procesu wytwarzania rurowej wykładziny. Dobrze nadają się w tym celu włókna szklane typu „E lub „E-CR posiadające przekrój poprzeczny równy najwyżej 17 μm, przy czym są one kompatybilne z wybraną dla żywicy epoksydowej klejonką. Wykorzystywane mogą być również włókna para aramidowe sprzedawane pod nazwami handlowymi Kevlar®, Twaron® lub Technora® lub włókna węglowe.

Inne cele, właściwości i zalety niniejszego wynalazku staną się bardziej zrozumiałe dzięki poniższemu opisowi.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny strukturalnego materiału wykładzinowego przed jego odwróceniem;

fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny przez korzystne wykonanie strukturalnego materiału wykładzinowego przed jego odwróceniem;

fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny strukturalnego materiału wykładzinowego po jego odwróceniu.

Na fig. 1 przedstawiono przekrój poprzeczny strukturalnego materiału wykładzinowego przed jego odwróceniem, przy czym ma on postać elastycznej struktury wielowarstwowej wytwarzanej w celu wykorzystania jako materiał do wykładania przewodów rurowych. Ten materiał wykładzinowy zaprojektowany jest w taki sposób, by po impregnacji z wykorzystaniem utwardzalnej żywicy lub kleju, przenicowaniu i utwardzeniu wewnątrz przewodu rurowego służył jako konstrukcyjne wzmocnienie przewodu rurowego.

Zewnętrzna warstwa 1 wykonana jest z nieprzepuszczalnego dla powietrza materiału powłokowego 1.a nałożonego na zewnętrzną powierzchnię elastycznego, porowatego i chłonnego podłoża 1.b Elastyczne, porowate i chłonne podłoże 1 .b jest najczęściej wykonane z włókninowego materiału tekstylnego takiego jak filc, mata materiał typu „spunbond lub tkanina posiadająca włókna ciągłe albo włókna staplowe (odcinkowe). W niektórych przypadkach może być to również tkana, pleciona lub dziana struktura; lub też dowolny inny rodzaj elastycznego, porowatego i chłonnego materiału takiego jak pianka z otwartymi komórkami. W przypadku, gdy jako porowata i chłonna warstwa wykorzystywany jest materiał tekstylny, stosowane są sztuczne lub syntetyczne włókna wykonane z materiałów takich jak poliamid, poliolefina, akrylany, szkło, sztuczny jedwab, aramid lub najczęściej poliester. W pewnych przypadkach, wykorzystywane mogą być również włókna naturalne, w szczególności pochodzenia roślinnego, tak jak włókna wykonane z lnu, konopi, juty, ketmii konopiowatej lub ramii. Budowa i grubość elastycznej i porowatej warstwy i zaprojektowane są zgodnie z pewnymi wymaganiami określonymi w normach międzynarodowych takich jak ASTM F.1216, co ma na celu zagwarantowanie wzmocnienia całej wykładziny kompozytowej, przy czym uwzględniane są właściwości mechaniczne (współczynnik E) żywicy lub wykorzystywanego do impregnacji spoiwa.

Na przykład: w przypadku uszkodzonej częściowo rury o średnicy nominalnej DN = 500 mm i współczynniku redukcji owalności równym 2%, poddawanej działaniu nacisku odpowiadającego słupowi wody o wysokości 1,5 m, biorąc pod uwagę współczynnik rozszerzalności podłoża K = 7,0 i współczynnik bezpieczeństwa N = 1,5 odnawianej z wykorzystaniem kompozytowego materiału wykładzinowego o krótkotrwałym współczynniku E = 3500 MPa wymaga zastosowania warstwy o grubości przynajmniej 5 mm.

Elastyczne, porowate i chłonne podłoże 1 może być jednowarstwowe lub może składać się z kilku warstw wykonanych z tego samego materiału lub różnych materiałów.

Wewnątrz elastycznego, porowatego i chłonnego podłoża umieszczone są dwa oddzielne arkusze wykonane z materiału tekstylnego o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności 2 i 3, przy czym arkusze te są zagięte w celu utworzenia kanały, zaś na obydwu jego krawędziach pozostawiono zakładki. Dwie zakładki umieszczone są naprzeciwko siebie tworząc podwójną warstwę

PL 203 950 B1 materiału wzdłuż długości materiału wykładzinowego. Podwójne warstwy umieszczone są w taki sposób, by przykrywały spłaszczone krawędzie wykładziny 4 a-a' i 4 b-b'.

Dwa arkusze materiału tekstylnego o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności 2i 3 mogą być wykonane z włókninowych lub tkanych, plecionych lub dzianych struktur, w których wykorzystane są włókna staplowe lub ciągłe. Korzystnie wykorzystywane są struktury takie jak tkaniny lub materiał obejmujące osnowę i wątek, w których wzdłużne i poprzeczne włókna lub przędze krzyżują się pod kątem prostym. Taki układ umożliwia uzyskanie największego wzmocnienia, o ile rozważana jest wytrzymałość materiału strukturalnego na działanie ciśnienia wewnętrznego. W rzeczywistości, w arkuszach 2 i 3 wykorzystywane są przędze wielowłókienkowej o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności, przy czym przędze osnowy przebiegają we wzdłużnym kierunku materiału wykładzinowego, zaś przędze wątku przebiegają w kierunku poprzecznym. Budowa arkuszy 2 i 3 jest zaprojektowana w taki sposób, by uzyskana była dwukrotnie większa wytrzymałość na rozerwanie przy rozciąganiu w kierunku poprzecznym niż wytrzymałość na rozerwanie przy rozciąganiu w kierunku wzdłużnym. W ten sposób osiągane jest optymalne ciśnienie rozrywające końcowego strukturalnego materiału wykładzinowego.

Arkusze 2 i 3 wykonane są z materiału o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności takiego jak węgiel, włókna para aramidowe, wysokowytrzymałego polietylenu wysokociśnieniowego (HPPE), zaś z przyczyn ekonomicznych korzystnym materiałem jest szkło.

W przypadku, gdy do wykonania arkuszy 2 i 3 wykorzystywane jest szkło, wybierane są rodzaje szkła o najwyższej odporności chemicznej i mechanicznej, co ma na celu zapewnienie długotrwałej eksploatacji i zminimalizowanie utraty wytrzymałości podczas procesu wytwarzania wykładziny i podczas jej przechowywania. W tym celu korzystnie wykorzystywane jest szkło typu „E lub „E-CR albo szkło nie zawierające boru.

Arkusze 2 i 3 wykonane są zwykle z tego samego rodzaju włókien lub przędzy, lecz łączone mogą być również ze sobą różne materiały.

Umiejscowienie zakładek na arkuszach 2_i 3 jest zwykle takie samo po obydwu stronach, jednak położenia zakładek mogą też się różnić.

Na fig. 2 przedstawiono przekrój poprzeczny przez korzystne wykonanie strukturalnego materiału wykładzinowego przed jego odwróceniem.

Wewnątrz kanału utworzonego z wykorzystaniem arkuszy 2 i 3 może (mogą) być umieszczona (umieszczone) dodatkowa rurowa warstwa (dodatkowe rurowe warstwy) elastycznego, porowatego i chłonnego materiału 5.

Taka warstwa lub warstwy jest (są) zwykle podobna (podobne) do porowatego i chłonnego podłoża 1.b. Jednakże może być to również warstwa wodoszczelna i/lub nieprzepuszczalna dla powietrza w celu zabezpieczenia żywicy termoutwardzalnej lub spoiwa przez zawilgoceniem podczas wprowadzania materiału wykładzinowego do głównej rury.

Na fig. 3 przedstawiono przekrój poprzeczny przez materiał wykładzinowy po jego odwróceniu.

Po odwróceniu, warstwa 1 zostaje obrócona do wewnątrz materiału wykładzinowego, tak że jej pokryta wodoszczelną powłoką powierzchnia 1.a styka się z płynem, który ma być transportowana odnowioną rurą.

Po utwardzeniu żywicy termoutwardzalnej lub spoiwa, warstwa lub warstwy 1.b stanowi (stanowią) główne wzmocnienie strukturalne materiału wykładzinowego, dzięki swojej grubości i współczynnikowi elastyczności E.

Dwa arkusze materiału tekstylnego o wysokiej wytrzymałości i wysokim współczynniku elastyczności 2 i 3 znajdują się teraz wokół wewnętrznej rury 1 i nadal zachodzą na siebie krawędziami w celu wzmocnienia wcześniej zagiętych stref 4 a-a' i 4 b-b'. Dzięki wykorzystaniu żywicy termoutwardzalnej lub spoiwa, po utwardzeniu z wykorzystaniem pary, gorącego powietrza, gorącej wody lub promieniowania ultrafioletowego pomiędzy dwoma zachodzącymi na siebie obszarami tworzy się mocne połączenie, co umożliwia utworzenie wzmocnionej, odpornej na działanie ciśnienia rury kompozytowej.

Dzięki wysokiej wytrzymałości i wysokiemu współczynnikowi elastyczności arkuszy wzmacniających 2 i 3, utwardzona wykładzina może wytrzymywać działanie wysokiego ciśnienia wewnętrznego, przy czym w takich warunkach zachowuje ona swój rozmiar i kształt.

Inaczej niż w przypadku znanych w obecnym stanie techniki wykładzin utwardzanych na miejscu, ta konstrukcja o wysokim współczynniku elastyczności umożliwia dokładne dopasowanie materiaPL 203 950 B1 łu wykładzinowego do odnawianego przewodu rurowego i zapewnia wytrzymałość na działanie ciśnienia wewnątrz samej wykładziny kompozytowej.

Dzięki tym charakterystycznym właściwościom, delikatna i/lub uszkodzona rura główna po wprowadzeniu strukturalnej wykładziny jest zabezpieczona przed działaniem ciśnienia.

W przypadku stosowania rurowego materiał u wykł adzinowego wedł ug wynalazku na wewnę trznej powierzchni przewodów rurowych z wykorzystaniem dowolnego sposobu wykładania przewodów rurowych, na przykład sposobu ujawnionego w US 4,334,943, wewnętrzna powierzchnia rurowego materiału wykładzinowego impregnowana jest z wykorzystaniem dostatecznej ilości spoiwa utrzymywanej w elastycznej i porowatej warstwie, przy czym ma to na celu również zabezpieczenie integralnego połączenia różnych arkuszy wzmacniających rurowego materiału wykładzinowego i przymocowanie go do wewnętrznej powierzchni przewodów rurowych. Wykorzystywane mogą być spoiwa różnego rodzaju, tak jak na przykład nienasycony poliester i ester winylowy, lecz korzystnie stosowane są materiały epoksydowe. W przypadku wykorzystywania spoiwa typu epoksydowego, jako środek utwardzający wykorzystywana może być poliamina aromatyczna lub alifatyczna.

Budowa rurowego materiału wykładzinowego według wynalazku zostanie poniżej bardziej szczegółowo przedstawiona w oparciu o konkretny przykład dotyczący rurowego materiału wykładzinowego przeznaczonego do przewodu eksploatowanego przy ciśnieniu roboczym 1,5 MPa (15 bar) i nacisku odpowiadają cemu sł upowi wody równemu 6 metrów, przy czym przewód ten posiada ś rednicę nominalną równą 400 mm.

Nieprzepuszczalna dla powietrza osłona rurowa wykonana jest z płaskiego włókninowego filcu poliestrowego o grubości 7 mm i masie 1400 g/m² pokrytego nieprzepuszczalną dla powietrza warstwą polietylenu (LLDPE) o grubości 1 mm. Po ucięciu na szerokość 1159 mm, filtr z powłoką jest zaginany i sklejany w celu uzyskania giętkiego przewodu, wewnątrz którego zagięte są dwie warstwy o szerokości 788 mm każda wykonane z włókninowej tkaniny z włókna szklanego o masie 1500 g/m², przy czym tworzą one wewnętrzną rurę, której dwie krawędzie zachodzą na siebie na całej długości na odległość przynajmniej 80 mm w poprzek złożonej wykładziny.

Włókna szklane wykonane są w 100% z wielowłókienkowej przędzy nie zawierającej boru, która poddana została działaniu odpornej na ścieranie, kompatybilnej ze związkami epoksydowymi klejonki.

Materiał wykładzinowy jest następnie impregnowany z wykorzystaniem 10,35 kg/m² żywicy epoksydowej zawierającej utwardzacz w postaci poliaminy alifatycznej.

Po nicowaniu w odnawianej rurze z wykorzystaniem sprężonego powietrza, zapewniana jest trwająca 5 godzin cyrkulacja pary o temperaturze od 85 do 90°C stykającej się z posiadającą powłokę wewnętrzną stroną odwróconej wykładziny. Po całkowitym utwardzeniu żywicy ciśnienie powietrza utrzymywane jest aż do ochłodzenia jej do temperatury 30°C. Wykładzina może wtedy wytrzymać ciśnienie rozrywające równe 3,8 MPa (38 bar) (krótkotrwałe) oraz nacisk zewnętrzny odpowiadający 6 metrowemu słupowi wody.

Bez odchodzenia od ducha i zakresu wynalazku możliwe jest opracowanie wielu różnych jego wykonań, należy zatem zdawać sobie sprawę, że niniejszy wynalazek nie jest ograniczony do jego żadnych konkretnych wykonań, poza określonymi w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Rurowy materiał wykładzinowy do wzmacniania przewodów rurowych, który może być wykorzystywany w sposobie wykładania rur, w którym rurowy materiał wykładzinowy posiadający spoiwo umieszczone na jego wewnętrznej powierzchni, wprowadzany jest do przewodu rurowego tak by mógł się w nim przemieszczać, przy czym podczas tego przemieszczania rurowy materiał wykładzinowy jest odwracany na drugą stronę pod wpływem działania ciśnienia płynu, tak że rurowy materiał wykładzinowy jest wtedy nakładany na wewnętrzną powierzchnię przewodu rurowego w taki sposób, że spoiwo znajduje się pomiędzy przewodem rurowym i rurowym materiałem wykładzinowym; zawierający zewnętrzną warstwę materiału nieprzepuszczalnego, zaś na jej wewnętrznej powierzchni umieszczoną wewnętrzną rurową osłonę wzmacniającą, przy czym wewnętrzna rurowa osłona wzmacniająca składa się z dwóch arkuszy wykonanych z włókien o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i/lub wysokim współczynniku elastyczności, znamienny tym, że każdy z arkuszy posiadających wolne zakładki na obydwu krawędziach zachodzi na siebie przynajmniej w dwóch miejscach, przy czym wspomniane części zakładkowe na obydwu krawędziach rozciągają się w kierunku wzdłużnym wewnętrznej

PL 203 950 B1 osłony rurowej oraz znajdują się w całkowicie przeciwległych położeniach pokrywając spłaszczające się załamania rurowego materiału wykładzinowego.
2. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1, znamienny tym, że dwa arkusze wykonane z materiału o wysokiej wytrzymałości ma rozciąganie i/lub wysokim współczynniku elastyczności zachodzą na siebie na przynajmniej 5 cm.
3. Rurowy materiał wykładzinowy wedł ug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ż e arkusze wzmacniające wykonane z materiału o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i/lub wysokim współczynniku elastyczności zachodzą na siebie na odległość równą od 2 x 0,10 DN do 2 x 0,30 DN.
4. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1, znamienny tym, zawiera ponadto elastyczną osłonę rurową znajdująca się pomiędzy nieprzepuszczalną dla powietrza warstwą zewnętrzną i wewnętrzną rurową osłoną wzmacniając ą.
5. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto elastyczną osłonę rurową umieszczoną na wewnętrznej rurowej osłonie wzmacniającej.
6. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto pierwszą elastyczną osłonę rurową umieszczoną pomiędzy nieprzepuszczalną dla powietrza warstwą zewnętrzną i wewnętrzną rurową osłoną wzmacniającą i drugą elastyczną osłonę rurową umieszczoną na wewnętrznej rurowej osłonie wzmacniającej.
7. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienny tym, że elastyczna osłona rurowa zawiera materiał wybrany z grupy obejmującej filc włókninowy, matę typu „spunbonded, wełnę typu „spunbonded, tkany materiał tekstylny, pleciony materiał tekstylny, dziany materiał tekstylny oraz elastyczną, porowatą i chłonną warstwę taką, jak pianka z otwartymi komórkami.
8. Rurowy materiał wykł adzinowy wedł ug zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że nieprzepuszczalny materiał zewnętrznej warstwy zawiera elastomerowy względnie elastyczny materiał naturalny lub syntetyczny.
9. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 8, znamienny tym, ż e nieprzepuszczalny materiał zewnętrznej warstwy wybrany jest z grupy obejmującej gumy naturalne i syntetyczne, elastyczne polimery poliestrowe, polimery poliolefinowe, kopolimery poliolefinowe, polimery poliuretanowe oraz mieszaniny powyżej wymienionych materiałów.
10. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 5, albo 6, albo 9, znamienny tym, że zewnętrzna warstwa jest nieprzepuszczalna dla powietrza i/lub wodoszczelna.
11. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 5, albo 6, albo 9, znamienny tym, że zewnętrzna warstwa posiada grubość mieszczącą się w przedziale od 0,2 do 2,0 mm, zwłaszcza od 0,5 do 1,5 mm.
12. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 5, albo 6, albo 9, znamienny tym, że wewnętrzna rurowa osłona wzmacniająca i opcjonalna elastyczna osłona rurowa lub elastyczne osłony rurowe, korzystnie są impregnowane z wykorzystaniem spoiwa tworzącego po utwardzeniu lub wysuszeniu twardy materiał kompozytowy.
13. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 12, znamienny tym, że spoiwo zawiera żywicę lub klej wybrany z grupy obejmującej utwardzane na zimno lub na gorąco materiały takie, jak poliuretan, poliester nienasycony, ester winylowy, żywica epoksydowa, żywica akrylowa, izocyjanian i szkł o wodne.
14. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 5, albo 6, albo 9 albo 13, znamienny tym, że po utwardzeniu względnie wysuszeniu, spoiwo łączy zachodzące na siebie krawędzie arkuszy wzmacniających o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim współczynniku elastyczności.
15. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 5, albo 6, albo 9 albo 13, znamienny tym, że arkusze materiału o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim współczynniku elastyczności zawierają strukturę, względnie matę wybraną z grupy obejmującej materiały włókninowe, tkane, plecione i dziane, gdzie wspomniany materiał wykonany jest z włókien lub przędzy wybranych z grupy obejmującej włókna szklane, para aramidowe, węglowe, oraz inne włókna lub przędze o wysokim współczynniku elastyczności.
16. Rurowy materiał wykładzinowy według zastrz. 15, znamienny tym, że włókna lub przędza mają postać struktury wielowłókienkowej zawierającej włókna wykonane ze szkła wybranego z grupy obejmującej szkło typu „E lub „E-CR i szkło nie zawierające boru.