Способы установки новой трубы в отрезке существующего трубопровода, способ установки и соединения новых труб, способ нагревания трубы, переносной стойки намоточного барабана и "палаточное" устройство для хранения, намоточный барабан, способ ремонта коро - RU2052705C1

Чертежи

Показать все 17 чертежа(ей)

Описание

Изобретение касается усовершенствований в проведении замен для установки замещающей трубы внутри существующего подземного трубопровода, используя жесткую термопластичную трубу в качестве замещающей трубы.

Изобретение касается решения проблем сохранения, особенно больших диаметров и длинных отрезков, термопластичной трубы в нагретом и гибком состоянии в процессе их вставления в подземный трубопровод и особенно такой трубопровод, который может содержать стоячие воды и другие жидкости, которые стремятся охладить термопластичную трубу во время процесса вставления; выталкивания стоячих или текучих жидкостей, имеющихся в существующем трубопроводе, и непропускания дополнительных жидкостей в существующий трубопровод; кругления и расширения термопластичной трубы из ее сложенного состояния после вставления, так что новая труба примыкает ровно и плотно к внутренним стенкам существующего трубопровода без захватывания пузырьков воздуха или жидкостей между существующей и новой трубами и без образования складок или морщин, которые могли бы создать нерегулярности в существующей трубе; снятия продольных напряжений в новой пластиковой трубе после ее нагревания и расширения относительно стенок существующего трубопровода, чтобы предотвратить изломы при напряжении, особенно когда прорезают отверстия в новой трубе для соединения с боковой эксплуатационной трубой; соединения новой трубы в существующем магистральном трубопроводе и новой трубы в существующем эксплуатационном трубопроводе, который пересекает магистральный трубопровод; быстрого и тщательного нагревания намоточного барабана сложенной термопластичной трубы для вставления на месте производства работ, чтобы сделать ее гибкой для сматывания с барабана и вставления в трубопровод, а также поддержания высокой температуры и гибкости трубы после ее сматывания с барабана и во время вставления в длинные прогоны подземного трубопровода и ремонта относительно коротких секций длинного подземного трубопровода, удаленных от отверстия для доступа в трубопровод.

Предложены различные способы и устройства для ремонта подземных трубопроводов, таких как канализационные линии и им подобные, оставляя существующий трубопровод на месте под землей, путем установления в существующем трубопроводе гибкой мембраны или прокладки из пластика или путем вставления в существующий трубопровод новой пластиковой трубы.

По одному известному способу трубы футеруются таким гибким пластиком, как полиэтилен. Согласно этому способу футеровочный материал устанавливается через вставные колодцы, расположенные с интервалами вдоль трубопровода, что делает способ дорогим.

Согласно другим способам [1 и 2] гибкая труба развертывается внутри, когда надувается и вдувается в секцию трубопровода с одного конца секции. Этот способ является дорогим, так как требует специального оборудования, расхода тепла и расхода материалов.

В вышеназванных способах и в большинстве других используются гибкие или полугибкие футерующие оболочки, которые неспособны выдерживать более или менее значительные внешние гидростатические или грунтовые давления. Тем самым существующая труба может не быть правильно отремонтированной, так как, если какая-либо часть ее разрушена, футеровка может разрушиться от внешнего давления любой величины, как например давления, которое превышает 4 фунта на квадратный дюйм.

Известны также способы вставления гибкой трубы в существующий трубопровод как футерующей этот трубопровод оболочки [3 и 4] Способ [3] предназначен для крепления гибкой трубы к существующему трубопроводу, используя расширяющиеся короткие секции покрытого адгезивом жесткого пластика.

Эти способы имеют те же недостатки, которые отмечены в отношении других способов, использующих гибкие обкладочные материалы, в том, что им недостает необходимой окружной прочности, чтобы выдерживать внешние грунтовые и гидравлические давления.

Есть предложение вставлять жесткую трубу в существующий трубопровод при необходимости ремонта [5] Для этого увеличенного размера круглая жесткая пластиковая труба сплющивается или иным способом уменьшается на месте производства ремонтных работ и затем вставляется холодной и жесткой в существующий трубопровод через большой карьер в смотровом колодце. После вставления пластиковая труба расширяется, используя тепло и внутреннее давление. Пластиковая труба расширяется до стенок существующей трубы.

Известен способ [6] по которому существующая подземная труба футеруется пластиковой футеровочной трубой, выполненной из пластикового материала такого, как полиэтилен или полипропилен, имеющего механические свойства, обусловленные влиянием предыстории футеровочная труба выполняется в незакругленной форме для установки внутри существующей трубы, затем вставляется в своей незакругленной форме в существующую трубу и расширяется до стенок существующей трубы под действием тепла и давления, принимая круглую форму.

Предложено вставление вкладыша полужесткой пластиковой трубы в существующую трубу [7] Полужесткая пластиковая труба имеет достаточную окружную прочность, чтобы выдерживать все или по меньшей мере часть внешнего давления, которое может на нее воздействовать.

Известна концепция принуждения перемещения шара через гибкую футеровочную трубу в существующем трубопроводе под давлением жидкости [8 и 9] чтобы расширить футеровочную трубу до внутренних стенок существующей трубы и связать футеровку с трубой с помощью адгезива, имеющегося на футеровке. Однако это не связано с необходимостью нагревания, чтобы сделать гибкой сложенную нормально жесткую термопластичную трубу и развернуть, округлить и расширить ее относительно стенок существующего трубопровода и затем охладить с тем, что она затвердела в своем расширенном состоянии, а также с необходимостью нагревать и делать гибкой жесткую сложенную трубу впереди пробки путем пропускания части нагретой жидкости под давлением позади пробки, чтобы обойти пробку. Это не касается управления скоростью перемещения пробки или заглушки через развертываемую новую трубу для обеспечения правильного нагревания и гибкости новой трубы впереди пробки.

Изобретение направлено на решение проблем, которые возникают при реализации известных способов, путем включения в способы следующих отличительных признаков.

Теплоемкая труба, состоящая из тонкого гибкого трубообразного элемента, выполненного из любого материала, который является прочным, гибким, воздухо- и водонепроницаемым и способен выдерживать активный водяной пар и высокие температуры, используется для облегчения эффективного нагревания термопластичной трубы после ее установки в существующем трубопроводе и поддержания ее гибкой по всей ее длине. Теплоемкая труба может также использоваться для выталкивания или предотвращения поступления жидкостей в существующий трубопровод, если такие жидкости мешают адекватному нагреванию новой трубы. Теплоемкая труба устанавливается в новой трубе и по крайней мере частично надувается перед вставлением новой термопластичной трубы в ее сложенном положении. Горячая жидкость затем подается по шлангу в один конец теплоемкой трубы. Другой конец может быть закрыт, тем самым побуждая горячую жидкость течь вниз отрезка трубы снаружи пластиковой трубы и подпирая трубу через пластиковую трубу, чтобы нагревать такую трубу снаружи и изнутри. Альтернативно другой конец может быть ограничен, но не полностью закрыт, чтобы горячая жидкость могла выходить из него после прохождения через всю трубу внутри и снаружи термопластичной трубы. Это создает эффективное нагревание трубы по всей ее длине, делая ее гибкой и готовой для кругления и расширения. Труба может быть покрыта сжимающимся прокладочным материалом для образования сплошного уплотнения между существующим трубопроводом и новой трубой после кругления и расширения новой трубы относительно внутренней стенки существующего трубопровода.

Кругление и расширение вновь установленной термопластичной трубы относительно внутренней стенки существующего трубопровода улучшаются путем проведения таких стадий процесса последовательно от одного конца новой трубы до другого, используя передвижную пробку (заглушку). В результате жидкости в существующем трубопроводе выталкиваются из трубопровода в переднюю часть развертываемой новой трубы вместо захвата ее в виде пузырьков между новой трубой и существующим трубопроводом. Передвижная пробка немного гибкая и предпочтительно может надуваться, давая ей возможность адаптироваться к неровностям в трубопроводе и предотвращать образование складок или морщин в новой трубе в таких точках. Пробка перемещается через сложенную новую трубу с помощью давления жидкости позади или усилия тянущего троса впереди нее. Пробка имеет размер и сконструирована с расчетом создания возможности нагревающей жидкости, введенной в сложенную новую трубу под давлением позади пробки, не только создавать толкающее усилие на пробку, но также обходить пробку, чтобы нагревать и делать гибкой сложенную новую трубу впереди пробки. Сдерживающий трос, прикрепленный к пробке, управляет ее скоростью перемещения через новую трубу. Пробка создает достаточное направленное наружу давление на стенки новой трубы, чтобы расправить ее и прижать плотно к стенкам существующего трубопровода.

Способ и средство для ослабления продольного напряжения во вновь установленной термопластичной трубе после ее округления и расширения в существующем трубопроводе предотвращают новую трубу от излома и растрескивания, особенно когда прорезают отверстия в новой трубе для соединения с эксплуатационными трубами. Согласно таким способу и средству округленная и расширенная новая труба постепенно повторно нагревается по частям в виде отдельных коротких сегментов, в то время как смежные секции новой трубы поддерживаются в холодном состоянии. Повторное нагревание повышает температуру в нагреваемом сегменте достаточно высоко, чтобы сделать его пластичным, так что физическое сжатие смежных секций холодной трубы может происходить в результате физического растяжения нагретого сегмента. Снятие напряжения производится путем использования пары отстоящих друг от друга имеющих возможность расширения пробок, связанных вместе и медленно протягиваемых через округленную и расширенную новую трубу. Пар под давлением жидкости, впрыскиваемой через заднюю передвижную пробку, нагревает пространство между двумя пробками. Холодная вода, впрыскиваемая в закрытое пространство позади задней пробки под давлением, образует постоянный поток, который охлаждает это пространство и поддерживает новую трубу в округленном расширенном состоянии до ее охлаждения.

Способ и устройство предусмотрены для соединения вновь установленной термопластичной трубы в магистральном трубопроводе и вновь установленной термопластичной трубы в пересекающемся эксплуатационном трубопроводе. Специальный пакерный инструмент перемещается по округленной термопластичной эксплуатационной трубе от удаленного отверстия для доступа, пока не достигнет места своего пересечения с магистральным трубопроводом. Когда пакер закреплен с помощью надувного элемента, уплотняющий материал в патроне пакера выбрасывается под давлением в пространство, где новая эксплуатационная труба упирается в новую магистральную трубу, чтобы герметизировать это пространство. После извлечения пакера специальный инструмент для прорезания отверстия движется по эксплуатационной трубе до места пересечения и вырезает полное отверстие в уплотняющем материале и стенке новой магистральной трубы для образования сообщения между такими трубами. Инструмент пакера и режущий инструмент приводятся в действие дистанционно из отверстия для доступа с помощью гибкой линии питания.

Способ и средство предусмотрены для эффективного нагревания намоточного барабана термопластичной трубы при приготовлении для и во время ее вставления в существующий трубопровод. Средство включает в себя специальный портативный стенд, источник пара и намоточный барабан для поддержания большой намотки сложенной термопластичной трубы, транспортировку такой намотки до места производства ремонтных работ и нагревание ее на месте производства ремонтных работ. Намоточный барабан включает в себя каркас с внутренней нагревающей камерой, которая может соединяться с источником пара с помощью поворотного соединения так, что барабан может вращаться, когда еще поддерживается сообщение с источником пара. Каркас включает в себя соединение для связи внутренней части или ведущего конца сложенной термопластичной трубы с нагревающей камерой, когда труба наматывается на каркас барабана. В течение процесса установки горячий пар передается из источника пара через каркас в барабан сложенной трубы, чтобы нагревать намотанную на барабан трубу изнутри по всей ее длине. Это происходит, когда нагретая и гибкая новая труба сматывается с барабана и после этого во время ее вставления в существующий подземный трубопровод, тем самым обеспечивая непрерывное внутреннее нагревание сложенной новой трубы во время процесса установки.

Изменение способа установки термопластичной трубы в существующем трубопроводе включает в себя расширение немного меньшего размера пластиковой трубы под действием внутреннего тепла и давления для плотного прилегания к внутренним стенкам существующего трубопровода с образованием составной новой трубы, способной выдерживать внешнее и внутреннее давление больше, чем может выдержать только один существующий трубопровод или одна пластиковая труба.

Способ ремонта коротких секций длинного существующего трубопровода в положении, удаленном от отверстия для доступа, включает в себя использование сравнительно коротких секций жесткой сложенной термопластичной трубы. Секция сложенной термопластичной трубы временно округляется для приема полной длины надувного пузыря. Секция трубы затем нагревается повторно и снова складывается с помощью пузыря внутри. После этого сборка трубы-пузыря помещается в секцию теплоемкой трубы, которая закрыта с обоих концов относительно сборки. Труба нагревается путем впрыска пара через закрытый конец, чтобы сделать гибкой трубу внутри. Тянущий трос, соединенный с противоположным закрытым концом, тянет трубу и содержащуюся в ней и теперь гибкую сборку трубы-пузыря в трубопровод и в ремонтируемую секцию трубопровода. В трубу снова впрыскивается пар через шланг для пара, соединенный с хвостовым концом трубы, во время ее вставления. Когда труба внутри трубы (трубопровода) горячая и гибкая, пузырь внутри надувается посредством воздушного шланга, соединенного с пузырем, чтобы округлить и расширить трубу относительно стенок ремонтируемой секции трубопровода. Воздушное давление поддерживается в пузыре, пока новая труба не вулканизируется в своем округленном и расширенном состоянии. После этого пузырь выпускает воздух, шланг для пара и тянущий трос извлекаются из трубопровода, снося концы трубы, так что со спущенным воздухом пузырь может быть извлечен из новой трубы посредством его воздушного шланга.

На фиг. 1 схематично изображен существующий подземный трубопровод и показан способ установки новой жесткой термопластичной трубы в трубопровод, используя теплоемкую трубу согласно изобретению; на фиг.2 показаны короткая секция существующего трубопровода в продольном сечении, а также новая термопластичная труба, округленная и расширенная в трубопроводе, и теплоемкая труба в рабочем положении; на фиг.3 изображен существующий трубопровод в поперечном сечении перед расширением новой трубы в теплоемкой трубе; на фиг. 4 то же, что и на фиг.3, но после того, как новая труба округлена и расширена, чтобы побудить теплоемкую трубу в сторону внутренней стенки существующего трубопровода для образования герметизации между вновь установленной трубой и существующим трубопроводом; на фиг.5 показан способ использования передвижной пробки в сложенной термопластичной трубе в трубопроводе, чтобы последовательно округлить и расширить трубу относительно внутренней стенки существующего трубопровода, включая использование сжатого пара позади пробки для проталкивания ее через трубу и использование сдерживающего троса для управления скоростью перемещения пробки через трубу; на фиг.6 способ снятия напряжения во вновь установленной округленной и расширенной термопластичной трубе в существующем трубопроводе; на фиг.7, 8 и 9 показан схематично и последовательно способ соединения новой термопластичной трубы в существующем трубопроводе и новой термопластичной трубы, установленной в существующей эксплуатационной трубе; на фиг.10 изображен инструмент уплотнения для осуществления способа по фиг. 7-9 в разрезе; на фиг.11 режущий инструмент для реализации способа по фиг. 7-9 в разрезе; на фиг.12 показаны стенд портативного намоточного барабана и узел барабана, используемые согласно изобретению, вид спереди; на фиг.13 то же, что и на фиг.12, вид сбоку; на фиг.14 представлен источник пара для использования совместно с узлом стенда намоточного барабана на фиг. 12 и 13, вид сбоку; на фиг.15 намоточный барабан со специальным каркасом (валом), имеющим внутреннюю камеру для пара для использования с целью эффективного нагревания барабана с намотанной сложенной термопластичной трубой во время сматывания и вставления и во время вставления трубы в существующий трубопровод согласно изобретению, вид сбоку; на фиг.16 показана секция сложенной новой трубы, имеющая полной длины надуваемый пузырь внутри и присоединенный воздушный шланг для использования в способе согласно изобретению для ремонта коротких секций существующего трубопровода; на фиг.17 то же, что и на фиг.16, но с теплоемкой трубой, опоясывающей узел на фиг.16, для использования при реализации способа ремонта коротких секций существующего трубопровода.

Существующий подземный трубопровод 1 (фиг.1) расположен между смотровыми колодцами 2 и 3, обеспечивающими доступ к трубопроводу с уровня 4 земли. Теплоемкая труба 5 проходит от воздуходувки 6 на одном конце 7 трубы через смотровой колодец 2 и по всей длине существующего трубопровода 1 к смотровому колодцу 3 и через него до закрытого и ограниченного противоположного конца 8 трубы. Отрезок жесткой термопластичной трубы 9, но в нагретом гибком и сложенном состоянии протягивается в существующий трубопровод через трубу 5 с помощью тягового троса 10, соединенного с тросовой лебедкой 11, смежной со смотровым колодцем 3. Сложенное состояние термопластичной трубы 9 показано на фиг. 3 в трубопроводе 1 и теплоемкой трубе 5. Термопластичная труба 9 показана в округлом и расширенном состоянии на фиг.4. Она обычно нагревается и становится гибкой для вставления в трубопровод путем нагревания намоточного барабана с намотанной на нем трубой 12 в корпусе на транспортном средстве 13.

Теплоемкая труба 5 является тонкой, гибкой, трубообработанной оболочкой, выполненной из любого материала, который является прочным, гибким, воздухо- и водонепроницаемым и способным выдерживать активный пар при высоких температурах, до 250^оС, и значительные внутренние давления. Соответствующей оболочкой для этой цели, как установлено, является армированный нейлоном полиэтилен 6 милей толщины, хотя другие соответствующие материалы для оболочки могут также быть удовлетворительными в диапазоне толщины от 3 до 20 милей (1 миль 0,025 мм).

Теплоемкая труба служит по крайней мере для шести важных целей. Во-первых, она облегчает нагревание и поддерживание горячей сложенную термопластичную трубу после вставления такой трубы в ремонтируемый трубопровод. Во-вторых, она сдерживает воду и другие жидкости в существующем трубопроводе от контакта с термопластичной трубой и ее охлаждения, тем самым содействует эффективному нагреванию и предотвращению потерь тепла из трубы. В-третьих, она предотвращает вытекание пара и горячих жидкостей, используемых при нагревании пластиковой трубы в трубе, через эксплуатационные трубы или разломы в существующем трубопроводе. В-четвертых, она препятствует нанесению ущерба паром существующим или соединенным трубам. В-пятых, она может быть покрыта одним слоем или больше сжимающегося прокладочного материала так, что когда пластиковая труба округлена и расширена, чтобы прижимать теплоемкую трубу к станкам существующего трубопровода, сплошное уплотнение образуется вдоль восстановленного трубопровода между существующим трубопроводом и новой термопластичной трубой. В-шестых, когда охлаждающие жидкости находятся в или текут в существующий трубопровод, в теплоемкой трубе может быть создано повышенное давление и поддерживаться на достаточном уровне так, что одни жидкости в трубопроводе выталкиваются, а остальные предотвращаются от протекания в трубопровод.

Способ установки новой трубы, используя теплоемкую трубу, состоит в следующем.

Во-первых, теплоемкая труба протягивается в секцию существующего трубопровода от одного смотрового колодца 2 до следующего смотрового колодца 3 с некоторой дополнительной длиной трубы, выступающей с каждого конца секции ремонтируемого трубопровода. Диаметр трубы предпочтительно больше внутреннего диаметра существующего трубопровода.

Когда труба 5 проходит по полной длине трубопровода 1, ее конец 7 временно соединяется с воздуходувкой 6 и воздух вдувается в трубу для ее расширения. Когда труба 5 расширена, сложенная труба 9, нагретая и гибкая, протягивается через нее при использовании лебедки 11 и троса 10.

Когда сложенная труба 9 находится в теплоемкой трубе, как показано на фиг.1 и 3, горячая жидкость, предпочтительно водяной пар, вводится в конец 7 трубы, тогда как противоположный конец 8 закрыт или ограничен. Если жидкости должны быть удалены из существующего трубопровода или предотвращаться от попадания в него, пар или комбинация пара и воздуха впрыскивается в теплоемкую трубу в достаточном объеме для поддерживания достаточного давления в трубе, чтобы выталкивать такие жидкости или предотвращать их поступление. Если используется пар, шланг для пара, соединенный с источником пара (не показан), может быть соединен с концом 7 трубы, а другой конец 8 может быть закрытым. Пар нагнетается по всей длине трубы с наружной стороны сложенной трубы 9 и затем обратно в противоположном направлении, но внутри сложенной трубы 9. Альтернативно пар может вводиться первоначально в конец сложенной трубы 9 и затем возвращаться в противоположном направлении по наружной стороне трубы внутри трубы 5. Другая альтернатива состоит в ограничении (сужении) трубы на конце 8, но с возможностью для горячего потока выходить из такого конца, когда такой горячий поток добавляется в трубу и пластиковую трубу на конце 7. Такое направление пара обеспечивает быстрое и эффективное на полную длину внутреннее и внешнее нагревание трубы 9.

Когда термопластичная труба в нагретом гибком состоянии находится в трубе 5, она округляется и расширяется одним из известных или предлагаемых способов. Если теплоемкая труба поставляется с покрытием из сжимающегося прокладочного материала, сплошное уплотнение образуется между внутренней стенкой существующего трубопровода и наружной стенкой округленной и расширенной трубы 9.

На фиг.5 показаны способ и устройство для последовательного округления и расширения сложенной термопластичной трубы 9 внутри существующего трубопровода 1 после ее установления в сложенном положении в этом трубопроводе. Способ имеет своей целью округление и расширение сложенной пластиковой трубы 9 последовательно от одного конца секции трубопровода до другого, так что любые жидкости в существующем трубопроводе выталкиваются из него вперед развертывающейся пластиковой трубой, а не захватываются как пузырьки между пластиковой трубой и существующим трубопроводом во время округления и расширения трубы. Процесс последовательного округления и расширения также помогает образовать новую трубу с гладкой внутренней поверхностью после округления, несмотря на возможные неровности в существующем трубопроводе.

Устройство для осуществления способа включает в себя пропускающую поток концевую пробку 14 размером, соответствующим для установки в округлом конце 15 сложенной термопластичной трубы 9. Такая пробка содержит канал 16, через который принимает входную трубу 17, с которой соединена питающая труба 18 пара или другого горячего потока, соединенная с дистанционным источником (не показан) такого горячего потока. Канал 16 пробки 14 также дает возможность сдерживающему тросу 19 свободно перемещаться в нем.

Шар или пробка 20 имеет размер с возможностью скользящего перемещения и предназначен перемещаться через сложенную пластиковую трубу 9, распрямляя, округляя и расширяя ее при своем перемещении. Пробка 20 предпочтительно является надувным резиновым шаром, имеющим раздвоенную поверхность, которая дает возможность горячему пару или другому потоку под давлением, впрыскиваемому сзади него, обходить шар в некоторой степени, чтобы войти и тем самым предварительно нагреть сложенную пластиковую трубу впереди шара, чтобы сделать ее достаточно гибкой с тем, чтобы она легко разворачивалась при приближении шара.

Пробка 20 проталкивается гидравлической жидкостью сзади либо протягивается тросом (не показано), прикрепленным к передней поверхности шара. На фиг. 5 пробка 20 проталкивается вперед гидравлической жидкостью сзади, входя через концевую пробку 14. Пробка 20 создает достаточное направленное наружу давление на стенки распрямленной пластиковой трубы 9, нагретой и гибкой, чтобы побуждать стенки пластиковой трубы плотно прижиматься к стенкам существующего трубопровода с помощью гидравлического давления сзади. Передвижная пробка 20, являясь надувным резиновым шаром, также имеет достаточную гибкость, чтобы адаптироваться к неровности, встречающейся в существующем трубопроводе, во время своего перемещения. Шар с раздвоенной поверхностью имеет размер, ограничивающий поток нагретой гидравлической жидкости позади него, так что шар проталкивается через трубу 9. Он также дает возможность достаточному количеству такой гидравлической жидкости проходить по своей раздвоенной поверхности и в сложенную пластиковую трубу в переднюю ее часть, чтобы нагревать сложенную трубу впереди шара и дать возможность шару выполнить свою функцию округления и расширения.

Задняя поверхность шара 20 имеет ограничивающий трос 19, соединенный с ним. Трос 19 проходит через канал 16 концевой (торцовой) пробки 14 до сдерживающей лебедки или другого соответствующего сдерживающего механизма 21, чтобы управлять скоростью и контролировать последовательность прохождения шара через трубу 9.

При осуществлении способа сложенная труба 9 устанавливается полной длиной в отрезке ремонтируемого трубопровода в соответствии с одним из известных или предлагаемых способов. После этого конец 15 предшествующей трубы 9 нагревается и округляется, так что перемещающийся шар 20 со сдерживающим тросом 19, прикрепленным к нему, может вставляться в такой конец. После вставления шара 20 концевая пробка 14 вставляется в конец 15 трубы 9 для закрывания этого конца. Затем нагревающий поток (жидкость), такой как горячий пар, вводится под давлением в округленный конец трубы 9 через трубу 18 и канал 16 концевой пробки 14. Во время начального впрыска горячей гидравлической жидкости перемещающийся шар 20 сдерживается тросом 19 для предотвращения продвижения вперед. Это дает возможность пару тщательно нагревать пластиковую трубу 9 позади и впереди шара 20 при подготовке для управляемого перемещения шара через трубу.

Когда труба 9 достаточно нагрета, перемещающийся пар 20 получает возможность продвигаться вперед с управляемой скоростью через сложенную трубу, тем самым последовательно округляя и расширяя ее. Пробка 20 движется под действием толкающего усилия гидравлической жидкости, толкающей сзади, или с помощью тянущего усилия посредством тягового троса (не показан), прикрепленного к передней стороне шара. В любом случае давление поддерживается позади шара 20, чтобы удерживать трубу 9 расширенной до охлаждения, особенно если труба 9 выполнена из сложенного состояния так, что она стремится вернуться к этому состоянию, когда нагрета и гибкая. Такое давление может поддерживаться позади шара 20 после расширения трубы 9 на полную длину путем впрыска охлаждающей жидкости под давлением через концевую пробку 14. Последовательность продвижения шара 20 через трубу 9 управляется и контролируется сдерживающим тросом 19.

Посредством описанного способа любая вода или другая жидкость, находящаяся в трубопроводе, выталкивается из него впереди шара. Расширенные внутренние стенки пластиковой трубы 9 являются ровными и без морщин/складок.

На фиг.5 показан способ снятия продольного напряжения в ранее установленной термопластичной трубе 9 в существующем трубопроводе 1 с доступом через смотровые колодцы 2 и 3 ниже уровня 4 земли. Продольные напряжения часто развиваются в трубе 9 во время ее установки, когда сложенная труба нагревается примерно от 70 до 220^оС для установления, округления и расширения по отношению к существующему трубопроводу и затем охлаждается на месте. Типичная термопластичная труба, используемая в таких установках, удлиняется примерно на 5,4 дюйма на 100 футов по причине теплового расширения. Когда такая труба округлена и расширена, она физически блокируется в существующем трубопроводе, особенно в местах соединения между стыкующимися секциями трубопровода. Последующее охлаждение термопластичной трубы вызывает силы сжатия и тем самым продольные напряжения. Такие напряжения могут быть настолько сильными, что труба может лопнуть, особенно где прорезаны отверстия для сообщения труб.

Согласно настоящему способу снятие таких продольных напряжений достигается путем последовательного повторного нагревания коротких сегментов ранее округленной и расширенной пластиковой трубы, одновременно сохраняя смежные секции пластиковой трубы в холодном состоянии. Повторное нагревание является достаточным для пластификации нагретого сегмента, так что физическое сжатие смежных секций холодной трубы может происходить через физическое растяжение нагретого сегмента.

Этот способ снятия напряжения осуществляется следующим образом (фиг.6). Два с возможностью расширения или надувных шара 22, 23 связываются вместе связующей линией 24. Фиксированное разделяющее их расстояние образует между ними пространство 25. Перемещающиеся пробки протягиваются в ранее расширенную пластиковую трубу 9 с помощью соответствующего средства, например тягового троса 26, соединенного с лебедкой (не показана), смежно со смотровым колодцем 3. Шланг 26 для пара соединен с задней пробкой 23 и проходит через пробку для впрыска пара в пространство 25 между пробками 22 и 23. Подача пара (не показано) обеспечивается смежно со смотровым колодцем 2. Пар под давлением подается от источника пара через шланг 26 и заднюю пробку в пространство 25, чтобы нагревать это пространство, тем самым нагревая и расширяя пластиковую или гибкую расширенную трубу 9 в этом пространстве.

Шланг 27 для воды также соединен с задней пробкой 23, так что его сопло подает постоянный поток охлаждающей воды в пространство 28 позади задней пробки. Пространство 28 заполняется водой под соответствующим давлением, так что любая нагретая пластиковая труба, подвергающаяся воздействию, когда пробка 23 движется медленно вперед (вправо на фиг.5), сохраняется в округленном положении при ее охлаждении. В течение этого процесса и когда перемещающиеся пробки 22, 23 проходят через округленную пластиковую трубу 9, давление в нагретом пространстве 25 между пробками поддерживается несколько выше, чем давление в пространстве 28 позади задней пробки, чтобы обеспечить условие, при котором не происходит охлаждение в пространстве 25. Скорость перемещения пробок через трубу должна быть достаточно медленной для обеспечения тщательного повторного нагревания и пластифицирования каждого сегмента пластиковой трубы перед его охлаждением.

На фиг. 7,8 и 9 показан способ соединения установленной в магистральном трубопроводе 1 термопластичной трубы 9 и установленной в пересекающемся эксплуатационном трубопроводе 1а термопластичной трубы 9а.

На фиг.7 основная труба 9 установлена в существующем магистральном трубопроводе 1, например канализационном трубопроводе, согласно одному из известных или предлагаемых способов. Эксплуатационная труба 9а для существующего эксплуатационного трубопровода 1а также установлена в соответствии с одним из ранее описанных способов. Такой способ включает в себя размещение соединительного эксплуатационного трубопровода 9а, образовании доступа к нему путем непокрывания эксплуатационного трубопровода в отвеpстии 29 для доступа, удаленном от его пересечения с магистралью 1, и проталкивание сложенного отрезка нагретой и гибкой трубы 9а в эксплуатационный трубопровод 1а, или иным образом устанавливая такую трубу, пока нижний или передний конец не упрется или не станет смежным с новой магистральной трубой 9 на существующем соединении эксплуатационного трубопровода с магистральным трубопроводом. Сложенная эксплуатационная труба 9а затем округляется и расширяется относительно внутренней стенки существующего эксплуатационного трубопровода обычным способом.

На фиг.8 специальный уплотняющий инструмент 30, имеющий надувной элемент 31, проталкивается вниз округленной пластиковой эксплуатационной трубы 9а от отверстия 29 для доступа, пока инструмент не будет как можно ближе к концу эксплуатационной трубы 9а и ее пересечению с основной трубой 9. Затем надувной элемент 31 уплотняющего инструмента надувается, чтобы закрепить уплотняющий инструмент на месте в пересечении. Уплотняющий инструмент содержит уплотняющий материал в цилиндрическом патроне и средство для впрыска уплотняющего материала под давлением из патрона в пространства и зазоры между концом эксплуатационной трубы 9а и смежной стенкой основной трубы 9. Уплотняющий материал может быть соответствующим химическим цементным тестом предпочтительно вспенивающегося или расширяющегося типа, активированным водой, таким как цементное тесто N 202 или N 220 производства компании ЗМ. Цементное тесто заходит в трещины, соединения или кольцевые пространства, чтобы герметизировать установленные пластиковые трубы 9 и 9а вместе в их пересечении. После того, как цементное тесто схватилось, пакер извлекается из эксплуатационной трубы 9а через отверстие 29 для доступа.

На фиг. 9 инструмент 32 для прорезания отверстия проталкивается вниз через эксплуатационную трубу 9а от отверстия 29 для доступа до его герметизированного пересечения с основной трубой 9. Инструмент для прорезания отверстия используется для прорезания полного отверстия 33 в уплотняющем материале и стенке основной трубы 9, тем самым открывая сообщение жидкости из эксплуатационной трубы 9а в основную трубу 9.

На фиг. 10 уплотняющий инструмент 30 включает в себя металлический или другой жесткий трубообразный корпус 34, закрытый на заднем конце и примерно половине диаметра эксплуатационной трубы 9а. Навинчивающийся колпачок 35 закрывает противоположный передний конец корпуса 34. Колпачок 35 имеет отверстие, в котором монтируется наконечник 36 цилиндрического патрона 37 в корпусе 34. Патрон 37 одноразового использования и содержит уплотняющий материал или цементное тесто, используемые в процессе герметизации.

Надувной элемент 31 является трубчатой резиновой манжетой, которая плотно охватывает наружную часть корпуса 34 в ненадутом состоянии и которая устанавливается напротив и входит в плотный контакт с внутренними стенками округлой эксплуатационной трубы 9а в надутом состоянии. Патрон 37 содержит толкатель 38, который первоначально находится на его заднем конце и который толкается вперед под давлением жидкости, чтобы выталкивать уплотняющий материал или цементное тесто через наконечник 36 в герметизируемые пространства.

Воздушный шланг 39, соединенный на одном конце с внутренней частью надувного элемента 31 и на другом конце с дистанционным источником сжатого воздуха, смежного с доступом, надувает элемент 31. Другой шланг 40 соединен с воздушным источником или с источником воды или другой гидравлической жидкости и с внутренней частью патрона 37 позади толкателя 38, чтобы толкать толкатель вперед по патрону и выталкивать цементное тесто через наконечник 36.

Режущий инструмент 32 на фиг.11 включает в себя небольшого диаметра водонепроницаемый двигатель 41, который может приводиться в действие гидравлической жидкостью, воздухом или электричеством. Круглое вращающееся режущее полотно 42 с зубьями пилы смонтировано на приводном валу 43 двигателя для вращения, когда двигатель возбужден. Прочный относительно негибкий шланг 44 соединен на одном конце 45 с двигателем 41. Шланг идет от двигателя через эксплуатационную трубу 9а к отверстию 29 для доступа. Он используется для продвижения режущего инструмента в эксплуатационной трубе и до ее пересечения с основной трубой. Он также используется для удерживания и позиционирования режущего полотна 42 во время резания. Во время позиционирования шланга 44 линии питания, состоящие либо из шлангов, либо из проводов 46, 47, как это требуется для двигателя, передают энергию от дистанционного источника энергии (не показан) на двигатель 41.

Типичная жесткая термопластичная труба в сложенном виде наматывается на барабан, когда является гибкой во время производства, и в последующем нагревается и сматывается с барабана во время вставлений. Сматывание с барабана требует его нагревания с намотанной трубой в закрытом ограждении до высокой температуры. Так как многие витки трубы на барабане накрываются поверхлежащими витками и вся намотанная на барабан труба нагревается снаружи внутризакрытого ограждения, нагревание должно быть продолжительным в отношении всех витков, чтобы они стали достаточно нагретыми и гибкими для сматывания с барабана и вставления в трубопровод. Описанные ниже способ и средство предусмотрены для ускорения нагревания барабана с такой трубой и для поддержания трубы в нагретом и гибком состоянии во время сматывания с барабана и после и во время ее вставления в существующий трубопровод. Способ и средство дают возможность вставлять трубу в длинные прогоны трубопровода, одновременно оставаясь нагретой и гибкой по всей своей длине.

На фиг. 12 и 13 легкого веса и недорогой передвижной стенд 48 предусмотрен для поддерживания намоточного барабана 49. Намоточный барабан 49 имеет центральный цилиндрический каркас (вал) 50, на который источник термопластичной трубы (не показан) в сложенном гибком состоянии может наматываться и храниться для использования. Стенд включает в себя плоскую металлическую опорную плиту 51, имеющую расположенные напротив друг друга вертикальные рамные элементы 52. Они являются трубчатыми и принимают телескопические выдвижные штанги 53, имеющие на своих верхних концах опорные гнезда 54 для установки оси 55, несущей намоточный барабан. Ось 55 проходит через каркас 50 барабана 49, чтобы поддерживать барабан на стенде. Выдвижные штанги 53 могут выдвигаться и вдвигаться в вертикальных рамных элементах 52 для регулировки положений с помощью небольшого домкрата (не показан) или с помощью гидравлических цилиндров, смонтированных внутри вертикальных рамных элементов. Стопорные пальцы, проходящие через индексированные отверстия для пальцев в рамных элементах 52 и выдвижных штангах 53, блокируют штанги в их отрегулированном положении. Таким образом, выдвижные штанги могут повышать и понижать поддерживаемый барабан 49. При поднятии барабана от уровня опорной плиты 51 барабану может быть предоставлена возможность вращаться вокруг оси 55, тем самым давая возможность сматывать сложенную термопластичную трубу с барабана.

На фиг. 14 показана камера 56 с источником пара, охватывающая и содержащая блок стенда и барабана, показанных на фиг.12 и 13, или сравнимые блоки. Источником пара является камера, предназначенная содержать горячий пар для нагревания заключенного в ней барабана 49 с термопластичной трубой, чтобы сделать ее гибкой для вставления в существующий трубопровод. Оболочка или кожух источника пара выполнен из армированного нейлоном винила, парусины или другого аналогичного материала, который является легким, гибким, воздухонепроницаемым и способным выдерживать высокие температуры горячего пара.

Оболочка источника пара выполнена с отверстиями, которые необходимы для установления ее вокруг барабана и его стенда и сматывания новой термопластичной трубы для вставления. Оболочка-тент может иметь отверстие для доступа для впуска в нее активного пара. Отверстия закрываются застежками "молниями", как показано в отношении отверстия 57 для доступа трубы, или предусматриваются другие соответствующие закрывающие средства, которые могут крепиться таким образом, что впущенный пар содержится в оболочке из тента с минимальной утечкой.

На фиг.15 барабан 49 для поддерживания намотки сложенной термопластичной трубы 9 включает в себя каркас 50. Каркас снабжен внутренней паровой камерой 58, которая имеет вращающееся концевое соединение 59 для соединения камеры с источником 60 пара посредством шланга 61 для пара. Канал 62 проходит от камеры 58 до поверхностного соединения 63 каркаса с короткой секцией гибкого шланга 64 для пара. Свободный конец шланга 64 соединен с округленным передним концом 65 длинного отрезка термопластичной трубы, когда такая труба поступает из процесса производства горячей, гибкой и готовой для наматывания на барабан. Таким образом, когда труба 9 намотана на каркас 50, ее передний конец 65 остается соединенным с паровой камерой 58 и может тем самым вращаться через вращающееся соединение 59 с источником 60 пара.

Когда намотанная на барабан и сложенная труба 9 готова для установки в существующий подземный трубопровод, барабан транспортируется к месту производства ремонтных работ и соединяется с источником 60 пара через паровой шланг 61. Когда это происходит, пар впрыскивается во внутренние каналы барабана со сложенной трубой 9 из шаровой камеры 58 и гибкого шланга 64 для нагревания и приведения в гибкое состояние намотанной трубы 9 по всей ее длине очень быстро и эффективно. Впрыск пара и тем самым нагревание намотанной трубы 9 продолжаются, когда труба сматывается с каркаса 50 и вставляется в подземный трубопровод. Даже если труба 9 протягивается, проталкивается или иначе перемещается по подземному трубопроводу, далеко продвигаясь от барабана в нее продолжает вводиться активный пар. Поэтому она остается гибкой в течение всего процесса установки.

Указанный способ впрыска горячего пара в намотанную и сложенную термопластичную трубу имеет следующие преимущества: все витки намотанной на барабане трубы правильно нагреваются перед тем, как они сматываются с барабана; ускоряется нагревание сложенной и намотанной на барабан трубы; обеспечивается возможность нагревать сложенную трубу после сматывания с барабана и во время ее вставления в существующий подземный трубопровод; образуется мягкая гибкая труба во время процесса установки. Последнее преимущество защищает теплоемкую трубу, если используется, снижает усилия, необходимые для протягивания трубы через существующий трубопровод, и дает возможность протягивать более длинные отрезки трубы. Такой способ нагревания также дает возможность протягивать термопластичную трубу через смотровой колодец и вокруг искривлений трубопроводов, где труба должна адаптироваться к изменениям в выравнивании существующего трубопровода.

На фиг.16 и 17 показаны способы и устройства для ремонта коротких секций длинного существующего трубопровода при использовании термопластичной трубы 9. Способ полезен при проведении ремонта точек в существующем трубопроводе, где ремонтируемая секция является относительно короткой по сравнению с общей длиной трубопровода. Однако способ может использоваться для ремонта секций почти любой требуемой длины.

Секция термопластичной трубы 9, соответствующая по длине секции ремонтируемого трубопровода, отрезается от подающего барабана или другого источника термопластичной трубы. Она нагревается и делается гибкой, затем округляется одним из ранее описанных способов, когда труба 9 округлена, полной длины надувной пузырь 66 устанавливается внутри трубы. Труба 9 затем вновь нагревается и вновь складываетсяф со спущенным надувным пузырем внутри.

Секция теплоемкой трубы 5 длиннее, чем сборка пузырь-труба. Она устанавливается, и сборка пузырь-труба помещается внутри этой трубы, как показано на фиг.17. Теплоемкая труба закрыта на переднем конце 67, и тяговый трос 68 прикреплен к этому концу. Воздушный шланг 69 соединен с внутренней частью надувного пузыря 66 на заднем конце 70 теплоемкой трубы. Паровой шланг 71 вставлен внутрь заднего конца теплоемкой трубы, и задний конец 70 трубы закрыт и связан с воздушным и паровым шлангами.

Пар подается в теплоемкую трубу через паровой шланг 71, нагревая термопластичную трубу 9 внутри и делая ее мягкой и гибкой. В этот момент вся сборка, включая теплоемкую трубу, протягивается в существующий трубопровод и до секции ремонтируемого трубопровода, используя тяговый трос 68, протягиваемый от нижнего смотрового колодца или другого отверстия для доступа (не показано).

В ремонтируемом месте в трубопроводе пар снова подается в теплоемкую трубу через паровой шланг 71, чтобы снова нагреть и сделать гибкой и мягкой термопластичную трубу 9 внутри. Когда пластиковая труба достаточно горячая и гибкая, пузырь 66 внутри трубы 9 надувается воздухом через воздушный шланг 69 из дистанционного источника у отверстия для доступа. Надувание пузыря округляет и расширяет пластиковую трубу 9, прижимая ее плотно к внутренним стенкам секции существующего трубопровода, который ремонтируется. Источник пара затем закрывается и округленная и расширенная труба 9 охлаждается, в то время как пузырь остается надутым, чтобы продолжать применять внутреннее давление к трубе 9. Когда труба 9 остыла и затвердела в своей округлой форме, она прочно крепится на месте в существующем трубопроводе. Поэтому когда тяговый трос 68 тянется, он отрывает конец 67 от теплоемкой трубы. Когда паровой шланг 71 протягивается, от отрывает противоположный конец 70 от теплоемкой трубы. Надувной пузырь выпускает воздух и протягивается из округлой трубы 9 путем протягивания воздушного шланга. Остальная часть теплоемкой трубы остается на месте, сжатая между наружными стенками расширенной трубы 9 и внутренними стенками отремонтированной секции трубопровода, создавая уплотнение между трубой и трубопроводом. При необходимости теплоемкая труба может быть покрыта манжетой (прокладкой) для образования водонепроницаемой герметизации в отремонтированной секции трубы.

Сложенная жесткая термопластичная труба 9 может также использоваться для усиления существующей трубы путем образования с существующей трубой то, что фактически является новой составной трубой. Составная труба имеет повышенную прочность, чтобы выдерживать внешние и внутренние усилия, которые либо первоначальный существующий трубопровод, либо термопластичная труба должны выдерживать поодиночке. Для обеспечения этого свойства сложенная термопластичная труба нагревается и расширяется внутри существующего трубопровода. Термопластичная труба выбирается с расчетом иметь нормальный округленный наружный диаметр немного меньше, чем внутренний диаметр армируемого существующего трубопровода. Когда сложенная термопластичная труба находится в армируемой секции трубопровода, она округляется и расширяется. Новая труба расширяется с целью плотного прилегания к внутренним стенкам существующего трубопровода, так что она точно устанавливается в таком трубопроводе. В результате образуется составная труба, содержащая наружный существующий трубопровод и внутреннюю термопластичную трубу. Структурная способность термопластичной трубы выдерживать раздавливающие нагрузки, такие как нагрузки грунта, перекрывающиеся и тому подобное, значительно увеличивается благодаря опоре боковых стенок, образованных существующей трубой. Кроме того, структурная особенность составной трубы выдерживать внешние и внутренние усилия значительно увеличивается, так как две трубы действуют как одна интегральная конструкция.

Важность вышеназванного обстоятельства в том, что термопластичная труба может использоваться для усиления существующих трубопроводов там, где существующий трубопровод может иметь конструкционный дефект или где возникают нагрузки насыпей, зданий или других перекрывающихся нагрузок, для которых существующий трубопровод не предназначен, или когда существующий трубопровод, ранее спроектированный как трубопровод для перемещения веществ под действием силы тяжести, должен быть преобразован в трубопровод высокого давления.

Вышеприведенное обстоятельство также важно, потому что дает возможность использовать относительно тонкостенные термопластичные трубы в качестве жесткой футеровки внутри корродирующей или сильно испорченной (изношенной) трубы под давлением, чтобы увеличить эффективную прочность существующей трубы. Термопластичная труба в такой ситуации не должна проектироваться с целью выдерживания всего внутреннего давления системы, в которой она используется. Вместо этого ремонтируемый трубопровод может быть спроектирован как составная труба, состоящая из существующего трубопровода под высоким давлением и вновь установленной тонкостенной пластической трубы.

Возможны изменения и модификации, а также их эквиваленты.

Реферат

Сущность изобретения: вставляют гибкий трубообразный элемент в отрезок существующего трубопровода (ТП), подлежащего футеровке, чтобы один из противоположных концов элемента был доступен на конце отрезка ТП. Вставляют отрезок жесткой термопластичной трубы в сложенном состоянии в элемент и располагают его по длине отрезка ТП, подлежащего футеровке. Надувают элемент до частично округленного состояния. Сужают один конец элемента со сложенной жесткой термопластичной трубой внутри. Нагнетают в элемент с другого доступного конца поток горячей жидкости. Нагревают термопластичную трубу по всей длине, расширяют ее, прикладывая внутреннее давление расширения, и преобразуют ее в округлую форму внутри ТП. Охлаждают трубу при одновременном сохранении внутреннего давления. Труба сохраняет округлую форму при снятии давления. 7 с. и 13 з. п. ф-лы, 17 ил.

Формула