Способ и устройство заполнения оболочек

(51) 29 44/18 (2006.01) 29 65/42 (2006.01) 16 55/175 (2006.01) 16 59/18 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Заполнение пеной полости в месте соединения между отдельными отрезками трубы путем обертывания вокруг полости пластикового формовочного листа, армированного волокном, или наложения оболочки вокруг полости с удерживающим элементом, накладываемым на формовочный лист для предотвращения раздвигания концов формовочного листа, или один или более гибкий, устойчивый к растяжению элемент, охватывающий оболочку снаружи, для предотвращения вспучивания оболочки при распространении пенного заполнителя, введенного внутрь формы или внутрь оболочки.(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич Настоящее изобретение имеет приоритет подачи патентной заявки Канады 2647972,зарегистрированной 19 декабря 2008 г. под названием. Содержание упомянутой выше патентной заявки,таким образом, точно отражено в его детальном описании. Настоящее изобретение относится к способу и устройству для заполнения пеной полостей в местах соединения отрезков труб. Такой способ и устройство известны, например,из нашего патента 6355318, опубликованного 12 марта 2002 г. В известных способах и устройствах, о которых осведомлен заявитель, использованы относительно жесткие, дающие усадки при нагревании оболочки для заполнения пеной, предназначенные для противодействия силам, воздействующим на оболочку при выполнении операции заполнения,например, силе, с которой пена действует на оболочку, расширяясь при заполнении пеной полости в месте соединения. Однако использование тяжелых термоусадочных оболочек не всегда желательно или экономически выгодно. Один из аспектов настоящего изобретения относится к способу, при котором пенное заполнение может быть предварительно сформировано перед наложением оболочки вокруг заливки. В данном аспекте изобретения предлагается способ заполнения пеной полости в месте соединения отдельных отрезков трубы,включающий обертывание вокруг этой полости формовочного листа, включающего армированный волокном пластиковый лист, противоположные концы которого перекрываются,образуя цилиндрическую форму введение пенообразующего материала в упомянутую полость формовочный лист, обладающий устойчивостью к растяжению,препятствует вздутию пенного заполнения при его расширении в результате образования из пенообразующего материала наложения удерживающих элементов на формовочный лист для обеспечения его устойчивости по отношению к раздвижению по окружности перекрывающихся концов при расширении наполнителя инициации пенообразующего вещества к образованию пены и ее затвердеванию и удаление упомянутых удерживающих элементов и упомянутого формовочного листа. Армированный волокном пластиковый лист обеспечивает преимущества предлагаемого способа, заключающиеся в его превосходном противостоянии вздутию и в то же время относительно малом весе. Другой аспект изобретения относится к созданию оболочки вокруг полости перед заполнением пеной. В этом аспекте изобретения предлагается способ заполнения пеной полости в месте соединения отдельных отрезков труб,включающий наложение оболочки вокруг полости,обертывание по крайней мере одним гибким,работающим на растяжение элементом вокруг оболочки введение пенообразующего вещества в 2 указанную полость через отверстие в оболочке инициацию образования пены и ее затвердевания гибкий элемент,обладающий достаточным пределом прочности на разрыв, препятствует вздутию оболочки,вызываемому пеной,образующейся из пенообразующего материала включающий операцию наложения удерживающего элемента на гибкий элемент для предотвращения расширения гибкого элемента вдоль поверхности охвата при расширении заполнителя и удаления упомянутого гибкого элемента и упомянутых удерживающих элементов. По крайней мере один гибкий, устойчивый к растяжению элемент может включать два или более ленточных элемента,например,обычный полипропиленовый или нейлоновый плетеный ремень, сплетенный, например, из многоволоконной пряжи. В одном из предпочтительных вариантов гибкий элемент представляет собой гибкий лист с перекрывающимися противоположными концами. В другом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство для заполнения пеной полости в месте соединения отдельных отрезков труб,включающее армированный волокном пластиковый лист, противоположные концы которого могут перекрываться, образуя при этом цилиндрическую форму вокруг полости, и удерживающие элементы, накладываемые на лист,чтобы предотвратить раздвижение перекрывающихся концов листа при расширении наполнителя. Указанные выше аспекты настоящего изобретения дают возможность использовать, если это требуется, относительно тонкую стенкуоболочку, так как для нее отпадает необходимость противостоять давлению расширяющейся пены,поскольку эту функцию выполняет лист гибкого,устойчивого к растяжению элемента. Пластик, армированный волокном, или другой лист обеспечивают особенно удобный путь для создания устойчивой к растяжению формы вокруг полости в месте стыка отдельных труб. Необходимый предел прочности на разрыв для листа или гибкого элемента для противостояния вздутию при расширении пены может быть легко оценен в каждом конкретном случае экспериментально путем простого испытания. Под вздутием подразумевается растяжение листа или оболочки, видимое на глаз. В предпочтительных формах лист или гибкий элемент имеют модуль Юнга, измеренный по стандарту американского общества тестирования материалов 638 (или 6775-02 в случае текстильной ленты), составляющий по крайней мере 5-25 ГПа, более предпочтительно - по крайней мере 15 ГПа. Изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых На фиг.1 представлен вид сбоку, частично в поперечном сечении через место стыка между отдельными отрезками трубы и полость между ними. На фиг.2 - 5 представлены перспективные виды,а на фиг.6 - 8 схематические виды сбоку, частично в поперечном сечении,иллюстрирующие формирование пенного изоляционного заполнения в полости согласно одному из воплощений изобретения На фиг.9 - 14 представлены схематические виды сбоку,частично в поперечном сечении,иллюстрирующие этапы формирования пенного заполнения в такой полости согласно второму воплощению изобретения. На фиг.14 А представлено поперечное сечение по линии А-А на фиг. 14 и На фиг.15 представлен схематический вид сбоку,частично в разрезе, иллюстрирующий третье воплощение устойчивой к вспучиванию структуры согласно изобретению На фиг.1 показана полость 10 между прилегающими концами отрезков труб 11 и 12,каждый из которых включает трубу 13,изолирующий материал 14 и цилиндрическую оболочку 16, обычно из полимерного материала. Концы труб 13 оставляют оголенными, чтобы обеспечить возможность сборки в месте 17. В одном из воплощений настоящего изобретения используют гибкий упругий лист 18 в форме спирали, как показано на фиг.2. В воплощении, описанном ниже со ссылками на фиг.2-8, пенная изолирующая масса 30 образуется в контакте с внутренней поверхностью листа 18,играющего роль заливочной формы. Как видно из фиг.2, в свободном состоянии лист 18 принимает форму цилиндрической спирали. В одном из предпочтительных воплощений настоящего способа, как показано на фиг.3, лист 18 частично не свернут в спираль, и его опускают поверх соединения, и, как видно на фиг.3 и 4, его помещают в такое положение, в котором он охватывает место соединения. Ширину листа 18 выбирают такой, чтобы обеспечить возможность наложения его сторон на соседние концы оболочки 16 трубы, как показано на фиг.6. В предпочтительной форме изобретения упругий лист 18 выбирается так, чтобы в разжатом состоянии, как видно на фиг.2, его диаметр был меньше, чем диаметр оболочки 16, тогда как его длина вдоль окружности была такой, чтобы в подогнанном положении, показанном на фиг.4,концы 19 и 21 перекрывались, при условии, что лист 18 находится в упруго разжатом состоянии. При этом условии упругая реакция заставляет лист 18 плотно сжиматься вокруг соседних концевых участков оболочки 16, и он удерживается в этом положении за счет сил трения. Как будет в последующем оценено, фрикционное удержание сильно облегчает позиционирование листа 18 вокруг полости 10 для образования заливочной формы. В качестве материала для упругого гибкого листа спиральной формы можно использовать другой аналогичный материал, в одной из предпочтительных форм изобретения упругий гибкий лист спиральной формы 18 представляет собой лист армированного волокном пластика, какой можно приобрести у компании,, . Предпочтительными волокнами, используемыми для изготовления композитного упругого армированного пластикового листа 18, являются волокна, имеющие модуль Юнга по крайней мере 50 ГПа. Такие волокна включают стекловолокно,арамидное волокно (например,(торговая марка), поставляемый фирмой ), углеродные и стальные волокна. Смолы, используемые для производства этих композитных материалов, могут включать эпоксидную,полиэфирную,полиуретановую, фенольную, полиамидные смолы и другие, известные специалистам в данной области. Например, может использоваться стекловолокно,заполненное эпоксидной смолой. Такие листы обычно имеют модуль Юнга 10 ГПа (измеренного по стандарту 638). Другим примером может служить использование листа на основе однонаправленного стекловолокна с эпоксидным наполнением. Такой лист обеспечивает модуль Юнга более чем 20 ГПа (по стандарту 638). Как видно из фиг.4 и 5, удерживающие элементы в виде лент 22, накладывают на лист 18, как показано на фиг.4 и 5. В этом примере ленты 22 охватывают формовочный лист 18, а их концы снабжены взаимно стягивающими элементами 23,обеспечивающими стягивание лент 22 с помощью стягивающих элементов 23. Могут быть использованы различные виды стягивающих элементов. Натяжение лент 22 оказывает противодействие любому возможному движению вдоль окружности,разъединяющему перекрывающиеся концы 19 и 21 в ответ на расширение, обусловленное введением пенного заполнителя. Лист 18 снабжен отверстиями 26 и 27 для загрузки наполнителя и дренажа. Процедура пенного заполнения сама по себе обычна, как показано на фиг.6, жидкое пенообразующее вещество 29 вводится через отверстие для заполнения 26. Для позиционирования пенообразующего вещества 29 в полости 10 в отверстие 26 может вводиться трубка 28. Жидким пенообразующим веществом 29 может быть,например,двухкомпонентное пенообразующее вещество на основе уретана, части которого смешивают незадолго перед введением через отверстие 26. Жидкое пенообразующее вещество 29 распространяется в пределах полости и затвердевает, образуя жесткое пенное заполнение 30. После того как композиция полностью вспенится и затвердеет, ленты 22 удаляют и лист 18 снимают,раскрывая вспененное и затвердевшее заполнение 30 в виде кольцевого тела, диаметром, весьма близким или равным диаметру оболочек 16 трубы. Желательно,чтобы внутренняя сторона формовочного листа 18 была покрыта антиадгезивом для облегчения и улучшения качества поверхности при снятии листа 18 с пенного заполнения 30. Такое покрытие может быть сделано путем,например,распыления силиконового антиадгезива или нанесением кистью слоя 3 карнаубского воска. В качестве альтернативы лист 18 может быть выстлан облегчающим отсоединение материалом, например, восковой бумагой или полиолефином, например, полиэтиленовой пленкой,покрытой силиконом. Чтобы предотвратить утечку пены из полости при ее распространении, на участки окружности оболочки 16 трубы, прилегающие к полости, под формовочный лист 18 можно подложить резиновую уплотняющую прокладку. Предпочтительно, чтобы пенное заполнение 30 было уплотнено для обеспечения водонепроницаемости путем наложения липкой ленты уплотнителя 34 вокруг концов оболочек 16 трубы и термоусадочной оболочки 36 над уплотнительными лентами 32 и 34, как показано на фиг.8, с последующим ее нагреванием, по крайней мере концевых участков оболочки 36,охватывающих уплотнительные ленты 32 и 34,чтобы обеспечить термоусадку оболочки 36 в плотное герметическое соединение с липкими уплотнительными лентами 32, 34 и с прилегающими участками оболочки 16 трубы. В некоторых случаях вся оболочка 36 может подвергаться термоусадке полностью, на всем соединении. Ниже, со ссылками на фиг.9-14 а, описывается второе предпочтительное воплощение. Для удобства описания элементы, аналогичные используемым в способе, описанном выше со ссылками на фиг.1-8, обозначены теми же номерами. Однако в этом примере липкие уплотнительные ленты 32 и 34 и термоусадочная оболочка 36 накладываются на соединение перед накладыванием формовочного листа 18, а тело пенной изоляции 30 формируется в контакте с внутренней поверхностью оболочки 36. Более того, лист 18 в этом примере выполняет роль гибкого, работающего на растяжение элемента,противостоящего вспучиванию оболочки 36 при расширении пенообразующего вещества 29. Чтобы предотвратить возможность усадки оболочки 36 вовнутрь полости 10, вокруг оболочки 36 накладывают аксиально прилегающие изнутри к концам оболочки 16 трубы теплозащитные ленты 38, например, устойчивые к высокой температуре теплоизолирующие ленты, такие как ленты из стеклоткани. Затем концы оболочки 36 подвергаются усадке,обеспечивая плотное герметичное соединение с уплотнительными лентами 32 и 34 и с концами оболочки 16, как видно из фиг. 11, например, путем нагревания концов оболочки 36 газовой горелкой 35. Перед или после усадки в стенках оболочки 36 формируют отверстие 41 для заполнения и дренажное отверстие 42, например, путем сверления через стенку. Эти отверстия 41 и 42 размещают так,чтобы они совпадали с отверстиями для заполнения и для дренажа 26 и 27 соответственно в накладываемом затем листе 18. Затем процедура в основном соответствует процедуре, описанной выше со ссылками на фиг.24 6, за исключением того, что лист 18 накладывается на внешнюю сторону оболочки 36. Если требуется, то, как только через отверстие 41 для заполнения введено достаточное количество пенообразующего вещества, в отверстие 41 вставляют временную пенную заглушку 43, чтобы дать возможность пене заполнить полость 10 внутри оболочки 36 без избыточной утечки пены через отверстие 41 для заполнения. Как только пена полностью сформируется,заполнит полость 10 внутри оболочки 36 и затвердеет, обвязочные ленты 22 и лист 18 удаляют. Временную пенную заглушку 43 удаляют и в заливное и дренажное отверстия 41 и 42 вставляют полимерные заливные пробки 44 и 46, которые заваривают,чтобы обеспечить водонепроницаемость оболочки 36. В одной из предпочтительных форм, чтобы облегчить приварку пробок 44 и 46 к сшитой оболочке 36, оболочка 36 может быть изготовлена со стенкой, имеющей наружный и внутренний слои 36 а и 36, внутренний слой 36, несшитый или сшитый в меньшей степени по сравнению с наружным слоем 36 а, который может быть сшит в значительно большей степени, так что полимерные пробки 44 и 46 а будут легко привариваться к участку 36, перекрывая отверстия 41 и 42,проделанные через оболочку 36. Эти две слоистые структуры для стенки оболочки 36 могут быть образованы путем совместного прокатывания листов материалов 36 а и 36 для формирования общепринятыми способами композитного листа, а также формирования рукава цилиндрической формы из этого композитного листа. В описанных выше примерах оболочка 36 может иметь толщину стенки, постоянную вдоль ширины рукава. При необходимости, однако, может использоваться оболочка, имеющая толщину стенки в ее средней части большую, чем в концевых частях,как это описано в упомянутом выше нашем патенте 6.355.318. Раскрытие сведений патента 6.355.318 в настоящем изобретении включено по упоминанию. Большая толщина стенки в средней части снижает возможность усадки оболочки в полость 10 в процессе нагревания концевых участков оболочки, как это было описано выше со ссылкой на фиг.11. Это устраняет необходимость использования теплоэкранирующих обвязок 38 для предотвращения термоусадки оболочки внутрь полости 10. Как отмечено выше, если в этом есть необходимость, лист 18 в вышеописанной процедуре дает возможность применять относительно тонкостенные оболочки 36, так как сама по себе оболочка не должна обладать прочностью, необходимой для противодействия давлению распространяющейся пены в процессе ее образования и отвердения в полости 10. Эту функцию противодействия давлению пены выполняет лист 18. Например, согласно способам, известным до настоящего изобретения, в случае оболочек большого диаметра для заделывания соединений трубопроводов, у которых наружный диаметр оболочки 16 составляет 1000 мм, для избежания вздутия необходимо было использовать оболочки,подобные оболочке 36 на фиг. 10, с толщиной стенки более 12 мм. В этих же условиях, используя способ одного из аспектов настоящего изобретения,описанный выше со ссылкой на фиг.9-14 а, на соединениях,диаметром 1000 мм,была использована оболочка толщиной 6 мм. При этом использовался предотвращающий вздутие лист 18,содержащий эпоксидную смолу, армированную стекловолокном. Пенное заполнение 30 содержало полиуретановую пену,образованную из двухкомпонентного пенообразующего состава, в котором эти две компоненты смешивались для образования жидкого пенообразующего материала 29. После того как пенообразующий материал 29 полностью вспенивался и фиксировался, было установлено, что окружность оболочки имела расширение не более 2, без видимого на глаз вздутия. Хотя армированные волокном пластиковые листовые материалы, описанные выше в качестве примеров одной из форм листового материала 18,обеспечивают достаточный предел прочности на разрыв, чтобы противодействовать давлению пены и избежать любой возможности вспучивания, для выполнения этой функции могут, разумеется, быть использованы и другие материалы. Например,формовочным листом может служить металлический лист. Например, может быть использован алюминиевый лист, модуль Юнга для которого обычно составляет 69 ГПа. Другим примером, в равной степени эффективным, как и описанный выше армированный волокном пластиковый лист или металлический лист,являются упругие листы из ткани, например,упругие тканые листы из высокоустойчивых к растяжению тканей, таких как пара-арамид(торговая марка ) или высокоустойчивые к растяжению стекловолокна. Такие металлические листы и листы из тканей применяются в качестве формовочных листов 18 таким же способом, как описано выше со ссылкой на фиг. 1-14, исключая случай, в котором листы не имеют вид упругой спирали, такие листы нуждаются в поддержке после обмотки вокруг полости 10, пока они не будут закреплены на месте с помощью охватывающих лент 22. Вместо наложения устраняющего вздутие листа 18 вокруг оболочки 36, как описано выше со ссылкой на фиг. 1-14 а, в следующем воплощении изобретения, например, как это показано на фиг. 15,вокруг оболочки накладывают гибкие, устойчивые к растяжению элементы в виде стягивающих элементов 51. В остальном процедура аналогична процедуре, описанной выше со ссылкой на фиг.914 а. Стягивающие элементы 51 натягиваются путем использования обычных устройств натяжения обвязочной ленты так, что они плотно контактируют с оболочкой 36 перед тем, как вводят пенообразующее вещество 29. Стягивающими элементами 51 могут быть,например,обычные полипропиленовые или нейлоновые тканые ленты, сплетенные, например,из многоволоконной пряжи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ заполнения пеной полости в соединении между отдельными отрезками трубы,включающий обертывание вокруг полости формовочного листа, включающего пластиковый лист,армированный волокном,с перекрывающимися противоположными концами для образования цилиндрической формы введение в упомянутую полость пенообразующего вещества для образования затвердевающей пены при этом формовочный лист обладает устойчивостью к растяжению, чтобы препятствовать вздутию при расширении пены,образующейся из пенообразующего вещества для образования затвердевающей пены наложение удерживающих элементов на форму для противодействия раздвиганию по окружности перекрывающихся концов при расширении заполнителя инициацию пенообразующего вещества к образованию пены и ее затвердеванию и удаление упомянутых удерживающих элементов и упомянутого формовочного листа. 2. Способ по п.1, где упомянутая пена образуется в контакте с внутренней поверхностью формовочного листа. 3. Способ по п.1 или 2, включающий наложение оболочки вокруг затвердевшей пены после удаления формовочного листа. 4. Способ по п.3, где упомянутая оболочка является,по крайней мере частично,термоусадочной, и включающий термоусадку по крайней мере участков упомянутой оболочки,обеспечивая плотный контакт с отдельными отрезками трубы, прилегающими к стыку. 5. Способ заполнения полости в соединении между отдельными отрезками трубы, включающий наложение оболочки вокруг полости, обертывание по крайней мере одним гибким, устойчивым к растяжению элементом вокруг оболочки введение пенообразующего вещества для формирования затвердевающей пены в указанную полость через отверстие в оболочке инициацию образования пены и ее затвердевания при этом гибкий элемент,обладающий устойчивостью к растяжению,противодействует вздутию оболочки при заполнении пеной,образующейся из пенообразующего вещества для формирования затвердевающей пены включающий операцию наложения удерживающего элемента на гибкий элемент для удержания гибкого элемента от расширения вдоль поверхности охвата при распространении заполнителя и удаление упомянутого гибкого элемента и упомянутого удерживающего элемента. 6. Способ по п.5, где упомянутая оболочка является,по крайней мере частично,термоусадочной, и включающий усадку по крайней 5 мере участков упомянутой оболочки,обеспечивающую плотный контакт с отдельными отрезками трубы, прилегающими к стыку. 7. Способ по п.5 или 6, где упомянутый по крайней мере один гибкий элемент включает по крайней мере два стягивающих элемента. 8. Способ по п.5 или 6, где упомянутый по крайней мере один гибкий элемент является гибким листом с перекрывающимися концами. 9. Способ по п.8, где упомянутый гибкий лист представляет собой пластиковый лист,армированный волокном, в виде упругой гибкой спирали. 10. Способ по п.8, где упомянутый гибкий лист представляет собой металлический лист. 11. Способ по п.8, где упомянутый гибкий лист представляет собой гибкий лист ткани, содержащей высокоустойчивые к растяжению волокна. 12. Способ по п.11, где упомянутыми волокнами являются параарамидное волокно или стекловолокно. 13. Способ по одному из п.п.3-12, где оболочка включает внутренний слой и наружный слой, и внутренний слой является несшитым или сшит в меньшей степени, чем наружный слой. 14. Устройство для заполнения пеной полости в соединениях между отдельными отрезками трубы,включающее пластиковый лист, армированный волокном, противоположные концы которого могут накладываться один на другой, формируя при этом цилиндрическую форму вокруг полости, и удерживающие элементы, накладываемые на лист,чтобы предотвратить раздвижение перекрывающихся концов листа при расширении наполнителя. 15. Устройство по п.14, где упомянутый лист имеет отверстие, через которое можно вводить жидкое пенообразующее вещество для образования пены.