将活性流体传送至远距离应用场所的装置体系和方法

专利名称：将活性流体传送至远距离应用场所的装置体系和方法
技术领域：
本发明涉及的是流体输送体系的领域，用于以控制的流量和流量比向远距离地点供应多种材料。
背景技术：
在许多建筑工地和不同的商业操作中，可能会有两种或更多的流体必须分开并以控制的流量或流量比被传送至远距离的地点。这些操作的例子有通过在管子的内表面上涂覆一层衬里或在管壁的裂缝处抹胶泥以修复地下管道。还有的例子是在房屋或建筑工地诸如桥梁，停车场结构和房屋地基处供应液体或流体材料，这些地方往往不能直接接近。再有的例子就是向矿井、检修孔、地下箱罐或贮存槽，海底位置和水坝供应材料。必须分开地供应而其比例必须严格控制的材料例子是一些活性组分。它们之间必须避免过早地相互起反应而且要维持反应的化学计量。联合物体系，例如环氧树脂类，聚氨酯，聚脲和聚丙烯酰胺是显著的例子。
用于运送水、污水，或排水的地下管道是最好的说明性例证。这些管道由于腐蚀、有机物生长、根的渗入、交通负载，地面移动，和一般质量退化很容易受到损坏。这种退化造成通过管道的液流受阻，有时甚至致使管子的崩溃。一个退化的下水道管，例如，可以使污水漏出，沾污了地下水和土壤的形成，或者，也可能让地下水渗入从而不必要地增加了至处理工地的流量。
更换下水道管子是非常费钱的，而且更换常会引起严重的地面上混乱。为了避免这些混乱，已经发展出不需要更换地下管子或挖掘沟壕而代之以使用遥控方法在管子内壁上涂覆一层衬里以修复下水道管的方法。
一种就地添加衬里的方法包括在管子中插入一个由可固化树脂制成的柔软和挠性的管状衬圈。一旦插入后，衬圈被流体或空气紧紧压在管壁上令其固化。这操作程序是非常棘手的，因为未固化的衬圈很难在管子内操作，而且也不能完全保证衬圈被安置得适当或在其整个长度上受到均匀地压制以获得理想的修复程度。
另一种通过遥控涂覆衬里的方法是在管内插入一根长的挠性导管并在管子的端头处通过一个喷嘴喷出一种树脂涂在管子的内壁上，喷出后令树脂就地固化。以这种方式涂覆的许多树脂是双组分树脂，例如环氧树脂，聚氧酯，和聚脲。为了获得最大的效应，这些活性树脂体系的两个组分必须保持分开，一直等到它们到达管内的应用地点时为止，因此它们必须分开地被泵吸。对这种方式的涂覆，目前的泵吸方法使用机械随动的往复式配量泵。
一般说来，双组分活性树脂体系和多组分活性体系的一个困难是各种不同的组分都是以一个特定的化学计量比率相反应的，任何一种组分的超量都会在树脂固化以后造成有未经反应材料的存在。除了因馈入未经反应材料导致无效应外，留在树脂内的未反应组分还将降低衬里的质量。此外，未反应的组分可能会缓慢地从衬里中泄滤出沾污了流经管子的流体。为了最大的效率、衬里的质量及有时也为了安全，在应用地点维持两种组分的准确化学计量比率因此是很重要的。
当使用配量泵时，流量比的可接受控制和稳定性只能在远低于该泵能力的泵速下获得，因为代表这些泵的特征的大部分的脉动都在下一次冲程完成之前被处于泵和喷雾嘴之间的挠性导管上积聚的压力和由喷嘴本身所抑制了。当导管远端处没有反压力或很少反压力时问题就特别严重了。然而，配量泵的通常能力低于每分钟3加仑(每小时0.7立方米)。因此，为了减小这些泵的脉动，泵速必须限制在大约每分钟1加仑(每小时0.23立方米)。这对于小口径的管子是可以接受的，但对大口径的管子却不行，然而在许多下水道体系中和其它的运水体系中通常用的都是大口径管子。还有配量泵在比率调整方面具有很有限的可变化性，因为它们主要是由泵的汽缸比率所支配的。
双组分活性体系的另一个困难是组分的流量能由于粘度，温度的不同，和影响组分密度的其它因素，以及泵的磨损度和用作导管的软管情况而有变化。流量通常都是通过压降来衡量的，而粘度，温度，和上面所列的其它因素都能影响沾着流动通道的压降因而给出与质量流变化无关的读数。

发明内容
据现在发现，只能在远距离位置处才相接触的多种组分是可以通过对各组分的流量以高度比率控制和宽范围的流量包括高容积流量而被传送至该位置。这个发现对于就地涂覆由多组分材料组成的管子衬里和对于任何场地定位的位置包括建筑工地，地下工地，海底工地和前述的其它远距离位置是很有用的。这个结果是通过一种装置体系达成的，该体系包括用于各单独活性组分的分开的新月形内啮合齿轮泵和一个控制环路，该环路又包括测量每一组分的质量流量的各个流量计和将测得的流量与一预先选定的数值作比较并发出信号以调节泵速改正与预定值的偏差的一个自动控制器。以这种方式控制的流体通过分开的导管，最好是一种包含有对个别组分分开的间片内隙的多间片内隙缆索被运送至远距离的位置，不论是一个管子的内部，一个不能接近的建筑工地或是上面所列举的其它任何应用场所。各个组分在导管远端处的有关地点被合在一起，并沉积，分配，或扩散开。
新月形内啮合齿轮泵提供一个没有脉动的平稳流动和在流量比上连续的变异，以容许对流体的连续调节去改正与理想比率些微的偏差而不致对调节加以基于设备的限制。质量流计容许该体系通过质量而不是通过压降提供比率的控制。质量流控制允许连续和精确地维持反应的化学计量，并且避免了基于能影响组分密度或压力下降而不是质量的因素的调节。
在某些应用中，除了主要的反应组分外还可能包括体系组分，为的是改进被沉积材料的性质，例如，在管子衬里的情况中衬里的物理或化学特性，或是为了加快反应的速度，或是一般地为了改变进程的任何参数或特征。本发明的体系可以随意地包括入这些另加的组分，容许它们以与主要组分同样方式控制的流量被单独地泵吸和传送至应用场所。
本发明的这些和其它的特征，优点和实施例都将在本说明书的随后部分中予以详述。


图1是根据本发明的管子衬里体系的工序流程图；图2是适用于通过一个地下管道运送管子衬里成分的单独组分的一根多间片内隙缆索的横截面图。
具体实施例方式
一个新月形内啮合齿轮泵具有两个圆齿轮，也就是，一个带有向内伸展齿的外齿轮与一个带有向外伸展齿的内齿轮相啮合，两个齿轮在一个共同的外壳内转动但是位于不同的平行轴上，平行轴使得两个齿轮处于偏心的关系，在两者之间留出一个新月形的空间。绝大部分新月形的空间由一个新月形的插入物所占有，插入物在其本身与齿轮的齿尖之间只留出紧密的间隙。两个齿轮中任一个都可以用作驱动齿轮，虽然最好是以内齿轮作驱动齿轮。当齿轮的齿脱离啮合时它们之间就开创出多个空隙，齿轮转动时空隙随即扩张产生一个吸力将流体引入齿轮之间的空间，由此进入泵内。当齿轮又回到啮合，齿周围的容积又减小，因而增加了压力迫使流体穿过一个出口被排出。这样流量就是由齿轮的转动速度来确定。典型的新月形内啮合齿轮泵在内齿轮上具有十三个齿而在外齿轮上具有十七个齿，操动的速度大约为400至6000rpm，最好是大约为700至3600rpm，而每一次转动的排出量为大约0.3至15立方时(大约0.005至0.25公升)。较可取的泵是那些具有连续调整差率的压力从大约2000psi至大约6000psi的泵，其最高压力为从大约3000psi至大约5000psi。不论是单级泵或是多级泵(通常是双级)都可以使用。新月形内啮合齿轮泵在市场上都能从泵供应商处购到，例如美国北卡罗来纳州门罗的Imo泵。
每一个新月形内啮合齿轮泵都可以由一个带有常规的可变或可调节的频率驱动的发动机所驱动。这种型式的频率驱动可以从市场供应商处立即购到，例如美国新泽西州Saddle Brook的美国Fuji电气公司。特别为频率驱动发动机设计的泵可以从美国康乃狄格州Plainvillc的GE工业系统及美国阿肯色州Fort Smith的Baldor电气公司购得。一种典型的频率驱动是可以从Fuji电气公司和从GE工业系统购得的Model AF-300Gil。
根据本发明，质量流量是使用一种已知结构的流量计测量的，其操作原理是它测量的是质量流量而并不测量简单的容积的或线性的流量，也并不显著地受到能影响压力下降或其它与质量流量无关的流动参数的影响。
各种不同型式的质量流量计都为众所周知及能在市场上购到。其中任何型式都能应用于本发明的实践中。这些型式的流量计中还包括热流量计，电子流量计，和科里奥利(Coriolis)式流量计，其中以科里奥利式流量计最为适用。
在科里奥利式流量计中，待测量其质量流量的流体流经一个振荡摆动的软管，这是由于一个电磁传动装置施加正弦波电压所致。流动的流体施加科里奥利式于软管上，改变了振荡方式，使得沾着软管的几个点的振荡相位与沿着软管上其它的点的相位不协调。这不同的大小直接关系到穿过软管的质量流并且被用来作为测量质量流的一种方法。这种科里奥利式质量流量计可以从市场上的仪表供应商处购得，例如，美国印第安纳州Greenwood的Endress+Hauser公司和美国乔治亚州Newnan的美国Yokogawa公司。
自动的过程控制可以通过常规的软件达成，这种软件可由任何对化学过程的计算机控制使用熟练的人很快地编制程序。一个可有效地使用的软件例子就是装设在一个个人计算机，例如一个IBM兼容计算机上的LabVIEW过程控制软件。
将个别的活性组分运送到应用场所，该应用场所可能是一个管子内部或是其它远距离的或不能接近的位置，是可以通过使用常规的流体流导管来达成，这种导管可以使各组分始终保持分开一直等到到达应用场所时为止。在管子内部的实例中最理想的导管是那种能够由一个远距离驱动器以控制的速度拉动穿过的导管。管子的导管从而可以沿着管壁沉积一个厚度适当的涂层。各种个别的组分就在导管的远端处混合作为混合物被运送出，沉积在应用地点处并且于此同时相互起反应。单独的导管是能够用的，虽然最好还是使用一种多间片内隙缆索(通常在业内称作一种“连接缆索”)用作为对组分的一条馈入线。最好的多间片内隙缆索既包括了用于衬里成分的组分的间片内隙，另外还包括有用于温度控制的间片内隙，例如加热水的周流或任何其它的液体传热媒体。更多的间片内隙还可以被包括以用作另加的目的，例如向在缆索端头处的有动力装置的涂覆器头供应电力，提供温度和压力传感器，接受和传送来自温度和压力传感器的信号，提供信号传送例如视频信号以容许在远处的(例如地面上的)监控器上观察涂覆位置的显像，在缆索端头处提供对机器人器具的控制以及向一个光源供应电力以增强视频发送机。
在多间片内隙缆索远端处的涂覆器可以是任何装置，它将各组分合在一起，然后将它们导向所要求的涂覆地点。在本发明的实施例中是向管子内壁涂覆衬里，涂覆器可以是一个喷雾嘴，有无空气助推都可以，一个扇风装置，一个离心铸塑机，或者任何其它的能将混合物均匀地导向管子四周的周边上的喷出装置。对于本发明的涂覆，其中需要360度的涂覆，最好使用一种旋转喷雾器，特别是一种具有两个同时在相反方向上转动的转子的那种。在管子内部涂覆中，这将避免或减小任何涂层厚度的差异，这种差异要不然就会在管壁表面的突出处或其它不规则处的周围形成。喷雾器可以安装在一个推车上，这所谓的推车用在这里指的是任何可移动的支座可以被促使以极小的阻力沾着管子的长度行进并将喷雾器安置在大约为管子的中心处，从而当导管被穿过管子拉动时喷雾器沾着管子的轴线行进。
本发明适用于某些合成物的沉积，这种合成物是由两个或更多的组分在相接触时起反应而形成，因此它们必须被保持不相接触，直至等它们到达涂覆地点时为止以防止过早的反应。这描述适用于许多聚合物。两组分的聚合物体系例子包括有，但并不仅限于环氧树脂类，聚氨酯，聚脲和聚酯。其中以环氧树脂类最值得注意，特别是对于管子衬里的涂覆。为了发挥最佳操作效能，单独的组分被保持在预定的温度范围内以控制粘度和保持一个均匀的浓稠度。
根据本发明，装置体系中还可以包括另加的泵和运送线以将另加的组分供应给地面上的混合地点或者通过多间片内隙缆索中分开的间片内隙供应给涂覆地点。对于聚合物体系，这种另加的组分可以包括调节剂，例如胶凝剂，加速剂，催化剂，和稀释剂，或者任何能够被用以控制反应速度或聚合物涂层的物理或化学特性的组分。
图1中描绘的体系代表一种管子衬里体系，虽然本发明也可以按许多不同的构形和安排予以实施。在这体系中，一个双组分聚合物的两个组分被贮放在分开的调节箱11和12内，调节箱是一个加套壳容器，其套壳内通过单独的水泵14、15从一个锅炉13供应加热的水。该容器也可以包以惰性气体。形成聚合物的两个组分是由初始泵16、17从调节箱内吸取的，在这例子中的初始泵是常规的三螺旋泵。适用的范例可以在市场上从Imo泵公司和其它泵供应商购得。螺旋泵将组分经由回流环路18、19穿过调节箱周流。
每个组分流于是由新月形内啮合齿轮泵21，22从回流线路吸出再馈入多间片内隙或“连接”缆索23的个别间片内隙中。由新月形内啮合齿轮泵产生的质量流量由分别的科里奥利式流量计24，25检测得。在每个新月形内啮合齿轮泵的输出线路上三通阀26，27使泵的输出物或是导回至回流环路18，19或是导向连接缆索。
连接缆索23的地面上部分被安装在一个卷绕轮28上，并由一个线性缆索牵引装置29拉在卷绕轮上或从其拉出，牵引装置控制着缆索的线性速度。缆索的温度由一个水泵30从锅炉13分别供应热水来加以控制。另一种办法是缆索的温度由一个延伸于缆索全长的电热器(图中未显示)予以控制。在连接缆索的远端处有一个显像摄影机34，一个固定或活动的混合器31和一个装在一辆推车33上的涂覆器头32。也包括一个显像摄影机34是为了能容许在涂覆工序进行之前或在进行中观察管子的内部。
一个工序逻辑控制器41接收来自质量流量计24，25和来自体系上各种不同的数据搜集点。例如热电偶，压力传感器，缆索速度指示器和液位指示器(都未在图中显示)的信号，并发送信号给各不同的组分，例如新月形内啮合齿轮泵和线性缆索牵引装置以控制与这些组分有关的工序参数。如上所述，用于另加的组分的另加馈入线路可以加入包括在连接缆索内或用于在进入连接缆索之前或沿着图中所示的工序流程线路上的任何地点处与体系的组分相混合。
图2描绘了一个在本发明的实践中适用于运送双组分活性聚合物如一种环氧树脂的连接(或多间片内隙)缆索51。图中所示的横截面中显示出该缆索包括一个由嵌在聚合物中的编织套筒构成的外护套52。两个间片内隙53、54被包括在内用以运送衬里成分的分别组分。另加的间片内隙55、56被包括在内用于加热水的周流。这些都是闭合的间片内隙在远端处相连接，其中的一个用于流入而另一个用于回流。剩下的间片内隙由电力线，传感器线，控制器线和视频电缆所占用。另加的流体间片内隙可以加入用以运送调节剂或用于涂覆的聚合物成分的其它添加剂。
上面的描述的目的是为了说明。
仍能体现本发明基本原理的进一步更动和修改对于熟悉本专业的人士都能立即被体会，并被包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于将多种活性流体以控制的流量而不会过早起反应地涂覆到一个远距离涂覆地点的装置体系，所述体系包括多个贮存器，每个贮存器盛装其中一种所述活性流体。每个所述贮存器都有一个独立的出口线路用以排出所述贮存器的容纳物；一个在每个所述独立出口线路上的新月形内啮合齿轮泵用以分别为每个所述活性流体产生一个选定流量的独立流动流；多个质量流量的测量装置用以连续地测量每个独立流动流的质量流量和用以产生代表这样测出的每个质量流量的独立的信号；一个单独的自动控制器，接收所有的所述独立信号，将所述信号与一个目标作比较和支配每个新月形内啮合齿轮泵的速度以改正与所述目标的偏离；多个运送装置用以分开地接纳所述新月形内啮合齿轮泵的输出流，分开地运送所述输出流至所述远距离应用场所，和将所述输出流在所述远距离应用场所予以合并；和涂覆装置用以在所述远距离应用场所分配所述合并的输出流。
2.根据权利要求1的体系，其中所述质量流量的测量装置包括多个单独的科里奥利式质量流量计，一个这样的流量计安装在每个所述出口线路上。
3.根据权利要求1的体系，其中每个所述出口线路包括一个回流环路和一个从所述回流环路吸引活性流体的泄流器，而每个所述新月形内啮合齿轮泵就装在所述泄流器上。
4.根据权利要求1的体系还包括多个独立的可变频率驱动发动机，一个所述发动机驱动每个所述新月形内啮合齿轮泵，所述控制器通过调节所述可变频率支配所述新月形内啮合齿轮泵的速度。
5.根据权利要求1的体系，其中所述质量流量测定装置被放置在所述新月内啮合齿轮泵的上游。
6.根据权利要求1的体系，其中所述运送装置包括一个带有为每个所述输出流而设的单独间片内隙的多间片内隙缆索。
7.根据权利要求1的体系，其中所述新月形内啮合齿轮泵各具有从大约2000psi至在约6000psi的连续调整差率的压力，而其最高压力为从大约3000psi至大约5000psi。
8.根据权利要求1的体系，还包括用于拉动所述运送装置穿过地下管子的牵引装置。
9.根据权利要求1的体系，其中所述贮存器是温度控制的。
10.根据权利要求6的体系，其中所述贮存器和所述多间片内隙缆索都是温度控制的。
11.根据权利要求6的体系，其中所述多间片内隙缆索还包括水周流间片内隙用以对流过所述多间片内隙缆索的其它流体作温度控制。
12.根据权利要求1的体系，还包括一个推车其构形能支承所述涂覆装置在管内维持与所述管子轴向列成一线，同时允许所述涂覆装置轴向穿过所述管子移动。
13.根据权利要求6的体系，还包括位于所述多间片内隙缆索和所述涂覆装之间的混合器装置。
14.根据权利要求1的体系，其中所述涂覆装置是一个喷雾嘴。
15.一种以控制的量和不使其过早相反应地将多种活性流体涂覆到一个远距离涂覆地点的方法，所述方法包括(a)通过对每个所述活性流体使用个别的新月形内啮合齿轮泵将所述活性流体独立地泵吸至所述远距离涂覆地点，所述泵由一个控制环路以控制的速度操动，该控制环路包括(i)多个质量流量计，其中的每一个测量一种所述活性流体的质量流量；(ii)多个可变频率泵驱动器，其中的每一个驱动一个所述新月形内啮合齿轮泵；和(iii)一个自动控制器接收来自所有的所述质量流量计的输入信号，将所述输入信号与一个在所有所述活性流体的质量流量中的预定关系作比较，和发送出代表所述输入信号与所述预定关系之间的差异的信号，和(b)在所述远距离涂覆地点将所述活性流体合并并在所述远距离涂覆地点分配所述合并的活性流体。
16.根据权利要求15的方法，其中所述质量流量计是科里奥利式质量流量计。
17.根据权利要求15的方法，其中步骤(a)包括将像那样泵吸到的所述活性流体运送通过一条温度控制的多间片内隙缆索里的个别间片内隙运送到所述远距离应用场所处。
18.根据权利要求17的方法，其中所述温度控制的多间片内隙缆索的温度控制是通过将加热的传热流体周流穿过所述多间片内隙缆索而达成的。
19.根据权利要求15的方法，其中步骤(a)包括以从大约每小时1立方米至大约每小时150立方米的流量率泵取所述活性流体。
20.根据权利要求15的方法，其中步骤(a)包括以从大约每小时3立方米至大约每小时50立方米的流量率泵取所述活性流体。
21.根据权利要求15的方法，其中所述远距离涂覆地点是一个管子的内部。步骤(b)包括通过一个可移动的涂覆头将所述合并的活性流体分配到所述管子内部，和所述方法还包括将所述可移动涂覆头以控制的速度沿着所述管子的轴心线拉动。
22.根据权利要求15的方法，其中所述活性流体是一种双组分环氧树脂的单独组分。
全文摘要
在相接触时方起反应及准备在远离或不易接近的应用场所才将其合并的活性流体是由分开的新月形内啮合齿轮泵运送到该场所的，该齿轮泵的泵取率是由一个控制环路使用个别的质量流量计和一个共同的自动控制器予以支配的。在最佳的实施例中，一个多间片内隙缆索被用来将泵输出物个别地运送至应用场所，而一个在缆索远端的涂覆头将单独的流体合并和分配到需要的地点。本发明可以用于许多不同的活性体系和应用场所，但是用于将双组分环氧树脂衬里涂覆到地下的管道上时特别有效。
文档编号B05CGK1695823SQ20041005442
公开日2005年11月16日 申请日期2004年7月16日 优先权日2004年5月10日
发明者莫鸿稳 申请人:高立科技有限公司