用于制造管衬的系统和方法

专利名称：用于制造管衬的系统和方法
技术领域：
在某些方面中，本发明涉及用于制造管衬的系统和方法、涉及有 村里的管和管道、涉及具有衬和纤维光学传感器的管道、涉及用于为 管加村里的方法和管村，而在某些具体方面中，涉及连续加固的热塑 性管衬，该热塑性管衬可在剥蚀管衬的修复中用作独立管衬。
第一和第三发明的
背景技术：
液体和气体的管道和/或地下输送已使用了许多年。所述管道和/
或地下输送已证实是用于长距离输送潜在爆炸性、易燃性、和/或有毒 液体(例如，原油)和气体(例如，甲烷和丙烷)的一种有效且安全 的方式。提供这种长距离输送的一种方法是通过金属管和管道。在过 去，从成本和原材料供应的观点来看，金属(诸如钢、铜、铅等)的 利用是有效的。然而，随着全世界的人口增长并且将液体和气体输送 到更多地方的需求增加，由于多种原因导致这种金属物品的继续使用 变得越来越难。最初，所述金属管和管道的制造是在特定铸造车间(这 些铸造车间通常位于离所需安装位置较远的距离处)在高温制造方法 下进行的。这种非现场制造可能需要将笨重的金属物品输送到安装位 置，之后顺序地布置到已挖出的沟渠中。由于金属物品较重并且必须 连接在一起以形成预期的管道，因此可能难以执行这些程序。另外， 为了减少独立管之间连接部的数量，可形成较长的金属管，伴随着所 需焊接连接的增加而增加了复杂性。与金属管和管道相关的其它问题
包括内部和外部腐蚀(这可能污染所输送的液体或气体)的可能性； 土地位移阻力的低阈值，这可能造成管道内部的损坏；以及在更换部 分中磨损的金属管的困难，这也是由于金属管重量、金属管长度、以
及连接焊接而导致的。这些问题已证实在某些地理区域(所述地理区 域是经常遭遇地震的区域)中是极为麻烦的。在过去，当发生预料不 到的地震时，证实金属气体和液体管道不具有足够的挠性以承受施加 于其上的剪切力，并且导致这些地区发生爆炸、泄漏或中断供应。这 些金属物品保持在用的原因是它们能承受高压力。此外，尽管所述金
属管被设计成可承受这种高压力(例如，超过80巴)，但一旦在实际 金属管结构中出现裂缝，已经发现所述裂缝会容易地蔓延且尺寸扩大， 并且在连续的高压力施加于同一变弱区域的情况下可能会更大。因此 在这种情况下，除非进行了封闭并且采取了修补或更换，否则即将发 生管的故障。
尽管在全世界的各个地区均需要制造新管道，但也存在日益增长 的更换已在用的日益退化的管道的需求。老化的管道近年来导致了与 使用这种老化物品的安全性有关的问题。预料不到的爆炸已产生了悲 剧性结果。因此一些老旧金属管的彻底检查和更换是必要的。这些老 旧金属管中的一些构建在过去是郊区而现在是人口众多的市区的地区 中，因此增加了与发生故障有关的危险。期望沿着相同的精确路线完 全更换旧的管道。在人口众多的地区，挖掘和更换方法变得极为困难、 不便且费用大。
由于以上提到的困难，需要开发比较安全、持续时间较长、易于 安装、不腐蚀、不传递裂缝以及挠性好的管线材料。目前已经有一些 为这样的应用设计的热固性或者热塑性物品。这些包括某些纤维缠绕 强化材料(包括玻璃纤维、聚芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、碳纤维等)。 但是，所获得的产品不包括特定的织物强化产品(它们是缠绕特定的 塑料材料层的纤维)，因此难以制造并且成本高。另外，这样的纤维缠 绕材料通常不易在管安装地点被生产，这是由于在热塑性或者热固性 层生产后形成纤维缠绕强化物品的复杂性所导致的。另外，对于非就 地生产，输送和地面放置可能是困难的问题。这样，尽管过去已经对 金属管和管道提出了一些改进，但在目前本发明人所知的符合地下液
高压金属物品的方式的可行的选择方案。
管衬已经用于多种应用中以阻止管线由于内部腐蚀而导致的进一 步劣化、增大耐腐蚀能力以及阻止在接头处的泄漏。管衬通常被设计 成只抵抗安装载荷并且用作被传输的流体的压力阻隔元件。操作载荷 被直接传送到可能已经超过其设计寿命的主管壁并且由主管壁承受。 管衬通常不恢复管线的操作参数。管村具有多种已知的形式。这些包
括现场固化管("CIPP")。 CIPP产品是浸渍有未固化热固性树脂的纤 维强化产品，主要用于下水道和总水管修复。CIPP被插入到主管中
并且膨胀接触主管壁并且通常通过将加热的水泵送通过被管线加强的
CIPP而被固化。CIPP村被设计成仅抵抗安装作用力并且通常不用于
提高主管的强度，或对提高主管的强度作用不大。另外，它们通常不
免于受到外部腐蚀。这种类型的管衬的示例被披露在美国专利us
4,064,211和US 6，708，729中(并且在这里所述的现有技术中)。这样 的管衬的使用已经在工业文献中被记载并且不适用于高压的情况下。
另一种类型的现有技术管线是挤压热塑性管衬。这些产品是诸如 HDPE (高密度聚乙烯)、尼龙、PVC (聚氯乙烯)合金以及其他这样 的常用于管道输送应用和/或减轻腐蚀的材料的连续多段热塑性材料。 这些材料有时组合使用(即，多层不同的材料)或者具有间断的纤维 强化段以提高性能。这种类型的产品的限制是它取决于主管线的强度 以抵抗操作应力；它具有有限的拉伸强度，因此仅以较短的长度被拉 到主管线中，通常一英里或者更小；并且它不能免于受到外部腐蚀。 这种产品的另 一个限制是流体能够渗透壁。所有热塑性材料在一定程 度上是可渗透的。渗透的气体会被收集在压力可能增大到达管线的操 作压力的水平的管衬主管界面的空间中。当管线压力突降时，被收集 的气体遵循通常的气体定律并且膨胀。这样的膨胀通常导致管村弯曲 (所谓的"衬塌陷")。因此，具有聚合物管衬的管线通常装有"排气 系统"并且建立操作程序"排出"渗透的流体(例如见美国专利US 5,072,622，其中描述了一种在使得管衬坍塌前排出这样的气体的方 法)。开发的用于安装热塑性管衬的方法包括锻衬，利用特定尺寸的辊
和衬张力减小管衬的直径(例如见美国专利US6，240，612)，以及其中 圆衬被折成"C"、 "H"、 "W"、 "U，，或者其他便于插入的形状的"弯 折和成形"方法(例如见美国专利US 4,863,365、 4,985,196、 4,998,871 和6,058,978)。包括这样的管衬的使用的应用在工业文献中被描述。
另一种公知的用于管线修复的管衬产品和方法是可被拉到或者插 入主管中的挠性且刚性的可巻绕复合管件。可巻绕复合管件的直径远 小于主管的直径以使其被安装。该管和安装方法可增大管线额定压力 以及提高内部和外部的抗腐蚀性，但是会导致主管的有效内径大大减 小。这导致管线操作费用增大。该产品的其他重要的限制是为了节省 成本而在公路输送足够连续长度的直径大于约4英寸的刚性可巻绕管 的困难(例如见美国专利US 3,769,127、 4,053,343、 5,755,266、 5,828,003 和6，065，540 )。
另 一种公知的用于管线修复的管衬产品和方法是可被拉到或者插 入主管中的强化热塑性管。该产品通常包括由包覆层保护的纤维或者 带所强化的挤压热塑性衬。这种挠性好且具有刚性的管和方法可增大 管线额定压力以及提高内部和外部的抗腐蚀性，但是会导致主管的有 效内径大大减小，导致管线操作费用增大。该方法的另一个限制是为 了节省成本而在公路输送足够连续长度的直径大于约4英寸的刚性管 的困难(例如见美国专利US 2，502，638、 4,000,759、 4，384，595、 5,072,622 和6,305,423 )。
巻绕纤维强化塑料管通常具有多种形式，包括其中特定缠绕段(例 如30英尺)被生产的间断段产品和连续段产品，通常被称为"可巻绕 的复合管"或者"SCP"。 一种公知类型的SCP使用在聚合物基质(例 如环氧树脂或者聚酯)中被巻绕纤维层强化的聚合物衬或者芯管(例 如见美国专利US 6,782,932、 5,933,945、 5,921,285、 4,384,595、 4,142,352 和4,120,324)。另一种公知类型的SCP具有利用其中在聚合物衬移动 通过设备时材料从绕聚合物村转动的巻筒或者辊拉出的巻绕工艺被巻 绕带或者纤维强化的聚合物衬或者芯管(例如见美国专利US 2，502，638、 3,616,072、 4,259,139和4，495，018和于2003年1月27日
提出的申请号为351,350的美国专利申请乂>开号20040144440)。

发明内容
在至少某些实施例中，本发明披露了管衬及其制造方法、安装方 法、以及具有多部件衬的衬管或管线，在一方面，光纤传感器系统和/ 或通讯系统，例如光纤通讯系统。
根据本发明的某些实施例的某些管衬为独立支撑结构，并且能够 承受操作和安装载荷，还可利用埋入的测量和冗余感测装置连续检测 修复管线的整体性。本发明还披露能够通过通讯系统(例如具有光纤 电缆和/或设备的光纤通讯系统)进行通讯/控制的衬管或管线，在一 方面，具有用于任何渗透流体的收集和去除装置。在某些特定方面， 本发明披露在不挖掘和不更换的情况下被修复到初始或者接近初始技 术要求的管线(例如较大直径的受损管线)。
在至少某些方面，本发明披露可作为用于将管或者主管修复到(或 者接近)其初始性能参数和初始使用寿命的独立支撑管衬被安装的重 量轻、强度高、挠性的多部件管衬结构，同时增大内部和外部腐蚀防 护以及提高对例如在地震、事故和恐怖主义袭击中所遭受的破坏的防 护。在某些方面，这里所用的"独立支撑"管衬是在没有辅助装置的 情况下承受所有(或者基本所有)安装和操作载荷的管衬。
在至少某些方面，本发明披露具有足够的轴向强度使得现有的管 线的长度超过几英里(例如超过5英里或者超过10英里)的衬，在一 方面，利用单拉装置。
在至少某些方面，本发明披露在管或者管线内用于收集或者处理 渗透流体(特别是气体)的装置和结构，渗透流体可能在管线压力减 小(并且在一些情况下突降)时使得压力阻隔层坍塌。
在至少某些方面，本发明披露用于连续测量和监测管线完整性的 方法。
在至少某些方面，本发明披露用于管线设备、管线控制装置和控 制阀的远程操作的设备和系统。
在至少某些方面，本发明披露连续段独立支撑强化热塑性管衬，
其中包括 一个聚合物材料层；两个或者多个织物强化材料层；用于 拉动和增大强度的轴向强度增强装置(例如，在某些方面，例如由碳 纤维基材料或者这里披露的任何适合的高强度纤维或者材料制成的轴 向带(在一方面，纤维带)或者短袜或者平管)；关于织物强化的锁定 带的巻绕纤维；另外， 一个或者一系列光纤电缆；另外，这些电缆被 保护层覆盖，例如保护性聚合物层，在某些方面，减小安装损害并且 提供用于收集和排出渗透流体的结构。另外，本发明所涉及的衬包括 在聚合物包覆层内和/或织物强化材料(例如但不限于SARAN (TM) 材料)最外层上的热塑性薄膜层。在某些方面，本发明所涉及的管衬 被设计成在高达2000psi( 136巴)的最大容许操作压力下长期使用(五 十年或者更长)，相对于短期爆裂的安全系数在2.8至3.8之间。
在一个特定的方面，本发明所涉及的管衬的第一层为第一聚合物 层，所述第一聚合物层为挤压圆筒热塑性或者改性热固性树脂材料， 诸如聚烯烃、聚酰胺、聚氯乙稀及其合金、HDPE和具有可用于包括 碳氢化合物和水的运输的应用中的足够的耐化学腐蚀和强度的聚合物 材料。这样的材料容易在世界范围内使用，并且在天然气、碳氢化合 物和水的运输中大量使用。在长时间、可运输和长度方面挤压圓筒被 生产以便于检查和输送到制造地点。这些间断段的聚合物材料的圆筒 被焊接在一起(例如利用熔化焊接)以形成用于管衬的连续长度内压 力阻隔层。利用当前的技术结合最好是快速冷却技术进行焊接以加快 加工速度。另外，在加工过程中，外部和内部焊珠被去除并且每一个 焊缝经受100%体积非破坏性整体性测试。
内压力施加在非强化圆筒上导致其直径膨胀，从而使得壁厚薄到 破裂点或者压力中断。过去使用的挤压热塑性管衬取决于主管的壁厚 以在不破坏管衬的情况下限制膨胀和支撑所施加的压力。强化塑料管 的开发表明在挤压的衬上施加强化使得管抵抗较高的压力。在本发明 所涉及的衬的某些方面，第一聚合物层具有范围在26至36之间的圆 筒外径与壁厚的比，有时被称为标准尺寸比("SDR，，)。该比率能够在 不弯曲圆筒的情况下处理圆筒，同时提高管衬的所需挠性。
加在管衬的第一层圆筒上的强化是在张紧的情况下施加的两个或 者至少两个织物层(最好但不是必须的，单向织物)，在一方面，以基 本相同但相反的角度(即，相对于管衬轴线，正负相同的角度)。在某 些方面，管衬的每一个强化层是单一宽度的织物。织物的每一宽度可 具有几个不同的强化材料的厚度。在某些方面，所用的材料是通常被 称为"弹道材料"或者"伸直链聚乙烯弹道材料"的几种高级强化纤 维材料中的一种。该材料重量轻，表现高的特定强度，高的特定硬度， 低延伸率或者伸展性，在某些方面与内衬材料类似。
在某些方面，织物的宽度由以下关系式确定 覆盖率=WN/7cDcos(|)
其中W是织物的宽度，N是织物层数，D是管村的外径，以及(j) 是织物巻绕角。对于一层，N-l。例如，在一个特定的情况下 在N-1时，覆盖率- W/7tDcos(J) 对于100%覆盖率覆盖率=1.00并且cos(|)=宽度/D 例如，对于D- 4.500英寸和宽度-8.00英寸的管衬， cos(J) - 8/ ( 3.1416 ) ( 4.500 ) = 0.5659并且())=55.53。 对于本发明的某些方面，所需的覆盖率为100%,范围的标称值 在50和85度之间，例如，在一个方面，为54.7度。管衬的外径随着 每一个强化层而增加，导致每一层的织物宽度增大。对于宽度较小的 多个织物层，仍然可达到100%的覆盖率。(在上面的示例中，使用两 层，N-2,并且织物宽度为4.0英寸，达到相同的覆盖率)。对于本发 明的某些方面，角度可略微调节以利用单一织物厚度产生100%覆盖 率。在一个方面，薄聚烯烃衬(例如下面所述的层10)抵抗压力直至 强化被加载并且压力进一步的增大被传递到强化。承载的这种转移似 乎出现在接近最大容许操作压力的三分之一处。
由于构成材料可具有极低的摩擦系数，另外，第一强化层局部与 内衬粘接，强化层相互粘接，例如利用任何适合的粘接剂，例如胶或 者快速固化粘接剂和/或带。粘接发生在基体圆周上相等间隔的一个、 两个、三个、四个或者多个独立的窄轴向带(或者间断量的胶或者粘
接剂)处。在某些方面，轴向带的总宽度占内衬(第一层圆筒)的圆
周不到10%。有限的粘接用于保持管衬的挠性，同时在后续的制造操
作和安装中使得强化定位。
为了使得本发明的长段管衬可利用单一拉拔安装，在某些方面，
一个或者多个带(例如在2个带和8个带之间)、短袜或者管(例如碳 纤维带)在织物强化层顶部上间隔设置并且例如利用快速固化粘接剂 粘接到表面上。另外，第二组或者层(并且在一个方面，第三层)带 可安装在第一层的顶部上。带的数量将根据管衬直径和所需的拉伸强 度而改变。在某些方面，所用的带是由高模数高强度碳纤维生产的接 近100%的单向纤维带。在某些方面，较硬的纤维带与基质材料(例 如环氧树脂或者类似材料)结合使用。在某些方面，不使用基质或者 充填材料并且带是软和挠性的。在某些方面，纤维束或者丝束的范围
在12000至50000个细丝并且使用多个束。纤维可缝在一起。每一个 拉拔带被放置在管上，例如在基本轴向上或者相对于管衬的轴线的零 度位置。在某些方面，相对于轴线的实际角度在0至10度之间。在一 个方面，拉拔带的构造和位置是这样的，即，当完成的衬被折叠时， 例如折成"C"形以插入到管中时，拉拔带有助于在这样的插入过程 中使得衬保持"C"形。
在一个实施例中，随着带的安装，高强度弹道材料纤维束被巻绕 到带的顶部以将它们定位。该覆盖无需提供100%覆盖率。在某些方 面，束的角度正常为土54.7。并且在50°至80。的范围内。纤维束用于帮 助固定纤维带与强化的关系并且确保弹道纤维织物和带的低系数不会 在它们两个之间形成相对移动。固定强化织物和碳纤维带(或者袜或 者管)之间的关系保证两种材料以相同或者基本相同的比率应变，提 供用于拉拔的附加拉伸强度，并且使得织物的环载荷较大。
另外对于就地强化，连续测量、监测和通讯系统的部件可被粘接 到管表面上。在某些方面，该系统可根据管线操作者所确定的连续或 者间断地进行测量。该系统是光纤系统。在某些方面，该系统作为连 续热塑性带与管相连，每一个带包括两个光纤电缆(一个用于温度，
一个用于应变)或者四个光纤电缆(两个加上两个附加的用于冗余的 电缆)。光纤电缆的一半还被封闭在电缆放置于其中的管状空间中。另 一半被埋在热塑性材料内。在一方面，测量系统最少具有这样一个带，
在一方面，具有至少两个这样的带，它们的位置相互之间成90度并且 被轴向和/或螺旋形地放置在管上。被封闭在管内的光纤电缆被设计成 允许在大的距离上进行温度分布测量。对于温度测量，仅需要一个光 纤电缆，其它的是多余的并且如果需要和当需要时可用于更换破损的 电缆。在一个方面，光纤传感器将以约4。F的精度对局部温度变化作 出响应并且位于通常约六英尺内的温度位置。温度变化反映泄漏或者 即将发生的泄漏。被埋在热塑性带内的光纤传感器的一半用于测量沿 着管的长度的局部应变。另外，这种测量仅需要一个光纤电缆，另一 个被提供作为冗余。在一方面，应变传感器被埋在锚固在管内壁上的 带中。管衬的应变水平的变化被测量到大约20微应变的精度，并且正 常位置在小范围内，例如约六英尺的范围内。来自于该传感器的数据 通过长期测试数据校正(例如通过ASTM D 2992测试的回归分析) 能够连续确定管衬的整体性并且能够在故障或者事故发生前进一步进 行校正。
根据本发明，除了监测系统，可提供附加的光纤电缆，用于通讯 和控制系统。这些光纤电缆可被包括在上述带内或者在分离的带内。 具有这些光纤电缆的这样一种系统远程或者现场提供用于与控制/监 测系统相连的通讯和控制功能，例如管线管理控制和数据采集 ("SCADA")系统以及操作管线装置和控制器。可利用这些电缆控制 在本发明所涉及的管衬外部的管线阀。在一个方面，传感器和通讯线 通过现有的操作系统集成以提供管线或者其上的设备的潜在问题的控 制和指示、自动警示和/或停机。
另外，利用聚合物包覆层或者套可保护监测系统包装和强化，在 一个方面，所述聚合物包覆层或者套由宽度基本上等于加强管衬的圆 周的材料片制成，例如由聚烯烃、尼龙、聚氯乙稀(PVC)、高密度聚 乙烯等制成。在一个方面，片材被巻起以形成紧密安装在管周围的连
续圓筒并且将其自身焊接以防止外部碎屑和/或流体侵入。该包覆层在 光纤包的顶部上以在折叠和拉拔到主管中保护它们不受到磨损和操控 损坏。或者，通过使得该结构涂覆一层塑料或者类似材料来形成包覆
层，例如但不限于聚亚安酯，例如来自于IR产品的聚亚安酯S- 355。 这样的材料可被喷涂、利用十字头挤出机挤出或者涂覆。
该布置在管强化和包覆层的内部之间形成环形间隙，这是由于它 们之间存在光纤传感器。另外，根据需要分隔件被放置在传感器带之 间以支撑包覆层(例如，独立分隔件由塑料、木材、挤出热塑性或者 热固性材料制成或者分隔件与包覆层成为一体)。另外，在某些方面中， 这些分隔件的形状适于使得来自于流动流体的聚积的渗透流体在外部 排出口被抽空以没有可能导致管衬受损的压力聚积。监测被去除的流 体的量和/或减轻压力提供对管衬的整体性的附加表示。
及其等同形式提供关于那些问题的解决方案以及满足那些要求。本领
域技术人员在本发明的认知、教导、披露和建议下，从下面为了说明 本发明而结合附图对优选实施例的描述中可以明显地看出其他目的和 优点。这些描述中的具体细节不影响保护本发明的本专利的目的，无 论以后其他人可通过进一步改进的变型或者增加的特征来掩饰本专利 的目的。


下面参照附图所示的实施例对上面简述的本发明实施例进行更详 细的描述，附图构成了说明书的一部分。这些图示出了某些优选实施 例并且不用于不适当地限制本发明的保护范围，本发明的保护范围可 具有其他同样有效或者等同的实施例。
图l是本发明所涉及的村的截面图。
图2 - 5是图1的衬的部件的侧视图。
图6、 7、 7A、 8、 9、 12和14是如图5中的衬的部件的截面图。 图IO是现有技术的光纤电缆的截面图。
图IIA和IIB是与本发明所涉及的衬结合使用的系统的示意图。
图13表示本发明所涉及的分隔件的形状。
图15是本发明所涉及的用于生产衬的方法的示意图。
图16A是本发明所涉及的系统的透视图。
图16B是图16A的系统的一部分的分解图。
图16C是图16A的系统的一部分的放大图。
图16D是图16A的系统的一部分的放大图。
图16E是图16A的系统的一部分的第一侧视图。
图16F是图16A的系统的一部分的顶视图。
图16G是图16A的系统的一部分的前视图。
图16H是图16A的系统的一部分的第二侧视图。
图17A是图16A的系统的同心轴的透视图。
图17B是图17A的同心轴的透视分解图。
图18A是图16A的系统的分裂芯的透视图。
图18B是图18A的分裂芯的前视图。
图19A是图16A的系统的偏转臂组件的透视图。
图19B是图19A的组件的第一侧视图。
图19C是图19A的组件的后视图。
图19D是图19A的组件的前视图。
图19E是图19A的组件的第二侧视图。
图19F是图19A的组件的顶视图。
图19G是图19A的组件的底视图。
图19H是图19A的组件的透视图。
图20A是表示用于图16A的系统的材料路径的透视图。
图20B是图20A的路径的顶视图。
图20C是表示用于图16A的系统的材料路径的透视图。
图20D是图20C的路径的顶视图。
图21A是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
图21B是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的
透视图。
图21C是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
图21D是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
图21E是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
图21F是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
图21G是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
图21H是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
图21I是表示在其操作中的一个步骤的图16A的系统的一部分的 透视图。
具体实施例方式
图1中所示的本发明所涉及的管衬12具有最靠内的第一层10(当 第一层IO形成时其是空心圆筒，在一方面，它是可变形/可再次成形 的圆筒)、第二层20、第三层30、纤维束40、分隔件50、光纤电缆 60和包覆层70。
如图1和2所示，第一层10是由强度足以支撑其他层和部件并且 挠性足以被压缩、变形和再次成形的挠性材料制成的大体圆筒形元件。 在一个特别的方面，第一层10是挤压HDPE (例如任何适合牌号的； 例如PE3408、 PE100)并且釆用外径与壁厚的比SDR约为32.5的空 心圆柱形。在某些方面，带衬的管的外径在4"和30"之间，在其他方 面，带衬的管为标准尺寸(铁管尺寸或者IPS)并且外径在6"和16" 之间。在一个特定的方面，50英尺长的这样的第一层可在市场上获得。 在某些方面，抗流体热塑性材料用于抵抗通过管线或者管输送的流体 的笫一层。NYLON 6(商标)材料、RILSAN(商标)材料或者NYLON
11 (商标)材料或其它适合的热塑性材料可用于第一层。
在某些实施例中，多段第一层10在衬12被安装在管或者管线内 的位置处就地焊接在一起。在一个方面，多段第一层IO被熔焊并且当 焊接部还没有被焊接时，在层10内和外磨掉和/或去除焊缝。另外， 可就地对焊接区域进行整体性测试，例如，但不限于利用已知的超声 波测试设备。
如图1和3中所示，第二层20包围第一层IO，第二层20是用于 强化衬12的材料层。适用于第二层20的材料包括具有高定向HMPE 纤维("HMPE":高分子重量聚乙烯)；或者超高分子重量聚乙烯
("UHMPE" ); SPECTRA (商标)材料；KEVLAR (商标)材料； ARAMID(商标)材料；VECTRAN(商标)材料；液晶聚合物("LCP") 材料；DYNEEMA(商标)材料；TWARON(商标)材料；TECHNORA
(商标)材料；纤维强化材料，例如碳纤维、玻璃纤维和/或混合纤维 的织物；由碳纤维和/或玻璃纤维制成的织物；和由碳纤维和SPECTRA
(商标)材料制成的织物。在某些特定方面，使用在市场上从 Honeywell公司获得的SPECTRA (商标)材料，这是因为它具有 0.0351bs/ii^的重量体积比。在某些特定方面，使用在市场上获得的帕 拉胶芳香尼龙纤维，它具有0.0511bs/ii^的重量体积比。在某些特定方 面，使用在市场上获得的碳纤维强化材料材料，它具有0.0511bs/in3 的重量体积比。在某些方面，层20和30的厚度在0.010和0.240英寸 的范围内，并且在一个特定的方面，为0.024英寸。在一个方面，层 20和/或层30为高定向高分子重量聚乙烯("HMWPE，，)。
在某些方面，第二层20以在45度和85度之间的包绕角(或者缠 绕角)包围第一层IO。在其他方面，该包绕角在50度和60度之间， 在一个特定的方面，该角度为54.7度。如图3中所示，该缠绕角标记 为"+"表示其相对于层10的纵向轴线A的取向并且缠绕角为56度。 每一个巻的边缘抵靠相邻巻的边缘以使得没有第二层的部分本身重叠
(见，例如图3中由箭头W表示的抵靠)。或者，使用最小重叠；或 者如图3中所示具有间隙G。层20的每一个巻具有宽度H。或者，一
个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或者多个巻、带或
者粘接剂或者胶21的线涂覆到衬10上。应该理解的是，根据本发明， 整个层20可包绕在层IO周围并且在巻边缘之间没有间隙； 一些边缘 具有重叠；在所有相邻的巻边缘之间具有间隙；或者在一些边缘之间 的间隙、 一些边缘的重叠和/或在其他边缘之间没有间隙的组合。在某 些方面，其中层20 (和/或下面所述的层30)具有单向(以相同角度 或者在同一方向上的取向)纤维，施加层20以使得纤维以相对于纵向 轴线A的一个角度取向，在一方面，以与巻绕角相同的角度。由于没 有使用这样的重叠，减小衬12的总有效直径。或者，第二层20以相 邻巻边缘之间具有空间的方式而不是以不导致重叠的相互边缘抵靠的 方式被包绕。在一些这样的方面，在相邻巻边缘之间的空间不大于总 村表面积的3% 。
或者，如图3和6中所示， 一个或者多个胶、粘接剂线或者带或 者带21可以间断地或者从第一层10的一端到另一端沿着直线(所示) 或者包绕第一层10涂覆在第一层10上以阻止或者防止第二层20在第 一层10上滑动。在其中SPECTRA (商标)纤维材料与轴向碳纤维结 合使用的实施例中，这些线21将轴向碳纤维绑在SPECTRA (商标)
在某些方面，线21使用可在市场上从Loctite公司获得的改性的氰基 丙烯酸盐粘合剂类型的胶。如图6中所示，使用8条线21;但可使用 任何所需数量(例如，1、 2、 3、 5、 IO等)。在一个方面，线21被喷 涂。在某些方面，线21 (和31)被涂覆以使衬12仍然具有足以可根 据需要变形或者再次成形的挠性。在一个方面，两对、三对、四对、 五对或者多对两线围绕圆周间隔使用。在某些方面，利用巻绕机施加 带21，在一个方面，巻绕机是同心巻绕机，或者可是轨道巻绕机。在 某些方面，对于直径较大的管状，使用多个机器以并排施加多个带以 形成一个层。
如图1、 4和7中所示，第三层30巻绕在第二层20上并且可以如 同参照第二层20所述的任何一种方式被巻绕并且可是如同参照第二
层20所述的材料，如同参照第一层10所述的在层20上具有或者没有 线21等。在一个方面，第二层20和第三层30是约0.024英寸厚的 SPECTRA (商标)材料。在某些方面，如图4中所示，第三层30以 与第二层20相反的巻绕角巻绕(用"-"表示，说明其相对于轴线A 的取向并且在与层20的取向相反的方向；并且，如图所示，以-54 度的缠绕和巻绕角)。另外，如在图7中所示(不是按照比例的)，在 底视图中，线31 (与线21类似)可用于第二层20和第三层30之间。
如图1、 5和8中所示，4吏用一个、两个、三个、四个、五个、二 十个、三十个、三十六个、四十个或者更多的纤维束(或者"丝束") 40,例如巻绕在第三层30上(和/或在层20和/或在带50上)以强化 衬12并且在其被拉到管线中时有助于其整体性。可使用任何适合的纤 维。以不同的巻绕角在衬12上施加束或者丝束40在本发明的保护范 围内。束40a处于正巻绕角，束40b处于负巻绕角。
在某些特定的方面，束40是可在市场上得到的纤维丝束，它巻绕 在衬12上，通过纤维40胶粘或者粘接定位，纤维40与其余部件形成 可反抗并且承受应变的一个整体以使第三层30的蠕动(不希望的移 动)减小并且在衬12上的轴向载荷被带50部分吸收，从而减小在其 他层上的应变。
另外，如图1、 5和8中所示，带50 (或者短袜或者管)(或者两、 三或者多叠带50)可用于第三层30。另外， 一个或者一些束40被施 加在层20、层30上和/或在带50上。用在带50上的束40将带50绑 在下层。在一个特定方面， 一个或多个第一带50施加在层30上接着 束40的层(如下所述)将带50捆绑定位。接着， 一个或者多个附加 带50施加在束40上并且附加(一个或者多个)束40将附加的带50 捆绑定位。这些带50还增强衬12被拉到管线中的能力。在一个特定 方面，带50是大约1.50英寸宽、大约0.040英寸厚的碳纤维带，8个 这样的带50围绕衬的圓周等间隔地被使用并且从其一端到另一端在 直线上延伸(或者使用4对2个相互堆叠的带)。带50 (和纤维40) 可等间隔地围绕衬圆周或者不等间隔地围绕衬圆周；例如图8和9示
出了带50具有特定间隔的截面图。如图9中所示，带50的间隔有助 于保持如下面所述的大体为"C"形的折叠衬12 (可插入到管或者管 线中)(见图14)。
如图l和9中所示，光纤电缆60 (—个、二个、三个、四个、五 个、六个或者多个)施加在纤维40上。将光纤电缆施加在层10、 20 和/或30和/或在带50上和/或在类似于包覆层70的包覆层下方在本发 明的保护范围内。可使用任何已知的适合的光纤电缆，包括来自于的 S/A/厶司的SmartProfile (商标)电缆。在一个特定方面，如图10中 所示，使用SmartProfile (商标)光纤电缆61，它具有例如由HDPE 制成的主体62和两个附加的光纤电缆66、 67，主体62在中央空间65 内将一个或者至少两个光纤电缆63、64封在充填材料69中。电缆63、 64中的任何一个或者两个用于测量衬12上的温度，而电缆66、 67中 的任何一个或者两个用于测量应变。温度测量提供关于衬12中的泄漏 的信息，包括关于泄漏的存在情况及其位置的信息(在现有技术系统 中利用在管(例如钢管)外部的电缆进行温度和应变测量)。电缆63 或者64可被取消；但提供这样两个电缆能够在它们中的一个失效的情 况下提供冗余。
图11A示意性地示出了本发明所涉及的基于来自于光纤电缆的信 号接收、处理和传递信息的系统100。管线(或管)110具有衬112(类 似上述衬12或者类似本发明所涉及的任何衬)，衬112具有上述光纤 系统114,具有光纤电缆160 (类似上述电缆60)。管线110具有多个 与管线相关的装置和设备104 (图中示意性地示出两个)，每一个具有 操作者或者控制器106。在一个特定方面，管线110具有多个装置104， 装置104是选择性地控制通过管线的流体流的阀，每一个阀具有与光 纤系统114操作连通的控制器106。测量系统120在管线110和控制 系统130之间提供通讯界面(例如具有SCADA系统136的管线操作 者控制室)。SCADA系统136包括计算机系统138，计算机系统138 从已经将来自于管线110的模拟信号转换成数字形式的系统120接收 表示温度和/或沿着管线110的长度的应变的数字信号。系统120或者
系统138具有可编程的媒体，所述媒体被编程以记录温度或者应变或 者温度和应变的异常或者峰值。这样的异常或者峰值可表示在管线 110中的潜在的泄漏(温度峰值)或者潜在的过度应力条件或者即将 发生的衬故障(应变峰值)。在一个方面，当达到温度、应变或者温度 和应变的警示值时，系统130启动警示或者警示系统140。在一个特 定的方面，每一个装置104是管线值；系统140响应于来自于系统114 (测量的温度或者应变或者温度和应变，并且表示在阀104之间的位 置处的泄漏)、120、 130的信号提供警示；在每一个阀104上的控制 器106蜂皮启动以关闭阀104;并且阀104^皮关闭，隔开管线110在阀 之间的段。
图11B示意性地示出了与管线IIO相连的系统120的一个特定实 施例(例如在市场上从Smartec S/A公司得到的Model DiTest Model STA201)。如图所示，光纤电缆160a、 160b形成闭路或者与反射端 端接(可利用这里任何系统的任何电缆来实现)。在一个方面，代替电 缆形成环路，反射镜被提供在电路160a、 160b的端部处以在同一电缆 中光束反射回来。如在图11B中所示，根据本发明，现有技术所涉及 的测量系统120与管线110结合使用。测量系统120发送信号(例如 激光束)到并且通过上(如图11B中所示)光纤电缆160a并且接收 通过下(如图11B中所示)光纤电缆160b回来的信号。系统120将 信号输入到光纤电缆中；监测返回信号；处理返回信号(包括A/D转 换)；产生表示被测量的参数(管线110的温度和/或应变)的数字信 号，例如在4F内的温度灵敏度和/或在0.002%的应变灵敏度。
如图1中所示，在包覆层70中使用沟槽或者凹槽71是以前的和 公知的(例如见美国专利US6，220，079)。另外，如图1中所示的本发 明所涉及的包覆层70可具有一个、两个、三个、四个、五个、六个、 七个、八个或者多个内部沟槽或者凹槽72。这样的沟槽或者凹槽用在 衬有管衬12的管线内以提供用于容纳流过管线的流体中通过衬12的 层渗透的气体的空间。
另外，根据本发明，包覆层70不设有沟槽71和沟槽72。如图12
中所示，管衬12a (类似管衬12)具有一个、两个、三个、四个、五 个、六个、七个、八个或者多个分隔件15 (示出两个)，分隔件15施 加在包覆层70a上。包覆层70a内部和外部没有沟槽，并且靠近分隔 件15形成的空间73提供可进入以排出聚积的气体的体积。或者，类 似于沟槽72和/或类似沟槽71的一个或者多个沟槽可与衬12a结合使 用。
如图13中所示，分隔件15可采用任何所需的形状(示出了截面 形状15a-15h)，并且它们可由任何材料制成，包括但不限于金属、金 属合金、非导电金属、非导电金属合金、塑料、木材、玻璃纤维或者 复合材料。任何中空的分隔件可具有中空的内部，例如，内部15i、15k， 和一个或者多个排气孔，例如孔15j或者151。
当气体渗透衬10并且进入到沟槽71、 72和/或空间73中，从靠 近沟槽的空间或者从空间7 3去除该聚积的气体，例如通过从沿着管或 者管线提供的端口抽真空。根据本发明的某些实施例，通过与第一层 IO共同挤出不渗透材料(例如0.060英寸厚)的薄层17 (如图l部分 所示，包括管或者管线的整个长度和圆周)来减少这样的气体渗透， 薄层17在第一层10的湿润侧(内侧)并且用作压力阻隔层。在一个 方面，该层17是EVOH (乙烯乙烯醇共聚物)或者NYLON (商标) 材料。在另一个方面中，为了减少气体渗透，HDPE薄层19(见图7， 例如0.060英寸厚)与第一层10共同挤出。另外，层19具有多个纳 米管NT，例如在整个层19上的功能化单壁纳米管(见图7A)以阻 止气体渗透通过第一层10并且强化它。在一个方面，体积百分比在约 1%至5%之间的层由这些纳米管制成；并且在一个特定的方面，大约 为2%。另外，在包覆层或者第一层10内部使用热塑性材料薄层13 (图l中虚线所示)，例如但不限于SARAN(商标)巻。另外，层15 (类似层19)巻绕在织物的周围或最外层(例如图4中的层30)上以 帮助部件保持定位。 在某些材料和某些弹道材料中，例如SPECTRA (商标)材料蠕 动(即，在加载下延伸)，可导致整个层的强度降低。为了强化这样的
层和减小其中的蠕动，多个功能化单壁纳米管被加入到第二层20和/ 或第三层30 (和/或加入到其他任何层或者部件)。利用来自于 NanoRidge Materials, Inc.的功能化纳米管由于它们的尺寸小基本上 不会导致层或者部件的重量增加，例如层20或者层30。在某些方面， 这些纳米管的体积百分比为部件或者层的总体积的约1%至5% ，在一 个特定方面，为总体积的约2%。
在某些方面，对于层10、 20、 30，代替例如仅使用SPECTRA (商 标)材料纤维，纤维的混合物可被使用。例如，碳纤维(体积百分比 为20%至50% )可与SPECTRA (商标)纤维混合。另外，织物层 20和/或织物层30 (和/或在任何实施例中任何强化织物层)可在其任 何一侧或者两侧上具有涂层以有助于使得织物在村中相对于其他衬部 件保持在所述位置。在某些方面，这样的涂层是低熔点热塑性的，例 如但不限于EVA、 HPPE或者LDPE。在一个方面中，在涂层前，层 19中的納米管，例如功能化单壁纳米管被加到织物以增大织物强度和 减少织物的蠕动或者不希望的移动。在某些方面，这里的任何织物层 可包括带状或者片状的与织物成为一体的箔带(例如铝箔)，例如在图 4中所示的带SS。另外，这里的任何织物层可包括在整个织物上的粘 接剂以稳定其并且有助于其操控；例如EVA粘接剂增大织物的摩擦系 数。在这里的可具有上述涂层的那些织物中，可使用粘接剂。
在某些方面，带50是热固性带，例如利用热塑性粘接剂浸渍的单 向碳纤维的材料(例如EVA)或者热固性树脂(例如环氧树脂)；例 如在某些特定方面，1至6英寸宽和0.02至0.125英寸厚，另外整个 具有环氧树脂粘接剂。
图14示出了已经被折叠或者变形为如图14中所示的大体上为 "C"形的衬12b (例如，如同图12中的衬12a;类似的附图标记表 示类似的部件)。衬12b被折叠，带50的位置是这样的，即，在如图 14中所示的折叠构造中，使得多个带50大体上相互对准。对于如位 于图14中的四个带50，通过在每一个带50的位置处连接和拉拔有助 于使得衬12b被拉到管或者管线中。在变形成任何形状的变形衬上排
列一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或者多个类似
带50的带在本发明的保护范围内。
如图14中所示，根据本发明，衬可具有分隔件15,分隔件15的 位置是这样设置的，即，使得它们支撑包覆层和/或提供沟道以收集渗 透流体。在一个特定方面，如图所示，在不限制衬12变形的能力的情 况下，分隔件15提供对包覆层的均匀支撑。
另外，连接带14可用于保持衬12b的如图14中所示的变形形状。 带14可在如图所示的点处被胶接、粘接或者附着在衬12b的外包覆层 上以使得变形的衬保持所示的形状。任何适合的材料可用于带14;例 如，粘接带；管带；聚乙烯带；或者端部被胶接、粘接或者附着于衬 的箔或者塑料带。这样一种或多种带14可与变形成任何形状的衬结合 使用以在衬安装过程中保持形状和/或在安装前在管或者管线外处理。 在衬再次变形到全膨胀构造开始后，带14比较容易破裂。
图15示意性地示出了本发明所涉及的用于生产本发明所涉及的 管衬12c的方法，由于衬12c具有监测安装效果(例如在主管中的位 置和/或施加的张力)的功能，因此管衬12c具有施加在其上的光纤电 缆60a(类似于光纤电缆60或者上述任何光纤电缆)。当在生产系统F 中衬12c离开衬制造设备时，系统MA (例如类似于上述系统120) 与光纤电缆连通(如同上述的系统120处于这样的连通)。通过在光纤 电缆的远端使用反射镜MR和/或在衬12c的端部处使用GPS传感器 装置GPS ( GPS传感器装置GPS发出通过光纤电缆传递的GPS定位 信号)，系统MA可确定在设备出口处的衬12c的端部与生产的衬的 远端之间的距离，从而提供生产的村12c的长度测量。如果在衬12c 生产时在其上具有应变，那么提供拉力测量可测量应变。类似地，在 衬安装过程中使用系统MA,提供表示安装在管或者管线内的衬的长 度的测量；并且，在一方面，当衬被拉到管或者管线中时，提供衬上 的应变测量。这里的任何管或者管线可具有带反射镜MR和/或上述 GPS设备的光纤电缆。
在一个特定实施例中，本发明所涉及的衬的内芯，例如第一层10,
是包括两个不同热塑性层的挤出管，位置靠近流动流体的内"湿润"
层并且由诸如Nylon (TM)材料或者Evott的耐化学材料制成。外层 由耐化学性能较低的材料制成(例如，HDPE)。在一方面，内层为该 内芯的厚度的约20%，外层约为80%。包覆层，例如包覆层70可具 有类似的结构。
因此，本发明在某些并且非必须的所有实施例中，提供用于管的 衬，所述衬包括包括聚合物材料中空圓筒的第一层；包括巻绕材料 的第二层，所述巻绕材料巻绕第一层，包括巻绕第二层的巻绕材料的 第三层；在一方面，第三层与第二层成一个角度或者不成角度；所述 衬具有与第二端分隔的第一端；在衬上并且从所述村的第一端延伸到
第二端的至少一个强度增强元件；所述衬包括独立支撑结构。这样一 种衬可以任何可能的组合形式具有下列中的一个或者一些其中所述 聚合物材料是热塑性材料；其中所述聚合物材料是热固性材料；其中 所述第二层的巻绕材料是定向HMWPE纤维；其中所述第三层的巻绕 材料是定向HMWPE纤维；其中所述第二层不重叠地巻绕在第一层 上；其中所述第三层不重叠地巻绕在第二层上；其中至少一个强度增 强元件为带、短袜和平管的任何一种；其中至少一个强度增强元件由 高强度纤维材料制成；其中至少一个强度增强元件是围绕第一层圆周 间隔的多个元件；在至少一个强度增强元件的周围和外部巻绕多个纤 维元件以将至少一个强度增强元件定位在衬上；沿着衬延伸的至少一 个光纤电缆；其中至少一个光纤电缆在衬和一个设备之间提供通讯连 接；在衬上并且围绕衬的保护层，例如巻绕、喷涂和涂覆在衬上；其 中至少一个光纤电缆是可连接的以与用于测量温度的测量系统通讯连 接；其中至少一个光纤电缆是可连接的以与用于测量应变的测量系统 通讯连接；其中至少一个光纤电缆是可连接的以与用于测量温度和应 变的测量系统通讯连接；其中保护层由聚合物材料制成；其中第一层 处于第一角度，第二层处于第二角度，第一角度基本上等于第二角度 并且与第二角度相反；其中第二层在间断点处或者在其基本整个表面 上粘在第一层上；其中第三层在间断点处或者在其基本整个表面上粘
在第二层上；其中第二层在间断点处粘在第一层上，第三层在间断点 处粘在第二层上；多个设置在包覆层下方并且与其接触的支撑元件； 其中衬可变形为变形形状以插入管中；其中所述形状大体为"C，，形； 多个设置在包覆层下方并且与其接触的分隔元件以在不限制衬的可变 形性的情况下支撑包覆层；和/或其中所述包覆层具有多个用于排出通 过衬渗透的流体的内部凹槽。
因此，本发明在某些并且非必须的所有实施例中，提供一种可就 地制造的连续织物强化独立支撑管衬，所述管衬具有纵向轴线，并且 包括多段间断的聚合物管状挤出件，所述多段间断的聚合物管状挤 出件利用焊缝焊接在一起以形成具有第一端和第二端的连续中空圆筒 形元件，至少两个高强度低重量强化材料的加强层，所述至少两个加 强层从连续中空圆筒形元件的第一端到第二端轴向施加，其中每一个 所述加强层具有层厚，并且每一个所述加强层提供连续中空圆筒形元 件的覆盖率，其中每一个所述加强层以巻绕角巻绕在连续中空圆筒形 元件上，其中连续中空圆筒形元件具有外径，所述覆盖率满足下列等 式(对于l个宽度，N-l，对于多个宽度，N-所用织物宽度的数量)
覆盖率=NN/兀Dcos(()
其中W是织物的宽度，N是织物的层数，D上管衬的外径，小是 织物巻绕角。对于一层，N-l。
这样一种管衬可具有100%的覆盖率，角度在50至60度之间； 和/或这样一种管村可包括不与纵向轴线平行的或者基本上不与管衬 的纵向轴线平行的从第一端到第二端施加在管衬上的至少一个拉拔元 件或者多个拉拔元件。
因此，本发明在某些并且非必须的所有实施例中，提供一种为管 加衬的方法，所述方法包括将衬拉到管中，所述衬如这里所披露的。 在这样一种方法的某些方面，所述衬是至少3、 4、 5或者10英里长的 连续独立支撑结构。
因此，本发明在某些并且非必须的所有实施例中，提供一种用于 在管线上操作一个设备的控制器的方法，所述方法包括利用控制系
统接收来自于与管线连通的测量系统的测量信号，所述管线具有外管 结构和其中的衬，如这里所披露的衬具有沿着衬延伸的至少一个光纤 电缆和在衬上并且围绕其的保护层，测量系统从至少一个光纤电缆接 收表示管线内的温度和管线上的应变中的任何一个的信号，并且响应 于该信号利用控制系统控制所述控制器。
在一个特定方面，本发明披露一种利用强化层或带的一层或者多 层织物强化连续塑料管的系统。在巻绕前，被巻绕的织物是同心(围 绕)塑料管衬(纵向轴线)。塑料管移动通过该设备。织物巻位于移动 塑料管的轴线的周围并且利用在偏转臂组件的臂上的辊将织物从巻的 外径拉出，所述偏转臂组件的臂上的辊以可控制的速度转动并且可调 节织物张紧。该臂取得织物并且将其重新定向到巻绕角。在某些方面，
定位臂对于织物宽度以及在40至70度范围内的角度是可调节的。织 物宽度由上述"覆盖率"公式确定。
在某些方面，使用带代替织物。该带具有封装纤维的基质材料(或 者纤维埋在其中)。在织物中，纤维没有被封装或者埋在基质中。强化 巻绕材料包括织物或者带。
图16A-21I示出了本发明所涉及的用于将材料巻绕到管上的系统 200的一个实施例。系统200具有与支撑框架204相连并且被其支撑 的主轴202。两个芯210、 220上巻有将被提供以巻绕到塑料管206上 的材料(织物或者带)。芯210是释放芯，偏转臂组件250从释放芯接 收材料242并且将材料242巻到管206上。芯220是重新巻绕芯，在 释放芯210排空后，芯220可移动以替换释放芯210。每一个芯210、 220分别由两个半芯210a、 210b和220a、 220b制成，例如利用紧固 件、螺钉和/或(所示)可拆卸配合的钩-环紧固件材料，例如VELCRO (TM)材料221以可拆卸的方式将这些半芯连接在一起。每一个芯 210、 220相对于相应的同心轴310、 320是可拆卸地安装和可转动的。 同心轴310、 320转动地和移动地安装在主轴202上。同心轴310、 320 是相互独立转动的。可拆卸的端法兰251将同心轴保持在主轴202上。
具有链244的马达208转动在主轴202上的同心轴320以将材料222从重新巻绕台212巻绕到重新巻绕芯220上。重新巻绕台212具 有材料222的可转动的巻214，巻214被供给到重新巻绕芯220上。 链244接合与主轴202相连的链轮257并且链轮257靠近链轮连接法 兰254。链轮连接法兰254与轴202相连并且保持驱动链244位于链 轮257上。
轴承256压配合在主轴上以有助于同心轴320在主轴202上的转动。
当塑料管206移动通过该系统时，具有多个辊224a、 b、 c、 d的 管支撑件224 (示出 一个)支撑塑料管206。(当然该管可是非塑料的、 金属的、复合材料的、玻璃纤维等)例如，管206现场例如可由挤出 机挤出制造，当管被制造时，接着将管供给到系统200。另外，支撑 框架204被固定在基座226上，基座226具有可转动的辊228,辊228 可在固定于支撑件238上的轨道232上移动。马达234移动与基座226 相连的链或者带236以移动基座226，例如，在管仍然被提供到系统 200并且材料巻绕已经临时停止以使完整的重新巻绕芯可移动到替换 空的释放芯的位置时。当管移动时，系统200沿着轨道移动，从而当 新的释放芯处于恢复巻绕的位置时，巻绕可在管上其中用于换芯而停 止巻绕的点处继续进行。这样，可在不停机的情况下进行管的生产操 作并且在不停机的情况下可连续进行巻绕操作。
如图16D、 17A和17B中所示，每一个同心轴310、 320具有多 个转动地安装在其上的辊246以使每一个辊的一部分246a突出到轴部 的外表面248的上方。向外突出的辊部分246a被接收在芯210、 220 内部的相应沟槽252中并且在其中转动(见图18A、 18B),所述沟槽 沿着芯210、 220的整个长度延伸。另外，沟槽252具有金属衬里。同 心轴320具有与同心轴310大体相同的结构。轴320具有用于安装链 轮连接板的螺紋孔；并且轴310具有用于固定外部轴承的进入孔。图 16D和17A的止档243a、 243b阻止芯210、 220从轴端部滑出。
该辊/沟槽结构有助于芯210、 220在同心轴310、 320上的移动和 确保它们的适当定位。每一个芯部210a、 210b、 220a、 220b具有沟
槽252。 一至六个或者更多的这样的沟槽可用于芯上。在一个方面， 芯部210a、 210b、 220a、 220b是由可模制的材料(诸如玻璃纤维) 模制而成的一个部件，每一个具有侧法兰211。
例如在图16A、 16C和19A- 19G所示的偏转臂组件250具有臂 框架270并且可相对于芯210转动，偏转臂组件250从芯210取得材 料242并且将其巻绕到管206上。为了从芯210接收材料242，接着 以一定角度将其巻绕到管206上，材料242通过一连串的辊261-265 并且围绕它们。每一个辊261-265转动地安装在臂框架270上。臂框 架270通过马达208随着轴207围绕管206转动。为了平稳转动，配 重元件266与臂框架270相连或者与其成为一体。如图所示，辊261-265 以所需的角度位于臂框架270上以使偏转臂组件250以所需的张力从 芯210移动材料242并且以所需的角度施加在管206上。辊262、 264 和265的位置是可调节的以考虑织物、带或者管中的差异并且以调节 材料巻绕在管上的巻绕角。
通过松开螺栓262a (示出一个)并且将辊262移动到所需位置来 调节辊262的位置。通过松开位于槽262c、 262d中的螺栓262e、 262f， 调节辊262的位置。
辊264、265的位置的可调节性是通过将辊安装座265a在框架270 的一部分中的槽265b、 265c中移动来选择性地设置辊安装座265a的 位置提供的。该调节使得材料相对于管以所需的切向离开偏转臂组件。
枢转座265c具有一连串的孔265h,例如以2度增量以适合各种 巻绕角。辊264、 265枢转并且被设置以使得离开它们的材料将处于适 合的巻绕角。在槽265r、 s中的各种调节是为了适应不同尺寸的管。 在一个方面，材料对于管的底部或者顶部切向地离开芯。辊的该枢转 调节性提供了材料的巻绕角的调节。在一个方面，调节方法包括在枢 转点设定辊264和265的角度以匹配巻绕角。每一个枢转具有11个2 度间隔的孔265h,利用销265k将其固定在适当位置。这提供了 20度 的调节范围，例如从53至73度。辊265向上移动或者向下移动以匹 配管的直径。辊262的位置沿着槽被调节以将材料网定心在辊264和
265上。张紧由同心轴中的摩擦施加，并且通过与辊265对准的张紧 杆269(见图19H)。材料在辊265和张紧杆269之间滑动。张紧杆269 的位置是可调节的以在张紧杆269和辊265之间提供所需的间隙。该 间隙取决于材料的厚度。压迫材料通过该间隙导致张紧。通过减小间 隙的尺寸，增大张紧。利用间隙调节螺钉269a和与张紧杆269相连的 可移动的杆269c来调节间隙设定。四个弹簧269d (图19H中虛线示 出 一个)通过可转动的螺钉269b在杆269上提供可调节的张力。另外， 辊262和263被固定以使它们不能转动。辊265是"夹持辊"，当织物 离开输出辊时辊265被接合以使得织物定位。在正常运转过程中张紧 杆269弹簧269d被压缩以使张紧杆269和辊265之间的间隙设定张力。 凸轮操作杆269c可释放弹簧并且使它们相对于材料推动张紧杆269 并且将材料夹在张紧杆269和辊265之间。
图20A-20D示出了利用类似于系统200的系统将材料施加到管上 的各个巻绕角。如图20A和20B中所示，材料242以63度的正巻绕 角寻皮施加到管206上。如图20C和20D中所示，材料以53度的正巻 绕角^L施加到管206上。
图21A-21I示出了利用系统200的巻绕方法的步骤。如图21A中 所示，重新巻绕芯220被排空并且芯210已经被移开。如图21B中所 示，重新巻绕马达208被启动并且来自于重新巻绕台212的材料已经 充填重新巻绕芯220。
图21C示出了通过将辊246上的芯移动到同心轴上使得充填的芯 220移动到释放芯位置。先前作为重新巻绕芯220的芯现在是释放芯 210。如图21D中所示，两个分裂的半芯已经被固定在一起以形成新 的重新巻绕芯220并且新的重新巻绕芯220已经充填有材料。图21E 示出了材料巻绕在管206上，芯220是满的，并且利用偏转臂组件250 从芯210取出材料。当偏转臂组件将材料巻绕到管上时，芯220相对 于主轴转动。如图21F所示，芯210已经被排空。
图21G示出了准备去除分裂的半芯210a、 210b以将满的重新巻 绕芯220移动到释放芯210的位置。
如图21H中所示，满的重新巻绕芯220已经移动到释放芯的位置 并且现在是释放芯210。在新的释放芯210上的材料端部被接合到已 经巻绕到管上材料的端部，例如利用高强度快芯粘接剂。同时，分裂 的芯部220a、 220b被放置在同心轴320上，产生新的重新巻绕芯220, 接着将材料巻绕到其上。图211示出了分裂的芯部已经被放置和固定 在同心轴320上，新的重新巻绕芯220已经充填材料，并且当释放芯 210供给材料242以巻绕管时，管上的材料242的巻绕已经被恢复。 同时偏转臂250转动/巻绕，在不使得系统停机的情况下重新巻绕芯可 被更换和/或充填。
利用控制系统使得偏转臂组件250的转速与管移动通过系统200 的线速度协调，从而可调节和维持材料在被巻绕的管上的角度关系或 者巻绕角。在某些方面，管速度在每分钟1至20英尺之间，巻绕速度 在1和50RPM之间。巻绕角是线速度、巻绕速度和管直径的函数。 公式是R- (S/ (PI ( ) *D)) *Tan (a);其中R是转速，S是线速 度(英寸/分钟)，D是巻绕直径(英寸)，a是巻绕角。对于8"管和48"/ 分钟的线速度，偏转臂組件以3.75RPM转动以实现63度的巻绕角。
在图21A-21I中所示的操作中，当释放芯上的材料用完时，偏转 臂组件250的转动停止并且夹持辊与巻绕在管上的材料端部接合。同 时，利用控制系统CS启动马达234 (如图16C示意性示出的)并且 基座226开始沿着移动管的方向并且以与其相同的速度移动使得系统 200与管保持固定关系，从而在新的释放芯就位后巻绕可被恢复。这 样，轨道系统用作积累器并且使得换芯的时间省略。在一个特定方面， 轨道为80英尺长，可省略约20分钟的换芯的时间(在4，/分钟的线速 度下)。
在基座226在轨道上移动的同时，排空的释放芯部分与同心轴310 脱开并且从同心轴310去除并且相邻的满重新巻绕芯220移动就位以 成为新的释放芯。新安装的重新巻绕芯的重新巻绕可以远高于偏转臂 组件250转动的转速进行(例如，在一个方面，与用于巻绕的1.5至 20RPM相比，用于重新巻绕的转速为50至100RPM;并且在一个特
定方面，100RPM重新巻绕，5RPM巻绕)。材料在张紧下被重新巻绕 并且材料被锁定(例如但不限于通过放下材料端部)以使该张紧被保 持。控制系统CS控制马达234。在一个方面，衬编码器表示管速度， 转动编码器表示马达速度，并且PLC电子系统利用它们的输入达到基 座226的所需速度。
在一个特定方面，16英寸宽的材料被施加到外径为8英寸的管上。 在另一个方面，8英寸宽的材料被施加到外径为4.5英寸的管上。
因此，在结论中，可以看出，本发明和这里所披露的实施例以及 后面的权利要求覆盖的方案适于完成发明目的并且达到上述目标。在 不脱离本发明的精神和保护范围的情况下可在主题中进行某些变化。 应该理解的是，可在本发明的保护范围内进行变化，并且在下列权利 要求中的任何一个所述的每一个元件或步骤被理解为所有等同的元件 或者步骤。下列权利要求在法律范围内尽可能宽地覆盖本发明，而与 它们采用的形式无关。这里要求保护的本发明根据35 U.S.C. §102是 新的和新颖的并且满足在§102中的专利性的条件。根据35 U.S.C. § 103,这里要求保护的本发明是非显而易见的并且满足在§103中的专 利性的条件。说明书和权利要求书符合35 U.S.C.S112所有的要求。 本发明人可依据等同原则确定和评价本发明的保护范围以及基本上不 脱离但在权利要求所限定的本发明的保护范围外的属于权利要求的设 备。这里所述的任何专利或者专利申请在这里全部合并用于参考。
第二发明的
背景技术：
本发明涉及用于将加强热塑性衬安装在管线中的设备和方法，无 论在开始制造管线过程中或者在后来的更新、升级或者修补中。在任
何一种情况下，通过增加衬的爆裂强度和衬提供的腐蚀防护来增大管 线的使用寿命。为了保护目前的管线不受破坏，已经使用耐腐蚀热塑 性村，无需挖掘和更换管线，这可是很昂贵的。
用于保护管线内部的热塑性衬的使用已经在多个参考文献中被披
露，开始于法国专利81 07346 (Laurent),并且管衬方法还在美国专 利US 4,496,449; 4，394，202; 4，207，130; 4，985，196;和3,429,954中被
披露。但是，这些方法已经被证明为仅在相对低压的管线中略微成功 并且应用在长度不大于一至二英里的目前管线中。
过去，对于管线，使用两种类型的管衬，松配合管衬和紧配合管 衬。松配合管衬已经被描述为在衬中包含流体或者气体的压力的衬。 紧配合管衬是与管线内壁齐平并且与其紧密接合。紧配合管衬被管线 物理支撑，因此可取决于包含管线中流体或者气体的压力的管线的强 度。紧配合管衬相对于松配合管衬具有一些优点，它们可能不那么昂 贵，它们无需承受很大的栽荷，它们可保持最大可能的内径。安装紧 配合管衬的几种方法在美国专利US 5,072,622; 3，856，905; 3,959,424; 和3,462,825中4皮披露。
遗憾的是，紧配合管村具有一些问题。尽管紧配合管衬保护管线 内部不受到腐蚀，但是它不能保护管线的外部。腐蚀侵害可削弱管线 物理的强度，使得管线不能承受内部的压力并且导致泄漏。由于传统 的紧配合管衬取决于包含管线中流体或者气体的压力的管线的强度， 如果管线出现故障，那么衬将出现故障。衬和管出现故障将带来很大 的更换费用并且根据包含在管线中的物质性质可能对于环境是灾难性 的。
这样，通过安装目前所用的村来修补目前的管线不能解决关于管 线的所有问题。这些问题已经通过设计这样的衬来解决，即，衬具有 多层并且具有足够的包含管线压力的强度，村安装在管线中，并且在 衬中包含泄漏检测和应力监测系统，如在美国专利US 5,551,484 (Charboneau)中披露的。 一种可选择的用于紧配合管衬的泄漏检测 系统辟皮披露在美国专利US 5,072,622 ( Roach， Whitehead)中以及环 形通道的使用被披露在美国专利US 6,220,079 (Taylor, Roach)中。 即使在解决了爆裂强度和监测的问题后，还有另一个问题。将管 衬插入到管线中的最常用的方法包括将衬变形或者临时折叠成截面小 于接收管线的步骤以使得衬可通过管线被拉或者拔并且最终恢复其完
整的圓柱形截面并且紧密配合在管线内，如在美国专利US 5,395,472、 5，810，053和5,861,116 (Mandich)中披露的。可以看出，能够完整安 装的衬的长度受到衬本身的纵向强度限制。在许多油和气体管线中， 特别是离岸的管线，管线长度超过几英里，高爆裂强度紧配合衬的安 装是不可能的。
第二发明的

发明内容
本发明提供用于将具有整体监测系统的临时折叠的多层强化热塑 性衬组件连续安装在长度超过1英里的管线中的设备和方法，临时折 叠的衬组件膨胀至其初始形状并且具有确保衬紧密配合在管线中的步 骤。
本发明所涉及的热塑性衬组件的芯内衬可由热塑性材料挤出以形 成连续管或者有限段的热塑性管熔接在一起形成连续管。形成热塑性 衬组件的芯内衬的该连续管通过巻绕装置被拉，所述巻绕装置将至少 两个强度强化层巻绕到芯内衬的外表面上以及将多于一个的中间层巻 绕到强度强化层上。强度强化层和中间层可增大热塑性衬组件的径向 爆裂强度和达到足够的包含其中安装热塑性衬组件的管线内的压力的 强度。
在芯内衬通过巻绕装置被拉时，至少两个张紧变形元件被纵向地 安装在强度强化层附近并且被中间层固定。张紧变形元件是具有双重 目的的挠性高强度元件。第一个目的是提供承受拉动热塑性衬组件通 过几英里长的管线所需的拉伸作用力的所需拉伸强度。第二个目的是 利用当热塑性衬组件被拉过管线时在拉伸变形元件中的极大张力的帮 助将热塑性衬组件保持临时折叠或者变形结构。
与张紧变形元件的安装同时发生的多个测量电路可平行于张紧变 形元件被安装，同样在强度强化层附近沿着热塑性衬组件的纵向轴线 并且被中间层固定。这些测量电路可包括多个发射应答器、通讯、检 查、抽真空、光纤、电子、电容、热或者其他元件，每一个元件不会 受到通过几英里的管线拉动热塑性衬组件所需的极大张力的损害。
具有巻绕层、张紧变形元件和测量电路的芯内衬接着被外衬巻绕，
外衬可具有一个或者多个热塑性材料层。外衬的外表面可设有沟槽或 者沟道以在热塑性衬组件和管线之间形成用于监测、检查、渗透气体 去除和通讯的环形通道。同样，外衬的内表面可设有沟槽或者沟道以 实现与在外表面上的沟槽或者沟道相同的功能。
作为在管线中安装热塑性村组件的下 一个步骤是热塑性衬组件被
变形装置(通常一系列辊和轮)折叠成"c"或者"u"或者"w"的 截面形状。
热塑性衬组件的拉拔端被装在拉拔头上，拉拔头与拉拔缆线相连， 在管线完成端处利用诸如绞盘的张紧装置将拉拔缆线拉过管线。拉拔 头与拉拔缆线相连以使得第一拉拔作用力仅施加在张紧变形元件上并 且不在热塑性衬组件的其他任何一个元件上。张紧变形元件在张紧下 产生定心作用以使得热塑性衬组件保持其临时折叠或者变形截面形状 直至它重新成形以紧密配合在管线内。临时片也可用于帮助热塑性衬 组件保持其变形形状直至它重新成形以紧密配合在管线内。
本发明的一个目的是，提供一种用于安装在圆柱形截面的管线中 的改进衬组件，所述管线具有内表面和外表面以及具有起始端和终点 端，所述衬组件具有纵向轴线和并且初始制造有圆柱形截面的拉拔端， 利用在衬组件的拉拔端拉拔的张紧装置使得拉拔端临时折叠以有助于
插入和安装在管线中，所述衬组件还包括具有内表面和外表面的芯 内衬、轨道式巻绕在芯内衬的外表面上的至少两个强度层；轨道式巻 绕在强度层上的多于一个的中间层、在安装在管线内的过程中维持由 张紧装置产生的张力的有助于使衬组件截面在安装在管线内的过程中 暂时保持折叠的至少两个张紧变形元件，所述张紧变形元件纵向接近 中间层并且被中间层固定；纵向接近中间层并且被中间层固定的至少 一个测量电路；以及具有内表面和放在中间层上的外表面的外衬。
本发明的另一个目的是，提供一种用于将改进的村组件安装在圆 柱形截面的管线中的改进方法，所述管线具有内表面和外表面以及具 有起始端和终点端，所述衬组件具有纵向轴线和拉拔端，且拉拔端最 初制成圆柱形截面，其暂时被折叠以利于插入，且利用在衬组件的拉
拔端拉拔的张紧装置安装在管线中；包括下列步骤提供具有内表面 和外表面的圆柱形截面的连续芯内衬段；将至少两个强度层巻绕在芯 内衬的外表面上；将多于一个中间层巻绕在强度层上；纵向上将至少 两个张紧变形元件放置在中间层附近并且被中间层固定，其中所述张 紧变形元件在安装在管线过程中维持由张紧装置产生的张力并且在安 装在管线过程中有助于使得衬组件截面保持临时折叠；纵向上将至少 一个测量电路放置在中间层附近并且被中间层固定；在中间层上放置 并且纵向密封具有内表面和外表面的外衬；临时折叠衬以形成面积小 于管线截面的截面，有助于将村组件插入和安装在管线中；将拉拔头 放置在村的拉拔端上并且将所述拉拔头固定连接在张紧装置上；接合 所述张紧装置以从管线的起始端拉拔所述拉拔头并且将衬组件拉过管 线到达管线的终点端；将张紧装置与拉拔头脱开，以及将衬再次成形 为圆柱形截面使得外衬的外表面与管线的内表面接合。

图22是本发明的衬组件的安装的框图。
图23是处于临时折叠状态以插入到管线中的本发明的衬组件的 一个实施例的透^f见图。
图24示出了具有被拉过管线的临时折叠村组件的管线的截面。
具体实施例方式
图l示出了本发明的衬组件在管线l，中安装的框图。在图l中所 示的安装中，改进的衬组件被现场制造并且直接被拉到管线l，中。直 径在2"和60"之间的管线可被修复。
在图1中所示的实施例中，间断的热塑性管段2，被拉到熔接机器 3，中并且被熔接成前述的热塑性管段2，作为热塑性衬组件的芯内村以 形成连续管20，。连续管20，接着被拉过一系列巻绕机4，和5',巻绕机 4，和5，将强度强化层巻绕在连续管20，上。第三巻绕机6，将中间层巻 绕到强度强化层上同时安装如图2和3中所示的至少两个张紧变形元 件13，，并且可根据需要安装这样的测量电路。
利用至少一个拉拔装置7，拉连续管20，。 一旦在连续管20，已经巻
绕有强度层和中间层，并且装有张紧变形元件13，和测量电路，接着 巻绕外衬23，，外衬23，被纵向焊接机8，纵向熔接。外衬23，的内表面 和外表面可装有沟槽或者沟道以用于环形监测、检查、渗透气体去除 和通讯。
一旦装有外衬23，后，现在已经完全组装的热塑性衬组件被拉过 变形机9，并且连续折叠成"C"、 "U"或者"W"截面10'。临时折叠 的热塑性村组件IO，的被表示为拉拔端的起始端接着被拉到管线l，的 起始端21，中并且被拉拔缆线ll，拉拔，被在管线l，的完成端22，处的 张紧装置12，拉动。
利用拉拔头(未示出)使得拉拔缆线ll，与临时折叠的热塑性衬组 件10，的拉拔端相连，拉拔头直接连在张紧变形元件13，上，并且用于 在临时折叠的热塑性衬组件IO，上产生定心作用。拉拔头的第一拉拔 作用力将仅被转移到张紧变形元件13，上。 一旦临时折叠的热塑性衬 组件IO，已经从起始端21，到终点端22，被拉过管线1，，张紧装置12， 和拉拔头与临时折叠的热塑性衬组件IO，的拉拔端脱开并且热塑性衬 组件被重新成形为圆柱形截面，其中外衬23，的外表面接合管线l，的 内表面16，，如图3中所示。
图2示出了处于临时折叠状态的热塑性衬组件10'的一个实施例 的透^f见图，具有右折叠侧18，和左折叠侧19，。外衬23，未在图2中示 出以更好地示出张紧变形元件13，。在该实施例中，示出了四个张紧 变形元件13，，如图中所示，当热塑性衬组件被临时折叠时，张紧变 形元件13，相互相对地排列。该构造有助于产生定心作用力或者"中 国手指"效果以便当临时折叠的热塑性衬組件IO，被拉拔缆线ll，拉过 管线l，时由拉拔头在张紧变形元件13，上施加张力，使得临时折叠的 热塑性村组件10保持其折叠状态。
图2中示出了轨道式巻绕层14，的部分示图，巻绕层14，可是强度 层或者中间层。还示出了在右折叠侧18，和左折叠侧19，之间的备选保 持带15，，用于使得热塑性衬组件保持其临时折叠状态以及由张紧变 形元件13，产生的定心作用。这些保持带15，被设计成当临时折叠的热
塑性衬组件IO，膨胀到其初始形状以达到在管线l，内的紧配合时撕裂 或脱开的形式。保持带15，可被粘接剂或者粘合工艺连接。
图3示出了管线l'的截面，其中临时折叠的热塑性衬组件IO，被 拉过管线l，，管线l，具有外表面17，和内表面16，。如图2中所示，该 实施例具有四个张紧变形元件13，。
用于芯内衬和外衬的优选热塑性材料是高密度聚乙烯(HDPE)， 也可使用其他热塑性材料。
最好，强度强化层被巻绕以与已知的从纵向轴线成54.7度的薄压 力容器的壁中的应力角一致，强度层沿着相反的方向或者相反侧被巻 绕以确保强化的均匀性。
最好，巻绕层14，、强度层和中间层都由高强度材料或者诸如 KEVLAR⑧、SPECTRA⑧或者VECTRAN⑧的高强度材料的组合制 成，无论在纤维形式或者带形中。同样，张紧变形元件13，必须由高 强度材料或者诸如KEVLAR⑧、SPECTRA 或者VECTRAN⑧或者碳 纤维的高强度材料的组合制成。
拉拔缆绳ll，最好是诸如由Puget Sound Rope编制的 PLASMA⑧12，的高强度合成缆绳。
应该理解的是，粘接剂或者其他粘接技术可用于安装或者增强任 何巻绕层14，、张紧变形元件13，或者安装在热塑性衬组件中的任何测 量电路的安装。
应该理解的是，热塑性衬组件的外衬可在一侧或者两侧开沟槽以 在热塑性衬组件和管线之间或者外衬和中间层之间产生用于监测、检 查、渗透气体去除和通讯的环形通道。
权利要求
1.一种用于管的衬，所述衬包括包括聚合物材料的中空圆筒的第一层；包括卷绕材料的第二层，所述卷绕材料卷绕第一层，包括卷绕第二层的卷绕材料的第三层；所述衬具有与第二端分隔的第一端；在衬上并且从所述衬的第一端延伸到第二端的至少一个强度增强元件；所述衬包括独立支撑结构。
2. 如权利要求l所述的衬，其特征在于，所述聚合物材料是热塑 性材料。
3. 如权利要求1或2所述的衬，其特征在于，所述聚合物材料是 热固性材料。
4. 如权利要求l、 2或3所述的衬，其特征在于，所述第二层的 巻绕材料是定向HMWPE纤维。
5. 如权利要求l、 2、 3或4所述的衬，其特征在于，所述第三层 的巻绕材料是定向HMWPE纤维。
6. 如权利要求1至5中任何一项所述的衬，其特征在于，所述第 二层不重叠地巻绕在第一层上。
7. 如上述任何一项权利要求所述的村，其特征在于，所述第三层 不重叠地巻绕在第二层上。
8. 如上述任何一项权利要求所述的衬，其特征在于，至少一个强 度增强元件为带、短袜和平管的任何一种。
9. 如上述任何一项权利要求所述的衬，其特征在于，至少一个强 度增强元件由高强度纤维材料制成。
10. 如上述任何一项权利要求所述的衬，其特征在于，至少一个 强度增强元件是围绕第 一层圆周间隔的多个元件。
11. 如上述任何一项权利要求所述的衬，还包括在至少一个强度 增强元件周围和外部巻绕的多个纤维元件以将至少一个强度增强元件 定位在衬上。
12. 如上述任何一项权利要求所述的衬，还包括沿着衬延伸的至 少一个光纤电缆。
13. 如权利要求12所述的衬，其特征在于，至少一个光纤电缆在 衬和一个设备之间提供通讯。
14. 如权利要求12或13所述的衬，还包括在衬上并且围绕衬的 保护层。
15. 如权利要求12、 13或14所述的衬，其特征在于，至少一个 光纤电缆是可连接的以与用于测量温度的测量系统通讯连接。
16. 如权利要求12、 13或14所述的衬，其特征在于，至少一个 光纤电缆是可连接的以与用于测量应变的测量系统通讯连接。
17. 如权利要求12、 13或14所述的衬，其特征在于，至少一个 光纤电缆是可连接的以与用于测量温度和应变的测量系统通讯连接。
18. 如权利要求14所述的衬，其特征在于，保护层由聚合物材料 制成。
19. 如上述任何一项权利要求所述的衬，其特征在于，第一层处于第一角度，第二层处于第二角度，第一角度基本上等于第二角度并 且与第二角度相反。
20. 如上述任何一项权利要求所述的衬，其特征在于，第二层粘 在第一层上。
21. 如上述任何一项权利要求所述的衬，其特征在于，第三层粘 在第二层上。
22. 如上述任何一项权利要求所述的衬，其特征在于，第二层在 间断点处粘在第 一层上，第三层在间断点处粘在第二层上。
23. 如权利要求14至18中任何一项所述的衬，还包括多个设置 在包覆层下方并且与其接触的支撑元件。
24. 如权利要求14至18中任何一项所述的衬，其特征在于，衬 可变形为变形形状以插入管中。
25. 如权利要求24所述的衬，其特征在于，所述形状为"C"形。
26. 如权利要求24或25所述的衬，还包括多个设置在包覆层下
27.如4又利要求14至18或者23至26中任何一项所述的衬，其 特征在于，所述包覆层具有多个用于排出通过衬渗透的流体的内部凹
28. —种可就地制造的连续织物强化独立支撑管衬，所述管衬具 有纵向轴线，并且包括多段间断的聚合物管状挤出件，所述多段间断的聚合物管状挤出 件利用焊缝焊接在一起以形成具有第一端和第二端的连续中空圆筒形 元件，至少两个高强度低重量强化材料的加强层，所述至少两个加强层 从连续中空圆筒形元件的第一端到第二端轴向施加，其中每一个所述 加强层具有层厚，并且每一个所述加强层提供连续中空圆筒形元件的 覆盖率，其中每一个所述加强层以巻绕角(j)巻绕在连续中空圓筒形元件 上，其中连续中空圆筒形元件具有外径，所述覆盖率满足下列等式覆盖率-层厚/7C (外径)(COS小)。
29. 如权利要求28所述的管衬，其特征在于，覆盖率为100%, 角度小在50至60度之间。
30. 如权利要求28或29所述的管衬，还包括基本上平行于管衬 的纵向轴线从第一端到第二端施加在管衬上的至少一个拉拔元件。
31. —种为管加村的方法，所述方法包括将衬拉到管中，所述衬包括包括聚合物材料中空圆筒的第一层、 包括巻绕材料的第二层、巻绕材料围绕第一层巻绕，包括巻绕材料的 围绕第二层巻绕的第三层，第三层与第二层成一定角度，所述衬具有 与第二端间隔的第一端，在衬上并且从衬的第一端延伸到第二端的至少一个强度加强元件，所述衬包括独立支撑结构和在衬上并且围绕衬 的保护层。
32. 如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述衬是至少10 英里长的连续独立支撑结构。
33. —种用于在管线上操作一个设备的控制器的方法，所述方法 包括利用控制系统接收来自于与管线连通的测量系统的测量信号，所 述管线具有外管结构和其中的衬，所述衬包括包括聚合物材料中空 圆筒的第一层、包括巻绕材料的第二层、巻绕材料围绕第一层巻绕， 包括巻绕材料的围绕第二层巻绕的第三层，第三层与第二层成一定角 度，所述衬具有与第二端间隔的第一端，在衬上并且从衬的第一端延 伸到第二端的至少一个强度加强元件，所述衬包括独立支撑结构，至 少一个光纤电缆沿着衬延伸，和在衬上并且围绕其的保护层，测量系 统从至少一个光纤电缆接收表示管线内的温度和管线上的应变中的任 何一个的信号，响应于测量信号利用控制系统控制所述控制器。
34. 用于安装在圆柱形截面的管线中的改进衬组件，所述管线具 有内表面外表面以及具有起始端和终点端，所述衬组件具有纵向轴线 并且初始制造有圆柱形截面的拉拔端，利用在衬组件的拉拔端拉拔的 张紧装置使得拉拔端临时折叠以有助于插入和安装在管线中，所述衬 组件还包括具有内表面和外表面的芯内衬、轨道式巻绕在芯内衬的 外表面上的至少两个强度层；轨道式巻绕在强度层上的多于一个的中 间层、在安装在管线过程中维持由张紧装置产生的张力的至少两个张 紧变形元件，且在安装在管线过程中有助于使衬组件截面保持临时折 叠，所述张紧变形元件纵向接近中间层并且被中间层固定；纵向接近 中间层并且被中间层固定的至少一个测量电路；以及具有内表面和放 在中间层上的外表面的外衬。
35. 如权利要求34所述的改进衬组件，其中芯内衬是高密度聚乙烯。
36. 如权利要求34所述的改进衬组件，其中外衬是高密度聚乙烯。
37. 如权利要求35所述的改进衬组件，其中外衬是高密度聚乙烯。
38. 如权利要求34、 35、 36或37所述的改进衬组件，其中所述 张紧装置还包括高强度合成缆线的拉拔缆线。
39. 如权利要求34至38中任何一项所述的改进衬组件，其中外 衬的至少一个表面装有沟槽。
40. —种用于将衬组件安装在圆柱形截面的管线中的改进方法， 所述管线具有内表面和外表面以及具有起始端和终点端，所述衬组件 具有纵向轴线和利用在衬组件的拉拔端拉拔的张紧装置安装在管线中 的拉拔端；包括下列步骤a. 提供具有内表面和外表面的圆柱形截面的连续芯内衬段；b. 将至少两个强度层轨道式巻绕在芯内衬的外表面上；c. 将多于一个的中间层轨道式巻绕在强度层上；d. 纵向将至少两个张紧变形元件放置在中间层附近并且被中间层 固定，其中所述张紧变形元件在安装在管线过程中维持由张紧装置产 生的张力并且在安装在管线过程中有助于使得衬组件截面保持临时折 叠；e. 纵向将至少 一 个测量电路放置在中间层附近并且被中间层固定；f. 在中间层上放置并且纵向密封具有内表面和外表面的外衬；g. 临时折叠衬以形成面积小于管线截面的截面，有助于将衬组件 插入和安装在管线中；h. 将拉拔头放置在衬组件的拉拔端上并且将所述拉拔头固定连接 在张紧装置上；i. 接合所述张紧装置以从管线的起始端拉拔所述拉拔头并且将衬 组件拉过管线到达管线的终点端；j.将张紧装置与拉拔头脱开，以及；k.将衬组件再次成形为圆柱形截面使得外衬的外表面与管线的内 表面接合。
41. 如权利要求40所述的用于将衬组件安装在管线中的改进方 法，其中所提供的芯内衬为高密度聚乙烯。
42. 如权利要求40所述的用于将衬组件安装在管线中的改进方 法，其中所提供的外村为高密度聚乙烯。
43. 如权利要求41所述的用于将衬组件安装在管线中的改进方 法，其中所提供的外衬为高密度聚乙烯。
44. 如权利要求40至43中任何一项所述的用于将衬组件安装在 管线中的改进方法，其中所述张紧装置还包括高强度合成缆线的拉拔 缆线。
45. 如权利要求40至44中任何一项所述的用于将衬组件安装在 管线中的改进方法，其中外衬的至少一个表面装有沟槽。
46. —种用于将材料巻绕到管上并且围绕其巻绕的设备，所述设 备包括轴，利用驱动装置使得所述轴转动，包含被巻绕在管上的材料的释放芯，释放芯可拆卸地安装在轴上， 固定在轴上的偏转臂组件以围绕轴转动，使得偏转臂组件相对于巻绕到靠近偏转臂组件的管上， ' 一 '每一个轴和偏转臂组件具有中心开口，当管被巻绕时，管可移动 通过所述中心开口 。
47. 如权利要求46所述的设备还包括可拆卸地安装在轴上的重新巻绕芯，所述重新巻绕芯上具有可巻 绕管的材料，重新巻绕芯位置靠近释放芯，在释放芯排空巻绕材料后，重新巻绕芯移动到释放芯的位置以使释放芯。
48. 如权利要求46或47所述的设备，其中重新巻绕芯可位于轴 上以将材料重新巻绕到用于巻绕到管上的重新巻绕芯上。
49. 如权利要求46、 47或48所述的设备，其中偏转臂组件的位 置适于以所需巻绕角将材料供给到管上。
50. 如权利要求46、 47、 48或49所述的设备，其中巻绕在管上 的材料是定向纤维材料。
51. 如权利要求46至50中任何一项所迷的设备，其中巻绕在管 上的材料是高强度低重量材料。
52. 如权利要求46至51中任何一项所迷的设备，其中 释放芯包括可围绕轴以可拆卸的方式连接在一起的两个半芯，以及可重新巻绕芯包括以可拆卸的方式围绕轴连接在一起的两个半芯o
53. 如权利要求46至52中任何一项所述的设备，还包括 设备，辊设备包括位置适于以巻绕角将材料移动到管上的多个间隔的辊。
54. 如权利要求53所述的设备，还包括邻近至少一个辊的张紧装置，在材料移动经过所述至少一个辊时 所述张紧装置张紧材料，以及张紧装置包括用于将所选择的张力施加在材料上的可调节张力的 装置。
55. 如权利要求53或54所述的设备，其特征在于，所述至少一 个辊是位置可调的。
56. 如权利要求46至55中任何一项所述的设备，还包括在偏转 臂组件上的配重装置。
57. 如权利要求47所述的设备，还包括同心轴，所述同心轴包括安装在主轴上的第一同心轴和第二同心 轴，所述主轴穿过每一个同心轴，释放芯和重新巻绕芯安装在其中一 个中心轴上，可转动地安装在每一个同心轴上的多个间隔的轴辊，每一个轴辊 的一部分向轴外伸出， 释放芯具有带内表面的主体，并且在内表面上具有多个沟槽，多 个沟槽的沟槽的位置适于将多个轴辊的轴辊接收在其中以有助于将释 放芯设置在轴上，以及重新巻绕芯具有带内表面的主体，并且在内表面上具有多个沟槽， 多个沟槽的沟槽的位置适于将多个轴辊的轴辊接收在其中以有助于将 重新巻绕芯设置在轴上。
58. 如权利要求57所述的设备，其中释放芯可从主轴上的第一位 置去除并且重新巻绕芯可移动到第一位置。
59. 如权利要求46至58中任何一项所述的设备，还包括与轴相 连的用于转动轴的马达设备。
60. 如权利要求59所述的设备还包括支撑装置，所述支撑装置包括与轴、释放芯和偏转臂组件相连并 且支撑它们的主支撑件，主支撑件位于并且被固定在其上的支撑基座， 在支撑基座上的马达装置，主支撑件具有可使得被巻绕的管移动通过的开口。
61. 如权利要求60所述的设备，还包括 轨道装置，支撑基座可移动地安装在轨道装置上，轨道驱动装置，所述轨道驱动装置固定在轨道装置上并且与支撑 基座相连以当管移动通过主支撑件和轴时移动在轨道装置上的支撑基 座。
62. 如权利要求61所述的设备，其中当管移动时支撑基座与管一 起移动以使偏转臂组件在管巻绕位置处与管保持固定关系。
63. —种用于将巻绕材料巻绕到管周围的设备，所述设备包括 轴，利用驱动装置可使得所述轴转动，包含被巻绕在管上的材料的释放芯，释放芯可拆卸地安装在轴上， 固定在轴上的偏转臂组件以通过轴转动，使得偏转臂组件相对于巻绕到靠近偏转臂组件的管上， 每一个轴和偏转臂组件具有中心开口，当管被巻绕时，管可移动 通过所述中心开口 ，可拆卸地安装在轴上的重新巻绕芯，所述重新巻绕芯上具有可巻 绕管的材料，重新巻绕芯位置靠近释放芯，在释放芯排空巻绕材料后，重新巻绕芯移动到释放芯的位置以使 重新巻绕芯成为新的释放芯，其中重新巻绕芯位于轴上以将巻绕在管上的材料重新巻绕到重新 巻绕芯上,其中偏转臂组件的位置适于以所需的巻绕角将材料提供到管上， 其中释放芯包括可围绕轴以可拆卸的方式连接在一起的两个半其中可重新巻绕芯包括可围绕轴以可拆卸的方式连接在一起的两 个半芯，设备，以及辊设备包括位置适于以巻绕角将材料移动到管上的多个间隔的辊。
64. —种用于将材料巻绕到管上的方法，所述方法包括 将材料的一端放置在管上，材料被巻绕在管上，所述材料从偏转臂组件延伸到巻绕装置，所述巻绕装置包括轴，利用驱动装置使得 所述轴转动，包含被巻绕在管上的材料的释放芯，释放芯可拆卸地安 装在轴上，固定在轴上的偏转臂组件以通过轴转动，使得偏转臂组件将材料巻绕到靠近偏转臂组件的管上，每一个轴和偏转臂:件具有中 心开口，当管被巻绕时，管可移动通过所述中心开口 ，以及 转动轴以将材料巻绕在管上。
65. 如权利要求64所述的方法，还包括当管移动时使得巻绕装置 随着管移动以使得偏转臂组件与管保持固定的关系。
全文摘要
一种用于管的衬(12)，所述衬包括包括聚合物材料中空圆筒的第一层(10)；包括卷绕材料的第二层(20)，所述卷绕材料卷绕第一层，包括卷绕第二层的卷绕材料的第三层(30)；衬(12)具有与第二端分隔的第一端，在衬上并且从所述衬的第一端延伸到第二端的至少一个强度增强元件(40)；所述衬(12)包括独立支撑结构。
文档编号B29C63/10GK101107471SQ200580047110
公开日2008年1月16日 申请日期2005年11月21日 优先权日2004年12月13日
发明者I·C·曼迪西, J·L·加拉格尔, K·R·沙博诺, S·C·卡塔, W·D·斯特林费洛 申请人:斯马特管道有限合伙公司