KR100882495B1 - 복합 파이프 라이닝 및 복합 라이닝 설치 방법 - Google Patents

복합 파이프 라이닝 및 복합 라이닝 설치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파이프용 복합 라이닝에 관한 것으로서, 구조적으로 완전한 모습(integrity)을 제공하기 위한 구조층(structural layer); 및 유체 불침투성(fluid impermeability)을 제공하기 위한 봉쇄층(containment layer)을 구비한다. 구조층은 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 라이닝(lining)을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 스트립(strip)을 구비한다.
본 발명은 파이프에 복합 라이닝을 라이닝하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 봉쇄층의 유체 무결성을 시험하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 파이프에 구조층 및 봉쇄층을 설치하는 장치에 관한 것이다.
파이프, 라이닝, 봉쇄, 구조, 나선형, 용접

Description

복합 파이프 라이닝 및 복합 라이닝 설치 방법{A Composite Pipe Lining and A Method of installing a Composite Lining}
본 발명은 파이프용 복합 라이닝 및 복합 라이닝 설치 방법에 관한 것이다.
파이프로부터의 누출이 큰 문제라는 것은 가스 및 수자원 당국에 잘 알려져 있다. 누출이 발생했을 때, 결함이 있는 가스관, 수도관, 하수관의 수리 또는 교체에 의해 누출을 치유하는 비용 및 혼란에 의해 그 문제는 해결된다. 그 어떤 누출도 위험한 가스관 및 저수지와 수도꼭지 사이에서의 누출이 일반적으로 30% 이상의 평균 손실을 나타내는 수도관의 경우, 누출이 일반적으로 쟁점화된다. 많은 도관들은 교체를 필요로 하며 당국은 부분 보수보다는 장기적 해결책을 일반적으로 염원한다.
존재하는 도관의 수명을 연장하기 위한 하나의 해결책은 적절한 재료를 이용하여 도관들을 다시 배관하는 것이다. 예를 들어, 폴리에틸렌과 같은 열가소성 물질은 가스관 및 수도관 망(network)을 재배관하는데 현재 선호되는 재질이고, 50년 이상의 수명 및 현저하게 긴 예상 수명을 가지도록 설계가 가능하다. 많은 배관 라 이닝 방법들은 소직경 및 중직경 배관에 사용될 수 있지만 이것들은 보다 큰 대직경 배관의 라이닝을 위해서는 일반적으로 적용할 수 없다. 이처럼 적절한 라이닝 방법이 부족한 것은 대직경 배관들의 유지를 위하여 고가의 교체 방법이 종종 구현되어야 하는 것을 의미한다.
일반적으로, 도관 시스템은 파이프 시스템의 요구조건 및 관련 법규정에 적합한 특정 재료 및 라이닝 시스템을 적용한다. 가스의 봉쇄(containment)가 가장 중요한 가스관의 라이닝은, 예를 들어 표준 또는 전문 폴리에틸렌 파이프를 일반적으로 사용하는바, 주철 주관(cast iron host pipe)에 통상적인 삽입을 허용하도록 종종 일시적 변형을 필요로 한다. 그러나, 이러한 구조적인 '슬립라이닝(sliplining)' 기술은 조립된 라이닝 파이프를 설비하는 동안 많은 일손이 필요하고, 라이닝 파이프를 손상시키지 않고 삽입을 허용하는 큰 접근 구덩이들(access pits)을 필요로 한다. 또한, 현재의 슬립라이닝 방법들은 예를 들어, 24인치 이상의 대직경 파이프용으로는 비현실적이다. 또한, 그러한 것들은 48인치 대직경 이상까지의 대직경 라이닝을 위해서는 일반적으로 적용되지 않는 방법이다.
수도관의 경우, 엄격한 음용수 규제가 시멘트 모르타르 라이닝을 부식과 누출을 방지하기 위하여 수지 스프레이-온 라이닝으로 교체되고 있다. 또한, 폴리에틸렌 슬립라이닝 기법들은 장기적이고 구조적인 해결책을 제공하곤 했다. 즉석 처치(cured-in-place) 폴리에스터 수지 라이닝은 주관(host pipe) 결함(deformity) 및 외부 수압이 특수한 문제이고, 규제도 덜 제한적인 자중 하수관(gravity sewer pipes)에 유용하다. 그럼에도 불구하고, 수도관 및 하수도관 산업에서, 대직경관의 라이닝은 어렵고 비싸기 때문에 새롭거나 대안적인 해결책들이 절실히 요구된다.
또한, 많은 도관들은 일직선이지 않고 조인트, 돌출 측면 연결부 및 잘못 배열된 파이프 영역 등과 같은 내부 불규칙성을 가진다. 그러한 파이프들에 있어서, 평평한 시트로 제작된 얇은 벽의 라이너들이 제안되었다. 그러나, 그러한 것들은 힘을 받을 때 꼬이고 비틀리거나 다른 바람직하지 않은 방법으로 변형되고, 압력 하에서 도관의 내부 형상을 변형시키는 경향이 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 경감시킬 수 있는 파이프용 복합 라이닝, 및 복합 라이닝 설치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 구조적으로 완전한 모습(integrity)을 제공하기 위한 구조층; 및 유체 불투과성을 제공하기 위한 봉쇄(containment) 층을 구비하고, 상기 구조층은 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 스트립(strip)을 구비하는 파이프용 복합 라이닝이 제공된다.
바람직하게, 상기 봉쇄층은 상기 파이프 내부에 실질적으로 연속적인 불침투성 관상(tubular) 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 영역을 구비할 수도 있다.
상기 봉쇄층은 상기 구조층 내부에 동심적으로(concentric) 제공될 수도 있고, 상기 봉쇄층은 상기 구조층의 내부 표면(internal surface)의 적어도 일부에 결합될 수도 있다.
상기 봉쇄층은 상기 구조층의 외부에 동심적으로 제공될 수도 있다.
바람직하게, 상기 구조층은 복수의 감김(turns)을 형성하도록 나선형으로 감긴 스트립(strip)을 구비하고, 각각의 감김은 이전(previous) 감김과 실질적으로 나선 접촉되어 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성한다.
상기 구조층은 제1 구조층이고, 상기 복합 라이닝에는 상기 파이프 내부에 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 스트립을 구비하는 제2 구조층이 제공될 수도 있다.
상기 제2 구조층은 복수의 감김(turns)을 형성하도록 나선형으로 감긴 스트립(strip)을 구비하고, 각각의 감김은 이전 감김과 실질적으로 나선 접촉되어 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상 라이닝을 형성한다.
바람직하게, 상기 제1 구조층은 상기 제2 구조층 내부에 동심적으로 제공된다.
바람직하게, 상기 제1 구조층은 상기 파이프 내부에 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하도록 제1 나선 방향으로 나선형으로 감겨진 스트립을 구비하고; 상기 제2 구조층은 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상 라이닝을 형성하도록 제2 나선 방향으로 나선형으로 감겨진 스트립을 구비하고; 상기 제1,2 나선 방향들은 정반대이다.
바람직하게, 상기 봉쇄층은 제1 봉쇄층이고, 상기 복합 라이닝에는 상기 파이프 내부에서 실질적으로 불침투성 관상 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 영역을 구비하는 제2 봉쇄층이 제공된다.
상기 구조층 또는 적어도 하나의 구조층은 상기 제1 및 제2 봉쇄층 사이에 제공될 수도 있다.
상기 복합 라이닝은 적어도 3개의 봉쇄층과 적어도 2개의 구조층을 구비할 수도 있고, 상기 봉쇄층들은 대응되는 구조층에 의해 서로 분리되어 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 파이프와 구조적으로 완전한 모습을 제공하는 구조층을 라이닝하는 단계; 및 상기 파이프와 유체 불투과성을 제공하는 봉쇄층을 라이닝하는 단계를 포함하고, 상기 파이프와 구조층을 라이닝하는 단계는 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하도록 상기 구조층을 배열하는 단계를 포함하는 파이프 라이닝 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 파이프와 상기 봉쇄층을 라이닝하는 단계는 관상 라이닝을 형성하도록 적어도 하나의 라이닝 재료 영역을 배열하는 단계 및 상기 관상 라이닝이 실질적으로 불침투성이 되도록 시밍(seaming)하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 파이프와 상기 구조층을 라이닝하는 단계는 복수의 감김을 형성하도록 스트립을 나선형을 감는 단계를 포함하고, 각각의 감김은 이전의 감김과 실질적으로 나선적으로 접촉되도록 함으로써 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상 구조층을 형성한다.
상기 봉쇄층은 상기 구조층 외부에 동심으로 제공될 수도 있다.
바람직하게, 상기 구조층은 제1 구조층이고, 상기 방법은 상기 파이프와 제2 구조층을 라이닝하는 단계를 포함하고, 상기 제2 구조층은 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 스트립을 구비한다.
바람직하게, 상기 파이프와 상기 제2 구조층을 라이닝하는 단계는 복수의 감김을 형성하도록 제 2스트립을 나선으로 감는 단계를 포함하고, 각각의 감김은 이전의 감김과 실질적으로 나선 접촉됨으로써 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 구조층을 형성한다.
바람직하게, 상기 파이프와 제1 구조층을 라이닝하는 단계는 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하도록 제1 나선 방향으로 스트립을 나선으로 감는 단계; 및 상기 파이프와 상기 제2 구조층을 라이닝하는 단계는 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하도록 제2 나선 방향으로 제2 스트립을 나선으로 감는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2 나선 방향은 정반대이다.
바람직하게, 상기 봉쇄층은 제1 봉쇄층이고, 상기 방법은 관상의 라이닝을 형성하도록 적어도 하나의 제2 라이닝 재료 영역을 배열하고 상기 관상의 라이닝을 실질적으로 불침투성이 되도록 시밍(seaming)함에 의해 상기 파이프와 제2 봉쇄층을 라이닝하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 방법은 상기 파이프와 적어도 3개의 봉쇄층과 적어도 2개의 구조층을 라이닝하는 단계를 더 포함하고, 상기 봉쇄층들은 상응하는 구조층에 의해 서로 분리되어 있다.
본 발명의 제3 측면에 의하면, 제1 측면에 따른 복합 라이닝의 관상의 봉쇄층의 유체 불침투성을 시험하기 위한 시험 장치가 제공되는바, 이 장치는 상기 봉쇄층의 세로 방향을 따라 형성되고 적어도 2개의 실질적으로 평행한 이음매 영역과 상기 이음매 영역 사이에 형성된 구거(conduit)를 가진 이음매(seam)를 구비한다.
본 발명의 제4 측면에 의하면, 제1 측면에 따른 복합 라이닝의 관상의 봉쇄층의 유체 불침투성을 시험하기 위한 방법이 제공되는바, 이 방법은 상기 봉쇄층에 그 봉쇄층의 세로 방향을 따라 이음매(seam)를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 이음매는 적어도 2개의 실질적으로 평행한 이음매 영역과, 상기 이음매 영역 사이에 형성된 구거(conduit)를 구비한다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 파이프를 라이닝하기 위한 느슨하게 꼬여진 나선 라이닝 재료 스트립을 제공하기 위한 장치가 제공되는바, 이 장치는 베이스 부분; 및 상기 라이닝 재료의 코일을 지지하고 상기 코일로부터 상기 라이닝 재료가 분배되도록 허용하기 위하여 상기 베이스 부분에 회전 가능하게 장착되고, 상기 라이닝 재료 스트립에서 나선 꼬임을 유발시키기 위하여 상기 베이스 부분에 대하여 제어되는 방식으로 회전 가능하게 되어 있는 코일 지지 수단을 구비한다.
바람직하게, 상기 코일 지지 수단은 상기 코일의 정중앙 끝단으로부터 상기 스트립을 분배하도록 구성됨으로써, 자연적으로 유발된 나선 꼬임을 가진 스트립이 분배되는 것을 허용하고, 상기 자연적으로 유발된 꼬임은 그 어떤 꼬임을 발생시키는 회전에 부가되도록 되어 있다.
바람직하게, 상기 코일 지지 수단은 그곳을 통해 상기 스트립을 분배하기 위한 개구(aperture)를 구비하는 스트립 분배 부분이 제공되고, 상기 스트립 분배 플랫폼(platform)은 상기 코일 지지 수단에 독립하여 상기 베이스 부분에 대하여 회전가능하도록 되어 있다.
바람직하게, 상기 코일 지지 수단은 상기 코일의 중심축에 대한 회전을 위하여 상기 베이스 부분에 회전 가능하게 장착된다.
바람직하게, 상기 코일 지지 수단은 상기 코일의 중심축에 실질적으로 수직인 축에 대한 회전을 위하여 상기 베이스 부분에 회전 가능하게 장착된다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 파이프와 라이닝 재료 스트립을 나선적으로 라이닝하기 위한 장치가 제공되는바, 상기 장치는 나선 감기 수단을 구비하는 감기 장비를 구비하고, 상기 나선 감기 수단은 나선으로 감긴 라이닝 층으로 상기 스트립을 나선으로 감기 위하고, 상기 파이프와 먼저 설비된 라이닝 층 중 어느 하나의 내부 표면을 라이닝 하기 위하여 구성된다.
바람직하게, 상기 감기 수단은 상기 내부 표면에 상기 스트립을 직접 나선적으로 감기 위하여 구성되고, 상기 감기 장비는 상기 나선적으로 감긴 라이닝 층의 각각의 감김이 상기 내부 표면에 형성될 때 상기 파이프를 따라 세로방향으로 이동하도록 구성된다.
바람직하게, 상기 감기 수단은 상기 라이닝 스트립을 나선적으로 감긴 영역층에 감고, 상기 파이프를 따라 상기 나선적으로 감긴 관상 영역을 구동하기 위해 구성됨으로써 상기 내부 표면에 상기 나선적으로 감긴 라이닝 층을 형성한다.
바람직하게, 상기 감기 수단은: 상기 라이닝 스트립을 내부 표면에 감음으로써 상기 나선적으로 감긴 영역을 형성하기 위하여 상기 파이프의 끝단에 회전 가능하게 장착될 수 있는 실린더; 및 상기 나선형으로 감긴 영역을 상기 파이프를 따라 구동함으로써 상기 파이프 또는 앞서 설비된 라이닝 층 중 어느 하나의 내부 표면에 상기 나선형으로 감긴 라이닝 층을 형성하기 위하여 상기 내부 실린더 표면에 장착된 나선형 가이드를 구비한다.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 파이프와 관상의 봉쇄층을 라이닝하기 위한 장치가 제공되는 바, 이 장치는 라이닝 재료 시트를 실질적으로 원통형 관상 구조물로 형성하기 위한 적어도 하나의 라운딩 다이를 구비하는 형성 영역(formation portion)을 구비한다.
바람직하게, 상기 형성 영역은 라이닝 재료 시트를 평평한 관상 구조물 속에 형성하기 위한 적어도 하나의 형성(formation) 다이; 및 상기 평평한 관상 구조물을 실질적으로 원통형 관상 구조물 속에 형성하기 위하여 위치된 라운딩 다이를 구비한다.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 파이프의 이음매 용접 봉쇄층용 용접 장치가 제공되는 바, 상기 장치는 상기 파이프의 세로 방향 아래로 움직이도록 구성된 가동(mobile) 유니트를 구비하고, 상기 가동 유니트는 상기 봉쇄층의 용접 이음매를 위한 적어도 하나의 이음매 용접 헤드를 구비한다.
바람직하게, 상기 가동 유니트는 상기 봉쇄층을 하부의 구조층에 용접하기 위한 적어도 하나의 제2 용접 헤드를 더 구비한다.
바람직하게, 상기 용접 헤드 또는 각각의 용접 헤드는 열을 유발시킴으로써 상기 용접을 하기 위한 적외선 열원을 구비한다.
바람직하게, 상기 용접 헤드 또는 각각의 용접 헤드는 열을 유발시킴으로써 상기 용접을 하기 위한 초음파 열원을 구비한다.
바람직하게, 상기 용접 헤드 또는 각각의 이음매 용접 헤드는 용접하는 동안 공기 압력을 상기 이음매에 인가하기 위한 가압 팬을 포함한다.
바람직하게, 상기 용접 헤드 또는 각각의 이음매 용접 헤드는 상기 이음매의 세로 영역이 용접되는 것을 방지함으로써 유체 불침투성 구거(conduit)를 형성하기 위한 차폐 영역(shield portion)을 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면들을 참조만 함으로써 예시적인 방법에 의해 설명될 것이다.
도 1은 주관(host pipe) 내부에서 복합 라이닝의 제1 실시예의 절단 단면도.
도 2는 제1 실시예의 단면도.
도 3은 주관 내부에서 복합 라이닝의 제2 실시예의 단면도.
도 4는 주관 내부에서 복합 라이닝의 제3 실시예의 단면도.
도 5는 주관 내부에서 복합 라이닝의 제4 실시예의 단면도.
도 6은 주관 내부에서 복합 라이닝의 제5 실시예의 단면도.
도 7a는 제1 스트립 분배 장비의 간략화된 평단면도.
도 7b는 도 7a의 운전 중 나선형으로 꼬인 스트립을 제공하는 제1 스트립 분배 장비의 간략화된 측단면도.
도 8은 운전 중 나선형으로 꼬인 스트립을 제공하는 제2 스트립 분배 장치를 도시한다.
도 9는 제1 구성의 나선형 라이닝 장비로서, 나선형 라이닝 장치에서 복합 라이닝의 층을 장착하는 작동 상태를 도시한다.
도 10은 제2 구성의 나선형 라이닝 장비로서, 나선형 라이닝 장치에서 복합 라이닝의 층을 장착하는 작동 상태를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 제3 구성의 나선형 라이닝 장비로서, 나선형 라이닝 장치에서 복합 라이닝의 층을 장착하는 작동 상태를 도시한다.
도 12는 제1 구성의 봉쇄층 설치 장비로서, 파이프 속으로 당기기 위하여 관상의 장치에서 복합 라이닝용 봉쇄층을 제공하는 작동 상태를 도시한다.
도 13은 제2 구성의 봉쇄층 설치 장비로서, 파이프 속으로 당기기 위하여 관상의 장치에서 복합 라이닝용 봉쇄층을 제공하는 작동 상태를 도시한다.
도 14는 이동식 용접 장비의 작동 상태를 도시한다.
도 15는 이동식 용접 장비의 제1 부분 단면도로서, 관상의 라이닝의 이음매를 용접하는 작동 상태를 도시한다.
도 16은 이동식 용접 장비의 제2 부분 단면도로서, 관상의 라이닝의 이음매를 용접하는 작동 상태를 도시한다.
도 17은 이동식 용접 장비용 대안적 용접 장치를 설명하기 위한 부분 단면도로서, 이중 용접을 생성하기 위하여 관상의 라이닝의 이음매를 용접하는 작동 상태를 도시한다.
도 18은 도 17의 이음매 용접 장치에 의해 생성된 이중 용접 이음매의 3차원 절 단면도를 도시한다.
도 19는 전기융착 용접에 의해 생성된 이중 용접 이음매의 3차원 절단 단면도를 도시한다.
도 20은 복합 라이닝으로 배관된 파이프용 서비스 연결을 도시한다.
도 21은 복합 라이닝으로 배관된 파이프용 연결 설비의 끝단을 도시한다.
도 1 및 도 2에 있어서, 복합 라이닝의 제1 실시예는 총괄적으로 참조부호 10a로 도시된다. 작업 중, 다단(composite) 라이닝(10a)은 주관(host pipe)(12) 내부에 제공된다. 라이닝(10a)은 구조적으로 완전한 모습을 제공하는 외부 구조층(structural layer)(14)과 내부 구조층(16), 및 유체(fluid) 불침투성(impermeability)을 제공하는 봉쇄층(conatinment layer)(18)을 구비한다.
각각의 내부 구조층(16) 및 외부 구조층(14)은 나선형으로 단단하게 감기고, 각각의 감김(turns)은 각각의 인접한 감김에 실질적으로 접촉되도록 된 라이닝 스트립(strip)을 구비한다. 따라서, 각각의 스트립(strip)은 실질적으로 연속적이고, 원통형 및 관상(tubular) 구조물을 형성한다. 외부 구조층(14)의 라이닝 스트립은 주관(12)의 내부 표면에 제1 나선형 방향으로 감긴다. 유사하게, 내부 구조층(16)의 라이닝 스트립은 외부 구조층(14)의 내부 표면에 정반대의 나선형 방향으로 감긴다.
각각의 라이닝 스트립 형태의 외부 구조층(14)과 내부 구조층(16)은, 감길 때, 라이닝에 적용되기에 적합한 구조적 세기(strength)의 일반적으로 단단한(rigid) 구조물을 형성하는 그러한 적절한 두께로 되어 있다. 유사하게, 외부 구조층(14)과 내부 구조층(16)은 라이닝 파이프(12)에 적합한 직경의 원통형 구조에 감기기에 적절한 폭을 가진다. 전형적으로 600mm 직경 파이프의 경우, 예를 들어, 각각의 라이닝 스트립은 대략 15mm 두께와, 라이닝 될 파이프의 반경과 대략 동일한 폭을 가진다.
라이닝 스트립 형태의 구조층들은 그 어떤 적절한 유연성 재료 예를 들어, 폴리에틸렌 등과 같은 열가소성 재료로 제조될 수도 있다. 적절한 열가소성 재료는 일반적으로 입수 가능하며, 상대적으로 비용이 저렴하며, 롤(roll) 또는 코일로 공급되는 사출성형된 시트 형태이다. 전형적으로, 상기 재료는 9mm 까지의 폭과 100mm 까지의 두께로서 입수가 가능하다.
그러므로, 나선형으로 감긴 구조층들은 주관(12)에 의해 지지되고 그 자리에서 안정된 구조적 조립물을 형성한다. 그러나, 가스 또는 물과 같은 유체가 외부 구조층(14)과 내부 구조층(16)의 가장자리를 통해 누출될 수 있기 때문에 외부 구조층(14)과 내부 구조층(16)에 의해 형성되는 구조물 자체만으로는 유체 불침투성이 아니다. 그러므로, 요구되는 유체 봉쇄 성질을 허용할 수 있도록 봉쇄층(18)이 제공된다.
상기 봉쇄층(18)은 상기 내부 구조층(16) 내부에 실질적으로 원통형 튜브를 형성하도록 배열됨으로써 파이프 내부에서 내부 압력을 견딜 수 있는, 일반적으로 얇은 유체 불침투성 재료의 직사각형 및 연장된 시트(sheet)를 구비한다. 라이닝 시트의 세로 방향 가장자리들은 중첩되어 튜브의 길이 방향을 따라 적어도 하나의 유체 불침투성 이음매(seam)를 형성하도록 결합 된다. 상기 봉쇄층(18)은 보통은 내부 구조층(16)의 내부 표면에 적어도 부분적으로 결합 된다.
상기 불침투성 재료는 적절한 두께로 제조되는 적절한 재료를 구비할 수 있 다. 통상적으로, 예를 들어, 상기 재료는 4mm의 두께 영역의 폴리에틸렌 등과 같은 열가소성 재료가 될 것이다.
상기 튜브는 적절한 결합 기법을 이용하여 구조층에 시밍(seaming) 및 결합 될 수 있다. 예를 들어, 열가소성 재료를 위한 적절한 결합 기법들은 적외선 방열, 초음파 또는 전기융착(electrofusion)의 이용을 포함한다.
그러므로, 제1 실시예의 복합 라이닝은 표준 파이프에 상응하는 구조적 결합을 제공하도록 주관을 강화하는 반-구조적(semi-structural) 라이닝; 또는 주관의 도움 없이 표준 파이프의 유사한 벽 두께의 압력 사양에 필적할 수 있는 완전한 구조적 라이닝; 중 어느 하나에 사용될 수 있는 충분한 구조적 강도를 가진 유체 불침투성 라이닝을 구비한다. 통상적으로, 예를 들어 17.6 SDR(standard dimensional ration:표준 치수율)을 가진 파이프 라이닝은 600mm 직경일 수 있으며, 2개의 15mm 두께의 구조층, 및 4mm 두께의 봉쇄층으로 제조되는 34mm 벽 두께를 가진다.
도 3에는 주관(12) 내부의 복합 라이닝의 제2 실시예가 총괄적으로 참조부호 10b로 도시되어 있다. 제2 실시예의 복합 라이닝은 제1 실시예의 그것과 유사하고 동일한 부재들은 동일한 참조부호들을 부여하였다. 그러나, 복합 라이닝(10a)은 단일의 외부 구조층(14) 및 봉쇄층(18) 만을 구비한다.
상기 외부 구조층(14)은, 제1 실시예에서 일반적으로 설명된 바와 같이, 주관(12)의 내부 표면 주위에 원통형 및 관상 구조를 일반적으로 형성하도록 나선형으로 감긴 라이닝 스트립을 구비한다. 상기 봉쇄층(18)은 제1 실시예에서 설명된 바와 같이, 유체 불침투성을 위해 세로 방향으로 접합되어 실질적으로 원통형 튜브를 형성하도록 배열된 유체 불침투성 재료의 박형 시트를 구비한다. 그러나, 2개의 구조층들이 없는 경우에는 봉쇄층(18)은 단일의 외부 구조층(14)의 내부 표면에 정상적으로 적어도 부분적으로 연결된다.
따라서, 제2 실시예는 그럼에도 불구하고 내부 압력에 대하여 가스 및 유체가 새지 않는 반-구조적 구성을 제공하고, 파이프 내부에서 그 자체를 지탱하기에 충분한 구조적 단단함을 가진다.
도 4에 있어서, 복합 라이닝의 제3 실시예가 주관(12) 내부에서 총괄적으로 참조부호 10c로 도시되어 있다. 제4 실시예의 복합 라이닝(10c)은 제3 실시예의 그것과 유사하고, 동일한 부재들은 동일한 참조부호들이 부여되었다. 제3 실시예와 동일하게 복합 라이닝(10a)은 단일의 외부 구조층(14) 및 봉쇄층(20) 만을 구비한다. 그러나, 봉쇄층(20)은 외부 구조층(14)의 외부 표면 주위에 제공된다.
외부 구조층(14)은 봉쇄층(20)의 내부 표면 주위에 일반적으로 원통형 및 관상 구조를 형성하도록 나선형으로 감겨진 라이닝 스트립을 구비한다. 봉쇄층(20)은 유체 불침투성을 위한 세로 방향으로 접합되어 실질적으로 원통형 튜브를 형성하도록 배열된 유체 불침투성 재료의 박형 시트를 구비한다.
따라서, 복합 라이닝(10c)은 액체가 새지 않고 파이프 내부에서 그 자체를 지탱하기 충분한 구조적 강성을 가진다. 구조층은 내부적으로 시트층을 지지하고 그것을 파이프 벽에 단단하게 압박함으로써 중첩된 이음매 표면들을 서로 붙게 한다. 이것은 물 또는 물의 유입이 존재함으로써 통상적인 용접 방법이 불가능할 수도 있는 라이닝 적용에 특히 유용하다. 그러한 경우들에 있어서, 이음매의 접촉 영 역을 따라 설비시 먼저 발라둔 유연성 접착제 또는 회반죽(mastic)을 이용함으로써 이음매는 물이 새지 않게 할 수 있다.
또한, 복합 라이닝(10c)은 외부의 지반 부하(ground load) 및 외부의 수압이 중요한 에너지인 중력 하수 시스템 등과 같은 곳에 특히 유용하게 적용할 수 있다는 점이 평가될 것이다.
도 5에 있어서, 복합 라이닝의 제4 실시예가 주관(12) 내부에 총괄적으로 참조부호 10d로 도시된다. 제4 실시예의 복합 라이닝(10d)은 전술한 실시예들의 그것들과 유사하고 동일한 부재는 동일한 참조부호를 부여하였다.
복합 라이닝(10d)은 구조적으로 완전한 모양을 제공하기 위해 나선형으로 감긴 외부 구조층(14) 및 내부 구조층(16)과, 제1 실시예에서 일반적으로 설명된 바와 같이, 유체 불침투성을 제공하기 위한 관상의 봉쇄층(18)을 구비한다. 그러나, 제1 실시예와 달리, 복합 라이닝(10d)은 외부 구조층(14)과 주관(12) 사이에 위치된 외부 봉쇄층(20)이 더 제공된다.
외부 봉쇄층(20)은 제1 실시예의 봉쇄층(18)에서 일반적으로 설명된 바와 같이 유체 불침투성을 위해 세로 방향으로 봉합된 실질적으로 원통형 튜브를 형성하도록 배열된 박막 시트의 유체 불침투성 재료를 구비한다.
따라서, 내부 봉쇄층(18) 및 외부 봉쇄층(20)은 내부 압력 및 외부 압력 모두에 저항하는 수단을 제공한다. 또한, 내부 및 외부 봉쇄층(18)(20)은 가동 중, 나선형의 외부 구조층(14)과 내부 구조층(16)의 인접한 감김들 사이의 접촉 지역을 통하고 또한 2개의 구조층들(14)(16) 사이의 침투성 접촉 지역을 통하여 유체가 잠재적으로 흐를 수 있는 환상(annular) 단면의 포위된(enclosed) 영역(region)을 한정한다. 그러나, 가동 중 내부 및 외부 봉쇄층(18)(20)에 누출이 발생할 경우, 유체는 포위된 영역으로 들어가기만 할 것이다.
전술한 포위된 영역은 그것에 의해 누출이 감지될 수 있는 수단을 나타낸다. 따라서, 제4 실시예는 내부 및 외부 봉합된 튜브 라이닝 사이의 공간에서의 압력 또는 유체 유동을 모니터링 함으로써, 내부 봉쇄층(18)을 통한 가스 및 액체의 누출을 감지하기 위한 누출 감지 수단을 가진 복합 라이닝(10d)을 제공한다.
도 6에 있어서, 복합 라이닝의 제5 실시예가 주관(12) 내부에 총괄적으로 참조부호 10e로 도시된다. 제 5 실시예의 복합 라이닝(10e)은 전술한 실시예들의 그것들과 유사하고 동일한 부재들은 동일한 참조부호를 부여하였다.
복합 라이닝(10e)은 제4 실시예에서 일반적으로 설명된 바와 같이, 나선형으로 감긴 내부 구조층(16) 및 외부 구조층(14)과, 내부 및 외부 관상 봉쇄층들(18)(20)을 구비한다. 그러나, 제4 실시예와 달리, 복합 라이닝(10e)은 내부 구조층(16)과 외부 구조층(14) 사이에 위치된 중간 봉쇄층(22)이 더 마련된다.
중간 봉쇄층(22)은 전술한 실시예들의 봉쇄층(18)(20)을 위해 일반적으로 설명된 바와 같이, 유체 불침투성을 위해 세로 방향으로 접합된 실질적으로 원통형 튜브를 형성하도록 배열된 박형 시트의 유체 불침투성 재료를 구비한다.
제5 실시예는 주관(12)이 가혹한 기형(deformity)를 포함하는 곳에 가스 및 물이 새지 않는 용접을 가능하게 하는 매끄러운 내부 표면을 제공하는데 특히 유용하다.
따라서, 복합 라이닝의 구성 요소 층들은 특정의 파이프 라이닝 사양을 충족하도록 다양한 배열로 조립될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예는 단일의 내부 봉쇄층을 가진 2개의 정반대로 나선형으로 감겨진 구조층을 가진 바람직한 구조적 배열을 구비한다. 반대로, 제2 실시예의 그것과 같이 반-구조적 라이닝은 하나의 구조층과 하나의 봉쇄층만을 필요로 할 수도 있다. 제 4 및 제5 실시예의 여분의 봉쇄층들은 외부의 유체 유입에 견디기 위한 수단 및 누출 감지 수단을 제공한다. 또한, 제5 실시예의 3개의 봉쇄층 및 2개의 나선형 층들은 가혹한 변형을 가진 주관 내부의 매끄러운 라이닝을 제공하는 것을 돕는다. 특정한 설계 또는 재료 요구조건들을 충족하는 다른 구성들도 가능하다는 점이 평가되어야 할 것이다. 예를 들어, 적절한 장소에 3개 이상의 구조층과 적절한 수의 봉쇄층을 가진 파이프 라이닝도 가능할 것이다. 또한, 시공에 의존하여 하나 또는 그 이상의 두꺼운 층 대신에 복수의 얇은 층들이 사용될 수도 있다.
전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 복합 라이닝의 구조층의 설비는 도 7a 내지 도 10을 참조하여 예를 들어 설명된다.
도 7a 및 도 7b에 있어서, 꼬여진 라이닝 스트립을 파이프 속으로 분배하기 위한 제1 스트립 분배 장비의 동작 상태가 총괄적으로 참조부호 100으로 도시되어 있다. 상기 장비(100)는 동축적으로 배열된 제1 및 제2 턴테이블(102)(104)을 구비한다. 동작 상태에서, 구조 라이닝 재료의 코일(106)은 파이프 속으로 연속적인 분배를 위하여 제1 턴테이블(102)에 동축적으로 장착된다.
도 7a에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 코일(106)은 복합 라이 닝(10a)(10b)(10c)(10d)(10e)의 나선형 구조층(14)(16)을 형성하기 위하여 적당한 폭과 두께의 나선형으로 감겨진 라이닝 재료 스트립을 구비한다. 도 7a의 나선 모양은 예시적으로 도시되었고 동심원들(concentric circles)은 코일의 연속적인 나선형 감김을 나타내는 의도임을 이해할 수 있을 것이다.
각각의 턴테이블(102)(104)은 회전축(AA')에 대하여 연합된 세트의 휠(108) 위에 실질적으로 고정된 베이스(107)에 대하여 서로 독립하여 회전 가능하다. 턴테이블(102)(104)은 자유롭게 회전 가능하지만, 코일(106)이 특히 큰 곳에서는 동력으로 작동되게 할 수도 있다.
제1 턴테이블(102)은 턴테이블에 대해 회전 가능한 코일 지지대(support platform)(109)를 구비한다. 코일 지지대(109)는 축(AA')에 대하여 축방향으로 정렬되고 그곳을 통하여 나선형으로 꼬인 스트립 형태의 라이닝 재료(112)가 작동 시에 나선 코일(106)의 최중앙 감김으로부터 분배될 수 있는, 실질적으로 원형(circular)의 개구를 구비한다.
제2 턴테이블(104)은 턴테이블에 대하여 회전 가능한 플랫폼(114)을 구비한다. 상기 플랫폼(114)은, 작동 중, 스트립 형태의 라이닝 재료(112)가 파이프 속으로 끌려갈 때, 라이닝 재료(112)가 코일(106)로부터 접근 구덩이(access pit)(116) 속으로 그곳을 통해 분배되는 부채꼴 모양의 제어 구멍(control aperture)(118)을 구비한다. 제2 턴테이블(104)은 부채꼴 구멍(118)의 하면에 위치된 가이드 로드(rod)(120)가 더 마련된다. 가이드 로드(120)는 스트립이 접근 구덩이(116)로 들어갈 때 라이닝 재료(112)를 가이드 및 제어하기 위해 배치된다.
동작에 있어서, 상기 스트립은, 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명되고 파이프와 나선 구조층을 라이닝하는 나선 감기 장비(helical winding rig)에 의해 접근 구덩이(116)에 위치된 노출 파이프의 끝단 속으로 당겨진다.
파이프 속으로 감겨지게 되는 라이닝 재료(112)는 구조층의 실제적 형성을 허용하기 위하여 연장된 헬릭스(helix) 속으로 느슨하게 감겨질 필요가 있음을 알 수 있을 것이다. 동작에 있어서, 느슨하게 감겨진 나선 라이닝 재료(112)의 일 회 꼬임(twist)은 감겨질 나선형 구조층의 모든 감김을 통상적으로 필요로 한다.
라이닝 재료(112)가 파이프 속으로 감겨지는 동작에 있어서, 라이닝 재료가 코일(106)로부터 분배될 때 나선 감김의 요구와 독립하여 제2 턴테이블(104)은 회전한다. 따라서, 제2 턴테이블(106)의 회전은, 라이닝 재료가 코일로부터 부채꼴 제어 구멍(118)과 원형 구멍(110) 모두를 통해 감겨 질 때, 라이닝 재료(112)를 가이드 및 제어한다. 제1 턴테이블(102)이 회전하지 않는 경우에는, 코일(106)은 꼬임이 형성될 때 코일(106)의 내경과 독립적인 나선 꼬임을 자연적으로 제공한다.
그러나, 실제로, 코일(106)에 의해 제공되는 자연적 꼬임은 시공의 요구 조건들을 충족시키기에 불충분할 것이다. 이것은 예를 들어, 보다 작은 직경의 파이프의 구조적 라이닝의 형성 과정과 특히 관계된다. 더 많은 꼬임이 필요로 한 곳에서, 제1 턴테이블(102) 및 그에 따른 코일(106)은 안에서 밖으로의 나선 감김 방향에 상응하는 'C' 회전 방향으로 회전된다. 회전 속도는 나선 꼬임의 필요한 횟수를 제공하도록 제어된다.
'C'에 대한 반대 방향으로의 코일의 적절한 회전은 나선 꼬임 횟수를 낮추 는 결과를 초래하게 되는 사실을 이해할 것이다. 분배 장치(100)는 구조층을 파이프 내부로부터 코일 뒤로 풀어내는 데 또한 이용될 수도 있음을 이해되어야 할 것이다.
코일(106)에 감긴 라이닝 스트립 재료가 소진되는 경우에, 새로운 코일(미도시)이 장착되고 새로운 스트립(미도시)은 종래의 방법을 이용하여 이전의 라이닝 스트립의 끝단 말미에 맞대기 융합 용접된다. 나선의 세로방향 중심축 근방의 공간은 전기, 데이터 등과 같은 케이블을 간편하게 설비하는데 사용될 수도 있다.
따라서, 동작 상태에서, 상대적으로 작은 접근 구덩이(116)가 필요한 파이프 라이닝의 영역의 어느 하나의 끝단에 접근을 제공하도록 파여 진다. 그 후 파이프는 영역의 양 끝단이 개방되고 라이닝 재료(112)는 파이프의 일단에 제공된 (도 9, 도 10, 또는 도 11에 도시된 바와 같은)나선 감기 장비 속으로 설치되고, 거기서 장비가 파이프를 라이닝 할 준비가 될 때까지 유지된다. 장비가 파이프의 먼 끝단에 위치된 경우(도 10 참조), 라이닝 재료는 윈치(미도시)에 의해 파이프 속으로 감겨 진다. 각각의 구조층을 설비하는 동안, 나선 감기 장비는 원통형 관상 구조 속에 라이닝 재료를 형성하기 위해 코일(106)로부터 부가적으로 꼬인 라이닝 재료(112)를 끌어당긴다. 나선 감김의 요구는 제1 턴테이블(102)의 제어된 회전에 의해 충족된다.
도 8에 있어서, 꼬인 라이닝 스트립을 파이프라인에 분배하기 위한 설치 장비는 동작 상태에서 총괄적으로 참조부호 130으로 도시된다. 장비(130)는 코일(136)과 한 세트의 가이드 롤러(138)들이 스탠드(132)에 회전 가능하게 장착될 수 있는 코일 베어링(134)을 가진 지지 스탠드(132)를 구비한다.
코일(136)은 복합 라이닝(10a)(10b)(10c)(10d)(10e)의 나선 구조층들(14)(16)을 형성하기 위하여 나선형으로 감긴 스트립 라이닝 재료를 구비한다. 코일(136)은 가이드 롤러(138)를 통해 라이닝 재료를 평평하게 분배하기 위하여 중심 축(140)에 대하여 회전 가능하다. 코일(136) 및 가이드 롤러(138)는, 동작 중, 파이프(12) 속으로 그것이 당겨질 때 분배된 라이닝 재료를 느슨하게 형성된 헬릭스 형태로 꼬기 위하여 코일(136)의 중심축(140)에 대체적으로 수직인 축에 대하여 베어링(134)에 회전 가능하다.
따라서, 동작 상태에서, 상대적으로 적은 접근 구덩이(116)가 필요한 파이프 라이닝의 영역의 어느 일단에 접근을 제공하기 위해 파여 진다. 그 후, 파이프는 영역의 양단에서 개방되고 라이닝 재료(112)는 파이프의 어느 일단에 제공된 (도 9, 도 10 또는 도 11에 도시되고 설명된 바와 같은) 나선 감기 장비에 고정되고, 장비가 파이프 라이닝을 위해 준비될 때까지 유지된다. 장비가 파이프의 먼 끝단에 위치된 경우(도 10 참조), 스트립은 윈치(미도시)에 의하여 파이프 속으로 당겨진다.
라이닝 재료가 코일(136)로부터 롤러들(138)을 통해 당겨질 때, 코일(136) 및 롤러들(138)은 라이닝 재료를 느슨하게 형성된 헬릭스에 꼬기 위하여 베어링의 회전축(134)에 대하여 꼬여진 후 파이프 속으로 당겨진다. 각각의 구조층을 설치하는 동안, 나선형 감기 장비는 라이닝 스트립을 원통형 관상 구조에 형성하기 위하여 코일(136)로부터 부가적으로 꼬인 스트립을 당긴다. 효과적으로, 라이닝 스트립의 일 꼬임은 감기 장비에 의해 수행된 모든 나선 감기에 사용된다.
코일(136)에 감긴 라이닝 스트립이 소진되는 경우, 신규 코일(미도시)이 장착되고 신규 스트립(미도시)은 종래 기술에 의해 이전의 라이닝 스트립의 끝단에 맞대기-융착 용접된다. 헬릭스의 횡방향 중심축 주변의 공간은 전력, 데이터 등과 같은 케이블을 용의하게 수용하데 이용될 수도 있다.
도 9에 있어서, 나선 감기 장비의 제1 구성은 참보부호 150으로 도시되어 있다. 감기 장비(150)는 외부 구조층(14)을 만들기 위하여, 도 7a 및 도 7b 또는 도 8을 참조하여 설명된 바와 같은 설치 장비로부터 분배되는 라이닝 재료(112)를 이용하여 파이프(12)에 나선형으로 라이닝 하는 동작을 도시한다. 감기 장비(150)는 복수의 가이드 휠(152)과, 임의의 셋트의 전동 가이드 롤러(154)와, 한 셋트의 전동 핀치 롤러(156), 및 테두리 가이드(158)를 구비한다.
그러나, 동작에 있어서, 감기 장비(150)는 최초에는 느슨한 나선형 라이닝 재료(112)를 분배하는 장비에 대하여 파이프(12)의 끝단 근방에 위치된다. 감기 장비(150)가 파이프(12)에 나선형 구조층(14)을 라이닝 하도록 배열시키기 위해 느슨한 나선형 라이닝 재료(112)는 각각의 롤러 세트(154)(156)를 지나간다.
가이드 휠(152)은 파이프(12)의 세로 방향으로 따라 움직이는 동안, 장비가 그 중심축에 대하여 파이프(12) 내부에서 자유롭게 회전하는 것을 허용하도록 감기 장비(150)의 외측 경계에 장착된다.
적합한 곳에서는, 전동 가이드 롤러(154)는 감기 장비(150)에 위치되고, 설치 장비로부터 분배되는 꼬인 나선형 라이닝 재료(112)를 감기 장비(150)로 느슨하게 당기도록 배열된다.
핀치 롤러(156)는 파이프(12) 또는 이미 단단한 형태로 형성되어 설치된 나선형 라이닝 층의 내부 표면에 라이닝 재료(112)를 공급하기 위하여 적절한 수단(160)에 의해 구동된다. 핀치 롤러(156)는 그 구동 주행 방향에 대하여 감기 장비(150)의 전단(162)으로부터 그 끝단(164) 방향으로, 파이프(12)의 중심축에 수직인 평면에 대하여 소정 각도로 연장된다. 소정 각도는, 핀치 롤러(156)의 중심축에 대체적으로 수직에 가까운, 바람직한 나선형 기울기를 가진 나선 감기(166)를 생성하기 위해 선택된다.
테두리 가이드(158)는 파이프(12)의 내부 표면과 대체로 일치하는 형상을 가지도록 만곡 된다. 가이드(158)는 탄성 스프링 등과 같은 적절한 수단에 의하여 파이프 또는 복합 라이닝의 이미 가설된 층의 내부 표면에 대하여 바이어스된다. 가이드(158)는 이어지는 감김(166")을 형성하는 동안 내부 표면에 라이닝 재료(112)가 접촉하는 지점 바로 앞, 즉 바로 직전에 완성된 나선형 권선(166')의 가장 자리에 인접하여 대체적으로 정열되는 위치에서 감기 장비(150)에 고정된다. 가이드(158)의 적어도 일부는 바로 직전에 완성된 감김(166')의 가장자리와 접촉한다. 따라서, 동작에 있어서 가이드(158)는 그것이 이미 완성된 감김(166')의 가장 자리의 다음에 올 때 나선 감기 장비가 파이프를 따라 움직이도록 힘을 가한다.
가이드(158)의 위치는, 도 9에 도시된 바와 같이, 가이드(158)가 감김(166")과 최근에 형성되고 이전의 감김(166') 사이에 좁은 틈새를 형성하도록, 바로 직전에 완성된 감김(166')의 가장 자리에 대하여 약간 빗나갈 수도 있음을 이해될 것이다. 그러한 틈새는 나선형 감김이 감김 동작 동안 중첩되지 않는 것을 보장한다. 틈새는 동작 중에 가이드(158)에 의해 그 가장자리에 인가되는 힘에 의해 이어지는 감김(166")이 완성된 후 자동적으로 메워진다.
전술한 가이드(158)가 유용하지만, 대안적 또는 부가적 가이드 메커니즘이 느슨하게 꼬인 나선형 라이닝 재료(112)를 파이프 라이닝에 필요한 단단한 나선형 공급으로 변환시키는데 이용될 수도 있음을 이해할 것이다.
따라서, 동작에 있어서, 나선형 감김 동작에 의해 생성된 핀치 롤러(156) 및 가이드(158)에서의 반력(opposing reaction force)은, 나선형 라이닝 공정이 완성될 때 까지 자유롭게 회전하는 감기 장비(150)를 파이프(12)의 중심축에 대하여 회전함은 물론 파이프(12)를 따라 세로 방향으로 움직이도록 힘을 가한다. 따라서, 이동 방향은 설치 장비에 대하여 파이프의 먼 끝단 쪽을 향하고, 나선형 스트립은 새로 감겨진 구조층(14) 내부에서 감기 장비(150)의 뒤에서 끌리도록 되어 있다.
도 10에 있어서, 나선형 감기 장비의 제2 구성은 참조부호 170으로 도시되어 있다. 감기 장비는 구조층(14)을 만들기 위하여 도 7a 및 도 7b 또는 도 8을 참조하여 설명된 바와 같은 설치 장비로부터 분배되는 라이닝 재료(112)를 가진 파이프(12)를 나선형으로 라이닝하는 작업이 도시되어 있다. 제2 감기 장비(170)는 제1 구성에서 설명된 바와 같은 복수의 가이드 휠(152), 임의의 세트의 전동 롤러(154), 및 한 세트의 핀치 롤러(156)를 구비하며, 동일 부재들은 동일한 참조부효들이 부여되었다.
그러나, 동작에 있어서, 제2 감기 장비(170)는 느슨한 나선형 라이닝 재료(112)를 분배하는 장비에 대하여 파이프(12)의 먼 끝단에 최초로 위치한다. 감ㄱ기 장비(150)와 동일하게 느슨한 나선형 라이닝 재료(112)는 임의의 세트의 전동 롤러(154) 및 전동 핀치 롤러(156)를 통과하여, 제2 감기 장비(170)가 나선형 구조층(14)을 가진 파이프(12)를 라이닝 하도록 배열된다.
라이닝 재료(112)가 제2 감기 장비(170)에 의해 요구될 때, 전동 가이드 롤러(154)는 설치 방비로부터 파이프(12)로 분배되는 느슨하게 꼬인 나선형 라이닝 재료(112)를 당기도록 배열된다.
핀치 롤러(156)는 파이프(12) 또는 이미 단단한 형태로 형성되어 설치된 나선형 라이닝 층의 내부 표면에 라이닝 재료(112)를 공급하기 위한 적절한 수단(160)에 의해 구동된다. 제1 구성과 동일하게, 핀치 롤러(156)는 전술한 바와 같이, 바람직한 나선형 기울기를 가진 나선형 감김을 만들기 위하여 소정 각도에 위치된다. 그러나, 전술한 구성과 달리, 핀치 롤러(156)는 그 이동의 작동 방향에 대하여 장비(170)의 후단(164)으로부터 바깥 방향으로 연장된다.
적절한 가이드(미도시)가 느슨하게 꼬인 나선형 라이닝 재료(112)를 파이프를 라이닝 하는데 필요한 단단한 나선 공급으로 전환하기 위해 제공된다.
따라서, 동작에 있어서, 나선형 감김 동작에 의해 생성된 핀치 롤러(156))에서의 반력(opposing reaction force)은, 나선형 라이닝 공정이 완성될 때까지 자유롭게 회전하는 장비(170)를 파이프(12)의 중심축에 대하여 회전함은 물론 파이프(12)를 따라 세로 방향으로 움직이도록 힘을 가한다. 따라서, 이동 방향은 설치 장비에 대하여 파이프의 먼 끝단 쪽을 향하고, 나선형 스트립은 새로 감겨진 구조층(14) 내부에서 제2 감기 장비(170)의 앞에서 끌리도록 되어 있다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 동작에 있어서, 구성 중 어느 하나를 사용하는 라이닝 공정은 스트립 장력과 핀치 롤러(156)의 공급 방향에 의하여 횡 방향 운동의 세심한 제어가 필요하다. 이전의 나선 감김의 가장자리의 기계적 및 전기적 감지(sensing)는 그러한 제어를 위한 수단을 제공하는 데 이용될 수도 있음을 이해할 것이다.
구성 중 어느 하나의 나선 감기 장비는 소위 점검하거나, 필요한 경우 나선형으로 감긴 스트립을 반대로 되감기 위해서 언제든지 정지될 수 있는 장점을 가진 점을 더 이해할 것이다.
나선 감기 장비의 제3 구성이 참조부호 200으로 도시된 도 11a에는 제1 구조층(14)을 감는 동작이 도시되어 있다. 감기 장비(200)는 구조층(14)을 만들기 위하여 도 7a 및 도 7b 또는 도 8 중 어느 하나를 참조하여 설명된 바와 같은 설치 장비로부터 분배되는 라이닝 재료(112)로 파이프(12)를 라이닝 하는 공정을 도시한다. 감기 장비(200)는 외부 실린더(202)와 내부 실린더(204)를 구비한다.
외부 실린더(202)는 파이프(12)의 외경과 같거나 조금 큰 내경을 가진 관(tubular)이다. 동작에 있어서, 외부 실린더(202)는 적절한 수단에 의하여 파이프의 노출된 끝단에 동축적으로 클램핑 되거나 고정된다.
내부 실린더(204)는 파이프의 내경과 실질적으로 동일한 내경을 가진 관이다. 내부 실린더의 제1 끝단(206)은 외부 실린더(202) 내부에 동축적으로 위치되고, 동작 중, 파이프의 노출된 끝단에 대체적으로 인접한다. 내부 실린더(204)의 제2 끝단(208)은 외부 실린더(202)로부터 바깥 방향으로 확장한다. 내부 실린 더(204)는 적절한 휠 또는 베어링(210)에 의해 외부 실린더(202) 내부에서 회전 가능하다.
스트립 삽입 슬롯(212)은 그곳을 통해 라이닝 재료(112)가 동작 중 삽입될 수 있도록 내부 실린더(204)의 제2 끝단(208)의 벽에 제공된다. 나선형 가이드(214)는 슬롯(212)을 통해 삽입되는 라이닝 스트립을 가이드 하기 위하여 내부 실린더의 내부 표면에 제공된다. 적절한 크기 및 형상의 슬롯(212)은 내부 실린더(204)의 내부 표면에 대하여 라이닝 재료(112)가 슬롯(121)을 통과하여 바람직한 나선형 각도의 감김을 형성하는 것을 허용한다.
나선형 가이드(214)는 내부 표면의 적어도 한 영역 부근에서, 구조층(14)의 각각의 감김을 위해 요구되는 나선형 각도와 대체로 유사한 나선형 각도로 나선적으로 확장되는 융기부(ridge) 또는 유사한 것을 구비한다. 나선형 가이드가 내부 표면의 일 영역 주위에만 확장하는 것을 도시되었지만, 가이드(214)는 예를 들어, 내부 실린더의 내부 주변 부근에서 하나 또는 그 이상의 나선 감김으로 완전히 확장하는 나사선 형태와 같은 적절한 길이를 대안적으로 가질 수도 있음을 이해할 것이다. 가이드(214)는, 동작 시, 내부 실린더(204)의 내부 표면에 대체로 대항하여 라이닝 재료(112)를 유지하는데 도움이 되도록 하는 유지 형상을 가질 수도 있다.
라이닝 재료(112)는 테이퍼진 리드(lead) 끝단을 가진 느슨하게 감긴 개방형 헬릭스를 구비한다. 동작에 있어서, 느슨하게 감긴 나선형 라이닝 재료(112)는 초기에 스트립 분배 장치로부터 분배되어, 삽입 슬롯(212)을 통해 공급되어 내부 실린더(204)의 내부 표면에 보다 단단한 나선형 영역(218)을 형성한다. 나선형 영역(218)은 약간 개방되어 있고, 적어도 두 개의 연이은 감김들의 인접한 가장자리가 나선형 가이드(214)의 어느 일측에 위치되도록 감겨진다. 단단한 나선형 영역(218)은 주관(12)의 끝단 속으로 부분적으로 확장할 수도 있다.
단단한 나선형 여역(218)이 형성되면 내부 실린더(204)는 모터 구동 등(미도시)에 의해 가이드 휠 또는 베어링(210)에서 회전 방향 'D'로 회전된다. 내부 실린더(204)가 회전하면, 나선형 가이드(214)는 단단한 영역(218)의 연속되는 감김 사이에서 맞물리고, 파이프의 축 아래 방향 'X'로의 축력(axial force) 성분(F1)과, 나선형 영역(218)에서 F1에 직교하는 보다 적은 횡단(transverse) 또는 회전력(truing force)(F2)을 유발시킨다. 축 성분(F1)은 나선형 영역(218)을 파이프(12) 아래로 구동하도록 작용하고 보다 적은 회전력은 'D' 방향으로 영역(218)을 회전시키도록 작용한다. 따라서, 나선형으로 감긴 스트립은 파이프(12)를 따 움직이기 시작한다.
내부 실린더(204)가 회전할 때, 감긴 사선형 스트립의 강직성(stiffness)은 라이닝 튜브를 주관(12)의 내부 표면과 압력 접촉되도록 힘을 가하게 되어, 마찰력을 발생시키는바, 축력(F1)에 대항하도록 작용한다. 그러나, 마찰력이 크게 되면, 회전력(F2)은 나선형 영역(218)이 더 단단하게 함으로써 영역(218)의 직경을 감소시키게 된다. 그러므로, 마찰력 또한 감소 되어 방향에서의 축 운동이 계속되는 것을 허용한다. 동작에 있어서, 회전력의 증가는 그에 따른 자기-규제적이며 따라서 라이닝 동작에 의해 생성되는 결과는 상대적으로 적은 양의 회전으로 파이프를 따른 구조적 라이닝 스트립의 상대적으로 빠른 이동이다.
라이닝 재료(112)가 파이프(12)를 따라 속으로 이동할 때 축력(F1)은 이어지는 감김에게 함께 힘을 가하게 되어, 전술한 바와 같이 실질적으로 연속적인 관상의 구조층(14)을 형성하게 된다. 최대 라이닝 길이는 스트립이 더 두껍고 더 단단하며 예를 들어, 물이 존재하는 경우와 같이 라이닝 표면들 사이의 마찰이 적을 때 더 길어진다.
도 11a를 참조하여 설명된 장비(200)에 의해 생성되는 나선형 라이닝 동작은 도 11b에서 설명된 바와 같은 금속 주괴(pig)(220)의 제공에 의해 개시된다. 주괴(220)는 축방향으로 정렬되고 주관(12)의 내부 표면에 가압 접촉 바이어스된 가이드 휠들(224)이 마련된 본체(222)를 구비한다. 휠들(224)에는 파이프(12)의 내부 표면을 죄일 수 있는 재료로 적절하게 설계된 접지면(tread)이 마련됨으로써, 자유로운 축 이동을 허용하면서 주괴(220)의 회전을 지탱한다.
동작에 있어서, 주괴(220)는 라이닝이 개시되기 전에 주관(12) 속으로 삽입되고 스트립 분배 장비로부터 분배되어 삽입 슬롯(212)을 통하여 공급되어 단단한 나선형 영역(218)을 형성하는 느슨하게 감겨진 나선형 스트립의 테이퍼진 끝단은 주괴(220)의 본체(222)에 연결된다.
따라서, 파이프(12)를 라이닝 하는 동작에 있어서, 주괴(220)는 축력(F1)의 영향하에서 'X' 방향으로의 축방향 이동을 도와주는 반면 회전력(F2)에 의해 유발되는 회전에 저항한다. 따라서, 내부 실린더(204)가 회전력(F2) 하에서 회전할 때, 나선적으로 감겨진 구조층(14)의 총 길이의 직경 및 관련된 마찰력은 주괴(220)와 장비(200) 사이에서 감소한다. 따라서, 관상의 구조층(14)은 최소의 반대 마찰력으 로 주관을 따라 이동하는 것을 허용한다. 이것은 최대 라이닝 길이를 더 크게 하고 라이닝 동작의 효율을 증대하는 것을 허용한다. 이러한 설치 구성은 이동 가능한 나선형 감기 장비들이 너무 작아서 실용적이지 못한 곳에서 작은 파이들에 특히 적합하다.
도 7a 내지 도 11의 장비들은 특정의 나선 방향으로 감겨진 최외곽 구조층을 생성하는 것으로 도시되어 있지만, 상기 장비는 반대의 나선 방향으로 감겨진 나선형 구조층을 생성하는데 쉽게 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 더군다나, 감기 장비는 최외곽층 안에서 추가적 구조층들 감는데 사용될 수도 있다.
그 어떤 실시예들에 따른 복합 라이닝의 봉쇄층의 설치는 도 12 내지 도 18을 참조하여 예시적인 방법으로 설명될 것이다.
봉쇄층을 설비하기 위해서는, 주관(12) 또는 복합 라이닝의 이미 설비된 층 중 어느 하나의 내부 직경에 실질적으로 동일한 직경을 가진 원통형 튜브에 형성될 수 있는 충분한 폭을 가진 시트 형태의 적절한 재료에 세로방향 가장자리를 중첩시키는 것이 필요하다. 그 후 상기 시트는 그것이 중접된 가장자리를 따라 불침투적으로 접합되기 전에 필요한 경우에는 구조층에 결합되기 전에, 파이프(12) 속으로 당기기 위하여 대체로 원통형 관상 구조물 속에 형성될 필요가 있다.
도 12에 있어서, 제1 봉쇄층 설치 장치가 총괄적으로 참조부호 240로 되시되어 있고, 동작에 있어서, 복합 라이닝의 봉쇄층을 제공하고, 파이프(12) 속으로 당기기 위하여, 그것을 관상의 장비속에 형성한다.
설치 장치(240)는 상대적으로 작은 접근 구덩이(116) 및 형성 영역(forming section)(244)에 외부적으로 장착된 롤 형태의 봉쇄 라이닝 재료(242)를 구비한다. 상기 롤(roll)의 폭은 봉쇄층을 참조하여 전술한 바와 같이, 라이닝 재료가 주관(12)의 내주면을 약간 중첩되게 덮을 수 있으면 충분하다.
형성 여역(244)은 파이프(12)의 노출된 끝단에 대하여 접근 구덩이(116)의 반대 끝단에 대체적으로 위치되는 롤러부(246)를 구비한다. 롤러부(246)는 노출된 끝단에 대체적으로 정열되지만, 파이프(12)의 횡방향 축에 대체로 수직인 회전 축을 가진다.
형성 영역(244)은 파이프(12)의 노출된 끝단에 대체적으로 인접하고, 동작 중, 롤(242)로부터 당겨진 시트 형태의 라이닝 재료(250)를 중첩 관상 단면(252)을 가진 라이닝부에 형성하도록 배치된 라운딩 다이(248)를 구비한다. 관상 단면(252)의 중첩은 이음매(253)를 형성하는바, 동작 중 라이닝 튜브가 파이프(12)에 위치된 후 접합 용접된다.
동작에 있어서, 시트 형태의 라이닝 재료(250)는 최초로 롤(242)로부터, 접근 구덩이(116) 속으로 들어가, 롤러(246) 주위를 통하고, 다이(248)를 통과하여 파이프(12) 속으로 공급된다. 따라서, 시트(250)는 롤(242)을 떠날 때 초기에는 편평하고 롤러를 넘어간다. 그 후 시트(250)는 중간 단면 스테이지(254)(256)를 통하여 관상의 단면(252)을 가지도록 변화된다. 파이프(12) 먼 끝단에 있는 윈치(미도시)는, 라이닝 된 단면(258)을 형성하도록, 관상으로 형성된 라이닝 시트를 'X'방향으로 파이프(12) 속으로 당긴다. 따라서, 튜브는 파이프(12)의 라이닝에서 일그러짐(distortion)을 유발시킬 수도 있는 꼬임(kinking)이 없다.
봉쇄층의 중첩되는 횡방향 이음매가 적외선 결합(infrared bonding)을 이용하여 용접되도록 하기 위하여, 봉쇄층 재료 벌크(bulk)는 시트를 통하여 적외선 전달을 허용하도록 착색된다. 삽입물(260)(262)에서 보여지는 바와 같이, 봉쇄층 시트의 횡방향 가장 자리 영역은 적외선 흡수를 허용하도록 착색된 흡수 표면(266)을 구비한다.
삽입물(260)(262)은 흡수 표면(266)이 구현될 수 있는 2가지 가능한 선택적인 방법을 나타낸다. 삽입물(260)의 예에서, 흡수 표면(266)은 가장자리 영역의 구께를 부분적으로만 확장하는 영역의 부분을 형성한다. 대조적으로, 삽입물(262)의 예에서, 흡수 표면(266)는 상,하부 표면 모두가 적외선을 흡수할 수 있도록 시트의 전체 두께를 통하여 확장하는 연속적인 영역의 부분을 형성한다.
동작에 있어서, 봉쇄층은 상응하는 횡방향 가장자리 영역의 흡수 표면(266)이 튜브 내부에서 적외선 투명 재료에 의해 중첩된 이음매를 형성하도록 관상의 형태로 배열된다. 따라서, 파이프(12) 내부로부터 이음매에 가해진 적외선 에너지는 적외선 투명 영역을 지나서 흡수 표면(266)을 가열함으로써 2개의 중첩 가장자리를 서로 용접한다.
더군다나, 봉쇄층이 나선형 구조층에 용접되는 것을 허용하기 위하여, 복합 라이닝의 구조층들 역시 적외선 흡수를 허용하도록 착색된다. 흡수 표면과 구조층들은 적절한 흡수성 색일 수도 있다. 전형적으로, 예를 들어 구조층들은 검은색 폴리에틸렌으로 제조되고 시트 튜브층은 흡수 표면(266)을 위한 불투명 흑색 영역을 가진 천연색 폴리에틸렌으로 제조된다.
정상적으로, 이음매는 단면(258)에서 도시된 바와 같이, 파이프(12)의 정상에서 평소 행해지는 서비스 연결 등을 피하기 위하여 파이프(12)의 바닥에 제공된다. 그러나, 설치 장치(240)는 상부에 시트 가장자리를 가진 장비를 통하여 시트를 공급함으로써 파이프(12)의 정상에 이음매를 가진 봉쇄층을 제공하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 적외선 용접의 다른 장점은 용융 플라스틱의 표면 젖음(wetting) 효과 때문에, 용접 계면(interface)에서 일어나는 특이한 색상 변화임을 이해할 것이다. 색상 변화는 용접 및 라이닝 공정의 완료 여부를 확인하는 수단을 제공하는데 이용될 수 있다.
전형적으로, 분배 장치를 수용하는데 필요한 접근 구덩이의 크기는 폭에 있어서 시트 폭의 거의 3배이고, 길이에 있어서 공칭 파이프 직경의 거의 10배이다. 그러나, 보다 큰 직경의 파이프를 위해서는, 실제적인 규모의 접근 구덩이에 대하여 봉쇄층은 너무 넓을 수도 있다. 라이닝 재료의 전형적인 폭은, 예를 들어 1m 직경의 파이의 경우 3.5m이다. 따라서, 시트 폭은 접근 구덩이에 들어가기 전에 줄일 필요가 있다. 작업 중 이것을 하기 위해서는, 시트는 파이프의 노출된 끝단과의 정열을 위하여 접근 구덩이 속으로 굽혀지기 전에 그 폭을 줄이도록 접혀져야 한다. 이러한 작업은 꼬임 등과 같은 바람직하지 않은 변형 없이 완료되어야 한다.
도 13에 있어서, 제2 봉쇄층 설치 장치가 총괄적으로 참조부호 270으로 도시되어 있는바, 복합 라이닝의 봉쇄층을 제공하고 파이프(12) 속으로 당기기 위하여 관상의 장치 속에 그것을 형성한다. 제2 장치(270)는 제1 장치(240)와 유사하고, 동일한 부재는 동일한 참조부호를 부여하였다.
설치 장치(270)는 상대적으로 작은 접근 구덩이(116), 및 형성 영역(244)에 외부적으로 장착된 롤 형태의 봉쇄 라이닝 재료(242)를 구비한다. 상기 롤(roll)의 폭은 봉쇄층을 참조하여 전술한 바와 같이, 라이닝 재료가 주관의 내주면을 약간 중첩되게 덮을 수 있으면 충분하다.
형성 영역(244)은 가이드 롤러(272), 제1,2 형성 다이(274)(276), 라운딩 다이(248), 윤곽 형성 텅(profiling tongue)(280), 및 저마찰 가이드(282)를 구비한다.
가이드 롤러(272)는 제1 장치(240)의 가이드부(246)와 대체로 유사하다. 롤러부(246)와 달리, 제2 장치의 가이드 롤러는 시트 형태의 라이닝 재료(250)를 롤러(272) 위로 접근 구덩이(116) 속으로 당기기에 적절한 위치에서 접근 구덩이(116) 위에 바깥에 위치된다.
제1 형성 다이(274)는 접근 구덩이(116) 바로 안쪽에서 가이드 롤러(272) 아래에 대체로 유치되고, 단면(284)에서 설명된 바와 같이 평평한 튜브 속으로 실질적으로 평평한 시트(250)를 형성하도록 배열된다. 제1 다이(274)는 작업 중 다이에 의해 형성된 단면(284)의 평평한 튜브가 수직으로부터 파이프(12)의 축 방향쪽으로 약간 향하도록, (도 13에 도시된 바와 같이) 수직에 대하여 각지게 위치된다.
제2 형성 다이(276)는 평평한 튜브의 단면(284)의 형성을 위하여, 실질적으로 제1 형성 다이와 동일한 방식으로 배열된다. 제2 형성 다이(276)는 파이프(12)의 노출된 끝단과 대체적으로 정열되는 위치에서 제1 다이(274)와 파이프(12) 사이 에서, 접근 구덩이(116)에 위치된다. 따라서, 작업 중, 제2 다이(276)는 수직으로부터 파이프(12)의 축 방향 쪽으로 굽어지게 함과 동시에 평평한 튜브(284)의 형상을 유지하는 것과 파이프(12)에 대체로 정열시키는 것을 동시에 돕는다.
평평한 튜브(284)의 정열은, 작업 중, 윤곽 형성 텅 가이드(280), 및 저 마찰 가이드(282)에 의해 더 도움을 받는다. 텅 가이드(280) 및 가이드(282)는 모두 정확하게 정열되며, 서로 대체로 평행하게 마련되며, 제1 다이(274)의 출력 측에 대체로 인접하고 수직인 위치로부터, 제2 다이(276)의 입력 측에 대체로 인접하고 수직인 위치 굽어져 있다. 상기 용어 '입력측'은 파이프를 라이닝 하는 작업에 있어서 라이닝 재료가 공급되는 각각의 다이(274)(276)의 측면을 의미한다. 유사하게 용어 '출력측'은 파이프(12)를 라이닝 하는 작업에 있어서 라이닝 재료가 그로부터 당겨지는 각각의 다이(274)(274)의 측면을 의미함을 이해할 수 있을 것이다.
상기 텅 가이드(280) 및 저마찰 가이드(282)는 각각 단일의 아치형 가이드로 도시되었으나, 가이드(280)(282) 모두는 바람직한 굴곡을 형성하기 위해 배열된 일련의 분리된 또는 반-분리된 가이드부들을 구비할 수도 있다.
작업 중, 평평한 튜브(284)는 텅 가이드(280)를 넘어서 당겨지고, 텅 가이드(280)를 평평한 튜브(284) 내부에 위치시킨다. 텅 가이드(280)에는 적절한 지지대(support)(미도시)가 제공되는바, 동작 중 텅 가이드(280)를 그 자리에 유지시키기 위하여, 튜브(280)의 평평하고 봉합되지 않은 가장 자리에 의해 형성된 틈새를 통과한다. 따라서, 가이드들(280)(284)은 제1 다이(274)로부터 제2 다이(276)까지의 곡면 근방에서 평평한 튜브(284)의 이동을 돕기 때문에, 평평한 튜브(284)를 파 이프(12)에 정열시키는 것을 돕는다.
라운딩 다이(248)는 파이프(12)의 노출된 끝단에 대체로 근접하여 마련되고, 롤(242)로부터 당겨진 시트 형태의 라이닝 재료(250)를 도 12를 참조하여 설명된 바와 같은 중첩 관상 단면(252)을 가진 라이닝부(lining protion) 속으로 형성하도록 배열된다. 전술한 바와 같이, 관상의 단면(252)의 중첩은, 작업 중 라이닝 튜브가 파이프(12)에 위치된 후 이음 용접되는 이음매(253)를 형성한다.
따라서, 작업 중 상기 튜브는 최초 제1 다이(274)를 통과하여 가이드 롤러(272) 위로 공급되어 평평한 관상의 단면(284)을 형성한다. 그러므로, 봉쇄층 시트(250)가 롤러(273)로부터 제1 다이(274)를 통과할 때, 그것은 접근 구덩이(116)에 들어가기 전에 중간 단면(284)을 형성한다. 평평한 단면(284)이 제1 다이(274)에 의해 형성되면, 라이닝 재료는 텅 가이드(280) 및 저마찰 가이드(282)를 통해 파이프(12)의 축방향 쪽으로 굽어진다. 평평한 튜브(284)는 원래 시트 폭의 거의 절반의 총 폭을 가지므로, 작은 접근 구덩이(116) 속으로 들어갈 수 있다.
평평한 튜브(284)가 정확하게 방향을 잡으면, 그것은 제2 다이(276)를 통과하여 라운딩 다이(248)를 향한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 평평한 튜브는 제2 형성 다이(274)로부터 당겨질 때 확장하여, 라운딩 다이(248)를 통해 당겨질 때 실질적인 원통 단면(252)을 최종적으로 얻기 전에 확장된 단면(288)을 형성하도록 한다. 파이프의 먼 끝단에 있는 윈치(미도시)는 관상을 형성된 라이닝 시트를 파이프(12) 안으로 'X' 방향으로 당겨, 라이닝된 단면(258)을 형성한다. 따라서, 튜브는 파이프를 라이닝에 있어서 변형(distortion)을 야기할 수 있는 꼬임(kinking)의 염려가 없다.
도 12를 참조하여 설명된 바와 같이, 적외선 이음 용접이 필요한 곳에서, 봉쇄층 재료 벌크(bulk)는 시트를 통하여 적외선 전달을 허용하도록 착색된다. 봉쇄층 시트의 횡방향 가장자리 영역은 적외선 흡수를 허용하도록 착색된 흡수 표면(266)을 구비한다. 삽입물(260)(262)은 제1 장치(240)를 참조하여 설명된 바와 같이, 흡수 표면(266)이 구현될 수 있는 2가지 가능한 선택적인 방법을 나타낸다.
복합 라이닝의 봉쇄층을 결합 및/또는 이음 용접하는 바람직한 방법은 적외선 에너지를 이용하는 것이다. 적외선 에너지의 이용은 천연 폴리에틸렌과 같이 열가소성 물질을 이용하는 경우 특히 도움이 된다. 왜냐하면, 물질이 천연 색 상태에서 얇은 시트 형태일 경우, 그것은 짧은 파장의 적외선 에너지를 부분적으로 통과시키기 때문이다. 그러나, 물질들은 예를 들어, 검은색의, 염료, 잉크 또는 탄소와 같은 흡수 물질로부터 제조된 함침 입자 또는 섬유를 이용하여 적절하게 착색될 때, 적외선을 통과시키지 않게 만들 수 있다. 따라서, 많은 열가소성 물질들의 피크 흡수 스펙트럼을 피하는, 짧은 파장의 적외선 에너지는, 하부 시트와 압력 접촉하고 있는 적외선 투명 시트를 통해 통과할 수도 있다. 상기 접촉 영역은 계면에서 불투멸 물질을 가진다. 따라서, 불투명 물질은 가열되고 결과적으로 시트들과 같이 용융 용접된다.
또한, 적외선 에너지는 적외선 투명 열가소성 물질을 녹이고 부드럽게 한다. 왜냐하면, 상기 물질은 어느 정도의 적외선 에너지를 여전히 흡수하기 때문이다. 작업 중, 이것은 유리하다. 왜냐하면, 적절한 압력이 가해질 때, 이것은 열가소성 봉쇄층이 외부에 놓여진 구조층 및/또는 파이프에서의 그 어떤 형상 변형에 부합하도록 도울 수 있기 때문이다.
도 14 내지 도 16에는 용접 장비가 총괄적으로 참조부호 300으로 도시되어 있다. 장비(300)는 복합 라이닝(10)을 형성하기 위해 봉쇄층(18)을 구조층(16)에 실질적으로 동시에 용접하는 동안, 관상 봉쇄층(18)의 이음매(302)의 이음 용접 공정을 도시한다.
장비(300)는 제1 실시예에 따른 복합 라이닝(10a)을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 용접 장비(300)는 제2 내지 제5 실시예들에 따른 복합 라이닝들(10b)(10c)(10d)(10e)를 포함하는 유사한 라이닝의 공사에 이용될 수도 있음을 이해할 것이다. 또한, 용접 장비는 적외선 용접 및 관련 특징들을 참조하여 설명될 것이지만, 예를 들어, 초음파 또는 전기융착을 이용한 유사한 장비의 사용도 가능함을 이해되어야 할 것이다.
도 14에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 용접 장비(300)는 기밀의(airtight) 차폐부(304), 한 세트의 방사 휠(306), 이음매 용접부(308), 및 복수의 시트 용접부(310)를 구비한다.
상기 차폐부(304)는 봉쇄층(18)의 이음부(302)를 용접하고 그것을 구조층(16)에 결합하기 위하여 파이프(12)의 일단으로부터 타단까지 장비(300)의 운동 방향 'X'에 대하여 장비의 전면에 제공된다. 차폐부(304)는 차폐물(304)과 봉쇄층(18) 사이에 기밀의 씨일(seal)을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 슬라이딩 씨일(seal)(213)을 구비한다. 적절한 수의 씨일이 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
방사 휠(306)은 장비가 횡방향으로 파이프(12)를 가로지르는 것을 허용하도록 장비(300)의 외주면에 배치된다. 따라서, 작업 중 이동 방향 'X'에 대하여 장비의 뒤에 가해지는 공기압은 장비(300)가 휠(306) 위에서 'X' 방향으로 움직이도록 하는 가압 영역(pressurised region)을 생성한다. 작업 중, 파이프는, 예를 들어 'X' 방향에 대하여 파이프의 후단에서 밀봉된 억제 장치(stop:미도시)에 위치된 팬(미도시)과 같은 적절한 수단에 의해 가압 된다.
상기 장비(300)는 가압 영역으로 장치를 뒤에서 끄는, 케이블(314)을 통해 윈치(미도시)에 연결된다. 따라서, 작업 중, 케이블은 소정 속도로 움직임으로써, 가압 수단에 의해 생성된 압력 하에서 파이프(12)를 따라 이동하는 장비의 속도를 제어할 수 있다.
장비(300) 뒤의 공기압은 또한 주관(12)의 내부 표면에 대하여 봉쇄층(18), 구조층(14)(16)에 힘을 하도록 작용할 수 있다. 이것은 상응하는 용접 표면들이 용접하는 동안 가압 접촉되으로 유지시키고, 용접 시 라이닝의 변형 및 그에 따르는 냉각이 동시에 감소되도록 보장하는 것을 돕는다.
이음매 용접부(308) 및 시트 용접부(310)는, 봉쇄층 이음매(302)의 용접 및 하부 구조층(16)에 봉쇄층(18)의 용접 각각을 위하여, 각각 적어도 하나의 적외선 램프(316)(318)을 구비한다. 구조층(16)에 봉쇄층(18)을 용접하는 것은 예를 들어, 연속 선 용접 또는 단속 스폿 용접 등과 같은 적적한 형태로 완성될 수 있음을 이해할 것이다. 작업 중, 용접 표면들 및 관련 영역은 공기(320)가 용접 표면을 넘어 용접부(308)(310)을 통하여 흐르게 하고, 다른 장비 부재들을 차폐물의 낮은 압력 측에 허용함으로써 냉각된다.
도 14가 단일의 시트 용접부(310)를 도시하고 도 15 및 도 16이 2개의 시트 용접부를 도시하지만, 적절한 수의 용접부(310)들이 될 수 있음을 이해할 것이다. 전형적으로, 예를 들어 복합 라이닝(10)의 내부 환경에 비례하여 평평하게 분배된 파이프의 직경에 따라 4 내지 10개의 시트부가 될 수 있다.
특히, 도 15 및 도 16을 참조하면, 이음매(302)는 앞에서 일반적으로 설명된 바와 같이, 관상의 봉쇄층(18)의 횡방향 가장자리 영역으로부터 형성된 내부 중첩층(324) 및 외부 중첩층(326)을 구비한다. 최내곽층(324)은 적외선을 투과하지만, 최외곽 중첩층(326)은 층(324)과 층(326) 사이의 계면에 위치된 흡수 표면(324)을 가진다. 따라서, 작업 중, 흡수층(328)은 계면에서 이음매(302)의 최내곽층(324)을 가열, 용융하여 중첩층(324)(326)에 서로 용접하도록 된 적외선 에너지를 흡수한다.
장비(300)에는 용접부(308)(310)가 연결되는 베어링(322)이 더 마련된다. 상기 베어링(322)은 작업 중, 용접부들(308)(310)이 중심 축에 대하여 장비(300) 및 파이프(12)에 상대적으로 회전하도록 파이프(12)의 중심축에 대한 횡방향 정열을 위해 배열된다. 따라서, 이음매 용접부(308)의 회전 위치는, 작업 중, 기계적 또는 전기적 센서들 및 적절한 전기기계적 제어 시스템을 이용하여 이음매가 파이프를 따라갈 수 있도록 자동적으로 조절될 수 있다.
이음매 용접부(308)에는 선택적 압력 팬(330) 및 적어도 하나의 부가적 슬라이딩 씨일(미도시)이 더 마련된다. 팬(330) 및 상기 또는 각각의 씨일은 팬(330)에 의해 독립적으로 가압 될 수도 있는 국부 이음매 용접 영역을 형성하도록 배열된다. 따라서, 작업 중, 공기 팬(330)은 용접될 이음매(302)의 영역에 부가적 압력을 제공할 뿐만 아니라 적외선 부재들 및 용접 표면들을 가열하는 수단을 제공한다. 도 16에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 이것은 이음매 용접 작업 동안 중첩층(324)(326) 사이의 보다 나은 접촉을 생성함으로써 용접의 질을 향상시킨다.
대안적으로, 밀봉된 막(sealed membrane : 미도시)은 장비(300)가 이음매를 따라 이동할 때 부가적 압력을 용접 중첩(324)(326)에 가하기 위하여 이음매 용접부(306)의 가장자리 위에 설치될 수 있다. 어떤 그러한 막도 적외선을 통과시키고, 용접 열로부터 발생 되는 피해를 방지하기 위하여 열에 강할 필요가 있다. 예를 들어, 막은 투명 폴리에스테르 또는 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있다.
국부적 가압(pressurization)이 없으면, 이음매 표면은, 몇몇 경우에, 이음매의 폭을 통틀어 완전한 접촉 대시에 선접촉 만을 만드는 점을 이해할 것이다.
용접 작업의 확인은 장비에 탑재된 CCTV 카메라(미도시)로 수행되고 또는 추후 검사를 할 수 있다. 양호한 연속 용접은 용접 영역의 명확한 색상 변화에 의해 인식된다. 라이닝 작업이 완료되면, 의도된 커플링이 라이닝의 끝단에 연결 또는 용융 용접되고 적절한 규정에 따른 라이닝 영역의 압력 테스트 및 누스 테스트를 한다.
도 17에는 용접 장비를 위한 대안적 이음매 용접부가 총괄적으로 참조부호 340으로 도시되어 있다. 이음매 용접부(240)는 도 14 내지 도 16을 참조하여 설명된 용접부(308)와 대체로 유사하다. 따라서, 가장 중요한 차이점이 아닌 이상 더 이상 설명되지 않을 것이다.
이음매 용접부(340)는 적외선 램프와 이음매(302) 사이에 위치된 적외선 차폐물(342)을 구비한다. 차폐물(4342)은 이음매(302)의 중심부(344)를 적외선 에너지로부터 보호하도록 배치되어, 사실상 적외선 에너지를 2개의 분리된 광선 또는 영역으로 쪼갠다. 따라서, 작업 중, 이음매 용접 동작은, 차폐물의 폭에 의해 결정되는 거리에 의해 이격 되는, 2개의 실질적으로 평행한 연속 용접(346)의 결과를 초래한다. 따라서, 평행한 용접(346) 사이의 영역(348)은 중첩층(324)(326) 및 용접(346)에 의해 구획되는 실질적으로 둘러싸인 도관(conduit)을 형성한다.
그러므로, 작업 중, 도관(348)은 이음매의 총 길이를 따른 어떤 곳에서의 누출의 존재의 감지를 돕기 위하여 도관(348)을 가압함에 의해 이음매의 완전성을 시험하는데 이용될 수도 있다.
라이닝의 가스 및 액체의 봉쇄의 완전성은 용접 이음매의 완전성에 의존하기 때문에 이것은 특히 유용한 구성을 의미한다. 확인 시험은 예를 들어, 완성된 라이닝의 수락(acceptance) 테스트 동안 수행될 수도 있다.
기본적인 시험 절차는 신규로 라이닝 된 영역의 양 끝단에서 도관(348)을 실질적으로 밀봉하는 것과 관련된다. 적절한 수단을 이용하여 도관이 가압 되기 전에 관로(passage)를 따라 공기 유동(air flow)이 연속적으로 점검된다. 어떤 누출이 감지되면 이음매 용접의 적어도 어느 하나에 문제가 있을 일반적으로 나타낸다. 반대로, 누출이 없으면 용접이 만족스럽고 따라서 이음매가 양호한 것으로 판명된 것임을 증명한다.
도 18에는 적외선 이중 용접 이음매의 대안적 구성의 부분이 총괄적으로 참조부호 350으로 도시되어 있다. 이중 용접 이음매(350)는 도 17을 참조하여 설명된 방식으로 일반적으로 이음 용접된다. 그러나, 내부 중첩층(324)에는 리세스(recess)(352)가 형성되어, 이음매의 전체 길이의 횡방향으로 확장한다. 따라서, 이음매 용접 동작이 완료되면, 결과적인 도관(354)은 도 17을 참조하여 설명된 도관(348)보다 더 큰 단면적을 가진다.
실제적으로, 적외선 용접이 사용되는 곳에서, 보다 작은 도관(348)의 단면적은 용접시 국부적 가열로부터 발생 되는 변형 때문에, 확인 시험에 적합하다는 사실을 이해할 것이다.
적외선 기법들이 상세히 설명되었지만, 봉쇄층을 접합하고, 복합 파이프 요소들을 서로 연결하기 위한 적절한 방법들이 가능하다는 것을 이해할 것이다.
그러한 하나의 방법은, 예를 들어 초음파를 이용한다. 초음파 기법은 도 14를 참조하여 상세히 설명된 것과 유사한 장비를 횡단하는 가압 파이프를 이용함으로써 구현될 수도 있다.
대표적인 초음파 장비는, 예를 들어 이음매(302)를 용접하기 위하여 내부의 중첩층(324)을 통하여 초음파 진동을 방사하고, 그것을 하부의 나선형으로 감긴 구조층(16)에 용접하기 위하여 봉쇄층(18)의 선택된 영역으로 초음파 진동을 방사하는 초음파 용접기(welding tools)에 설비된다. 성공적인 초음파 용접을 위하여, 초음파 진동이 결합 계면에서 열적 상승(thermal rise)을 유발하여 적절한 구성부재들을 가열, 용융 및 용접할 수 있도록, 라이닝 재료는 열가소성 물질인 것이 바람 직하다. 몇몇 적용에 있어서, 초음파 결합은 적외선 기법보다 빠르다. 또한, 초츰파 진동이 적외선 에너지보다 일반적으로 깊게 침투할 수 있기 때문에 초음파 결합은 더 두꺼운 봉쇄층의 용접에 특히 유리하다. 그러나, 초음파 기법은 봉쇄층과 구조층 사이에서의 보다 높은 압력 접촉이 필요하다.
복합 파이프 요소들을 결합하는 다른 방법은 부속품들을 열가소성 파이프 등에 결합하는 일반적인 방법인 전기융착(electrofusion)법이다. 전기융착법은 2개의 용접 표면들 사이의 계면에 내장된 와이어를 저항 가열하는 것과 관련되며, 그들 사이로 적절한 전류를 통과시킴으로써 가능하다. 종래의 전기융착 시스템에 있어서, 와이어들은 제조 시 결합되어야 할 표면들에 위치된다. 표면들은 계속해서 연결되고 와이어들은 소정 시간 동안 소정 전류로 계면이 용융되고 기계적으로 접합되도록 가열된다.
라이닝 파이프를 설명된 복합 라이닝에 전기융착법으로 적용하는 것은 제조 시 봉쇄층에서 적절한 위치에 와이어를 위치시키는 것과 관련이 있다. 그 후, 봉쇄층은 관상 형태로 정열되고 앞서 일반적으로 설명한 바와 같이 주관에 위치된다. 이어서, 공기압은 팽창가능한 관상의 블래더(bladder) 등을 이용하여 구조층의 내부 표면에 튜브를 밀어 넣게 된다. 전기적 연결은 내장된 와이어의 노출된 끝단에 만들어지고 융착 용접 작업은 전체 라이닝을 위해 실질적으로 동시에 수행된다. 전기융착법은 시트의 두께와 관계없고, 매우 신속히 용접할 수 있기 때문에 유용하다. 그러나, 봉쇄층을 위한 제조 공정은, 가열 와이어들을 공장 상태로 시트 물질의 표면에 주의 깊게 미리 설치해야 할 필요가 있기 때문에 필연적으로 더 복잡해 진다.
도 19는 전기융착법에 의한 이중 용접 이음매의 일부를 총괄적으로 참조부호 360으로 도시되어 있다. 내부 중첩층(324)은 도 17을 참조하여 대체로 설명된 바와 같이 그 횡방향 길이를 따라 제공된 리세스(352)를 가진다. 내장 와이어들(362)은 시트 튜브의 이음 용접 및 결과적인 도관(354)의 밀봉을 위하여, 리세스(352)의 길이 방향으로 인접되게 제공된다. 전술한 바와 같이, 용접 후 내부 중첩층(324) 표면 위의 암선(dark line)은 시트의 두께가 너무 크지 않는 한, 용접 작업이 성공적이었음을 나타낸다.
도 20은 복합 라이닝으로 라이닝된 공급 파이프라인에 분기관(customer pipe)을 연결하는 서비스 연결이 총괄적으로 참조부호 400으로 도시되어 있다. 연결(400)은 본체부(402), 유지부(404), 및 고정부(406)를 가진 연결 탭핑(tapping)을 구비한다. 상기 탭핑(400)은 파이프(12)에 설비된 것으로 도시되어 있고, 파이프는 제1 실시예에 따른 복합 라이닝(10a)으로 라이닝 되어 있다. 그러나, 탭핑은 제2, 3, 4, 5 실시예를 위해 설명된 바와 같은 복합 라이닝을 포함한 다른 적절한 라이닝을 가진 파이프들을 위해 유사한 유용성을 가진다. 탭핑(400)은 폴리에틸렌 라이닝 등으로 라이닝 된 수도관 가스관에 연결을 위한 종래의 연결기(connector)를 위한 연결 탭핑과 대체로 유사하다.
본체부(402)는 적절한 구멍을 통해 삽입되고, 복합 라이닝(10a)의 벽을 통해 그곳으로 나사 연결하기 위해, 파이프(12)에 구성됨으로써 파이프 속으로 또는 파이프로부터 유체를 드나들게 제공된, 대체로 가늘고 긴 관상의 도관을 구비한다. 상기 유지부(404)는 작업 중, 라이닝(10a)을 통해 밀어 넣어져, 복합 라이닝(10)의 내부 표면에 대하여 탭핑을 유지하게 되는 확장 와셔 또는 콘을 구비한다.
상기 고정부(406)는 탭핑(400)을 파이프 안에 단단하게 고정하고, 탭핑 주위에 내부 봉쇄층에 유체 불침투성 씨일을 제공하기 위한 적절한 수단을 구비한다. 전형적으로, 예를 들어, 고정부는 작업 중, 파이프(12)로부터 바깥으로 돌출하는 본체(402)의 나사부에 상호 나사 연결되는 너트를 구비한다. 그러면, 나사(406)는 작업 중, 너트(406)와 유지부(404) 사이에서 파이프를 고정하기 위해 파이프에 대하여 단단하게 됨으로써 탭핑(400)을 제자리에 유지시키고, 실질적으로 유체 불침투성 씨일을 제공한다. 작업 중, 적절한 밸브를 이용하여 분기관 연결이 부속품에 만들어질 수 있다.
연결 탭핑은 전형적으로 파이프가 사용 중이지 않거나 압력 하에서 동작할 때 설비된다. 파이프에의 연결은 일반적으로 용이한 접근을 제공하고, 파이프의 바닥에 누적될 수 있는 어떤 가스 오염(가관의 경우) 또는 액체 오염을 피하기 위하여 파이프의 상단에 대체로 만들어진다.
가스 또는 액체를 사용자에게 공급하기 위한 서비스 연결은 라이닝이 시작되기 전에 연결을 끊어야 하고 라이닝 후에 다시 연결해야 한다. 이러한 연결들은 정상적으로 접근 구덩이를 통해 들어가게 되고, 주관 내부의 라이닝을 밀봉하기 위하여 특별한 페룰(ferrule) 연결기를 이용한다. 이러한 형태의 확장 페룰 연결기는 전술한 복합 라이닝에 서비스 연결을 만드는데 특히 적합하다. 서비스 연결은 주관의 상부에 통상적으로 형성되기 때문에, 시트 튜브의 이음매를 회피하는 것이 바람 직하다. 이것은 설치할 때 이음매를 주관의 바닥에 위치시킴으로써 수행될 수 있다.
폴리에틸렌과 같은 열가소성 라이닝의 설치는 주관의 짧은 부분이 설치 접근을 허용하도록 잘려 진 곳에서 접근 구덩이 사이에서 일반적으로 수행된다. 라이닝 영역의 완성 후에, 라이닝 파이프의 끝단은 접근 구덩이에서 재접합되어야 한다. 이것은 연결 파이프의 짧은 영역이 설치되는 것을 가능하도록 라이닝에 연결 끝단 만들어질 필요가 있다. 보통의 폴리에틸렌 라이닝을 위한 연결의 경우, 폴리에틸렌 플렌지들이 일반적으로 파이프 라이닝 끝단에 열융착 용접된다. 이러한 열융착 접착법은 표준 폴리에틸렌 파이프 삽입물에 전술한 복합 라이닝의 연결에 특히 적합하다. 융착 작업은 플렌지를 라이닝에 용접하고, 또한 복합 라이닝 층을 서로 용접함으로써 라이닝에 완전한 구조적 완결을 가져다 준다.
도 21에 있어서, 끝단 연결 시스템이 총괄적으로 참조부호 450으로 도시되어 있다. 연결 장치(450)는 라이닝 파이프의 영역들을 상호 연결되게 하거나 주관의 라이닝되지 않은 영역에 연결되게 한다.
연결 장치(450)는 종래의 폴리에틸렌 파이프를 위해 설명된 시스템과 대체로 유사하다. 장치(450)는 파이프(12)의 그것보다 큰 외부 직경과, 복합 라이닝의 그것과 동일한 내부 직경의 환상의 플렌지부(452)를 구비한다. 동작에 있어서, 플렌지부(452)는 복합 라이닝(10a)의 노출 끝단과 대체로 동축적으로 정열되고, 융착 용접 등과 같은 적절한 공정을 이용하여 고정된다. 고정 작업을 하는 동안, 플렌지(452)가 고정된 복합 라이닝의 끝단은 도 21에서 도시된 바와 같이, 그것이 고정 되는 것과 융착 용접을 위해 준비되는 것을 허용하도록 주관(12)의 끝단으로부터 돌출될 수도 있다. 작업 중, 라이닝의 모든 층들은, 노출 끝단에서, 완전한 구조적 유체 불침투성 연결을 만들기 위하여 플렌지 및 서로서로 용접된다.
플렌지부(452)는, 또 다른 라이닝 파이프의 상응하는 플렌지와 상호 연결되거나 주관의 비-라이닝 영역에 연결하기 위해, 그 원주면 주위에 균일하게 배열된 볼트 구멍들(454)을 더 구비한다.
유사한 벽 두께의 표준 열가소성 파이프와 비교하여 복합 라이닝의 구조적 우수성 및 기본 물질을 이용한 유연한 설계는 그 자체로서 큰 직경 파이프의 라이닝을 부여한다.
예를 들어, 나선형 스트립 및 시트 층들을 구비하는 복합 폴리에틸렌 라이너(liner)는 동일한 벽 두께를 가진 동등한 표준 폴리에틸렌 파이프보다 몇 퍼센트만 적은 압력 성능을 가진다는 추정을 보여준다. 설명된 복합 라이너의 실시예들은 중간 직경, 대직경, ＳＤＲ１１내지 ＳＤＲ２６ 규격 및 그 이상에 필적하는 벽 두께를 가진 적어도 96인치까지의 매우 큰 직경 파이프를 라이닝 하는데 이용될 수 있다. 그들은 1500m까지 떨어져 위치하는 접근 구덩이들 사이의 길이에 설치될 수도 있다. 가변성(variable) 파이프 직경을 위한 폐쇄 고정 라이닝(close fit lining)은 달성할 수 있고, 예를 들어, 20 파이프 직경과 같이 곡률 반경이 상대적으로 작은 곳에서도 굽힙 작업(bends)을 처리할 수 있다. 따라서, 본 발명은 설치 유용성을 가지며, 상대적으로 저가의 기본 물질을 이용하기만 하는 대단히 응용이 자유로운 파이프 라이닝 시스템을 제공한다.
복합 구조의 다양성은 고성능 플라스틱, 섬유강화 플라스틱, 세사(filament) 직조 끝 또는 금속 스트립과 같은 다른 재료를 이용하여 강화된 대안적 또는 부가적 나선형 층을 감을 수 있는 것을 허용한다. 나선형 스트립 물질의 선택은 복합 라이닝이 표준 파이프 또는 보통의 파이프 라이닝 보다 더 높은 사양으로 설계가 가능하다.
이음매 봉쇄층 내부 라이닝에 대한 대안은 사출성형된 이음매가 없는 얇은 열가소성 파이프를 라이닝될 파이프에 삽입하고, 이음매 튜브와 동일한 방식으로 이것을 하부 구조층에 연속적으로 결합하는 것이다. 이러한 벽이 얇은 튜브는 롤로부터 평평한 형태로 공급되어, 접혀진 형태로 삽입되고, 가압 용접 장비에 의해 라이닝에 설비되도록 확장된 후 전술한 바와 같은 하부에 나선형으로 감긴 층에 용접된다.
나선형 구조층에 대한 대안은 짧은 길이의 벽이 두꺼운 파이프 영역들을 여러 겹으로 접혀진 형태로 삽입하여 실질적으로 연속적인 내부 구조층에 제공하도록 삽입하게 될 이동 장비를 이용하여 파이프의 아래로 그것들을 이동시킴으로써 가능하다. 그 후 이러한 영역들은 복합 구조가 표준 파이프와 동일한 압력 기준을 가지도록 얇은 시트 라이닝에 결합된다.
많은 불규칙성(irregularities)을 가진 파이프 라인에 있어서, 용접하기 전에 중첩되는 용접 표면들이 변형되는 경우 믿을 만한 이음매 용접이 특히 어렵고, 아무리 고압이더라도 연속적 접촉이 안 될 수도 있다. 제안된 복합 라이너들은 상대적으로 매끄러운 하부 표면을 만들기 위하여 사전 라이닝(pre-lining)을 함으로 써 이 문제를 실질적으로 경감시킬 뿐만 아니라, 벽이 얇은 봉쇄층에 구조적 지지물이 마련된 해결책을 제공한다.
파이프 라인들은 라이닝 하기 전에 철저하게 세척되어야 하지만 봉쇄층의 용접 표면들은 용접된 이음매의 품질을 보장하도록 세척되어야 한다. 설치 공사 동안 봉쇄층 시트 재료의 청결을 보호하는 많은 방법들이 있다. 하나의 방법은 튜브가 주관 속으로 들어가기 전에 봉쇄층 튜브를 플라스틱 필름으로 감싸는 것이다. 유용하게도, 이러한 감싸기(wrapping)은 튜브의 직경을 제한함으로써 주관 속으로의 용이한 삽입을 가능하게 하는 기능도 한다. 랩핑은 도 14를 참조하여 설명된 가압 용접 장비를 이용하여 연속적으로 제거될 수도 있는바, 공기압을 이용하여 랩핑을 파열시키거나, 대안적으로 특별한 흡착 장치를 이용하여 그것을 잘라낼 수도 있다. 따라서, 튜브는 파이프 벽에 접촉되도록 확장하는 것을 허용한다.
중첩된 이음매를 보호하는 대안적 방법은, 주관에 삽입하기 전에 봉쇄층 튜브의 내부 및 외부 가장자리를 가로질러 보호 필름을 결합하는 것이다. 이 방법은 필름이 용접 작업 중에 그 위치에 남아 있기 때문에 이음매 용접 표면들을 완전히 보호한다. 실제적으로, 대부분의 시공에 있어서, 구조층들은 주관 내부에서 보호벽(protective barrier)을 제공함으로써 용접을 위한 청결한 환경을 제공하기 때문에, 용접 표면을 청결하게 하기 위한 그러한 랩핑은 불필요할 것이다.
용접 작업은, 주관의 내벽에 복합 라이너 부품들을 단단하게 팽창시키는 데 사용되는 실질적으로 적외선을 통과시킬 수 있는 가압 공기 블래더(bladder)를 이용하여 대안적으로 수행될 수도 있다. 이어서, 중첩 이음매를 이음 용접하고, 필요 한 경우 봉쇄층의 선택된 지역을 하부의 구조층에 결합하기 위하여, 블래더의 벽 및 얇은 내부 봉쇄층을 통과하여 짧은 파장의 적외선 에너지를 방사하는 적외선 램프를 이용하여 용접은 수행된다.
용어 '파이프'는 유체 이동을 위한 그 어떤 도관(conduit)을 망라하도록 넓게 해석되도록 의도된 것임을 이해할 것이다.

Claims (44)

  1. 구조적으로 완전한 모습(structural integrity)을 제공하기 위한 구조층을 파이프에 라이닝하는 단계; 및
    유체 불침투성을 제공하기 위한 봉쇄층을 상기 파이프에 라이닝하는 단계를 포함하고,
    상기 파이프에 상기 구조층을 라이닝하는 단계는, 적어도 하나의 스트립을 상기 파이프에 끼워 넣는 단계, 및 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하도록 상기 스트립을 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이프에 상기 봉쇄층을 라이닝하는 단계는:
    관상의 라이닝을 형성하도록 적어도 하나의 라이닝 재료 시트의 영역을 배열하는 단계; 및
    상기 관상 라이닝이 실질적으로 불침투성이 되도록 시밍(seaming)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    봉쇄층이 상기 구조층 내부에 동심적으로 제공되고,
    상기 봉쇄층은 상기 구조층의 내부 표면의 적어도 일부분에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 봉쇄층은 상기 구조층의 외부에 동심적으로 제공된 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 파이프에 구조층을 라이닝하는 단계는 복수의 감김을 형성하도록 상기 및 각각의 스트립을 나선적으로 감는 단계를 포함하고,
    각각의 감김은 이전의 감김과 실질적으로 나선적으로 접촉되도록 함으로써 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 구조층을 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구조층은 제1 구조층이고,
    상기 파이프에 제2 구조층을 라이닝하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 구조층은 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 구조 라이닝 재료의 제2 스트립을 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파이프에 제2 구조층을 라이닝하는 단계는 복수의 감김을 형성하도록 상기 또는 각각의 제2 스트립을 나선적으로 감는 단계를 포함하고,
    각각의 감김은 이전의 감김과 실질적으로 나선적 접촉됨으로써 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 구조층을 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 구조층은 상기 제2 구조층 내부에 동심저긍로 제공된 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 파이프에 제1 구조층을 라이닝하는 단계는:
    상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하도록 제1 나선 방향으로 상기 또는 각각의 상응하는 스트립을 나선으로 감는 단계; 및
    상기 파이프와 상기 제2 구조층을 라이닝하는 단계는 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하도록 제2 나선 방향으로 상기 또는 각각의 제2 스트립을 나선으로 감는 단계를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 나선 방향은 정반대인 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 봉쇄층은 제1 봉쇄층이고,
    관상의 라이닝을 형성하도록 적어도 하나의 제2 라이닝 재료 영역을 배열하고, 상기 관상의 라이닝을 실질적으로 불침투성이 되도록 시밍(seaming)함에 의해 상기 파이프에 제2 봉쇄층을 라이닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구조층 또는 적어도 하나의 구조층은 상기 제1 봉쇄층과 상기 제2 봉쇄층 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 파이프에 적어도 3개의 봉쇄층과 적어도 2개의 구조층을 라이닝하는 단계를 더 포함하고,
    상기 봉쇄층들은 상응하는 구조층에 의해 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 봉쇄층의 세로 방향을 따라 제공되고, 적어도 2개의 실질적으로 평행한 이음매 영역을 구비하는 이음매(seam), 및 상기 이음매 영역 사이에 형성된 구거(conduit)를 구비하는 복합 라이닝의 봉쇄층의 유체 불침투성을 시험하기 위한 시험 장치를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 봉쇄층의 유체 불침투성을 시험하는 단계;
    상기 구거를 유체로 가압하는 단계; 및
    상기 평행한 이음매 영역들 중 어느 하나로부터의 상기 유체의 누출 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 라이닝 방법.
  15. 제1항 또는 제2항의 방법에 의해 제조된 파이프용 복합(composite) 라이닝에 있어서,
    상기 파이프 내부에 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하기 위해 배열된 적어도 하나의 구조적 라이닝 재료의 스트립을 구비하며, 구조적으로 완전한 모습(integrity)을 제공하기 위한 적어도 하나의 구조층(structural layer); 및
    유체 불침투성(fluid impermeability)을 제공하기 위한 적어도 하나의 봉쇄층(containment layer)을 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 봉쇄층은 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 불침투성 관상(tubular) 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 영역(section)을 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 봉쇄층은 상기 구조층 내부에 동심적으로(concentrically) 제공되고, 상기 봉쇄층은 상기 구조층의 내부 표면(internal surface)의 적어도 일부분에 결합된 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 봉쇄층은 상기 구조층의 외부에 동심적으로 제공된 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 구조층은 복수의 감김(turns)을 형성하도록 나선형으로(helically) 감긴 상기 또는 각각의 스트립(strip)을 구비하고,
    각각의 감김은 이전(previous) 감김과 실질적으로 나선형으로 접촉됨으로써 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의(tubular) 라이닝을 형성하는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 구조층은 제1 구조층이고,
    상기 파이프 내부에 실질적으로 연속적인 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 스트립을 구비하는 제2 구조층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 구조층은 복수의 감김들(turns)을 형성하도록 나선형으로 감긴 적어도 제2 스트립(strip)을 구비하고,
    각각의 감김은 이전 감김과 실질적으로 나선형으로 접촉되어 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 구조층은 상기 제2 구조층 내부에서 동심적으로 마련된 것을 특징으로 파이프용 복합 라이닝.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제1 구조층은 상기 파이프 내부에 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하도록 제1 나선(helical) 방향으로 나선형으로 감겨진 상기 또는 각각의 상응하는 스트립을 구비하고;
    상기 제2 구조층은 상기 파이프 내부에서 실질적으로 연속적인 관상의 라이닝을 형성하도록 제2 나선 방향으로 나선형으로 감겨진 상기 또는 각각의 제2 스트립을 구비하고;
    상기 제1,2 나선 방향들은 정반대인 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 봉쇄층은 제1 봉쇄층이고,
    상기 파이프 내부에서 실질적으로 불침투성 관상 라이닝을 형성하도록 배열된 적어도 하나의 라이닝 재료 영역(section)을 구비하는 제2 봉쇄층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 구조층 또는 상기 적어도 하나의 구조층은 상기 제1 봉쇄층과 상기 제2 봉쇄층 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  26. 제15항에 있어서,
    적어도 3개의 봉쇄층과 적어도 2개의 구조층을 구비하고,
    상기 봉쇄층들은 상응하는 구조층에 의해 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프용 복합 라이닝.
  27. 삭제
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  29. 삭제
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