|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Установка для нагрева удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева удлиненного трубчатого изделия и расположенное на внутренней поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства, при этом указанное нагревательное устройство содержит две или более нагревательных зон, выполненных с возможностью независимого управления при помощи блока управления, причем нагревательное устройство содержит инфракрасный нагревательный элемент в виде тонкого штампованного листа или полосы из фольги, и блок управления выполнен с возможностью управления работой инфракрасного нагревательного элемента для обеспечения инфракрасного излучения с длиной волны 2,5-6 мкм. 2. Установка для нагрева термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева термоусадочной манжеты и расположенное на внутренней поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства, при этом указанное нагревательное устройство содержит две или более нагревательных зон, выполненных с возможностью независимого управления при помощи блока управления, причем нагревательное устройство содержит инфракрасный нагревательный элемент в виде тонкого штампованного листа или полосы из фольги, и блок управления выполнен с возможностью управления работой инфракрасного нагревательного элемента для обеспечения инфракрасного излучения с длиной волны 2,5-6 мкм. 3. Установка по п.1, в которой нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанное удлиненное трубчатое изделие, когда указанная установка расположена вокруг указанного изделия. 4. Установка по п.2, в которой нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанную термоусадочную манжету, когда указанная установка расположена вокруг указанной манжеты. 5. Установка по любому из пп.1-4, в которой указанный штампованный лист или полоса из фольги содержит материал, выбранный из группы сплав никеля с хромом, сплав хрома и алюминия, сплав никеля, хрома и железа, сплав железа, хрома и алюминия или инконель. 6. Установка по любому из пп.1-5, в которой нагревательное устройство содержит по меньшей мере две независимые нагревательные зоны, выполненные с возможностью нагрева, соответственно, по меньшей мере двух раздельных разнесенных в продольном направлении зон удлиненного трубчатого изделия, при этом указанный блок управления обеспечивает возможность одновременной или последовательной работы нагревательных зон. 7. Установка по п.6, в которой указанные две независимые нагревательные зоны выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении относительно конструкции от смежного положения в центре к разнесенному на определенное расстояние положению. 8. Установка по любому из пп.1-5, в которой нагревательное устройство содержит по меньшей мере два участка с различным диаметром внутренней поверхности, когда оно расположено вокруг указанного изделия. 9. Установка по п.8, в которой указанные по меньшей мере два участка содержат первый участок и третий участок у каждого конца второго участка, причем диаметр внутренней поверхности указанного второго участка меньше диаметра внутренней поверхности указанного первого участка и указанного третьего участка. 10. Установка по п.9, содержащая первую, вторую и третью независимые нагревательные зоны, каждая из которых соответствует первому, второму и третьему участку. 11. Установка по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая огнеупорный или изоляционный слой. 12. Установка по п.11, в которой нагревательное устройство установлено на указанном огнеупорном слое или изоляционном слое или прикреплено к нему. 13. Установка по любому из пп.1-12, в которой каркасная часть содержит складное зажимное устройство, содержащее шарнир, проходящий в продольном направлении вдоль одной стороны. 14. Способ нагревания термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, включающий расположение нагревательного устройства по любому из пп.2-13 смежно с манжетой и нагревание указанной манжеты указанным нагревательным устройством. 15. Способ по п.14, в котором нагревательное устройство содержит по меньшей мере две части, причем в указанном способе одновременно или последовательно нагревают по меньшей мере две раздельные разнесенные в продольном направлении зоны манжеты с помощью указанных соответствующих частей нагревателя. 16. Способ предварительного нагревания удлиненного трубчатого изделия, включающий расположение нагревательного устройства по любому из пп.1, 3, 5-13 смежно с указанным удлиненным трубчатым изделием и нагревание указанного удлиненного трубчатого изделия указанным нагревательным устройством. 17. Способ по п.16, в котором нагревательное устройство содержит по меньшей мере две части, и в указанном способе одновременно или последовательно нагревают по меньшей мере две раздельные разнесенные в продольном направлении зоны удлиненного трубчатого изделия с помощью указанных соответствующих частей нагревателя.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Установка для нагрева удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева удлиненного трубчатого изделия и расположенное на внутренней поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства, при этом указанное нагревательное устройство содержит две или более нагревательных зон, выполненных с возможностью независимого управления при помощи блока управления, причем нагревательное устройство содержит инфракрасный нагревательный элемент в виде тонкого штампованного листа или полосы из фольги, и блок управления выполнен с возможностью управления работой инфракрасного нагревательного элемента для обеспечения инфракрасного излучения с длиной волны 2,5-6 мкм. 2. Установка для нагрева термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева термоусадочной манжеты и расположенное на внутренней поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства, при этом указанное нагревательное устройство содержит две или более нагревательных зон, выполненных с возможностью независимого управления при помощи блока управления, причем нагревательное устройство содержит инфракрасный нагревательный элемент в виде тонкого штампованного листа или полосы из фольги, и блок управления выполнен с возможностью управления работой инфракрасного нагревательного элемента для обеспечения инфракрасного излучения с длиной волны 2,5-6 мкм. 3. Установка по п.1, в которой нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанное удлиненное трубчатое изделие, когда указанная установка расположена вокруг указанного изделия. 4. Установка по п.2, в которой нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанную термоусадочную манжету, когда указанная установка расположена вокруг указанной манжеты. 5. Установка по любому из пп.1-4, в которой указанный штампованный лист или полоса из фольги содержит материал, выбранный из группы сплав никеля с хромом, сплав хрома и алюминия, сплав никеля, хрома и железа, сплав железа, хрома и алюминия или инконель. 6. Установка по любому из пп.1-5, в которой нагревательное устройство содержит по меньшей мере две независимые нагревательные зоны, выполненные с возможностью нагрева, соответственно, по меньшей мере двух раздельных разнесенных в продольном направлении зон удлиненного трубчатого изделия, при этом указанный блок управления обеспечивает возможность одновременной или последовательной работы нагревательных зон. 7. Установка по п.6, в которой указанные две независимые нагревательные зоны выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении относительно конструкции от смежного положения в центре к разнесенному на определенное расстояние положению. 8. Установка по любому из пп.1-5, в которой нагревательное устройство содержит по меньшей мере два участка с различным диаметром внутренней поверхности, когда оно расположено вокруг указанного изделия. 9. Установка по п.8, в которой указанные по меньшей мере два участка содержат первый участок и третий участок у каждого конца второго участка, причем диаметр внутренней поверхности указанного второго участка меньше диаметра внутренней поверхности указанного первого участка и указанного третьего участка. 10. Установка по п.9, содержащая первую, вторую и третью независимые нагревательные зоны, каждая из которых соответствует первому, второму и третьему участку. 11. Установка по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая огнеупорный или изоляционный слой. 12. Установка по п.11, в которой нагревательное устройство установлено на указанном огнеупорном слое или изоляционном слое или прикреплено к нему. 13. Установка по любому из пп.1-12, в которой каркасная часть содержит складное зажимное устройство, содержащее шарнир, проходящий в продольном направлении вдоль одной стороны. 14. Способ нагревания термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, включающий расположение нагревательного устройства по любому из пп.2-13 смежно с манжетой и нагревание указанной манжеты указанным нагревательным устройством. 15. Способ по п.14, в котором нагревательное устройство содержит по меньшей мере две части, причем в указанном способе одновременно или последовательно нагревают по меньшей мере две раздельные разнесенные в продольном направлении зоны манжеты с помощью указанных соответствующих частей нагревателя. 16. Способ предварительного нагревания удлиненного трубчатого изделия, включающий расположение нагревательного устройства по любому из пп.1, 3, 5-13 смежно с указанным удлиненным трубчатым изделием и нагревание указанного удлиненного трубчатого изделия указанным нагревательным устройством. 17. Способ по п.16, в котором нагревательное устройство содержит по меньшей мере две части, и в указанном способе одновременно или последовательно нагревают по меньшей мере две раздельные разнесенные в продольном направлении зоны удлиненного трубчатого изделия с помощью указанных соответствующих частей нагревателя.
Евразийское 023779 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2016.07.29
(21) Номер заявки
201190169
(22) Дата подачи заявки 2010.03.12
(51) Int. Cl. B29C 65/66 (2006.01) F16L 47/00 (2006.01)
(54) УСТАНОВКА, СОДЕРЖАЩАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ЗОНЫ ИНФРАКРАСНОГО НАГРЕВА ДЛЯ ТРУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИЙ
(31) 2,658,494
(32) 2009.03.13
(33) CA
(43) 2012.03.30
(86) PCT/CA2010/000334
(87) WO 2010/102392 2010.09.16
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ШОУКОР ЛТД. (CA)
(72) Изобретатель:
Тэйлор Дайлип Кумар, Брэндон Марк Филлип, Такома Эмерсон Джон (CA)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(56) US-A-4460820 US-A-4628989 US-A-5060289 US-A-4749843 ЕР-А1-417375
(57) Данное изобретение относится к установке для нагревания удлиненных трубчатых изделий, содержащей каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, нагреватель с нагревательными зонами и блок управления для регулирования нагревательного устройства. Данная установка может использоваться для наложения термоусадочной манжеты вокруг сварного соединения труб. Нагреватель может представлять собой инфракрасный нагреватель и также может использовать тонкие штампованные листы. При использовании термоусадочной манжеты блок управления может приводить в действие нагревательные зоны от центра сварного шва наружу для устранения воздушных карманов. Диаметр внутренней части каркаса может изменяться по длине каркаса.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Приоритет данной заявки заявляется по заявке на патент Канады № 2658494, поданной 13 марта 2009 г. и озаглавленной "Установка для нагревания термоусадочных манжет", содержание которой в прямой форме включено в подробное описание посредством ссылки.
Область техники
Данное изобретение относится к установке для нагревания удлиненных трубчатых изделий, например нагревания термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг сварного трубного соединения во время сооружения трубопровода, или для предварительного нагревания сварного трубного соединения перед его обработкой или покрытием.
Предпосылки изобретения
Как правило, трубу для сооружения трубопровода покрывают магистральным полимерным покрытием, оставляя концы труб незащищенными для их совместного сваривания в трубном соединении. Существует несколько различных способов, используемых в данной области техники для покрытия трубных соединений. Одним таким способом является использование термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг сварного трубного соединения. Указанную манжету совмещают с трубным соединением и затем выполняют опрессовку манжеты на соединении нагревом. Как вариант, возможно использование обертывания пленкой или лентой, например пленкой из пропилена, которую обертывают вокруг трубного соединения. Обертывание пленкой или лентой требует использования тепла и натяжного устройства для обеспечения плавления собственно защитного покрытия по мере его наложения на трубное соединение. Обычно защитное покрытие из пленки или ленты также выполняют поверх концов покрытия трубопровода с образованием законченного покрытия незащищенной трубы. Подобное защитное покрытие из пленки или ленты, как правило, требует предварительного нагревания незащищенной трубы для облегчения или обеспечения сплавления защитного покрытия с трубой. Другим способом покрытия сварного трубного соединения является способ литья под давлением, при котором незащищенное трубное соединение заключают в форму и впрыскивают в нее под давлением полимер, например полипропилен или полиуретан. Затем полимеру дают остыть и форму удаляют, при этом трубное соединение остается покрытым полимером. Понятно, что в подобном способе положительный результат также обеспечивается предварительным нагреванием незащищенной трубы, чтобы впрыскиваемый полимер не слишком быстро охлаждался при контакте с трубой и обеспечивал качественное сцепление с основой. Указанные способы литья материала под давлением и выполнения защитного покрытия из ленты или пленки обладают преимуществом перед использованием термоусадочной манжеты в тех случаях, когда магистральное покрытие является чрезвычайно толстым и при этом требуется заполнить образующуюся в соединении полость. В случае использования термоусадочных манжет, накладываемых вокруг сварного трубного соединения во время сооружения трубопровода, как правило, подобные манжеты нагревают и выполняют горячую посадку на соединении или другом изделии, используя удерживаемую рукой газовую горелку (см., например, патент США № 4472468, озаглавленный "Термоусадочное покрытие и способ его выполнения", опубликованный 18 сентября 1984 г., содержание которого включено в данный документ посредством ссылки). В некоторых случаях указанная ручная операция создает несовершенный монтаж, обусловленный захватом воздуха под прикрепленной манжетой. Такая ситуация может возникнуть, если концы манжеты прикрепляются до прикрепления ее средней части. В данном случае искусное владение горелкой является решающим. При наклоне горелки в наружном направлении сначала могут прикрепиться концевые участки манжеты, что приводит к захвату воздуха. Наличие ветра может рассеять пламя и вызвать преждевременное прикрепление концевых участков манжеты. Кроме того, при неосторожном перемещении горелки ее пламя может вызвать выжигание и растрескивание манжеты. При необходимости нагревания большой площади становится затруднительным или невозможным поддерживать тепло с одновременным прикреплением манжеты, что приводит к сморщиванию изоляции, несовершенному монтажу, обусловленному захватом воздуха, износу, или короблению термоусадочного материала. Иногда это также приводит к непригодному или недостаточному прикреплению термоусадочного материала вокруг сварного трубного соединения.
До наложения покрытий поверх области соединения соединение должно быть подготовлено способом, требуемым для используемого типа покрытия. Обычно при использовании термоусадочных манжет, лент и обертывающих систем, а также способа литья под давлением сталь обычно подвергают дробеструйной обработке, а в редких случаях ее обрабатывают проволочной щеткой, чтобы получить белый металл или состояние почти белого металла. Магистральное покрытие обычно подготавливают с целью его очистки и часто придают ему шероховатость путем обработки абразивным инструментом или легкой дробеструйной обработки. Данное соединение часто требует предварительного нагревания для удаления влаги, но, главным образом, для того, чтобы обеспечить определенную температуру, совместимую с типом покрытия, а также, чтобы обеспечить сцепление или сплавление покрытия на данном соединении со сталью и магистральным покрытием. Например, для манжет термоусадочного типа из пропилена, в которых связующее вещество может иметь точку плавления около 155°С, предварительное нагревание стали часто доводят до температуры в 180°С. Предварительное нагревание часто выполняют, используя индукционный нагрев, который непосредственно нагревает только сталь и опосредовано нагревает магист
ральное полимерное покрытие. Поскольку незащищенная сталь нагревается непосредственно, то она легко может быть доведена до требуемой температуры, однако при этом магистральное покрытие нагревается за счет теплоты, проводимой нижележащей нагретой сталью. Таким образом, в этом случае существует отставание по времени для разогрева поверхности покрытия, а также часто возникает разница в температуре в 40-100°С на стали и поверхности покрытия в зависимости от толщины покрытия. Например, на трубе диаметром 610 мм и толщиной стенки 25 мм, когда температура стали в соединениях достигает 180°С, температура полипропиленового покрытия толщиной 5 мм может достигать лишь 100-120°С. Соответственно, при последующем наложении термоусадочной манжеты поверх соединения с подобным профилем нагрева подложки потребуется больше тепла для прикрепления манжеты около концов, перекрывающих магистральное покрытие, чтобы манжета прикрепилась к незащищенной стали и магистральному покрытию с созданием качественной защитной изоляции.
Различие в материалах в незащищенной стали и магистральном покрытии приводит к различным требованиям к теплу во время предварительного нагрева. Например, в некоторых случаях избыток тепла у трубного соединения может перегреть магистральное покрытие и повредить его. Во время предварительного нагрева, в общем, требуется более интенсивный нагрев на незащищенной стали и менее интенсивный нагрев требуется для покрытой трубы, вследствие свойств материала, используемого в магистральном покрытии. Например, в тех местах, в которых труба имеет толстое магистральное покрытие, выполненное из полимерного материала, незащищенная сталь будет иметь характеристики удельной теплоемкости, термостойкости, теплоудержания и теплопроводности, отличающиеся от характеристик магистрального покрытия. Таким образом, незащищенная сталь может потребовать более интенсивного нагревания (которое будет повреждать магистральное покрытие), но может потребовать его на более короткий промежуток времени, при этом магистральное покрытие требует меньшего нагревания в течение более длительного периода времени для обеспечения поглощения тепла в толщине покрытия. Кроме того, в тех участках, в которых нагревание выполняется с использованием удерживаемой вручную газовой горелки, оператор горелки должен учитывать различие в толщине различных покрываемых участков, и быстро настраивать, соответственно, положение горелки. Например, толщина магистрального покрытия может быть значительной, при этом оператору может понадобиться перемещать горелку на значительное расстояние, чтобы сохранять одинаковое расстояние между горелкой и нагреваемым участком.
Размеры и конструкции горелок и нагревательных приборов в данной области сильно варьируются в зависимости от размеров и конструкций обрабатываемых труб. Иногда используют весьма мощные горелки, в которых пламя стремится расходиться раструбом, при этом не обеспечивается направленное нагревание термоусадочной манжеты и происходит захват воздуха вследствие преждевременной усадки концов манжеты. Иногда для усадки манжеты используют четыре горелки, чтобы повысить производительность, при этом два оператора располагаются на одной стороне трубы, а два оператора находятся на другой стороне. Такая практика весьма затрудняет избирательное нагревание средней части манжеты до нагревания концов и даже делает почти невозможным согласование нагрева по всей площади нагреваемого участка, точного регулирования количества тепла, подводимого к различным участкам для их усадки, или точного регулирования последовательности, в которой должны быть нагреты различные участки. Часто, чтобы получить соответствующее сцепление манжеты, требуется поддерживать минимальную температуру предварительного подогрева подложки, обычно стальной трубы и магистральных покрытий, расположенных на трубных секциях, смежных с их соединением. Даже когда необходимо нагреть меньший участок или если используется меньшее количество горелок, некоторые участки, например магистральное покрытие, смежное с противоположным концом трубы, имеют тенденцию к охлаждению ниже минимальной температуры подогрева, так что манжета с ними не сцепляется. Соответственно, во время операции усадки необходимо выполнять дополнительное длительное нагревание участка манжеты, перекрывающего магистральное покрытие, чтобы поднять температуру поверхности адгезионного взаимодействия магистрального покрытия до достаточного значения, чтобы получить качественное соединение. При использовании газовых горелок трудно получить такой результат, так как длительный нагрев может вызвать коробление и повреждение манжеты, и иногда приводит к ее растрескиванию. Необходимость в дополнительном длительном нагревании осложняется тем, что во время предварительного нагревания соединения поверхность магистрального покрытия может быть на 40-100°С холоднее, чем смежная сталь, как было изложено выше. Соответственно, направленное длительное нагревание является несовершенным, чтобы получить качественное соединение на покрытии внахлестку.
Подобные соображения должны быть учтены при предварительном нагревании трубного соединения до обертывания его пленкой или лентой, или до литья под давлением.
Данным изобретением предлагается установка, которая, по меньшей мере, в предпочтительных вариантах выполнения может исключить вышеуказанные проблемы.
Сущность изобретения
В соответствии с одним аспектом данного изобретения предлагается установка для нагрева удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева удлиненного трубчатого изделия и расположенное на внутренней
поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения предлагается установка для нагрева термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева термоусадочной манжеты и расположенное на внутренней поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства.
В соответствии с другим вариантом выполнения нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанное удлиненное трубчатое изделие, когда данная установка расположена вокруг указанного изделия.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанную термоусадочную манжету, когда данная установка расположена вокруг указанной манжеты.
В соответствии с другим вариантом выполнения нагревательное устройство содержит тонкий штампованный лист, полосу из фольги.
В соответствии с другим вариантом выполнения тонкий штампованный лист или полоса из фольги выполнена в синусоидальной или прямолинейной форме для образования плоскости нагревания, обеспечивающей относительно равномерный нагрев.
В соответствии с другим вариантом выполнения нагревательное устройство содержит инфракрасные элементы в виде, например, кварцевых трубок или керамических плиток.
В соответствии с другим вариантом выполнения нагревательное устройство содержит средства воспламенения диффузного газа, приводимые в действие, например, пропаном или природным газом, такие как каталитические панельные нагреватели.
В соответствии с другим вариантом выполнения нагревательное устройство содержит по меньшей мере две независимые нагревательные зоны, выполненные с возможностью нагрева, соответственно, двух раздельных разнесенных в продольном направлении зон удлиненного трубчатого изделия, при этом указанный блок управления обеспечивает возможность для одновременной или последовательной работы нагревательных зон.
В соответствии с другим вариантом выполнения две независимые нагревательные части выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении относительно трубчатого изделия от смежного положения в центре к разнесенному на определенное расстояние положению, как показано, например, на
фиг. 13-15.
В соответствии с другим вариантом выполнения нагревательное устройство содержит по меньшей мере два участка с различным диаметром внутренней поверхности, когда оно расположен вокруг указанного изделия.
В соответствии с другим вариантом выполнения указанные по меньшей мере два участка содержат первый участок и третий участок у любого конца второго участка, причем диаметр внутренней поверхности указанного второго участка меньше диаметра внутренней поверхности указанного первого участка и указанного третьего участка.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения установка содержит первую, вторую и третью независимые нагревательные зоны, причем каждая из них соответствует первому, второму и третьему участку.
В соответствии с другим вариантом выполнения установка дополнительно содержит отражающий слой и/или изоляционный слой.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения нагревательное устройство установлено на указанном отражающем слое или изоляционном слое.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения отражающий слой или изоляционный слой выполнен из огнеупорного материала.
В соответствии с другим вариантом выполнения каркасная часть содержит складное устройство, содержащее шарнир, проходящий продольно вдоль одной стороны.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения предлагается способ нагревания термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, включающий расположение нагревательного устройства смежно с манжетой, как изложено в этом документе, и нагревание указанной термоусадочной манжеты указанным нагревательным устройством.
В соответствии с другим вариантом выполнения нагревательное устройство содержит по меньшей мере две части, а указанный способ включает нагревание одновременно или последовательно по меньшей мере двух раздельных разнесенных в продольном направлении зон манжеты с помощью указанных соответствующих частей нагревателя.
Данным изобретением предлагается установка для нагрева удлиненного трубчатого изделия и/или для нагрева термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия. Данная установка содержит каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного
изделия, причем каркасная часть снабжен нагревательным устройством, выполненным с обеспечением нагрева изделия и/или термоусадочной манжеты, окружающей указанное изделие. Данным изобретением также предлагается блок управления для регулирования нагревательного устройства. Как вариант, нагревательное устройство может содержать две или более независимые части, обеспечивающие нагрев, соответственно, двух раздельных продольно разнесенных зон манжеты, при этом блок управления способен управлять частями нагревателя одновременно или последовательно, и/или при различных интенсивно-стях нагрева/длинах волн/температурах. Нагревательное устройство может содержать два или более участка с различными диаметрами для лучшей адаптации к удлиненному трубчатому изделию с переменным диаметром.
Нагревательный элемент может быть любым известным нагревательным элементом. В некоторых вариантах выполнения нагревательные элементы содержат инфракрасные электрические элементы такие, как нагреватели Unitube, имеющиеся в наличии в компании Casso-Solar Corporation, Помона, Нью-Йорк, США. Эти элементы могут быть выполнены в виде, например, кварцевых трубок или керамических плиток. Как вариант, они могут содержать средства воспламенения диффузного газа, приводимые в действие, например, пропаном или природным газом. Примеры указанных нагревателей содержат газовые каталитические нагреватели, имеющиеся в наличии в компании Casso-Solar и CCl Thermal Technologies, Эдмонтон, Альберта, Канада. К другим примерам относятся горелки, содержащие металлические или керамические решетки, которые рассеивают пламя, а затем излучают наружу тепло, например нагреватели Fibergas-II(tm), также имеющиеся в наличии в компании Casso-Solar, и нагреватели, использующие газ, проходящий путем диффузии через перфорированные керамические решетки, поставляемые компанией Infragas S.p.a., Казелле Торинезе, Италия.
В особенно предпочтительном варианте выполнения используется тонкая пленка или другие гибкие инфракрасные электрические элементы (так называемые нагревательные элементы из "фольги" или "гибкие ленточные" нагревательные элементы). К примерам подобных элементов относятся инфракрасные панельные нагреватели диапазона средних волн V-серии из компании Casso-Solar Corporation, По-мона, Нью-Йорк, США. Другие примеры можно найти в литературе, относящейся к данной области техники, например в патентном документе ЕР 0417375, включенном в данную заявку посредством ссылки. Тонкопленочные элементы, обсуждаемые в данном документе, также содержат полосы, листы, плоские нагреватели из тонколистовой фольги, гофрированную ленточную фольгу, насыщенную углеродом пленку, металлическую пленку с дорожками из графита, полученную фотопечатью, проводящий материал, распыленный или нанесенный скребком на подложку, тянутый металл или проволочные резистивные элементы, например волнистая проволока. Например, V-серия представляет собой штампованные тонкие металлические листы, обладающие малой массой для обеспечения быстрого нагревания/охлаждения и минимальной тепловой инерцией, которые могут быть прикреплены к термоизоляционной плите, предназначенной для работы при повышенных температурах, с низкой тепловой проводимостью, малой тепловой массой и низкой теплоемкостью для сведения к минимуму аккумулированного тепла. Тонкопленочные элементы могут быть смонтированы на термоизоляционном материале, предназначенном для работы при повышенных температурах, и/или на огнеупорном изоляционном материале в различных конфигурациях, включая линейную, синусоидальную или другие конфигурации, по требованию или желанию, определяемым режимом или последовательностью нагревания. Использование тонкопленочного или другого гибкого нагревательного элемента дает многочисленные преимущества. Тонкопленочный или другой гибкий нагревательный элемент создает возможность для изготовления установки с различными формами и размерами, для обеспечения максимального соответствия нагреваемой площади. Тонкопленочный или другой гибкий нагревательный элемент также позволяет создавать устройство по требованию заказчика с размером и формой другими способами, подобное выполнение по техническим условиям заказчика не ограничивается стандартными размерами и жесткостью кварцевых трубок или керамических плиток. Тонкая пленка может быть легко отштампована до требуемого размера. В случае наложения термоусадочной манжеты вокруг удлиненного трубчатого изделия такого, как труба с защитным покрытием, данная установка может быть сужена в средней части для учета разницы в радиусе незащищенной трубы, например трубы проксимальной к трубному соединению, и радиусе магистрального покрытия. В подобных случаях тонкопленочному или другому гибкому нагревательному элементу легко может быть придана форма, соответствующая различной форме установки. При этом способе можно обеспечить более постоянное расстояние между трубным соединением, или манжетой, и нагревательным элементом, для улучшения и более равномерного распределения тепла по различным участкам, которые должны быть нагреты. Таким образом, улучшенная и более постоянное проксимальное расположение может создать возможность даже для более тщательного регулирования нагрева с исключением проблемы выжигания или растрескивания манжеты. Указанное улучшенное и более постоянное проксимальное расположение особенно предпочтительно в тех случаях выполнения предварительного подогревания трубного соединения, а магистральный слой покрытия является очень толстым. Подобные соединения неизбежно будут образовывать полость у незащищенного участка стали и смежного толстого покрытия. При указанном использовании нагревателя элементы из фольги могут в индивидуальном проекте способствовать приближению нагревателя к незащищенной стали, наклонной выемке в магистральном по
крытии, а также его верхней поверхности. Соответственно, на все поверхности может оказывать воздействие более эффективный нагрев при тщательном регулировании температуры без выжигания или окисления полимерного покрытия.
Дополнительное преимущество тонкопленочного элемента заключается в том, что по сравнению с другими вариантами, описанными в данном документе, они могут быть более надежными и менее повреждаемыми в реальных условиях эксплуатации. Пленочные элементы являются гибкими, и при прикреплении к сплошному основанию изоляционного материала, например огнеупорному изоляционному материалу, они почти не ломаются по сравнению с кварцевой трубкой или керамической плиткой. Тонкопленочные элементы также более устойчивы при контакте с водой, который может возникнуть в реальных условиях эксплуатации, например, при прокладке подводных трубопроводов баржей. В подобных условиях термоусадочные манжеты часто охлаждают водой, поскольку ролики стингеров, которые поддерживают трубу по мере ее выпуска в океан, могут повредить мягкие (еще горячие) манжеты. Холодная вода, используемая для охлаждения трубы, может попасть на нагревательный элемент, когда его удаляют с трубы или устанавливают на нее. В случае кварцевых трубок или керамических плиток такое быстрое изменение температуры может вызвать растрескивание или другое повреждение нагревательного элемента, тогда как при тонкопленочных элементах существует меньшая опасность подобного повреждения, при этом холодная вода просто испаряется с данного элемента.
При использовании штампованных тонких металлических полос различные участки могут быть нагреты до различных температур, или в различные временные периоды, в процессе термоусадки, просто применением отдельных нагревательных элементах на различных участках установки с индивидуальным регулированием каждого из них блоком управления. Регулирование различных нагревательных элементов может выполняться путем индивидуальной термостатической регулировки температуры блоком управления, и/или нагревательные элементы могут обладать различными характеристиками нагрева (например, если они выполнены из различных подложек или имеют различную толщину витков) с целью варьирования нагрева. При таком решении, по меньшей мере, в предпочтительных вариантах выполнения может обеспечиваться тщательное регулирование нагрева манжеты для усадки средней зоны манжеты перед усадкой концевых зон, с исключением тем самым захвата воздуха. Помимо этого, в некоторых вариантах выполнения после усадки средней зоны усадка концевых зон может быть выполнена одновременно, если предусмотрено быстрое введение в действие, прежде чем произойдет охлаждение магистрального покрытия до температуры, ниже требуемой температуры предварительного подогрева. В случае предварительного нагревания трубного соединения такое решение также создает возможность для нагревания участков незащищенной трубы до более высокого уровня температуры, чем участков покрытой трубы, что предотвращает повреждение покрытия трубы и одновременно обеспечивает оптимальный нагрев незащищенной трубы. Несмотря на то, что указанный регулируемый нагрев может быть выполнен другими указанными нагревательными элементами, тем не менее, дополнительное преимущество от использования пленочных элементов заключается в том, что пленочный элемент нагревается и охлаждается значительно быстрее. Во многих случаях охлаждение тонкопленочного элемента происходит за 5-10 с после его выключения, а его нагрев происходит за тот же промежуток времени. Например, повышение температуры элементов некоторого типа из металлической фольги до значения в 700°С может происходить за 10 с. Другие элементы могут охлаждаться менее чем за 2 с. Это означает, что блок управления может регулировать изменения зон более эффективно, быстро и точно. Кроме того, это означает, что нагрев трубного соединения или усадка манжеты могут быть выполнены значительно быстрее. Указанное быстрое охлаждение тонкопленочных элементов также дополнительно улучшает безопасность работы в реальных условиях эксплуатации, например, при прокладке баржей подводных трубопроводов, где рабочее пространство является стесненным, при этом значительно улучшается безопасность рабочих, так как в этом случае нагревательные элементы значительно быстрее охлаждаются при управлении установкой, например, когда установку помещают вокруг трубы, или удаляют с нее. Кроме того, быстрый нагрев и охлаждение пленочных элементов может привести в результате к значительной экономии времени и расходов фактически до 20%.
Данная установка также может использоваться до и после наложения термоусадочной манжеты. Например, указанная установка может быть помещена вокруг сварного трубного соединения для предварительного нагревания данного соединения перед наложением манжеты. После завершения предварительного нагревания до требуемой степени (т.е. после достижения заданной температуры за заданное время), установка (включая нагревательный элемент) затем может быть легко удалена и наложена термоусадочная манжета. Как вариант, данная установка может быть затем снова помещена на сварное трубное соединение для повторного нагревания с целю усадки манжеты. Такое решение обеспечивает более согласованный и равномерный предварительный нагрев трубного соединения по сравнению с предшествующими способами, в которых нагревание различных участков трубного соединения выполнялось в различное время, что приводило в результате к неравномерному охлаждению перед наложением манжеты.
Данная установка также может использоваться для предварительного нагревания трубного соединения с использованием других покрытий, например, перед обертыванием пленки или ленты или выпол
нением покрытия способом литья под давлением. Следует понимать, что дополнительное преимущество использования указанной установки в некоторых вариантах выполнения заключается в одновременном доведении до требуемой температуры всего трубного соединения или секций трубного соединения, при этом данная установка может быть легко удалена с более быстрым наложением покрытия, чем при обычных способах предварительного нагревания.
Краткое описание чертежей
Описание предпочтительных вариантов выполнения приведено со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые детали.
Фиг. 1 показывает схематически продольный разрез трубного соединения, на которое накладывается первый вариант выполнения установки в соответствии с данным изобретением;
фиг. 2 - схематически поперечный разрез трубного соединения, показанного на фиг. 1, причем указанный разрез взят в плоскости А, как показано на фиг. 1;
фиг. 3 - схематически поперечный разрез трубного соединения, показанного на фиг. 1, причем указанный разрез взят в плоскости В, как показано на фиг. 1;
фиг. 4 - вид в аксонометрии второго варианта выполнения установки в соответствии с данным изобретением в раскрытом состоянии с открытой внутренней поверхностью;
фиг. 5 - увеличенный участок С, показанный на фиг. 4, иллюстрирующий поверхность гибких нагревательных элементов, которые являются компонентом некоторых вариантов выполнения по данному изобретению;
фиг. 6 - вид в аксонометрии третьего варианта выполнения установки в соответствии с данным изобретением в раскрытом состоянии с открытой внутренней поверхностью;
фиг. 7, 8 и 9 - схематически продольный разрез варианта выполнения, показанного на фиг. 6, иллюстрирующий последовательные этапы работы;
фиг. 10, 11 и 12 - схематически продольный разрез четвертого варианта выполнения в соответствии с данным изобретением;
фиг. 13, 14 и 15 - схематически продольный разрез другого варианта выполнения в соответствии с данным изобретением.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
Обратимся сначала к фиг. 1, на котором схематически показана каркасная установка 34, обеспечивающая, по существу, цилиндрическую опорную конструкцию 35. Установка 34 расположена вокруг трубчатой термоусадочной манжеты 26, накладываемой на удлиненное трубчатое изделие, например на соединение 25, содержащее сварной шов 24 между незащищенными концами трубных секций 20, каждая из которых имеет полимерное защитное магистральное покрытие 22.
Опорная конструкция 35 поддерживает нагревательное устройство, содержащее в этом примере слой 32 нагревательного элемента. Кроме того, опорная конструкция 35 имеет изоляционный/отражающий слой 30, который отражает тепло, излучаемое слоем 32, и изолирует наружную часть опорной конструкции 35. Изоляционный/отражающий слой 30 может быть выполнен из любого материала, известного в данной области техники, имеющего теплоотражающие или изоляционные свойства, например изоляционный пеноматериал или огнеупорный материал.
В предпочтительном варианте, как показано на фиг. 1, опорная конструкция 35 и слой 32 нагревательного элемента проходят на полную длину манжеты 26 и соединения 25 с выходом за пределы незащищенных концов трубных секций 20 на часть магистрального покрытия 22.
Блок 33 управления, который может быть (как показано) расположен отдельно от опорной конструкции 35 или может быть встроен в нее, регулирует уровень и/или интенсивность тепла, излучаемого слоем 32 нагревательного элемента. Блок 33 управления может регулироваться термостатическим способом, может регулироваться путем измерения сопротивления слоя 32 нагревательного элемента, может быть таймером, или может регулироваться просто оператором с помощью переключателя.
В примере, показанном на фиг. 1, имеется один однородный слой 32 нагревательного элемента, который проходит вокруг внутренней стороны, по существу, всей опорной конструкции 35.
В примере, показанном на фиг. 1, опорная конструкция 35 сужена в средней части и точно соответствует радиусу трубы в зоне незащищенного участка 20 и зоне магистрального покрытия 22. При этом способе расстояние между манжетой 26 и слоем 32 может быть выполнено более постоянным с обеспечением тем самым улучшенного и более равномерного распределения тепла по различным нагреваемым участкам. Таким образом, улучшенное и более постоянное проксимальное расположение может создать возможность даже для более тщательного регулирования нагрева соединения для предварительного нагревания, а также для лучшего контроля процесса усадки манжет с исключением проблемы выжигания или растрескивания манжеты.
В предпочтительном варианте опорная конструкция 35 представляет собой складное устройство, как показано на фиг. 2 и 3, содержащее шарнир 36, проходящий продольно вдоль одной стороны. В закрытом состоянии, как показано на фиг. 2 и 3, половины 37а и 37b примыкают друг к другу или расположены рядом, напротив друг друга у концов, противоположных шарниру 36, вдоль линии контакта или противоположения 38. Половины 37а и 37b могут поворачиваться на оси из закрытого состояния, пока
занного на фиг. 2 и 3, в раскрытое состояние, как показано на фиг. 4, в котором концы половин 37а и 37b разнесены в стороны достаточно для того, чтобы поместить раскрытые створки вокруг сборки манжеты 26 и трубного соединения 25. Затем половины 37а и 37b смыкают вместе для выполнения предварительного нагрева или усадки.
Фиг. 4 показывает опорную конструкцию 35 в раскрытом положении. Половины 37а и 37b показаны в раскрытом состоянии с открытой внутренней поверхностью 39 опорной конструкции 35. Слой 32 проходит по всей длине и ширине внутренней поверхности 39, хотя он может быть разделен на сегменты, например, сегменты 32а-е, как показано для половины 37а. В предпочтительном варианте выполнения слой 32 является тонкой пленкой или другим гибким нагревательным элементом, например, плоской цепью проводников из фольги, или отштампованной полосой элемента из фольги, как показано крупным планом участка С на фиг. 5, на котором изображена в увеличенном виде (не в масштабе) лента 48 синусоидальной формы предпочтительного варианта выполнения слоя 32. Показанная лента 48 шириной приблизительно 3 мм и толщиной 1 мм имеет изогнутую или синусоидальную форму для максимизации площади поверхности. Гибкая тонкая лента 48 обеспечивает возможность трехмерного профилирования слоя 32 так, что он изгибается вокруг опорной конструкции 35, максимизируя площадь и равномерность нагрева при установке опорной конструкции на соединение 25. Как правило, слой 32 обеспечивает энергию инфракрасного излучения с длиной волны 1-16 мкм, например 2,5-6 мкм. Слой 32 обычно обеспечивает энергию как в виде инфракрасного излучения, так и "тепла"; нами было установлено, что для термоусадочной манжеты из полиолефина при длине волны около 3,45 мкм достигаются отличные результаты.
В одном варианте выполнения слой 32 состоит из тонкой проволоки сплава никеля с хромом, проложенной в термостойком полимере таком, как полиимид или полиэстер. Другие варианты выполнения содержат слой 32, выполненный из сплава хрома, алюминия и железа, или никеля, хрома и железа. В одном варианте выполнения слой 32 является тонким штампованным листом или фольгой с нижеследующим химическим составом, в мас.%: 0,02-0,10% С; 0-0,1% Mn; 19,5% Cr; около 56% Ni; 4,25% Mo; 02,0% Fe; 13,5% Со; 1,3% Al; 9,1% Cu; 0-0,15% Si; 0,003-0,01% В и 3% Ti.
Фиг. 6 иллюстрирует опорную конструкцию 35 в раскрытом состоянии. Половины 37а и 37b показаны в раскрытом положении с открытой внутренней частью опорной конструкции 35 (т.е. частью, самой близкой к трубе 20 при эксплуатации). Слой 32 проходит по всей длине и ширине внутренней поверхности 39. Фиг. 6 иллюстрирует ленту 48, хотя специалист в данной области техники должен понимать, что фактические размеры ленты 48 обычно определяются более плотной упаковкой, например шириной около 3 мм. В варианте выполнения, показанном на фиг. 6, слой 32 разделен на десять различных зон, каждая из которых содержит отдельную гибкую нагревательную пленку. Половина 37а разделена на центральную зону 42а, окруженную переходными зонами 44а и 44d, от каждой из которых в свою очередь сбоку расположены, соответственно, наружные зоны 46а и 46d. Подобным образом, половина 37b разделена на центральную зону 42b, окруженную переходными зонами 44b и 44с, от каждой из которых в свою очередь сбоку расположены, соответственно, наружные зоны 46b и 46с. Каждая из зон 42а, 42b, 44a-44d, 46а-46d содержит отдельные штампованные полосы элемента из фольги, индивидуальное управление которыми может выполнять блок управления 33 (на фиг. 6 не показан). Каждая из этих зон может иметь конкретное количество указанных полос, причем более плотно упакованные полосы могут излучать больше инфракрасных волн и больше тепла. Таким образом, данная установка содержит десять отдельных нагревательных участков, которые независимо друг от друга могут быть настроены на различные интенсивности нагревания и температуры или различные периоды времени нагревания. Например, когда установка помещена вокруг трубного соединения 25, то последовательность нагревания может быть задана так, что сначала нагреваются зоны 42а и 42b, нагревая тем самым термоусадочную манжету 26, окружающую незащищенную трубу 20. Вторыми в последовательности активизируются зоны 44а-44d, которые нагревают переходные участки. Как вариант, в этот момент времени могут быть выключены центральные зоны 42а и 42b. Третьими в данной последовательности активизируются зоны 46а-46d, и снова как вариант выключатся переходные зоны 44а-44d и, если еще используются, то и центральные зоны 42а и 42b. При этом способе нагревание начинают в средней части манжеты 26, затем направляют излучение наружу, что сводит к минимуму образование пузырей и/или воздушных карманов 28. Подобная последовательность нагревания также сохраняется и для предварительного нагрева соединения, при этом для зон 42а и 42b, расположенных поверх стали, задается большая интенсивность, а для зон 44а, 44b, 46а и 46b, расположенных поверх полимерного покрытия, задается меньшая интенсивность, но с более длительным временем воздействия, чтобы исключить окислительный распад покрытия.
Фиг. 7-9 схематично показывают вышеуказанную последовательность. При эксплуатации приводят в действие блок управления 33 сначала для работы исключительно центральной зоны 42 (содержащей центральные зоны 42а и 42b) при заданной тепловой мощности в течение периода времени, достаточного для усадки средней части 50 манжеты 26 на сварном шве 24 и незащищенных концах 20 трубы, как показано на фиг. 7, который изображает центральную зону 42 черным цветом, обозначающим включенное состояние. Затем блок управления 33 приводят в действие для работы переходной зоны 44 (содержащей переходные зоны 44а-44d) при требуемой тепловой мощности и в течение периода времени, достаточного для усадки переходного участка 52 манжеты 26 на трубе 20 и магистральном покрытии 22. Во время
этого периода нагревается только переходная зона 44, как показано на фиг. 8, но в зависимости от применения также может нагреваться и центральная зона 42. И наконец, блок управления 33 приводят в действие для работы внешней зоны 46 (содержащей внешние зоны 46а и 46b) при требуемой тепловой мощности и в течение периода времени, достаточного для усадки внешнего участка 54 манжеты 26 на магистральном покрытии 22. Во время этого периода нагревается только наружная зона 46, как показано на фиг. 9, но в зависимости от применения, также может нагреваться зона 42 и/или зона 44. Как вариант зоны 42, 44 и 46 могут быть нагреты до различных температур, и/или в течение различных периодов времени в зависимости от предпочтительной температуры и длительности нагревания, требуемых для конкретного материала, содержащегося в трубе 20, трубном соединении 25 или магистральном покрытии 22. При нагревании, которое начинают в центральной части с продвижением наружу, сводится к минимуму образование воздушных карманов (например, воздушного кармана 28) между трубой 20 и/или магистральным покрытием 22 и манжетой 26, поскольку воздух постепенно вытесняется из кольцевого промежутка между манжетой 26 и концами трубы в вышеуказанных этапах.
После завершения усадки выполняют поворот половин 37а и 37b складного устройства с приведением его в раскрытое состояние для облегчения перемещения предлагаемой установки относительно трубы для ее выравнивания с другим трубным соединением, после этого вышеописанный цикл работы повторяют.
Следует понимать, что предлагаемая установка может содержать любое количество нагревательных зон для любого требуемого применения. Кроме того, блок управления 33 может быть приведен в действие вручную или с управлением от автоматического первичного контроллера, как вариант, с предварительной установкой температуры и регулированием по времени для выбора различных труб, магистральных покрытий 22 и/или для различных случаев. Например, в некоторых случаях предлагаемая установка может использоваться для предварительного нагрева трубы 20, трубного соединения 25 и магистрального покрытия 22, выполняемого после сварки трубного соединения 25, а также перед обертыванием пленки, или ленты, или покрытия, полученного способом литья под давлением. Естественно, что в таких случаях манжета 26 будет отсутствовать. В подобных случаях блок управления может быть предварительно настроен на различные температуры на различных участках нагревательного элемента. Например, весь нагревательный элемент может быть настроен на одновременное нагревание в течение 5 мин, однако, центральная зона 42 будет настроена на нагрев со значительно большей интенсивностью и температурой, чем переходная зона 44, которая в свою очередь будет настроена на нагрев при большей интенсивности по сравнению с внешней зоной 46. Таким образом, труба 20 и трубное соединение 25 могут быть предварительно нагреты до требуемой температуры с исключением повреждения магистрального покрытия 22, которое будет нагреваться до требуемой температуры с меньшей интенсивностью. Как вариант, например, в случаях, когда магистральное покрытие 22 является особенно толстым (например, при толщине 100 мм), может быть желательным нагревать внешнюю зону 25 в течение длительного периода времени (например, в течение 10 мин) при сравнительно низкой интенсивности, чтобы обеспечить проникновение тепла в толщу магистрального покрытия 22. В случаях, подобных этому, блок управления может быть настроен на нагревание внешней зоны 25 в течение 10 мин, при этом переходная зона 44 и центральная зона 42 приводятся в действие в течение последних 5 мин указанного периода времени. В этом примере переходная зона 44 будет полезна в качестве граничной зоны, которая нагревается только 5 мин, но при интенсивности, аналогичной интенсивности нагревания внешней зоны 25, для исключения повреждения стыка между магистральным покрытием 22 и трубой 20. Центральная зона 42 будет нагреваться при значительно большей интенсивности, поскольку труба 20 может, как правило, выдерживать (и может потребовать) нагрев с более высокой интенсивностью, вследствие более быстрого рассеивания тепла по сравнению с магистральным покрытием 22. При использовании указанного способа нагрева все нагреваемые секции трубы 20 и магистральное покрытие 22 к концу 10 мин будут нагреты до требуемой температуры предварительного нагрева, подходящей для обертывания пленкой или лентой, литья под давлением или наложения термоусадочной манжеты.
Фиг. 10-12 показывают другой вариант выполнения установки по данному изобретению. Этот вариант выполнения отличается от варианта, показанного на фиг. 7-9 тем, что (а) слой нагревательного элемента содержит только две нагревательные зоны, и (b) опорная конструкция 35 и, соответственно, слой 32 не имеют трехмерного профилирования в том смысле, что радиус конструкции 35 и слоя 32, по существу, является постоянным в продольном направлении предлагаемой установки. Слой 32 разделен на различные зоны, включая центральную зону 42, окруженную внешними зонами 46. Таким образом, предлагаемая установка содержит два отдельных участка нагрева, которые могут быть настроены независимо на различные интенсивности нагревания и температуры, или различные периоды времени нагревания. Например, при установке вокруг трубного соединения 25, последовательность нагревания может быть выбрана так, что на первом этапе нагревается зона 42 с нагреванием тем самым термоусадочной манжеты 26, окружающей незащищенную трубу 20. На втором этапе в данной последовательности активизируется зона 46. Таким образом, нагревание начинают в средней части манжеты 26 с последующим продвижением излучения наружу, что сводит к минимуму образование пузырей и/или воздушных карманов 28. На третьем этапе в данной последовательности выводится из работы зона 42 и в конце этапа
выводится из работы зона 46. Этапы 1-3 данной последовательности схематически показаны, соответственно, на фиг. 10-12. При эксплуатации, как показано на фиг. 10, сначала приводят в действие блок управления 33 для работы исключительно центральной зоны 42 при заданной тепловой мощности в течение периода времени, достаточного для усадки средней части 50 манжеты 26 на сварном шве 24 и незащищенных концах 20 трубы (как показано после нагревания на фиг. 11). На фиг. 10 центральная зона 42 показана черным цветом, обозначающим рабочее состояние. На втором этапе данной последовательности, показанном на фиг. 11, приводят в действие блок управления 33 для работы внешней зоны 46 при требуемой тепловой мощности и в течение периода времени, достаточного для усадки внешнего участка 54 манжеты 26 на магистральном покрытии 22. В течение этого периода нагревательная зона 42 также находится в работе. Приведенные в действие нагревательные зоны изображены черным цветом. На третьем этапе данной последовательности, показанном на фиг. 12, приводится в действие блок управления 33 для выключения центральной зоны 42, при этом в работе находятся только внешние зоны 46 (изображенные на фиг. 12 черным цветом). Внешняя зона 46 нагревается при требуемой тепловой мощности в течение периода времени, достаточного для усадки внешнего участка 54 манжеты 26 на магистральном покрытии 22. И наконец (не показано), блок управления 33 выключает все нагревательные зоны так, что предлагаемая установка 34 может быть безопасно удалена оператором с трубных секций 20. Затем выполняют поворот складного устройства с приведением его в раскрытое состояние для облегчения перемещения предлагаемой установки относительно трубы и ее выравнивания с другим трубным соединением и затем вышеописанный цикл работы повторяют.
Естественно, что предлагаемая установка, как показано на фиг. 10-12, может использоваться для предварительного нагрева трубы перед литьем под давлением, обертыванием пленкой или лентой или наложением манжеты 26, тогда параметры и порядок нагревания могут несколько отличаться (и аналогично изложенному выше в отношении фиг. 7-9), но с регулированием таким же способом. В этих случаях манжета 26 будет отсутствовать.
Фиг. 13-15 показывают другой вариант выполнения установки по данному изобретению, которая содержит, по существу, цилиндрическую опорную конструкцию 35, несущую опорные средства 60 и 62, выполненные с возможностью скольжения в продольном направлении относительно конструкции 35 от смежного положения в центре, показанного на фиг. 13, к разнесенному положению, показанному на фиг. 15, в котором средства 60 и 62, расположенные смежно с концами манжеты 26, подвергаются воздействию приводных средств (не показаны). Каждое средство 60 и 62 содержит проходящую, по существу, по периферии нагревательную часть 64 и 66 соответственно, работу которой регулирует блок управления 33. Блок управления 33 также может управлять приводными средствами, которые обеспечивают скольжение средств 60 и 62. Как изложено в дальнейшем, каждая из частей 64 и 66 сначала совместно нагревают среднюю зону манжеты 26, а затем постепенно нагревают соответствующие концевые зоны манжеты.
При эксплуатации нагревательные части 64 и 66 могут, например, работать одновременно и перемещаться постепенно наружу от положения, показанного на фиг. 13, при этом обеспечивается усадка и сцепление средней зоны 50 манжеты 26 на сварном шве 24 и незащищенных концах трубных секций 20, до положения, показанного на фиг. 14, в котором участки манжеты 26, расположенные снаружи от средней зоны 50, дали усадку и сцепились на незащищенных концах секций 20. Усадка средней зоны и зон, расположенных несколько снаружи от средней части манжеты 26, обеспечивает вытеснение воздуха из манжеты 26 на вышеуказанных этапах.
На последнем этапе, как показано на фиг. 15, нагревательные части 64 и 66 нагревают концевые зоны 54 манжеты 26 и сцепляют их с магистральным покрытием 22.
В одном видоизмененном варианте (не показан) конструкция 35, аналогичная конструкции, показанной на фиг. 13-15, содержит три нагревательные части. При эксплуатации центральная нагревательная часть остается неподвижной для обеспечения усадки и сцепления средней зоны манжеты, тогда как две другие нагревательные части, которые могут работать после работы центральной части, перемещаются с возможностью скольжения наружу, по существу, как изложено выше со ссылкой на фиг. 13-15.
Конструкция, показанная на фиг. 13-15, и видоизмененная конструкция, описанная в предшествующем абзаце, также может преимущественно использоваться для предварительного нагрева части трубы перед наложением манжеты 26 или обертыванием пленкой или лентой или литьем материала под давлением. Например, нагревательные части 64 и 66 могут постепенно перемещаться наружу с возрастающей скоростью так, что магистральное покрытие 22 подвергается нагреву в течение более короткого периода времени, чем труба 20. Как вариант, нагревательные части 64 и 66 могут постепенно перемещаться наружу с уменьшающейся скоростью и одновременным снижением интенсивности нагрева так, что магистральное покрытие 22 подвергается нагреву в течение более длительного периода времени, но с меньшей интенсивностью, чем труба 20. В некоторых вариантах выполнения нагревательные части 64 и 66 могут начинать работу в самом дальнем положении, перемещаясь совместно к сварному шву 24. При этом способе сначала нагреву подвергается магистральное покрытие 22, поскольку в некоторых применениях оно будет удерживать тепло дольше, чем труба 20.
К преимуществам предпочтительных вариантов выполнения данного изобретения в дополнении к вышеуказанным относятся нижеследующие преимущества.
Данная установка предлагает высокоскоростное автоматизированное регулирование, при котором нагревание последовательных зон манжеты исключает захват воздуха.
Опорная конструкция, например изоляционный/отражающий слой 30, защищает внутреннюю часть данной установки так, что на ее работу не влияет наличие ветра.
Гибкий тонкопленочный нагревательный элемент обеспечивает форму, с помощью которой трубы с толстым магистральным покрытием 22 могут быть вмещены с помощью использования более узкой внутренней части, которая "охватывает" незащищенную трубу 20 проксимально к сварному шву 24.
Поскольку данная установка покрывает всю манжету, то после усадки средней зоны манжеты может одновременно обеспечиваться усадка торцевых зон, при этом обеспечивается быстрая установка манжеты, прежде чем произойдет охлаждение магистрального покрытия 22 до температуры ниже заданной температуры предварительного нагрева.
Несмотря на то, что на всех чертежах показана установка, предназначенная для использования с манжетой 26, следует понимать, что данная установка равным образом может использоваться для предварительного нагрева трубного соединения либо перед наложением манжеты 26, либо для различных применений, например для предварительного нагрева трубного соединения перед обертыванием ленты или пленки, или перед выполнением покрытия вокруг трубного соединения способом литья под давлением. Естественно, что в подобных применениях манжета 26 будет отсутствовать.
Следует понимать, что данное изобретение не ограничивается вышеприведенными вариантами выполнения, поскольку оно распространяется на любые и все варианты выполнения, которые подпадают под объем правовой охраны, определенный в последующей формуле изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Установка для нагрева удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева удлиненного трубчатого изделия и расположенное на внутренней поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства, при этом указанное нагревательное устройство содержит две или более нагревательных зон, выполненных с возможностью независимого управления при помощи блока управления, причем нагревательное устройство содержит инфракрасный нагревательный элемент в виде тонкого штампованного листа или полосы из фольги, и блок управления выполнен с возможностью управления работой инфракрасного нагревательного элемента для обеспечения инфракрасного излучения с длиной волны 2,5-6 мкм.
2. Установка для нагрева термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, содержащая каркасную часть, выполненную с возможностью расположения вокруг указанного изделия, причем указанная каркасная часть содержит нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагрева термоусадочной манжеты и расположенное на внутренней поверхности указанной каркасной части или проксимально к ней, и блок управления для регулирования нагревательного устройства, при этом указанное нагревательное устройство содержит две или более нагревательных зон, выполненных с возможностью независимого управления при помощи блока управления, причем нагревательное устройство содержит инфракрасный нагревательный элемент в виде тонкого штампованного листа или полосы из фольги, и блок управления выполнен с возможностью управления работой инфракрасного нагревательного элемента для обеспечения инфракрасного излучения с длиной волны 2,5-6 мкм.
3. Установка по п.1, в которой нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанное удлиненное трубчатое изделие, когда указанная установка расположена вокруг указанного изделия.
4. Установка по п.2, в которой нагревательное устройство образует поверхность, которая охватывает указанную термоусадочную манжету, когда указанная установка расположена вокруг указанной манжеты.
5. Установка по любому из пп.1-4, в которой указанный штампованный лист или полоса из фольги содержит материал, выбранный из группы сплав никеля с хромом, сплав хрома и алюминия, сплав никеля, хрома и железа, сплав железа, хрома и алюминия или инконель.
6. Установка по любому из пп.1-5, в которой нагревательное устройство содержит по меньшей мере две независимые нагревательные зоны, выполненные с возможностью нагрева, соответственно, по меньшей мере двух раздельных разнесенных в продольном направлении зон удлиненного трубчатого изделия, при этом указанный блок управления обеспечивает возможность одновременной или последовательной работы нагревательных зон.
7. Установка по п.6, в которой указанные две независимые нагревательные зоны выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении относительно конструкции от смежного положения в центре к разнесенному на определенное расстояние положению.
8. Установка по любому из пп.1-5, в которой нагревательное устройство содержит по меньшей мере два участка с различным диаметром внутренней поверхности, когда оно расположено вокруг указанного
1.
изделия.
9. Установка по п.8, в которой указанные по меньшей мере два участка содержат первый участок и
третий участок у каждого конца второго участка, причем диаметр внутренней поверхности указанного
второго участка меньше диаметра внутренней поверхности указанного первого участка и указанного
третьего участка.
10. Установка по п.9, содержащая первую, вторую и третью независимые нагревательные зоны, каждая из которых соответствует первому, второму и третьему участку.
11. Установка по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая огнеупорный или изоляционный
слой.
12. Установка по п.11, в которой нагревательное устройство установлено на указанном огнеупорном слое или изоляционном слое или прикреплено к нему.
13. Установка по любому из пп.1-12, в которой каркасная часть содержит складное зажимное устройство, содержащее шарнир, проходящий в продольном направлении вдоль одной стороны.
14. Способ нагревания термоусадочной манжеты, накладываемой вокруг удлиненного трубчатого изделия, включающий расположение нагревательного устройства по любому из пп.2-13 смежно с манжетой и нагревание указанной манжеты указанным нагревательным устройством.
15. Способ по п.14, в котором нагревательное устройство содержит по меньшей мере две части, причем в указанном способе одновременно или последовательно нагревают по меньшей мере две раздельные разнесенные в продольном направлении зоны манжеты с помощью указанных соответствующих частей нагревателя.
16. Способ предварительного нагревания удлиненного трубчатого изделия, включающий расположение нагревательного устройства по любому из пп.1, 3, 5-13 смежно с указанным удлиненным трубчатым изделием и нагревание указанного удлиненного трубчатого изделия указанным нагревательным устройством.
17. Способ по п.16, в котором нагревательное устройство содержит по меньшей мере две части, и в указанном способе одновременно или последовательно нагревают по меньшей мере две раздельные разнесенные в продольном направлении зоны удлиненного трубчатого изделия с помощью указанных соответствующих частей нагревателя.
12.
12.
12.
12.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
023779
- 1 -
(19)
023779
- 1 -
(19)
023779
- 1 -
(19)
023779
- 4 -
023779
- 12 -
|
