改造小直径管道不是一件简单的事情。煤气和自来水供应公司的管道在我们大部分的住宅外，其特点是直径小，而且内部有大量障碍物，限制了插入衬套的能力。所谓的“非开挖”系统用于修复地下管道，目的是利用现有管道尽量减少对地表的破坏。这些都有特定的缺点。一种新型的管道改造系统即将投入使用，该系统利用形状记忆材料技术，与现有方法相比具有明显的优势，尤其引起了工程师们的兴趣。 可能的解决方案该系统的目的是为小直径管道(通常在8至20厘米之间)提供一种紧密配合的衬砌方法，同时最大限度地减少对旧管道的挖掘需求。通过这种方式，公用事业公司最大限度地提高了其资产的水力能力和结构完整性，而对我们其他人来说，安装操作的影响大大降低。非开挖系统利用已经埋在地下的管道，只有少量的挖掘才能进入埋在地下的管道进行新的连接。翻新工程的方案大致分为以下几类: •卡瓦衬里-在旧管内插入一个直径较小的管，可以承受显著降低的能力，或可以实现压力提升的可能性 •紧密配合衬里-聚乙烯管道通过模具拉出，减少其直径，使其插入主管道。在移除拖曳载荷后，管道向其原始直径进行弹性恢复，实现与旧管道壁的紧密配合。几乎可以达到不变的流量 •爆裂——旧管子作为导管引导爆裂头，爆裂头将管子打碎成碎片，将碎片推入土壤中，并将新的管子拉入由此产生的空隙中。用这种方法可以进行同类更换，甚至可以安装更大直径的管道。 现有技术的局限性在回顾这些技术时，仍然存在现有技术不能为改造工程师提供最佳解决方案的情况。当需要在不增加压力或流量的情况下保持管道的现有能力时，他或她会选择紧密配合的内衬解决方案或爆破作业。如果附近有其他设施的管道造成地下堵塞，或土壤不相容，可能造成严重的地面扰动，工程师不会使用爆破系统。在小直径管道的情况下，旧管道的几何形状将进一步排除紧密配合衬管的选择。原因是旧管道是伪造不考虑这种类型的夹具更换,因此许多连接的管道,如服务管道连接我们的房子,是用螺丝配件可伸出的生管。此外，多年来，管道周围的地面沉降或移动，导致管道与管道连接处发生偏斜和偏移，这是泄漏发生的原因之一。 这些影响的总和是，在管道的内径中有许多障碍物，管道的直径越小，相对突出可能越大。例如，一个维修接头可能会向管道内突出1cm，这是10cm管道内径的10%，但仅是20cm管道内径的5%。紧密配合衬管的使用通常是限制使用管道的公称直径至少20到25厘米,自衬套不能减少足够的保证金在小直径的管道,使它能够被插入在入侵,随后实现完全弹性回复紧密配合。其次重要的是，旧的侵入物将在尾管上提供重要的加载点，这很容易在预期的安装寿命内导致应力导致的破坏。 形状记忆管替代建议的解决方案包括生产交联聚乙烯管(图1)。在这种情况下，生产形状记忆所需的聚乙烯交联是通过在挤压阶段添加过氧化物来实现的。过氧化氢与聚乙烯粉末混合，用恩格尔法挤压。粉末在活塞发动机的压力下转化为熔体。压力还迫使熔体压在芯棒上，芯棒的尺寸符合所需的形状记忆要求。当熔体沿着芯棒被泵送时，过氧化氢分解形成自由基，除去氢原子，促进聚合物链的交联。芯棒的长度设置，以确保所有的过氧化氢被消耗，大约70 - 90%的聚乙烯质量已达到交联状态。
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图1所示。形状记忆管的制造过程。 |
通常情况下，该管道将直接进入水浴，在那里它将被冷却，并发生结晶，形成一个高性能的管道。但对于衬里应用，材料是变形的，而仍然在热非晶状态，因此它的直径减少了25%以上。当变形的管子穿过套管以防止它回到原来的形状时，热量被带走，导致材料结晶，锁定在减小的直径内。用这种方法制成的管子比要内衬的管子直径小25%左右，但形状记忆相同或略大一些。在这种状态下，该管可以像普通聚乙烯管一样处理，可以长时间盘绕，如有必要可储存数年，直到需要时为止。 设施优化选择形状记忆材料的应用技术本身就是一个创新的一步,但同样的方法管安装(图2),在现场,旧管道是准备通过发掘点后续连接将需要衬后,通常情况下，需要修复的部分的每一端和中间的点需要重新进行室内服务连接。然后在中间点断开铁管，在绞车电缆插入后，形状记忆衬管的简化形式可以很容易地拖进来。由于它比旧管道的内径小25%左右，因此很容易插入，通过侵入物和前面描述的偏置接头。下一个关键步骤是将衬垫加热到结晶熔点以上，在这种情况下是150°C，以使材料恢复到原来的制造形状。
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图2。管道维修作业采用形状记忆聚乙烯管。 |
许多系统加热衬管进行了评估,但由于现场可用很短的时间(通常约1小时可扩大织机衬管的长度)技术开发了一个小型气体燃烧器是通过塑料衬管的内部产生大量的热空气加热管道。热空气产生的体积被一些较冷的空气从管道的一端吹过稀释，导致更大体积的空气流动，并在局部长度上放弃热量。通过逐步将热空气工具拉过管道，整个衬管可以被加热，通过形状记忆使其膨胀，然后冷却。 它是如何工作的膨胀的顺序在图3的照片中得到了最好的说明，在插入后，衬垫的直径立即减小，然后加热到它的无定形状态，在那里它实际上变得透明，最后冷却后，以它原来的形状记忆形式。当尾管被包裹在旧管中时，它恢复到其形状记忆直径的能力受到限制，相反，它保持与管表面紧密配合。如破裂管段所示，当尾管膨胀时，它会恢复到原来的形状，产生已知尺寸的管，然后可以指定连接系统。在旧管道内部，材料塑造自己周围的剩余侵入和跨越任何偏移管接头。由于结晶是在材料在侵入体周围形成形状后发生的，因此在衬管上没有应力。这一点，再加上使用过氧化物工艺生产的交联聚乙烯具有特殊的抗应力裂纹性能，将确保管道不会过早失效。安装后直接连接到系统，使用标准的工业配件，如聚乙烯热熔配件或机械连接器。
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图3。(a)插入后立即减小直径的衬管。(b)衬垫非晶态，形状记忆激活。(c)冷却和结晶后，与原管道紧密配合。 |
这项技术的应用可使公用事业公司减少其营运对公众的影响，从而更能顾及环境因素，取代原先沿道路修筑连续的露天坑道。 |