專利名稱：雙壁復合管和管接頭及其制造方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及復合管結構，更具體地說是為流過管子的流體提供附加容積的雙壁復合管和管接頭。
顯示出將各部分迅速地機械連接起來以提供永久性密封連接的復合管的出現，已在許多流體輸送應用中替代了焊接鋼管。實際上、已經證明管道工程不再單獨依靠焊接鋼管作為傳輸各種流體，如水、石油、氣體和懸浮液產品的最可靠、最經濟的系統。除了高的強度與重量比率和對循環疲勞和腐蝕的長期耐受特性之外，復合管顯示了極平滑的內表面，其作用是減少了流體流動摩擦，從而降低泵抽費用。
同樣長度的鋼管和復合管之間經濟性比較的最重要方面包括連接和密封成對的縱向連接的管子部分的方法和所需的勞動力費用。用焊接而不是用密封螺栓法蘭或螺紋連接是鋼管的最經濟的連接和密封。反之機械連接而不是焊接連接對復合管是最經濟的連接和密封、這樣復合管能迅速和簡易地連接在一起并密封，對于修理和重新放置目的的拆卸也是一樣，這就對于許多流體傳輸系統大大增加了復合管的經濟價值。
各個聯邦、州和地方的政府機構，例如美國環境保護署(EPA)，現在要求輸送危險的液體或氣體管道具有對泄漏事件的附加保護能力。
對于附加保護問題的通常解決辦法是在溝里敷設管線，其具有可滲透的襯層。這種泄漏防護溝對于敷設是昂貴的，對于保持是困難的，并且管線不能在河、湖和沿著海底敷設。
其他解決附加保護問題的通常方法是使用雙壁管，其包括用一個環形空隙或可滲透環形結構徑向分開不可滲透的內、外壁。通過在所選的管子部分的關鍵位置設置泄漏探測傳感器連續地監視泄漏。這種雙壁管設計成耐波動液體壓力和流動速度產生的通常為縱向和環向的應力沖擊。然而這種管子不能有效地抵制其他類型的極大壓力和在管子處于工業應用中受到的彎曲和壓縮沖擊。
因為標準的雙壁管的外壁有比內壁大的直徑，對于給定的工作壓力外壁將經歷比內管大的環形應力。因此在工業上通常制造的外壁厚度至少與內壁相同，用在最初的流體輸送容器，在一些管子應用中，內外壁由結構件分開，例如波紋板，縱向或環向的肋或輻條、支架或可滲透的剛性泡沫材料，一個愿望是增加管子總結構的整體性。
例如，通常的這類雙壁復合管由美國專利號3，784，441和4，758，024公開。實際上，在這些專利中公開的雙壁復合管包括用肋分開的不滲透的內外壁。構成管子內外壁的復合載荷承受材料通常包括不可滲透的纖維增強熱熔樹脂。
通常的雙壁復合管的環形區域徑向地位于管子內外壁之間，其最初設計成具有流體的附加保護。雖然該區域包括上述工業應用的管子的結構件，就實際組成來說，其是非結構性的。實際上管壁間的該區域是密封和抽空的，充入液體以揭示兩管壁的泄漏或保留空氣并設置泄漏探測傳感器。這樣一個與管子內外壁分開制造的環形區域，其實際組成通常是非常復雜并且制造、設置、維護費用昂貴。
普通的雙壁復合管的連接部分通常用粘結劑或螺栓法蘭牢固連接在一起。常常發現這些類型的連接工作勞動強度非常大，難于實現迅速和有效的連接，并且費用過高。高費用因素是由于需要復雜和昂貴的生產設備單件制造這種傳統的接頭部件。
此外，標準的雙壁復合管不具有比ASTMD2 992所要求的12，000磅/吋2大的靜水力設計基本強度，因此在它們連接處的最初的強度不超過構成管子的復合基材的層間剪切和抗拉強度。普通的這類管子也具有相對高的縱向變形值，很自然地，當使用時趨于過度伸長。管子的伸長將產生抗彎應力，該應力必須由埋于地下的管子或使用特殊設計的管連接裝置來承受。膨脹環或特殊補償裝置也被用于補償由于管材溫度和/或縱向應力變化而引起的管子膨脹。
連接結構，被用在管子連接處以連接和密封內壁，不連接和密封毗鄰管子的外壁。這樣，整體成形管子的結構不能達到所期望的要求。另外，不可滲透的應力承受結構設置在不可滲透的內、外壁之間。從一破裂的內壁泄漏的流體的壓力和流速一般不是阻止在管內。
本發明通過提供一個管狀結構克服了已有技術中上面簡要描述的問題，該管狀結構具有高度整體結構性、特殊的附加保護能力，以及高效而經濟的制造和安裝性能。
在其主要方面，管狀結構包括若干層，這若干層是由纖維和浸漬纖維使各層形成硬化基體的可硬化粘結劑構成。預處理這若干層中的至少一層結構，以減少管壁破裂后泄漏液體的流速和壓力，從而抑制流體的泄漏。另外，在內部不可滲透層未破裂時，這種結構阻止和吸收由施于其上的沖擊和液壓震動載荷造成的高變形率的應力。
本發明最佳的管子結構實例包括一個不可滲透的第一層，一個圍繞著第一層的可滲透的第二層、一個圍繞著第二層的可滲透的第三層，和一個圍繞著第三層的不可滲透的第四層。第一和第四層最好由纖維增強的熱熔聚合樹脂組成。第二層最好由環形的連續的纖維增強物構成，而第三層最好由縱向排列的連續的纖維增強物構成。第二和第三層的每層纖維增強物最好埋入包含多條顯微裂紋的易裂基體內，其中第二和第三層形成可滲透的環形結構。
本發明的另一方面是制造上述管結構的方法和裝置。
本發明的其他目的和優點通過下面結合附圖的描述而顯見表1是一個列出了用于總壁厚從0.15英寸到0.4英寸(3.8mm至10.2mm)尺寸范圍的雙壁管的推薦的最大試驗壓力的圖表。
表2是一個列出了用于總壁厚從0.5英寸(12.7mm至25.4mm)尺寸范圍的雙壁管的推薦的最大試驗壓力的圖表。
表3是一個列出了包含本發明的從屬于

圖1和2所示的試驗壓力范圍的復合雙壁管四層中每一層的推薦厚度的圖表。
圖1是管子法蘭連接的局部斷面的立體圖。
圖2是一個類似的，但顛倒過來的管子的局部斷面的立體圖，表示出形成于管子內層的顯微裂紋。
圖3是圖2中橢圓形A的放大圖。
圖4是一個示意性的局部斷面示圖，表示了用于給管子加壓以測量管長“L”變化的裝置。
圖5是一個放大的局部斷面圖，表示了連接和密封兩管端的連接裝置的一部分，并示出了泄漏探測傳感器的位置。
圖6是用于連接裝置中的受壓力驅動的密封環的橫斷面圖。
圖7是連接管子的接頭結構和可變換的密封環的縱斷面圖。
圖8是斷面示意圖，示出了用連接裝置連接和密封在一起的兩個管子，但所具有的各層僅以輪廓和示意性地為了圖解的目的給以示意。
圖9是一個類似于圖81的視圖，但表示了受壓狀態，但處于穩定位置的管接頭裝置的完整的各層和密封環(圖6)。
圖10是連接裝置和端塞的部件分解圖。
圖11是一個部件分解圖，表示了一對半管接頭模型和一個用于分離管接頭的切割器。
圖12示意性地表示了適于在芯軸上制造管子的第三層的用于縱向排列一根股繩芯的裝置。
圖13是一個斷面圖，示出了設置在臺階形結構上的股繩芯和構成表面的半連接法蘭。
圖14是類似于圖13的視圖，但示出了管連接法蘭形成工具連接模(圖11)，而股繩芯已被固化和整理過。
圖15表示了一個芯棒支撐抵座，包括一個用于芯軸的可移動和軸裝置。
圖16A是一個已固化的管子的側視圖，該管子帶有已被移開的管接頭法蘭成形工具，并示出具有與管接頭呈密閉和夾緊狀態的管接頭模型。
圖16B是一個局部側視圖表示了安裝在芯棒上的管接頭的一端，其有一可移走的緊固銷和連接于其上的軸件。
圖17是一個局部示意圖，表示了在管子已被從芯棒移走后的一個可互換的隨動塞和一個穩定端塞的最終位置。
圖18是一個類似的視圖，但表示了隨動塞和第二端塞的最初位置。
圖19是已被從芯軸移走后的錨定銷軸件的縱向斷面圖。
圖20是錨定銷軸件的端視圖。
圖21示意性的表示了一個裝置，其用于由相互交替的濕的和干的連接的纖維芯制造管子第二層的卷繞帶。
圖22示意性地表示了用于制造管子第三層股繩芯的裝置。
圖23示意性地表示了用于制造本發明的管子和連接裝置的一系列工位。
本發明的優選產品實施例包括一個復合雙壁管形結構(圖1中的管30)，它適合表1和表2所示的8種最大測試壓力的一種。表1表示用于尺寸范圍從0.15英寸(3.8mm)到0.4英寸(10mm)具有全壁厚的雙壁管的推薦最大測試壓力，雙壁管的壁厚包括可滲透的雙層環形結構31的厚度，結構31嵌在一個不滲透的內層或內襯38和一個不滲透的外層或覆蓋層39內(圖1)。表2表示用于尺寸范圍從0.5英寸(12.7mm)到1.0英寸(25mm)具有全壁厚度的管的推薦最大測試壓力。最大測試壓力是預先計算出來的，它至少是管子最大使用壓力的兩倍，當管子沉浸在水中環境溫度低于150°F時，其最小使用壽命預期為25年，表3表示組成本發明優選管子實施例的4層管子中的每一層的推薦厚度，它能承受表1和表2所示的每一種管子壓力。
表1和表2所示測試壓力基于兩個保持在一個圓柱形管接頭套筒33(圖10)內的裝配好的半圓柱形近接頭32的縱向綜合抗拉強度。在管接套筒33內的兩個半管接頭32承受施加在內部承壓管的法蘭70上的最大端部負載。這個工作壓力由公式P＝L/A計算，這里，“P”是管子需要承受的最大測試壓力PSi(等于最大工作壓力MOP的兩倍)，“L”是當管子被端塞34和34＇密封而內部承壓(圖4、圖17、圖18)時管子承受的最大端部載荷1b，“A”是管子法蘭連接端35(圖1)的橫截面積(平方英寸)。面積“A”由公式A＝(D+1.5+2(T-0.4))2×0.7854，這里，“D”是管子內徑，“T”是管子的全壁厚(4層管子)，此公式適用于管子壁厚為0.4英寸或更厚時。如果管子的全壁厚為0.4英寸或更薄時，連接端面積將等于0.7854×(D+1.5)2。
表3推薦的壁厚基于下面的假設1.管子的全壁厚(T)是表3所示8個壁厚之一。
2.管子的滲透的第三層36(圖1)的厚度TL(包括不定向的，縱向繩)等于管30全壁厚的三分之一。
3.管子的滲透的第二層37的最大允許設計強度SC(包括周向玻璃纖維)為50，000 PSi(345MPa)，即SC＝50，000PSi。
4.層36的最大允許設計強度SL為35，000PSi(241MPa)，即SL＝35，000PSi，它由管子第三層36或管接頭法蘭內層36＇的橫向剪切強度決定，層36和36＇的每一層都包括縱向細繩(圖11)。
如一個圖示實施例所示，假定本發明的雙壁復合管的內徑D為6.0英寸，全壁厚T為0.4英寸。管子連接端面積A等于0.7854乘以(6+1.5)2，即A等于44.18平方英寸，管子第3層36的厚度TL等于T/3為0.13英寸。利用第3層最大允許設計強度SL(35，000PSi)和第3層厚度(0.13英寸)，可以計算出每周向英寸最大允許端部拉伸載荷EL等于35，000×0.13即4，5550lb。第3層36和管接頭所能承受的全部端部拉伸載荷等于4，500×3，1416×7.5＝107，207lb。應用來測試管子的最大壓力P為全部端拉伸載荷L除以連接端面積A，等于107，207/44，18＝2，426PSo(16，7MPa)。
使用這個壓力值(它基于最大連接強度，即“端載”能力)可以由下式計算出管子第2層37的最小厚度TCTC＝(P·D)/(2×SC)＝(2，426×6)/100，000＝0.145英寸(3.68mm)施加到周向加強層(包括層37)的周向應力最好為不要超過62，000PSi(428MPa)，這是由熱固樹脂加強的玻璃纖維材料(最好包括第2層37)的液壓靜力設計的基本強度(HDBS)。
確定周向應力HS的公式是HS＝PxD/2TC，P是內管壓力(PSi)，D是管子內徑(英寸)，TC是層37的壁厚。例如(參考圖1和圖2)，一個20英寸直徑雙壁管的推薦最大測試壓力是2，056PSi，(當全壁厚為1.0英寸時)。施加在0.4英寸厚的層37上的最大周向應力由下式確定HS＝2，056 PSi×20in/2×0.4in＝51，400 PSi(HS＝14.18MPa×507.6mm/20.3mm＝354，57MPa)管30的優選材料組成不滲透的內壁襯第1層38和不滲透的外壁覆蓋層或第4層39的優選材料包括一種用纖維加強的熱塑樹脂，它在拉斷時至少有5%的拉長。為了敘述方便和清楚的目的，管子38、37、36和39按照其制造順序從里向外分別稱為第一、第二、第三、第四層管子。所說樹脂包括乙烯基脂如Corezyn 8520，由Interplastics CorP，制造、合成環氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯合成橡膠或復合管領域技術人員公知的合適的其它粘接樹脂。
組成層36和37(包括兩層滲透的環形結構31)的優選材料是連續的玻璃纖維加強繩40和伸長量小的脆的聚合物基體41(圖21和22)。一種合適的玻璃纖維加強物是市場上可買到的E型玻璃纖維粗纖維(稱為Flexstrand，由紐約的Fiber Glass Industries of Amsterdam制造)，每磅225碼，產品代號為220-CO-700。合適的復合基體材料是粘度大約為100厘泊的可硬可溶硅酸酯和市場上能買到的間苯聚脂樹脂(稱為Aropol 7240W，由俄亥俄州哥倫布市的Ashland 化學公司生產)。復合管領域技術人員公知的其它細絲加強物和制造脆的基體的樹脂也可被使用。
制造管30的設備和總的方法下面的描述與制造本發明的雙壁管和接頭結構的設備和方法有關(圖4到圖23)。
圖23是一個平面示意圖，示出了設備和工作站A-J的順序，一個由支座支承的心軸42在制造管30和半管30和半管接頭32(圖10)整個過程中被送過這些工作站。心軸支承在支座43上(圖15)，支座43用來接納具有從2英寸到至少60英寸直徑范圍的管子心軸。
如圖23所示，支座支承的心軸42首先被移動到心軸準備工作站A，在那里，圓柱形的心軸表面44和在表面44端部的兩個半圓柱形的半管接頭模具表面45被清潔、檢測和覆蓋合適的聚合樹脂劑。心軸42接下來被移動到第1內襯層工作站B，在那里，它與心軸橫移驅動裝置46相連接，制造第1層38。裝置包括一個常規的二元混合和測量系統(未示出)，該系統放出混合好的、快速凝固的、半軟的聚合物，施加到半管接頭模具表面45、圓柱形心軸表面44和一個形成管子每一端的密封面47(圖1)的環形表面(當旋轉的心軸運動經過灑施機48時)。正如下文還要完整描述的那樣，第1層38的端部徑向向外擴展，形成密封面47，最好是密封面的外徑至少近似等于第3層36的內徑。
在管子密封面材料被施加后，半管接頭表面45和圓柱形心軸表面44被包上一致的干燥織物帶，以致帶子里面部分地被半干聚合物浸漬，而帶子外面基本上仍保持干燥。標準的法蘭斜面成形工具(用于制造每個管端的錐面結構49，見圖13)定位于靠近管子密封面環50的管子法蘭連接端35(圖13)，且與其對中，所以管子斜面結構可以用絲線纏繞，與快速凝固的基體一道在每個管子端面形成一個大約15°的斜面角。另一方面，圖7示出了一個預先制造好的斜面結構51(例如為圖1中管30的左手端)，它可以被放在光的心軸上，還可以有一個整體可壓縮的彈性斜面密封52(代替下文描述的密封77)。然后內襯與斜面結構51搭接，結構51最好用硬橡膠或其它肖氏硬度不低于90的合適彈性體。
再來看圖23，在第1層38和錐形管斜面結構49完成之后，支座支承的心軸42被移動到第2層工作站C，在那里法蘭斜面成形工具被移去。心軸與第2心軸橫移驅動裝置46相連接，這個第2心軸橫移驅動裝置將心軸移動，通過一個固定的筒子架53和絲線卷繞涂敷器54。圖24示出了制造可滲透的纖維卷繞包帶55(構成第2層37)的裝置，帶55交替用連續的細濕繩56和細干繩57制造。帶是被卷繞到心軸上的纖維，而心軸移動通過纖維卷繞基體涂敷裝置54，直到第2層37到達希望的厚度。
圖23還顯示出，在將組成第2層37的材料布置完后，在支座上安裝的管子心軸42被移動到第3層工作站口，在那里，它與一個計算機控制的驅動裝置58相連。圖22和23示意出制造布置在第2層37(圖12)上的股繩59的裝置和方法，當股繩由一個計算機控制的股繩拉出器61從股繩形成裝置60中拉出時，開始形成第3層36。圖22進一步示意出一個股繩基體涂敷器62(下文將描述)，它用于浸漬由若干連續的干細繩57加捻而成的集束。低摩擦股繩形成裝置60將股繩59喂到往復移動的股繩拉出器61上，拉出器61將縱向股繩布置到第2層37和半管接頭模具表面45上(圖12)。
圖12進一步顯示，股繩的一個頭系在一個固定銷64上，股繩沿縱向布置在層37上并且按順序在環63處環繞其它的固定銷，使股繩以連接的來回操作方式布置在第2層37上。因而最終的結構是形成了一系列平行的股繩段，這些股繩段是股繩繞向對位排列的固定銷64形成的。每個固定銷的直徑最好約為0.125英寸，銷的周向間隔最好約為0.65英寸(圖20)，以便允許股繩拉出器在環繞布置和固定操作時從它們中間通過。
與包帶55(用于第2層37，圖21)和股繩59(用于第3層36，圖22)的制造有關的更詳細的描述將在下文給出。
再來看圖23，接下來支座支承的心軸42被移動到第4層工作站E，在那里，不滲透的第4層39(包括一條浸漬于基體的抗壓織物帶)包在第3層36和半管接頭成形表面45上。當心軸旋轉時，織物帶包在第3層36上，開始形成第4層39，即從管子一端開始連續地繞向另一端。參見圖13，一條可去除的股繩固定帶被放在用于每個半管接頭32的內成形模具65的每一側，以便將股繩59的各段保持在固定位置。然后，股繩在心軸的離驅動端80最近的小環處及在端環50的端部切斷。跨過管接頭法蘭模具的股繩的端部隨后被周向施加(手動或自動)的浸漬基體的繩或加強繩帶彎到半管接頭成形模65內。
股繩固定帶被去除，然后繩料松開的頭被折回到模腔內，并通過繩或帶的纏繞保持住。在將半管頭成形模67(圖11)放到半管接頭加強物上之前，變稠的基體(有近似花生醬的稠度)被施加到半管接頭加強物的外表面，以提供足夠材料，保證半管接頭外表面的光滑一致。在模具定位和固定在半管接頭材料上之后，用一把剃刀(圖11)切固定的管接頭襯料和未固定的半管接頭材料以產生兩個半管接頭52(組成一個連接件68，圖8至圖10)，下文還將詳略描述。連接件大致具有US-4740422公開的形式，這篇專利文獻公開的內容被本文采用作為參考。
如圖14所示，在第4層纏繞操作之后，環形的分段的(可移去的)管子連接法蘭成形工具69定位在第4層上。一條加捻而成的股繩(浸漬在未畫出的基體涂敷器內)在成形工具和第3層股繩59之間包裹圓周方向的細繩，以形成聯接器或管子法蘭70(圖1)。參見圖23，在布置完管接頭和管子法蘭材料和它們各自的法蘭成形工具后，支座支承的心軸42被移動到固化工作F并進入基體固化裝置71內。
當心軸在一排輻射加熱器下面旋轉時，各種復合基體材料變硬。當管子和管接頭基體材料固化和硬化后，支座支承的心軸42被移動到管子卸下工作站G，在那里，法蘭成形工具69被去除，組成管子第3層的股繩被切斷和修整，因此，層36在管子密封面47上是光滑和齊平的。
圖16A示出最靠近心軸42驅動端80的已固化的管子的法蘭端，心軸還帶著夾緊成形模67，模67還未被分開，兩個半管接頭還未被移去。圖16B是一幅斷面圖，展示了固定銷和軸件66中心軸42另一端的固定。當心軸被一個心軸移動支承和鎖定裝置(未畫出)支承時，一個心軸螺栓72旋轉，以從心軸42上卸去件66。
在從心軸42上卸下件66后，一個可移動的電絞車(未畫出)提升件66和安裝件66的支座軸承73，使它們離開心軸42，以暴露管子47和心軸鎖定面75(圖18)。第1端塞34(圖18)包含一個橡膠隨動塞76，它通過一個連接件68連接到管子的一端。連接件包括一可壓縮的彈性密封圈77、剛形成的半管接頭32、和一個封閉管接頭的管接頭保持套筒33。如圖23所示，當管子準備從心軸上卸下時，它被移動到工作站H，在那里，一種卸管用的合適的液體(例如水)通過在端塞34中心開通的通道34a注入環形腔34b，并使腔內壓力增高(腔34b在靜止的橡膠隨動塞76和端塞34之間限定)，以便管子與心軸分開。
當卸管液體注入腔34b時，端塞34將向圖18的右方移動，以將管子從心軸上拉下，而隨動塞76則沿管子內表面向左移動到它的圖17的位置，直到管子脫離心軸。穿過端塞34′而形成的通道34a＇是空心通道。當管子從心軸上卸下時，它由兩個可移動的管子支座74(圖23)支承。圖17表示隨動塞76的最終位置。圖23還示出，置于管子支座74上的已卸下的管子被移到用于最終制造管子的30的工位“I”。
制造的最終步驟涉及用如下描述的方式制造的耐壓管，以使管子的環形結構31(包括層36和37，圖2和圖3所示)通過使用如示意圖4所示的裝置專門形成許多縱向和環向排列的可滲透的顯微裂紋78和78′。管子30首先置于“光滑的”支撐輥79上。通過使用隨動塞76(圖17位置)，卸去的管保留著在兩個密封端塞34和34′之間充滿著的移動的流體，端塞由連接裝置68以機械的方式連接于管法蘭。至少兩對刻度指示器81被安放于在每一管端外的受壓管的相對邊上，定量的測量在管子長度“L”上的在0.0010英寸范圍的增值變化。
在管子制造的最后階段，用水泵系統82對管子施加壓力，并且經常讀取壓力測量儀83的數值，使得增壓率約等于每分鐘10磅/平方英寸(70帕)。借助刻度指示器精確測量與記錄受壓管子在管子長度(L)上的變化情況。測量管子長度上的變化情況最好至少10分鐘進行一次，并且縱向變形由公式S-dL/L決定，其中“dL”是由兩對刻度指示器在10分鐘內對長度變化測量的平均值，“L”是在兩對刻度指示器之間的管長。變形率(S/T，用每分鐘每英寸表示)是在預先確定了的時間段(T)的終了時刻測量的應變率(S)。
水泵系統82被控制到使得用水施壓于雙壁管的速率，不允許在30分鐘以上的時間段內測得的最大平均應變為每分鐘每時超過0.000011英寸(mm/mm)。在加壓操作期間，第二層37和第二層36，包括管子環形結構31，被加壓超出13，000PSi(90MPa)的基體抗拉強度，以產生數千個縱向和環向排列的顯微裂紋78＇和78，在易碎的基體上分別纏繞周向股繩層37和縱向股繩層36。圖3表示管體的一典型部分，示出了可使環向層滲透的顯微裂紋。當壓力測量儀83指出壓力已達到一個等于最大預期測試壓力值時，(表1-3)，表示于圖4和5的雙壁復合管30制成。
可滲透的環包括層36和37，使得復合管不僅達到很高范圍的工作壓力(如10，000至20，000PSi或69至140MPa)，而且也耐高應變率應力，如在使用中加于管上的附加沖擊和水壓震動(“水錘”)。可滲透層進一步的作用，以阻止由于第一層38破裂而產生的任何泄漏。
圖5-10表示了用成整體結構的連接裝置68將兩縱向排列的管的毗鄰端連接到一起。圖6是一個半壓縮密封環77，其有在密封面47密封每一管端的一對密封環77＇。一個環槽85形成于密封環周邊上，同整體地形成于半連接器32上的環形保持法蘭86相配。
圖8和9順序地表示，當管子密封面47由連接法蘭70相互連接而使其互相相向地移動時(連接法蘭有半連接器32的臺階法蘭)，壓縮密封環77被壓縮到近似于其原有寬度的90%。管子密封面和管子法蘭70的外側直徑100D)(以英寸計量由下列公式決定OD＝D+1.5英吋+2×(T-0.4英寸)，其中“D”是管子的內徑，“T”是管子總壁厚。對于具有總壁厚(T)的雙壁管來說等于或略小于0.4英寸，管密封面和法蘭外側直徑等于(D)+1.5英寸，后者的計算對于標志之一和簡化連接器和密封環工具是有用的。
為了爆裂試驗的目的，內徑2.0英寸和總壁厚0.4英寸的管子用圖7的方式裝配。穿過端塞34(圖18)形成的通道34a被用于用水充填管子，此時空氣通過塞34＇的通道34a＇排出。一個為“V”形87形成于每個密封環77內(圖4中表示了一個)，以便當密封管子被加壓時，槽內的內表面將分開，以增加密封壓力，并與每個密封面47和每個端塞頂靠接觸。這個補償程序用于任何潛在的由于長時間而出現的密封壓力損失，該損失是由于壓縮裝置通常產生變化或由于高溫工作環境造成的，老化或高溫工作環境也可能增加密封件的硬度。
當殼內壓力增加到近似10，000 PSi(69MPa或690bar)時，在連接器上的端負荷將增至約96，211lb(43，732公斤或433千牛頓)，并且施加于保持套33上的應力將增加，預先確定環向排列的纖維股37(包括半連接器保持套)的厚度以適合于預定的最高工作壓力，并保證相配的半連接器之間的分離和保證密封之間的間隙不超過保持完整密封性能的需要。在管子被加壓到10，000PSi以后，內壓降到零，然后以約500PSi/S的速率迅速加壓到約7，500PSi。這個壓力試驗確保管子30能抵抗管道發生“水錘”事件期間產生的壓力震動應力。
當施加壓力時，管730的剛性(用其縱向抗拉模量測定)能夠從3，500，000PSi(24GPa)增加到26，000，000PSi(176GPa)。為了解釋這一獨特的特性，根據上面提出的方法制成20英尺(6m)長，總厚度為0.4英寸的管子。在其后的制造過程中，施加的壓力達到10，000PSi(69MPa)，測得整個管子伸長0.3英寸(7.6毫米)，縱向延伸率等于0.00125英寸/英寸(毫米/毫米)。施加于耐壓管上的縱向端載等于96，0001b(43，700公斤)。
因為包括承受端部載荷的層36和37的環形結構橫斷面積近似等于3.0平方寸(19.3平方厘米)，環形結構承受的縱向應力被確定為約32，000PSi(220MPS)。計算有效的縱向抗拉模量是由縱向應力除以延伸率得到。25，6000，000PSi的數值幾乎是鋼的最大的抗拉模量(30，000，000PSi)，并且比傳統的纏繞，玻璃纖維的纖維增強熱固樹脂管材料的抗拉模量幾乎大7倍。
如圖9所示，所期望的高抗拉模量的特性將用于起到減少管子的總伸長的作用，并且在使用的管子的密封表面47之間實現壓縮密封，以適應管子的最大的伸長，并省去長管道上管子的膨脹環。施工和加壓產生壓力的縱向抗拉模量值特征的復合雙壁管能夠根據本發明的技術作如下解釋。當在縱向纖維股繩之間和周向排列的纖維之間的基材均勻破裂(顯微裂紋78和78′，圖3)時，傾向于增加管子第二層37的直徑的力也起到增加管子第三層36的直徑。增加第三層直徑的徑向力也起到縮短第三層的長度的作用，并減少施加于其上的縱向應力。
用一個類似的方式，施于層36上的端載荷傾向于壓縮和減少下一層37的直徑。其結果，端載的縱向排列的繩股59(包括第3層36)將起到減少環向排列的繩股(包括第2層37)的變形值。層結構呈現的高抗拉模量特性使得管子的內壁直徑保持不變，第二以及在廣泛的壓力范圍上的恒定的尺寸。
下面的描述是用于制造自由釋放的纏繞帶55的優選材料、裝置和方法(示于圖21和23，狀態C)。纏繞帶由濕的和干的連續纖維股繩構成，該纖維股繩產生高強度的層片，減少層片的基本重量和成本，增加層片玻璃相對于樹脂的重量比率，并去除了通常用來從層狀纏繞材料中移去多余的樹脂的既麻煩又花費高的刮板操作，層狀纏繞材料施加于旋轉成形心軸上。
粗紗架53支承形成繩股40的連續纖維層狀材料的中心抽拉裝置88。如圖23-C所示，粗紗架用來向相鄰層狀纏繞型涂層器54供給股繩材料，涂層器置于粗紗架53和旋轉管軸42之間。每個中心抽拉裝置的內徑約為6英寸(15厘米)、外徑11英寸(28厘米)，高為10.5英寸(27厘米)，重量約為20公斤(44lb)，并包括具有每磅225碼(452米/公斤)量值的約10，000米玻璃股繩粗紗。該粗紗纖維數約為每股繩2，000根纖維，纖維的直徑是微米(0.00095英寸)。單根干玻璃股繩的橫截面積等于0.001417平方英寸(0.914平方毫米)。每根纖維由玻璃E制成，并用含堿的連接劑涂覆，該連接劑的作用是把結合料粘貼到玻璃纖維表面。所希望的玻璃纖維與樹脂基體體積比值為2，從而使濕股繩橫截面積的 1/3 至少基本上等于樹脂基體的面積。
當注入所需量的纖維纏繞基體樹脂41時，每個根濕股繩56的橫截面積平均為0.0022平方英寸(1.42平方毫米)。單根濕股繩在斷裂前能支承高達275磅(125公斤)。該斷裂強度大約是ASTMDZ992-A的液壓設計基本強度(HDBS)數值62.000PSi(428MPa)的兩倍。優選的纖維纏繞基體樹脂是間苯二聚脂樹脂，其具有約350厘泊的粘度，并包括按重量計的45%苯乙烯單基物。通過使用自36個粗紗裝置88送給的股繩以及使用每英寸寬度配置9根纖維，一個4.0英寸(10厘米)寬度的纖維纏繞帶纏繞在芯軸上。對于每個置于芯軸上的纏繞帶來說提供了約為0.020英寸(0.5毫米)的疊層厚度。
為了提供每根粗紗股繩滿意的基體浸透，對于一根纖維股繩而言，保留在基體涂覆器內的最少停留時間的是1/2秒。當在涂覆器盤內的基體深度至少為9英寸(23厘米)時，并且當股繩加速通過涂覆器小于每秒36英寸時，能獲得有效的浸透效果。以表3可以看出，具有0.2英寸總壁厚的管子需要第二層37的纖維纏繞厚度為0.1英寸(2.5毫米)。該層厚度通過連續纏繞5層4英寸寬的纖維纏繞帶而獲得。使用直徑為4英寸的芯軸，芯軸轉速為每分鐘120轉(2轉/每秒)，通過芯軸涂覆器54的股繩速度為每秒25英寸(64厘米)。通過搭接纖維纏繞帶，將有效纏繞寬度減少到原有4英寸寬度的1/50當軸橫向通過芯軸涂覆器帶供給單元時，借助單個的纏繞操作獲得纖維纏繞層的總厚度。
假定芯軸的有效纏繞長度是20英尺(6米)，并且進一步假定有效的帶纏繞寬度是0.8英寸(2厘米)，如果芯軸轉速為每分鐘120轉，則芯軸支承座43必須以每秒1.6英寸(4厘米)的速率通過帶供給單元。除了靠近每個密封環的表面的芯軸的開始與尾端的4英寸長以外，在約3分鐘時間里，0.1英寸厚的纖維能夠被纏繞在芯軸上。為了獲得纖維如此高的纏繞速度，而不失去任何液態基體，必須使用具有毛細特性的、堅實干燥的纖維股繩57。如圖21所示，能夠通過以干、濕股繩交替使用的方式，制造纖維纏繞卷帶55。通過利用干纖維股繩毛細特性，在每個濕纖維股繩56上的多余樹脂由一個或多個干纖維迅速吸收和接納，一個或多個這樣的干纖維股繩置于相鄰的濕股繩和兩濕繩之間。
每個股繩40最初被引導通過一條列的裝股繩的粗紗導向裝置89和90，到達一個水平的干股繩梳91，其設置于一個靜止的基體涂覆器溝槽92之上。在一種可變換的工序里，送進干股繩梳的可變換的股繩被向下拉到基體浸漬棒93，棒93位于基體涂覆器溝槽底部，接著股繩被拉出溝槽92，以使濕纖維股繩通過一個股繩引導棒94，引導棒94位于液態基體41液面之上，并在基體浸漬棒93的前面，濕纖維股繩自引導棒94又被引導到一對水平刮刷棒95之間，并位于一個股繩收集單元96之下。
送入干股繩梳91的剩余的一半干股繩57同時被拉過涂覆器的頂部，并直接到達和位于水平刮刷棒之間，在此與濕股繩56接觸，并借助其毛細管作用而受到由濕纖維股繩攜帶的液態基體41的浸漬。除了受浸漬的纖維股繩57之外，濕纖維股繩56包括自刮刷棒引出的自由供給的帶卷55。帶卷被引導到纖維股繩收集單元96，該收集單元96控制纏繞在芯軸的纖維纏繞帶的寬度。當帶的引導邊緣與芯軸密封面環50(圖13)接觸時，纖維纏繞操作完成，在對著芯軸密封面環時，在此位置，纏繞操作開始。然后自由供給的帶被切斷，抵靠固定的芯軸42進入下一個工位，以為下一個緊隨的管子的芯軸提供室間。
下面的描述涉及圖12、22和23所示的最佳材料、裝置和方法(工位D)，在此工位D，制造包括第3層36的股繩芯63。該裝置與圖24所示的裝置類似，并且共同的結構用同樣的標號表示。當所希望的雙壁復合管具有6.0英寸(15.2厘米)的內徑時，選擇0.3英寸的總壁厚。由圖3可以看到，第3層36的厚度是0.1英寸(2.5毫米)，即為1/3的總壁厚。用于一個6英寸直徑的管銷環64(圖12)的錨定銷64(N)的數目由公式N＝6×D，予以計算，在公式中“D”是用英寸表示的管子的內徑。第3層36是由一條列近乎平行的股繩芯環構成，該股繩芯環位于第2層37上。每個股繩芯環固定在一個錨定銷上，如圖12所示，每個股繩芯包含多個連續玻璃纖維股繩。選擇每磅具有225碼的“數量”的玻璃粗紗包括連續的股繩芯，其被制成若干個環，并通過橫向股繩芯拉緊器61穿于芯軸錨定銷之間。
股繩的總數量(NP)由公式NP＝AL/AS計算，這里“AS”是單根粗紗股繩的橫截面積，AL是縱向排列的并包含第3層36的纖維的橫截面積。“AL”的數值由公式AL＝3.1416×(D+2TI+2TC+TL)×TL計算，式中“D”是管子的內徑，“TI”是第1層38的壁厚，“TC”是第2層37的壁厚，“TL”第3層36的厚度。
由圖3可見，“TL”的數值為0.04英寸(1.0毫米)，“TC”的數值等于0.13英寸(3，3毫米)。對于6英寸直徑的管子，AL＝3.1416×(6.44)×0.1＝2.02平方英寸(13.05平方厘米)。單根濕股繩(AS)的橫截面積是0.0022平方英寸(股繩具有每磅225碼的數值)。包括第3層的全部層數的股繩(NP)數目等于918(即按照公式AL/AS＝2.02/0.002＝918根股繩)，錨定銷64(N)的數目為36個。股繩芯的數目(NC)為股繩芯錨定銷數目的兩倍。包括每個股繩芯環的連續股繩數目(NS)由下面公式計算NS＝NP/NC＝918/2×36＝918/72＝12.75根股繩/每股繩芯。化成整數到下一個最高數量每股芯13根玻璃股繩。
如圖23工位D所示，粗紗架53能夠支承至少13中心牽引的裝置88，該裝置向鄰近的股繩芯基體涂覆器62供給股繩材料。所選擇的液態基體41(圖22)由具有粘度約350厘泊的間苯二聚脂樹脂構成。為了提供每個粗紡股繩的所希望的基體浸漬，對于包含股繩63的纖維股繩而言，保持在基體涂覆器槽92內的最少時間是1/4秒。這個時間是按照裝置的具體情況決定的，即裝置的涂覆器槽內的基體深度至少是9英寸(23厘米)，通過涂覆器的股繩速度小于每秒72英寸(182厘米)。
干纖維股繩40由13個中心牽引的股繩供給裝置88被拉緊，裝置88由粗紗架結構53支承。每個股繩通過各自的股繩導引件89和90輸送，股繩導引器設置在股繩供給裝置的上方，然后通過水平環形股繩收集環97喂入，該收集環97設置在股繩基體涂覆器槽92上方，涂覆器槽設置在芯軸的軸向移動端84(圖23)。收集的干的連續的纖維股繩接著被送入基體涂覆器槽92，并引導到水平可旋轉浸漬棒98的下方，水平可旋轉浸漬棒98設置于基體涂覆器槽的底部附近。浸漬了的纖維股繩接著通過可調整輥裝置99送入，再從可調整輥裝置99引導到股繩芯成形單元60。
股繩芯成形單元60包括兩對等間隔并平行可轉動的棒，兩對棒互相相對橫向設置(圖22)，以限定低摩擦的芯成形出口60＇。該出口60＇的橫截面積等于包括股繩芯59在內的13根濕的纖維股繩的總橫截面積。為了獲得該橫截面積，兩對可旋轉的棒的每一對之間的間隔為0.169英寸。
如圖12所示，股繩芯59然后以芯成形單元在軸向轉動的股繩芯牽引滾筒和放置單元61之間被輸送，股繩芯59約0.25英寸寬度，這種寬度足以使其能夠周期性的在最上面的兩個錨定銷64之間移動，錨定銷位于任一銷環64＇之上，如圖15所示。股繩芯59的引導端63起初系于一個錨定銷上，當股繩芯自股繩芯形成單元60被牽時。以適應形成股繩芯的第一和其后的環63＇。隨著股繩芯拉出器單元61自旋轉芯軸一端到另一端的移動，一系列的股芯環63＇形成，用上面描述的方式制成管子。
下面的描述和圖8涉及上面描述的管子30的最佳設計參數(尺寸、特理特性等)。一些討論是重量的，但相信強調它的重復性是需要的。
連接法蘭70最好具有至少約為1.46英寸的外徑(ODF)，該外徑尺寸要比管子30的內徑稍大，管子(T)的總壁厚最好在0.1至0.4英寸之內(2.54毫米到10.12毫米)。在管子的總壁厚超過0.4英寸(10.2厘米)，法蘭的外徑將等于管子(ID)的內徑加一個數值“DE”，這里“DE”等于1.46英寸加兩倍的數值T-0.4英寸，用公式表示為ODF+ID+1.46+2×(T-0.4)英寸。此外，管子可有一個總壁厚，該壁厚甚至可被0.05英寸除盡，并可從0.05英寸至1.00英寸范圍內選擇。
第3層36的厚度最好至少約等于管子總壁厚的1/3。最好至少在管子的一端制造造層36-39的界限部分，管子的一端提供環形連接法蘭70，這里，用英寸表示的第2層37(TC)的厚度由公式TC＝P×ID/2SC確定，在此“P”是用磅/吋2表示的最大的管子測試壓力“ID”是所述管子的內徑，“SC”是第2層最大允許的抗拉強度。最大管子測試壓力由第3層36(TL)的壁厚調節，并按公式P＝EL/A計算，式中“A”(平方英寸)是按照公式A＝(ODF)2×0.7854確定的管子法蘭的70的橫截面積，上式中“ODF”是管子法蘭的外徑，“EL”是用磅表示的最大端載荷，最大端載荷由連接于管法蘭的第3層承受。用磅計量的最大端載荷“EL”按公式EL×TL×3.1416×DL計算，式中“TL”是用英寸表示的第3層的壁厚，“DL”是第3層的直徑，“SL”是第3層橫向剪切強度，用磅/吋2表示。第2層37最大的設計抗拉強度最好至少為50.000磅/吋2(345MPa)，第3層36的最大設計橫向剪切強度至少是35.000磅/吋2(241MPa)。“DL”最好等于ID+2(TC+TI)+TL。
參照圖8和9，密封環77(CW)在不受壓縮時的軸向寬度，從環邊緣測量，對大多數管子來說考慮為1吋(25.4mm)左右，密封環外徑至少約等于聯接器裝置(ODF)的內徑。聯接器突緣(CD)的基座部分由下列公式確定CD+CW+2FL，此處等于與密封表面接觸的密封環壓縮寬度，“FL”等于從管子突緣基座到密封表面47測量得出的管子突緣70的長度。兩相鄰管子密封表面之間的壓縮密封環寬度，是密封環不受壓縮時寬度的60%至90%左右。
聯接器外徑，包括半個聯接器32，比固定套33的內徑小0.01-0.04吋(0.25-1mm)。固定套33包括由強化絲內構成的第一套層，內層具有浸漬上硬化液感聚合物的縱向連續絲，還包括由周向強化絲構成的第二套層，浸漬上硬化熱固性樹脂基體。第一層厚度在0.020-1.0吋范圍內(0.5mm-2.5mm)，第二套層厚度在0.2-0.1吋范圍內(5mm-25.4mm)。各層夾絲包括制成繩股的連續玻璃絲，每磅有50-650股紗線，夾絲直徑約10-25微米。
盡管上述的雙壁復合結構、設備和方法是專用于傳送流體的管道系統，但應理解，它們的各種性能可應用于其它復合構件，例如用于儲存箱和建筑構件上。
本發明雙壁復合管在工業應用方面之一是將水從美國阿拉斯堪傳送到加里福尼亞所采用的管道系統。具體說，它反映了在阿拉斯堪河和加里福尼亞北的沙斯塔湖之間建造一個1700英里的海下水管道的可能性。采用普通鋼管埋入水泥中，肯定為此設計需花費約1.5億美元并需15年時間完成。
申請人確認，采用本發明用于水傳送系統的雙壁復合管大大降低成本約20百萬美元，而且安裝周期可減少10年。本發明的海下管道系統的優點是新鮮水份的濃度減小，因此比鹽水更易于飄浮。利用合適的緊固裝置使管道系統在水下浮置并與海下床面連接。與鋼料不同，樹脂強化玻璃制成管道可防銹蝕和鹽水浸蝕。將相鄰管段連在一起的機械連接系統的密封性能和使用壽命大于焊接鋼管。
為了每年運送4百萬英畝英尺水，泵站需要約150英里的陸地基礎管道。但是，通過互補反應，地球轉動反射海洋流動可沿海下管道協助推動海水，以便使所需能量大大減少。
如圖5所示，通過管子徑向鉆一孔100，對特殊管道系統以便與選擇的一個連接部件的溝槽85相交，將標準的防漏器100安裝在孔中，以防止由于孔102等的破裂而造成的任何偶然泄漏。防漏器專用于傳送高毒性流體的管道。設置彈性或柔性罩103覆蓋密封件，并保持連接部件68。用粘接劑將罩固定到外層39上，或者固定到連接部件側面上。



權利要求
1.管狀構件包括由夾絲和可硬化粘接裝置構成的數個層片，為使所述層片形成硬化基本浸漬所述夾絲，和至少在一層片內的為預制管狀構件的裝置，以便抑制流體穿過管狀構件的泄漏，在不產生破壞的情況下，阻止并吸收由于施加到構件上的沖力和液壓沖擊負荷而造成的內部工作壓力和高延伸率壓力。
2.按照權利要求1的管件，其特征在于所述構件安置在縱軸上，所述層片包括含有加強絲熱固性聚合樹脂的第一層片的密封，圍繞所述第一層片的第二密封層片，由埋入第一脆性基體內的圓周方向的連續強化絲組成，所述裝置包括第一大量的圓周方向的微裂紋，圍繞所述第二層片的第三密封層片，由埋入脆性第二基體內的縱向連續強化絲組成，所述裝置還包括第二大量縱向微裂紋，以及圍繞所述第三層片的第四密封層片，由強化絲熱固性聚合第二樹脂組成。
3.按照權利要求2的管件，其特征在于所述第一和第二樹脂包括彈性還氧樹脂。
4.按照權利要求2的管件，其特征在于每一個所述的第一和第二基體包括具有粘度約為100厘泊的硬化的可溶性矽。
5.按照權利要求2的管件，其特征在于至少所述層片的一尾端形成從所述軸上徑向向外延伸的環形密封面，其外徑大約等于所述第三層片的內徑。
6.按照權利要求2的管件，其特征在于所述第二，第三和第四層片的尾端至少由管狀構件的一個端頭構成，以便提供在所述構件端部密封表面處終止的管子外突緣。
7.按照權利要求6的管件，其特征在于管子突緣是環形的，其外徑至少大于所述管狀構件的內徑1.46時(37mm)，管件的壁厚約在0.1-0.4時內(2.54mm-10.12mm)。
8.按照權利要求7的管狀構件，其特征在于所述的壁厚“T”大于0.4時(10.2mm)，突緣外徑“ODF”至少要基本上等于管件的內徑“ID”加上“DE”，此處“DE”等于1.46時加上兩倍T-0.4時，用公式表示如下ODF＝ID+(1.46+2(T-0.4)英時。
9.按照權利要求5的管件，其特征在于所述第三層片的尾部設置在錐形鈄面上，并在絲纏繞的突緣環構件包圍。
10.按照權利要求2的管件，其特征在于所述管件包括具有總壁厚度的管子，壁厚可被0.05時分割成段，所述壁厚選為0.05時1.00時。
11.按照權利要求10的管狀構件，其特征在于所述第三層片的厚度至少約為所述總壁厚的1/3。
12.按照權利要求10的管件，其特征在于所述第二第三第四層的尾端部至少在管子一端構成，以提供環狀管突緣，所述第二層厚度“TC”，用英寸計量由下述公式確定，TC＝P×D/ZSC，此外“P”是管子最大實驗壓力，用磅/時2計，D是所述管子內徑，用英寸計，“SC”是所述第二層的應力強度，所述管子最大實驗壓力由第三層的壁厚“TL”控制，由下述公式確定P＝EL/A，此外“A”(平方英寸)是所述管子突緣的面積，按下公式計、A＝(ODF)2×0.7854，其中“ODF”所述管子突緣的外徑，“EL”為最大端部負荷，以英磅計，該負荷由所述管突緣的第三層承受，最大端部負荷“EL”，用英磅計，由下述公式確定，EL＝SL×TL×3.1416×ODF，此外“TL”為所述第三的壁厚，以時計，“SL”為所述第三層的橫向剪切強度，以磅/吋2計。
13.按照權利要求12的管件，其特征在于所述第三層的張緊強度至少約為50.000磅/吋2(345MPa)，所述橫向剪切強度至少約為35.000磅/吋2(241MPa)。
14.按照權利要求6的管件，還包括為將兩個所述管件連接和密封在一起的連接裝置，它包括一對半圓柱形半聯接器，以及固定套裝置，以便復蓋半聯接器和將夾持所述半聯接器，與所述管突緣鎖定街接，以防止管件相對彼此產生軸向位移。
15.按照權利要求14的管件，其特征在于將一對所述管件進行縱向對中，所述連接裝置還包括為密封所述連接后的管件的對置密封表面而設置的彈膠性密封裝置，它包括所述第一和第四層的密封件。
16.按照權利要求15的管件，其特征在于密封裝置包含密封環，密封環上有內部形成的第一溝槽裝置和在每一個側面上形成的第二溝槽裝置，為在所述密封表面和所述密封環之間提供多邊接觸密封，此時隨著一個或兩個所述管件的長度增加，以及隨著所述連接管件所承受的熱應力或壓應力增加，致使密封表面相互相向運動。
17.按照權利要求16的管件，其特征在于所述密封環的圓周上有環形溝槽，每個所述半聯接器上有半圓突緣，突緣適配在溝槽內，以防止在將半聯接器裝配在所述固定套內時，密封環產生扭曲或翹曲。
18.按照權利要求16的管件，其特征在于在未壓縮密封環的環形密封邊上測量其寬度約等于1吋(25.4mm)，密封環外徑約等于所述聯接裝置的內徑。
19.按照權利要求14的管件，還包括在半聯接器內部構成的裝置，以使所述半聯接器部件在所述固定套裝置內導向。
20.按照權利要求15的管件，還包括在所述半聯接器內部構成的裝置，以連接和街接所述管件的管子突緣在一起，為防止它們軸向分離。
21.按照權利要求20的管件，其特征在于各連接器突緣裝置的基座部分之間的距離“CD”，由下式確定CD＝CW+ZFL，此處“CW”等于與所述密封表面接觸的所述密封裝置壓縮后寬度，“FL”為從所述管突緣基座到所述密封面測量得出的每個管突緣的長度。
22.按照權利要求15的管件，其特征在于在所述管件的密封面之間，密封環的壓縮后寬度至少等于未壓縮密封環寬度的60-90%。
23.按照權利要求15的管件，還包括柔性罩裝置，以便封閉和密封所述連接裝置，并固定連接構件到所述連接裝置的任一側面上。
24.按照權利要求14的管件，其特征在于所述連接裝置的外徑小于固定套裝置的內徑約0.01-0.04吋(0.25-1mm)。
25.按照權利要求24的管件，其特征在于所述固定套裝置包括由強化絲內疊層件構成的第一套層，疊層件具有浸漬上硬化液態聚合物的縱向連接絲，還包括由圓周強化絲構成的第二套層，強化絲浸漬上硬化熱固性樹脂基體。
26.按照權利要求25的管件，其特征在于第一套層的厚度約在0.020-0.10吋(0.5mm-2.5mm)范圍內，第二套層厚度約在0.2-1.0吋(5mm-25.4mm)范圍內。
27.按照權利要求1的管件，其特征在于所述絲包括連續的作成股繩的玻璃絲，每磅重內包含50-650支紗的容量，絲的直徑在10-25微米范圍內。
28.按照權利要求14的管件，還包括為探測流體泄漏所述可滲透的第三層而設置的探測傳感器裝置。
29.制造復合管件的方法，以便抑制通過管壁的流體泄漏壓力和流動速率，以及阻止內操作壓力，該方法包括以下步驟構成多層的復合管，至少其中一層包括脆性基體材料，密封所述管子端部，和用流體灌裝所述管子，和壓縮所述流體以在脆性基體材料中形成具有預定尺寸和數量的微裂縫。
30.按照權利要求29的方法，其特征在于所述構成步驟包括形成不滲透的第一層，在第一層上圍繞構件縱軸圓周包封含有浸漬脆性基體的絲股的第二層，用含有浸漬脆性基體的絲股繩的第三層復蓋所述的第二層，用不滲透的第四層復蓋所述的第三層，所述的壓縮步驟包括在第二和第三層上壓榨所述管子以形成縱向和周向微裂縫。
31.按照權利要求30的方法，還包括在所述第一層上形成尾端部，以限定從所述軸上徑向向外延伸的環形密封面。
32.按照權利要求31的方法，還包括為提供在所述密封面處終止的管子外部突緣而構成第二、第三和第四層。
33.按照權利要求30的方法，包括為提供環形的管子突緣，而構成第二、第三和第四層的尾部，第二層厚度“TC”用吋計量，根據下式確定TC＝P×D/ZSC，此處“P”是管子最大實驗壓力，以磅/吋2計，“D”是所述管子內徑，以吋計，“SC”是所述管子第二層的最大允許拉伸強度，所述管子最大實驗壓力由第三層壁厚“TL”所限，由下公式確定P＝EL/A，此處“A”(吋2)是所述管子突緣的面積，按下式確定，A＝(ODF)2×0.7954，其中“ODF”是管子突緣的外徑，“EL”是在管突緣處第三承受的最大端部負荷“EL”，用磅計，由下式確定EL＝SL×3.1416×ODF，這里“SL”是所述第三層的橫向剪切強度，用磅/吋2測量。
34.按照權利要求32的方法，還包括為將所述兩個管件的突緣連接和密封在一起而形成連接裝置，方法包括形成一對半圓柱形半聯節器以及形成一個固定套裝置，固定套適于復蓋和夾持半聯接器鎖定街接所述管突緣，以防止所述管件相對彼此產生軸向位移。
35.按照權利要求34的方法還包括在所述半聯接器內部形成聯接器突緣裝置，為將所述管件的突緣街接和連接在一起，以防止它們產生軸向分離，因此各聯接突緣裝置的基座部分之間的距離“CD”由下式確定CD＝CW+ZFL這里“CW”等于構件密封面之間的軸向距離，“FL”等于從所述管突緣基座到各自密封面之間的每個管子突緣的長度。
36.按照權利要求34的方法，還包括壓縮在所述構件密封面之間的合成橡膠密封環，因此，其壓縮后的寬度至少等于未壓縮時寬度的60%-90%。
37.按照權利要求34的方法，還包括用柔性罩包封和密封所述聯接裝置，固定連接構件到所述聯接裝置的任一側。
38.按照權利要求34的方法，包括形成所述連接裝置的外徑，使其達到比固定套裝置的內徑約小于0.01-0.04吋(0.25-1mm)。
39.按照權利要求34的方法，包括形成具有第一套層和第二層的固定套裝置，第一層由有縱向連續絲浸漬硬液志聚合物的強化內疊層構成，第二套層由浸漬硬熱固性樹脂基體的周向強化絲構成。
40.按照權利要求39的方法，包括形成第一套層的厚度約為0.020-0.10吋(0.5mm-2.5mm)，形成第二套層的厚度約為0.2-1.0吋(5mm-25.4mm)。
41.按照權利要求34的方法，還包括探測流體泄漏浸沒所述可滲透的第三層，設置探測泄漏的傳感器裝置。
42.按照權利要求29的方法，包括把強化絲熱固性聚合樹脂放置在圓柱心軸的外表面，以提供一個不可滲透的內表面和初級密封度的密封表面，硬化所述第一層，在第一層上敷設基體浸漬周向連續絲繩的第二層，在第三層上敷設強化絲熱固性聚合樹脂的第四層，以提供不滲透的外壁和次級密封度的密封表面和形成管子，硬化所述第二第三和第四層，以及從心軸上取下管子。
43.按照權利要求42的方法，包括將可移動的密封插塞連到管子的另一端，用以密封內壁，把所述管子放置和連接到固定長度構件上，將流體灌入管子，同時控制和監測流體壓力，以最大速率按每分鐘約5-10磅/吋2大氣壓使流體壓力增大，測量管子長度的改變，并計算管子上縱向應變的變化，至少10分鐘測一次。
44.按照權利要求43的方法，還包括通過將管子的總伸長除以管子長度的方法計算總的縱向應變值，計算管子上縱向應變的改變，至少每10分鐘計算一次，計算應變率，以獲得在每時分鐘測量得到應變率(mm/mm/Min)計算平均應變率，至少每30分鐘一次，以獲得每吋每分鐘測得的平均應變率(mm/mm/Min)調整所述管子的壓縮速率，因此每10分鐘測得的平均應變率是在約0.00005-0.000020范圍內，調整所述管子的壓縮速率，因此至少每30分鐘測得的平均應變率不超過0.000011/時/分，端接壓縮管子并排空流體。
45.在轉動的心軸上纏繞單層基體浸漬的周向連續絲繩的方法，以提供不漏水層的厚度，從心軸上的絲帶去除過剩的樹脂，其步驟包括從多股包裝件中拉出多股連續干燥的絲繩，所述絲繩中具有預選定的絲的特性和容量，每股絲繩至少集聚有大致平行連續的強化絲，將每個干燥繩股端頭通過位于每個供料包上方的引導器送入;將干燥繩股端頭分別通過它們的引導器送到位于基體涂敷器盤上方的繩股導架梳刷器，將一些干燥繩股以固定地交替方式從繩股導架梳刷器中跨過基體涂敷器盤頂部送到兩個刮板棒之間和刮板棒上，從此絲繩股對準控制構成絲帶寬度的絲繩股聚集元件，將剩余的干燥絲繩股送入基體涂敷盤中，于是它們通過位于液態基體表面下的基體涂敷盤中的浸漬棒，以形成濕潤的絲繩股，將剩余的干燥絲繩股由基體浸漬棒下送出基體涂敷盤，于是它們通過位于液感基體上方的繩股引導棒朝向基體浸漬棒，將濕潤的絲繩股從繩股引導棒送到西刮板棒之間，在這里濕絲繩股與干燥絲繩接觸并交替，利用干燥繩股的毛細管吸收作用，使其被濕潤繩股的液態基體所浸漬上過剩的濕潤絲繩股的液態基體，將絲繩股送入絲繩股聚集元件，元件控制構成絲帶的寬度，將絲繩股送入絲帶送進元件，元件控制置于心軸上的絲繩纏繞角度，以及彼此相對軸向移動轉動的心軸和絲帶送進元件，以便在心軸上放置所需厚度的絲帶。
46.由浸漬基體的縱向連續絲繩制造繩股線的方法包括以下步驟從多股包裝件中拉出多股連續干燥的絲繩，所述繩股包括預選定的絲特征和容量，每股絲繩至少聚集有大致平行連續的強化絲，將每個繩股端頭通過引導器，將每個繩股端頭送入梳刷器，將每個繩股從梳刷器中送入聚集環，以便形成聚集的繩股，將聚集繩股從聚集環送入包含硬化的液感繩股浸漬基體的基體涂敷器，引導聚集的繩股至位于所述基體涂敷器的浸漬棒下方，以形成濕潤的聚集繩股，引導聚集的濕潤繩股通過刮板設備，以及從刮板設備將聚集的濕潤繩股引導通過繩股線成形元件，限制成形繩的出口小孔具有與股線相等的橫截面積，以形成繩股線。
47.按照權利要求46的方法，包括將繩股線引導到縱軸向繩股拉出和安放元件，將轉動心軸的縱軸放置在與至少相對于繩股線拉出元件運行大致相平行的的位置，管狀心軸有軸向隔開的成對銷環，每個銷環包括環形排布的周向隔離的制動銷，將繩股線的導向端固定到一個制動銷上，以及沿所述路徑前后移動拉出和安放元件，圍繞所述銷環的各個制動銷纏繞繩股線，在心軸上構成眾多基本平行的繩股線段。
48.按照權利要求47的方法還包括，旋轉心軸相互圓周移動所述繩股段。
49.按照權利要求48的方法，其特征在于所述的移動步驟包括在形成所述的繩股線段期間，在圓周相鄰成對的制動銷之間移動繩股線拉出元件。
50.按照權利要求49的方法，包括重復所述的移動和旋轉步驟，以使繩股線段在所述心軸上形成復合層構件。
51.為將兩個管件連接在一起的制造復合聯接器的方法包括以下步驟將強化絲聚合樹脂第一層放在心軸的外表面，硬化所述聚合樹脂，將基體浸漬的縱向連續絲繩股的第二層放在第一層上，將基體浸漬的周向連續絲繩股的第三層放在所述的第二層上，將強化絲聚合樹脂的第四層放在所述第三層的外表面，以形成圓柱構件，圍繞所述圓柱構件放置并卡緊兩塊的連接器成形工具，切割未處理的圓柱構件成兩個半圓柱構件，硬化所述半圓柱構件，以形成至少大致相同的具有半圓截面的半聯接器，將兩塊成形工具由所述半聯接器上移走，以及將所述半聯接器從所述心軸上移走。
52.制造復合管件的設備包括包括同心地可拆卸連接在一起的單個零件的心軸，所述心軸圍繞其縱軸線轉動安裝，并具有通過心軸長度的環形橫截面，在所述心軸周向上至少有兩個縱向相隔的環狀支承裝置，為在其上支承一層構件，每個所述支承裝置從所述軸線徑向向外延伸，并終止在分開的凸形旋轉表面的環形位置，為了選擇性的調整每個所述支承裝置徑向高度的裝置，沿軸向長度至少連接一個可分開的環狀成形構件，通過可拆卸的緊固裝置利用其內表面進行連接，至少被所述旋轉表面部分支承，并適于在上面放置可成形的復合材料構件，以及為將環狀成形構件可拆卸連接到至少一個所述環狀支承裝置上的可移動的緊固裝置。
53.按照權利要求50的設備，還包括放置在所述心軸對置端頭的一對環狀環，每個環限定從所述軸線向外徑向延伸的管子密封成形表面。
54.為制造浸漬連續絲繩股的基體的繞帶設備包括至少在一排上至少包括20個臥式排列的繩股包裝袋的徑軸架，在繩股包裝袋上方至少有20個繩股導向針眼裝置，至少20個導向針眼裝置，每個都有水平安置的開口單排布置在絲線基體涂敷器附近，頂上有開口的基體涂敷器盤，繩股導向梳刷器包括一排至少21個水平安排的并平行的銷子，銷子相互隔開并插入水平安排的圓棒中，以提供一排至少20個垂直安置在基體涂敷器盤開口上方的繩股導向針眼裝置，水平放置的位于所述基體涂敷器盤底的絲帶浸漬棒，水平放置的位于所述基體涂敷器盤上的絲帶引導棒，一對水平放置的刮板棒放在所述基體涂敷器盤和絲繩股收集元件之間，提供一個橫向的具有垂直間隔等于所述纏繞絲帶所需厚度的開口，位于所述刮板棒附近的絲繩股聚集元件，元件包括一排至少21個垂直并平行的銷子，銷子相互隔開并插入水平的圓棒中，以提供一排水平安置的繩股引導開口，以及絲帶送進元件，包括可轉動的彎曲棒裝置，以保持和控制心軸轉動時纏繞放置絲帶的寬度和纏繞角度。
55.制造浸漬連續強化絲基體的繩股線的設備包括至少在一排上至少包括20個臥式排列的繩股包裝袋的徑軸架，在繩股包裝袋上方至少有20個繩股導向針眼裝置，至少20個繩股導向針眼裝置，它具有水平安置的開口，并位于基體涂敷器附近，位于圓繩股聚集環上方，并連續基體涂敷器支承構件的繩股引導梳刷器，位于基體涂敷器盤上方的繩股聚集環，包括直徑約為0.25-1.00時的圓棒，形成內徑約為3-9時的封閉環，包含可硬化的液感繩股浸漬基體涂敷盤裝置，水平放置的可轉動的浸漬棒，其直徑約1-2時，位于所述基體涂敷盤底附近，可調節的刮板設備，包括兩個平行可轉動的和水平布置的棒，以及兩個平行可轉動的垂直的棒，每個棒的外徑約為1-2時，以及繩股線成形元件，包括兩對等距平行的可轉動棒，直徑約為1-2時，每對可轉動棒彼此相鄰并相互垂直，以提供具有出口的繩線成形小孔，為了控制從小孔出去的繩股線的橫斷面，
56.兩塊心軸裝置，具有為限制圓柱成形表面的支承軸，以制作復合管件和相配的半聯軸器，具有固定在其上的周向隔開并徑向延伸的固定銷的銷環，以及具有將銷環可拆卸固定到所述心軸裝置端部的螺栓裝置。
57.兩塊心軸支承抵座構件包括一個游動機架和兩個縱向隔開的軸支承元件，至少一個軸承支承元件從所述機架上垂直提升安裝。
全文摘要
雙壁復合管，可滲透環形結構上有顯微裂紋，以減少從內壁泄出流體的流速和壓力以阻止流體泄漏。環形結構承受內部流體壓力和其他載荷應力。當管子環形結構經歷應力引起尺寸變化時，內、外壁將保持永久的不可滲透性。管接頭將縱向毗鄰的成對的管子機械地連在一起并包括兩半圓柱形半連接器，壓縮密封環，柱形保持套，封閉和密封組合的半連接器的柔性套。一個泄漏傳感器可以安置在管接頭處。還涉及制造管子和管接頭的方法和裝置。
文檔編號B29C70/20GK1104310SQ93103668
公開日1995年6月28日 申請日期1993年2月26日 優先權日1992年2月26日
發明者C·E·肯彭 申請人:株式會社大道