BR102019012834B1 - Conjunto de conector compósito, e, método de unir dois membros tubulares compósitos - Google Patents

Abstract

A partir de um primeiro aspecto da presente revelação, é fornecido um conjunto de conector compósito compreendendo: primeiro e segundo membros tubulares, cada um construído a partir de polímero reforçado com fibra e cada um compreendendo pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal e cada uma compreendendo uma porção de extremidade com uma superfície de fixação; e um braço superior, que é disposto para, pelo menos, fechar parcialmente as porções de extremidade dos primeiro e segundo membros tubulares e aplicar uma força de fixação às superfícies de fixação de modo a conectar e manter unidos os primeiro e segundo membros tubulares; em que em cada porção de extremidade, a pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal é desviada radialmente para fora. O conjunto de conector compósito pode conectar de forma eficaz e segura dois membros tubulares compósitos sem o uso de flanges ou parafusos convencionais. O conjunto sofre menos tensões localizadas e pode, assim, formar uma conexão segura entre dois tubos compósitos. Cada porção de extremidade pode ter um membro de redirecionamento de fibra formado por baixo da fibra axial ou helicoidal que serve para desviar a fibra axial ou helicoidal radialmente para fora. O membro (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente revelação refere-se a tubos compósitos e um conjunto para conectar os tubos compósitos.

Antecedentes

[002] Os condutos de transferência de fluidos, como as tubulações de combustível das aeronaves, são fabricadas convencionalmente a partir de metal. No entanto, para economizar peso, as condutos de transferência de fluido são cada vez mais fabricados a partir de materiais compósitos, como o polímero reforçado com fibras (FRP). Em aplicações aeroespaciais (entre muitas outras), a economia de peso é altamente desejável e, portanto, é benéfico utilizar esses condutos compósitos sempre que possível, em vez de alternativas de metais mais pesados.

[003] Em muitas aplicações de condutos de transferência de fluidos, é necessário conectar dois condutos juntos e vedar a conexão de modo a garantir um fluxo de fluido eficiente entre os dois condutos. Isto é frequentemente conseguido com conexões aparafusadas, em que dois condutos tubulares são dotados de encaixes de extremidade tendo flanges semelhantes a discos que emanam perpendicularmente deles (ou fornecidos diretamente na extremidade de cada conduto). Estes flanges são então pressionados juntos (muitas vezes com um anel de vedação de elastômero encaixado entre eles), antes que os parafusos que passam pelos dois flanges sejam usados para prender os dois um ao outro. No entanto, os encaixes de extremidade metálicos são pesados e, quando os encaixes de extremidade ou flanges compósitos são formados, essa abordagem pode levar a grandes tensões localizadas (por exemplo, ao redor dos parafusos e na união entre os flanges e o corpo principal do conduto) e, como tal, não é adequado para condutos construídos a partir de materiais compósitos. Uma abordagem alternativa é necessária.

SUMÁRIO

[004] A partir de um primeiro aspecto da presente revelação, é fornecido um conjunto de conector compósito compreendendo:

[005] primeiro e segundo membros tubulares, cada um construído a partir de polímero reforçado com fibra e cada um compreendendo pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal e cada uma compreendendo uma porção de extremidade com uma superfície de fixação; e

[006] um braço superior, que é disposto para envolver pelo menos parcialmente as porções de extremidade do primeiro e segundo membros tubulares e para aplicar uma força de fixação às superfícies de fixação de modo a conectar e manter unidos os primeiro e segundo membros tubulares;

[007] em que em cada porção de extremidade, a pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal é desviada radialmente para fora.

[008] Assim, é revelado um conjunto de conector compósito que pode conectar de forma eficaz e segura dois membros tubulares compósitos sem o uso de flanges ou parafusos convencionais. Será apreciado que o conjunto da presente revelação sofre menos tensões localizadas e pode, assim, formar uma conexão segura entre dois tubos compósitos

[009] Cada porção de extremidade pode ter um membro de redirecionamento de fibra formado por baixo da fibra axial ou helicoidal que serve para desviar a fibra axial ou helicoidal radialmente para fora.

[0010] Este membro de redirecionamento de fibra pode ser formado a partir de qualquer material adequado e pode ser um anel pré-formado que é montado no mandril antes de colocar a fibra axial ou helicoidal. Em exemplos preferidos, o elemento de redirecionamento de fibra é formado a partir de fibra de aro, isto é, fibra que é circunferencialmente enrolada em torno do mandril em um ângulo elevado em relação ao eixo de mandril, de modo a construir um perfil adequado antes de colocar a fibra axial ou helicoidal por cima. Assim, o membro de redirecionamento de fibra é formado antes de colocar a fibra axial ou helicoidal e, assim, serve para redirecionar a fibra axial ou helicoidal radialmente para fora na porção de extremidade. A formação do membro de redirecionamento de fibras a partir da fibra de arco dá resistência à estrutura geral, bem como permite que as fibras de arco e as partes de fibra axiais/helicoidais sejam curadas juntas.

[0011] Cada porção de extremidade pode, portanto, compreender tanto a fibra circunferencial (ângulo elevado ou “arco”) como o reforço de fibra axial ou helicoidal (ângulo baixo). Como a fibra axial se estende para fora da porção de extremidade e para dentro do tubo principal (isto é, é contínua a partir da porção principal para a porção de extremidade), ela ajuda a porção de extremidade a resistir às tensões de cisalhamento associadas à força de fixação e/ou a quaisquer forças atuantes para separar os membros tubulares (por exemplo, devido ao fluido de alta pressão que flui através dos membros tubulares).

[0012] Cada porção de extremidade pode ainda compreender uma camada adicional de fibra circunferencial (aro) colocada no topo da pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal. Como será explicado em maior detalhe abaixo, a camada circunferencial adicional pode ser usada para aumentar o diâmetro da porção de extremidade para permitir que uma superfície de fixação mais íngreme seja formada. O membro de redirecionamento da fibra (por exemplo, a camada interna da fibra de aro) é formado de preferência como uma rampa que aumenta de diâmetro em direção à extremidade do membro tubular, fornecendo assim o afunilamento da superfície de fixação. A fibra axial ou helicoidal é então colocada sobre a rampa de arco em espessura substancialmente uniforme, mantendo assim o formato da rampa. Isto faz com que a camada de fibra axial ou helicoidal se alargue para fora em direção à extremidade do membro tubular. A fibra de arco adicional colocada sobre a fibra axial ou helicoidal pode alterar o ângulo ou o formato da superfície de fixação do ângulo da rampa do arco subjacente. Em exemplos preferidos, a rampa de arco tem um ângulo menor em relação ao eixo do tubo, de modo a facilitar a colocação (ou enrolamento) da fibra axial (ou helicoidal) sobre a rampa. A fibra adicional de arco pode então ser usada para criar uma superfície de fixação (isto é, uma superfície externa afunilada da porção de extremidade) com um ângulo maior em relação ao eixo do tubo. Esta superfície de fixação de ângulo superior aumenta a quantidade de força que o braço superior aplica paralelamente ao eixo dos tubos para prender os tubos juntos.

[0013] Em exemplos preferenciais, a pelo menos uma camada da fibra axial ou helicoidal é desviada radialmente para fora para um raio que é maior do que um raio da porção principal do respectivo membro tubular. Isto assegura que o componente de força de fixação aplicado às superfícies de fixação paralelas aos eixos dos membros tubulares é aplicado através de pelo menos algumas das fibras da pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal, fixando assim aquelas fibras dentro do membro de fixação. Isso reduz a chance de que o membro de fixação cisalhe as camadas externas de fibra das camadas internas da fibra.

[0014] A porção de extremidade de cada membro tubular pode compreender uma superfície externa que transita de um primeiro diâmetro para um segundo diâmetro maior quando se aproxima da extremidade do membro tubular, proporcionando assim a superfície de fixação. A superfície de fixação pelo menos parcialmente fica voltada para a direção oposta da extremidade do membro tubular.

[0015] Cada uma das porções de extremidade pode compreender uma superfície frontal substancialmente plana na extremidade do membro tubular. Os membros tubulares são de preferência posicionados de modo que as suas superfícies frontais sejam opostas e alinhadas. A força de fixação fornecida pelo braço superior serve, assim, para polarizar as superfícies frontais uma para a outra.

[0016] As superfícies de fixação são de preferência superfícies anulares e são de preferência formadas de modo a terem um diâmetro que diminui na direção oposta a uma extremidade de cada membro tubular, formando um afunilamento reverso em cada porção de extremidade, isto é, de modo que a superfície externa de cada tubo diverge para a extremidade do tubo. A superfície externa pode formar um cone parcial, mais largo na extremidade e estreitando-se a partir da extremidade. Isto pode permitir uma força de fixação radial do braço superior para produzir forças axiais que pressionam os dois membros tubulares juntos.

[0017] O braço superior pode ser de metal (por exemplo aço ou alumínio). No entanto, de preferência, o braço superior é construído a partir de um polímero reforçado com fibra. O uso de um braço superior compósito pode reduzir o peso do conjunto de conector e evitar a corrosão galvânica que pode ocorrer quando um braço superior de metal é usado em tubulações com uma camada eletricamente condutora, como em tubulações de combustível em aeronaves. Além disso, pela construção tanto de membros tubulares e de braço superior a partir de material compósito, o coeficiente de expansão térmica do braço superior pode ser mais estreitamente relacionado ao dos membros tubulares, aumentando a faixa de temperatura através da qual o conjunto de conector pode operar.

[0018] O braço superior é de preferência substancialmente anular e estende-se em torno de substancialmente uma circunferência inteira do membro tubular, assegurando a aplicação uniforme da força de fixação às superfícies de fixação.

[0019] O conjunto de conexão de compósito da presente revelação é adequado para muitas aplicações diferentes, por exemplo, aquelas em que o primeiro e segundo membros tubulares compreendem membros de transmissão de força (por exemplo, como parte de um atuador linear). No entanto, nos exemplos preferidos, o primeiro e segundo membros tubulares compreendem condutos de transferência de fluido (por exemplo, tubulações de combustível).

[0020] Um gradiente de afunilamento da superfície de fixação das porções de extremidade pode ser constante, isto é, o diâmetro da superfície externa do tubo que forma a superfície de fixação pode diminuir a uma taxa constante à medida que se prolonga para fora da extremidade do membro tubular. Neste caso, a superfície de fixação terá uma seção transversal linear. No entanto, em alguns exemplos, a seção transversal da superfície de fixação pode ser curva, isto é, o gradiente da superfície de fixação pode variar à medida que se prolonga para fora da extremidade do membro tubular.

[0021] Prender o primeiro e segundo membros tubulares juntos pode requerer uma força significativa, por exemplo, se os membros tubulares forem configurados para transportar fluido de alta pressão como parte de um sistema de combustível. Nesse exemplo, se a força fornecida pela garra for muito pequena, os membros tubulares podem se separar, causando vazamento de combustível.

[0022] O ângulo no qual a superfície de fixação é afunilada pode influenciar a resistência da conexão. Uma superfície de fixação com um afunilamento superficial (isto é, um ângulo inferior ao eixo do tubo), por exemplo, exigiria que uma força de fixação grande fosse aplicada para produzir uma força de conexão axial requerida. No entanto, um afunilamento muito íngreme (maior ângulo em relação ao eixo do tubo) pode resultar em áreas de maior tensão quando a força de fixação é aplicada e também pode reduzir a força de conexão axial produzida pela força de fixação, aumentando o risco de falhas. A superfície de fixação da porção de extremidade compreende, por conseguinte, de preferência, uma seção com um gradiente de 30° ou mais, preferivelmente de 45° ou mais e ainda mais de preferência de 60° ou mais. De preferência, a superfície de fixação da porção de extremidade compreende uma seção com um gradiente de 80° ou menos. Nos exemplos que incluem um membro de redirecionamento de fibra (por exemplo, uma rampa de arco), o membro de redirecionamento é de preferência afunilado com um ângulo de pelo menos 10°, de preferência pelo menos 20° e em alguns exemplos pelo menos 30°.

[0023] A superfície de fixação do primeiro membro tubular é de preferência idêntica à do segundo membro tubular (isto é, tornando a conexão simétrica). A superfície de fixação dos primeiro e segundo membros tubulares estendem-se de preferência até um diâmetro máximo comum. Este diâmetro máximo ocorre de preferência na extremidade de cada membro tubular. Quando os dois tubos estão encostados um contra o outro, as superfícies de fixação afuniladas formam uma saliência (porção elevada) ao redor da junta.

[0024] O braço superior pode compreender duas ou mais porções separadas que são apertadas em torno das porções de extremidade dos membros tubulares, por exemplo, por uma garra dividida unida por um ou mais parafusos rosqueados. O braço superior compreende, de preferência, uma garra tipo mola ou tipo parafuso. O braço superior é de preferência disposto para fornecer uma força em um plano perpendicular ao eixo do tubo (por exemplo ao longo de um raio do tubo). As superfícies de fixação cônicas redirecionam então parte dessa força para forças axiais que pressionam os dois membros tubulares juntos.

[0025] O braço superior pode compreender um polímero termoplástico, como poliamida (náilon), polipropileno, ABS ou poli(éter-éter- cetona) (PEEK). Alternativamente, o braço superior pode compreender um polímero termofixo, por exemplo, poliéster, epóxi ou uma resina fenólica.

[0026] O braço superior compreende de preferência uma superfície interna, com um formato que corresponde às superfícies de fixação dos dois membros tubulares, através das quais o braço superior engata nas porções de extremidade dos membros tubulares. A superfície interna pode compreender um perfil em seção transversal similar e de preferência complementar ao que as duas superfícies de fixação fazem quando unidas para formar o conjunto de conector. Isso otimiza a aplicação da força de fixação pelo braço superior.

[0027] O conjunto de conector pode compreender um anel de vedação de elastômero posicionado entre os primeiro e o segundo membros tubulares. Nesses exemplos, quando os primeiro e segundo membros tubulares são mantidos juntos pelo braço superior, o anel de vedação é comprimido entre os membros tubulares, vedando a conexão. O anel de vedação pode ser posicionado em um sulco circunferencial cortada em uma superfície frontal para uma ou ambas as porções de extremidades. Isso ajuda a manter o anel de vedação no lugar durante a montagem e o uso e pode melhorar a qualidade da vedação obtida.

[0028] O primeiro membro tubular pode ter um diâmetro interno constante (isto é, através de ambas a porção principal e porção de extremidade). Nesse exemplo, a porção de extremidade do primeiro membro tubular compreende uma espessura de parede crescente em direção à extremidade do membro tubular. Similarmente, o segundo membro tubular pode compreender um diâmetro interno constante. Os diâmetros internos do primeiro e segundo membros tubulares podem ser iguais. Nos exemplos em que os membros tubulares compreendem membros de transferência de fluido ter diâmetros internos iguais reduz a possibilidade de fluxo de fluido turbulento ou restrito através da conexão.

[0029] Como será explicado em mais detalhes abaixo, durante a fabricação pode ser necessário usinar (isto é, remover material) do conjunto do conector, expondo potencialmente o reforço de fibra em uma ou mais superfícies do conjunto de conector. Nesses exemplos, o conjunto de conector completo pode compreender um revestimento de gel. Isto pode compreender um revestimento de resina de baixa viscosidade. Um revestimento de gel pode ajudar a impedir a entrada de umidade e melhorar a aparência das superfícies usinadas.

[0030] Visto de uma perspectiva alternativa, a presente revelação fornece um conjunto de conector compósito, compreendendo: um primeiro tubo tendo uma porção de extremidade em uma extremidade do mesmo; um segundo tubo tendo uma porção de extremidade em uma extremidade do mesmo; em que o primeiro tubo e o segundo tubo estão dispostos de modo que as porções de extremidade sejam adjacentes uma à outra; em que cada porção de extremidade afunila de modo que se alarga para a extremidade do seu respectivo tubo; e o conjunto compreendendo ainda um braço superior engatado com a porção de extremidade do primeiro tubo e com a porção de extremidade do segundo tubo, de modo que inclina o primeiro tubo e o segundo tubo em conjunto; e em que cada um do primeiro tubo e do segundo tubo compreende uma camada de fibra axial ou helicoidal que se alarga radialmente para fora na respectiva porção de extremidade.

[0031] Será apreciado que os recursos preferidos descritos acima também podem ser aplicados a esta perspectiva alternativa da revelação.

[0032] A presente revelação se estende a um método de unir dois membros tubulares compósitos compreendendo: fornecer dois membros tubulares, cada um formado a partir de um polímero reforçado com fibra e cada um compreendendo pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal e cada um compreendendo uma porção de extremidade com uma superfície de fixação, em que em cada porção de extremidade, a pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal é desviada radialmente para fora; dispor os ditos membros tubulares de modo que as suas porções de extremidade são adjacentes; aplicar um braço superior, de modo que o braço superior envolve pelo menos parcialmente as porções de extremidade do primeiro e segundo membros tubulares e aplica uma força de fixação às superfícies de fixação de modo a conectar e manter unidos os primeiro e segundo membros tubulares juntos.

[0033] A fabricação dos dois membros tubulares pode compreender fibras de reforço de enrolamento, pré-impregnadas com um polímero termofixo ou termoplástico, em torno de um mandril. Nesses exemplos, uma pequena quantidade de fibra (arco) orientada circunferencialmente pode ser primeiro enrolada no mandril e, em seguida, a fibra de ângulo inferior ou axial colocada sobre esta para formar um tubo compreendendo uma porção elevada que se tornará a porção de extremidade do membro tubular resultante. Como discutido acima, a camada subjacente de fibra de arco pode ser formada como uma rampa com o diâmetro aumentando em direção à extremidade do membro tubular.

[0034] Os dois membros tubulares podem ser formados simultaneamente, enrolando fibras de reforço sobre um único mandril para formar um único tubo apresentando uma porção central elevada, que se tornará as porções de extremidade dos membros tubulares. O tubo pode então ser cortado através da porção central elevada para formar os dois membros tubulares.

[0035] O método pode compreender ainda enrolar a fibra circunferencial adicional no topo da pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal. Isto pode ser usado para aumentar o diâmetro da porção de extremidade e permitir que uma superfície de fixação mais íngreme seja formada.

[0036] O método pode compreender a remoção de material dos membros tubulares. Por exemplo, o material pode ser cortado ou moído para formar uma superfície frontal plana e/ou um perfil preciso da superfície de fixação, como pode ser necessário para uma aplicação específica. De preferência, nenhuma das fibras axiais ou helicoidais de baixo ângulo é cortada quando o material é removido, uma vez que a fibra axial de corte pode reduzir a capacidade do conector finalizado de resistir às tensões de cisalhamento axiais. Assim, em alguns exemplos apenas a fibra circunferencial (alto ângulo, arco) é removida para formar a superfície de fixação. Como mencionado acima, em alguns exemplos, um sulco pode ser cortado em uma face de extremidade de cada membro tubular em que um anel de vedação pode ser posicionado para vedar a conexão.

[0037] O método pode compreender a cura dos membros tubulares.

[0038] A aplicação do braço superior pode compreender apertar duas ou mais porções separadas do braço superior sobre os membros tubulares (por exemplo, rodando um parafuso rosqueado que conecta duas metades de uma garra dividida).

[0039] De acordo com um aspecto adicional da presente revelação, é fornecido um membro tubular compreendendo: uma porção principal e uma porção de extremidade; em que pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal se estende a partir da porção principal para a porção de extremidade; em que a porção de extremidade é de diâmetro externo mais largo que a porção principal, a porção de extremidade compreende uma camada interna de reforço de fibra orientada circunferencialmente posicionada radialmente dentro de pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal e uma camada adicional de reforço de fibra orientada circunferencial posicionado radialmente fora de pelo menos uma camada da fibra axial ou helicoidal.

[0040] Será apreciado que todos os recursos preferidos do membro tubular descritos acima em relação ao conjunto do conector compósito também podem ser aplicados a este aspecto adicional da revelação.

[0041] O membro tubular pode, evidentemente, compreender ainda um reforço de fibra além da camada interna, a pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal e camadas adicionais. Por exemplo, o membro tubular pode compreender ainda reforço com fibra circunferencial na porção principal para aumentar a resistência do arco.

[0042] Será apreciado que o termo “fibra de arco” ou “fibra circunferencial” é usado aqui para significar fibra que tem um ângulo elevado em relação ao eixo do membro tubular. Na prática, a fibra totalmente circunferencial (um ângulo de 90°) raramente é útil, mas essa fibra de alto ângulo tipicamente tem um ângulo de pelo menos 80°, mais preferivelmente pelo menos 85° e muitas vezes tão alto quanto 89° em relação ao eixo do membro tubular. Por outro lado, a fibra axial pode ser colocada por algumas técnicas de colocação de fibras exatamente paralelas ao eixo (um ângulo de 0°), embora nas técnicas de enrolamento de filamento seja mais comum usar fibra helicoidal de baixo ângulo para fornecer resistência axial. Essa fibra helicoidal de baixo ângulo tem tipicamente um ângulo de enrolamento (isto é, um ângulo em relação ao eixo do membro tubular) não superior a 60°, mais de preferência não superior a 45° e pode ser tão baixo quanto 8°.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0043] A Figura 1 mostra uma vista em seção transversal de um conjunto de conector compósito de acordo com um exemplo da presente revelação; A Figura 2 mostra uma vista em perspectiva de seção transversal de um conjunto de conector compósito montado em peça; A Figura 3 mostra uma vista em perspectiva de um conjunto de conector compósito montado completamente; e As Figuras 4 a 7 mostram várias etapas de um método de fabricação de um membro tubular compósito.

[0044] O conjunto de conector 2 compreende um primeiro membro tubular 4 e um segundo membro tubular 6, ambos com simetria rotacional em torno de um eixo central C. Cada um dos membros tubulares 4, 6 compreende uma porção principal 8 e uma porção de extremidade 10. Os membros tubulares 4, 6 estão dispostos de modo que as porções de extremidade 10 são adjacentes e alinhadas.

[0045] Cada membro tubular 4, 6 compreende um diâmetro interno 12, que é constante através das porções principais 8 e das porções de extremidade 10. As porções principais 8 também compreendem um diâmetro externo constante 14. As porções de extremidade 10, no entanto, compreendem cada um diâmetro externo de afunilamento reverso 16, que se alarga em direção às respectivas extremidades dos membros tubulares 4, 6 de modo que a superfície total dos membros tubulares 4, 6 seja alargada para fora (isto é, diverge em direção à extremidade).

[0046] As porções de extremidade 10 cada, compreende, uma face de extremidade plana 18 que é perpendicular ao eixo central C. A disposição dos membros tubulares 4, 6 é tal que as faces de extremidade 18 das porções de extremidade 10 são alinhadas e paralelas. Cada face de extremidade 18 compreende um sulco 20. Um anel de vedação de elastômero 22 é aprisionado entre as porções tubulares 4, 6 mantidas na posição pelos sulcos 20.

[0047] Um braço superior 27 é posicionado sobre as porções de extremidade 10 e é apertado para fornecer uma força de fixação radialmente para dentro das porções de extremidade 10 (embora para fins de clareza o braço superior 27 da Figura 1 não seja mostrado em contato com as porções de extremidade 10). O braço superior 27 compreende uma superfície interna 28 que tem um perfil que se correlaciona com os dos diâmetros externos cônicos invertidos 16. Isso garante uma aplicação uniforme e consistente da força de fixação. O formato afunilado reverso dos diâmetros externos 16 converte a força de fixação radial em uma força axial que prende os membros tubulares 4, 6 juntos. Esta força faz com que as faces de extremidade 18 comprimam o anel de vedação de elastômero 22 e vedem a conexão.

[0048] O primeiro e segundo membros tubulares 4, 6 são construídos a partir de FRP (por exemplo, polímero termofixo reforçado com fibras de vidro). Como mostrado na Figura 1, o primeiro e segundo membros tubulares 4, 6 compreendem tanto o reforço de fibra orientado circunferencialmente (arco) 24 como o reforço de fibra orientado axialmente (axial) 26. As porções de extremidade 10 são principalmente constituídas por fibra de arco 24, que proporciona a porção de extremidade 10 com um elevado nível de resistência circunferencial e também pode auxiliar a fabricação, como explicado em mais detalhe abaixo com referência às Figuras 2 e 3. Uma camada subjacente de fibra de arco 24 forma um formato de rampa ou cunha 29 que aumenta de diâmetro em direção à extremidade dos membros tubulares 4, 6. A fibra axial (ou helicoidal de baixo ângulo) 26 colocada por cima da parte superior desta rampa de arco 29 segue o ângulo da rampa de modo que as fibras axiais/helicoidais 26 estejam espalhadas para o exterior em direção às extremidades dos membros tubulares 4, 6. A fibra de arco adicional 24 fornecida como uma camada externa 30 aumenta o diâmetro total da porção de extremidade 10 e pode ser moldada para formar uma superfície de fixação mais ideal (isto para um melhor encaixe com o braço superior 27), por exemplo, pelo aumento do ângulo do afunilamento ou perfilamento para corresponder ao formato interno do braço superior 27.

[0049] As porções principais 10 dos membros tubulares 4, 6 também compreendem uma camada de fibra circunferencial (arco) 25, para fornecer os membros tubulares 4, 6, com alta força de arco (por exemplo, para permitir que eles transportem fluido em altas pressões).

[0050] A fibra de arco da camada interna 25, a rampa de arco 29 e a camada externa 30 neste exemplo são enroladas com um ângulo de enrolamento de pelo menos 85°. O reforço de fibra orientado axialmente 26 é enrolado com um ângulo de enrolamento não superior a 45° (embora seja apreciado que estes ângulos de enrolamento não sejam limitativos e outros ângulos possam ser usados em vez disso).

[0051] Pode ser visto na Figura 1 que a fibra orientada axialmente 26 é desviada radialmente para fora pela rampa de arco 29 de modo que as fibras axiais se estendem para um raio maior do que o diâmetro externo da porção principal 8 dos membros tubulares 4, 6.

[0052] A fibra orientada axialmente 26 está assim disposta entre as duas superfícies de fixação internas 28 do braço superior 27 de modo que a força axial aplicada pelo braço superior 27 é aplicada através da fibra orientada axialmente desviada radialmente 26, prendendo assim e mantendo a fibra orientada axialmente 26 dentro do braço superior 27.

[0053] Neste exemplo, o braço superior 27 compreende um polímero termoplástico reforçado com fibras cortadas, embora outras construções possam alternativamente ser usadas.

[0054] A Figura 2 mostra uma vista em seção transversal do conjunto de conector 2 parcialmente através do conjunto com os dois membros tubulares ocos 4, 6 encostados um no outro, mas antes do braço superior 27 ter sido aplicado. A Figura 3 mostra o conjunto de conector 2 quando totalmente montado, isto é, com o braço superior 27 aplicado sobre as duas porções de extremidade 10.

[0055] Como explicado acima, os primeiro e segundo membros tubulares 4, 6 estão conectados e mantidos juntos pelo braço superior 27. Para montar o conjunto de conector 2, as porções de extremidade 10 dos primeiro e segundo membros tubulares 4, 6 são primeiro unidas, com o anel de vedação 22 aprisionado entre eles, como mostrado na Figura 2.

[0056] Como mostrado na Figura 3, o braço superior 27 compreende uma primeira porção 102 e uma segunda porção 104, que são ambas aproximadamente semicirculares em seção transversal. O conjunto de conector 2 é montado trazendo as primeira e segunda porções 102, 104 do braço superior 27 juntas em torno das porções de extremidade adjacentes 10. Dois parafusos 106 que correm entre a primeira porção 102 e a segunda poção 104 são então apertados. Isto mantém as primeira e segunda porções 102, 104 juntas e fornece a força de fixação para o conjunto de conector 2, conectando e mantendo os primeiro e segundo membros tubulares 4, 6 juntos. A força radial fornecida pelos parafusos de aperto 106 contra os diâmetros externos angulares (afunilados) 16 das porções de extremidade 10 fornece um componente axial de força que pressiona e mantém unidos os primeiro e segundo elementos tubulares 4, 6.

[0057] Um método de fabricação de um dos membros tubulares será agora descrito com referência às Figuras 4 a 7.

[0058] Em primeiro lugar, o reforço de fibra 402 é enrolado circunferencialmente em torno de um mandril 404 para formar uma rampa de arco 406. Esta fibra de arco é tipicamente enrolada com um ângulo de mais de 85° em relação ao eixo do mandril (isto é, o eixo do tubo). Como visto na Figura 5, uma camada secundária de fibra axial (ou helicoidal) 408 é então colocada ou enrolada em torno do mandril 404 e sobre a rampa de arco 406 para formar um membro tubular 409 com uma porção principal 410 e uma porção de extremidade bulbosa 411. A porção principal 410 também compreende fibra circunferencial, mas não é mostrada aqui por razões de clareza. A fibra axial ou helicoidal 408 é tipicamente enrolada com um ângulo não superior a 45° em relação ao eixo do mandril (isto é, o eixo do tubo).

[0059] A Figura 6 mostra como uma outra camada de fibra circunferencial 412 é então enrolada sobre a fibra axial 408 na porção de extremidade 411 para aumentar o diâmetro da porção de extremidade 411.

[0060] Finalmente, como visto na Figura 7, o material é removido do membro tubular 409 em um processo de usinagem (por exemplo, utilizando um torno ou um moinho). O material é removido da porção de extremidade 411 para formar uma superfície de extremidade 413, um sulco 414 e uma superfície de fixação afunilada 416. A superfície de fixação afunilada 416 é formada removendo apenas a fibra circunferencial 412 na camada externa. Nenhuma fibra axial 408 na camada secundária é cortada na formação da superfície de fixação afunilada 416, mantendo assim a resistência axial do membro tubular 409 e a sua resistência associada às tensões de cisalhamento.

Claims (13)

1. Conjunto de conector compósito (2), compreendendo: primeiro e segundo membros tubulares (4, 6), cada um construído a partir de polímero reforçado com fibra e cada um compreendendo: uma porção principal (8); uma porção de extremidade (10) com uma superfície de fixação, a porção de extremidade (10) compreendendo um diâmetro externo mais largo do que a porção principal; pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26) se estendendo da porção principal (8) até a porção de extremidade (10); e um braço superior (27), que é disposto para envolver pelo menos parcialmente as porções de extremidade (10) do primeiro e segundo membros tubulares (4, 6) e para aplicar uma força de fixação às superfícies de fixação de modo a conectar e manter unidos os primeiro e segundo membros tubulares (4, 6) um ao outro; em que, em cada porção de extremidade (10), a pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26) é desviada radialmente para fora; e caracterizado pelo fato de que cada porção de extremidade (10) compreende uma camada interna de reforço de fibra orientada circunferencialmente (29) posicionada radialmente dentro da pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26) e uma camada adicional de reforço de fibra orientada circunferencialmente (30) posicionada radialmente para fora da pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26).

2. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada porção de extremidade (10) tem um membro de redirecionamento de fibra (29) formado por baixo da fibra axial ou helicoidal (26) que serve para desviar a fibra axial ou helicoidal (26) radialmente para fora.

3. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma camada da fibra axial ou helicoidal (26) é desviada radialmente para fora em cada porção de extremidade (10) em um raio que é maior do que um raio da porção principal (8) do respectivo membro tubular (4, 6).

4. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo membros tubulares (4, 6) compreendem condutos de transferência de fluido.

5. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a porção de extremidade (10) de cada membro tubular (4, 6) compreende uma superfície externa que transita de um primeiro diâmetro para um segundo diâmetro maior à medida que se aproxima de uma extremidade do membro tubular (4, 6).

6. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a superfície de fixação compreende uma seção transversal linear.

7. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a superfície de fixação da porção de extremidade (10) compreende uma seção com um gradiente de pelo menos 45° e, de preferência de 80° ou menos.

8. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a superfície de fixação do primeiro membro tubular (4) é substancialmente idêntica àquela do segundo membro tubular (6).

9. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o braço superior (27) compreende duas ou mais porções separadas (102, 104) apertadas em volta das porções de extremidade (10) dos membros tubulares (4, 6).

10. Conjunto de conector compósito (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um anel de vedação de elastômero (22) posicionado entre o primeiro e o segundo membros tubulares (4, 6) em um sulco circunferencial (20) cortado em uma superfície de face (18) de uma ou ambas as porções de extremidade (10).

11. Método de unir dois membros tubulares compósitos (4, 6), compreendendo: fornecer dois membros tubulares (4, 6), cada um formado a partir de um polímero reforçado com fibra, e cada um compreendendo: uma porção principal (8); uma porção de extremidade (10) com uma superfície de fixação, a porção de extremidade (10) compreendendo um diâmetro externo mais largo do que a porção principal (8); e pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26) se estendendo da porção principal (8) para dentro da porção de extremidade (10) em que, em cada porção de extremidade (10), a pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26) é desviada radialmente para fora; em que o método compreende ainda: dispor os membros tubulares (4, 6) de modo que as suas porções de extremidade (10) sejam adjacentes; e aplicar um braço superior (27) de modo que o braço superior (27) pelo menos parcialmente envolva as porções de extremidade (10) dos primeiro e segundo membros tubulares (4, 6) e aplique uma força de fixação às superfícies de fixação de modo a conectar e manter unidos os primeiro e segundo membros tubulares (4, 6) um ao outro; e caracterizado pelo fato de que cada porção de extremidade (10) compreende uma camada interna de reforço de fibra orientada circunferencialmente (29) posicionada radialmente dentro da pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26) e uma camada adicional de reforço de fibra orientada circunferencialmente (30) posicionada radialmente para fora da pelo menos uma camada de fibra axial ou helicoidal (26).

12. Método de unir dois membros tubulares compósitos (4, 6) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda remover material dos membros tubulares (4, 6).

13. Método de unir dois membros tubulares compósitos (4, 6) de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que aplicar o braço superior (27) compreende apertar duas ou mais porções separadas (102, 104) do braço superior sobre os membros tubulares (4, 6).