CN105150332A - 一种用于竹复合压力产品的专用修补块及其破损修补方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于竹复合压力产品的专用修补块及其破损修补方法，其中，所述修补块呈弧板状，其轮廓呈圆形或椭圆形，该修补块的外表面由凸出圆弧面、与该凸出圆弧面相对的凹陷圆弧面、以及围绕在该凸出圆弧面和该凹陷圆弧面之间周向的侧曲面构成，所述凸出圆弧面与所述凹陷圆弧面分别位于两个共轴的圆柱面上；该修补块的厚度与所述竹复合压力产品的壁厚相同。本发明通过对修补块关键的形状及结构、修补方法中关键的连接固定方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决修补后的竹复合压力管力学性能下降的问题，并且该修补方法通过控制修补操作过程中的条件，使得修补后的竹复合压力管能够实现与原始完整竹复合压力管相同的应用。

Description

一种用于竹复合压力产品的专用修补块及其破损修补方法

技术领域

本发明属于竹复合压力产品技术领域，更具体地，涉及一种用于竹复合压力产品的专用修补块及其破损修补方法。

背景技术

竹复合压力产品是采用绿色环保的竹材料用缠绕技术制成的圆筒状产品，如竹缠绕复合压力管、竹缠绕储罐、竹缠绕电杆、竹缠绕料仓等。竹复合压力产品在使用过程中可能由于环境、人为因素等造成筒壁的破损，使其使用功能大打折扣。现有技术中，竹复合压力产品出现破损时，往往采用将破损的区域截去或直接将破损产品废弃，这样处理非常浪费资源。也可以采用修补的方式，但是目前修补工作往往依赖人工操作，效率低，过于依赖操作人员的经验，使修补后的产品质量难以保证。因此，亟需有针对性的、可批量生产的修补材料及可复制的、可推广使用的修补方法使修补工作规范化，保证修补后的产品使用功能不受影响，使破损产品通过修补仍可正常使用，节省资源，降低成本。此外，对于破损的竹复合压力产品，现有技术中往往难以有相匹配的修补块及修补方法使得修补后的竹复合压力产品保持较好的力学性能(如竹缠绕复合压力管的短时失效水压、环刚度、压力等级等)，影响了修补后产品的使用功能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于竹复合压力产品的专用修补块及其破损修补方法，其中通过对修补块关键的形状及结构、修补方法中关键的连接固定方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决破损的竹复合压力产品难以规范化修补，修补后的产品力学性能下降的问题，该修补块可以批量化生产，对应的破损修补方法适用于各种竹复合压力产品，可广泛使用，修补效果好，效率高，质量可控，并且该修补方法通过控制修补操作过程中的条件，使得修补后的竹复合压力管能够实现与原始完整竹复合压力管相同的应用，不必再对破损产品采用截断或废弃的方式处理，节省资源，降低成本。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于竹复合压力产品的专用修补块，所述修补块呈弧板状，其轮廓呈圆形或椭圆形，该修补块的外表面由凸出圆弧面、与该凸出圆弧面相对的凹陷圆弧面、以及围绕在该凸出圆弧面和该凹陷圆弧面之间周向的侧曲面构成，其中，所述凸出圆弧面与所述凹陷圆弧面分别位于两个共轴的圆柱面上；该修补块的厚度与所述竹复合压力产品的壁厚相同。

作为本发明的进一步优选，所述修补块轮廓呈椭圆形，并且该椭圆形的长轴或短轴与所述两个共轴的圆柱面的轴线平行。

作为本发明的进一步优选，所述凹陷圆弧面边缘上任意一点距所述凸出圆弧面边缘距离最短的线段位于所述侧曲面内，并且，该线段所在的直线与在该线段上的所述凹陷圆弧面边缘上的点到所述凹陷圆弧面的圆形轮廓的圆心或椭圆形轮廓的椭圆长轴的中点的线段所在的直线之间的夹角为30°～45°，所述凸出圆弧面沿所述凹陷圆弧面的圆形轮廓的圆心或椭圆形轮廓的椭圆长轴的中点到所述两个共轴的圆柱面的轴线的垂线方向的投影在所述凹陷圆弧面沿所述垂线方向的投影的内部。

作为本发明的进一步优选，所述凸出圆弧面的椭圆形轮廓的椭圆长轴的长度是短轴长度的1.5倍～3倍。

作为本发明的进一步优选，使用所述修补块得到的修补后竹复合压力产品其压力等级不低于初始竹复合压力产品的压力等级。

作为本发明的进一步优选，使用所述修补块得到的修补后竹复合压力产品其环刚度等级不低于初始竹复合压力产品的环刚度等级。

作为本发明的进一步优选，在所述修补块的凸出圆弧面上还设置有环形结构。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述竹复合压力产品的专用修补块的破损修补方法，包括以下步骤：

首先，处理待修补的竹复合压力产品的破损部位，形成椭圆形或圆形缺口；接着，选取与该缺口尺寸相匹配的修补块，在所述修补块的侧曲面上涂树脂，然后将所述修补块嵌入到所述竹复合压力产品的缺口内，固化后即完成修补。

作为本发明的进一步优选，所述树脂与制备所述竹复合压力产品时所使用的树脂相同。

作为本发明的进一步优选，所述竹复合压力产品具有两个共轴的圆柱面，所述修补块的凸出圆弧面和凹陷圆弧面分别在这两个共轴的圆柱面上。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用特殊形状的修补块对破损的竹复合压力产品进行修补，修补后的产品性能与未破损、未修补的产品性能差异不大，修补效果良好，使破损的竹复合压力产品修复后仍可正常使用，节省资源，且方便批量化生产。

首先，修补块呈弯曲的圆形或椭圆形(即修补块呈弧板状，其轮廓呈圆形或椭圆形)，外表面由凸出圆弧面、凹陷圆弧面、以及连接凸出圆弧面边缘与凹陷圆弧面边缘的侧曲面构成，其中凸出圆弧面与凹陷圆弧面分别位于两个共轴的圆柱面上。修补块的轮廓为圆形时加工方便，只需要有一条通过圆心的直径与该圆柱面的轴线相平行即可，方便大批量生产；修补块的轮廓为椭圆形时，修补块拥有更好的力学性能，并且由于边缘(对应侧曲面)具有30°～45°的倒角(即所述凹陷圆弧面边缘上任意一点距所述凸出圆弧面边缘距离最短的线段位于所述侧曲面内，并且，该线段所在的直线与在该线段上的所述凹陷圆弧面边缘上的点到所述凹陷圆弧面的圆形轮廓的圆心或椭圆形轮廓的椭圆长轴的中点的线段所在的直线之间的夹角为30°～45°，所述凸出圆弧面沿所述凹陷圆弧面的圆形轮廓的圆心或椭圆形轮廓的椭圆长轴的中点到所述两个共轴的圆柱面的轴线的垂线方向的投影在所述凹陷圆弧面沿所述垂线方向的投影的内部)，增大了修补块与待修补竹复合压力产品的接触面积，提高修补区域的承压能力。

优选的，当修补块的轮廓为椭圆形时，凸出圆弧面的椭圆形轮廓的椭圆长轴的长度是短轴长度的1.5倍～3倍，能进一步提高修补后竹复合压力产品的性能。由于竹复合压力产品的缠绕制备工艺，其环向拉伸强度是轴向拉伸强度的2倍，因此，将修补块凸出圆弧面的椭圆形轮廓的椭圆长轴的长度设置成其短轴长度的1.5倍～3倍(尤其是2倍)，能够使修补块更好的与竹复合压力产品性能保持统一，提高修补区域的承压能力。

优选的，修补块的凸出圆弧面上还设置有环形结构，能够在修补过程中为修补块提供额外的固定作用，确保在修补过程中修补块与竹复合压力产品固定的相对位置，保证修补效果。

另外，利用该修补块进行破损修补的方法，通过对破损部位进行处理，统一打成圆形或椭圆形孔，孔的尺寸规格化，使所使用的修补块统一为几种规格，方便大批量生产，使该修补块及修补方法可以广泛应用。优选的，在修补时，采用与竹复合压力产品在制备过程中(尤其是结构层的制备过程中)相同的树脂作为胶黏剂粘合，使固化后的修补块与该产品结合效果更好，容和度更高，使最终修补后的产品性能无差异。

附图说明

图1A是管壁破损的竹复合压力管，缺口呈椭圆形，该椭圆形的长轴平行于竹复合压力管的轴向方向；图1B是图1A中的竹复合压力管的截面示意图，该截面垂直于竹复合压力管的轴向方向；图1C是与图1A中的竹复合压力管对应的修补块；

图2A是管壁破损的竹复合压力管，缺口呈椭圆形，该椭圆形的长轴所在平面与竹复合压力管的轴向方向垂直；图2B是图2A中的竹复合压力管的截面示意图，该截面垂直于竹复合压力管的轴向方向；图2C是与图2A中的竹复合压力管对应的修补块；

图3是本发明中修补块的立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1Par类修补块

图1A、1B所示为缺口与Par类修补块外形匹配的竹复合压力管(可用开孔器对竹复合压力管的破损部位进行处理，形成符合条件的缺口)；图1C所示为Par类修补块，这类修补块呈弯曲的椭圆形，椭圆形的长轴在一条直线上，短轴在曲面上。

该修补块的外表面由凸出椭圆面(即凸出圆弧面，此时修补块的轮廓呈椭圆形)、凹陷椭圆面(即凹陷圆弧面，此时修补块的轮廓呈椭圆形)和侧曲面构成，其中，所述凸出椭圆面与所述凹陷椭圆面分别位于两个共轴的圆柱面上(分别与竹复合压力管的外表面和内表面对应)，所述凸出椭圆面的椭圆中心(即椭圆长轴的中点)、所述凹陷椭圆面的椭圆中心与所述圆柱面的轴线位于同一平面内；所述凸出椭圆面边缘上任意一点距所述凹陷椭圆面边缘距离最短的线段位于所述侧曲面内，并且，该线段所在的直线与在该线段上的所述凹陷椭圆面边缘上的点到所述凹陷椭圆面的椭圆中心的线段所在的直线之间的夹角为30°(竹复合压力管缺口的截面也呈对应的形状)；所述凸出椭圆面沿所述凹陷椭圆面的椭圆中心到所述两个共轴的圆柱面的轴线的垂线方向的投影在所述凹陷椭圆面沿所述垂线方向的投影的内部(如图1C所示)。

实施例2Per类修补块

图2A、2B所示为缺口与Per类修补块外形匹配的竹复合压力管(可用开孔器对竹复合压力管的破损部位进行处理，形成符合条件的缺口)；图2C所示为Per类修补块，这类修补块呈弯曲的椭圆形，椭圆形的短轴在一条直线上，长轴在曲面上。

该修补块的外表面由凸出椭圆面、凹陷椭圆面和侧曲面构成，其中，所述凸出椭圆面与所述凹陷椭圆面分别位于两个共轴的圆柱面上(分别与竹复合压力管的外表面和内表面对应)，所述凸出椭圆面的椭圆中心、所述凹陷椭圆面的椭圆中心与所述圆柱面的轴线位于同一平面内；所述凸出椭圆面边缘上任意一点距所述凹陷椭圆面边缘距离最短的线段位于所述侧曲面内，并且，该线段所在的直线与在该线段上的所述凹陷椭圆面边缘上的点到所述凹陷椭圆面的椭圆中心的线段所在的直线之间的夹角为45°(竹复合压力管缺口的截面也呈对应的形状)；所述凸出椭圆面沿所述凹陷椭圆面的椭圆中心到所述两个共轴的圆柱面的轴线的垂线方向的投影在所述凹陷椭圆面沿所述垂线方向的投影的内部(如图2C所示)。

实施例1、2中的修补块其凸出椭圆面的长轴长度(记为2a)均为短轴长度(记为a)的2倍(当长轴是短轴长度的1.5倍～3倍时，修补块均可提供良好的环向拉伸强度和轴向拉伸强度)；实施例1、2可分别有5种型号的修补块，如表1所示。

表1公称直径不同的竹复合压力管对应的5种型号修补块的尺寸列表(单位：mm)

优选的，实施例1、2中的修补块其厚度、力学性能(如压力等级等)均可根据待修补的竹复合压力管灵活调整，使得两者的厚度保持一致(即修补块的厚度与竹复合压力产品的壁厚相同)，使用所述修补块得到的修补后竹复合压力产品其压力等级不低于初始竹复合压力产品(即未修补前的、破损前的竹复合压力产品)的压力等级，使用所述修补块得到的修补后竹复合压力产品其环刚度等级不低于初始竹复合压力产品的环刚度等级。

优选的，修补块的凸出椭圆面上还设置有环形结构，用于进一步固定修补块。在修补块侧曲面涂胶完成并将修补块放入竹复合压力管的缺口内之后(可以是胶固化前或者固化中)，用通过环形结构的拉绳(或箍)沿竹复合压力管的外壁缠绕，可以进一步固定修补块(尤其是当缺口位于竹复合压力管的顶部时)，提高修补效果(固化完全后可移除)。

实施例3竹复合压力管的修补

以实施例1中的修改块(椭圆的长轴2a＝120mm)对公称管径为150mm的竹复合压力管进行修补。

首先，用开孔器处理待修补的竹复合压力管的破损部位，形成与所述修补块的形状匹配的缺口；接着，在所述修补块的侧曲面上涂胶(该胶优选是该竹复合压力管结构层所使用的树脂)，然后将所述修补块放入到所述竹复合压力管的缺口内(使修补块的凸出椭圆面与竹复合压力管的外表面契合，形成完整的圆柱面；使修补块的凹陷椭圆面与竹复合压力管的内表面契合，形成完整的圆柱面)，固化后(依据胶的不同可以是在常温下固化，也可以是在其他温度下固化)即得到修补后的竹复合压力管。

对修补后的竹复合压力管进行性能测试，并将其与未进行修补的、完整的竹复合压力管的性能进行比较，结果显示修补后的竹复合压力管在压力等级、环刚度等级方面均与未修补的竹复合压力管一致，修补的效果良好。实验也对利用凸出椭圆面椭圆长轴、短轴长度比为1.5：1和3：1的修补块修补后得到竹复合压力管进行性能测试，结果显示修补后的竹复合压力管在压力等级、环刚度等级均与未修补的竹复合压力管的压力等级、环刚度等级差别不大，也具有良好的修补效果。另外，本发明也对修补块轮廓为圆形的情况进行了性能测试，结果显示修补后的竹复合压力管在压力等级、环刚度等级均与未修补的竹复合压力管的压力等级、环刚度等级差别不大，也具有良好的修补效果。

本发明也可用于其他具有圆柱形壁的竹复合压力产品(如储罐等)。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于竹复合压力产品的专用修补块，其特征在于，所述修补块呈弧板状，其轮廓呈圆形或椭圆形，该修补块的外表面由凸出圆弧面、与该凸出圆弧面相对的凹陷圆弧面、以及围绕在该凸出圆弧面和该凹陷圆弧面之间周向的侧曲面构成，其中，所述凸出圆弧面与所述凹陷圆弧面分别位于两个共轴的圆柱面上；该修补块的厚度与所述竹复合压力产品的壁厚相同。

2.如权利要求1所述用于竹复合压力产品的专用修补块，其特征在于，所述修补块轮廓呈椭圆形，并且该椭圆形的长轴或短轴与所述两个共轴的圆柱面的轴线平行。

3.如权利要求1或2所述用于竹复合压力产品的专用修补块，其特征在于，所述凹陷圆弧面边缘上任意一点距所述凸出圆弧面边缘距离最短的线段位于所述侧曲面内，并且，该线段所在的直线与在该线段上的所述凹陷圆弧面边缘上的点到所述凹陷圆弧面的圆形轮廓的圆心或椭圆形轮廓的椭圆长轴的中点的线段所在的直线之间的夹角为30°～45°，所述凸出圆弧面沿所述凹陷圆弧面的圆形轮廓的圆心或椭圆形轮廓的椭圆长轴的中点到所述两个共轴的圆柱面的轴线的垂线方向的投影在所述凹陷圆弧面沿所述垂线方向的投影的内部。

4.如权利要求1所述用于竹复合压力产品的专用修补块，其特征在于，所述凸出圆弧面的椭圆形轮廓的椭圆长轴的长度是短轴长度的1.5倍～3倍。

5.如权利要求1所述用于竹复合压力产品的专用修补块，其特征在于，使用所述修补块得到的修补后竹复合压力产品其压力等级不低于初始竹复合压力产品的压力等级。

6.如权利要求1-5任意一项所述用于竹复合压力产品的专用修补块，其特征在于，使用所述修补块得到的修补后竹复合压力产品其环刚度等级不低于初始竹复合压力产品的环刚度等级。

7.如权利要求1-6任意一项所述用于竹复合压力产品的专用修补块，其特征在于，在所述修补块的凸出圆弧面上还设置有环形结构。

8.利用如权利要求1-7任意一项所述用于竹复合压力产品的专用修补块的破损修补方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，处理待修补的竹复合压力产品的破损部位，形成椭圆形或圆形缺口；接着，选取与该缺口尺寸相匹配的修补块，在所述修补块的侧曲面上涂树脂，然后将所述修补块嵌入到所述竹复合压力产品的缺口内，固化后即完成修补。

9.如权利要求8所述利用用于竹复合压力产品的专用修补块的破损修补方法，其特征在于，所述树脂与制备所述竹复合压力产品时所使用的树脂相同。

10.如权利要求8所述利用用于竹复合压力产品的专用修补块的破损修补方法，其特征在于，所述竹复合压力产品具有两个共轴的圆柱面，所述修补块的凸出圆弧面和凹陷圆弧面分别在这两个共轴的圆柱面上。