NO329296B1 - En forbindelse mellom et stivt stykke og et komposittmateriale - Google Patents
En forbindelse mellom et stivt stykke og et komposittmateriale Download PDFInfo
- Publication number
- NO329296B1 NO329296B1 NO20062841A NO20062841A NO329296B1 NO 329296 B1 NO329296 B1 NO 329296B1 NO 20062841 A NO20062841 A NO 20062841A NO 20062841 A NO20062841 A NO 20062841A NO 329296 B1 NO329296 B1 NO 329296B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- fins
- fibers
- rigid
- piece
- connection
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 107
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 238000009730 filament winding Methods 0.000 claims description 13
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims 4
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 claims 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000009755 vacuum infusion Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L25/00—Constructive types of pipe joints not provided for in groups F16L13/00 - F16L23/00 ; Details of pipe joints not otherwise provided for, e.g. electrically conducting or insulating means
- F16L25/0072—Joints for pipes of dissimilar materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
- B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/01—Risers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L47/00—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics
- F16L47/20—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics based principally on specific properties of plastics
- F16L47/24—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics based principally on specific properties of plastics for joints between metal and plastics pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)
- Connection Of Plates (AREA)
Abstract
Oppfinnelsen angår et skjøt mellom et stivt legeme (1) og et komposittmateriale (2) hvilket komposittmateriale (2) omfatter fibre (3). Det stive legemet (1) omfatter to eller flere finner. (4a, 4b,...) som rager ut fra en overflate på det stive legemet (1). Finnene (4) omfatter to eller flere overflater (41, 42, 43, 44) i hvilke en eller flere fibre (3) av kompositt materialet (2) er arrangert for å passere gjennom en eller flere traktformede åpninger (45) dannet mellom overflatene (41a, 43a, 41b, 43b,...) av tilstøtende finner (4a, 4b,...), i hvilket et fikserende matrisemateriale (7) er anbrakt rundt nevnte en eller flere fibre (3), i det minste i eller nærme nevnte traktformede åpninger (45). Finnene (4) er innrettet for å utøve motvirkende transversene og aksielle krefter på fibrene (3) og fikseringsmaterialet (7) når skjøten utsettes for krefter.
Description
Problemstilling
Kraftoverføringen mellom et rørlegeme eller rør omfattende kontinuerlige fibre i et fiberforsterket komposittmateriale og et metallisk endestykke er av viktighet i mange anvendelser. Man kan nevne områdene innenfor rørteknologi hvor det finnes et behov for fiberforsterkede komposittstigerør, vindmølleblader eller andre fiberforsterkede komposittstrukturer. Et av hovedproblemene i fiberforsterkning er å avslutte og sikkert feste fibrene som løper fra de fiberforsterkende lagene til et stivt, ofte metallisk endestykke. Dersom innfestingen ikke er adekvat formgitt og fremstilt finnes det en risiko for at fiberbuntene vil gli ut av innfestingen og hele fiberlag delaminere. Hvis dette skjer vil en katastrofal svikt være resultatet. Den foreliggende oppfinnelsen fremviser en ny og oppfinnerisk fremgangsmåte for en slik innfestning.
Bakgrunnsteknikk
Forskjellige løsninger på det ovennevnte problemet har vært foreslått i den kjente teknikk, der de fleste benytter en såkalt trap-lock joint, eller trap-lock metall-komposittovergang (eng: Metal to composite interface) (MCI). Når man bruker en trap-lock MCI er den vanlige produksjonsmetoden filamentvikling. Mange lærebøker på feltet vedrørende komposittmaterialer og teknologi beskriver filamentvikling i detalj. Det er tilstrekkelig her å nevne at filamentvikling er en produksjonsmetode hvori resinimpregnerte fiberbunter (eng: fiber tows) anordnes langs geodeter i spiralformede mønster på toppen av en mandrell eller foring. Etter at filamentviklingsoperasjonen er avsluttet kryssbindes (herdes) resinet. For en såkalt stigerørsseksjon, omfatter mandrellen / foringen den metalliske foringen til hvilken to metalliske endestykker blir buttsveist. Avhengig av de faktiske påkjenningene som forekommer iløpet av operasjonen, bør selve rørlegemeseksjonen omfatte nødvendige mengde fiber i ett eller flere vinklede sjiktlag, i både en nærmest aksiell retning og retning om røret. En trap-lock forbindelse som kjent fra bakgrunnsteknikken er hovedsakelig en eller flere ringfurer hvori en eller flere vinklede lag av forsterkningsmateriale nedbøyes og festes som vist skjematisk i Fig. 1 i den foreliggende søknad. Etter at fiberbuntene er blitt anordnet i furene kan de festes og låses i furene ved vikling av ytterligere fibre tangensialt over nevnte vinklede sjiktlag i furen, og derved låse de vinklede sjiktlagene på plass. Tverrsnittsarealet av de lastbærende vinklede lagene er en av hovedparametrene som bestemmer styrken av låsningen eller overgangen. Den ovenfornevnte metoden kan videreutvikles som foreslått i EP097049 hvori det er beskrevet bruken av flere trap-lock furer. EP097049 foreslår en fremgangsmåte hvor trap-lock furene er av varierende dybde for at lasten skal fordeles likt i hver enkelt fure, og for å unngå at en av furene bærer hele lasten fra fibrene. GB2415727 beskriver en endetilkobling ved en metall-komposittforbindelse med tilhørende pakning for avslutningen av en komposittriser. Trap-lock forbindelsen ligner i stor grad på løsningen som vist i EP097049. Ytterligere løsninger er gitt i WO2004044372 og US6050612 hvori stadig mer avanserte løsninger og forbedringer foreslås.
US20030067167 beskriver en forbindelse for sammenkobling av fiberforsterkede komposittrør omfattende en hanndel og en hunndel anordnet på to endestykker av to rør som skal kobles sammen, karakterisert ved at handelen og hunndelen har en aksial elastisitetsmodul som øker proporsjonalt fra deres frie ender til forbindelsen mellom rørene.
US6676169 beskriver en fremgangsmåte omfattende tilkoblingen av et tilkoblingsstykke, som har minst en fure, til et komposittrørsegment som omfatter flere filamentfibre, vikling avfilamentfibrene over endetilkoblingen, hvorved strekket opprettholdes på filamentfibrene slik at filamentfibrene i det minste spenner over furen.
US5702109 fremviser en ekspanderbar fleksibel høytrykksrøranordning, særlig for forsegling av rør i olje- eller gassfelt, omfattende to endestykker og ett rørelement dannet av et elastomert materiale, omfattende i det minste to lag av strenger, viklet i en heliks om elementets langsgående akse ved en liten vinkel av omtrent 10 grader til 15 grader i forhold til denne aksen, karakterisert ved at hvert lag erflertrådet og omfatter i renningsretningen svært sterke tekstilstrenger.
US5327963 beskriver en tilkoblingsanordning tilpasset for tilkobling av et elastomerisk rørlegeme som har integrerte viklede forsterkningsfibre som en del av en rørsammenstilling. Anordningen omfatter et tilkoblingsorgan, en stamme, og en mekanisme for å holde det elastomere rørlegemet i en forseglende sammenstilling med stammen når denne er tilkoblet dertil. Holdemekanismen opprettholder denne forbindelsen ved å være innfestet mellom løkker av forsterkende fiber for å begrense aksiell bevegelse av de forsterkende fibrene og det elastomeriske rørlegemet i forhold til stammen.
US4755406 beskriver en fremgangsmåte for å danne et komposittmateriale for en rørforbindelse, og en sammenkoblingsanordning omfattende bruken derav.
Det er flere ulemper ved de ovenfornevnte metoder hvori hovedproblemet er at disse systemene er uegnet dersom det finnes store kompresjonskrefter eller aksieltvirkende krefter som virker på fibrene. Dersom en stor kompressiv kraft virker på en trap-lock forbindelse vil fibrene løsne fra sine innfestningspunkter på den lastbærende overflate i furen, og fibrene kan delaminere. Bøyningen av fibrene inn i furene kan også være problematisk ettersom bøyningssonen, når denne er utsatt for store kompressive eller aksielle krefter, kan være en sprekkinitiator for fibrene. Seksjonen på det stive endestykket hvori furene er anordnet kan være passende konstruert slik at fibrenes bøyningsvinkel i furene begrenser fiberbøyningen, imidlertid innebærer dette at denne delen av røret må utvides og begrenser kun bøyspenningene og eliminerer ikke tøyningene. Selv om fibre eller fiberbunter kan ha svært høy toleranse for aksielle krefter er de dermed mindre godt egnet for bøyning.
Kort sammendrag av oppfinnelsen
Den foreliggende oppfinnelsen er en løsning på i det minste noen av de ovenfornevnte problemene og omfatter en forbindelse mellom et stivt endestykke og et komposittmateriale, hvor komposittmaterialet omfatter fibre i et fikserende matrisemateriale, hvori de nye og karakteriserende trekk ved oppfinnelsen omfatter
det stive stykket omfattende to eller flere finner stikkende ut fra en overflate fra det stive stykket,
hvor finnene omfatter to eller flere sideflater hvori ett eller flere fibre av komposittmaterialet er innrettet til å passere gjennom de en eller flere koneformede kanaler dannet mellom sideflater av tilstøtende finner,
hvori det fikserende matrisematerialet er anordnet om de en eller flere fibre i det minste i eller nær de koneformede kanaler,
hvori finnene er innrettet til å utøve motvirkende transversale og aksielle krefter på fibrene og det fikserende materialet når forbindelsen utsettes for aksielle krefter.
Den foreliggende oppfinnelsen vedrører videre en fremgangsmåte for dannelse av en forbindelse mellom et stivt endestykke og et komposittmateriale omfattende fibre i et matrisemateriale, hvori de nye og karakteriserende trekk ved fremgangsmåten er karakterisert ved følgende steg,
dannelse av to eller flere finner på det stive stykket, hvor finnene omfatter to eller flere respektive sideflater,
anordning av en eller flere av fibrene gjennom i det minste en eller flere koneformede kanaler dannet mellom sideflatene av tilstøtende finner,
anordning av matrisematerialet om i det minste en eller flere fibre i det minste i eller nær de koneformede kanaler, og
herding av matrisematerialet for dannelse av en forbindelse mellom det stive stykket og komposittmaterialet, hvor forbindelse er innrettet for å utøve motvirkende transversale og aksielle krefter på fibrene når matrisematerielt utsettes for aksielle krefter.
Oppfinnelsen omfatter videre et stivt endestykke for dannelse av forbindelsen mellom et komposittmateriale omfattende fibre, hvori de nye og karakteriserende trekk ved oppfinnelsen omfatter
det stive stykket omfattende to eller flere finner som stikker ut ifra en overflate på det stive stykket, hvor finnene omfatter to eller flere sideflater,
en eller flere koneformede kanaler dannet mellom to eller flere finner av tilstøtende finner hvorimellom en eller flere av fibrene i komposittmaterialet skal løpe,
hvori finnene er innrettet til å utøve motvirkende transversale og aksielle krefter på fibrene og det fikserende materialet når forbindelsen utsettes for krefter.
Ytterligere fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er gitt i de heri vedføyde uselvstendige krav.
Figuroverskrifter
De vedføyde figurer er kun tiltenkt i illustrasjonsøyemed, og skal ingenlunde kunne tolkes på noen måte begrensende for oppfinnelsen som kun skal være begrenset av de vedføyde krav. Fig. 1 illustrerer skjematisk bakgrunnsteknikken hvori er vist et system for innfestning av et komposittmateriale omfattende fibre til et stivt endestykke. Fiberbunter med vinklede lag (eng: angle ply) orientering anordnes i såkalte trap-locks og festes på plass ved hjelp av tangentialviklinger (eng: hoop windings). Hovedandelen av kreftene som virker på fiberbuntene stammer fra de lastbærende overflater av furene i de nevnte trap-locks. Fig. 2 illustrerer skjematisk viklingsarrangementet i henhold til oppfinnelsen. Et flertall finner (4) omfattende sideflater (41,42, 43,44) anordnes på et stivt endestykke (1). Fig. 3 viser et isometrisk perspektivriss av en utførelse ifølge oppfinnelsen, hvori det stive endestykket (1) er dannet som et rør, og hvori kan sees finnene (4) og de tunnelformede kanalene (45) mellom finnene (4). Fig. 4 korresponderer hovedsakelig med Fig. 3 og viser et isometrisk perspektivriss av en utførelse ifølge oppfinnelsen, men hvori det også kan sees en krave (5) omfattende utstikkende kravestaver (51) anordnet på den ene enden av det stive stykket (1). Fig. 5 viser et tverrsnitt av et stivt endestykke (1) ifølge oppfinnelsen hvori er vist finnene (4) anordnet på en utbuling (8) dannet på det stive endestykket (1). Fig. 6 viser hovedsakelig det samme risset som i Fig. 5 men hvori en annulær (6) er anordnet i det minste delvis omsluttende finnene (4). Som i Fig. 5 er finnene (4) anordnet på utbulingen (8) dannet på det stive endestykket (1). Fig. 7 viser et isometrisk perspektivriss av en utførelse av oppfinnelsen, hvori kan sees finnene (4) på det stive endestykket (1) omsluttet av annulæren (6). Fig. 8 viser et skjematisk bilde av en alternativ utførelse av oppfinnelsen, hvori er anordnet flere rader med finner (4) anordnet på det stive endestykket (1) og hvori er vist kraven (5) omfattende de utstikkende kravestavene (51).
Foretrukne utførelser av oppfinnelsen
Med henvisning til figurene beskriver den foreliggende oppfinnelsen en forbindelse mellom et stivt endestykke (1) og et komposittmateriale (2), hvor komposittmaterialet (2) omfatter fiber (3). Det stive endestykket (1) omfatter to eller flere finner (4a, 4b,...) som stikker ut fra en overflate på det stive stykket (1) og hvor finnene omfatter to eller flere sideflater (41, 42, 43,44). En eller flere fiber (3) fra komposittmaterialet (2) er innrettet til å løpe gjennom en eller flere koneformede kanaler (45) dannet mellom sideflatene (41a, 43a, 41b, 43b) til tilstøtende finner (4a, 4b,...), og et fikserende matrisemateriale (7) er anordnet om de en eller flere fibrene (3), i det minste i eller nær de koneformede kanaler (45). Det fikserende materialet (7) kan fortrinnsvis være et herdbart materiale som epoksyresin eller en annen egnet form for matrisemateriale. Finnene (4) er dermed innrettet til å utøve motvirkende transversale og aksielle krefter på fibrene (3) og det fikserende matrisematerialet (7) når forbindelsen utsettes for krefter. Ettersom fibrene eller fiberbuntene (3) er istand til å motstå store aksielle belastninger, er denne utførelsen betraktelig mer stabil enn utførelsene beskrevet i den kjente teknikk. Ettersom fibrene eller fiberbuntene (3) ikke bøyes ned i furer som vist i bakgrunnsteknikken utføres ingen bøyning som kan initiere sprekkdannelse. Selv om fibre eller fiberbunter (3) gjerne kan ha høy toleranse for aksielle belastninger, er de som beskrevet ofte mindre godt tilpasset for bøyning.
Tverrsnittsoverflaten til de lastbærende vinklede fiberlagene lagene er en av hovedparametrene som bestemmer styrken i låsen eller overgangen i trap-lock forbindelser som beskrevet i den kjente teknikk. Den foreliggende oppfinnelsen tillater en langt sterkere kobling ettersom det ikke finnes noen slik begrensende faktor i forbindelsen, og den styrkebestemmende faktor for forbindelsen kun er begrenset av den mengde av, og styrke til fibrene samt skjærmotstanden mellom de lastbærende finnene(4a, 4b ,...) og utbulingen (8) fra hvilke disse stikker ut.
I en særlig foretrukket utførelse ifølge oppfinnelsen er det stive endestykket (1) et rørformet hullegeme og forbindelsen vil dermed være en forbindelse mellom et komposittmateriale (2) som også er rørformet. Denne utførelsen tillater dannelsen av en forbindelse mellom en rørseksjon omfattende et komposittmateriale (2) og et stivt endestykke (1) formet som et rør. Når man kobler samen rørseksjoner for dannelse av for eksempel et stigerør til bruk i petroleumsleting og produksjon, er det nødvendig å benytte metalliske tilkoblinger, og når det benyttes komposittmaterialer (2) enten for forsterkning av rørene, eller i situasjoner hvor rørene hovedsakelig omfatter komposittmaterialer, er det behov for robuste forbindelser mellom endestykkene (1) og komposittmaterialene (2).
Ytterligere anvendelser av oppfinnelsen kan også omfatte å feste komposittmaterialer (2) omfattet i vingebladseksjonene i vindmøller til det metalliske stive endestykket (1) ved roten av bladet. De aksielle kreftene som utøves på slike blader kan være svært store og dette nødvendiggjør en svært sterk forbindelse mellom komposittbladmaterialet og det stive endestykket (1). Andre anvendelser kan være strekkstag, stag, beholdere og andre komponenter hvor det er nødvendig med en forbindelse mellom et stivt endestykke (1) og et komposittmateriale (2) slik det vil være åpenbart for en fagmann på feltet.
I en utførelse ifølge oppfinnelsen kan finnene (4) ha en rombeformet eller halvromboid geometrisk form som vist i Fig. 3 og Fig. 4. Geometrien til endestykket (1) og de halvrombeformede finnene (4) er tilpasset til filamentvikling av fibrene (3) i komposittmaterialet (2). Komposittmaterialer (2) blir gjerne filamentviklet i et ± 6 heliks vinkelmønster om stykkene som skal forsterkes. Heliksviklevinkelen 6 bør gis en mindre verdi enn den halve vinkelen til den ytterste ende av de halvromboide finnene (4) for at fibrene (3) ikke skal være i kontakt med endene av de romboide finnene (4). Kontakt mellom endene av finnene (4) og fibrene (3) bør unngås for å være sikker på at fibrene (3) ikke brytes av finnene(4) når fibrene (3) utsettes for krefter som forårsaker at disse flyttes i forhold til finnene (4).
Det er også mulig å benytte et fiberplasseringsmønster som, i tillegg til ±6 heliksvinklene benytter en fiberorientering i den aksielle retningen. Ett slikt viklemønster kan omfatte et fiberlag med + 6 heliksvinkel, et lag med 0 vinkel, og et lag med -6 heliksvinkel. Deretter kan en eller flere tangentialviklinger bli lagt til. Den faktiske kombinasjon av viklevinkler og den relative mengden av fiber (3) i hver retning avhenger av lastsituasjonen, det vil si det interne trykket i forhold til aksiell last i røret.
For å gjøre det lettere å vikle fibrene (3) kan en krave (5) omfattende flere langstrakte utstikkende kravestaver (51) være anordnet nær en ytre ende av det stive endestykket (1), hvor hver fiber (3) eller fiberbunt føres rundt en eller flere av stavene (51) og tilbake mellom finner (4). Denne prosessen kan utføres så mange ganger som ønsket eller tillatt av lengden til hver fiber (3) eller fiberbunt. Etter at filamentviklingsskjemaet er fullført kappes fibrene (3) fra kraven (5) og kraven (5) fjernes. Fig. 4 viser et endestykke ifølge oppfinnelsen med kraven (5) på plass.
I en ytterligere foretrukket utførelse av oppfinnelsen blir en annulær (6) med en svakt konisk indre form aksiellt presset over toppen avfinnene (4) når filamentviklingsskjemaet er fullført, som vist i Fig. 5. For å oppnå en tomromfri tilkobling mellom komposittet (2) og metalldelen gjøres en vakuuminfusjonsoperasjon. Endesammenstillingen innhylles med en forformet elastisk hylse som dekker begge sidene av de flate sidene til annulæren (6), har typisk en utstrekning på 100mm til hver side, og danner dermed en tilstrekkelig god vakuumtett forsegling. Et vakuum påføres og et fikserende materiale (7), helst med samme sammensetning som den benyttet i filamentviklingsprosessen mates inn i annulæren (6) og fyller derved denne helt. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen kan den elastomere kraven være gjennomsiktig for at fyllingsprosessen skal kunne overvåkes. Annulæren (6) gir en ytterligere forsterkning av forbindelsen.
Finnene (4) kan i en fordelaktig utførelse ifølge oppfinnelsen være anordnet på en utbuling (8) på det stive stykket (1), hvor bulen særlig foretrukket kan være bulbformet. Når annulæren (6) anordnes på toppen av finnene (4) som vist i Fig. 5, vil bulen gi en ytterligere innsnevring i fibrenes (3) og det fikserende materialets (7) radielle retning. Denne innsnevringen i radiell retning vil gi ytterligere motstandskraft mot krefter på forbindelsen i den langsgående retning og gjøre overgangen sterkere.
Forbindelsen som derved er dannet mellom komposittet (2) og det stive endestykket (1) kan nå anses å danne en konisk toveis kilelås. Når denne utsettes for aksialspenning vil fibrene (3) trekkes aksiellt og idet de forflyttes i forhold til finnene (4), vil fibrene (3) klemmes i den transversale retning, og det transversale trykket øke slik som staver med ensrettede fibre (3) i et konisk innstøpt sete. I forhold til kompresjon vil den andre enden av kilelåsen fungere på samme måte og dermed sikre at forbindelsen opprettholdes selv ved sammentrykning av forbindelsen. Selv om kompresjon av for eksempel rør er ganske uvanlig kan dette forekomme når for eksempel et borefartøy og stigerøret er utilstrekkelig hivkompensert. Imidlertid, for andre anvendelser slik som vindturbinblader er det trykkbelastninger ved bladets bakre ende.
I en egen foretrukket utførelse av oppfinnelsen er flere finner (4) suksessivt anordnet slik at fibrene (3) løper igjennom to eller flere kanaler mellom fire eller flere suksessive finner (4) langsgående anordnet på det stive endestykket (1), se Fig. 8. Dette arrangementet muliggjør ytterligere festing av fibrene (3) ettersom fibrene sammentrykkes gjennom et flertall koneformede kanaler (45) i fibrenes (3) langsgående retning. Som det vil være klart for en fagmann på området kan annulæren (6) anordnes over enkelte eller flere av de suksessive finnene (4) slik at forsterkningen av forbindelsen er kontinuerlig i forbindelsens aksielle retning.
I en ytterligere foretrukket utførelse av oppfinnelsen kan endestykket (1) være sveiset eller på annen måte festet til et forformet rør som skal forsterkes av et komposittmateriale ved hjelp av et filamentviklingsskjema. Røret kan være tiltenkt i bruk i for eksempel petroleumsleting eller utvinning.
Endestykkegeometrien ifølge oppfinnelsen kan være produsert ved bruk av numerisk styrte fresemaskiner eller kuttere, eller ved andre egnede metoder slik som vil være åpenbart for en fagmann på området.
I en ytterligere fordelaktig utførelse av oppfinnelsen, kan et egnet slippmiddel være påført det stive stykket (1) før filamentviklingen. Slippmiddel påføres for å unngå spenningskonsentrasjoner i fiber- eller i fiberbuntarrangementet (3) og dermed redusere potensialet for fiber (3) brudd. Slippmiddelet kan omfatte ethvert egnet slippmiddelmateriale slik som vil være innlysende for en fagmann på området.
I en ytterligere fordelaktig utførelse av oppfinnelsen, kan en tynn film omfattende et elastomert materiale legges på det stive stykket (1) før filamentviklingen. Hensikten med å
anordne denne tynne elastomere filmen er, som for påføringen av slippmiddelet, å redusere spenningskonsentrasjoner i fiber- eller fiberbuntarrangementet (3) etter filamentviklingen, og derved å redusere potensialet for fiberbrudd. Den tynne elastomere filmen vil deformeres av potensielle skjærkrefter som virker mellom fibrene (3) med det fikserende materiale og det
stive endestykket (1). Ethvert egnet elastomert materiale kan benyttes slik som Nitrilgummi (NBR) eller hydrogenert nitrilgummi (HNBR) eller ethvert annet egnet elastomer.
I en ytterligere fordelaktig utførelse av oppfinnelsen kan de to metoder over kombineres hvori først en tynn film av et egnet elastomer anordnes på det stive endestykket (1), og deretter anordnes slippmiddelet på den tynne elastomere filmen for økt reduksjon av potensielle spenninger i fiber (3) arrangementet.
Claims (23)
1. En forbindelse mellom et stivt stykke (1) og et komposittmateriale (2), hvor komposittmaterialet (2) omfatter fibre (3) i et fikserende matrisemateriale (7), karakterisert ved at
det stive stykket (1) omfatter to eller flere finner (4a, 4b,...) stikkende ut fra en overflate fra det stive stykket (1),
hvor finnene (4a, 4b,...) omfatter to eller flere sideflater (41,42,43,44) hvori ett eller flere fibre (3) av komposittmaterialet (2) er innrettet til å passere gjennom de en eller flere koneformede kanaler (45) dannet mellom sideflater (41a, 43a, 41b, 43b,...) av tilstøtende finner (4a, 4b,...),
hvori det fikserende matrisematerialet (7) er anordnet om de en eller flere fibre (3) i det minste i eller nær de koneformede kanaler (45),
hvori finnene (4) er innrettet til å utøve motvirkende transversale og aksielle krefter på fibrene (3) og det fikserende materialet (7) når forbindelsen utsettes for aksielle krefter.
2. Forbindelsen i henhold til krav 1 hvori komposittmaterialet (2) og det stive stykket (1) danner deler av et rør.
3. Forbindelsen i henhold til krav 2, hvori en annulær (6) er innrettet til å omslutte et ønsket område om finnene (4), fibrene (3) og det fikserende materialet (7) for å forsegle komposittmaterialet (2) mellom finnene (4).
4. Forbindelsen i henhold til krav 1 hvori finnene (4) har en rombe- eller halvrombeformet geometrisk form.
5. Forbindelsen i henhold til krav 1 hvori finnene (4) er innrettet på en utbuling (8) på det stive stykket (1).
6. Forbindelsen i henhold til krav 5 hvori utbulingen (8) er bulbformet.
7. Forbindelsen i henhold til krav 1 hvori et flertall finner (4) er suksessivt anordnet slik at fibrene (3) løper gjennom to eller flere kanaler mellom fire eller flere suksessive finner (4) langsgående anordnet på det stive endestykket (1).
8. En fremgangsmåte for dannelse av en forbindelse mellom et stivt stykke (1) og et komposittmateriale (2) omfattende fibre (3) i et matrisemateriale (7),
karakterisert ved følgende steg
dannelse av to eller flere finner (4a, 4b,...) på det stive stykket (1), hvor finnene (4a, 4b,...) omfatter to eller flere respektive sideflater (41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b), anordning av en eller flere av fibrene (3) gjennom i det minste en eller flere koneformede kanaler (45) dannet mellom sideflatene (41a, 43a, 41b, 43b,...) av tilstøtende finner(4a, 4b,...),
anordning av matrisematerialet (7) om i det minste en eller flere fibre (3) i det minste i eller nær de koneformede kanaler (45), og
herding av matrisematerialet (7) for dannelse av en forbindelse mellom det stive stykket (1) og komposittmaterialet (2),
hvor forbindelse er innrettet for å utøve motvirkende transversale og aksielle krefter på fibrene (3) når matrisematerielt (7) utsettes for aksielle krefter.
9. Fremgangsmåten i henhold til krav 8, hvori det stive stykket (1) er dannet som et endestykket til et rør.
10. Fremgangsmåten i henhold til krav 9 hvori en ringhylse (6) er anordnet overdekkende et område om finnene(4) for forsegling av fibrene (3) og matrisematerialet (7) og festing av hylsen (6) på plass.
11. Fremgangsmåten i henhold til krav 8 hvori et flertall finner (4) er slik at fibrene (3) løper gjennom to eller flere kanaler mellom fire eller flere suksessivt anordnet finner (4) i endestykkets lengderetning.
12. Fremgangsmåten ifølge krav 9, hvori fibrene 3 vikles om utstikkende kravestaver (51) på en krave (5) anordnet nærmere den ene enden av det stive endestykket (1), og hvori fibrene (3) vendes eller vikles om de utstikkende kravestavene (51) før anordning av det fikserende materialet (7).
13. Fremgangsmåten ifølge krav 8, hvori endestykket (1) kan sveises eller på annen måte festes til et forformet rør hvorved det sammenfestede endestykket (1) og det forformede røret er forsterket av komposittmaterialet omfattende fiber (3) ved hjelp av et filamentviklings skjema.
14. Fremgangsmåten ifølge krav 8 hvori en overflatebehandling av det stive endestykket (1) utføres ved et slippmiddel før anordningen av en eller flere av fibrene (3) gjennom i det minste en eller flere koneformede kanaler (45) dannet mellom sideflatene (41a, 43a, 41b, 43b,...) til tilstøtende finner(4a, 4b,...).
15. Fremgangsmåten ifølge krav 8 hvori en overflatebehandling av det stive endestykket (1) utføres ved en tynn film omfattende et elastomer før anordningen av en eller flere av fibrene gjennom i det minste en eller flere koneformede kanaler (45) dannet mellom sideflatene (41a, 43a, 41b, 43b,...) til tilstøtende finner (4a, 4b,...).
16. Fremgangsmåten ifølge krav 8 hvori en overflatebehandling av det stive endestykket (1) utføres ved en tynn film omfattende et elastomer før en etterfølgende overflatebehandling av det stive endestykket (1) gjøres ved et slippmiddel, før anordningen av en eller flere av fibrene gjennom i det minste en eller flere av de koneformede kanaler (45) dannet mellom sideflatene (41a, 43a, 41b, 43b,...) til tilstøtende finner (4a, 4b,...).
17. Et stivt endestykke (1) for å danne en forbindelse mellom et komposittmateriale (2) omfattende fibre (3),
karkterisert ved
det stive stykket omfatter to eller flere finner (4a, 4b,...) som stikker ut ifra en overflate på det stive stykket (1), hvor finnene (4a, 4b,...) omfattende to eller flere sideflater (41, 42, 43, 44),
en eller flere koneformede kanaler (45) dannet mellom to eller flere sideflater (41a, 43a, 41 b, 43b,...) av tilstøtende finner (4a, 4b,...) hvorimellom en eller flere av fibrene (3) i komposittmaterialet (2) skal løpe,
hvori finnene(4) er innrettet til å utøve motvirkende transversale og aksielle krefter på fibrene (3) og det fikserende materialet (7) når forbindelsen utsettes for krefter.
18. Det stive stykket i henhold til krav 17, hvori det stive stykket (1) er rørformet.
19. Det stive stykket i henhold til krav 17, hvori det stive stykket (1) er innrettet til å sveises eller på annen måte festes til en rørseksjon, hvori rørseksjonen er innerettet for å forsterkes av det fiber-(3) omfattende komposittmaterialet (2).
20. Det stive stykket i henhold til krav 17, hvori finnene (4) har en rombe- eller halvromboid geometrisk form.
21. Det stive stykket i henhold til krav 17 hvori finnere (4) er anordnet på en bul (8) på det stive stykket (1).
22. Det stive stykket i henhold til krav 21, hvori bulen (8) er bulbformet.
23. Det stive stykket i henhold tilkrav 17 hvori et flertall finner (4) er suksessivt anordnet slik at fibrene (3) løper mellom to eller flere kanaler mellom fire eller flere suksessive finner (4) langsgående anordnet på det stive stykket (1).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20062841A NO329296B1 (no) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | En forbindelse mellom et stivt stykke og et komposittmateriale |
| BRPI0713744-3A BRPI0713744A2 (pt) | 2006-06-16 | 2007-06-15 | interface entre uma peça rìgida e um material compósito, método para a formação de uma interfase entre uma peça rìgida e um material compósito, e, peça rìgida |
| PCT/NO2007/000212 WO2007145533A1 (en) | 2006-06-16 | 2007-06-15 | An interface between a stiff piece and a composite material, a method for the formation of such an interface and a stiff piece therefore |
| US12/308,454 US8056935B2 (en) | 2006-06-16 | 2007-06-15 | Interface between a stiff piece and a composite material, a method for the formation of such an interface and a stiff piece therefore |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20062841A NO329296B1 (no) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | En forbindelse mellom et stivt stykke og et komposittmateriale |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20062841L NO20062841L (no) | 2007-12-17 |
| NO329296B1 true NO329296B1 (no) | 2010-09-27 |
Family
ID=38831965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20062841A NO329296B1 (no) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | En forbindelse mellom et stivt stykke og et komposittmateriale |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8056935B2 (no) |
| BR (1) | BRPI0713744A2 (no) |
| NO (1) | NO329296B1 (no) |
| WO (1) | WO2007145533A1 (no) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2473007B (en) * | 2009-08-26 | 2012-11-21 | Messier Dowty Ltd | Apparatus comprising an end fitting connected to a body |
| EP2431566B1 (de) * | 2010-09-15 | 2013-07-10 | TPR Fiberdur GmbH & Co. KG | Verfahren zum Herstellen eines Bohrrohrs, Adapter für ein Bohrrohr und Bohrrohr |
| DE102011105715A1 (de) * | 2011-06-23 | 2012-12-27 | De-Sta-Co Europe Gmbh | Verbindungsanordnung |
| US20220356766A1 (en) * | 2021-05-07 | 2022-11-10 | Mitchell Z. Dziekonski | Vibration damping subsea tubular system |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1847218A (en) * | 1932-03-01 | Assembly | ||
| US2277397A (en) * | 1940-01-15 | 1942-03-24 | Walter G L Smith | Hose and hose connector construction |
| US2915323A (en) * | 1959-02-03 | 1959-12-01 | Cullen | End coupling for hose |
| US3508768A (en) * | 1968-09-11 | 1970-04-28 | Carolina Rubber Hose Co | Flexible hose coupling assembly and method of manufacture therefor |
| US3799587A (en) * | 1969-04-03 | 1974-03-26 | Inst Francais Du Petrole | Couplings of reduced size and capable of transmitting high mechanical stresses between an armoured flexible member and a rigid element |
| GB1584151A (en) * | 1976-04-15 | 1981-02-04 | Vredestein Nv | Highpressure filament reinforced hose having integral filament-bound couplings and method of making same |
| US4234019A (en) * | 1979-01-12 | 1980-11-18 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Lug bead hose |
| US5160392A (en) | 1991-08-06 | 1992-11-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method for joining tubular filament wound composites to other bodies |
| US5327963A (en) * | 1991-10-30 | 1994-07-12 | The Gates Rubber Company | Tubular coupling device |
| FR2706575B1 (fr) | 1993-06-17 | 1995-09-01 | Hutchinson | Dispositif de flexible haute pression dilatable. |
| US6050612A (en) * | 1997-09-30 | 2000-04-18 | Spyrotech Corporation | Composite assembly having improved load transmission between a flexible tubular pipe section and a rigid end fitting via respective annular coupling grooves |
| AU5522700A (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-13 | Nkt Flexibles I/S | A method of securing reinforcement wires to an end termination of a pipeline or a cable, an end termination, and uses of the method and the end termination |
| US6676169B1 (en) * | 1999-09-22 | 2004-01-13 | Hydril Company L.P. | Connection for composite tubing |
| US7239324B2 (en) * | 2001-03-23 | 2007-07-03 | Microsoft Corporation | Methods and systems for merging graphics for display on a computing device |
| US20030067167A1 (en) * | 2001-10-10 | 2003-04-10 | Iniziative Industriali S.P.A. | Joint for the connection of fiber-reinforced composite pipes and process for the realisation thereof |
| US6863279B2 (en) * | 2001-12-05 | 2005-03-08 | Conoco Investments Norge Ad | Redundant seal design for composite risers with metal liners |
| EP1579141B1 (en) * | 2002-11-29 | 2011-08-17 | NKT Flexibles I/S | A flexible pipe connected to an end fitting |
-
2006
- 2006-06-16 NO NO20062841A patent/NO329296B1/no not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-06-15 BR BRPI0713744-3A patent/BRPI0713744A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-06-15 US US12/308,454 patent/US8056935B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-15 WO PCT/NO2007/000212 patent/WO2007145533A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8056935B2 (en) | 2011-11-15 |
| WO2007145533A1 (en) | 2007-12-21 |
| US20100059992A1 (en) | 2010-03-11 |
| BRPI0713744A2 (pt) | 2012-11-06 |
| NO20062841L (no) | 2007-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3193029B1 (en) | Composite tubular structure | |
| DK179648B1 (en) | Connection end fitting of a flexible pipe with anchoring of the reinforcing cables by fixed wedge | |
| US5281454A (en) | Closed composite sections with bonded scarf joints | |
| RU2541032C2 (ru) | Способ изготовления композитной соединительной тяги и соединительная тяга, изготавливаемая таким способом | |
| KR101648236B1 (ko) | 고압용 강화 고무 호스를 위한 개선된 연결구 | |
| US10451206B2 (en) | Connection end-piece of a flexible pipe for transporting fluid and associated method | |
| US5233737A (en) | Filament wound threaded tube connection | |
| US3989280A (en) | Pipe joint | |
| US7338090B2 (en) | High pressure reinforced rubber hose swage or crimped coupling and method of attachment | |
| US9056431B2 (en) | Apparatus comprising an end fitting connected to a body | |
| JP5206599B2 (ja) | 樹脂成形体である被締結部材に形成された締結用の貫通孔に配置される繊維強化複合材である補強部材及び貫通孔に補強部材が配置された被締結部材の締結構造 | |
| EP3381665B1 (en) | Composite structural component with captive mechanical joint | |
| NO329230B1 (no) | Lasesporsystem mellom rorende og rorkobling | |
| NO337109B1 (no) | Fleksibelt rør med en permeabel ytre hylse og en fremgangsmåte for fremstilling av dette | |
| NO329296B1 (no) | En forbindelse mellom et stivt stykke og et komposittmateriale | |
| US20070157443A1 (en) | Method of attachment for a high pressure reinforced rubber hose coupling | |
| CZ20032441A3 (cs) | Prvek se závitem pro trubicový spoj se závitem odolným proti únavě | |
| EP3473874B1 (en) | Splined end fittings | |
| US11815133B2 (en) | Composite shaft | |
| NO335695B1 (no) | Komposittrørsammenstilling og fremgangsmåte for å fremstille en komposittrørsammenstilling | |
| HU229328B1 (hu) | Csatlakozóperemmel ellátott flexibilis tömlõ és eljárás ilyen tömlõ elõállítására | |
| WO2013146692A1 (ja) | パイプおよびパイプの製造方法 | |
| US9829125B2 (en) | Flexible high-pressure pipe structure | |
| US11519454B2 (en) | Hybrid metallic/composite tube design to transfer bending, axial, and flexural shear | |
| CN211008644U (zh) | 一种岩石劈裂机的劈裂棒 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: FLUGES PATENT AS, POSTBOKS 27, 1629 GAMLE FREDRIKS |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |