NO751035L - - Google Patents

Description

Fleksibel strømpe forster ket med glassfiber-plas tskjelett

Denne oppfinnelse vedrører en bøyelig slange med stor trykkbærende evne, og en fremgangsmåte til fremstilling av en sådan slange.

Uttrykket "slange med stor trykkbærende evne" refere-rer seg til en bøyelig slange utsatt ikke bare for meget høye innvendige trykk, som ofte kan beløpe seg til adskillige hundre atmosfærer, men også samtidig eller særskilt, for utvendige trykk av lignende størrelsesorden.

Hittil har slanger av denne type vært fremstilt på en måte ved hvilken tråder av forskjellige tykkelser, tverrsnitt og materialer, for det meste av et metall, stål eller aluminium, formet som- kontinuerlige spiraler, ble anbragt på et indre bøye-lig, væske- og gass-tett lag betegnet som "hylse". Disse tråder er anordnet på slangen med forskjellige stigninger, deres opp-gave er å oppta de utvendige og innvendige såvel- som de radielle og aksiale kraftvirkninger som slangen utsettes for.

Et stort antall fremgangsmåter for overføring og forming av forsterkningstrådene er kjent. I en utførelsestype opptas de radielle kraftvirkninger ved et element formet som en spiralfjær med stort tverrsnitt og liten stigning (fra 1 til 10°). Tverrsnittet kan være valgt skjønnsmessig skjønt det sekundære moment må være høyt nok til å eliminere faren for innskjæringer eller innpressinger forårsaket ved det utvendige trykk. I denne arrangementtype opptas de aksiale krefter av tråder med en stor (fra 60 til 90°) stigning, av et tverrsnitt som er mindre enn i det foregående tilfelle, oc av4 stor styrke, anbragt nær hverandre i en parallell eller på en krysset måte.

1 I en annen arrangementtype er forsterkningstrådene alle anbragt med samme vinkel, i dette tilfelle deltar enhver forsterkningstråd med opptaket av radielle og aksiale belast- ninger. I tilfelle av høye innvendige trykk er vikllngsvinkelen ved denne arrangementstype omkring 54°.

Den utvendige overflate av slangene er belagt generelt med et bøyelig slitasjemotstandsdyktig lag.

De hittil kjente bøyelige slanger med stor trykkbærende evne har en heller stor vekt pr. løpende meter, f.eks. en slange som kan motstå et overtrykk på 400 atm. og med en diameter på

150 mm veier omkring 50 kp/m. Da disse slanger brukes på mange anvendelsesområder, f.eks, i oljedrift i en vertikal stilling,

er det for å redusere dei-es belastning ved deres egen-vekt ytterst viktig at deres egen vekt er så liten som mulig. Hoved-delen av slangens egenvekt forårsakes ved vekten av forsterkningstrådene.

En av måtene for redusering av slangevekten.er bruken av lettvektsmaterialer, f.eks. plast forsterket eller armert med glassfibre eller grafittfibre (spesielt av polyester eller epoxyharpikser) for fremstillingen av spiralformede forsterkningsinnsatser gjort av metalltråd. Ved bruk av sådanne plastmaterialer kan■der oppnåes strekkfastheter fra 80 til 120 kp/mm<2>og elastisitetsmoduler fra 1500 til 2500 kp/mm 2ved en spesifikk vekt på 1,2 - 1,8 kp/dm<2>'.Disse verdier muliggjør fremstillingen av forsterkningsinnsatser av metall og av metalltrådene, respektivt, av den bøyelige slange med høy trykkbærende evne,

fra plastmaterialer armert med glassfibre. Dette kan utføres forholdsvis lett i tilfeller hvor armerings- eller forsterkningstrådene alene utsettes for trekkrefter. -I tilfelle av et utvendig trykk er det imidlertid nødvendig med konstruksjonselementer med en ytterst stor stivhet og den geometriske form og elasti-sitetsmodul forsterkningstrådene er av avgjørende viktighet. I slangesystemer hvor den radielle kraftvirkninger opptas av en tråd med liten stigning og stort tverrsnitt, er formingen av disse konstruksjonselementer av plast forsterket med glassfibre hindret ved teknologiske- og dimensjoneringsvanskeligheter. På den annen side er det vanskelig å fremstille spiralformer av med glassfibre forsterkede pxastmateriaier, og dessuten er spi-ralformen ikke den beste sett ut fra de oppstående kraftvirkninger fordi ved virkningen av utvendige krefter oppstår der et torsjonsmoment i materialet og ved virkningen av innvendige trykk kommer relativt store deformasjoner til syne.

Oppfinnelsen tilsikter fremstilling av en bøyelig slange med stor trykkbærende evne, hvor de radielle kraftvirkninger opptas av plastelementer forsterket med glassfibrer eller andre fibrer med stor styrke, såsom grafittfibrer, mens de aksiale kraftvirkninger opptas på kjent måte ved metalltråder

eller plasttråder forsterket med glassfibrer anbragt med stor stigning. Et videre formål med oppfinnelsen er å mekanisere i størst mulig grad fremstillingen av slanger ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen er basert på den erkjennelse at lukkede sirkulære ringer kan motstå optimalt ytre og indre radielle kraftvirkninger. Samtidig er det mulig på den letteste måte å

fremstille, av plast forsterket med glassfibre, et produkt med stor styrke som' inneholder store mengder av glassfibrer, ved å

vikle dem til ringformede legemer. Ifølge den forannevnte erkjennelse er det således ikke nødvendig med noen tung, spiral-formet indre forsterkende metallkonstruksjon med liten stigning i slangen. I stedet kan det'anvendes et lett, sirkulært, ringformet viklet plastelement med vilkårlig tverrsnitt, med stort glassfiberinnhold og således med stor styrke, hvilke elementer kan anbringes nær inntil hverandre i slangens indre hylse for å sikre maksimum radiell stivhet og samtidig også slangens bøyelig-het.

Følgelig vedrører oppfinnelsen en nøyelig slange med stor trykkbærende evne som har en fluidumtett indre hylse, hvori på den ytre overflate av nevnte hylse er anordnet avstivende plastringer, forsterket med kontinuerlige fibrer, fortrinnsvis med glassfibrer, ved siden av og/eller over hverandre, hvilke ringer kan oppta de utvendige og innvendige radialkraftvirkninger som slangen utsettes for.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfi-nelsen er et belegg av et annet materiale enn ringmaterialet anordnet ved en eller flere sideflater av avstivningsringene hvilket belegg danner en mekanisk enhet med ringen.

Avstivningsringere.er fortrinnsvis anordnet i ringformede fordypninger formet på'slangens indre hylse, hvilke fordypninger er perpendikulære på slangens lengdeakse.

Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte til fremstilling av slanger som. angitt ovenfor, hvori avstivningsringer av ønsket størrelse og form fremstilles ved vikling av kontinuerlig glassfibrer eller andre forsterkningsfibrer forenet med plast, fortrinnsvis med polyester eller epoxyharpiks, deretter trekkes disse ringer opp på yttersiden av en indre fluidumtett hylse av den bøyelige slange, hvoretter andre nødvendige lag av slangen bygges i den ønskede form på den indre hylse utstyrt med avstivningsringer.

Ifølge en foretrukket utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ferdigbygges overflatene som avgrenser i det minste en side av avstivningsringene, fortrinnsvis ved sprøyte-støping, med en termoplastisk harpiks, deretter overføres en forsterket plast ved hjelp av vikling på de således erholdte ferdigbyggede ringformede elementer, hvilken forsterkede plast herdes på overflaten av elementene og den herdede plast trekkes opp på den indre hylse på ovenfor angitte måte.

En annen foretrukket utførelse består i å forme ringformede fordypninger i den bøyelige slanges indre hylse, fortrinnsvis ved skjæring, stikking, trykkstøping eller sprøytestø-ping, deretter vikle glassfiberforsterket plast inn i de ringformede fordypninger'og derpå herdne denne forsterkede plast.

Ifølge en videre foretrukket utførelse overføres et kontinuerlig, forsterket plastlag ved vikling på slangens indre hylse, hvilket lag herdes på hylsen, derpå skjæres fordypninger i det herdede plastlag, idet enhver beskadigelse av den indre hylse unngåes, hvilke fordypninger skjæres ved avstander svarende til bredden av avstivningsringene.

Oppfinnelsen skal beskrives mere detaljert under hen-visning til tegningen på hvilken fig. 1 er et aksialsnitt av slangen ifølge oppfinnelsen og viser et fordelaktig arrangement av avstivningsringene på den indre fluidumtette hylse, fig. 2 viser noen fordelaktige utførelser av forsterkningsringene, fig. 3 viser avstivningsringer forsterket, eller armert, med glassfibrer anordnet i en form bestående av et materiale som adskil-ler seg fra ringens materie1e, hvilken form omslutter ringen på tre sider og fastholdes på ringen, fig. 4 viser en utførelse i hvilken forsterkningsringene er anbragt i ringformede fordypninger formet i den indre fluidumtette hylse, og fig. 5 viser en metode for skjæring av ringer på en indre hylse utstyrt med et

forsterket plastbelegg.

Ifølge oppfinnelsen går man frem på følgende måte:

Et forsterkende materiale av glassfibrer eller andre fibrer im-pregneres med plast og overføres ved vikling i et ringformet verktøy hvor plasten herdes. Ringene 1 fremstilt på denne måte trekkes deretter med ønsket avstand på den indre hylse 2 av den bøyelige slange. Deretter bygges slangen opp på vanlig måte, dvs. aksiale forsterkningsfibrer og videre elastiske lag påføres i rekkefølge på den indre hylse utstyrt med avstivningsringer.

For å oppnå en adekvat bøyelighet av slangen utstyrt med ringer er det foretrukket å forme ringenes sideflater i en svakt konisk form som vist på fig. 1, i et hvert tilfelle således at slangens bøyning ikke hindres ved ringene.

Avstivningsringene prefabrikert av plast armert eller forsterket med glassfibrer kan ha forskjellige former, hvorav noen er vist på fig. 2. Den enkleste form har rektangulær eller trapesformet tverrsnitt på fig. 2a. En ring med rombeformet

'tverrsnitt er vist på fig. 2b og denne form har den fordel at eventuelt oppstående ujevne radielle deformasjoner utjevnes ved de overlappende ringer. Fig. 2c viser et Z-formet tverrsnitt som har et formål i likhet med det ved utførelsen ifølge fig. 2b. I utførelsen på fig. 2d er den del av ringene som ligger an mot den-indre hylse avrundet for å hindre enhver beskadigelse av den. indre hylse ved ringene når slangen beveges kraftig. Ved formen på fig. 2e trekkes ringene over hverandre i to eller fler rekker for å motstå ekstraordinært høye trykk. I utførelsen på fig. 2f er ringene sideveis avgrenset ved kuléflater som sikrer maksimal bøyelighet av konstruksjonen.

Ringene er anordnet på den indre fluidumtette hylse så tett til hverandre at materialet i den indre hylse ikke kan bli deformert i en skadelig utstrekning ved det innvendige trykk som virker gjennom slissene mellom de enkelte ringer.

En annen hensiktsmessig måte for fremstilling av ringene er følgende: Et element ---gnet til bruk ved forming av ringer prefabrikeres fortrinnsvis ved sprøytestøping. Den glassfiber-forsterkede plast påføres dette element ved vikling og herding i denne stilling. Det formede element danner en mekanisk enhet med ringen, og ringene anbringes deretter på den bøyelige indre hylse. Denne metode har den fordel at på den ene side er ikke noe metallverktøy nødvendig for ringenes fremstilling og for det annet er ringene som ligger an mot hverandre på den bøye-lige slange, mindre utsatt for slitasjevirkning som oppstår ved bevegelse av slangen. De nevnte formede elementer som avgrenser ringene kan hensiktsmessig være gjort av en slitesterk termoplastisk harpiks, f.eks..polyamid.

Ifølge oppfinnelsen kan en slange også fremstilles

ved å fremstille de avstivende plastiske ringer, i stedet for prefabrikasjon, direkte på slangen ved vikling. En av varian-tene av denne metode er å skjære ringformede spor på slangens indre hylse som vist på fig. 4, vikle glassfiberforsterket plast i disse spor og herdne plasten i påviklet tilstand. I dette tilfelle er det hensiktsmessig å hindre dens deformering under viklingen. Sporene kan også være formet ved å forme ribber eller finner av hylsematerialet eller ved trekking, klebing eller sprøytestøping av ribbe- eller finneformede ringer på hylsen.

En annen måte for fremstilling av ringer på den indre hylse er kontinuerlig å vikle ifølge fig. 5 et sammenhengende lag av glassfiberforsterket plast (5 på fig. 5) med liten vik-lingsvinkel (0 til-10°) på den indre hylse 2, herdne dette lag og deretter skjære sirkulært dette herdede lag til ringformer ved hjelp av en skjæreanordning (6 på fig. 5) hensiktsmessig utstyrt med en roterende skiveformet kniv på en slik måte at skivekniven bare skjærer plastbelegget uten å trenge inn i den indre hylse. Den tidligere stive slange av glassfiberforsterket plast belagt på sin indre overflate med en elastisk hylse kan deretter omgjøres til en bøyelig slange.

Den bøyelige slange ifølge oppfinnelsen og dens frem-stillingsmåte er videre illustrert ved hjelp av de følgende ikke begrensende eksempler.

Eksempel 1

Glassforgarn inn juoldende 12000 elementære fibrer trekkes gjennom et bad fremstilt av en blanding av polyesterharpiks av moderat reaktivitet og bensoylperoxydkatalysator.

Det ønskede glassinnhold på 65 % reguleres ved å trekke forgar-net gjennom en kontrollsliss. Ringer med en indre diameter på 100 mm og utvendig diameter på 112 mm fremstilles ved å vikle OPP glassfibrer impregnert på denne måte. Bredden av disse ringer er 6 mm ved den indre diameter og 5,7 mm ved den ytre diameter. Ringene herdes ved varmebehandling, ..deretter anbringes de tett inntil hverandre og trekkes på en slange med 99 mm. utvendig diameter og 3 mm veggtykkelse, ekstrudert av polyamid. Et aksialt forsterkningssystem fremstilt av med glassfibre forsterkede plasttråder, med 4 mm diameter og sirkulært tverrsnitt, bygges opp på kjent måte i slangefabrikasjon, og også et utvendig slitesterkt gummilag påføres som et belegg, likeledes på kjent måte.

Den på denne måte fremstilte slange motstår et indre overtrykk på 800 atm og et ytre overtrykk på 300 atm., og dens vekt er 12 kp pr. løpende meter.

Eks empe1 2

Ringer med 0,5 mm veggtykkelse, bestående av en sy-lindrisk midtdel og to fra denne perpendikulært utragende flen-ser fremstilles ved sprøytestøping av polyamid. De indre di-mensjoner av de ringformede legemer fremstilt på denne måte er: 80 mm innvendig diameter, 5 mm indre bredde og 5 min tykkelse. Glassfibrer impregnert på den i eksempel 1 beskrevne måte er overført ved/Vikling inn i sporene på polyamidringene således at sporene""blir fullstendig fylt. Deretter herdes plastmateria-let ved en temperatur på 80° C på polyamidringen. De på denne måte fremstilte avstivningsringer hvis indre overflate og begge sideflater er belagt med et 0,5 mm tykt lag av polyamid, trekkes

°PP på en måte lik den i eksempel 1 beskrevne måte på en bøyelig hylse med 78,5 mm utvendig diameter og den fullstendige slange bygges videre opp ifølge eksempel 1 eller på vanlig kjent måte.

Eksempel 3

En slange med 200 mm utvendig diameter og 4 mm veggtykkelse ekstruderes av bløt polyvinylklorid. Umiddelbart etter ekstrusjonen av hylsen klebes ringer på 1 mm bredde og .10 mm høyde preparert av bløt polyvinylklorid på hylsens ytre overflate med avstander på 10 mm. Derpå innføres kontinuerlig glassfibrer inneholdende 40 vektprosent epoxyharpiks, ved vikling ( inn i slissene mellom ringene. Deretter blir den glass- fiberforsterkede plast som er viklet rundt hylsen, herdet ved en temperatur på 45° C, og de aksiale forsterkningsfibrer og det utvendige slitasjemotstandsdyktige belegg bygges opp på

den herdede plast på ønsket måte.

Eksempel 4

En slange med .120 mm utvendig diameter og 5 mm veggtykkelse ekstruderes av syntetisk gummi» Etter ekstrusjon overføres et 8 mm tykt sammenhengende lag av glassfiberforsterket plast og anbringes kontinuerlig på slangen med en viklings-vinkel på 9 0°, og i en kontinuerlig operasjon herdes plasten på den syntetiske gummislange. Den påførte plast og glassfiber er den samme som de i eksempel 1 spesifiserte. Den på denne måte fremstilte stive slange føres deretter gjennom en skjæreinnret-ning med en 0,8 mm tykk roterende skive som inneholder diarnant-korn.' Denne skive roteres rundt slangen og skjærer gjennom det plastiske lag forsterket med fiberglass i dets hele tykkelse. Dette sirkulære kutt er utført med 10 mm avstander og der fåes på denne måte ringer på 9 mm bredde hver, ved avstander på 1 mm fra hverandre på den bøyelige indre hylse av syntetisk gummi. Den fullstendige oppbygning av slangen utføres på en kjent måte.

Claims (11)

1. Bøyelig slange med stor trykkbærende evne, med en væsketett bøyelig indre hylse, ved hvilken der på den ytre overflate av den indre hylse er anordnet avstivende plastringer,

   forsterket eller armert med kontinuerlige fibrer, ved siden av og/eller over hverandre, hvilke ringer vil kunne oppta ytre og indre radielle kraftvirkninger som slangen utsettes for.
2. 2. Bøyelig slange ifølge krav 1, karakterisert ved at avstivningsringene er fremstilt av glassfiber-armert plast.
3. 3. Bøyelig slange ifølge krav 1, karakterisert ved et belegg av et materiale, et annet enn materialet i ringene, er anordnet på en eller flere-overflater av avstivningsringene, hvilket belegg danner en mekanisk enhet med ringene .
4. 4. Bøyelig slange ifølge krav 1, karakterisert ved at avstivningsringene er anordnet i ringformede fordypninger formet på slangens indre hylse, hvilke fordypninger er perpendikulære på slangens lengdeakse.
5. 5. Fremgangsmåte til fremstilling av en bøyelig slange med stor trykkbærende evne ifølge' krav 1, omfatte ;e å fremstille avstivende ringer av ønsket størrelse og form ved å vikle kontinuerlig glassfibrer eller andre forsterkningsfibrer forbundet med plast, deretter trekke avstivningsringene på yttersiden av en indre fluidumtett hylse av nevnte 'bøyelige slange, og deretter på kjent måte bygge inn de andre nødvendige lag av slangen på den nevnte indre hylse utstyrt med de avstivende ringer.
6. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den med fibrer forsterkede plast er en del valgt fra gruppen som består av polyesterharpiks og epoxyharpiks.
7. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at overflatene som avgrenser minst én av avstiv-ningsringenes side, er prefabrikert av en termoplastisk harpiks t deretter overføres en forsterket plast ved hjelp av vikling på de således erholdte prefabrikerte ringformede elementer, den nevnte forsterkede plast herdes på overflaten av de prefabrikerte ringformede elementer og den herdede plast trekkes opp på den indre hylse.
8. 8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at overflater avgrensende minst én side av avstivningsringene, er prefabrikert ved sprøytestøping av en termoplastisk herpiks.
9. 9. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at ringformede fordypninger formes i den indre hylse av den bøyelige slange, deretter vikles glassfiberforsterket plast inn i de ringformede fordypninger og deretter herdes den forsterkede plast.
10. 10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at de ringformede fordypninger er formet i den indre hylse ved skjæring, klqbing, trykkforming eller sprøyte-støping.
11. 11. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at et kontinuerlig, forsterket plastlag påføres ved vikling på slangens indre hylse, hvilket lag herdes på hylsen, deretter skjæres fordypninger i det herdede plastlag, hvilke fordypninger' skjæres med mellomrom svarende til bredden av avstivningsringene.