NO763384L - - Google Patents

Description

Rørformet legeme av fiberarmert plastmateriale og fremgangsmåte for fremstilling av samme

Denne oppfinnelse vedrører rørformede gjenstander av plast som er forsterket med fibre og spesielt, men ikke utelukken-de til bruk i fralands stigerør.

Et stigerør til fralandsbruk er en rørlengde benyttet ved fralandsboreoperasjoner som en beholder som omgir borestren-gen. Stigerøret inneholder et blanding av væsker som benyttes, særlig boreslam,råolje og sjøvann, og er utsatt for innertrykk, korrosjon og erosjon fra nevnte materialer. Stigerøret er ved sin øvre ende forbundet med et borefartøy, og ved sin nedre ende med brønnhodet. Når skipet beveger seg i forhold til brønnhodet, utsettes stigerøret for strekkspenninger og trykkspenninger og og-så for bøyning.

Et ytterligere problem oppstår når hullet som skal bores ligger på dypt vann. I sådanne tilfelle blir massen av stigerø-ret ganske betydelig. Konvensjonelle stigerør av stål må forsy-nes med ytterligere flytemidler når de benyttes ved dyptvannsbo-ring.

Denne oppfinnelse gjør det mulig å fremstille fiberarmerte plastrør som er bestemt for å møte de strenge krav som man må regne med ved boring av oljebrønner på dypt vann, skjønt oppfinnelsen ikke er begrenset til anvendelsen i denne teknologi.

Ifølge et trekk ved oppfinnelsen er det tilveiebragt en rørformet gjenstand av fiberarmerte plastmaterialer, hvor fibrene tilveiebringer både den langsgående og den periferiske forsterkning og omfatter i det minste to fibertyper hhv. med forholdsvis lav og forholdsvis høy modul, og hvor i det minste noen og fortrinnsvis alle fibre med forholdsvis høy modul tilveiebringer den periferiske armering.

Fortrinnsvis finnes det et periferisk område som strek-ker seg kontinuerlig over i det minste en vesentlig del, vanlig vis i det minste over den største del av gjenstandens aksiale lengde og fortrinnsvis over dens hele lengde, hvilket område inneholder fibre med forholdsvis stor modul og som tilveiebringer om-kretsforsterkningen.

I denne beskrivelse menes med "omkretsområde" eller "periferisk område" ikke bare et rørs ytre periferiske område, men et hvilket som helst område som omgir røraksen. Således kan et periferisk område omfatte indre og ytre periferi av røret eller kan ligge i sin helhet innenfor rørets tykkelse. Hverken røret eller rørets periferiske område er begrenset til et sirkulært tverrsnitt, og ordet "radial" som benyttes her, antyder bare en retning mot eller fra rørets akse.

I de tilfelle hvor gjenstanden skal utsettes for strekkbelastninger under bruk, kan ringforsterkningsfibre med stor modul anordnes radialt innenfor fibrene som armerer i lengderetningen. Hvis gjenstanden skal utsettes for trykkbelastninger kan ringforsterkningsfibre med stor modul anordnes radialt utenfor lengdeforsterkningsfibrene. Hvis det må regnes med begge typer belastninger, kan ringforsterkningsfibre med forholdsvis stor modul vasE anordnet både innenfor og utenfor lengdearmeringene.

Lengdearmeringene kan være tilveiebragt ved hjelp av skrueformet viklede fibre. Ringarmeringene kan også være skrueformede, men med en forholdsvis stor vinkel i forhold til gjenstandens akse.

Fibre med forholdsvis liten modul kan være glassfibre og fibre med forholdsvis stor modul kan være karbonfibre. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til bruken av disse spesielle fibre.

Når fibre med stor modul er anordnet radialt innenfor lengdearmeringsfibrene, kan det være ytterligere ringarmeringsfibre med forholdsvis liten modul anordnet radialt innenfor ringarmeringene med forholdsvis stor modul. Hvis ringarmeringsfibrene med forholdsvis stor modul er anordnet radialt utenfor lengdearmeringsfibrene, kan ytterligere ringarmeringer med forholdvis liten modul være anordnet radialt utenfor ringarmeringene med forholdsvis stor modul.

Den sammensattte gjenstand kan omfatte opp til 25 volum% fibre med forholdsvis stor modul. Den foretrukne andelsmengde er 10 til 20 volumprosent.

Den sammensatte gjenstand kan inneholde den minimale plastmengde som kreves for en ønsket porøsitet. Det forventes at mer enn 25 volum% harpiks vil trenges for å unngå dannelse av hul-rom. Hvis mengden overskrider 45 volum%, vil harpiksen antagelig bare bidra til ekstra vekt. Fortrinnsvis ligger harpiksandelen i området 30 til 40 volum%.

I samsvar med et annet trekk ved oppfinnelsen er det tilveiebragt et rørformet legeme av fiberarmert plastmateriale, hvor fibrene som danner lengdearmeringen og ringarmeringen omfattende lengdearmeringen i det minste i to periferiske områder som er skilt fra hverandre ved et mellomliggende område med ringarmering. Den sistnevnte armering i det mellomliggende område kan ha størie modul enn lengdearmeringsfibrene. Et antall lengdearmerings-områder med mellomliggende skilleområder kan være laminataktig plassert mellom områdene for ringforsterkningen som kan omfatte fibre med forholdsvis stor modul i samsvar med de første trekk iføl-ge oppfinnelsen. Det kan finnes tre eller fire områder med leng-deforsterkninger som er skilt fra hverandre ved områder med ringforsterkning.

Gjenstanden kan ha et lag av væskeugjennomtrengelig materiale innved sin indre flate. Dette lag kan være et lag av fiberarmert plastmateriale som er modifisert for økning av motstanden mot væskegjennomtrengning eller det kan omfatte et lag av en gummielastomer, såsom etylenpropylenterpolymer.

Den rørformede gjenstand kan være innrettet til å forbindes med en separat koblingsinnretning for sammenkobling med en annen lignende gjenstand eller en annnen konstruksjon. Koblings-innretningen kan være av samme eller annet materiale, f.eks. metall. Hvis den er av samme materiale, kan grunnlinjene som skissert ovenfor benyttes ved dennes konstruksjon.

Et endeparti av den rørformede gjenstand kan være utvidet utover for samvirkning med et element av en adskilt koblingsinnretning. Nevnte element kan f.eks. ha form av en krave som omgir det utvidede parti. Vinkelen for det utvidede, traktaktige. parti kan være i området fra 4 til 6° og fortrinnsvis 5 til 5^°.

Endepartiet av den rørformede gjenstand kan være innrettet til å motta en indre støtte som forsterkning mot radialt inn-adrettet utbøyning etter påføringen av den aksiale belastning ved en skjøt. Partiet kan f.eks. være anordnet til å motta en støtte i form av en rørformet støttedel. Endepartiet kan da under bruk presses mellom støttedelen og den omtalte kobling. Støttedelen vil ha større radial stivhet enn gjenstandens endeparti og stivheten kan øke mot gjenstandens åpne ende. Plutselig vesentlig økning av stivheten skal helst unngås. Tykkelsen av støttedelen kan derfor øke gradvis langs gjenstanden. Gjenstandens endeparti kan være utvidet innover for mottaking av støttedelen og trakten kan ha samme vinkel som den ytre traktformede utvidelse som er om-talt ovenfor. Kombinasjonen av støttedelen og gjenstanden er fortrinnsvis slik at en gjennomstrømningspassasje gjennom støtten har hovedsakelig samme dimensjoner som i resten av den rørformede gjenstand.

I samsvar med enda et trekk med oppfinnelsen er det tilveiebragt en rørformet gjenstand av fiberarmert plast med et endeparti utvidet traktaktig innover og utover for samvirkning med tilsvarende indre og ytre, forholdsvis stive klemelementer. Dette trekk ved oppfinnelsen dekker kombinasjonen av den rørformede gjenstand med klemelementene, og det indre klemelement kan være slik at det ikke reduserer gjennomstrømningspassasjens tverrsnitt som er frembragt av den rørformede gjenstand. Det forholdsvis stive materiale kan være metall. Trakt- eller kjeglevinkelen kan være i området 4 til 6°, fortrinnsvis 5 til 5^°. Den aksiale lengde av inngrepet mellom klemelementene og den rørformede gjenstand kan være i området 1 til 2 ganger rørgjenstandens tverrdi-mensjon. Rørgjenstanden kan ha forøket veggtykkelse ved det utvidede parti slik at lokalisert, betydelig økning av stivheten unngås. Økningen i veggtykkelsen kan tilveiebringes ved hjelp av flere forholdsvis små, lokaleøkninger av veggens tykkelse.

Som et alternativ til en separat kobling kan et integralt parti på den rørformede gjenstand danne et element av en kobling. Koblingen kan være av tapp- og muffe-typen innrettet for overføring av aksiale belastninger mellom koblingens elemen-ter. Rørgjenstanden kan ha et element av tapp- og muffe-koblingen ved sin ene ende og det andre element ved sin andre ende.

Koblingen kan være innrettet for overføring av aksiale belastninger ved tilveiebringelse av en anleggsflate på et element for anlegg med en del fra det andre element. Overflaten kan strekke seg helt rundt det ene element, slik at elementene ikke må plasseres i en forutbestemt vinkelstilling for at en forbindelse kan tilveiebringes. Det kan være et antall flate anleggsdeler anordnet i vinkel rundt elementet, hvorpå de er anordnet og/eller skilt aksialt fra det element hvorpå de er anbragt. Den eller de flate anleggsdeler kan være bevegelige, fortrinnsvis radialt, mellom en operativ stilling, i .hvilken anleggsdelen vil komme i anlegg med en tilordnet anleggsflate og en uvirksom stilling hvor de vil gå klar av flaten for å lette sammenføringen eller sammenkoblingen av elementene i tapp- og muffe-koblingen. Det kan være betjeningsinnretninger'til å bevege en sådan del eller element under bruken og denne kan være skruedrevet.

Anleggsflaten eller anleggsflåtene kan være dannet ved et spor, en rille eller en åpning i det tilordnede element eller av en rille med en åpning i dettes bunn. Overflaten er fortrinnsvis anbragt på tappen og flateanleggsdeler eller-delene på muffen. Elementet eller hvert element kan ha en utadvendende flens for å tillate forbindelse av det tilordnede utstyr med rørgjenstanden innved en skjøt.

Når en skjøt kan tilveiebringes ved hjelp av en adskilt kobling eller en integral kobling, kan det integrale endeparti av rørgjenstanden ha forsterkning i tillegg til den som er tilveiebragt i gjenstandens hovedparti. Sådan ytterligere forsterkning kan være i form av et eller flere lag i endepartiet eller i form av lokale fortykninger av endepartiet.

Den ytterligere forsterkning kan tilveiebringe forøket radial stivhet i endepartiet, i hvilket tilfelle dette kan være i form av en forsterket ringarmering. Dette kan tilveiebringes ved hjelp av fibre med forholdsvis stor modul, såsom karbonfibre. Ytterligere ringforsterkninger kan være i form av bånd med små aksialdimensjoner eller i form av en utad rettet flens.

Alternativt eller i tillegg kan ytterligere armering være anordnet for økning av bærestyrken ved endepartiet. Dette kan gjøres ved hjelp av en metallside på en metallside som berø-rer den andre del av skjøten under bruk.

Alternativt eller i tillegg kan ytterligere forsterkning være anordnet for økning av berørbarheten av endepartiet. Dette kan gjøres i form av ytterligere fibre med forholdsvis liten modul, f.eks. glassfibre.

Den ytterligere forsterkning kan resultere i en fortyk-ning av nevnte integrale parti i forhold til hovedpartiet av rør-gjenstanden, og en sådan fortykkelse er fortrinnsvis utført slik at plutselige betydelige økninger i radial stivhet i aksialret-ningen unngås.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp

av eksempler og under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser skjematisk et lengdesnitt gjennom et parti av et rør fremstilt i samsvar med oppfinnelsen, hvor figurens del A over senterlinjen illustrerer en utførelse, og figurens del B under senterlinjen viser en annen utførelse, fig. 2 viser et lignende snitt gjennom en alternativ utførelse, fig. 3 viser et snitt gjennom et endeparti av et rør ifølge oppfinnelsen og viser forbindelsen mellom endepartiet og en kobling, og fig. 4 viser skjematisk en rørlengde til bruk som en fralandsstiger i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 5 viser tildels i snitt et rør med integrale koblingselementer, fig. 6 viser forenklet koblingen som er brukt ved utførelsen ifølge fig. 5, og fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom det parti av koblingen som er vist på fig. 6, mens fig. 8 til 11 viser tildels i snitt forskjellige utførelser av tapper og muffer som egner seg til bruk med oppfinnelsen.

Et rør som er bygget opp i samsvar med fig. IA omfatter tre ringformede områder med fiberarmert plast. Sett i retning radialt utover omfatter disse områder et område 10, hvor fibrene er viklet for dannelse av ringforsterkningen, et område 12, hvor fibrene er viklet skrueformet for dannelse av lengde forsterkningen og et område 14, hvor fibrene igjen er viklet for dannelse av ringforsterkningene. Områdene 10,12. og 14 er formet suksessive ved hjelp av konvensjonell vikleteknikk for filamenter. I hvert område er fibrene impregnert med en bindeharpiks som binder dem sammen til en sammensatt gjenstand.

Fibrene i området 12 er viklet med en liten vinkel, f. eks.20°, med lengderetningen. Når røret utsettes for.aksial strekkbelastning, vil fibrene i området 12 søke å rette seg ut og vil søke å bevege seg radialt innover og derved belaste fibrene i området 10. Tilsvarende vil området 12 utøve en kraft utad mot området 14 hvis røret utsettes for en aksial trykkbelastning.

Fibrene i området 12 kan være glassfibre med temmelig liten modul for å motstå aksialbelastning når de brukes. Hvis fibrene i områdene 10 og 14, og særlig i området 10, har samme eller lignende modul, vil det være en betydélig forandring i radialdimensjoner når røret utsettes for aksialbelastninger. Denne påkjenning vil til slutt bevirke brudd i bindeharpiksen, slik at understøttende virkning like overfor armerings fibrene reduseres. Til slutt vil dette føre til svikt i ringfibrene, og dette er

særlig et problem når røret utsettes for strekkbelastninger.

Svikt i slike rør innebærer ofte brudd i rørets indre foring.For-sterknings f ibrene i områdene 10 og/eller 14 vil derfor omfatte fibre med større modul, f.eks. karbonfibre. Fibre med stor modul forsterker konstruksjonen i periferisk retning, slik at forandrin-ger i radialdimensjoner for bestemte aksialbelastninger blir mindre. Dette reduserer sprekking i bindeharpiksen og øker aksialbelastningsnivået, ved hvilket de initierende svikt i form av brudd i bindeharpiksen og tap av modulverdien opptrer. Det kan forekomme en nedsettelse av aksialbelastningsnivået, hvor "endelig" svikt opptrer og da i form av brudd i rørveggen, men den be-grensende konstruksjonsfaktor vil vanligvis heller føre til initierende enn til endelig brudd.

Når det finnes glassfibre i området 12 og karbonfibre i områdene 10 og 14, har det vist seg særlig nyttig å legge en kar- . bonfibermengde i området 10-20 volum% av totalmengden. For to rør med 75 mm innerdiameter hver og med omtrent 2 mm veggtykkelse vil verdiene bli som angitt nedenfor (i volumprosent):

Rør A omfattet et lag av karbon i området 14, tre lag av glass i området 12 og et lag av karbon i området 10 med et ytterligere lag av glassfibre på innersiden av området 10. Rør B omfattet et halvt lag av glassfibre på yttersiden av området 14 og et halvt lag av karbonfibre på innersiden av dette område, tre lag av glassfibre i området 12, et halvt lag av karbonfibre på yttersiden av området 10 og lh lag av glassfibre på innersiden av området. Hvert lag omfattet to sjikt for sikring av fullstendig tildekning av røret med laget.

Under strekkbelastning viste det seg at rør A hadde en betydelig større belastningsevne enn rør B. Belastningsevnen ble bestemt ved referanse til det belastningsnivå ved hvilket modulen av det sammensatte materiale ble redusert, hvilket indikerte sprekking i røret, samt spenningstilstanden ved hvilken dette skjedde. Aksialbelastningen og spenningen som frembragte brudd i rør A, ble omtrent dobbelt så store som for rør B. En betydelig forbedring med hensyn til bøyebelastninger ble også oppnådd i rør A like overfor rør B.

I mange anvendelser hvor et rør utsettes for strekk-

og trykkbelastninger, kan det samtidig, være utsatt for indre trykkpåkjenhinger. Et eksempel er et fralandsstigerør som nevnt i beskrivelsens innledning. Sprekk'i bindeharpiksen vil ikke ba-re redusere støtten for armeringsfibrene, men også effektiviteten av hele gjenstanden som en trykkbeholder. Det vil oppstå svet-ting når sprekkene går gjennom rørets veggtykkelse.

To fremgangsmåter for forbedring av oppførselen av et rør under trykk er illustrert på fig. IB, hvor henvisningstallene 10,12 og 14 indikerer områder i likhet med dem som er beskrevet

i forbindelse med fig. IA. I dette tilfelle er røret imidlertid forsynt med en indre foring omfattende et lag 16 av glassfiberduk inpregnert med harpiks og et lag 18 av en elastomer, f.eks. etylenpropylenterpolymer. Laget 16 sikrer slitemotstanden for foringen og laget 18 er ugjennomtrengelig for fluidum som under drift føres av røret. Videre er områdene 10 og 14 delt i soner 10A,10B og 14A,14B med ringforsterkning av glassfibre i sonene 10A og 14B og ringforsterkning av karbonfibre i sonene 10B og 14A.

Glassfibrene i sonen 10A sammenpakker foringen tilveiebragt ved lagene 16 og 18 og danner en sterk overflate for motta-gelse av karbonfiberviklingene i sonen 10B. Den vil også virke som en sprekkinhibitor, hvilket vil fremgå av beskrivelsen nedenfor i forbindelse med sonen 14B. Hvis foringen ikke var der, ville sonen 10A skille sonen 10B fra strømmen i rørets indre. Dette er fordelaktig fordi glassfibre har adskillig bedre slitemotstand enn karbonfibre med den større modul.I en aksepterbar alternativ utførelse nedenfor den som er vist på fig. IB, er foringen sløy-fet og bindeharpiksen i sonen 10A er modifisert for forbedring av harpiksens motstand mot væskepenetrering. Slike modifikasjons-teknikker er vel kjent i teknikken armert plast og utgjør ikke en del av denne oppfinnelse.

Glassfibrene i sone 14B sammenpakker også fiberlagene utenfor denne. Under en slik sammenpakking vil overskytende harpiks i den sammensatte konstruksjon presses ut til rørets overflate og kan fjernes fra denne ved en avstryker. Da sistnevnte vil slite på de ytre viklinger, er det igjen fordelaktig å benytte glassfibre på grunn av deres bedre slitemotstand. I tillegg vil fibre med mindre modul i området 14B søke å hindre forplantning av sprekker gjennom hele veggtykkelsen av røret. Dette illustre-res ved hjelp av et ytterligere prøverør med følgende fiberharpiks innhold målt i volumprosent:

Også her hadde røret innerdiameter på 75 mm og veggtykkelse på 3,8 mm eksklusive foringen som hadde en veggtykkelse på 0,9 mm. Område 10 omfattet et halv lag ringarmering av glass, et halvt lag ringarmering av karbon, området 12 omfattet seks lag av glass, og området 14 omfattet en ringarmering av et halvt lag av karbon og lh lag av ringglass. Under trykkforsøkene som røret ble utsatt for med indre fluidumtrykk, har man funnet at et initierende modultap ved en påkjenning (strain) på omtrent 0,3% som antydet noe sprekking på dette trinn, sannsynligvis i det skrueformet viklede område 12. Under ytterligere økning av trykket, registrerte man ytterligere modultap ved en formasjon (strain) på omtrent 1,1%. Dette svarer antagelig til sprekking i karbon-fibersonene 10B og 14A. Røret fortsatte imidlertid å holde trykket som ble øket til et formeringsnivå på omtrent 1,9% uten svikt. Etter undersøkelse av røret etter testing fant man at sprekkene ikke trengte gjennom den ytre glassfibersone 14B. Den-fortsatte opprettholdelse av trykket syntes å skyldes den fortsatte integritet i denne sone og i foringen 16,18. En alternativ metode for økning av trykkmotstanden i det sammensatte rør er illustrert på fig. 2. I dette tilfelle har røret en foring 20 som røret på fig. 1. Foringen etterfølges i radialretning utover av områder med karbonfibre 22, skrueformet viklede glassfibre 24, ringarmering 26, skrueformet glassfiberarmering 28, ringformet armering 30, skrueformet glassfiberarmering 32, ringformet karbonarmering 34 og ringformet glassfiberarmering 36. Man vil legge merke til at lengdearmeringen nå er oppdelt i et antall områder spredt eller fordelt innenfor ringarmeringen. Trykkforsøk viste at denne anordning resulterte i en betydelig forbedring med hensyn til deformeringsnivået, ved hvilket initierende modultap (som indikerer sprekking) ble registrert. Både ringkarbonarmering og ringglassarmering i områdene 26 hhv. 30 viste seg å holde i det minste det dobbelte av deformeringsnivået, ved hvilket initierende modultap finnes. Dette resultat ble funnet under rørundersøkelser med følgende fiberharpiksinnhold målt i volumprosent:

I begge rør var innerdiameteren 75 mm og veggtykkelsem omtrent 2,25 mm eksklusive foringen som i begge tilfelle var omtrent 0,95 mm. I begge rør omfattet området 22 et halv lag av ringkarbonfibre, områdene 24,28 og 32 omfattet et. helt lag av skrueformede glassfibre med 20° hellingsvinkel, mens området 34 omfattet et hal\t lag ringarmering av karbonfibre og området 36 et helt lag av ringarmering av glassfibre. I røret D inneholdt områdene 26 og 30 hvert et halvt lag ringformet karbonarmering og i røret E omfattet de hele lag .med ringformet armering av glassfibre. Da karbonfiberinnholdet var lavere i røret E, viste dette rør mindre fordelaktig oppførsel under strekkforsøket,men hadde samme forbedring av deformeringsnivået ved trykkforsøkene som rø-ret D.

Fig. 3 viser en koblingsanordning til bruk for kobling av et rør 36 ifølge oppfinnelsen med en ytterligere rørseksjon eller en konstruksjon. Koblingen har to klemdeler 38 og 40 av metall. Delen 38 omfatter en ring 42 som skal omgi røret og omfatter også en tapp 44 for innstikning i rørendepartiet for samvirkning med en innerflate som skal beskrives nærmere nedenfor. Delen 40 er en splittet muffe innrettet til å legge seg an mot-ytterflaten av rørenden og har en flens 46 med boltehull for klem-bolter 48 for sammenfesting av delene 38 og 40 for sammenklemming'av røret mellom dem. Halvdelene av den delte muffekan være bol-tet sammen ved aksialflenser som ikke er vist på tegningen.

Røret 36 er utformet med et utvidet endeparti 50. Rør-tappen 44 passer inn i dette utvidede endeparti, slik at det ikke blir noen tverrsnittsforandring av strømningspassasjen gjennom røret '36 . Kjeglevinkelen er fortrinnsvis omtrent 4° for å sikre fastholdelse av klemdelene under strekkbelastning. Vinkelen skal imidlertid fortrinnsvis ikke være større enn 6° for å unngå dela-mineringsvanskeligheter i rørendepartiet 50 når det er utsatt for strekk. En vinkel 5-5^° foretrekkes.

Metalldelene vil ha betydelig større stivhet enn røret 36. Det er ønskelig ikke å ha plutselig forandring i stivheten i nærheten av klemmen og rørenden er derfor fortykket ved 52 for dannelse av en gradvis endring av stivheten mellom rørets hoveddel 54 og klemområdet. Ringen 42 er utstyrt med ytterligere boltehull 56 for stiv sammenkobling med en tilsvarende flens på en ytterligere rørseksjon eller på konstruksjonen som nevnt ovenfor. Alternativt kan ringen 42 være utformet integralt med en del av en kobling, såsom en rørtapp eller rørmuffe på en tapp-og-muffe-kobling av den type som vanligvis benyttes .'for forbindelse av seksjoner i en fralands stigerørledning.

Fig. 4 illustrerer skjematisk en del av en fralandsstiger som er utført i samsvar med denne oppfinnelse og slik som beskrevet i forbindelse med fig. 1 til 3. Stigeren har en innerdiameter på omtrent 450 mm og kan ha hvilken som helst lengde,selvom en lengde i området på omkring 13 mm er det vanlige. Stigeren har utvidede endepartier i likhet med hva som er vist på fig. 3, og en tretrinns tykkelsesforandring mellom rørets hoveddel og de utvidede ender. De innad rettede flenser ved rørets ender er dannet under vikling av de skrueformede lag, dvs. under fremstillin-gen, og kuttes.av når røret forbindes med sin klemdel. Veggtykkelsen i rørets hoveddel er i dette tilfelle omtrent 15 mm, og den maksimale veggtykkelse ved de utvidede ender er omtrent 50mm.

Et typisk produksjonsopplegg og hvor også tykkelsene fremstilt ved de forskjellige operasjoner til fremstilling av rø-ret, er vist i tabell I. Trinnene i den venstre kolonne på tabellen er de suksessive vikletrinn i prosessen. Sonene i den andre kolonne er betegnet med tilsvarende bokstaver på fig. 4. Lagan-tallet og den frembragte tykkelse fremgår av de høyre kolonner på ■tabellen. Hvert lag omfatter to viklesjikt, et langs røret i en retning og det andre langs røret i den motsatte retning. Man vil forstå at glassdukbåndet er viklet inn i endepartiene for fortyk-ning av disse. Bindeharpiksen er fortrinnsvis en epoksyharpiks. Viklevinklene for ringvindingene og skruevindingene er angitt i

tabellen, men de kan variere etter som det kreves i hvert tilfelle. Glassfiberflor kan benyttes istedenfor glassdukbånd og glass-fiberdlunter kan brukes for ringarmering istedenfor glassfiber-bånd av E-glass. Hvis harpiksen i trinn 1 er modifisert for økning av motstanden mot væskegjennomtrengning, kan trinn 2 sløyfes.

Karbonfiberinnholdet i denne stiger er omtrent 13% og det foretrukne område er 10-20%. Tillegg av ringkarbonfibre øker ringarmeringens modul (stivhet). Ved et nivå på 12-15% karbonfibre i ringarmering kan økning bare oppnås på bekostning av andel glassfibre i lengdearmeringen. For nivåer opp til 20% karbonfibre eller noe mer påvirker ikke dette betydelig lengdemodulen.Over 20% ringarmeringsfibre av karbon bevirker at lengdemodulen.reduseres

ettersom glassfibre fjernes.

I

Man vil forstå at i en stiger i samsvar med fig. 4 med aksialbelastninger overføres gjennom muffen eller kraven 40, boltene 48 og flensen 42. Ved fralands stigere benyttes disse flenser ofte til å bære støtteutstyr, såsom senkeliner og bremseliner. Forsterkningen av flensene med tanke på å oppta aksialbelastninge-ne samt økning i radialdimensjonen for å oppta både boltehullene og boltene 48 samt støtteutstyret vil bevirke betydelig økning av massen av en . stigerstreng som omfatter en skjøt av denne type. Det kan derfor være ønskelig å benytte en skjøtutforming av den art som er vist på fig. 5 hvor koblingselementene 62,64 er utført i ett med rørets 36 hoveddel.

Elementet 64 er i form av en muffe for innføring av en tilsvarende rørtapp på en annen rørseksjon. Den således dannede tapp-og-muffe-kobling er av den type som kan overføre aksialbelastninger. Koblingen f.eks. ifølge U.S. patent 3 827 728 er av denne type, men oppfinnelsen er ikke begrenset til noen bestemt utforming av koblingen og den viste skal derfor heller ikke beskrives i detalj. Stort sett har tappen 64 et antall spor 68 med landpartier 70 mellom dem. Muffen 62 har et antall åpninger og i hver av dem finnes en skruedreven påvirker 72 til å bevege en medbringer 74 radialt innover og utover fra muffen. Hver medbringer 74 kan trekkes tilbake tLl en stilling hvor den lar muffeboringen være klar for innføring av tappen 64 tilhørende en annen rørsek-sjon. Sporene 68 vil da være på .linje med innadrettede rygger på medbringeren 74 og påvirkeren 72 kan betjenes til å bevege ryggene inn i sporene 68. Anlegget mellom ryggene og sporenes aksialfla-ter tjener til overføring av aksialbelastninger gjennom skjøten.

De integrale koblingselementer 62,64 kan omfatte forsterkninger i tillegg til de som benyttes i rørets hoveddel 36.

En del av denne ytterligere forsterkning kan være tilveiebragt ved innleiring av ytterligere fiberlag under viklingen av endepartiene av røret. Mulige utførelser av slik ytterligere forsterkning vil fremgå av beskrivelsen nedenfor. I forbindelse med fig. 5 skal det imidlertid nevnes at hvert endeparti har en flens 76 nær forbindelsen med rørets hoveddel 36. Flensen danner et fikserings-sted for støtteutstyr, såsom senke-bg bremseliner, og er lokalt forsterkningsbånd for å motstå lokale bøyemomenter i koblingens område. Flensen kan imidlertid sløyfes hvis den ikke er påkrevet til slike formål.

I den forenklede kobling som er vist på fig. 6 og 7, har tappen 78 tre spor 80 og muffen 82 har tre tilsvarende rekker med åpninger 84. Hver rekke omfatter fire åpninger som er anordnet i like stor innbyrdes avstand langs muffens omkrets. Åpningene i tilstøtende rekker er forskjøvet i forhold til hverandre med omtrent 30°, slik at sett i rørets aksialretning ér alle åpninger i like stor vinkelavstand fra hverandre. For frembringelse av den nødvendige skjøt innføres pinner 86 (fig. 7) gjennom åpningene 84 til inngrep med sporene 80 etter at tappen først er ført inn i muffen. Koblingen virker ved overføring av aksialbelastninger i det vesentlige på samme måte som koblingen ifølge fig. 5. Flensene 76 er vist men kan sløyfes hvis de ikke trenges..'

Oppbygningen av rørets hoveddel 36 i utførelsen fra fig.

5 til 7' kan være i samsvar med det som er forklart ovenfor. Rør på f.eks. 75 mm kan være utført som røret D og kan ha følgende om-kretsområder regnet i retning radialt utover:

I koblingselementene vil det imidlertid være ønskelig å anordne ytterligere forsterkninger mot radial deformering som skyldes strekk- og eventuelt trykkbelastninger ved skjøten. En slik tilleggsarmering kan bestå av ytterligere ringarmering av karbonfibre med forholdsvis stor modul. Således kan følgende modi-fikasjoner utføres i de nevnte områder i rørets endepartier under vikling av samme, idet områdene er de samme hvis ikke noe annet er antydet:

Det kan også være ønskelig å .forbedre bæreevnen og seig-heten av rørets endepartier og dette kan oppnås ved hjelp av de anordninger som er beskrevet på fig. 8 til 11. Fig. 8 viser en rørtapp i det vesentlige som forklart i forbindelse med fig. 6, men hvor sporene er foret med metallringer 88. Hver ring er formet av to halvringer som er innsatt i sporene etter utformingen av disse og er skjøtt sammen i sporene. Fig. 9 viser en annen lignende tapp hvor overflatelaget av plast er forsterket med et skrueformet lagt lag av glassfibre 90 viklet slik at det følger de øn-skede korrugeringer, f.eks. ved hjelp av teknikken ifølge britisk patent 1 027 107 tilhørende Imperial Metal Industries. Glassfibre med forholdsvis liten modul gjør konstruksjonen seigere og mer motstandsdyktig overfor slitasje.

Fig. 10 viser en muffe som er blitt forsterket med ytre ringer 92 av karbonfiberarmert plast. Derved er det tilveiebragt tilleggsringforsterkning forøkning av radial stivhet og motstands-evne overfor lokale bøyemomenter. De tre rekker med åpninger 94 er tilveiebragt mellom tilstøtende ringer 92 og hver åpning er ' avlang, slik at det tilsvarende, radialt bevegelige element kan være likedannet avlangt i periferisk retning for økning av bære-kontakten med sporet. Fig. 11 viser en annen muffeanordning,

hvor åpningene ligner åpningene 84 på fig. 6, men som hver er for- . synt med et metallinnlegg 96 med en flens ved sin ytre ende for anlegg med muffens ytterflate. Disse innlegg 96 øker- ytterligere bæreevnen, hvor muffen er i inngrep med de radialt bevegelige pinner for overføring av aksiale belastninger.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de enkeltheter som

er vist på tegningene. Diameteren og antall pinner kan variere og deres bærekontakt med tappen kan utvides i omkretsretningen i en hvilken som helst passende utstrekning. Sporene i tappen kan være maskinert i ytterflaten og de maskinerte flater kan være overstrøket med harpiks for tetning av disse. Dette behøver ikke å være nødvendig hvis de maskinerte flater er dekket med metallag som med klebemiddel er festet til disse, som vist på fig. 8. Hvis tappen og muffen kan justeres og innstilles i omkretsretningen, kan pinnene gå i inngrep med forsenkninger eller hull i tappseksjo-nen istedenfor med sporene. Hvis tappseskjonen er forsynt med hull, kan pinnene være anordnet for tetning av disse hull etter at de er ført inn i hullene. Et hvilket som helst antall ytterligere lag av glassfiberduk, metallfolie eller fibre kan inkorpore-res i rørenes endepartier. Alternative fibre istedenfor de som er beskrevet ovenfor kan benyttes. Anordningen ifølge fig. 5 til 11 er ikke begrenset til bruk med rør med 75 mm diameter og kan f.eks. gjøres større for å brukes med fralands stigerørseksjoner beskrevet .i forbindelse med fig. 4, idet passende modifikasjon fo-retas med prosessen for vikling av endepartiene.

Man vil forstå at fig. 3 viser en koblingsanordning spesielt, men ikke nødvendigvis for et rørformet legeme, omfattende et forholdsvis bøyelig parti for opptagning av forutbestemte krefter under drift og et forholdsvis stivt parti for understøttelse av det bøyelige parti mot avbøyning under nevnte krefters virkning. Det bøyelige parti kan være anordnet for å motta krefter i form

av en kilevirkning, og det kan være en utstyrsdel for overføring av kreftene til det bøyelige parti når anordningen er i drift.

Det bøyelige parti kan være rørformet og utført i ett med et rør-formet legeme. Kreftene kan være rettet i det bøyelige partis aksialretning. Understøttelsen kan også være rørformet og den kan være plassert innenfor eller utenfor et rørformet bøyelig parti avhengig av hva. slags de formering som forventes av sistnevnte.' Ifølge fig. 3 er det bøyelige parti utvidet traktaktig utover for innføring av en tilbehørsdel i form av en ring eller krave og understøttelsen er plassert innenfor det bøyelige rørformede parti for å støtte dette mot radialt innover rettet de formering som følge av strekkrefter under driften.

For å tilveiebringe den nødvendige armering i ringret-ningen eller omkretsretningen og i lengderetningen, vil det nor-malt være nødvendig å benytte fibre i form'av kontinuerlige filamenter eller strenger. Den foretrukne fremgangsmåte for fremstilling av rør som beskrevet ovenfor er filamentvikling med filamenter eller strenger. Under viklingsoperasjonen kan filamentene eller strengene holdes under betydelig strekk. Strekket gjør det mulig at de tidligere viklede lag kan presses sammen også for ut-pressing av harpiks fra disse. Dermed er det mulig å fremstille et rør med det minimale harpiksinnhold som er nødvendig for å unngå porøsitet i rørveggen. Filamentene eller strengene behøver ikke å pålegges enkeltvis. De kan påføres i form av et bånd som inneholder så mange filamenter eller strenger som det måtte være hensiktsmessig å påføre samtidig.

Hvor filamentene eller strengene er påført som et bånd, kan sistnevnte være impregnert på forhånd med bindeharpiks. Alternativt kan harpiksen påføres filamentene eller strengene umiddel-bart før, under eller etter nedleggingen. Vanligvis vil det være harpiksoverskudd og overskuddet må fjernes fra yttersiden av de pålagte fibre. Det ville være mulig å pålegge nøyaktig den mengde harpiks som er nødvendig, f.eks. ved å benytte preimpregnert bånd fremstilt i samsvar med metoden etter britisk patent 1 434 926 som tilhører Imperial Metal Industries. Viklestrekket behøver da ikke å være så stort ettersom bortføringen av harpiks ikke lengre er noe problem selv om en viss sammenpakking fremdeles er ønskelig for å unngå hulldannelse i.rørveggen. En alternativ metode for å på-føre kompakt trykk er å benytte valser på yttersiden av pålagte fibre.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte til forming av en rørgjenstand av plast som er armert med fibre som forsterker gjenstanden både i lengderetningen og i omkretsretningen. Fremgangsmåten kan gå ut på at gjenstanden filamentvik-. les med fibre med forholdsvis stor modul i omkretsarmeringen eller ringarmeringen. Alternativt eller i tillegg, kan metoden gå ut på at lengdearmeringen vikles i det minste i to periferiske områder som er skilt av mellomliggende område med ringarmering.

Glassfibre og karbonfibre er nevnt i beskrivelsen som foretrukne fibertyper, men oppfinnelsen er ikke begrenset til disse fibre. Særlig som fibre med stor modul kan som alternativ fibre av aromatisk polyamid, boron og metall brukes.

Claims (10)

1. Rørformet gjenstand av fiberarmert plastmateriale, karakterisert ved at fibrene danner både lengdearmering og ringarmering (omkretsarmering) og at den omfatter fibre med en henholdsvis forholdsvis liten og forholdsvis stor modul, idet det finnes et periferisk område forlø pende kontinuerlig over i det minste en vesentlig del av gjenstandens aksiale lengde og som inneholder fibre med forholdsvis stor modul som danner ringarmeringen.

2. Rørformet gjenstand av fiberarmert plastmateriale, karakterisert ved at fibrene danner både lengdearmeringen og ringarmeringen (omkretsarmeringen) og omfatter henholdsvis fibre med forholdsvis liten og forholdsvis stor modul, hvor fibre med forholdsvis stor modul danner ringarmeringen beliggende både radialt innenfor og radialt utenfor lengdearmeringsfibrene.

3. Gjenstand ifølge krav 2, karakterisert ved at det finnes fibre med forholdsvis liten modul som danner ringforsterkning radialt utenfor de ytre fibre med forholdsvis stor modul og radialt innenfor de indre fibre med forholdsvis stor modul.

4. Rørformet gjenstand av fiberarmert plast, karakterisert ved at' den omfatter et antall periferiske områder som inneholder lengdearmeringsfibre og et antall periferiske områder som inneholder ringarmeringsfibre som skiller de periferiske områder som inneholder lengdearmeringsfibrene og som også ligger radialt innenfor og radialt utenfor disse.

5. Gjenstand ifølge et eller flere av de foregående, krav, karakterisert ved at gjenstanden inneholder mellom 25 og 45 volum% bindeharpiks.

6. Gjenstand ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den har et utad traktaktig ut videt endeparti for forbindelse med en separat kobling.

7. Gjenstand ifølge krav 6, karakterisert ved at endepartiet også er utvidet innover for innføring av en radialt avstivende støtte.

8. Gjenstand ifølge et eller flere av krav 1 til 5, karakterisert ved at den.omfatter i det minste et kob-lingse.lement formet integralt med gjenstanden.

9. Gjenstand ifølge krav 8, karakterisert ved at elementet er et element av en tapp- og muffekobling.

10. Fremgangsmåte til fremstilling av en rørformet gjenstand ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at fibrene legges på som kontinuerlige filamenter eller filamenter ved hjelp av filamentviklingsteknikken.