PL236212B1

PL236212B1 - Sposób wytwarzania rury kompozytowej kołnierzowej i rura uzyskana tym sposobem

Info

Publication number: PL236212B1
Application number: PL424992A
Authority: PL
Inventors: Kazimierz Walczak
Original assignee: Plaston P Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2020-12-28
Also published as: PL424992A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania rury kompozytowej kołnierzowej i rura kompozytowa kołnierzowa uzyskana tym sposobem, zwłaszcza rura z kompozytów na bazie włókien szklanych w postaci rowingu, maty i/lub tkaniny, przesyconych utwardzalną żywicą syntetyczną o właściwościach dobranych do konkretnych zastosowań.

Połączenie kołnierzowe elementów rurowych z kompozytów żywiczno-szklanych jest newralgicznym punktem instalacji ciśnieniowej i decyduje o jej parametrach eksploatacyjnych, a determinowane jest w głównej mierze przez wytrzymałość na ścinanie połączenia kołnierza z płaszczem nośnym rury.

Znane i stosowane powszechnie rury laminowane do połączeń kołnierzowych opierają się na wykonywaniu kołnierza w oddzielnym procesie, a następnie wklejaniu go na końcówki rur, z ewentualnym dodatkowym oblaminowaniem.

Rozwiązanie takie znane jest, między innymi, z normy PN EN 1796/2007 „Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do ciśnieniowego i bezciśnieniowego przesyłania wody. Termoutwardzalne tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym (GRP) na bazie nienasyconej żywicy poliestrowej (UP)”.

Znane jest także połączenie gwintowane, w tym stożkowe, z normy PN EN ISO 14092-3,4 „Przesył naftowy i gazowniczy. Rurociągi z tworzyw sztucznych wzmocnione włóknem szklanym (GRP)”.

Znane jest również rozwiązanie z opisu patentowego PL 73161, które przewiduje wykonywanie połączenia kołnierzowego z tuleją gwintowaną stalową lub laminatową nakręcaną na gwintowaną końcówkę rury.

Ponadto znane są z opisów patentowych EP 2076374 oraz EP 2076375 sposoby formowania rur poprzez kilkuetapowe nawijanie włókien, które w procesie nawijania odpowiednio impregnuje się żywicą, przy czym impregnowane nici mają zawartość żywicy od 30 do 35%, natomiast nawijanie impregnowanych nici na rdzeń obejmuje etap dostosowywania lepkości żywicy pod kątem etapu impregnacji, a etap impregnacji przeprowadza się na niciach po ich odwinięciu, przy pomocy żywicy niepolimeryzowanej, upłynnionej podczas dostosowywania lepkości, a kolejny etap obejmuje zwiększanie lepkości żywicy pomiędzy etapem impregnacji a etapem nawijania.

Znane są także, ze zgłoszenia PCT/FR97/00909, opublikowanego w PCT Gazette 51/97, elementy rurowe z tworzyw zespolonych uzyskane przez nawijanie tkaniny z nie wyważonym splotem na ściśliwy trzpień, uzyskane w ten sposób, że główna część wzmacniających włókien umieszczona jest równolegle na osi wzdłużnej konstrukcji, a rury wytwarzane są poprzez nawijanie na ściśliwy trzpień tak, że rury podlegają naprężeniom lub mikropęknięciom, gdy występuje wyciąganie czopa trzpienia.

Celem niniejszego rozwiązania, jest wytworzenie rury kompozytowej kołnierzowej o odpowiednio wysokiej wytrzymałości ciśnieniowej, a tym samym wysokiej wytrzymałości ciśnieniowej całej instalacji, przy uzyskaniu podstawy pierścienia oporowego bezpośrednio w procesie nawijania rury z włókna szklanego na sztywny rdzeń, w wyniku czego stanowi on integralną całość z płaszczem rury.

Sposób wytwarzania rury kompozytowej kołnierzowej, polega na tym, że formuje się stożkowe zgrubienia na końcach tej rury, wykonanej z włókien, impregnowanych żywicą o zawartości włókien powyżej 50% wagowych, a stożkowe zgrubienia tworzy się w jednym, bezpośrednim procesie krzyżowego nawijania płaszcza rury, w ten sposób, że zagęszcza się włókna na końcach rury przy zmianie kierunku ich nawijania poprzez kilkakrotnie obwodowe nawinięcie w stożkowym zgrubieniu ostatnich warstw laminatu na końcach rury, przy czym o długości równej grubości pierścienia oporowego oraz w części cylindrycznej o długości tulei dystansowej, natomiast pod pierścień oporowy jak i w stożkowych zgrubieniach wprowadza się dodatkowy napełniacz w postaci proszku, korzystnie korundu lub ceramiki, o granulacji 0,5 mm do 1 mm, korzystnie 0,5 mm, a zewnętrzną powierzchnię podstawy pierścienia oporowego na rurze wykonuje się w ten sposób, że na powierzchni stożkowych zgrubień formuje się rowki obwodowe, korzystnie przez nawinięcie elastycznego pręta z tworzywa sztucznego albo wężyka z tworzywa sztucznego, albo płaszcza jednostronnie rowkowanego, który usuwa się po zżelowaniu kompozytu żywiczno-szklanego, zaś czoła rury, po obcięciu na wymiar, ukosuje się pod kątem, korzystnie 5°-15°, a następnie pokrywa się je kompozycją poliestrowo-szklaną w procesie dowijania pierścienia oporowego, przy czym przed procesem dowijania pierścienia oporowego wprowadza się dwa luźne kołnierze mocujące, a także osadza się na rurze, u wierzchołka zgrubienia stożkowego, tuleje dystansowe, korzystnie w procesie laminowania, o wynikowej średnicy zewnętrznej, nie większej od wewnętrznej średnicy luźnych pierścieni mocujących.

PL 236 212 B1

Korzystnie w sposobie według wynalazku proces dowijania pierścieni oporowych prowadzi się aż do uzyskania kołnierza montażowego, a następnie wykonuje się, w tak otrzymanym kołnierzu montażowym, otwory montażowe, przy połączeniu ze stałymi kołnierzami.

Korzystnie również, w sposobie według wynalazku, pierścień oporowy formuje się w postać pierścienia, o przekroju poprzecznym w kształcie prostokątnego trapezu o kącie nachylenia β, wynoszącym 15°-25°.

Rura kompozytowa kołnierzowa, charakteryzuje się tym, że ma stożkowe zgrubienia na końcach rury, stanowiące podstawę pierścienia oporowego połączonego z płaszczem rury, przy czym podstawę stożkową pierścienia oporowego stanowią warstwy laminatu kilkakrotnie obwodowo nawinięte na końcach rury oraz w stożkowych zgrubieniach, natomiast pod pierścieniem oporowym jak i w stożkowych zgrubieniach umieszczony jest dodatkowy napełniacz w postaci proszku, korzystnie korundu lub ceramiki, o granulacji 0,5 mm do 1 mm, korzystnie 0,5 mm, natomiast podstawa pierścienia oporowego na rurze posiada rowki obwodowe na powierzchni stożkowego zgrubienia, zaś czoło rury jest zukosowane pod kątem, korzystnie 5°-15° oraz pokryte kompozycją poliestrowo-szklaną, przy czym rura kompozytowa ma dwa kołnierze mocujące oraz pierścienie oporowe z umieszczonymi za nimi tulejami dystansowymi, korzystnie wykonanymi w procesie laminowania, o wynikowej średnicy zewnętrznej tulei nie większej od średnicy wewnętrznej luźnych kołnierzy mocujących.

Korzystnie, rura kompozytowa posiada kołnierze montażowe, w których wykonane są otwory montażowe.

Korzystnie również, pierścień oporowy jest w postaci pierścienia o przekroju poprzecznym w kształcie prostokątnego trapezu o kącie nachylenia β, wynoszącym 15°-25°.

Zaletami sposobu wytwarzania rury kompozytowej kołnierzowej według wynalazku oraz rury uzyskanej tym sposobem jest uzyskanie rury kompozytowej gwarantującej przenoszenie wysokich ciśnień w rurach, niską pracochłonność i wysoką efektywność w seryjnej produkcji, uzyskiwaną dzięki charakterystycznemu ukształtowaniu końcówek rury w kształcie stożkowych zgrubień, wytworzonych sposobem według wynalazku, to jest w jednym procesie nawijania na sztywny rdzeń włókna szklanego nasyconego dowolną żywicą syntetyczną.

Ponadto sposób według wynalazku zapobiega przecinaniu włókien przy gwintowaniu, nie osłabia płaszcza rury, nie jest pracochłonny ani kosztowny.

Uzyskana sposobem według wynalazku, szczelna i gładka powierzchnia kołnierza oporowego pod uszczelkę, z ewentualnymi rowkami uszczelniającymi, zabezpiecza czoła rur przed penetracją wilgoci w głąb laminatu, a także pomiędzy rurą i wewnętrzną wykładziną z innego tworzywa, w przypadku jeśli takie są zastosowane.

W sposobie według wynalazku, umieszczenie tulei dystansowych za pierścieniem oporowym, korzystnie w procesie laminowania, o średnicy zewnętrznej, po laminowaniu, nie większej od średnicy wewnętrznej luźnego kołnierza mocującego, eliminuje nadmierny luz pomiędzy powierzchnią zewnętrzną rury i luźnym kołnierzem, powodując tym samym działanie siły ścinającej w płaszczyźnie wierzchołka stożka, jak również zwiększa powierzchnię ścinania wewnętrzną powierzchnię tulei dystansowych, połączonych w ten sposób na stałe przez laminowanie z płaszczem rury.

Ponadto zaletami sposobu według wynalazku jest możliwość jego realizacji zarówno do wykonywania połączeń kołnierzowych ze stałymi kołnierzami, jak również z dodatkowymi kołnierzami stalowymi lub z zastosowaniem obejm stalowych, a więc niezależnie od przyjętego typu połączenia kołnierzowego jak i rodzaju uszczelnienia, to jest uszczelki płaskiej między dwoma płaskimi pierścieniami oporowymi, albo uszczelki płaskiej umieszczonej we wgłębieniu jednego pierścienia oporowego z samocentrowaniem przez drugi pierścień oporowy odpowiednio uformowany, lub też uszczelki oringowej.

Zaletami konstrukcji rury kompozytowej kołnierzowej, dzięki uzyskaniu podstawy pierścienia oporowego w jednym bezpośrednim procesie nawijania rury z włókna szklanego na sztywny rdzeń, w wyniku czego pierścień oporowy stanowi integralną całość z płaszczem rury, jest uzyskanie odpowiednio wysokiej wytrzymałości ciśnieniowej pierścieni oporowych, a tym samym całej instalacji.

Sposób wytwarzania rury kompozytowej kołnierzowej przedstawiono w przykładach realizacji, natomiast rurę uzyskaną sposobem według wynalazku pokazano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój rury kompozytowej z luźnymi kołnierzami mocującym i z tuleją dystansową, fig. 2 przekrój rury kompozytowej kołnierzowej ze stałym kołnierzem montażowym oraz z otworami montażowymi, a fig. 3 - przekrój rury kompozytowej z ukosowanym pierścieniem oporowym, w postaci pierścienia o przekroju poprzecznym w kształcie prostokątnego trapezu, do połączenia na obejmę i uszczelką płaską lub oringową.

PL 236 212 B1

Przykład I

Realizacja sposobu według wynalazku polega na tym, że prowadzi się jeden, bezpośredni proces krzyżowego nawijania na rdzeń 1 rury 2, płaszcza rury 2a z włókien szklanych impregnowanych żywicą o zawartości włókien 60% wagowych, zagęszczając włókna na końcach płaszcza rury 2a, przy zmianie kierunku ich nawijania, kilkakrotnie obwodowo nawijając ostatnie warstwy laminatu na końcach płaszcza rury 2a w zgrubieniu stożkowym 3 oraz w końcowym procesie nawijania płaszcza rury 2a, na mokro, to jest przed utwardzeniem płaszcza rury 2a i formuje się stożkowe zgrubienia 3 na końcach płaszcza rury 2a.

Pod pierścień oporowy 4 oraz w stożkowe zgrubienie 3 wprowadza się dodatkowy napełniacz w postaci proszku korundu o granulacji 0,5 mm, a na powierzchni stożkowych zgrubień 3 formuje się rowki obwodowe 5 przez nawinięcie elastycznego pręta, który usuwa się po zżelowaniu kompozytu żywiczno-szklanego.

Przed procesem dowijania pierścienia oporowego 4 wprowadza się dwa luźne kołnierze mocujące 6 i laminuje się na płaszczu rury 2a tuleje dystansowe 7 o wynikowej średnicy zewnętrznej mniejszej o 2 mm od średnicy wewnętrznej luźnych kołnierzy mocujących 6 lub łączy się tuleje dystansowe 7 z kołnierzem mocującym 6, z zachowaniem 2 mm luzu z płaszczem rury 2a.

Czoło rury 2b, po obcięciu na wymiar, ukosuje się pod kątem 15°, a następnie pokrywa się kompozycją poliestrowo-szklaną w procesie dowijania pierścienia oporowego 4.

Przykład II

Realizując sposób jak w przykładzie I, łączy się tuleje dystansowe 7 z kołnierzem mocującym 6 z zachowaniem 2 mm luzu z płaszczem rury 2a.

Przykład III

Realizując sposób jak w przykładzie I, po nawinięciu elastycznego pręta, usuwanego po zżelowaniu kompozytu żywiczno-szklanego, dowija się pierścień oporowy 4 aż do uzyskania kołnierza montażowego 9, a następnie wykonuje się w kołnierzu montażowym 9 otwory montażowe 8.

Przykład IV

Realizując sposób jak w przykładzie I, po nawinięciu wężyka z elastycznego tworzywa sztucznego, usuwanego po zżelowaniu kompozytu żywiczno-szklanego, dowija się pierścień oporowy 4, formując go w postać pierścienia w przekroju poprzecznym w kształcie prostokątnego trapezu o kącie nachylenia β, wynoszącym 19°.

Pokazana w przekroju, na fig. 1 rura kompozytowa kołnierzowa ma na swoich końcach stożkowe zgrubienie 3, stanowiące podstawę pierścienia oporowego 4 połączonego z płaszczem rury 2a, z kilkakrotnie obwodowo nawiniętych warstw laminatu na końcach płaszcza rury 2a, przy czym stożkowe zgrubienie 3 tworzy powierzchnię stożkową, natomiast pod kołnierzem oporowym 4 jak i w stożkowych zgrubieniach 3 znajduje się dodatkowy napełniacz w postaci proszku korundu o granulacji 0,5 mm.

Podstawa pierścienia oporowego 4 na płaszczu rury 2a posiada na powierzchni stożkowego zgrubienia 3 rowki obwodowe 5, a czoło płaszcza rury 2b jest zukosowane pod kątem 5° oraz pokryte kompozycją poliestrowo-szklaną, zaś za pierścieniem oporowym 4 umieszczone są dwa luźne kołnierze mocujące 6.

Do pierścienia oporowego 4 i płaszcza rury 2a, u wierzchołka zgrubienia stożkowego 3, laminowane są dzielone tuleje dystansowe 7 o wynikowej średnicy zewnętrznej, mniejszej o 2 mm od średnicy wewnętrznej kołnierza mocującego 6.

Pokazana w przekroju, na fig. 2, rura kompozytowa kołnierzowa, posiada kołnierz montażowy 9, w którym znajdują się otwory montażowe 8.

Pokazana w przekroju, na fig. 3, kompozytowa rura kołnierzowa ma pierścień oporowy 4 w postaci pierścienia o przekroju poprzecznym w kształcie prostokątnego trapezu o kącie nachylenia β, wynoszącym 19°.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania rury kompozytowej kołnierzowej, zwłaszcza metodą nawijania włókna szklanego przesyconego dowolną żywicą syntetyczną, na sztywny rdzeń (1), wykonany z dowolnego materiału, który stanowi wewnętrzną wykładzinę, znamienny tym, że na końcach płaszcza rury (2a) formuje się stożkowe zgrubienia (3), wykonując je z włókien, impregnowanych żywicą o zawartości włókien powyżej 50% wagowych, przy czym stożkowe zgrubienia (3)

PL 236 212 B1 wykonuje się w jednym, bezpośrednim procesie krzyżowego nawijania płaszcza rury (2a), w ten sposób, że zagęszcza się włókna na końcach płaszcza rury (2a) przy zmianie kierunku ich nawijania poprzez kilkakrotnie obwodowe nawinięcie ostatnich warstw laminatu na końcach płaszcza rury (2a) w części stożkowego zgrubienia (3), przy czym o długości równej grubości pierścienia oporowego (4) oraz nawinięciu ich w części cylindrycznej o długości tulei dystansowej (7), ponadto pod pierścień oporowy (4) oraz w stożkowe zgrubienia (3) wprowadza się dodatkowy napełniacz w postaci proszku, korzystnie korundu lub ceramiki, o granulacji 0,5 mm do 1 mm, korzystnie 0,5 mm, natomiast zewnętrzną powierzchnię podstawy pierścieni oporowych (4) na płaszczu rury (2a) wykonuje się w ten sposób, że na powierzchni stożkowych zgrubień (3) formuje się rowki obwodowe (5), korzystnie przez nawinięcie elastycznego pręta z tworzywa sztucznego, albo wężyka z tworzywa sztucznego albo płaszcza jednostronnie rowkowanego, który usuwa się po zżelowaniu kompozytu żywiczno-szklanego, zaś czoła rury (2b), po obcięciu na wymiar ukosuje się pod kątem, korzystnie 5°-15°, które następnie pokrywa się kompozycją poliestrowo-szklaną w procesie dowijania pierścienia oporowego (4), przy czym przed procesem dowijania pierścienia oporowego (4) wprowadza się dwa luźne kołnierze mocujące (6), a także osadza się na płaszczu rury (2a), u wierzchołka stożkowego zgrubienia (3), korzystnie w procesie laminowania, dzielone tuleje dystansowe (7), o wynikowej średnicy zewnętrznej nie większej od średnicy wewnętrznej luźnych kołnierzy mocujących (6).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces dowijania pierścieni oporowych (4) prowadzi się aż do uzyskania kołnierza montażowego (9), a następnie wykonuje się w tym kołnierzu otwory montażowe (8).
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień oporowy (4) formuje się w postać pierścienia o przekroju poprzecznym w kształcie prostokątnego trapezu o kącie nachylenia β, wynoszącym 15°-25°.
4. Rura kompozytowa kołnierzowa, znamienna tym, że ma stożkowe zgrubienia (3) na końcach płaszcza rury (2a), stanowiące podstawę pierścienia oporowego (4) połączonego z płaszczem rury (2a), przy czym podstawę stożkową pierścienia oporowego (4) stanowią warstwy laminatu kilkakrotnie obwodowo nawinięte na końcach płaszcza rury (2a) oraz w warstwie stożkowego zgrubienia (3), a pod pierścieniem oporowym (4) jak i w stożkowych zgrubieniach (3) umieszczony jest dodatkowy napełniacz w postaci proszku, korzystnie korundu lub ceramiki, o granulacji 0,5 mm do 1 mm, korzystnie 0,5 mm, natomiast podstawa pierścienia oporowego (4) płaszcza rury (2a) posiada rowki obwodowe (5) na powierzchni stożkowego zgrubienia (3), zaś czoła rury (2b) są zukosowane pod kątem, korzystnie 5°-15° oraz pokryte kompozycją poliestrowo-szklaną, przy czym rura (2) ma dwa luźne kołnierze mocujące (6) oraz pierścienie oporowe (4) z umieszczonymi z tyłu dzielonymi tulejami (7) dystansowymi, o wynikowej średnicy zewnętrznej nie większej od średnicy wewnętrznej luźnych kołnierzy mocujących (6).
5. Rura kompozytowa kołnierzowa według zastrz. 4, znamienna tym, że posiada kołnierze montażowe (9), w których znajdują się otwory montażowe (8).
6. Rura kompozytowa kołnierzowa według zastrz. 4, znamienna tym, że pierścień oporowy (4) jest w postaci pierścienia o przekroju poprzecznym w kształcie prostokątnego trapezu o kącie nachylenia β, wynoszącym 15°-25°.