CN1053036C - 纤维增强复合材料管接头和其组成的复合材料管 - Google Patents

Abstract

一种纤维增强管(10，13)的管接头，具有带小锥形角的内外配合的圆锥形(11，14)。一个半圆螺旋槽(16)设在内外圆锥形(11，14)上用来接受几圈延性键(17)。键(17)的剪切变形涡着管接头的长度重新分配纵向负载。管接头(13)的外元件有高的刚性使得在管中的内压把圆锥形表面(11，14)压在一起使得最终的摩擦提高了接头的纵向负载承受能力。通过用高弹性模量纤维绕接头的外面一半而提供了高的外刚性。

Description

纤维增强复合材料管接头和其组成的复合材料管

本发明涉及在邻近的纤维增强复合材料管的管件之间的管接头，纤维增强复合材料管适合与普通的纤维玻璃管、高强度碳纤维复合材料管或与含有埋置的钢带的高强度纤维增强管一起使用，本发明还涉及由这种管接头组成的复合材料管。

发现纤维增强复合材料管在管线中装着腐蚀材料或管线埋或放在海底或在受到外腐蚀环境处有重要的用途。已发展了制造承受高内压的纤维增强管。例如，至目前，典型的高压管有10cm的公称直径及约600bar的内爆裂压力。最近，具有20cm公称直径的纤维增强高压管有约1200bar爆裂压力的额定值。

这种纤维增强复合材料管，当用玻璃纤维增强，可有壁厚为5cm的量级，这明显地使其成本高及重量重。现时发展了另一种高压管的变型，它包括螺旋绕的钢带埋在纤维增强树脂中。这种实施例有如此好的强度使得对于25cm公称直径的管，壁厚小至7mm。例如，在US4351364中公开了一种这样的管。

在这种高强度管中，无论是纤维绕的或钢增强的，重要的考虑是邻近的管之间的接头或管接头。管接头需要有圆周爆裂强度至少与管的基本强度一样大或最好比其大。更重要的是，接头必须有足够的纵向剪切强度以防止管在内压或其它轴向负载下分开。优选地，接头设计成有足够的纵向剪切强度，在管本身断裂前，它们不会失效。

由于纤维增强复合材料管与金属不同，例如有很低的延性，因此纤维增强复合材料管的合适的管接头的设计显著地与金属的不同。这对在管接头中可做什么工作有重要的限制。在一个通常用粘结剂充填接头固定的插承接头中，粘结剂的高刚性把高的剪切应力放在接头中的粘结剂中。应力沿接头的分布是不均匀的。在粘结剂的端部剪切应力相当高，是平均应力的三倍，并从端部向中间迅速降低。在一个长的粘结接头中，在接头中部的剪切应力可以近似为零。

在这种搭接剪切接头中，粘结剂端的高应力会导致邻近接头端的粘结剂在剪切中失效。这简单地把剪切应力进一步沿接头传递，并有在落在粘结剂能力中的平均应力中逐步失效。

其它纤维增强管的接头，因为纤维增强复合材料的刚性也带来困难。

因此本发明的目的是提供一种管接头，能沿接头的长度重新分配应力来避免接头的逐渐失效，这种管接头具有比远离接头的管壁更高的强度，有高的安全极限，也就是失效应力大于接头额定的能力，并且接头可在现场条件下方便及经济地装配；并且提供一种由这种管接头组成的复合材料管。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种纤维增强的复合材料管的管接头，包括：一个在一端有外管接头一半的纤维增强复合材料管；一个沿着该外管接头一半的长度螺旋延伸的槽；一个有与外管接头一半互补的内管接头一半的管接头；一个沿着内管接头一半的长度螺旋延伸的槽，它与外管接头一半的槽有同样的节距；一个用于把内外管接头两半锁住的沿两槽螺旋地延伸多个圈的键元件，所述的键元件有足够的延性用于剪切变形及沿着管接头的长度的重新分配负载。

为实现本发明的目的，本发明还提供了一种上述管接头组成的复合材料管，包括一个纤维增强复合材料管，包括多个螺旋绕的钢带，各钢带的端部完全埋在离开管端处的纤维增强树脂中，并在管的至少一端有外接头一半，其外径是锥形的，到邻近管端有更小的直径，各钢带终止在离管接头端的不同距离处，并在管接头的圆锥形部分中。

下面通过附图详细说明本发明，附图中：

图1是一纤维增强复合材料管接头的实例，外接头以纵剖面示出；

图2是具有埋置的钢带的纤维增强复合材料管接头的第二实施例，是部分以纵剖面示出的接头的内部元件的侧视图；

图3是图2的管处在远离管接头位置的局部纵剖面图；

图4是在制造的中间阶段，图2的管的端部的侧视图；

图5是管接头键元件的一个实施例的横剖面图；

图6是键元件另一实施例的横剖面图。

一个典型的管接头具有纤维增强复合材料管10的内部元件，其是例如一般由用螺旋绕的玻璃纤维增强的环氧树脂制成的。虽然有厚壁来维持高的内部压力，这些管是普通管。有公称直径为20cm的高压管壁厚为约5cm。该管靠近其端部有外圆锥11。沿着外圆锥11螺旋地延伸着半圆槽12。(应明白在圆锥上的螺旋槽并不是圆柱形螺旋，而是有与圆锥11表面有同样的锥度并且有均匀的深度贯穿槽的长度)。

在管的外圆锥上配合着一个有内圆锥14的接头13，该内圆锥与管上的外圆锥匹配。内圆锥也有半圆槽16，具有与管上的槽同样的节距。在本说明书中，管接头组合中的外元件称为“管接头”，因为这是管接头的通常实施例。或者，也可制出一端有外圆锥另一端有内圆锥的管，那么对本说明书，具有内圆锥的这端称为“管接头”。“管接头”可是在管装配的广泛变化中的任一种，如阀，法兰过渡配合、连轴器等。对本发明通常的管的一种类型中，在各段管的两端有外圆锥，相邻的管段用有两个内圆锥的短的管接头连接起来。

内外圆锥用圆形的有延性的键元件17连接起来，其一半分别位于内外圆锥的各半圆形槽中。键的合适的材料包括尼龙，或类似的有延性的，比较强的热塑性材料。很多应用中的优选的键由高纯铝制成，其有比较高的强度，有延性并且抗腐蚀。铝的剪切强度为尼龙的两倍。对于浸在水中的应用铝是合乎需要的。在暴露于水中时尼龙有膨胀的倾向。

如图5所示，另一种合适的键可以通过把柔性的钢芯18埋在如尼龙之类的有延性的塑性套19的层中而制成。钢芯可以是单线或是多股线拧成缆索以有更大的柔性。在这个实施例中，外塑料套提供了对键重要的延性，而钢提供了剪切强度。相信紧密地把金属芯埋在塑料套中没有气泡或孔洞是重要的。

如图6所示，键的另一个实施例可以是比高纯铝更强的空心金属管，如不锈钢管。剪切强度由金属提供，而延性由管壁21切出螺纹提供。通过选择材料及管的壁厚可得到要求的延性及剪切强度。

优选地，键的剪切强度小于纤维增强管接头这一半的剪切强度的一半使变形在键发生并避免会使纤维增强复合材料失效的负荷。

圆键是优选的，因此管接头中的槽也是圆的。这减小了在非延性的纤维增强复合材料中的应力集中。另外，圆键可平滑地绕在沿锥形表而延伸的螺旋槽中。具有非圆形横截面的键绕在圆锥的螺旋中会扭曲，并需要变形以便平滑地放在槽中。

可以给定这种管接头的一些尺寸以便提供比例的概念。对具有公称内径为约20cm的管，管接头的总长度为约48cm。在锥形表面中槽的节距为约2.6cm。使槽足够长的容纳键的13整圈绕着圆锥，键的直径为约7.5mm。

管接头的一个重要尺寸是接头中的锥形角。圆锥的半锥形角是与圆锥的轴夹1-5°下面会解释。在接头中的摩擦提供了接头中的总剪切强度的重要部分。如果半锥形角大于约5°，接头变得太短不能容纳足够的键的圈数，及不能提供足够的摩擦。如果半锥形角小于约1°，接头变得不合理地过长，难以在内外锥形上保持合适的尺寸公差。要求一个相对小的尺寸公差以减小在装配的接头中轴向长度的偏差。

在把管接头绕在心轴上过程中形成内圆锥及槽，尺寸有好的控制。外圆锥和槽机加工出，可方便地维持两零件之间的尺寸公差在小于±250μm的范围内。对直径偏差，圆锥形比圆柱面更能容忍。通过轴向移动，可得到配合的圆锥之间的紧配合，而圆柱接头必须有更严格的公差以得到紧密配合。

优选地，圆锥的半锥形角在2°-4°范围内。已发现对于用尼龙键的玻璃纤维增强复合材料管4°的半锥形角相当合适。典型的接头长度可为管直径的1到1.5倍。高强度纤维增强管可以有足够的壁厚使需要高到4°到5°的锥形角以延伸适合的距离通过管壁的厚度。

虽然对所有的纤维增强管，4°的半锥形角是合适的，但是具有埋置的钢带的纤维增强管(下面要详细说明)最好用低到2°的锥形角。这种钢增强的管可用比仅用纤维玻璃制的管更薄的管壁，和低的锥形角是足够的。可以注意到较高的锥形角是优选的，它使得移出用于绕装置的内工具，如一端具有内锥形的肘管更方便。对较大的锥形角制造管接头要求的尺寸公差也较松。

首先把延性的键绕在内圆锥的半圆形槽中可装配管接头。一个直的尼龙键当它放在位及方便地装在槽中，在锥形内要向外弹。一个铝键可以绕在心轴上，其直径比内圆锥大一点。当键拧入圆锥中，键装配入槽中。

然后外圆锥插在内圆锥上，并且转动一个或另一个元件把接头拧在一起，管及接头拧在一起直到圆锥紧密地接合。

在圆锥管接头中的键不提供流体密封。在管上的外密封面22及接头内的面对着的内密封面23之间加上由粘性的弹性密封条提供的密封层(太薄在图1中不能示出)。在所示的实施例中，密封面有与形成机械管接头的圆锥面上设的4°的半锥形角同样的锥形。

邻近管端跨过密封面的一对圆周的O形圆槽24容纳弹性体的O形圈26，它密封对着在接头中的面对的密封面。在接头装配后，液体密封剂可通过穿过管接头壁的一对通道中的一个注入。第二通道用作通气口，并指示什么时候密封剂已充满密封面之间的空间。O形圈也用作在环形密封空间中密封剂一端的阻尼器以减少剪切应变及保持密封剂不被从面对的表面剪切掉。

优选的密封剂包括两成分热固聚硫化物。这是比较低成本的，能抗温度变化及溶剂的树脂，能很好粘到表面，即使是湿的时候。通过选择激活剂等，树脂的适用期可调整以提供密封剂固化前对密封的检查及重新工作。另一种合适的密封剂是氟化的硅树脂。弹性体聚氨酯树脂也可使用。

在面对的表面之间密封剂典型的厚度是0.75mm。在本实施例中O形圈之间密封表面的长度为约3.9cm，虽然在接头的两个半件上的圆锥最好更长以保证接头装配时，通道27在O形圈之间。

在说明管接头的作用前先说明在图2-4中示出的管接头的第二实施例。在该实施例中，纤维增强复合材料管也包括埋在绕着的纤维增强物中的多个螺旋缠绕的钢带。这种管的带管接头的一端在图2示出，其中一部分以纵剖面示出。图3是管壁的局部纵剖面图，已明显放大以示出细节。图4示出管的制造中间阶段中的管端。图中好象管的一些外层已剥去。

除了尺寸及几何形状与图2所示的管接头一半的外部尺寸相配合外，管接头的一半与图1所示的管接头类似的内圆锥的管接头(未示出)配合。

管的长度的主要部分，也就是远离管接头处的部分包括四根钢带31。钢带太薄不能在图2中以剖面示出，但在图3中以局部剖而示出。在有公称直径为25cm的举例的实施例中，有螺旋地绕在纤维增强复合材料中的四根钢带。各带为10-15cm宽，厚度为约0.5mm。带螺旋地绕，其边缘很接近，典型的为2mm或更小。接续的带交错着，使得带的边缘之间的间隙30不对齐。在各邻近的钢带的对之间有薄层环氧树脂(约50μm)。在最里面的钢带的里面，有厚度为约2.5mm的玻璃纤维增强的环氧层33。在管的外壁，钢带的外面，有厚度为约1.5mm的另一层玻璃纤维增强的环氧层34。因此，钢带完全埋在纤维增强复合材料中。

图4示出管的一端，外层已剥去，示出纤维增强复合材料最内层33和螺旋绕着的钢带31的最内层。钢带的端部以带绕制的螺旋角切去使得切边与管端36平行。在带端的其它尖点也同样切去。在缠绕时靠近接收一工具销(未示出)以夹住带端的这端，带的中心线附近有一孔37。在绕上钢带层后，一个圆周缠绕的玻璃粗纱38绕在钢带的端部以把它固定就位，再加上后面的钢带及纤维增强塑料的外层。

下面的搭上的钢带以同样的螺旋角及同样的缠绕方向螺旋形绕上。但是，搭接的钢带端在离管端比最内层更长的距离处切去。这用图2中加粗的黑线示出，在离管端接续的更大距离处，其宽度增加。图的比例太小，不能示出单根的带及剖面。通过把连续的钢带的端部交叉，负载在管端分布在相当一段距离上，而不是在单一位置上，在该处压力或其它负载会有应力集中而损坏管。

也应注意所有的钢带端在离管端一段距离处，使钢带完全埋在纤维增强树脂中。周围的环氧把钢与会出现在管的内外的腐蚀介质隔开。

在一个举例实施例中，各钢带宽约10cm，最里面的钢带端离管端2.5cm。各接续的钢带的端在远离管端约5cm，或钢带宽度的一半处。

在绕上纤维增强树脂的内外层及埋置的钢带后，管接头的一半在管端加到这些层上。被树脂湿润的玻璃纤维粗纱的附加层绕在管外以建立足够的厚度以便对管接头的最终几何尺寸进行机加工。典型地，纤维以约70°-80°的螺旋角绕着，一些外面的绕圈是圆周形的。在一个公称管径为25cm的举例实施例中，要制接头部分的绕上的玻璃纤维的最厚部分的直径高到34cm。加上的纤维增强复合材料端41在绕制过程中或在完成绕制后通过机加工，逐渐成羽状到管的主段的小直径。使端部成羽状减小了靠近接头处的应力集中。

管接头具有外圆锥面42，有一半圆槽螺旋形地沿其长度延伸。锥形有4°的半锥形角。在公称管径为25cm的举例性实施例中，要与接头的内圆锥接合的圆锥的长度至少为25cm，优选的为26或27cm。槽的节距约3cm，得到足够的槽长以容纳延性的键的六个整圈。典型的键的直径为约9.5mm。

如上面在没有埋置钢带的纤维增强复合材料管的实施例中，靠近管端超过键槽的端部有一个密封面46。密封面在O形圈槽47之间，在密封剂泵入靠近密封面的空间中时挡住密封剂。

对在接头中实施大的纵向负载，一些管接头的特点是重要的。这些包括：使用延性的键在脆性的纤维增强复合材料中沿着接头的长度重新分配负载；沿着锥形面放置键使得有多个单个的剪切层而不是在脆性材料中把所有的负载传送在一个单一的层中；一个圆键及键形的槽以减少脆性材料中的应力集中；明显地放大了键提供的承受负载能力的管接头的摩擦致动；及与承受机构负载的结构无关地密封接头的装置。

纤维增强环氧树脂管有很小的延性。如果制造在粘结剂粘结的纤维玻璃管的段之间的插承结合接头，剪切负载不均匀地从硬的胶粘体传到延性的粘接剂。已经看到在粘接端有很高的剪切负载，它随着距离明显减弱。高的剪切负载引起粘结的逐渐失效，和接头的失效。带有延性键的锥形接头通过沿着管接头的长度重新分布负载而避免了该问题。

在接头端的剪切应力的部分取决于接头的长度。一个长的接头显示端部应力比沿着接头长度的平均应力更高。短接头有更均匀的剪切应力。可考虑延性的螺旋键把长接头分成多个短接头，各短接头在端部有更小的应力集中。另外，一部分键的塑性剪切失效并不扩展到下一圈键。

当增加的纵向负载施加到管接头上，它影响到第一圈键，其影响与下而的几圈的键相比是一个主要部分。当在第一圈负载超过键的剪切强度，它成剪切变形，附加的负载施加到下一圈键。延性键沿着接头的长度逐渐变形，因而沿着接头的长度重新分配应力。结果，得到了非延性管的延性螺纹的好处。

在一个试验中，对一个管接头加压直到发现初期的失效。第一圈键显示有剪切塑性变形，沿着键的长度变形逐渐减小。这种变形使在键的全长或大部分长度上应力重分布以达到合理的均匀应力。因此，在非延性纤维增强复合材料中的延性键沿着接头的全长重新分布纵向负载。因为加入了键的接续的圈的剪切面积以承受负载，避免了键的第一圈的高应力。在一个搭接的剪切接头中，在接头端的剪切负载可以是平均剪切负载的三倍以上。这里说的尼龙螺旋键在第一圈上的剪切负载约比键的平均剪切负载大约30％。因此在各圈上，或螺旋键的至少大部分圈上承受着一部分纵向负载。

通过应用所谓的可变节距螺纹而在螺纹接头中减小了在负载端很高的应力。各螺纹圈与上一圈有不同的节距使得当预定的纵向负载拉伸螺纹件时，螺纹均匀地啮合，应力沿螺纹的主要部分分布而不是集中在端部。例如这种安排用在炮筒的后膛单元。

在纤维增强复合材料管接头中的延性“螺纹”起到负载重分配的作用，有点类似可变的节距螺纹，但没有可变节距螺纹的高成本及精密机加工。在管接头中的槽的节距沿着接头的长度是均匀的，但足延性键不均匀地变形，因此沿着接头长度的主要部分再分配负载。因此，键的全部剪切面积(在圆锥部分交界处键的横截面积)承受载荷。因此接头的承受压力能力由材料的已知强度和可变的剪切面积确定。

当施加压力时，管接头的纵向应变可测量。已发现随着压力增加到一定的极限，接头长度有线性的增加，超过此极限，是非线性的增加。但是在该线性在内释放压力，接头长度减小，仅部分回到原始尺寸。

可能是要求的“延性”是相对于刚性的纤维增强复合材料容纳可观的弹性变形的软度或低弹性模量，及塑性变形(通常称为“延性”)的结合。因此，这里用的术语“延性”包括软的柔性材料，如尼龙，高纯铝及它们的等同物。

另外，关于键的强度，接头的纵向强度通过由于负载转移通过管接头交界处在圆锥之间的摩擦而增加。这可以是接头总的负载承受能力的一实质部分。事实上，接头的摩擦致动可以贡献延性键的负载承受能力一样多或更多。为了增加摩擦致动，外接头的圆周或环向刚性至少与***接头中的管上的接头这一半的刚性一样大。优选地，接头的环向刚性至少为管的环向刚性两倍。

通过用钢之类具有比玻璃增强环氧有更高的弹性模量的材料制成接头，可使接头的环向刚性更大。钢的模量为约20×10⁵kg/cm²，而玻璃纤维增强环氧的模量为约2.5×10⁵kg/cm²。但是，一般优选地是避免钢接头，而使用纤维增强复合材料。

通过增加壁厚可提高接头的刚性。刚性是制造接头的材料的壁厚和环向或圆周弹性模量。但是优选地，通过使用比典型地用在纤维增强复合材料管中的玻璃增强环氧有更高的弹性模量的材料来保持接头比较小。

通过用碳或石墨纤维绕接头可以得到高的刚性接头。这种碳纤维在环氧中的复合材料的模量在7×10⁵量级。在这样一个实施例中，接头靠近具有通常螺旋角的内部分绕有玻璃或碳纤维以得到要求的纵向或圆周强度的部分。一当得到足够的纵向强度，在环氧树脂中碳或玻璃纤维可以螺旋角70°-90°绕以建立附加的环向刚性。

另外，通过绕高拉伸强度的钢丝代替碳纤维可增强接头的刚性。虽然钢的模量有点低于不贵的碳纤维，用钢缠绕可以低成本提高接头总的刚性。这种缠绕可包括钢带(类似于在管壁中)及钢“纤维”。在这种实施例中，钢完全埋在纤维增强树脂中，因而防止腐蚀。

管接头的摩擦致动可通过推测接头是无限刚性而设想出。在该情形下，管中整个内压被接头承受着，而所有的压力传送通过圆锥的管接头界面。这样提供100％可用的摩擦加到键的强度上防止接头的纵向延伸。

另一方而，假定接头的刚性实际等于管的刚性。在这一实施例中，一半的压力负载由接头承受，一半的压力负载由管承受。因此50％的总的可用的摩擦加到管接头的纵向负载承受能力上。

如果接头的刚性是管的刚性的两倍，三分之二的负载由接头及三分之一的负载由管承受。由于三分之二的压力负载传送通过管接头界面，加到键的强度上的摩擦对无限刚性接头是66％的总的理论值。

除了增加接头的刚性，还可以通过增加接头的长度增加由摩擦承受的负载份量。普通技术人员并不认为通过对给定的负载增加面积来增加摩擦。但是这原理不能用在增加管接头的长度，因为总的径向负载不是稳定的。在管接头中，施加在摩擦界面的径向负载直接与面积及管接头中的压力(及刚性)成正比。因此，随管接头更长，负载承受能力的摩擦分量指数地增加。

例如，如果把接头的长度及接头中的键的长度加倍，摩擦而积(及负载)加倍，键的剪切面积也加倍。这意味着用两倍的纵向负载剪切键，管接头压力的额定值(基于键剪切)也可以加倍。当然，压力额定值加倍增加了径向负载及摩擦的成分。因此，摩擦面积及压力额定值加倍使摩擦分量增加四倍。

在管和接头之间的密封在装配管线时有特别的优点，例如，由于可以检查密封以确保有好的密封。在管接头装配其圆锥接合时。O形圈之间的空间用气体加压以确定O形圈是否已形成一密封。这可以很快验证。随后把液体的热固密封剂泵入一个通道中，相对的通道作为出气孔以证实在O形圈之间的密封空间已充填好了。在密封剂中包括钡化合物之类的不透射线的材料。密封可进行X射线检查以测出密封剂中的气泡或孔洞。可用具有低的固化周期的密封剂使得可以在密封剂固化前进行检查，而在密封剂仍是液体时可方便地对有缺陷的密封层重加工。

这种密封安排也是特别适合放置海底管线或水下其它区域设置管线。接头可在船码头装配、密封及试验，然后在密封剂固化前送到水中。在密封剂固化时，O形圈保护密封剂与水隔开。

一个举例性的密封层在O形圈之间的长度为2.5cm。在相对的而之间密封剂的厚度为约0.75mm。O形圈之间的空间的厚度应足够以允许液体密封剂泵入而没有太多的背压。也须足够使固化的密封剂可容纳当管接头加压时管接头的纵向变形的应变。实际上，密封剂的“矩形”变形为平行四边形，厚度必须足够容纳该应变而没有超过密封剂或在密封剂与粘结剂之间的粘结连接的剪切强度。在密封剂的各端有弹性体的O形圈减小了端部的高应力，及增加了密封剂容纳剪切应变的能力。管和接头的相对的径向刚性也对粘结密封剂的强度有贡献，因为粘结剂中径向刚性帮助防止由于内压引起的剥离失效。

另一方面，密封剂不能太厚或者它可被管中流体的内压从密封层中挤出，原来是密封剂负载的主要部分是在密封剂端部的投影面积上的压力。因此，密封剂应有在O形圈之间足够的长度抵抗管中的内压。对于搭接剪切强度为约20kg/cm²和径向厚度为约0.75mm的密封剂，粘结剂长度仅为15mm是足够容纳内压为630bar(9000psi)。短的密封长度是优选的使接头可方便地拆下。

对于管线的现场装配，是在制造场地把短的接头装到各管段的一端。这使密封可以试验，也可使成段(典型的为约12米)的管把多少量设到一端的阳螺纹以及另一端的阴螺纹。因此在现场装置，只一个接头需要做在管的相邻段之间。

这种新的管接头使玻璃纤维增强环氧管适合于油井套管。它有好的纵向负载承受能力把套管挂在井中。接头可使用打井机之类上而的标准工具很快地准备好。在这种使用中，带有O形圈之间的密封剂的密封可以不要，在大多数情形下单单O形圈密封是足够的。

虽然已说明及示出按照本发明结构的管接头的有限的实施例，但应明白本专业技术人员可作出许多改型及变化。例如，在有钢带埋在纤维增强树脂的比较薄壁的管中，可绕上附加的玻璃纤维增强树脂带绕在管上超过圆锥的大直径端。该放大的区域可由装配接头的工具接合，而没有损坏管的薄壁部分的危险。

可以明白在管接头中具有多个螺旋圈的延性键可用在管接头没有上述圆锥的地方。在这种实施例中的延性键可足够容纳剪切变形并沿管长重新分配负载。但是，在这种接头中设圆锥是优选的使得螺旋中各圈的剪切负载是在不同的径向距离并且剪切层不排齐。这样提高了管接头的剪切强度。

虽然对一管及接头说明了管接头的结构，但是很明显，对一端有外圆锥形一端有内圆锥形的管可提供类似的结构。该接头也特别适合于在纤维增强复合材料管及钢的管接头，阀或其它附件之间的高压传送。例如，它可以是有用的把钢接头包括在纤维增强复合材料管线中，在该处可能要求开口到管线中。

钢有与纤维玻璃增强树脂明显不同的弹性模量。当这两材类拧在一起，和在压力下受到伸长，延伸率不同，导致两材料中最终的螺纹节距不同。接头中的延性的键可容纳弹性模量的不同而不会使接头的强度降级。当管和接头材料不同时，对接头的这种密封安排也是有利的。

Claims (11)

1.一种纤维增强的复合材料管的管接头，包括：

一个在一端有外管接头一半的纤维增强复合材料管；

一个沿着该外管接头一半的长度螺旋延伸的槽；

一个有与外管接头一半互补的内管接头一半的管接头；

一个沿着内管接头一半的长度螺旋延伸的槽，它与外管接头一半的槽有同样的节距；

一个用于把内外管接头两半锁住的沿两槽螺旋地延伸多个圈的键元件，所述的键元件有足够的延性用于剪切变形及沿着管接头的长度的重新分配负载。

2.按照权利要求1的管接头，其特征在于各管接头一半是圆锥形的，具有一半锥形角在1-5°的范围内。

3.按照权利要求1或2的管接头，其特征在于还包括邻近键元件一端的管的外面的第一表面，在接头的里面面对第一表面的第二表面，和一弹性密封剂在所述的两面对的表面之间粘到两面对的面用来密封接头。

4.按照权利要求1的的管接头，其特征在于所述的键元件有高到邻近槽的管和接头的剪切强度的一半。

5.按照权利要求1，2或4所述的管接头，其特征在于邻近内管接头一半处接头的环向刚性大于邻近外管接头一半处管的环向刚性。

6.按照权利要求1，2或4所述的管接头，其特征在于至少邻近外管接头一半的管的部分由玻璃纤维增强，至少邻近内管接头一半的管接头的部分由比玻璃更大的弹性模量的纤维增强。

7.按照权利要求1所述的管接头，其特征在于所述的纤维增强复合材料管的一端有外圆锥形，它有一个半锥形角在2°到4°的范围；所述的管接头是纤维增强复合材料制的，具有一内圆锥形，它有外圆锥形上的半锥形角一样的半锥形角，至少一部分接头由有比玻璃高的弹性模量的足够量的材料形成以提供比靠近外圆锥形处管的环向刚性更大的环向刚性，并且还包括：

在键元件的端和管端之间的管外面的第一密封表面；

在面向第一密封表面的接头的里面的第二密封表面；

在第一和第二密封表面之间一对隔开的圆周的弹性体密封件；

在弹性体密封件之间并粘到两表面的密封剂，密封剂有足够的弹性以容纳管接头的最大纵向剪切应变；

在弹性体密封件之间，穿过接头的壁的一个密封剂注入通道，用以在管接头装配后在弹性体密封件之间注入密封剂。

在弹性体密封件之间穿过接头的壁的一个通气通道，用以当密封剂注入时从弹性体密封件之间排出空气。

8.按照权利要求1所述的管接头，其特征在于还包括：

与把管接头两半锁在一起的键元件和槽隔开的密封接头的装置，包括：

在管外的第一表面，

在接头内的面对第一表面的第二表面，

在第一和第二表面之间间隔的一对圆周弹性体密封件，和

在弹性的密封件之间并粘到两表面上的密封剂，密封剂对于容纳管接头的最大纵向剪切应变是足够弹性的。

9.按照权利要求8的管接头，其特征在于还包括：

在弹性体密封件之间穿过接头的壁以便在管接头装配后在弹性体密封件之间注入密封剂的密封剂注入通道；和

在弹性体密封件之间穿过接头的壁以便当注入密封剂时释放出在弹性体密封件之间的空气。

10.按照权利要求1的管接头组成的复合材料管，包括一个纤维增强复合材料管，包括多个螺旋绕的钢带，各钢带的端部完全埋在离开管端处的纤维增强树脂中，并在管的至少一端有外接头一半，其外径是锥形的，到邻近管端有更小的直径，各钢带终止在离管接头端的不同距离处，并在管接头的圆锥形部分中。

11.按照权利要求10的复合材料管，其特征在于还包括绕在所有钢带的端部的纤维增强复合材料体，该材料体的直戏相对于远离接头处管的外径扩大，还有多个在外圆锥形中的螺旋槽。

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