CN1071875C - 双壁复合管和管接头及其制造方法 - Google Patents

双壁复合管和管接头及其制造方法 Download PDF

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Abstract

双壁复合管，可渗透环形结构上有显微裂纹，以减少从内壁泄出流体的流速和压力以防止流体泄漏。环形结构承受内部流体压力和其他载荷应力。当管子环形结构经历应力引起尺寸变化时，内、外壁将保持永久的不可渗透性。管接头将纵向毗邻的成对的管子机械地连在一起并包括两半圆柱形半连接器，压缩密封环，柱形保持套，封闭和密封组合的半连接器的柔性套。一个泄漏传感器可以安置在管接头处。还涉及制造管子和管接头的方法和装置。

Description

双壁复合管和管接头及其制造方法
本发明涉及复合管结构，更具体地说是为流过管子的流体提供附加容积的双壁复合管和管接头以及其制造方法。
显示出将各部分迅速地机械连接起来以提供永久性密封连接的复合管的出现，已在许多流体输送应用中替代了焊接钢管。实际上、已经证明管道工程不再单独依靠焊接钢管作为传输各种流体，如水、石油、气体和悬浮液产品的最可靠、最经济的***。除了高的强度与重量比率和对循环疲劳和腐蚀的长期耐受特性之外，复合管显示了极平滑的内表面，其作用是减少了流体流动摩擦，从而降低泵抽费用。
同样长度的钢管和复合管之间经济性比较的最重要方面包括连接和密封成对的纵向连接的管子部分的方法和所需的劳动力费用。用焊接而不是用密封螺栓法兰或螺纹连接是钢管的最经济的连接和密封。反之机械连接而不是焊接连接对复合管是最经济的连接和密封、这样复合管能迅速和简易地连接在一起并密封，对于修理和重新放置目的的拆卸也是一样，这就对于许多流体传输***大大增加了复合管的经济价值。
各个联邦、州和地方的政府机构，例如美国环境保护署(EPA)，现在要求输送危险的液体或气体管道具有对泄漏事件的附加保护能力。
对于附加保护问题的通常解决办法是在沟里敷设管线，其具有可渗透的衬层。这种泄漏防护沟对于敷设是昂贵的，对于保持是困难的，并且管线不能在河、湖和沿着海底敷设。
其他解决附加保护问题的通常方法是使用双壁管，其包括用一个环形空隙或可渗透环形结构径向分开不可渗透的内、外壁。通过在所选的管子部分的关键位置设置泄漏探测传感器连续地监视泄漏。这种双壁管设计成耐波动液体压力和流动速度产生的通常为纵向和环向的应力冲击。然而这种管子不能有效地抵制其他类型的极大压力和在管子处于工业应用中受到的弯曲和压缩冲击。
因为标准的双壁管的外壁有比内壁大的直径，对于给定的工作压力外壁将经历比内管大的环形应力。因此在工业上通常制造的外壁厚度至少与内壁相同，用在最初的流体输送容器，在一些管子应用中，内外壁由结构件分开，例如波纹板，纵向或环向的肋或辐条、支架或可渗透的刚性泡沫材料，一个愿望是增加管子总结构的整体性。
例如，通常的这类双壁复合管由美国专利号3,784,441和4,758,024公开。实际上，在这些专利中公开的双壁复合管包括用肋分开的不渗透的内外壁。构成管子内外壁的复合载荷承受材料通常包括不可渗透的纤维增强热熔树脂。
通常的双壁复合管的环形区域径向地位于管子内外壁之间，其最初设计成具有流体的附加保护。虽然该区域包括上述工业应用的管子的结构件，就实际组成来说，其是非结构性的。实际上管壁间的该区域是密封和抽空的，充入液体以揭示两管壁的泄漏或保留空气并设置泄漏探测传感器。这样一个与管子内外壁分开制造的环形区域，其实际组成通常是非常复杂并且制造、设置、维护费用昂贵。
普通的双壁复合管的连接部分通常用粘结剂或螺栓法兰牢固连接在一起。常常发现这些类型的连接工作劳动强度非常大，难于实现迅速和有效的连接，并且费用过高。高费用因素是由于需要复杂和昂贵的生产设备单件制造这种传统的接头部件。
此外，标准的双壁复合管不具有比ASTMD2 992所要求的12,000磅/吋2大的静水力设计基本强度，因此在它们连接处的最初的强度不超过构成管子的复合基材的层间剪切和抗拉强度。普通的这类管子也具有相对高的纵向变形值，很自然地，当使用时趋于过度伸长。管子的伸长将产生抗弯应力，该应力必须由埋于地下的管子或使用特殊设计的管连接装置来承受。嘭胀环或特殊补偿装置也被用于补偿由于管材温度和/或纵向应力变化而引起的管子膨胀。
连接结构，被用在管子连接处以连接和密封内壁，不连接和密封毗邻管子的外壁。这样，整体成形管子的结构不能达到所期望的要求。另外，不可渗透的应力承受结构设置在不可渗透的内、外壁之间。从一破裂的内壁泄漏的流体的压力和流速一般不是阻止在管内。
本发明通过提供一个管状结构克服了已有技术中上面简要描述的问题，该管状结构具有高度整体结构性、特殊的附加保护能力，以及高效而经济的制造和安装性能。
在其主要方面，管状结构包括若干层，这若干层是由纤维和浸渍纤维使各层形成硬化基体的可硬化粘结剂构成。预处理这若干层中的至少一层结构，以减少管壁破裂后泄漏液体的流速和压力，从而抑制流体的泄漏。另外，在内部不可渗透层未破裂时，这种结构阻止和吸收由施于其上的冲击和液压震动载荷造成的高变形率的应力。
本发明最佳的管子结构实例包括：一个不可渗透的第一层，一个围绕着第一层的可渗透的第二层、一个围绕着第二层的可渗透的第三层，和一个围绕着第三层的不可渗透的第四层。第一和第四层最好由纤维增强的热熔聚合树脂组成。第二层最好由环形的连续的纤维增强物构成，而第三层最好由纵向排列的连续的纤维增强物构成。第二和第三层的每层纤维增强物最好埋入包含多条显微裂纹的易裂基体内，其中第二和第三层形成可渗透的环形结构。
本发明的另一方面是制造上述复合管结构的方法，复合管结构用于抑制通过管壁的流体泄漏压力和流动速率以及阻止内操作压力，其中包括以下步骤：构成多层的复合管状构件，至少其中一层包括脆性基体材料；密封所述管子端部：用流体灌装所述管子；和压缩所述流体以在脆性基体材料中形成具有预定尺寸和数量的微裂缝。
本发明的其他目的和优点通过下面结合附图的描述而显见：
表1是一个列出了用于总壁厚从0.15英寸到0.4英寸(3.8mm至10.2mm)尺寸范围的双壁管的推荐的最大试验压力的图表。
表2是一个列出了用于总壁厚从0.5英寸(12.7mm至25.4mm)尺寸范围的双壁管的推荐的最大试验压力的图表。
表3是一个列出了包含本发明的从属于图1和2所示的试验压力范围的复合双壁管四层中每一层的推荐厚度的图表。
图1是管子法兰连接的局部断面的立体图。
图2是一个类似的，但颠倒过来的管子的局部断面的立体图，表示出形成于管子内层的显微裂纹。
图3是图2中椭圆形A的放大图。
图4是一个示意性的局部断面示图，表示了用于给管子加压以测量管长“L”变化的装置。
图5是一个放大的局部断面图，表示了连接和密封两管端的连接装置的一部分，并示出了泄漏探测传感器的位置。
图6是用于连接装置中的受压力驱动的密封环的横断面图。
图7是连接管子的接头结构和可变换的密封环的纵断面图。
图8是断面示意图，示出了用连接装置连接和密封在一起的两个管子，但所具有的各层仅以轮廓和示意性地为了图解的目的给以示意。
图9是一个类似于图81的视图，但表示了受压状态，但处于稳定位置的管接头装置的完整的各层和密封环(图6)。
图10是连接装置和端塞的部件分解图。
图11是一个部件分解图，表示了一对半管接头模型和一个用于分离管接头的切割器。
图12示意性地表示了适于在芯轴上制造管子的第三层的用于纵向排列一根股绳芯的装置。
图13是一个断面图，示出了设置在台阶形结构上的股绳芯和构成表面的半连接法兰。
图14是类似于图13的视图，但示出了管连接法兰形成工具连接模(图11)，而股绳芯已被固化和整理过。
图15表示了一个芯棒支撑抵座，包括一个用于芯轴的可移动和轴装置。
图16A是一个已固化的管子的侧视图，该管子带有已被移开的管接头法兰成形工具，并示出具有与管接头呈密闭和夹紧状态的管接头模型。
图16B是一个局部侧视图表示了安装在芯棒上的管接头的一端，其有一可移走的紧固销和连接于其上的轴件。
图17是一个局部示意图，表示了在管子已被从芯棒移走后的一个可互换的随动塞和一个稳定端塞的最终位置。
图18是一个类似的视图，但表示了随动塞和第二端塞的最初位置。
图19是已被从芯轴移走后的锚定销轴件的纵向断面图。
图20是锚定销轴件的端视图。
图21示意性的表示了一个装置，其用于由相互交替的湿的和干的连接的纤维芯制造管子第二层的卷绕带。
图22示意性地表示了用于制造管子第三层股绳芯的装置。
图23示意性地表示了用于制造本发明的管子和连接装置的一系列工位。
本发明的优选产品实施例包括一个复合双壁管形结构(图1中的管30)，它适合表1和表2所示的8种最大测试压力的一种。表1表示用于尺寸范围从0.15英寸(3.8mm)到0.4英寸(10mm)具有全壁厚的双壁管的推荐最大测试压力，双壁管的壁厚包括可渗透的双层环形结构31的厚度，结构31嵌在一个不渗透的内层或内衬38和一个不渗透的外层或覆盖层39内(图1)。表2表示用于尺寸范围从0.5英寸(12.7 mm)到1.0英寸(25mm)具有全壁厚度的管的推荐最大测试压力。最大测试压力是预先计算出来的，它至少是管子最大使用压力的两倍，当管子沉浸在水中环境温度低于150°F时，其最小使用寿命预期为25年，表3表示组成本发明优选管子实施例的4层管子中的每一层的推荐厚度，它能承受表1和表2所示的每一种管子压力。
表1和表2所示测试压力基于两个保持在一个圆柱形管接头套筒33(图10)内的装配好的半圆柱形近接头32的纵向综合抗拉强度。在管接套筒33内的两个半管接头32承受施加在内部承压管的法兰70上的最大端部负载。这个工作压力由公式P=L/A计算，这里，“P”是管子需要承受的最大测试压力PSi(等于最大工作压力MOP的两倍),“L”是当管子被端塞34和34′密封而内部承压(图4、图17、图18)时管子承受的最大端部载荷1b,“A”是管子法兰连接端35(图1)的横截面积(平方英寸)。面积“A”由公式A=(D+1.5+2(T-0.4))2×0.7854，这里，“D”是管子内径，“T”是管子的全壁厚(4层管子)，此公式适用于管子壁厚为0.4英寸或更厚时。如果管子的全壁厚为0.4英寸或更薄时，连接端面积将等于0.7854×(D+1.5)2。
表3推荐的壁厚基于下面的假设：
1．管子的全壁厚(T)是表3所示8个壁厚之一。
2．管子的渗透的第三层36(图1)的厚度TL(包括不定向的，纵向绳)等于管30全壁厚的三分之一。
3．管子的渗透的第二层37的最大允许设计强度SC(包括周向玻璃纤维)为50,000PSi(345MPa)，即SC=50,000PSi。
4．层36的最大允许设计强度SL为35,000PSi(241MPa)，即SL=35,000PSi，它由管子第三层36或管接头法兰内层36＇的横向剪切强度决定，层36和36＇的每一层都包括纵向细绳(图11)。
如一个图示实施例所示，假定本发明的双壁复合管的内径D为6.0英寸，全壁厚T为0.4英寸。管子连接端面积A等于0.7854乘以(6+1.5)2，即A等于44.18平方英寸，管子第3层36的厚度TL等于T/3为0.13英寸。利用第3层最大允许设计强度SL(35,000PSi)和第3层厚度(0.13英寸)，可以计算出每周向英寸最大允许端部拉伸载荷EL等于35,000×0.13即4,550lb。第3层36和管接头所能承受的全部端部拉伸载荷等于4,500×3,1416×7.5=107,207lb。应用来测试管子的最大压力P为全部端拉伸载荷L除以连接端面积A，等于107,207/44,18=2,426PSo(16,7MPa)。
使用这个压力值(它基于最大连接强度，即“端载”能力)可以由下式计算出管子第2层37的最小厚度TC:
TC=(P·D)/(2×SC)=(2,426×6)/100,000=0.145英寸(3.68mm)
施加到周向加强层(包括层37)的周向应力最好为不要超过62,000PSi(428MPa)，这是由热固对脂加强的玻璃纤维材料(最好包括第2层37)的液压静力设计的基本强度(HDBS)。
确定周向应力H S的公式是：HS=PxD/2TC,P是内管压力(PSi),D是管子内径(英寸),TC是层37的壁厚。例如(参考图1和图2)，一个20英寸直径双壁管的推荐最大测试压力是2,056PSi,(当全壁厚为1.0英寸时)。施加在0.4英寸厚的层37上的最大周向应力由下式确定：
HS=2.056PSi×20in/2×0.4in=51,400PSi
(HS=14.18MPa×507.6mm/20.3mm=354,57MPa)
管30的优选材料：
组成不渗透的内壁衬第1层38和不渗透的外壁覆盖层或第4层39的优选材料包括一种用纤维加强的热塑树脂，它在拉断时至少有5％的拉长。为了叙述方便和清楚的目的，管子38、37、36和39按照其制造顺序从里向外分别称为第一、第二、第三、第四层管子。所说树脂包括乙烯基脂如Corezyn 8520，由Interplastics Corp，制造、合成环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯合成橡胶或复合管领域技术人员公知的合适的其它粘接树脂。
组成层36和37(包括两层渗透的环形结构31)的优选材料是连续的玻璃纤维加强绳40和伸长量小的脆的聚合物基体41(图21和22)。一种合适的玻璃纤维加强物是市场上可买到的E型玻璃纤维粗纤维(称为Flexstrand，由纽约的Fiber Glass Industriesof Amsterdam制造)，每磅225码，产品代号为220-CO-700。合适的复合基体材料是粘度大约为100厘泊的可硬可溶硅酸酯和市场上能买到的间苯聚脂树脂(称为Aropol 7240W，由俄亥俄州哥伦布市的Ashland化学公司生产)。复合管领域技术人员公知的其它细丝加强物和制造脆的基体的树脂也可被使用。
制造管30的设备和总的方法：
下面的描述与制造本发明的双壁管和接头结构的设备和方法有关(图4到图23)。
图23是一个平面示意图，示出了设备和工作站A-J的顺序，一个由支座支承的心轴42在制造管30和半管30和半管接头32(图10)整个过程中被送过这些工作站。心轴支承在支座43上(图15 )，支座43用来接纳具有从2英寸到至少60英寸直径范围的管子心轴。
如图23所示，支座支承的心轴42首先被移动到心轴准备工作站A，在那里，圆柱形的心轴表面44和在表面44端部的两个半圆柱形的半管接头模具表面45被清洁、检测和覆盖合适的聚合树脂剂。心轴42按下来被移动到第1内衬层工作站B，在那里，它与心轴横移驱动装置46相连接，制造第1层38。装置包括一个常规的二元混合和测量***(未示出)，该***放出混合好的、快速凝固的、半软的聚合物，施加到半管接头模具表面45、圆柱形心轴表面44和一个形成管子每一端的密封面47(图1)的环形表面(当旋转的心轴运动经过洒施机48时)。正如下文还要完整描述的那样，第1层38的端部径向向外扩展，形成密封面47，最好是密封面的外径至少近似等于第3层36的内径。
在管子密封面材料被施加后，半管接头表面45和圆柱形心轴表面44被包上一致的干燥织物带，以致带子里面部分地被半干聚合物浸渍，而带子外面基本上仍保持干燥。标准的法兰斜面成形工具(用于制造每个管端的锥面结构49，见图13)定位于靠近管子密封面环50的管子法兰连接端35(图13)，且与其对中，所以管子斜面结构可以用丝线缠绕，与快速凝固的基体一道在每个管子端面形成一个大约15°的斜面角。另一方面，图7示出了一个预先制造好的斜面结构51(例如为图1中管30的左手端)，它可以被放在光的心轴上，还可以有一个整体可压缩的弹性斜面密封52(代替下文描述的密封77)。然后内衬与斜面结构51搭接，结构51最好用硬橡胶或其它肖氏硬度不低于90的合适弹性体。
再来看图23，在第1层38和锥形管斜面结构49完成之后，支座支承的心轴42被移动到第2层工作站C，在那里法兰斜面成形工具被移去。心轴与第2心轴横移驱动装置46相连接，这个第2心轴横移驱动装置将心轴移动，通过一个固定的筒子架53和丝线卷绕涂敷器54。图24示出了制造可渗透的纤维卷绕包带55(构成第2层37)的装置，带55交替用连续的细湿绳56和细干绳57制造。带是被卷绕到心轴上的纤维，而心轴移动通过纤维卷绕基体涂敷装置54，直到第2层37到达希望的厚度。
图23还显示出，在将组成第2层37的材料布置完后，在支座上安装的管子心轴42被移动到第3层工作站口，在那里，它与一个计算机控制的驱动装置58相连。图22和23示意出制造布置在第2层37(图12)上的股绳59的装置和方法，当股绳由一个计算机控制的股绳拉出器61从股绳形成装置60中拉出时，开始形成第3层36。图22进一步示意出一个股绳基体涂敷器62(下文将描述)，它用于浸渍由若干连续的干细绳57加捻而成的集束。低摩擦股绳形成装置60将股绳59喂到往复移动的股绳拉出器61上，拉出器61将纵向股绳布置到第2层37和半管接头模具表面45上(图12)。
图12进一步显示，股绳的一个头系在一个固定销64上，股绳沿纵向布置在层37上并且按顺序在环63处环绕其它的固定销，使股绳以连接的来回操作方式布置在第2层37上。因而最终的结构是形成了一系列平行的股绳段，这些股绳段是股绳绕向对位排列的固定销64形成的。每个固定销的直径最好约为0.125英寸，销的周向间隔最好约为0.65英寸(图20)，以便允许股绳拉出器在环绕布置和固定操作时从它们中间通过。
与包带55(用于第2层37，图21)和胶绳59(用于第3层36，图22)的制造有关的更详细的描述将在下文给出。
再来看图23，接下来支座支承的心轴42被移动到第4层工作站E，在那里，不渗透的第4层39(包括一条浸渍于基体的抗压织物带)包在第3层36和半管接头成形表面45上。当心轴旋转时，织物带包在第3层36上，开始形成第4层39，即从管子一端开始连续地绕向另一端。参见图13，一条可去除的股绳固定带被放在用于每个半管接头32的内成形模具65的每一侧，以便将股绳59的各段保持在固定位置。然后，股绳在心轴的离驱动端80最近的小环处及在端环50的端部切断。跨过管接头法兰模具的股绳的端部随后被周向施加(手动或自动)的浸渍基体的绳或加强绳带弯到半管接头成形模65内。
股绳固定带被去除，然后绳料松开的头被折回到模腔内，并通过绳或带的缠绕保持住。在将半管头成形模67(图11)放到半管接头加强物上之前，变稠的基体(有近似花生酱的稠度)被施加到半管接头加强物的外表面，以提供足够材料，保证半管接头外表面的光滑一致。在模具定位和固定在半管接头材料上之后，用一把剃刀(图11)切固定的管接头衬料和未固定的半管接头材料以产生两个半管接头52(组成一个连接件68，图8至图10)，下文还将详略描述。连接件大致具有US-4740422公开的形式，这篇专利文献公开的内容被本文采用作为参考。
如图14所示，在第4层缠绕操作之后，环形的分段的(可移去的)管子连接法兰成形工具69定位在第4层上。一条加捻而成的股绳(浸渍在未画出的基体涂敷器内)在成形工具和第3层股绳59之间包裹圆周方向的细绳，以形成联接器或管子法兰70(图1)。参见图23，在布置完管接头和管子法兰材料和它们各自的法兰成形工具后，支座支承的心轴42被移动到固化工作F并进入基体固化装置71内。
当心轴在一排辐射加热器下面旋转时，各种复合基体材料***。当管子和管接头基体材料固化和硬化后，支座支承的心轴42被移动到管子卸下工作站G，在那里，法兰成形工具69被去除，组成管子第3层的股绳被切断和修整，因此，层36在管子密封面47上是光滑和齐平的。
图16A示出最靠近心轴42驱动端80的已固化的管子的法兰端，心轴还带着夹紧成形模67，模67还未被分开，两个半管接头还未被移去。图16B是一幅断面图，展示了固定销和轴件66中心轴42另一端的固定。当心轴被一个心轴移动支承和锁定装置(未面出)支承时，一个心轴螺栓72旋转，以从心轴42上卸去件66。
在从心轴42上卸下件66后，一个可移动的电绞车(未画出)提升件66和安装件66的支座轴承73，使它们离开心轴42，以暴露管子47和心轴锁定面75(图18)。第1端塞34(图18)包含一个橡胶随动塞76，它通过一个连接件68连接到管子的一端。连接件包括一可压缩的弹性密封圈77、刚形成的半管接头32、和一个封闭管接头的管接头保持套筒33。如图23所示，当管子准备从心轴上卸下时，它被移动到工作站H，在那里，一种卸管用的合适的液体(例如水)通过在端塞34中心开通的通道34a注入环形腔34b，并使腔内压力增高(腔34b在静止的橡胶随动塞76和端塞34之间限定)，以便管子与心轴分开。
当卸管液体注入腔34b时，端塞34将向图18的右方移动，以将管子从心轴上拉下，而随动塞76则沿管子内表面向左移动到它的图17的位置，直到管子脱离心轴。穿过端塞34＇而形成的通道34a＇是空心通道。当管子从心轴上卸下时，它由两个可移动的管子支座74(图23)支承。图17表示随动塞76的最终位置。图23还示出，置于管子支座74上的已卸下的管子被移到用于最终制造管子的30的工位“I”。
制造的最终步骤涉及用如下描述的方式制造的耐压管，以使管子的环形结构31(包括层36和37，图2和图3所示)通过使用如示意图4所示的装置专门形成许多纵向和环向排列的可渗透的显微裂纹78和78＇。管子30首先置于“光滑的”支撑辊79上。通过使用随动塞76(图17位置)，卸去的管保留着在两个密封端塞34和34＇之间充满着的移动的流体，端塞由连接装置68以机械的方式连接于管法兰。至少两对刻度指示器81被安放于在每一管端外的受压管的相对边上，定量的测量在管子长度“L”上的在0.0010英寸范围的增值变化。
在管子制造的最后阶段，用水泵***82对管子施加压力，并且经常读取压力测量仪83的数值，使得增压率约等于每分钟10磅/平方英寸(70帕)。借助刻度指示器精确测量与记录受压管子在管子长度(L)上的变化情况。测量管子长度上的变化情况最好至少10分钟进行一次，并且纵向变形由公式：S-dL/L决定，其中“dL”是由两对刻度指示器在10分钟内对长度变化测量的平均值，“L”是在两对刻度指示器之间的管长。变形率(S/T，用每分钟每英寸表示)是在预先确定了的时间段(T)的终了时刻测量的应变率(S)。
水泵***82被控制到使得用水施压于双壁管的速率，不允许在30分钟以上的时间段内测得的最大平均应变为每分钟每吋超过0.000011英寸(mm/mm)。在加压操作期间，第二层37和第二层36，包括管子环形结构31，被加压超出13,000PSi(90MPa)的基体抗拉强度，以产生数千个纵向和环向排列的显微裂纹78＇和78，在易碎的基体上分别缠绕周向股绳层37和纵向股绳层36。图3表示管体的一典型部分，示出了可使环向层渗透的显微裂纹。当压力测量仪83指出压力已达到一个等于最大预期测试压力值时，(表1-3)，表示于图4和5的双壁复合管30制成。
可渗透的环包括层36和37，使得复合管不仅达到很高范围的工作压力(如10,000至20,000PSi或69至140MPa)，而且也耐高应变率应力，如在使用中加于管上的附加冲击和水压震动(“水锤”)。可渗透层进一步的作用，以阻止由于第一层38破裂而产生的任何泄漏。
图5-10表示了用成整体结构的连接装置68将两纵向排列的管的毗邻端连接到一起。图6是一个半压缩密封环77，其有在密封面47密封每一管端的一对密封环77＇。一个环槽85形成于密封环周边上，同整体地形成于半连接器32上的环形保持法兰86相配。
图8和9顺序地表示，当管子密封面47由连接法兰70相互连接而使其互相相向地移动时(连接法兰有半连接器32的台阶法兰)，压缩密封环77被压缩到近似于其原有宽度的90％。管子密封面和管子法兰70的外侧直径100D)(以英寸计量由下列公式决定：OD=D+1.5英吋+2×(T-0.4英寸)，其中“D”是管子的内径，“T”是管子总壁厚。对于具有总壁厚(T)的双壁管来说等于或略小于0.4英寸，管密封面和法兰外侧直径等于：(D)+1.5英寸，后者的计算对于标定和简化连接器和密封环工具是有用的。
为了爆裂试验的目的，内径2.0英寸和总壁厚0.4英寸的管子用图7的方式装配。穿过端塞34(图18)形成的通道34a被用于用水充填管子，此时空气通过塞34＇的通道34a＇排出。一个为“V”形87形成于每个密封环77内(图4中表示了一个)，以便当密封管子被加压时，槽内的内表面将分开，以增加密封压力，并与每个密封面47和每个端塞顶靠接触。这个补偿程序用于任何潜在的由于长时间而出现的密封压力损失，该损失是由于压缩装置通常产生变化或由于高温工作环境造成的，老化或高温工作环境也可能增加密封件的硬度。
当壳内压力增加到近似10,000PSi(69MPa或690bar)时，在连接器上的端负荷将增至约96,211 lb(43,732公斤或433千牛顿)，并且施加于保持套33上的应力将增加，预先确定环向排列的纤维股37(包括半连接器保持套)的厚度以适合于预定的最高工作压力，并保证相配的半连接器之间的分离和保证密封之间的间隙不超过保持完整密封性能的需要。在管子被加压到10,000PSi以后，内压降到零，然后以约500PSi/S的速率迅速加压到约7,500PSi。这个压力试验确保管子30能抵抗管道发生“水锤”事件期间产生的压力震动应力。
当施加压力时，管730的刚性(用其纵向抗拉模量测定)能够从3,500,000PSi(24GPa)增加到26,000,000PSi(176GPa)。为了解释这一独特的特性，根据上面提出的方法制成20英尺(6m)长，总厚度为0.4英寸的管子。在其后的制造过程中，施加的压力达到10,000PSi(69MPa)，测得整个管子伸长0.3英寸(7.6毫米)，纵向延伸率等于0.00125英寸/英寸(毫米/毫米)。施加于耐压管上的纵向端载等于96,000lb(43,700公斤)。
因为包括承受端部载荷的层36和37的环形结构横断面积近似等于3.0平方寸(19.3平方厘米)，环形结构承受的纵向应力被确定为约32,000PSi(220MPS)。计算有效的纵向抗拉模量是由纵向应力除以延伸率得到。25,6000,000PSi的数值几乎是钢的最大的抗拉模量(30,000,000PSi)，并且比传统的缠绕，玻璃纤维的纤维增强热固树脂管材料的抗拉模量几乎大7倍。
如图9所示，所期望的高抗拉模量的特性将用于起到减少管子的总伸长的作用，并且在使用的管子的密封表面47之间实现压缩密封，以适应管子的最大的伸长，并省去长管道上管子的膨胀环。施工和加压产生压力的纵向抗拉模量值特征的复合双壁管能够根据本发明的技术作如下解释。当在纵向纤维股绳之间和周向排列的纤维股之间的基材均匀破裂(显微裂纹78和78＇，图3)时，倾向于增加管子第二层37的直径的力也起到增加管子第三层36的直径。增加第三层直径的径向力也起到缩短第三层的长度的作用，并减少施加于其上的纵向应力。
用一个类似的方式，施于层36上的端载荷倾向于压缩和减少下一层37的直径。其结果，端载的纵向排列的绳股59(包括第3层36)将起到减少环向排列的绳股(包括第2层37)的变形值。层结构呈现的高抗拉模量特性使得管子的内壁直径保持不变，第二以及在广泛的压力范围上的恒定的尺寸。
下面的描述是用于制造自由释放的缠绕带55的优选材料、装置和方法(示于图21和23，状态C)。缠绕带由湿的和干的连续纤维股绳构成，该纤维股绳产生高强度的层片，减少层片的基本重量和成本，增加层片玻璃相对于树脂的重量比率，并去除了通常用来从层状缠绕材料中移去多余的树脂的既麻烦又花费高的刮板操作，层状缠绕材料施加于旋转成形心轴上。
粗纱架53支承形成绳股40的连续纤维层状材料的中心抽拉装置88。如图23-C所示；粗纱架用来向相邻层状缠绕型涂层器54供给股绳材料，涂层器置于粗纱架53和旋转管轴42之间。每个中心抽拉装置的内径约为6英寸(15厘米)、外径11英寸(28厘米)，高为10.5英寸(27厘米)，重量约为20公斤(44lb)，并包括具有每磅225码(452米/公斤)量值的约10,000米玻璃股绳粗纱。该粗纱纤维数约为每股绳2,000根纤维，纤维的直径是微米(0.00095英寸)。单根干玻璃股绳的横截面积等于0.001417平方英寸(0.914平方毫米)。每根纤维由玻璃E制成，并用含碱的连接剂涂覆，该连接剂的作用是把结合料粘贴到玻璃纤维表面。所希望的玻璃纤维与树脂基体体积比值为2，从而使湿股绳横截面积的1/3至少基本上等于树脂基体的面积。
当注入所需量的纤维缠绕基体树脂41时，每个根湿股绳56的横截面积平均为0.0022平方英寸(1.42平方毫米)。单根湿股绳在断裂前能支承高达275磅(125公斤)。该断裂强度大约是ASTMD2992-A的液压设计基本强度(HDBS)数值62.000PSi(428MPα)的两倍。优选的纤维缠绕基体树脂是间苯二聚脂树脂，其具有约350厘泊的粘度，并包括按重量计的45％苯乙烯单基物。通过使用自36个粗纱装置88送给的股绳以及使用每英寸宽度配置9根纤维，一个4.0英寸(10厘米)宽度的纤维缠绕带缠绕在芯轴上。对于每个置于芯轴上的缠绕带来说提供了约为0.020英寸(0.5毫米)的叠层厚度。
为了提供每根粗纱股绳满意的基体浸透，对于一根纤维股绳而言，保留在基体涂覆器内的最少停留时间的是1/2秒。当在涂覆器盘内的基体深度至少为9英寸(23厘米)时，并且当股绳加速通过涂覆器小于每秒36英寸时，能获得有效的浸透效果。以表3可以看出，具有0.2英寸总壁厚的管子需要第二层37的纤维缠绕厚度为0.1英寸(2.5毫米)。该层厚度通过连续缠绕5层4英寸宽的纤维缠绕带而获得。使用直径为4英寸的芯轴，芯轴转速为每分钟120转(2转/每秒)，通过芯轴涂覆器54的股绳速度为每秒25英寸(64厘米)。通过搭接纤维缠绕带，将有效缠绕宽度减少到原有4英寸宽度的1/50当轴横向通过芯轴涂覆器带供给单元时，借助单个的缠绕操作获得纤维缠绕层的总厚度。
假定芯轴的有效缠绕长度是20英尺(6米)，并且进一步假定有效的带缠绕宽度是0.8英寸(2厘米)，如果芯轴转速为每分钟120转，则芯轴支承座43必须以每秒1.6英寸(4厘米)的速率通过带供给单元。除了靠近每个密封环的表面的芯轴的开始与尾端的4英寸长以外，在约3分钟时间里，0.1英寸厚的纤维能够被缠绕在芯轴上。为了获得纤维如此高的缠绕速度，而不失去任何液态基体，必须使用具有毛细特性的、坚实干燥的纤维股绳57。如图21所示，能够通过以干、湿股绳交替使用的方式，制造纤维缠绕卷带55。通过利用干纤维胶绳毛细特性，在每个湿纤维股绳56上的多余树脂由一个或多个干纤维迅速吸收和接纳，一个或多个这样的干纤维股绳置于相邻的湿股绳和两湿绳之间。
每个股绳40最初被引导通过一条列的装股绳的粗纱导向装置89和90，到达一个水平的干股绳梳91，其设置于一个静止的基体涂覆器沟槽92之上。在一种可变换的工序里，送进干股绳梳的可变换的股绳被向下拉到基体浸渍棒93，棒93位于基体涂覆器沟槽底部，接着股绳被拉出沟槽92，以使湿纤维股绳通过一个股绳引导棒94，引导棒94位于液态基体41液面之上，并在基体浸渍棒93的前面，湿纤维股绳自引导捧94又被引导到一对水平刮刷棒95之间，并位于一个股绳收集单元96之下。
送入干股绳梳91的剩余的一半干股绳57同时被拉过涂覆器的顶部，并直接到达和位于水平刮刷棒之间，在此与湿股绳56接触，并借助其毛细管作用而受到由湿纤维胶绳携带的液态基体41的浸渍。除了受浸渍的纤维股绳57之外，湿纤维股绳56包括自刮刷棒引出的自由供给的带卷55。带卷被引导到纤维股绳收集单元96，该收集单元96控制缠绕在芯轴的纤维缠绕带的宽度。当带的引导边缘与芯轴密封面环50(图13)接触时，纤维缠绕操作完成，在对着芯轴密封面环时，在此位置，缠绕操作开始。然后自由供给的带被切断，抵靠固定的芯轴42进入下一个工位，以为下一个紧随的管子的芯轴提供室间。
下面的描述涉及图12、22和23所示的最佳材料、装置和方法(工位D)，在此工位D，制造包括第3层36的股绳芯63。该装置与图24所示的装置类似，并且共同的结构用同样的标号表示。当所希望的双壁复合管具有6.0英寸(15.2厘米)的内径时，选择0.3英寸的总壁厚。由图3可以看到，第3层36的厚度是0.1英寸(2.5毫米)，即为1/3的总壁厚。用于一个6英寸直径的管销环64(图12)的锚定销64(N)的数目由公式：N=6×D，予以计算，在公式中“D”是用英寸表示的管子的内径。第3层36是由一条列近乎平行的股绳芯环构成，该股绳芯环位于第2层37上。每个股绳芯环固定在一个锚定销上，如图12所示，每个股绳芯包含多个连续玻璃纤维股绳。选择每磅具有225码的“数量”的玻璃粗纱包括连续的股绳芯，其被制成若干个环，并通过横向股绳芯拉紧器61穿于芯轴锚定销之间。
股绳的总数量(NP)由公式：NP=AL/AS计算，这里“AS”是单根粗纱股绳的横截面积，AL是纵向排列的并包含第3层36的纤维的横截面积。“AL”的数值由公式：AL=3.1416×(D+2TI+2TC+TL)×TL计算，式中“D”是管子的内径，“TI”是第1层38的壁厚，“TC”是第2层37的壁厚，“TL”第3层36的厚度。
由图3可见，“TL“的数值为0.04英寸(1.0毫米)，“TC”的数值等于0.13英寸(3,3毫米)。对于6英寸直径的管子，AL=3.1416×(6.44)×0.1=2.02平方英寸(13.05平方厘米)。单根湿股绳(AS)的横截面积是0,0022平方英寸(股绳具有每磅225码的数值)。包括第3层的全部层数的股绳(NP)数目等于918(即按照公式：AL/AS=2.02/0.002=918根股绳)，锚定销64(N)的数目为36个。股绳芯的数目(NC)为股绳芯锚定销数目的两倍。包括每个股绳芯环的连续股绳数目(NS)由下面公式计算：NS=NP/NC=918/2×36=918/72=12.75根股绳/每股绳芯。化成整数到下一个最高数量：每股芯13根玻璃股绳。
如图23工位D所示，粗纱架53能够支承至少13中心牵引的装置88，该装置向邻近的股绳芯基体涂覆器62供给股绳材料。所选择的液态基体41(图22)由具有粘度约350厘泊的间苯二聚脂树脂构成。为了提供每个粗纺股绳的所希望的基体浸渍，对于包含股绳63的纤维股绳而言，保持在基体涂覆器槽92内的最少时间是1/4秒。这个时间是按照装置的具体情况决定的，即装置的涂覆器槽内的基体深度至少是9英寸(23厘米)，通过涂覆器的股绳速度小于每秒72英寸(182厘米)。
干纤维股绳40由13个中心牵引的股绳供给装置88被拉紧，装置88由粗纱架结构53支承。每个股绳通过各自的股绳导引件89和90输送，股绳导引器设置在股绳供给装置的上方，然后通过水平环形胶绳收集环97喂入，该收集环97设置在股绳基体涂覆器槽92上方，涂覆器槽设置在芯轴的轴向移动端84(图23)。收集的干的连续的纤维胶绳接着被送入基体涂覆器槽92，并引导到水平可旋转浸渍棒98的下方，水平可旋转浸渍棒98设置于基体涂覆器槽的底部附近。浸渍了的纤维股绳接着通过可调整辊装置99送入，再从可调整辊装置99引导到股绳芯成形单元60。
股绳芯成形单元60包括两对等间隔并平行可转动的棒，两对棒互相相对横向设置(图22)，以限定低摩擦的芯成形出口60＇。该出口60＇的横截面积等于包括股绳芯59在内的13根湿的纤维股绳的总横截面积。为了获得该横截面积，两对可旋转的棒的每一对之间的间隔为0.169英寸。
如图12所示，股绳芯59然后以芯成形单元在轴向转动的股绳芯牵引滚筒和放置单元61之间被输送，股绳芯59约0.25英寸宽度，这种宽度足以使其能够周期性的在最上面的两个锚定销64之间移动，锚定销位于任一销环64＇之上，如图15所示。股绳芯59的引导端63起初系于一个锚定销上，当股绳芯自股绳芯形成单元60被牵时。以适应形成股绳芯的第一和其后的环63＇。随着股绳芯拉出器单元61自旋转芯轴一端到另一端的移动，一系列的股芯环63＇形成，用上面描述的方式制成管子。
下面的描述和图8涉及上面描述的管子30的最佳设计参数(尺寸、特理特性等)。一些讨论是重量的，但相信强调它的重复性是需要的。
连接法兰70最好具有至少约为1.46英寸的外径(ODF)，该外径尺寸要比管子30的内径稍大，管子(T)的总壁厚最好在0.1至0.4英寸之内(2.54毫米到10.12毫米)。在管子的总壁厚超过0.4英寸(10.2厘米)，法兰的外径将等于管子(ID)的内径加一个数值“DE”，这里“DE”等于1.46英寸加两倍的数值T-0.4英寸，用公式表示为ODF+ID+1.46+2×(T-0.4)英寸。此外，管子可有一个总壁厚，该壁厚甚至可被0.05英寸除尽，并可从0.05英寸至1.00英寸.范围内选择。
第3层36的厚度最好至少约等于管子总壁厚的1/3。最好至少在管子的一端制造造层36-39的界限部分，管子的一端提供环形连接法兰70，这里，用英寸表示的第2层37(TC)的厚度由公式：TC=P×ID/2SC确定，在此“P”是用磅/吋2表示的最大的管子测试压力“ID”是所述管子的内径，“SC”是第2层最大允许的抗拉强度。最大管子测试压力由第3层36(TL)的壁厚调节，并按公式：P=EL/A计算，式中“A”(平方英寸)是按照公式：A=(ODF)2×0.7854确定的管子法兰的70的横截面积，上式中“ODF”是管子法兰的外径，“EL”是用磅表示的最大端载荷，最大端载荷由连接于管法兰的第3层承受。用磅计量的最大端载荷“EL”按公式：EL×TL×3.1416×DL计算，式中“TL”是用英寸表示的第3层的壁厚，“DL”是第3层的直径，“SL”是第3层横向剪切强度，用磅/吋2表示。第2层37最大的设计抗拉强度最好至少为50.000磅/吋2(345MPα)，第3层36的最大设计横向剪切强度至少是35.000磅/吋2(241MPα)。“DL”最好等于ID+2(TC+TI)+TL。
参照图8和9，密封环77(CW)在不受压缩时的轴向宽度，从环边缘测量，对大多数管子来说考虑为1吋(25.4mm)左右，密封环外径至少约等于联接器装置(ODF)的内径。联接器突缘(CD)的基座部分由下列公式确定：CD+CW+2FL，此处等于与密封表面接触的密封环压缩宽度，“FL”等于从管子突缘基座到密封表面47测量得出的管子突缘70的长度。两相邻管子密封表面之间的压缩密封环宽度，是密封环不受压缩时宽度的60％至90％左右。
联接器外径，包括半个联接器32，比固定套33的内径小0.01-0.04吋(0.25-1mm)。固定套33包括由强化丝内构成的第一套层，内层具有浸渍上硬化液感聚合物的纵向连续丝，还包括由周向强化丝构成的第二套层，浸渍上硬化热固性树脂基体。第一层厚度在0.020-1.0吋范围内(0.5mm-2.5mm)，第二套层厚度在0.2-0.1吋范围内(5mm-25.4mm)。各层夹丝包括制成绳股的连续玻璃丝，每磅有50-650股纱线，夹丝直径约10-25微米。
尽管上述的双壁复合结构、设备和方法是专用于传送流体的管道***，但应理解，它们的各种性能可应用于其它复合构件，例如用于储存箱和建筑构件上。
本发明双壁复合管在工业应用方面之一是将水从美国阿拉斯堪传送到加里福尼亚所采用的管道***。具体说，它反映了在阿拉斯堪河和加里福尼亚北的沙斯塔湖之间建造一个1700英里的海下水管道的可能性。采用普通钢管埋入水泥中，肯定为此设计需花费约1.5亿美元并需15年时间完成。
申请人确认，采用本发明用于水传送***的双壁复合管大大降低成本约20百万美元，而且安装周期可减少10年。本发明的海下管道***的优点是新鲜水份的浓度减小，因此比盐水更易于飘浮。利用合适的紧固装置使管道***在水下浮置并与海下床面连接。与钢料不同，树脂强化玻璃制成管道可防锈蚀和盐水浸蚀。将相邻管段连在一起的机械连接***的密封性能和使用寿命大于焊接钢管。
为了每年运送4百万英亩英尺水，泵站需要约150英里的陆地基础管道。但是，通过互补反应，地球转动反射海洋流动可沿海下管道协助推动海水，以便使所需能量大大减少。
如图5所示，通过管子径向钻一孔100，对特殊管道***以便与选择的一个连接部件的沟槽85相交，将标准的防漏器100安装在孔中，以防止由于孔102等的破裂而造成的任何偶然泄漏。防漏器专用于传送高毒性流体的管道。设置弹性或柔性罩103覆盖密封件，并保护连接部件68。用粘接剂将罩固定到外层39上，或者固定到连接部件侧面上。
                            表1
               总壁厚
0.15inch(3.8mm) 0.20inch(5.1mm) 0.30inch(7.6mm) 0.40inch(10.2mm)
    管直径          最大试验压力：145PSI=1MPa
    2in.3in.4in.6in.8in.10in.12in.14in.16in.18in.20in.24in.30in.36in.42in.48in.52in.60in66in.72in.84in.96in.108in.120in.  51mm76mm102mm152mm203mm254mm305mm355mm406mm457mm508mm609mm761mm914mm1066mm1218mm1320mm1523mm1675mm1827mm2132mm2436mm2741mm3046mm  2,000psi1,556psi1,273psi933psi737psi609psi519psi452psi400psi359psi326psi275psi222psi187psi161psi141psi131psi114psi104psi95psi82psi72psi64psi58psi   3,200psi2,489psi2,036psi1,493psi1,179psi974psi830psi723psi640psi574psi521psi439psi356psi299psi257psi226psi209psi182psi166psi152psi131psi115psi102psi92psi  4,000psi3,111psi2,545psi1,867psi1,474psi1,217psi1,037psi903psi800psi718psi651psi549psi444psi373psi322psi283psi262psi228psi207psi190psi164psi144psi128psi115psi   5,333psi4,148psi3,394psi2,489psi1,965psi1,623psi1,383psi1,204psi1,067psi957psi868psi732psi593psi498psi429psi377psi349psi304psi277psi254psi218psi191psi170psi154psi
                               表2
    总壁厚
0.50inch(12.7mm)     0. 63inch(16.0mm)  0.75inch(19.0mm)   1.00inch(25.38mm)
管直径     最大试验压力：145PSI=1MPa
    2in.     51mm3in.     76mm4in.     102mm6in.     152mm8in.     203mm10in.     254mm12in.     305mm14in.     355mm16in.     406mm18in.     457mm20in.     508mm24in.     609mm30in.     761mm36in.     914mm42in.    1066mm48in.    1218mm52in.    1320mm60in     1523mm66in.    1675mm72in     1827mm84in.    2132mm96in.    2436mm108in.    2741mm120in.    3046mm   6,306psi4,965psi4,094psi3,030psi2,405psi1,994psi1,703psi1,486psi1,318psi1,184psi2,075psi908psi736psi619psi534psi469psi435psi378psi345psi317psi272psi239psi213psi192psi   7,384psi5,892psi4,902psi3,669psi2,931psi2,441psi2,091psi1,829psi1,625psi1,462psi1,329psi1,124psi913psi769psi664psi584psi541psi471psi429psi394psi339psi298psi265psi239psi  8,333psi6,731psi5,6.45psi4,268psi3,431psi2,869psi2,465psi2,160psi1,923psi1,733psi1,577psi1,336psi1,087psi916psi792psi697psi646psi563psi513psi472psi406psi356psi318psi286psi    9,929psi8,187psi6,965psi5,364psi4,361psi3,675psi3,175psi2,749psi2,496psi2,254psi2,056psi1,748psi1,427psi1,206psi1,044psi920psi853psi744psi679psi625psi538psi473psi422psi380psi
                              表3
双壁管的总壁厚     每层管壁的厚度
不渗透的第一层内壁 渗透的管套环第二层               第三层 不渗透的第四层外壁
    0.15in.(3.81mm)     0.02in.(0.51mm)     0.06in.(1.52mm)     0.05in.(1.26mm)     0.02in.(0.51mm)
    0.20in.(5.08mm)     0.01in.(0.25mm)      0.10in.(2.54mm)     0.08in.(2.03mm)     0.01in.(0.25mm)
    0.30in.(7.61mm)     0.04in.(1.01mm)      0.13in.(3.29mm)     0.10in.(2.54mm)     0.03in.(0.76mm)
    0.40in.(10.15mm)     .05in.(1.26mm)      0.17in.(4.31 mm)     0.13in.(3.3mm)     0.05in.(1.26mm)
    0.50in.(12.7mm)     0.06in.(1.52mm)      0.21in.(533mm)     0.17in.(4.31mm)     0.06in.(1.52mm)
    0.65in.(16.88mm)     0.10in.(2.54mm)      0.26in(6.6mm)     0.21in.(5.32mm)     0.08in.(2.03mm)
    0.75in.(19.03mm)     0.10in.(2.54mm)      0.30in.(7.61mm)     0.25in.(6.35mm)     0.10in.(2.54mm)
    1.00in.(25.38mm)     0.14in.(3.55mm)     0.40in.(10.15mm)     0.33in.(8.37mm)     0.13in(3.3mm)

Claims (29)

1．一种复合管状构件，其特征在于，包括：
由纤维和可硬化粘接剂构成的数个层，为使所述层形成硬化基体而浸渍所述纤维，和至少其中一个所述层阻止流体穿过，以预先处理所述管状构件使之在不产生破坏的情况下，阻止并吸收由于施加到构件上的冲力和液压冲击负荷而造成的内部工作压力和高延伸率压力；
由纤维和可硬化脆性的粘接剂构成的数个层，为使所述层形成硬化基体而浸渍所述纤维，和至少其中一个所述层为可渗透穿过，以预先处理所述管状构件使之包括众多微裂纹。
2．按照权利要求1的复合管状构件，其特征在于，所述纤维包括连续的作成股绳的玻璃纤维，每磅重内包含50-650支纱的容量，纤维的直径在10-25微米范围内。
3．按照权利要求1的复合管状构件，其特征在于，所述层包括：
由强化纤维热固性聚合第一树脂组成的不可渗透第一层，
围绕所述第一层的可渗透第二层，由埋入第一脆性基体内的圆周方向的连续强化纤维组成并包括第一大量的圆周方向的微裂纹，
围绕所述第二层的可渗透第三层，由埋入脆性第二基体内的纵向连续强化纤维组成并包括第二大量纵向微裂纹，以及
围绕所述第三层的不可渗透第四层，由强化纤维热固性聚合第二树脂组成。
4．按照权利要求3的复合管状构件，其特征在于，所述第一和第二树脂包括弹性还氧树脂。
5．按照权利要求3的复合管状构件，其特征在于，每一个所述的第一和第二基体包括具有粘度为100厘泊的硬化的可溶性矽。
6．按照权利要求3的复合管状构件，其特征在于，至少所述第一层的一尾端形成从所述第一层的内表面径向向外延的环形密封面，其外径等于所述第三层的内径。
7．按照权利要求3的复合管状构件，其特征在于，所述第二、第三和第四层的尾端至少由管状构件的一端头构成，以便提供在所述构件端部密封表面处终止的管子外突缘。
8．按照权利要求7的复合管状构件，其特征在于，管子突缘是环形的，其外径至少大于所述管道状构件的内径37mm(1.46吋)，复合管状构件的壁厚在2.54mm-10.12mm内(0.1-0.4吋)。
9．按照权利要求8的复合管状构件，其特征在于，所述的壁厚“T”大于10.2mm(0.4吋)，突缘外径“ODF”至少要基本上等于复合管状构件的内径“ID”加上“DE”，此外“DE”等于37.1mm(1.46吋)加上两倍T-10.2mm(0.4吋)，用英寸计量的公式表示如下：ODF=ID+(1.46+2(T-0.4))英吋。
10．按照权利要求6的复合管状构件，其特征在于，所述第三层的尾部设置在锥形斜面，并在纤维缠绕的突缘环构件包围。
11．按照权利要求3的复合管状构件，其特征在于，所述复合管状构件包括具有总壁厚度的管子，壁厚可被1.27mm(0.05吋)分割成段，所述壁厚选为1.27-25.4mm(0.05-1.00吋)。
12．按照权利要求11的复合管状构件，其特征在于，所述第三层的厚度至少为所述总壁厚的1/3。
13．按照权利要求11的复合管状构件，其特征在于，所述第二、第三、第四层的尾端部至少在管子一端构成，以提供环状管突缘，所述第二层厚度“TC”，用英寸计量由下述公式确定，TC=P×D/2SC，此外“P”是管子最大实验压力，用磅/吋2计，D是所述管子内径，用英寸计，“SC”是所述第二层的应力强度，所述管子最大实验压力由第三层的壁厚“TL”控制，由下述公式确定：P=EL/A，此外“A”(以平方英寸计算)是所述管子突缘的面积，按下公式计、A=(ODF)2×0.7854，其中“ODF”所述管子突缘的外径，“EL”为最大端部负荷，以英磅计，该负荷由所述管突缘的第三层承受，最大端部负荷“EL”，用英磅计，由下述公式确定，EL=SL×TL×3.1416×ODF，此处“TL”为所述第三层的壁厚，以吋计，“SL”为所述第三层的横向剪切强度，以磅/吋2计。
14．按照权利要求13的复合管状构件，其特征在于，所述第三层的应力强度至少为345MPa(50.000磅/吋2)，所述横向剪切强度至少为241MPa(35.000磅/吋2)。
15．一种连接装置，用于将权利要求7所述的两个管状构件的管突缘连接和密封在一起，其特征在于，连接装置包括一对半圆柱形半联接器以及固定套装置，以便复盖半联接器和将夹持所述半联接器与所述管突缘锁定衔接，以防止复合管状构件彼此相对产生轴向位移。
16．按照权利要求15的连接装置，其特征在于，还包括在所述半联接器内部构成的装置，以使所述半联接器部件在所述固定套装置内导向。
17．一种复合管状构件，其特征在于，将一对权利要求7所述的管状构件进行纵向对中并由权利要求15所述的连接装置连接，还包括为密封所述连接后的管状构件的对置密封表面而设置的弹性密封装置，它包括密封由权利要求3所述第一和第四层。
18．按照权利要求17的复合管状构件，其特征在于，密封装置包含密封环，密封环上有内部形成的第一沟槽装置和在每一个侧面上形成的第二沟槽装置，为在所述密封表面和所述密封环之间提供多边接触密封，此时随着一个或两个所述管状构件的长度增加，以及随着所述连接管状构件所承受的热应力或压应力增加，致使密封表面相互相向运动。
19．按照权利要求18的复合管状构件，其特征在于，所述密封环的圆周上有环形沟槽，每个所述半联接器上有半圆突缘，突缘适配在沟槽内，以防止在将半联接器配在所述固定套内时，密封环产生扭曲或翘曲。
20．按照权利要求18的复合管状构件，其特征在于，在未压缩密封环的环形密封边上测量其宽度等于25.4mm(1吋)，密封环外径等于所述联接装置的内径。
21．按照权利要求17的复合管状构件，其特征在于，还包括在所述半联接器内部构成的装置，以连接和街接所述管件的管子突缘在一起，为防止它们轴向分离。
22．按照权利要求21的复合管状构件，其特征在于，各连接器突缘装置的基座部分之间的距离“CD”，由下式确定：CD=CW+2FL，此处“CW”等于与所述密封表面接触的所述密封装置压缩后宽度，“FL”为从所述管突缘基座到所述密封面测量得出的每个管突缘的长度。
23．按照权利要求17的复合管状构件，其特征在于，在所述复合管状构件的密封面之间，密封环的压缩后宽度至少等于未压缩密封环宽度的60-90％。
24．按照权利要求17的复合管状构件，其特征在于，还包括柔性罩装置，以便封闭和密封所述连接装置，并固定连接构件到所述连接装置的任一侧面上。
25．按照权利要求17的复合管状构件，其特征在于，所述连接装置的外径小于固定套装置的内径0.25-1mm(0.01-0.04吋)。
26．按照权利要求25的复合管状构件，其特征在于，所述固定套装置包括由强化纤维内叠层件构成的第一套层，叠层件具有浸渍上硬化液态聚合物的纵向连续纤维，还包括由圆周强化纤维构成的第二套层，强化纤维浸渍上硬化热固性树脂基体。
27．按照权利要求26的复合管状构件，其特征在于，第一套层的厚度在0.5mm-2,5mm(0.020-0.10吋)范围内，第二套层厚度在5mm-25.4mm(0.2-1.0吋)范围内。
28．按照权利要求17的复合管状构件，其特征在于，还包括为探测流体泄漏所述可渗透的第三层而设置的探测传感器装置。
29．制造复合管状构件的方法，复合管状构件用于抑制通过管壁的流体泄漏压力和流动速率以及阻止内操作压力，其特征在于该方法包括以下步骤：
构成多层的复合管状构件，至少其中一层包括脆性基体材料，
密封所述管子端部，和
用流体灌装所述管子，和
压缩所述流体以在脆性基体材料中形成具有预定尺寸和数量的微裂缝。
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