NO171614B - Skjoet av komposittmaterial for roer, og fremgangsmaate for dannelse av en slik skjoet - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en skjøt av komposittmaterial for rør, idet hoveddelen av røret samt dets ender, som omfatter henholdsvis en tappdel og en muffedel, er dannet ved hjelp av en rekke vikleoperasjoner på røret, og særlig en vikleoperasjon ved endene, for å danne en sneppkobling mellom muffedelen og tappdelen. Oppfinnelsen angår dessuten en fremgangsmåte for dannelse av en slik skjøt.

Slike komposittmaterialer dannes av fiber av hvilken som helst type, slik som glassfiber eller karbonfiber, eller

aramidfiber sammen med harpiks, f.eks. epoksyharpiks. Rør av komposittmaterial dannet ved vikling av filamenter har utvil-somme fordeler, særlig på grunn av deres utmatningsfasthet og korrosjonsbestandighet, den lave vekt og de lave

omkostningene. De er særlig egnet til bruk på spesielle områder, slik som offshore oljeundersøkelser eller bruken av energi med geotermisk opprinnelse. Særlig i det sistnevnte tilfellet medfører det korrosive medium som utgjøres av det varme saltvannet på store dyp betydelige problemer med hensyn til korrosjonsbestandighet for de forskjellige elementer som utgjør installasjonen, f.eks. rørene, pumpene osv. Blant disse elementer medfører rørene for opphengning av pumpene et særskilt problem pga. trykknivået og temperaturen som de utsettes for, i tillegg til de korrosive omgivelser som de senkes ned i. Dessuten må rørene kunne monteres og demonteres periodevis for vedlikehold av pumpen. For denne type bruk velges derfor rør av komposittmaterial, som fordelaktig erstatter de spesielle rør av rustfritt stål som hittil har vært brukt med høyere omkostninger, på grunn av at det kreves et gummibelegg for å øke brukstiden til stålrørene, og vekten gjør håndtering av rørene vanskelig og krever tungt utstyr for anbringelsen. Hovedproblemet med rør av komposittmaterial er imidlertid systemene for skjøting.

Det er kjent to typer skjøter for rør av komposittmaterial dannet ved vikling av filamenter.

Den første type skjøt omfatter et metallisk endestykke som festes til eller inngår i viklingen. Det er kjent at slike endestykker må festes meget solid for å motstå høye påkjen-ninger og særlig strekkrefter, som øker med dybden av bor-ingen. Fremgangsmåtene for å feste slike metallelementer på rør av komposittmaterial omfatter en rekke tekniske operasjoner, som f.eks. kan omfatte et første trinn for å belegge det metalliske endestykke med et klebemiddel, etterfulgt av tørking og påføring av en elastomer, et annet trinn med vulkanisering av elastomeren og polymerisering av klebemid-delet, klebing av det ennå ikke polymeriserte komposittmaterialet, etterfulgt av ny polymerisering av det dannede rør.

Denne teknikk, som har vist seg tilfredsstillende for å oppnå sammenkoblede rør, for å motstå høye strekkrefter, er imidlertid komplisert og kostbar å benytte i praksis. Dessuten, for å begrense faren for korrosjon, er det nødvendig å benytte spesielle endestykker av rustfritt stål til høy pris.

Det foretrekkes følgelig å benytte en annen type skjøt av komposittmaterial uten metalliske deler. Det er kjent å danne slike sammenføyninger av gjenger som maskineres i et ekstra tykt parti av komposittmaterial eller ren harpiks. For de ovenfor nevnte anvendelser er imidlertid gjengeforbin-delser utilstrekkelige, og operasjoner for tiltrekking av rørene er ikke akseptable.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er således å komme frem til en skjøt av komposittmaterial, for rør, som er enkel å fremstille og som medfører at problemene med bruken av et metallisk endestykke eller gjenger unngås, og et annet formål er å komme frem til en fremgangsmåte for å danne en slik skjøt.

I henhold til oppfinnelsen er det kommet frem til en kompo-sittskjøt av den innledningsvis angitte type, og som kjennetegnes ved at den omfatter:

a) et rør som utgjør en indre gummihylse,

b) en muffedel med konisk profil, ragende med et utvidet parti utenfor hoveddelen av røret, utenfor enden av gummihylsen, og omfattende en fortykning, en vikling av fiber rundt hoveddelen av røret og fortykningen, i en vinkel med rørets generatriser som er mindre eller lik 20°, og strimler som er anordnet utenpå lagene av fiber og holdes av en annen vikling av fiber, hvilke strimler rager aksialt utenfor det utvidede partiet og har et endeparti av flere lag av fiber som kan ligge mot en

tappdel,

c) en tappdel med en fortykning som har trapesprofil og omgir en ende av røret, idet viklingen rundt hoveddelen

av røret også er viklet rundt fortykningen, samt en

stoppefortykning som omgir røret innenfor fortykningen, d) en rundtgående vikling av fiber i hele lengden av hoveddelen av røret, e) ringformede spor i ytterflaten av viklingen på muffedelen, på endepartiet av tappdelen og på stoppefortykningen,

f) tetninger i sporene,

g) en hylse mellom muffedelen og tappdelen, med en innerdiameter som er større enn ytterdiameteren til

muffedelen men mindre enn den største diameter til stoppefortykningen, idet hylsen danner forbindelse mellom muffedelen og tappdelen ved at strimlene er ført forbi utfyllingen på tappdelen og er lukket mot denne, idet hylsen er ført til aksialt anlegg mot stoppefortykningen.

Det kjent en type forbindelse som benyttes f.eks. når det gjelder fleksible rør som utsettes for lave trykk, og forbindelsen omfatter hovedsakelig en muffedel dannet av flere tunger som utgjør en sylindrisk hylse, for sneppforbindelse med ettergivende midler i et spor dannet på tappdelen, samt en forskyvbar sperrering for å sperre sneppforbindelsen. Slike kjente forbindelser laget av støpt material eller et metall utgjør uavhengige elementer som rørene kobles til. For å koble sammen rør av komposittmaterial slik at de nevnte krav tilfredsstilles er det ikke mulig å feste endestykker av en slik type til rørene selv om disse er laget av et komposittmaterial. Oppfinnelsen innebærer følgelig samtidig fremstilling av selve røret og en tappdel og en muffedel anordnet på to rørender, ved hjelp av en rekke vikleoperasjoner på røranordningen, særskilte vikleoperasjoner ved endene for å danne ekstra tykke partier for sneppforbindelse, og anordningen av komplementære elementer for å sperre elementene i sneppforbindelsen, for å oppnå endestykker i ett med røret.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, for dannelse av en skjøt av komposittmaterial for rør, omfatter følgende trinn: a) at en gummihylse, som blir vulkanisert samtidig med polymeriseringen av komposittmaterialet, dannes på en

dor ved vikling av strimler,

b) at det på hver ende av røret, utenpå gummihylsen, vikles fiber som danner fortykningen av komposittmaterial,

beregnet for dannelse av tappdelen, samt fortykningen for dannelse av muffedelen, i omkretsretningen på

gummihylsen,

c) at fiber vikles i lengderetningen, kontinuerlig i hele lengden av røret og utenpå fortykningene på endene, med

en vinkel i forhold til rørets generatriser som er

mindre eller lik 20°,

d) at fiber vikles i omkretsretningen langs hele hoveddelen av røret, e) at en ytre hylse som på forhånd er dannet separat ved vikling av fiber i omkretsretningen på en dor, innføres på røret, idet hylsen har en innerdiameter som er større enn ytterdiameteren til viklingene på fortykningene, f) at dannelsen av muffedelen fullføres ved at det utenpå fortykningen festes, ved en ny, omkretsrettet vikling,

strimler som på forhånd er dannet ved vikling av fiber,

g) at dannelsen av tappdelen fullføres ved dannelsen av en stoppefortykning aksialt innenfor viklingen, med en

ytterdiameter som er lik ytterdiameter til hylsen,

h) at hele enheten polymeriseres, i) og at maskinering av sporet for tetningene utføres i den rundtgående vikling på muffedelen og i det tykke parti av den rundtgående vikling på tappdelen, for anbringelse av de ringformede tetninger.

1 det følgende skal beskrives en utførelsesform av oppfinnelsen, i form av et ikke begrensende eksempel, idet det hen-vises til de vedføyde tegninger.

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom enden av et rør med en

muffedel.

Fig. 2 viser et lengdesnitt av den annen ende av røret, med

en tappdel.

Fig. 3 viser i lengdesnitt to rørender som er sammenkoblet. Fig. 4 viser i perspektiv og delvis i snitt tappdelen og

muffedelen på hvert sitt rør før sammenkobling.

Fig. 5 viser i perspektiv to sammenkoblede rørender.

Under henvisning til fig. 1 og 2 skal beskrives de første trinn ved dannelsen av et rør og endestykkene. På en ikke vist dor vikles strimler som danner den rørformede gummihylsen 1, som skal vulkaniseres ved polymeriseringen av komposittmaterialet. Deretter, på hver ende av røret, vikles fiber i omkretsretningen, slik at disse danner fortykninger som utgjør festeelementer .for tappdelen og muffedelen. Fortykningen 2 som således dannes, vist i fig. 1, har konisk profil, og enden 3 rager utenfor rørenden. Den utragende enden dannes ved vikling på en ikke vist dor, som gir enden den indre form vist på tegningen. Fortykningen 4 vist i fig.

2 har trapesprofil. Den er dannet ved enden av røret.

Langs hele lengden av røret, omfattende fortykningene 2 og 4, vikles lag 5 av fiber kontinuerlig og utgjør langsgående lag, ettersom vinkelen til fibrene i forhold til rørets generatriser er mindre eller lik 20°. Røret fullføres ved omkretsrettet vikling av fibre 5' .

Før dannelsen av endedelene fortsetter føres en hylse 6 inn på røret, og har en innerdiameter ØB som er større enn ytterdiameteren ØA til viklingen 5 utenpå fortykningene 2, 4 og mindre enn ytterdiameteren ØD til den ferdige muffedel. Hylsen 6 fremstilles på forhånd på en dor ved omkretsrettet vikling av fiber, f.eks. karbonfiber.

Utenpå fortykningen 2 på muffedelen anbringes strimler 7 som rager utenfor enden 3 av fortykningen og er festet til denne av en ny omkretsrettet vikling 8. Disse strimler er også fremstilt separat på forhånd på en dor, ved omkretsrettet vikling av fiber. Viklevinkelen a = 0° mellom retningen til fibrene og aksen til røret, slik at fibrene virker i strekkretningen og gir strimlene høy strekkstyrke. Enden 9 dannes av flere langsgående lag og en tekstilkledning. Etter polymerisering skjæres strimlene i lengderetningen ved hjelp av et hjul med diamantegg. Dette fremgår klarere av fig. 4.

På enden av viklingen 5<1> på enden med tappdelen dannes et annet lag ved omkretsrettet vikling av fiber 10, som danner en stoppefortykning for hylsen og medfører en tettevirkning, slik det skal forklares i det følgende. Ytterdiameteren til stoppefortykningen 10 er lik ytterdiameteren ØC til hylsen 6. Deretter dannes en fortykning på enden av tappdelen, ved omkretsrettet vikling 15, for å muliggjøre maskinering av et tettespor 12.

Med de således dannede rørender, vist i fig. 1 og 2, kan hele røret polymeriseres.

Den etterfølgende operasjon før fjernelse av doren består i å maskinere spor for tetningene. En første ringformet tetning 11 anbringes i et spor dannet i den omkretsrettede vikling 8 på muffedelen. På tappdelen dannes en ringformet tetning 12 ved enden av røret i et spor dannet i fortykningen 15 dannet ved omkretsrettet vikling. En annen ringformet tetning 13 anbringes i et spor i stoppefortykningen 10.

Fig. 4 viser to rørender dannet på denne måte, klar til å kobles sammen, og fig. 5 viser to sammenkoblede rør. Disse rør anbringes vertikalt i et borehull, med tappdelen oppover. Muffedelen på det øvre rør anbringes over tappdelen og senkes inntil strimmelen 7, etter å ha passert fortykningen 4 på tappdelen på grunn av elastisiteten, og enden 9 kommer inn i det ringformede rom mellom fortykningen 4 og stoppefortykningen 10. Deretter forskyves hylsen 6 nedover for å holde strimlene sammenklemt. Hylsen, som f.eks. er laget av karbonfiber, bevirker automatisk sammenklemning på grunn av temperaturen, på grunn av den meget lave varmeutvidelses-koeffisient til materialet i forhold til varmeutvidelses-koeffisienten til fibrene, f.eks. glassfiber, som danner endedelene på rørene. Samtidig bevirker den tetning i tetningene 11 og 13. Den senkes inntil den kommer i kontakt med stoppefortykningen 10, som gir beskyttelse under senkning av rørene ned i brønnen. Under heving av rørene kan opphengning eventuelt skje ved at hylsen befinner seg i lukket stil-ling på stoppefortykningen 10. Et spor 14 kan være dannet i hylsen 6, på utsiden, for å muliggjøre fastgjøring av verk-tøy for anbringelse og fjernelse, om nødvendig. Tetningene 11 og 13 gir tetning mot ytre fluider, mens tetningen 12 danner innvendig tetning.

Med denne fremgangsmåte som muliggjør at endedelene kan dannes som en enhetlig del av røret, av komposittmaterial, kan det oppnås rørskjøter som er pålitelige, lette og mot-standsdyktige mot korrosjon, og som enkelt kan monteres og frakobles periodisk.

Den beskrevne utførelsesform gjelder et rør som har en tappdel og en muffedel. En variant som ligger innen rammen av

oppfinnelsen består i at det på rørene enten dannes to tapp-deler eller to muffedeler. En annen variant består i at laget 5 vikles med vinkelen a = 0°, hvilket ved å forlenge laget forbi enden 3 av fortykningen 2 muliggjør at strimler kan skjæres i lengderetningen i laget 5, slik at det unngås separat fremstilling av strimlene 7.

Claims (5)

1. Skjøt av komposittmaterial for rør, idet hoveddelen av røret samt dets ender, som omfatter henholdsvis en tappdel og en muffedel, er dannet ved hjelp av en rekke vikleoperasjoner på røret, og særlig en vikleoperasjon ved endene, for å danne en sneppkobling mellom muffedelen og tappdelen, karakterisert ved at den omfatter: a) et rør som utgjør en indre gummihylse (1), b) en muffedel med konisk profil, ragende med et utvidet parti (3) utenfor hoveddelen av røret, utenfor enden av gummihylsen, og omfattende en fortykning (2), en vikling (5) av fiber rundt hoveddelen av røret og fortykningen (2), i en vinkel med rørets generatriser som er mindre eller lik 20°, og strimler (7) som er anordnet utenpå lagene (5) av fiber og holdes av en annen vikling (8) av fiber, hvilke strimler rager aksialt utenfor det utvidede partiet (3) og har et endeparti (9) av flere lag av fiber som kan ligge mot en tappdel, c) en tappdel med en fortykning (4) som har trapesprofil og omgir en ende av røret, idet viklingen (5) rundt hoveddelen av røret også er viklet rundt fortykningen, samt en stoppefortykning (10) som omgir røret innenfor fortykningen, d) en rundtgående vikling (5') av fiber i hele lengden av hoveddelen av røret, e) ringformede spor i ytterflaten av viklingen (5) på muffedelen, på endepartiet av tappdelen og på stoppefortykningen, f) tetninger (11,12,13) i sporene, g) en hylse (6) mellom muffedelen og tappdelen, med en innerdiameter (<J)B) som er større enn ytterdiameteren (0A) til muffedelen men mindre enn den største diameter til stoppefortykningen, idet hylsen (6) danner forbindelse mellom muffedelen og tappdelen ved at strimlene (7) er ført forbi utfyllingen (4) på tappdelen og er lukket mot denne, idet hylsen (6) er ført til aksialt anlegg mot stoppefortykningen (10) .

2. Skjøt som angitt i krav 1, karakterisert ved at hylsen (6) er laget av fiber med en temperatur-utvidelseskoeffisient som er mindre enn for fibrene i muffedelen og tappdelen.

3. Skjøt som angitt i krav 1, karakterisert ved at endene (9) av strimlene (7) er dannet av langsgående lag av fiber, parallelt med røraksen, og av en tekstilkledning.

4. Skjøt som angitt i krav 1, karakterisert ved at et spor (14) er dannet i ytterflaten av hylsen (6), for å danne feste for verktøy for montering eller demontering.

5. Fremgangsmåte for dannelse av en skjøt av komposittmaterial for rør, i henhold til krav 1, karakterisert ved følgende trinn: a) at en gummihylse (1), som blir vulkanisert samtidig med polymeriseringen av komposittmaterialet, dannes på en dor ved vikling av strimler, b) at det på hver ende av røret, utenpå gummihylsen, vikles fiber som danner fortykningen (4) av komposittmaterial, beregnet for dannelse av tappdelen, samt fortykningen (2) for dannelse av muffedelen, i omkretsretningen på gummihylsen, c) at fiber (5) vikles i lengderetningen, kontinuerlig i hele lengden av røret og utenpå fortykningene (2, 4) på endene, med en vinkel i forhold til rørets generatriser som er mindre eller lik 20°, d) at fiber (5') vikles i omkretsretningen langs hele hoveddelen av røret, e) at en ytre hylse (6) som på forhånd er dannet separat ved vikling av fiber i omkretsretningen på en dor, innføres på røret, idet hylsen har en innerdiameter (0B) som er større enn ytterdiameteren (0A) til viklingene (5) på fortykningene (2,4), f) at dannelsen av muffedelen fullføres ved at det utenpå fortykningen (2) festes, ved en ny, omkretsrettet vikling, strimler (7) som på forhånd er dannet ved vikling av fiber, g) at dannelsen av tappdelen fullføres ved dannelsen av en stoppefortykning (10) aksialt innenfor viklingen (5<1>), med en ytterdiameter som er lik ytterdiameter (Øc) til hylsen (6), h) at hele enheten polymeriseres, i) og at maskinering av sporet for tetningene utføres i den rundtgående vikling (8) på muffedelen og i det tykke parti av den rundtgående vikling (15) på tappdelen, for anbringelse av de ringformede tetninger (11,12).