NO316952B1 - Sammenstilling av en endekobling og et fleksibelt ror - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet en sammenstilling (8) av en endekobling (9) og et fleksibelt trykkrør (1) som har en ikke-bundet struktur bestående av et antall lag (2,3,4,5,7) innbefattende minst et lag (5) med et antall spiralviklede, flate, metalliske strekkforsterkningstråder (6) med endepartier som, i sammensatt tilstand, er innstøpt i en forankring (23) bestående av et støpemateriale så som epoksy, som er injisert i et hulrom dannet i endekoblingen. De flate trådendepartiene har minst en vridning (25) som generelt dreier seg rundt trådens senterlinje. Nevnte vridninger låser strekkforsterkningstrådene fast i forankringen og gir derved en bedre motstand mot aksielle strekkbelastniger som virker på sammenstillingen enn det som har vært tidligere kjent. Videre har sammenføyningen en enkel rimelig konstuksjon og kan fremstilles in situ.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en sammenstilling av en endekobling og et fleksibelt trykkrør som har en ikke-bundet struktur bestående av et antall lag innbefattende minst et lag med et antall spiralviklede flate metalliske strekkforsterkningstråder med endedeler, som i sammensatt tilstand, er innstøpt i en forankring bestående av et støpemateriale, f.eks. en polymer så som epoksy, som er injisert i et hulrom dannet i endekoblingen.

Fleksible trykkrør brukes innen en lang rekke anvendelsesområder, innbefattende vanntilførselsledninger, avløpsledninger og ledninger for transport av kjemikalier så som flytende ammoniakk og fosforsyre og også fleksible høytrykksrør for offshore-bruk innen olje og gassindustrien.

Det strekkforsterkende laget i det fleksible trykkrøret og sammenføyningen mellom dette laget og endekoblingen frembringer hoveddelen av motstanden mot aksielle strekkbelastninger som virker på sammenstillingen og røret. Slike belastninger kan for mange anvendelser være meget høye.

I en konvensjonell endekobling, er sammenføyningen mellom det strekkforsterkede laget og endekoblingen erholdt ved å tilveiebringe endepartiet til hver flate strekkforsterkningstråd med et bøyd, krok-lignende parti får innstøping av endepartiet i støpematerialet.

En slik endekobling og et trykkrør med trådpartier for forankring av trådene i støpematerialet er kjent fra DE 1 032 987. Disse kjente trådpartiene er bøyd 180°.

Motstandsmomentet til hver flate tråd er imidlertid relativt lite og videre siden det er liten eller ingen friksjon mellom støpematerialet og trådene vil disse ha en tendens til å bli trukket ut av støpematerialet samtidig som bøyningen rettes ut når den påvirkes av en aksiell strekkbelastning som er mindre enn den som det strekkforsterkede laget selv er i stand til å motstå.

I de situasjoner hvor de fleksible rørene skal bruks ved høyt trykk og/eller synker over en stor lengde, kan det være vanskelig å tilveiebringe sammenstillingen med tilstrekkelig styrke til å motstå de store aksielle strekkbelastningene som virker på dem.

For å løse ovennevnte problemer, har endene til

strekkforsterkningstrådene i enkelt tidligere utførelsesformer, blitt sveiset til en del av endekoblingen. På denne måten har styrken til sammenføyningen mellom laget og endekoblingen blitt økt, men på bekostning av en relativt høy produksjonskostnad fordi sveising er en meget tidkrevende prosess som må utføres over en lang tidsperiode for å sikre at polymerlagene ikke beskadiges av sveisevarmen.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en sammenstilling av den innledningsvis nevnte type hvor sammenføyningen mellom laget av spiralviklede flate metalliske strekkforsterkningstråder og endekoblingen er en enkelt og rimelig konstruksjon som gir en større motstand mot aksielle strekkbelastninger som virker på sammenstillingen enn det som tidligere har vært kjent.

Dette oppnås ved at minst noen av de flate trådendepartiene har minst en vridning, som generelt dreier seg om trådens senterlinje. Denne vridningen tvil låse endepartiet til tråden fast i støpematerialet fordi vridningen må rettes ut før endepartiet kan trekkes ut av støpematerialet. For å rette ut vridningen, når tråden påvirkes av en stor strekkraft, må vridningen påvirkes av et tilstrekkelig høyt reaktivt moment fra støpematerialet og et slikt høyt moment er vanskelig eller tilnærmet umulig å tilveiebringe fordi momentet virker på en meget kort moment på vridningen.

Sammenføyningen mellom endepartiene tii de strekkforsterkede trådene og endekoblingen kan være tilveiebragt med en overlegen styrke når hvert av endepartiene har minst to suksessive vridninger som dreier seg i motsatte retninger til hverandre, slik at sammenføyningen mellom endepartiet og støpematerialet er sikret mot å løsen ved å forhindre en skruebevegelse av vridningene.

Det oppnås videre en optimal sammenføyning når hver vridning strekker seg over en lengde på mellom en til tre ganger bredden til den flate trådens tverrsnitt, fordi materialet i den flate tråden da ikke overbelastes når det vris og overflaten til den flate tråden i vridningen samtidig er dreid tilstrekkelig skarpt over trådens akse slik at den er fast forankret i støpematerialet.

For å motvirke utretting av vridningene som vil være tilstrekkelig til at de kan trekkes ut av støpematerialet, er det fordelaktig at vridningene er dreid mer enn 20° og spesielt ca. 90°.

Som nevnt over, blir hver vridning påvirket av et høyt reaktivt moment fra støpematerialet når tråden utsettes for en stor strekkbelastning. Siden momentarmen til momentet er kort, vil selve momentet danne store kompressive belastninger på støpematerialet som vil ha en tendens til å knuse dette. For å unngå en farlig konsentrasjon av kompressive belastninger på støpematerialet, kan to suksessive vridninger på samme tråd fordelaktig være adskilt av en i det vesentlige rett trådlengde.

Et fleksibelt trykkrør har typisk to motviklede lag av spiralviklede flate metalliske strekkforsterkningstråder. I dette tilfellet kan en konsentrasjon av kompressive belastninger på støpematerialet unngås dersom trådendepartiene til et av lagene danner en forskjellig vinkel med aksen til endekoblingen til trådendepartiene til det andre laget.

Det erholdes en kompakt konstruksjon med en liten diameter når senterlinjen til de flate trådendepartiene strekker seg langs en generelt rett linje.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for sammenstilling av en endekobling og et fleksibelt trykkrør av ovennevnte type og som innbefatter å fjerne lagene som omgir trådene ved enden av røret, frembringe minst en vridning i minst noen av de flate trådendepartiene ved å vri trådene generelt om deres senterlinjer, anbringe endepartiene i hulrommet dannet i endekoblingen, og injisere et støpemateriale, f.eks. en polymer så som epoksy, i hulrommet. Denne fremgangsmåte kan utføres in situ.

To suksessive vridninger kan fordelaktig tilveiebringes samtidig på et trådendeparti ved å gripe endepartiet med to kjever til en første verktøydel, gripe endepartiet med en kjeve til en andre verktøydel mellom de to kjevene til den første verktøydelen og dreie de to verktøydelene i forhold til hverandre generelt om senterlinjen til tråden.

Oppfinnelsen vil bli mer detaljert forklart i det etterfølgende, ved hjelp av eksempel, med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et typisk fleksibelt trykkrør i delvis aksialsnitt,

Fig. 2 viser en sammenstilling av en endekobling og det fleksible trykkrøret i henhold til fig. 1 i delvis aksialsnitt,

Fig. 3 viser en del av sammenstillingen vist i figur 2 noe forstørret,

Fig. 4 viser en vridning på en flat, metallisk strekkforsterkningstråd til det fleksible trykkrøret i fig. 1, sett fra siden, Fig. 5 viser en flat, metallisk strekkforsterkningstråd med to vridninger som dreier seg i motsatt retning til hverandre, sett fra siden, Fig. 6 viser et verktøy for å danne to vridninger samtidig på en flat, metallisk strekkforsterkningstråd, Fig. 7 viser skjematisk en testrigg for strekkprøving av sammenstillingen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 1 viser et fleksibelt trykkrør, som generelt er antydet med 1. Røret har en ikke-bundet struktur bestående av et antall lag som i denne utførelsesformen er: - et skrog 2 med en setvlåsende struktur fremstilt av metalliske remser. Skroget virker hovedsakelig til å forhindre sammenbrudd av røret som skyldes rørdekompresjon, ytre trykk, strekkforsterkningstrykk og mekaniske knusebelastninger, - en indre foring 3 i form av et ekstrudert polymerlag for å tilveiebringe indre fluidintegritet, - en trykkforsterkning 4 i form av strukturlag bestående av spiralviklede C-formede metallremser med en høy leggevinkel, - strekkforsterkning 5 bestående av et par spiralformede motviklede flate metalliske strekktråder 6 med en leggevinkel typisk på mellom 20° og 60°. Strekkforsterkningen virker til å tilveiebringe motstand mot aksielle strekkbelastninger, og - en ytre hylse 7 i form av en ekstrudert polymer for å skjerme konstruksjonselementene i røret fra de ytre omgivelser og tilveiebringe mekanisk beskyttelse.

Figur 2 viser en sammenstilling 8 av en endekobling 9 og det fleksible trykkrøret 1. Endekoblingen 9 danner overgangen mellom røret og en kobling og har i denne hensikt et første parti 10 med en koblingsflens 11, et andre parti 12, og et tredje parti 36. De tre partiene 10; 12; 36 avgrenser et hulrom 13 som delvis er i det vesentlige konusformet.

Endekoblingen 9 har en gjennomgående åpning 14 tilpasset enden av røret 1. Når nevnte ende har blitt ført inn i den gjennomgående åpningen 14, blir skroget 2 festet til endekoblingen 9 ved hjelp av en låsemutter 15 og til den indre foringen 3 ved hjelp av en låsering 16 plassert i en ringformet rille 17 i veggen til den gjennomgående åpningen 14. Låseringen 16 er festet i rillen 17 ved hjelp av et støpemateriale 18, f.eks. epoksy, som injiseres gjennom et hull 19.

En ring 20 danner en stopper for låsemutteren 15.1 den viste utførelsesformen er det en tetningsring 21 fortetning av endekoblingen 9 og den indre foringen 3 som er anbragt i en rille 22 i ringen 20.

Når røret 1 skal sammenstilles med endekoblingen 9 blir strekkforsterkningen 5 eksponert ved først å fjerne den ytre hylsen 7 langs en lengde av rørenden. Deretter blir de flate metalltrådene 6 til strekkforsterkningen 5 ført inn i hulrommet 13 i endekoblingen 9 mens de andre lagene 2,3, 4,7 føres inn i den gjennomgående åpningen 14. til slutt blir et støpemateriale, f.eks. epoksy, injisert inn i hulrommet og danner en forankring 23 for trådene 6.

Når en strekkraft utvises på sammenstillingen av endekoblingen 9 og røret 1, blir mesteparten av denne kraften overført fra trådene 6 i røret 1 til endekoblingen 9 via forankringen 23. Denne forankringen holdes i dette tilfellet tilbake av en stoppflate 24 i endekoblingen og ved det faktum at den konusformede delen til forankringen 34 konvergerer i retningen til strekkraften, slik at denne forankringen ikke kan trekkes ut av hulrommet 13.

Uansett vil trådene 6 kunne trekkes ut av forankringen 23, når de påvirkes av en stor strekkraft, fordi det er ingen eller liten friksjon mellom støpematerialet og trådene.

Som best vist i figurene 3 og 4, i henhold til oppfinnelsen, er det derfor en vridning 25 tilveiebragt i enden av hver av de flate trådene 6. Det å rette ut en slik vridning 25 vil kreve et høyt reaktivt moment fra forankringen. Et slik høyt moment er imidlertid vanskelig eller umulig å oppnå siden momentet kun kan virke på en meget kort momentarm på vridningen. Vridningene vil derved låse trådene fast til forankringen.

Fig. 5 viser en annen utførelsesform hvor hver flate tråd har to vridninger

i motsatte retninger til hverandre slik at de flate trådene fordelaktig ikke kan skrus ut av forankringen.

Fig. 6 viser et verktøy for frembringelse av to suksessive vridninger samtidig. Verktøyet, som generelt er anmerket som 26, består av en plateformet første verktøydel 27 og en U-formet andre verktøydel 28 som i dette eksempelet har to oppadstående armer 29 anordnet i en avstand fra hverandre. I hver arm 29 er det en slisse 30 og i det første verktøyet 27 er det en annen slisse 31.

I figuren har et endeparti til en flat trå 6 blitt ført inn i de to slissene 30 til den andre verktøydelen 27. Den første verktøydelen blir deretter ført i retning av pilen slik at slissen 31 til denne verktøydelen 27 treffer trådendepartiet mellom de to armene 29 til den andre verktøydelen 29.

Til slutt, ved dreining av de to verktøydelene ca. 90° i forhold til hverandre om trådens senterlinje, dannes det to suksessive vridninger. Denne operasjonen kan lett og raskt utføres in situ.

De to vridningene, vist i fig. 5, er adskilt av en rett trådlengde for å unngå knusing av materialet til forankringen på grunn av en farlig konsentrasjon av kompressive påkjenninger.

Også for å unngå en farlig konsentrasjon av kompressive påkjenninger, danner trådendepartiene til et av de to spiralformede motviklede lagene av flate metalltråder en forskjellig vinkel med endekoblingens akse til trådendepartiene i det andre av de to lagene, som vist i fig. 2 og 3.

Videre strekker trådene i begge lagene seg langs en generelt rett linje for å redusere sammenstillingens diameter. Lengden av endekoblingen kan også fordelaktig reduseres ved bruk av to vridninger i henhold til oppfinnelsen istedenfor å feste trådendepartiene i forankringen ved hjelp av konvensjonelle metoder.

EKSEMPEL.

En strekkprøving av en sammenstilling i henhold til oppfinnelsen ble utført på en seksjon av et ID 6 tommers fleksibelt trykkrør med endekoblinger montert i begge ender. Den totale lengden var ca. 7 meter.

Endepartiene til de flate metalliske strekkforsterkningstrådene var innstøpt i en forankring bestående av epoksy injisert i et hulrom til endekoblingen.

Forsøksrøret var montert i en testrigg 32 hvor røret ble utsatt for strekkbelastning av ått7e strekkstenger 33, som vist i fig. 7. Strekkraften ble dannet ved hjelp av to systemer med hydrauliske sylindre. I det første systemet 34, var to sylindre montert på hverandre og ga en total strekkraft på 1227 kN og 60 mm forlengelse. I det andre systemet 35, var fire grupper av to sylindre montert på hverandre, og ga en total strekkraft på 4908 kN og 60 mm forlengelse. Den påførte strekkbelastningen ble målt ved å måle det hydrauliske trykket i den andre systemet. Dette gir den fordelen at et målt hydraulisk trykk på 1 bar gir opphav til en total kraft på 4.908 kN, uansett hvilke av de to systemene som ble brukt.

Fire strekkspenningsmåler (ikke vist) var montert på fire forskjellige forsterkningstråder på midten av rørseksjonen. Strekkspenningsmålerne var montert i følgende posisjoner: 0°, 90°, 180° og 270°.

To strekkspenningsmålere (ikke vist) var monter på en av endekoblingene. En strekkspenningsmåler var montert parallelt med røraksen og den andre var montert rettvinklet til røraksen.

Alle signaler fra transduceme ble matet inn i en datalogger. Forlengelsen av røret ble målt manuelt.

Først ble det andre systemet forlenget 5-10 mm slik at det hydrauliske trykket kunne måles.

Forsøksrøret ble utsatt for aksiell strekkbelastning ved sakt å øke det hydrauliske trykket i det første systemet, inntil dette systemet var forlenget 60 mm. Deretter ble boltene strammet igjen for å låse forsøksrøret i nåværende posisjon, før sylinderen ble bragt tilbake til null. Denne syklusen ble deretter gjentatt for å kunne forlenge røret utover det hydrauliske systemets direkte begrensning. Til slutt ble det andre systemet satt i drift for å gi røret den endelige forlengelsen, på tross av det faktum at det første systemet hadde tilstrekkelig belastningskapasitet.

Når det hydrauliske systemet var belastet til ca. 150-160 bar, sviktet den første forsterkningstråden. Forsøk på å øke belastningen ytterligere, resulterte i at andre tråder sviktet i røret uten noen betydelig økning av belastningen. Den maksimalt påførte belastningen var 171 bar, tilsvarende 839 kN i aksiell strekkbelastning på røret. Etter å ha nådd den maksimale belastninger, ble det gradvis vanskeligere å opprettholde trykket siden røret strakk seg ved økende strekkbelastning.

Resultatene fra strekkspenningsmålerne montert på endekoblingen viste betydelig lavere påkjenninger enn forventet. Etter avsluttet forsøk, ble sammenføyningen mellom endepartiene til forsterkningstrådene og endekoblingen undersøkt og det syntes som om sammenføyningen var uskadet.

Det kan derved konkluderes med at sammenstillingen av en endekobling og et fleksibelt trykkrør i henhold til oppfinnelsen gir en større motstand mot aksielle strekkbelastninger som virker på sammenstillingen enn selve røret gjør.

Claims (10)

1. Sammenstilling av en endekobling (9) og et fleksibelt trykkrør (1), hvor trykkrøret (1) har en ikke-bundet struktur bestående av et antall lag (2,3,4,57) med et antall spiralviklede flate, metalliske strekkforsterkningstråder (6) med endepartier som , i sammensatt tilstand, er innstøpt i en forankring (23) bestående av et støpemateriale, f.eks. en polymer så som epoksy, som er injisert inn i et hulrom titveiebragt i endekoblingen (9), karakterisert ved at minst noen av de flate trådendepartiene har minst en vridning (25) generelt rundt trådens (6) senterlinje.

2. Sammenstilling i henhold til krav 1, karakterisert ved at minst noen av de flate trådendepartiene har minst to suksessive vridninger (25)i motsatte retninger til hverandre.

3. Sammenstilling i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at hver vridning (25) strekker seg over en lengde på mellom 1 og 3 ganger bredden til den flate trådens (6) tverrsnitt.

4. Sammenstilling i henhold til krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at hver vridning (25) dreier minst 20°.

5. Sammenstilling i henhold til ett eller flere av kravene 1 - 4, karakterisert ved at hver vridning (25) dreier ca. 90°.

6. Sammenstilling i henhold til ett eller flere av kravene 1 - 5, karakterisert ved at to suksessive vridninger (25) er adskilt av en i det vesentlige rett lengde av tråden (6).

7. Sammenstilling i henhold til ett eller flere av kravene 1 - 6, karakterisert ved at senterlinjen til minst noen av de flate trådendepartiene strekker seg i det vesentlige langs en rett linje.

8. Sammenstilling i henhold til ett eller flere av kravene 1 - 7, hvor det fleksible røret (1) har to motviklede lag av spiralviklede, metalliske strekkforsterkningstråder (6) karakterisert ved at trådendepartiene til et av lagene danner en forskjellig vinkel med aksen til endekoblingen til trådendepartiene til det andre laget.

9. Fremgangsmåte ved sammenstilling av en endekobling (9) og et fleksibelt trykkrør (1) hvor trykkrøret (1) har en ikke-bundet struktur innbefattende et antall lag (2,3,4,5,7) innbefattende minst et lag (5) med et antall spiralviklede, flate, metalliske strekkforsterkningstråder (6) karakterisert ved at fremgangsmåten innbefatter: - fjerne lagene (3,4,5,7) som omgir trådene (6) ved enden av røret (1), - frembringe minst en vridning (25) på minst noen av de flate trådendepartiene ved å dreie trådene (6) generelt rundt sine senterlinjer, - plassere endepartiene i et hulrom dannet i endekoblingen (9), og - injisere et støpemateriale, f.eks. en polymer så som en epoksy, inn i hulrommet.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved å danne to suksessive vridninger (25) samtidig ved å gripe endepartiet med to kjever til en første verktøydel (27), gripe endepartiet med en kjeve til en andre verktøydel (28) mellom de to kjevene til den første verktøydelen (27) og dreie de to verktøydelene (27,28) i forhold til hverandre generelt rundt trådens (6) senterlinje.