PL198645B1

PL198645B1 - Złącze owijane na styk do łączenia rur z żywicy termoutwardzalnej wzmocnionej włóknami

Info

Publication number: PL198645B1
Application number: PL361653A
Authority: PL
Inventors: Gudmundur Palsson
Original assignee: Flowtite Technology As
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2008-07-31
Also published as: EP1444458B1; BR0206431B1; BR0206431A; EP1444458A1; PL361653A1; DE60208709T2; ES2258162T3; DE60208709D1; MXPA03006247A; EG23252A; SA02230429B1; AR037357A1; ATE315753T1; US6585298B2; WO2003042590A1; ZA200304751B; US20030090108A1

Abstract

1. Z lacze owijane na styk do laczenia rur z zywicy termo- utwardzalnej wzmocnionej w lóknami, zawieraj ace liczne owi- ni ecia z nas aczonego materia lu owini ete obwodowo wokó l ko nców rur, znamienne tym, ze zawiera wiele owini ec (520) z materia lu nas aczonego zywic a termoutwardzaln a, które s a usytuowane obwodowo wzgl edem pierwszego ko nca (101) rury i drugiego ko nca (201) rury, przy czym pierwszy koniec (101) rury i drugi koniec (201) rury s a odpowiednimi ko ncami pierw- szej rury (100) i drugiej rury (200), które to rury s a zestrojone pozycyjnie i pierwszy koniec (101) rury opiera si e o drugi koniec (201) rury, pierwsza rura (100) i druga rura (200) s a po laczone na swoich odpowiednich opieraj acych si e o siebie ko ncach (101, 201) za pomoc a licznych owini ec (520) usytu- owanych ogólnie symetrycznie na opieraj acych si e o siebie rurach (100, 200), przy czym pierwsze owini ecie (520 1 ) jest usytuowane wzgl edem powierzchni odpowiednich rur (100, 200), a drugie owini ecie (520 2 ) a z to n-tego owini ecia (520 n ) s a usytuowane kolejno na zewn atrz, wzgl edem odpowiedniego owini ecia poprzedzaj acego, ponadto pierwsze owini ecie (520 1 ) ma szerokosc L 1 w kierunku pod lu znym rury, drugie owini e- cie (520 2 ) ma szeroko sc L 2 w kierunku pod lu znym rury, a n-te owiniecie (520 n ) ma szeroko sc L n w kierunku pod lu znym rury, za s liczne owini ecia s a pokryte mat a (530) z ci etych w lókien szklanych nas aczonych zywic a termoutwardzaln a i maj a sze- roko sc L 0 w kierunku pod lu znym rury, przy czym......... PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest owijane złącze na styk do łączenia rur z żywicy termoutwardzalnej wzmocnionej włóknami z tworzywa sztucznego. Wynalazek dotyczy zwłaszcza owijanych złączy na styk (albo opasywanych złączy na styk) pomiędzy odcinkami wzmocnionych rur.

Znane są rury z tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami szklanymi, które są zazwyczaj łączone owijanymi złączami na styk (albo opasywanymi złączami na styk) tj. w układzie doczołowym (lub krawędziowo stykowym) i owijanymi jednym lub więcej owinięciem z materiału włókienniczego. Powstały laminat na ogół pokrywa jednakowe odcinki dwóch stykających się końców rury. Laminat ten składa się na ogół z kilku owinięć ze wzmocnionych mat i/lub rowingów tkaninowych nasyconych żywicą termoutwardzalną lub innym środkiem. Żywicę tę utwardza się za pomocą ciepła lub środków chemicznych, zmieniając w ten sposób laminat w materiał w zasadzie nietopliwy i nierozpuszczalny (termoutwardzalne tworzywo sztuczne). Podczas utwardzania, laminat spaja ścianki zewnętrzne końców rury, tworząc w ten sposób złącze o wystarczającej wytrzymałości mechanicznej zarówno w kierunku obwodowym (obręczowym) jak i podłużnym.

Znany jest również sposób wytwarzania tulei do łączenia rur, ujawniony w brytyjskim opisie patentowym nr GB 1482095, w którym wokół końców rur owija się pasek materiału szklanego impregnowany pastą poliuretanową.

Aktualne technologie wytwarzania owinięć na styk bazują na stosowaniu laminatów z tradycyjnymi wzmocnieniami w postaci mat i/lub rowingu tkaninowego o jednakowych właściwościach wytrzymałościowych i sztywnościowych zarówno w kierunku obwodowym jak i podłużnym. Znane dotychczas złącza są skonstruowane w taki sposób, żeby były w stanie wytrzymać obciążenia konstrukcyjne zarówno w kierunku obwodowym jak i podłużnym, niezależnie od samej rury, pomijając w ten sposób znaczące aspekty, takie jak nośność rury w kierunku obwodowym jak i koncentracje naprężeń wynikające z nieciągłości.

Minimalna długość spojenia (podłużny wymiar laminatów na każdym końcu rury) jest na ogół określany na podstawie uproszczonych modeli rozkładu naprężeń ścinających w powierzchni spajającej pomiędzy rurą a laminatem. Istotnie, długość spojenia określa się zazwyczaj tak, żeby średnie naprężenia ścinające na powierzchni spojenia nie przekraczały zadanej wartości, bez względu na rzeczywisty rozkład naprężeń ścinających i sposób wpływu na nie takich czynników jak stosunek sztywności pomiędzy rurą a owinięciami, bezwzględną długość spoiny, właściwości geometryczne i elastyczne oraz koncentracje naprężeń. Na ogół pomija się naprężenia promieniowe i ich wpływ na wytrzymałość spojenia jak i na naprężenia wynikające z nieciągłości.

W konsekwencji, aktualnie stosowane owinięcia dociskowe mają skłonność do nadmiernej grubości i sztywności, w wyniku czego powstaje silny wzrost koncentracji naprężeń w łączonych rurach, wpływając negatywnie na ich parametry. Uproszczone modele wytrzymałości na ścinanie w złączach na zakładkę w wielu przypadkach słabo są skorelowane z rzeczywistą wytrzymałością, co może prowadzić zarówno do nadmiernie zachowawczych jak i kosztownych owinięć na styk, albo - w najgorszych przypadkach - do słabszych konstrukcji.

Z tego wzglę du istnieje od dł u ż szego czasu zapotrzebowanie na lepsze owijane złącza dociskowe do wzmocnionych rur z tworzyw sztucznych, mające optymalne charakterystyki konstrukcyjne i tań sze w produkcji.

Złącze owijane na styk do łączenia rur z żywicy termoutwardzalnej wzmocnionej włóknami zawierające liczne owinięcia z nasączonego materiału owinięte obwodowo wokół końców rur, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera wiele owinięć z materiału nasączonego żywicą termoutwardzalną, które są usytuowane obwodowo względem pierwszego końca rury i drugiego końca rury, przy czym pierwszy koniec rury i drugi koniec rury są odpowiednimi końcami pierwszej rury i drugiej rury, które to rury są zestrojone pozycyjnie i pierwszy koniec rury opiera się o drugi koniec rury, pierwsza rura i druga rura są połączone na swoich odpowiednich opierających się o siebie końcach za pomocą licznych owinięć usytuowanych ogólnie symetrycznie na opierających się o siebie rurach, przy czym pierwsze owinięcie jest usytuowane względem powierzchni odpowiednich rur, a drugie owinięcie aż do n-tego owinięcia są usytuowane kolejno na zewnątrz, względem odpowiedniego owinięcia poprzedzającego, ponadto pierwsze owinięcie ma szerokość L1 w kierunku podłużnym rury, drugie owinięcie ma szerokość L2 w kierunku podłużnym rury, a n-te owinięcie ma szerokość Ln w kierunku podłużnym rury, zaś liczne owinięcia są pokryte matą z ciętych włókien szklanych nasączonych żywicą termoutwardzalną i mają szerokość L0 w kierunku podłużnym rury, przy czym pierwsza szerokość L1

PL 198 645 B1 pierwszego owinięcia jest większa niż szerokość któregokolwiek z następnych owinięć oraz druga szerokość L2 drugiego owinięcia jest większa niż szerokość któregokolwiek z następnych owinięć, a szerokości L3 do Ln-1 pośrednich owinięć kolejno zmniejszają się o stały współczynnik 2γ, który to współczynnik jest wynikiem liniowej interpolacji pomiędzy szerokością L2 drugiego owinięcia a szerokością Ln n-tego owinięcia, ponadto sztywność podłużna (Elong x t) owinięć jest stopniowo zbiegająca się na krawędziach, tak że sztywność podłużna owinięć zwiększa się z mniejszym współczynnikiem (sztywność owinięcia w funkcji odległości od krawędzi owinięcia) na krawędzi owinięć, ale zwiększa się z większym współczynnikiem w odstępie od krawędzi.

Korzystnie, współczynnik zwiększania sztywności owinięcia, korzystnie, zwiększa się w trzech lub więcej krokach.

Korzystnie, n jest dowolną liczbą większą lub równą 3.

Korzystnie, laminat złącza ma znacznie większą sztywność rozciągania w kierunku podłużnym niż w kierunku obwodowym.

Korzystnie, każde z owinięć ma sztywność rozciągania w kierunku podłużnym, która jest znacząco większa od 50% do 200% niż sztywność rozciągania w kierunku obwodowym, przy czym mata z ciętych włókien szklanych ma ogólnie jednolitą sztywność rozciągania zarówno w kierunku podłużnym jak i obwodowym, a uzyskany laminat ma sztywność rozciągania w kierunku podłużnym, która jest znacząco większa niż sztywność rozciągania w kierunku obwodowym.

Korzystnie, żywica termoutwardzalna jest żywicą winyloestrową.

Korzystnie, żywica na owinięcia na styk jest żywicą winyloestrową, natomiast żywica rury jest żywicą poliestrową.

Korzystnie, żywica na owinięcia na styk oraz żywica rury są różnymi żywicami.

Korzystnie, żywica na owinięcia na styk jest żywicą wyższej jakości niż żywica rury.

Korzystnie, żywicą termoutwardzalną jest dianowa żywica winyloestrowa.

Korzystnie, podłużna sztywność rozciągania laminatu jest większa niż podłużna sztywność rozciągania rur.

Korzystnie, owinięcia zawierają włókninowy materiał rowingowy.

Korzystnie, owinięcia są rozmieszczone zewnętrznie względem rur.

Korzystnie, owinięcia są rozmieszczone wewnętrznie względem rur.

Korzystnie, owinięcia są rozmieszczone zarówno zewnętrznie jak i wewnętrznie względem rur.

Korzystnie, żywica jest w stanie utrwalonym względnie utwardzonym.

Korzystnie, żywica jest w stanie nie utrwalonym względnie nieutwardzonym.

Korzystnie, rury są z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami szklanymi.

Korzystnie, rury są z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami węglowymi.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na zapewnieniu nowoczesnego owijanego złącza na styk do rur ze wzmacnianych włóknami żywic termoutwardzalnych, które to złącze jest strukturalnie i ekonomicznie lepsze od złączy znanych dotychczas. W szczególności zapewnia poprawę niezawodności strukturalnej złącza, zwiększoną nośność, polepszone wykorzystanie nośności strukturalnej rur w wyniku zmniejszenia koncentracji naprężeń i zmniejszenie kosztu złącza.

Powyższy cel osiągnięto za pomocą starannej analizy strukturalnej rury razem z owinięciami i użycia skutecznych włókien wzmacniających i żywic na owinięcia.

Przeprowadzone analizy strukturalne i testy wykazały, że podłużna nośność owijanego złącza dociskowego, a nie wytrzymałość obwodowa, jest krytycznym czynnikiem konstrukcyjnym. W tym kontekście, oczywiste jest, że koncentracje naprężeń ścinających i promieniowych występujące w powierzchniach spojenia na końcu rury i owinięć, jak również koncentracje naprężeń podłużnych działających w ściance rury w sąsiedztwie owinięć, są najważniejszymi reakcjami na obciążenie, którymi trzeba sterować poprzez prawidłowe konstruowanie owinięć.

Analizy strukturalne i badania wykazały również, że koncentracje naprężeń spojenia można najskuteczniej regulować poprzez:

1) zrównoważenie sztywności podłużnej owinięć względem sztywności podłużnej rury,

2) stożkowanie owinięć i/lub czopa rury, oraz

3) optymalizację właściwości geometryczno sprężystych owinięć i rury.

Nawiązując do etapu 2 powyżej, stożkowanie czopa jest bardzo niepraktyczne i na ogół się tego nie robi, chyba, że wymagają tego specyficzne warunki (np. niesymetryczny laminat). Znacznie bardziej skutecznym sposobem jest przemieszczenie naprężeń ścinających ku krawędzi laminatu poprzez zwiększenie sztywności podłużnej laminatu.

PL 198 645 B1

Naprężenia promieniowe reguluje się najskuteczniej poprzez minimalizację mimośrodowości owinięć w kierunku podłużnym. Z drugiej strony, koncentracje naprężeń podłużnych w rurze zmniejsza się skutecznie płynnie stożkując (zwężając) owinięcia i minimalizując sztywność obwodową owinięć.

Nośność strukturalną i skuteczność owijanych złączy na styk można również zwiększyć poprzez prawidłowy wybór żywicy i wzmocnienia. Żywice o lepszej przyczepności umożliwiają wyższe naprężenia ścinające i promieniowe w powierzchni spojenia. Ze względu na ograniczenia wtórnej wytrzymałości spojenia w porównaniu z wytrzymałością utwardzonej żywicy, w większości sytuacji jest korzystne używanie żywicy o wyższej jakości w owinięciach niż w rurach.

W porównaniu ze wzmocnieniami tkaninowymi korzystniejsze jest również uż ywanie wzmocnień z wł ókien włókninowych. Stosują c wł ókna prostoliniowe eliminuje się naprężenia promieniowe powstające podczas naprężania włókien pofalowanych w rowingu, oraz, przy uzyskanych wyższych stopniach wzmocnienia, zmniejsza się naprężenia utwardzania.

Dla uzyskania powyższych własności w skład owijanego złącza dociskowego według wynalazku wchodzi ogólnie szereg owinięć z materiału nasączonego żywicą termoutwardzalną owiniętych obwodowo względem pierwszego końca rury i drugiego końca rury, gdzie pierwszy i drugi koniec rury są odpowiednimi końcami pierwszej i drugiej rury. Rury są zestrojone pozycyjnie i oba końce rury opierają się o siebie. Rury są złączone na swoich odpowiednich opierających się o siebie końcach za pomocą owinięć usytuowanych w przybliżeniu symetrycznie na wspomnianych opierających się o siebie rurach. Pierwsze owinięcie jest usytuowane względem odpowiednich rur a drugie do n-tego owinięcia są usytuowane kolejno na zewnątrz względem odpowiedniego owinięcia poprzedzającego. Pierwsze owinięcie ma szerokość L1, drugie owinięcie ma szerokość L2, a n-te owinięcie ma szerokość Ln, wszystkie w kierunku podłużnym rury. Owinięcia te są pokryte matą z ciętych włókien szklanych (CSM) nasyconą żywicą termoutwardzalną i mają szerokość L0 w kierunku podłużnym rury.

Zatem owijane złącze na styk według wynalazku cechuje się tym, że szerokość L1 pierwszego owinięcia jest większa niż szerokość dowolnego innego następnego owinięcia, szerokość L2 drugiego owinięcia jest większa niż szerokość dowolnego innego następnego owinięcia, szerokości L3 do Ln1owinięć pośrednich stopniowo zmniejszają się ze stałym współczynnikiem (2γ), gdzie ten stały współczynnik jest wynikiem liniowej interpolacji pomiędzy szerokością L2 drugiego owinięcia a szerokością Ln n-tego owinięcia, sztywność podłużna (Elong x t) owinięć stopniowo zwęża się na krawędziach, w ten sposób, że sztywność podłużna owinięć zwiększa się z mniejszym współczynnikiem (sztywność owinięcia w funkcji odległości od krawędzi owinięcia) na krawędzi owinięć, natomiast zwiększa się z większym współczynnikiem z dala od krawędzi.

Zaleca się zgodnie z przykładami wykonania wynalazku, aby korzystnie, współczynnik zwiększenia sztywności owinięcia zwiększał się w 3 lub więcej krokach. Zmienna n może być dowolną liczbą większą lub równą 3. Laminat zgodnie z przykładem wykonania ma w zasadzie większą sztywność rozciągania w kierunku podłużnym niż w kierunku obwodowym. Ponieważ każde z owinięć ma sztywność rozciągania w kierunku podłużnym, która jest znacząco (np. o 50%-200%) większa niż sztywność rozciągania w kierunku obwodowym, a także mata z ciętych włókien szklanych (CSM) ma w przybliżeniu jednakową sztywność rozciągania zarówno w kierunku podłużnym jak i obwodowym, wynikowy laminat ma sztywność rozciągania w kierunku podłużnym, która jest znacząco większa niż sztywność rozciągania w kierunku obwodowym. Żywica jest żywicą winyloestrową, albo (korzystnie) dianową żywicą winyloestrową. Żywica owinięcia dociskowego może być żywicą winyloestrową, natomiast żywica rury jest żywicą poliestrową. Żywica owinięcia dociskowego i żywica rury mogą być różnymi żywicami. Żywica owinięcia dociskowego może mieć wyższą jakość niż żywica rury.

Laminat ma podłużną sztywność rozciągania większą niż podłużna sztywność rozciągania rur. Owinięcia składają się z włókninowego materiału rowingowego. Owinięcia znajdują się na zewnątrz względem wspomnianych rur lub owinięcia mogą znajdować się wewnątrz względem rur. Owinięcia mogą także znajdować się zarówno na zewnątrz jak i wewnątrz względem wspomnianych rur. Żywica jest w stanie utrwalonym (albo utwardzonym) i/lub w stanie nieutrwalonym (lub nieutwardzonym). Rury są wykonane z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym, tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami węglowymi albo z włókien innych typów.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia owijane złącze na styk w rzucie z boku, fig. 2a - ogólną budowę laminatu z n owinięć oraz różne owinięcia i ich powiązania ze sobą i powierzchnią rury, schematycznie, fig. 2b - ilustrację podobną do pokazanej na fig. 2a, dla specyficznego przykładu wykonania z czterema owinięciami (n=4), schematycznie, fig. 3a - przekrój przez niezrównoważone (tj. zewnętrzne) złącze w przykładzie wykoPL 198 645 B1 nania według wynalazku, patrząc w podłużnym kierunku rury, np. patrząc wzdłuż płaszczyzny przekroju X-X na fig. 1 (dla czytelności rysunku, grubości owinięć pokazano jako stosunkowo większe niż przekrój rury), fig. 3b - przekrój przez zrównoważone (tj. zarówno zewnętrzne jak i wewnętrzne) złącze w przykł adzie wykonania wedł ug wynalazku, patrz ą c w podł u ż nym kierunku rury, np. patrz ą c wzdł u ż płaszczyzny przekroju X-X na fig. 1 (dla czytelności rysunku, grubości owinięć pokazano jako stosunkowo większe niż przekrój rury), fig. 4 - cześć złącza z fig. 3a, w przekroju płaszczyzną poprowadzoną linią A-A, schematycznie, fig. 5 - cześć złącza z fig. 3b, w przekroju płaszczyzną poprowadzoną linią B-B, schematycznie.

Poniżej opisano zalecane przykłady wykonania złącza według wynalazku odwołując się do figur 1-5 rysunku, na których podobne obiekty oznaczono odpowiednimi numerami identyfikacyjnymi.

Na fig. 1 pokazano owijane złącze na styk wykonane z dwóch zestrojonych pozycyjnie rur 100, 200 z odpowiednimi opierającymi się o siebie końcami 101, 201 rur (pokazanymi liniami kropkowanymi). Końce rur są owinięte licznymi warstwami albo owinięciami 5201 - 520n (pokazanymi liniami kropkowanymi) z materiału nasączonego żywicą termoutwardzalną i pokryte matą 530 z ciętych włókien szklanych (CSM), również nasączoną żywicą termoutwardzalną.

Na fig. 2a przedstawiono schematycznie (i w stanie rozłożonym na podzespoły) ilustrację ogólnej budowy laminatu wykonanego z n owinięć oraz, w porządku malejącym, od powierzchni pierwszej rury 100, końca 101, drugiej rury 200, końca 201 rury (pokazano tylko jedną stronę rur z widocznymi częściowo rurami), gdzie pierwsze owinięcie 5201 jest o szerokości L1 w kierunku podłużnym rury, drugie owinięcie 5202 jest o szerokości L2 w kierunku podłużnym rury, trzecie owinięcie 5203 ma szerokość L3 w kierunku podłużnym rury, n-te owinięcie 520n ma szerokość Ln w kierunku podłużnym rury, mata 530 z ciętych włókien szklanych (CSM) ma szerokość L0 w kierunku podłużnym rury, przy czym fig. 2 jest podobna do fig. 2a, dla przykładu wykonania, w którym n=4.

Na figurach rysunku pokazano symetryczny sposób rozmieszczenia owinięć względem końców rur oraz zależność L0>L1>L2>L3>Ln. Ponadto, L0 - L1 = 2α, a L1 - L2 = 2β. Owinięcia 5200 do 520n mają odpowiednie szerokości L2 do Ln, które stopniowo zmniejszają się ze stałym współczynnikiem 2γ, w wyniku liniowej interpolacji pomiędzy L2 a Ln. Wskutek tego sztywność podłużna (Elong x t) owinięcia stopniowo zwęża się na krawędziach w taki sposób, że sztywność podłużna owinięć zwiększa się z małym współczynnikiem (sztywność owinięcia w funkcji odległości od krawędzi owinięcia) na krawędzi owinięć, natomiast zwiększa się z większym współczynnikiem z dala od krawędzi, tj. Elong maty (530) * t maty (530)/α <Elong owinięcia (5201) * t owinięcia (5201) /β <Elong owinięcia (5201) * t owinięcia (5201) /γ dla (2<=i<=n), gdzie Elong (XXX) jest podłużnym modułem E owinięcia nr XXX, a t(XXX) jest jego grubością. Korzystnie, współczynnik sztywności owinięcia zwiększa się w 3 lub więcej krokach.

Na rysunku fig. 3a i 4 pokazano gotowe złącze, które jest wykonane tylko z laminatu zewnętrznego, natomiast na fig. 3b i fig. 5 widać gotowe złącze składające się zarówno z laminatu wewnętrznego jak i zewnętrznego.

Poniżej opisano przykład wykonania wynalazku zilustrowany na figurach rysunku. Owijane złącze na styk jest wykonane z dwóch rur z żywicy poliestrowej wzmocnionej włóknami szklanymi. Rury te mają średnicę nominalną (DN) w zakresie od 300 mm do 4000 mm i są w klasach ciśnieniowych PN1-PN32 i w klasach sztywnościowych SN1250 Pa do SN10000 Pa. Rury te mają końce z kwadratowymi czopami usytuowane na sobie.

Rury są połączone za pomocą owinięcia wewnętrznego i zewnętrznego pokrywających czopy rur. Owinięcia te są wykonane techniką laminowania.

Owinięcia są wytwarzane z materiału rowingowego z włókien szklanych w formie włókniny trójosiowej o gramaturze 800 g/m² i maty z ciętych włókien szklanych o gramaturze 450 g/m², CSM, nasączonej dianową żywicą winyloestrową.

Materiał rowingowy jest złożony z 3 warstw rowingów. Rowingi pierwszej warstwy, o wadze stanowiącej 50% całkowitej wagi materiału włóknistego, są zorientowane w kierunku podłużnym rury, natomiast rowingi w pozostałych dwóch warstwach, każdy o wadze 25%, są zorientowane pod kątem +/- 45° do rowingów pierwszej warstwy.

Każde owinięcie 5201 jest wykonane w ten sposób, że najpierw laminuje się pierwszy materiał rowingowy o szerokości L1, na czopach rury, a następnie materiały rowingowe kolejnych owinięć 5202 - 520n o szerokościach L2 - Ln.

Na końcu owiniecie pokrywa się matą 530 z ciętych włókien szklanych (CSM) o szerokości L0. Wszystkie te warstwy są umieszczone symetrycznie względem złącza rury.

PL 198 645 B1

Poniżej podano typowe przykłady odpowiednich liczb owinięć i długości dla różnych wymiarów rur (DN) i klas (PN i SN).

Standardowa rura jednoosiowa, DN600, PN6, SN2500: n=3, Ln=83 mm, L2=100 mm, L1 = 150 mm, L0 = 200 mm Standardowa rura jednoosiowa, DN2000, PN10, SN5000: n=8, Ln=150 mm, L2=250 mm, L1 - 300 mm, L0 = 350 mm Standardowa rura jednoosiowa, DN1000, PN20, SN10000: n=6, Ln=117 mm, L2=183 mm,

L1=233 mm, L0=283 mm.

Wysokie parametry złącza rur dwuosiowych DN600, PN10 (n=4, Ln=64 mm, L2=100 mm, L1=150 mm, L0=200 mm) potwierdzona za pomocą kilku przeprowadzonych na pełną skalę badań, w których łączono w opisany sposób dwie sekcje rurowe. Następnie zaślepiono na obu końcach zespół złącza rurowego, wypełniono go wodą i podniesiono w środku ciśnienie. W krótkotrwałym teście na rozrywanie w układzie z wolnym końcem według ASTM D1599 (złącze to musi przenieść pełne obciążenie ciśnieniowe zarówno w kierunku obwodowym jak i podłużnym), zastosowano ciśnienie rozrywające 60 x 10⁵ Pa (60 barów). W długotrwałym teście ciśnieniowym w układzie z wolnym końcem według ASDM D1598 dwa zespoły złączy poddano obciążeniu odpowiednio 33 x 10⁵ Pa i 34 x 10⁵ Pa (33 i 34 barów) przez, odpowiednio, 8000 godzin i 4000 godzin, nie powodując zniszczenia złącza.

Laminat ma sztywność rozciągania w kierunku podłużnym, która jest ponad dwa razy większa niż sztywność rozciągania w kierunku obwodowym. Laminat ma sztywność rozciągania, która jest o ponad 30% większa niż sztywność złączonych rur.

Powyżej opisano przykład wykonania w odniesieniu do rur wzmocnionych włóknami szklanymi (GRP), ale złącze według wynalazku można z równym powodzeniem zastosować do łączenia rur wzmocnionych innymi rodzajami włókien.

Powyższy opis i przykłady wykonania wynalazku mają służyć wyłącznie do celów ilustracyjnych zastosowań zasad wynalazku, natomiast nie służą ograniczaniu zakresu zastrzeżeń, które określają istotę i zakres wynalazku.

Claims

1. Złącze owijane na styk do łączenia rur z żywicy termoutwardzalnej wzmocnionej włóknami, zawierające liczne owinięcia z nasączonego materiału owinięte obwodowo wokół końców rur, znamienne tym, że zawiera wiele owinięć (520) z materiału nasączonego żywicą termoutwardzalną, które są usytuowane obwodowo względem pierwszego końca (101) rury i drugiego końca (201) rury, przy czym pierwszy koniec (101) rury i drugi koniec (201) rury są odpowiednimi końcami pierwszej rury (100) i drugiej rury (200), które to rury są zestrojone pozycyjnie i pierwszy koniec (101) rury opiera się o drugi koniec (201) rury, pierwsza rura (100) i druga rura (200) są połączone na swoich odpowiednich opierających się o siebie końcach (101, 201) za pomocą licznych owinięć (520) usytuowanych ogólnie symetrycznie na opierających się o siebie rurach (100, 200), przy czym pierwsze owinięcie (5201) jest usytuowane względem powierzchni odpowiednich rur (100, 200), a drugie owinięcie (5202) aż to n-tego owinięcia (520n) są usytuowane kolejno na zewnątrz, względem odpowiedniego owinięcia poprzedzającego, ponadto pierwsze owinięcie (5201) ma szerokość L1 w kierunku podłużnym rury, drugie owinięcie (5202) ma szerokość L2 w kierunku podłużnym rury, a n-te owiniecie (520n) ma szerokość Ln w kierunku podłużnym rury, zaś liczne owinięcia są pokryte matą (530) z ciętych włókien szklanych nasączonych żywicą termoutwardzalną i mają szerokość L0 w kierunku podłużnym rury, przy czym pierwsza szerokość L1 pierwszego owinięcia jest większa niż szerokość któregokolwiek z następnych owinięć oraz druga szerokość L2 drugiego owinięcia jest większa niż szerokość któregokolwiek z następnych owinięć, a szerokości L3 do Ln-1 pośrednich owinięć kolejno zmniejszają się o stały współczynnik 2 γ, który to współczynnik jest wynikiem liniowej interpolacji pomiędzy szerokością L2 drugiego owinięcia a szerokością Ln n-tego owinięcia, ponadto sztywność podłużna (Elong x t) owinięć jest stopniowo zbiegająca się na krawędziach, tak że sztywność podłużna owinięć zwiększa się z mniejszym współczynnikiem (sztywność owinięcia w funkcji odległości od krawędzi owinięcia) na krawędzi owinięć (520), ale zwiększa się z większym współczynnikiem w odstępie od krawędzi.

2. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że współczynnik zwiększania sztywności owinięcia, korzystnie, zwiększa się w trzech lub więcej krokach.

PL 198 645 B1

3. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że n jest dowolną liczbą większą lub równą 3.

4. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że laminat złącza ma znacznie większą sztywność rozciągania w kierunku podłużnym niż w kierunku obwodowym.

5. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że każde z owinięć (520) ma sztywność rozciągania w kierunku podłużnym, która jest znacząco większa od 50% do 200% niż sztywność rozciągania w kierunku obwodowym, przy czym mata (530) z ciętych włókien szklanych ma ogólnie jednolitą sztywność rozciągania zarówno w kierunku podłużnym jak i obwodowym, a uzyskany laminat ma sztywność rozciągania w kierunku podłużnym, która jest znacząco większa niż sztywność rozciągania w kierunku obwodowym.

6. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że żywica termoutwardzalna jest żywicą winyloestrową.

7. Owijane złącze na styk według zastrz. 6, znamienne tym, że żywica na owinięcia (520) na styk jest żywicą winyloestrową, natomiast żywica rury (100, 200) jest żywicą poliestrową.

8. Owijane złącze na styk według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że żywica na owinięcia (520) na styk oraz żywica rury (100, 200) są różnymi żywicami.

9. Owijane złącze na styk według zastrz. 8, znamienne tym, że żywica na owinięcia (520) na styk jest żywicą wyższej jakości niż żywica rury (100, 200).

10. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że żywicą termoutwardzalną jest dianowa żywica winyloestrowa.

11. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że podłużna sztywność rozciągania laminatu jest większa niż podłużna sztywność rozciągania rur (100, 200).

12. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że owinięcia (520) zawierają włókninowy materiał rowingowy.

13. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że owinięcia (520) są rozmieszczone zewnętrznie względem rur (100, 200).

14. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że owinięcia (520) są rozmieszczone wewnętrznie względem rur (100, 200).

15. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że owinięcia (520) są rozmieszczone zarówno zewnętrznie jak i wewnętrznie względem rur (100, 200).

16. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że żywica jest w stanie utrwalonym względnie utwardzonym.

17. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że żywica jest w stanie nie utrwalonym względnie nieutwardzonym.

18. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że rury (100, 200) są z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami szklanymi.

19. Owijane złącze na styk według zastrz. 1, znamienne tym, że rury (100, 200) są z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami węglowymi.