[发明专利]双壁复合管和管接头及其制造方法

说明书

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、最经济的系统。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系统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。