專利名稱：玻璃纖維增強(qiáng)塑料管垂直接頭組件的制作方法
玻璃纖維增強(qiáng)塑料管(俗稱F.R.P管或簡稱玻璃纖維管，即玻璃鋼管)因材質(zhì)輕，高強(qiáng)度及良好耐化學(xué)性，埋設(shè)前后無需維護(hù)，為取代一般傳統(tǒng)管材最理想的產(chǎn)品。該管是由基本原料包括樹脂、玻璃組維及填充料等不同的組合所形成的管壁結(jié)構(gòu)，可以制取具有不同物理性能和化學(xué)性能的管材。例如高壓管的玻璃纖維含量高，并采用耐化學(xué)性樹脂以達(dá)到高機(jī)械強(qiáng)度和極佳化學(xué)抵抗力。F.R.P管具有與一般塑膠管及鋼管等極不相同的性質(zhì)，其熱傳導(dǎo)效應(yīng)低，約為鋼管的二分之一，此外F.R.P管不象一般塑膠管那樣遇冷變脆而遇熱則易軟化，其耐溫范圍在-40℃至120℃之間。
由于一般用于深水井等垂直安置的管子，其管材多為鋼制，不但笨重且搬運(yùn)不便，且各段管子都在運(yùn)至工地時在現(xiàn)場進(jìn)行電焊連接，不但費(fèi)時，且需具備電力、電焊機(jī)及電焊技工，非常不便;且有時深水井鉆孔完畢后，因電焊時間過長，而無法及時將鋼管降入井孔內(nèi)，會導(dǎo)致井孔崩塌和鑿井失敗的現(xiàn)象。故如何改進(jìn)以爭取及時將管子降入井孔內(nèi)實(shí)為迫不及待。此外，又因由鋼鐵等材料制成的管子，使用中易生銹或被井中化學(xué)物質(zhì)腐蝕，影響其壽命及出水水質(zhì)。然而，一般塑膠管則因材質(zhì)輕，且連接及安裝均方便，但其耐熱、耐壓性則太差，且易老化，因而亦不適用于深水井管的使用。
總之，鋼管的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，耐熱和耐壓，缺點(diǎn)則是焊接費(fèi)時，易生銹、腐蝕、壽命短。一般塑膠管的優(yōu)點(diǎn)是不會銹蝕，質(zhì)輕且連接及安裝都容易，但耐熱、耐壓性等強(qiáng)度較差，且易老化，壽命亦短。為此，若使用玻璃纖維管則能兼?zhèn)渖闲g(shù)鋼管與塑膠管的優(yōu)點(diǎn)，而能避免上述缺點(diǎn)，是一種極好的管材。但是，由于玻璃纖維管無法象鋼管那樣進(jìn)行焊接或象塑膠管那樣進(jìn)行加熱承插或使用粘接劑等方式進(jìn)行結(jié)合，故本發(fā)明的重點(diǎn)在于其接合處的設(shè)計(jì)。
一般說，玻璃纖維管的水平方向連接因無軸向拉力，故其連接方式較易，如輸緣式(Flange)對接式(Bitt)、伸縮式接頭(Flex)、承插式接頭(Bell and Spigot)等。但此數(shù)種方式均不適用于垂直井管，如輸緣式的周緣恰好阻塞住井管與井孔的空隙層，因而使堵塞用的礫石無法繼續(xù)落下;而平口對接式則需在兩管接頭處敷設(shè)一層玻璃纖維，使其連接堅(jiān)固，但因此系現(xiàn)場加工，其所需時間較鋼管的焊接時間更長，故不適用;此外，伸縮式接頭及承插式接頭則易被軸向拉力拉脫，亦不適用。而螺紋結(jié)合式則需承受太貴的加工費(fèi)，且管子太長亦難以加工，故亦不考慮。
此外，在砂土層區(qū)域，其井管與井孔的間隙需加大，供充填的礫石，故需使用定位環(huán)，以免因地層下陷而影響水井的壽命。但在石層區(qū)域鑿井時，加大井孔勢必產(chǎn)生作業(yè)上的困難，且浪費(fèi)大量人力與工時，因此只要鑿出比管材口徑稍大的井孔即可，而不必增加定位環(huán)所占面積及空間，在接頭的設(shè)計(jì)上，尤其在石層深井作業(yè)上，亦需考慮可承受大的吊裝力，確保接頭在深井作業(yè)中不會脫臼、斷落。
本發(fā)明就是針對上述玻璃纖維管連接方式的種種困難而設(shè)計(jì)的一種適用于垂直管用的上下接頭及F.R.P管的組件;其主要系將F.R.P管的欲互相接合的一端分別套入二只形狀相對稱之附有鎖耳之鋼圈接頭中，使一管管端稍凸出于鋼圈接頭外，而另一管管端則藏于鋼圈接頭中，再分別經(jīng)F.R.P與不飽和聚脂樹脂加工，使鋼圈接頭得與原F.R.P管身形成一體;施工時，只須將兩F.R.P管對準(zhǔn)，管端間墊入橡皮墊圈后，將螺絲分別鎖進(jìn)鋼圈接頭之鎖耳孔中絞緊，僅需數(shù)分鐘，即可將二截玻璃纖維管緊密堅(jiān)固結(jié)合。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)可于工廠內(nèi)一體成型，運(yùn)抵工地時，避免使用電、電焊機(jī)及電焊技工，只須一般操作員使用螺絲扳手鎖緊二管，數(shù)分鐘內(nèi)即可完成，省時省工，縮短降管時間，此其特色一。
又本發(fā)明鋼圈接頭(即垂直上下接頭)的鎖耳，于降管于井孔中時，亦可做為井孔與管身的定位環(huán)，而不必如傳統(tǒng)鋼管須于管身另焊接定位環(huán)，一舉兩用，此為其第二個特色。
而為配合使用于石層深井作業(yè)，上下鋼圈接頭的固定環(huán)間并可加上FRP填塊，使上下鋼圈經(jīng)由插套接合，以縮小接頭面積，承受較大的吊裝力，確保接頭在石層深井作業(yè)中不脫落，且不需鑿大口徑井孔，此為本發(fā)明另一特色。
現(xiàn)參照附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)

圖1 為本發(fā)明用于砂土層井管接頭實(shí)施例的分解軸側(cè)圖，圖2 為圖1組裝軸側(cè)圖，圖3 為示意表示傳統(tǒng)鋼管下降至井孔中的圖，圖4 為示意表示本發(fā)明的圖1實(shí)施例構(gòu)件下降至井孔中的圖，圖5 為本發(fā)明另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的外觀圖，圖6 為圖5實(shí)施例的分解軸側(cè)圖，圖7 為圖5所示實(shí)施例部件的各視圖，其中圖7a為俯視圖，圖7b為主視圖，圖7c為仰視圖，圖8 為示意表示進(jìn)行圖5所示實(shí)施例上下鋼圈組合動作的圖，圖9 為本發(fā)明用于石層井管接頭的實(shí)施例外觀圖，圖10為圖9所示結(jié)構(gòu)的分解軸側(cè)圖，圖11為圖9所示結(jié)構(gòu)的上下接頭各側(cè)視圖，其中圖11a為將其拆開后的上面部分的主視圖，圖11b為該部分的俯視圖，圖11c為將其拆開后的下面部分的主視圖，圖11d為該部分的仰視圖，圖12為圖9所示結(jié)構(gòu)的組合剖視圖。
如圖1所示，鋼圈接頭11由上下兩鋼圈及若干三角形鎖耳111焊接而成，其中111系由兩側(cè)板及一底板共同形成，底板中具有一孔112。鋼圈接頭12與鋼圈接頭11的形狀完全相同。(亦可加裝若干定位環(huán)123，以后詳述)，但使用時，則須顛倒方位，以便與鋼圈接頭11互相配合而組成一對垂直上下接頭。鋼圈接頭12亦具有若干三角形鎖耳121及其頂板中的孔122。
于工廠中，可先將二段F.R.P管10對相應(yīng)的一端(或使一段F.R.P管10的二端)分別套入前述上下接頭中，并使得任一段F.R.P管10的一端稍凸出于鋼圈接頭11(或12)，而另一段F.R.P管10的管端則藏于另一鋼圈接頭12(或11)內(nèi)，然后經(jīng)F.R.P及不飽和聚脂樹脂的加工，使二段F.R.P管10(或一段F.R.P管10的兩端)分別與鋼圈接頭11及鋼圈接頭12結(jié)合成一體而稱其為F.R.P管與垂直上下接頭組件。
如圖2所示，當(dāng)前述垂直上下接頭組件運(yùn)至工地時，可先在組件接頭端間置入一橡皮墊圈15，然后用扳手把螺絲13配合螺母14使其被鎖緊于二接頭鎖耳的孔112及孔122中，因而只需數(shù)分鐘時間，即可將二垂直上下接頭組件緊密堅(jiān)固連接在一起。由于使F.R.P管10分別凸出于鋼圈接頭11(或12)或藏于鋼圈接頭12(或11)中，故當(dāng)前述上下接頭組件以螺絲鎖緊時，二F.R.P管10的接觸處并非位于鋼圈接頭11及鋼圈接頭12的接觸面上，而是位于鋼圈接頭11的較寬大的下圈(或鋼圈接頭12較寬大的上圈)中，因而使F.R.P管的接合有較大堅(jiān)固性，不易從接合處折斷。
如圖3所示，一般傳統(tǒng)鋼管于下降井中時，需先將各段管子焊接，圖中17即為焊接處，同時再在管身焊接若干定位環(huán)18，以便在井孔19中作為支持管身穩(wěn)定之用，而井孔與鋼管的空隙中則需填入礫石，以作為濾水及防止井孔崩塌之用。
如圖4所示;由于本發(fā)明因使用F.R.P管10與垂直上下接頭組件互相以螺絲連接，故不須焊接，且鎖耳本身即可當(dāng)作定位環(huán)使用。當(dāng)然，為增強(qiáng)管身的穩(wěn)定性，可在垂直上下接頭的任一只上加裝若干定位環(huán)(如圖所示即在鋼圈接頭12上加裝定位環(huán)123)。舉例來說，如一般鋼管須于某一支撐處焊接六只定位環(huán)，則本發(fā)明只須于相鄰各鎖耳之中間位置焊接三只定位環(huán)，且鎖耳敷愈多，則定位環(huán)數(shù)可愈少，恰好成反比。
又本發(fā)明經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，一般說口徑400mm以上，井深200公尺以上時，每支接頭須附設(shè)4個鎖耳，而其余情況則可為三個鎖耳。而井管接頭強(qiáng)度按如下考慮以300mm口徑，長300公尺的管子為例，全重量設(shè)為5082Kg，分別由三支直徑1英寸螺絲來承受，每支螺絲的極限抗張強(qiáng)度為4，710kg，則4710kg×3＝14130，安全系數(shù)為14130/5082＝2.78。
此外，關(guān)于管端與鋼圈接頭表面經(jīng)玻璃纖維及不飽和聚脂樹脂加工所形成的粘合層的強(qiáng)度按如下考慮(一)設(shè)使用包覆的F.R.P層的寬度為20-5＝15公分即總寬20公分，鋼圈占有5公分，實(shí)際粘合部分為15公分。
(二)使用方程式為Wmin＝S.F× (4.δt)/(τ) ×t其中 S.F為安全系數(shù)δt為管所受軸向拉力強(qiáng)度τ為樹脂的剪力強(qiáng)度t為管壁厚度W為包覆玻璃組維層寬度
(三)埋設(shè)在300公尺深的井中情況15=S.F×4×300×100cm/m×A×1.7×1kg1000g×1A100×0.9]]>即S.F＝15/1.836＝8.17(四)埋設(shè)在200公尺深的井中情況15=S.F×4×200×100cm/m×A×1.7×11000×1A100×0.9]]>即S.F＝15/1.224＝12.25(五)埋設(shè)在100公尺深的情況15=S.F×4×100×100cm/m×A×1.7×11000×1A100×0.9]]>即S.F＝15/0.612＝24.5由上可知本發(fā)明具有極高的安全系數(shù)，因而堅(jiān)固耐用、并具有安裝迅速、搬運(yùn)方便，且無需使用熟練電焊工人及耗費(fèi)工時的優(yōu)點(diǎn)。
為省略結(jié)合時對孔鎖接的工時，并縮小鎖耳部分以增加礫石下降面積，避除礫石所構(gòu)成的架空現(xiàn)象，本發(fā)明還可以另一實(shí)施例完成。
請參看圖5-8，上鋼圈接頭11的鎖耳可由兩不同長度之鋼板101、102構(gòu)成，并于長短鋼板101、102的同一高度位置設(shè)一配合孔103、104。兩鋼板101、102間的距離空間，以成為恰可容置下鋼圈接頭12的鎖耳201厚度為宜。
沿下鋼圈接頭12的圓周設(shè)置與上鋼圈接頭11相對數(shù)量的單片鋼板鎖耳201，并在鎖耳201上設(shè)配合孔202。
可使上述下鋼圈接頭12的鎖耳201嵌入上鋼圈接頭11之兩鎖耳組成片101、102間，于上下鋼圈接頭11、12互相靠置(即上鋼圈接頭11下端面與下鋼圈接頭12上端面相靠)時，兩者之配合孔101、102、202恰位于同一軸心線上，可用一螺栓S配合螺帽S1予以結(jié)合。
參看圖6、8，當(dāng)欲使上下鋼圈接頭11、12結(jié)合時，使下鋼圈接頭12及下結(jié)合管P2往上鋼圈接頭11部分移靠(或反之，使上鋼圈接頭11與上結(jié)合管P1往下移靠)，待下鋼圈接頭12的鎖耳201突出于鋼圈部分且伸至適當(dāng)位置，即可將下鋼圈接頭12轉(zhuǎn)動，使下鋼圈接頭12的鎖耳201抵靠上鋼圈接頭11的長鋼片102，即可將下鋼圈接頭12向前推(或使上鋼圈接頭11下壓)，使下鋼圈接頭12的鎖耳201嵌入上鋼圈接頭11的兩長短鋼片101、102所形成的鎖耳間，待上鋼圈接頭11的下端面與下鋼圈接頭12的上端面相靠置時，上下鋼圈接頭11、12的鎖耳配合孔101、102、202即位于同一軸心線上，可用螺栓S配合螺帽S1予以結(jié)合。
本發(fā)明實(shí)施例的此種上下鋼圈接頭11、12鎖耳，可減少鎖耳所占空間，使井管外周的礫石、濾砂較易下降，而無架空現(xiàn)象，更得以增強(qiáng)井管的強(qiáng)度，保持出水量及井管壽命。在上下鋼圈11、12結(jié)合時鎖耳的形狀及構(gòu)造，可作為定位環(huán)，除可增強(qiáng)管身穩(wěn)定性，且無需另設(shè)定位環(huán)。并通過螺絲結(jié)合方式的改變，適于選用較佳螺絲尺寸，支撐更大吊裝力。而上下鋼圈接頭11、12的移靠、轉(zhuǎn)動、推進(jìn)嵌入的結(jié)合設(shè)計(jì)，可省略井管結(jié)合時的對孔鎖接的時間，更可迅速結(jié)合。
參看圖9-12，本發(fā)明另一用于石層井管的上鋼圈接頭的實(shí)施例(即圖中位于管材70的下端，)由固定環(huán)31、32、鐵條33等主要部分組成。固定環(huán)31、32均為圓形鐵環(huán)，但在固定環(huán)32表面有數(shù)個倒U形凸塊321，在其中央鉆有螺孔322，于螺孔正下方的固定環(huán)32上亦有一未穿透的螺孔72。鐵條33為一長方形薄板，當(dāng)在管材70上按裝上接頭時，先將固定環(huán)31套入，再套入固定環(huán)32，然后對稱地將鐵條33焊接于固定環(huán)31、32之中，最后將FRP充填注入固定環(huán)31、32與鐵條33之間，待凝結(jié)后即成為圖中的充填塊71，該充填塊71可把固定環(huán)31、32與鐵條33卡在管材70上而不會滑動。
下鋼圈接頭(即圖中位于管材80的上端)由固定環(huán)41、51、鐵塊60等主要部分所組成。其中固定環(huán)41、51亦均為圓形鐵環(huán)，而鐵塊60系經(jīng)鍛壓成型后焊接于兩定環(huán)41、51上面，此時鐵塊60的前端部分62延伸至固定環(huán)41外側(cè)，并設(shè)有螺孔61。當(dāng)FRP注入固定環(huán)41、51與鐵塊60之中俟其凝固即成為圖中的充填塊81，可使卡住固定環(huán)41、51、鐵塊60與管材80牢固結(jié)合一起。
如圖9、12所示，本發(fā)明在作業(yè)時將管材70與管材80的不同兩端相對，使下接頭的鐵塊60延伸部分62插入上接頭的固定環(huán)32倒U形凸塊321中，再用螺絲90穿過螺孔322、61、72，使管材70、80完成連接。
由于螺絲垂直于管材的表面，使石層深井的施工方便和快速，而其所占面積縮小，因使鑿井的孔徑亦可縮小，更能減少石層之深井作業(yè)中礫砂、礫石的架空現(xiàn)象。再者由于FRP充填塊填充于固定環(huán)與鐵條或鐵塊之中，使得固定環(huán)與鐵條與固定環(huán)與鐵塊皆能堅(jiān)固地與管材結(jié)合成一體，足以承受巨大之吊裝力及外壓力而避免滑動、脫臼甚至斷落現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種玻璃纖維增強(qiáng)塑料管(玻璃鋼管)的垂直接頭組件，由上下接頭組成，其特征在于包括一組形狀相同的鋼圈接頭，這些鋼圈接頭中的每一只均由上下單獨(dú)的鋼圈與若干相對稱的鎖耳焊接而成，且位于鎖耳底座一側(cè)的鋼圈較寬；使玻璃纖維管一端套入且稍凸出于前述一個鋼圈接頭上，使其另一端套入且藏于前述另一個鋼圈接頭內(nèi)，于前述玻璃纖維管及鋼圈接頭處，用樹脂加工成玻璃纖維層，并使其二者結(jié)合成一體；施工時在組件間放入墊片，并用螺絲自鎖耳部分鎖緊使管子下降于井中。
2.如權(quán)利要求1所述的接頭組件，其特征在于所述鎖耳由二只側(cè)板，一只附有孔的底座板形成，且呈三角形，使其直角位于上述較寬的鋼圈處。
3.如權(quán)利要求1所述的接頭組件，其特征在于所述相鄰二鎖耳間焊接有定位環(huán)。
4.如權(quán)利要求1所述的接頭組件，其特征在于上述一鋼圈接頭設(shè)有由兩分開的不同長度鋼板構(gòu)成之鎖耳，在這些長短鋼板的同等高度位置設(shè)配合孔，另一鋼圈接頭則具有相對應(yīng)數(shù)量的單片鋼片鎖耳，于鎖耳上設(shè)配合孔，使上述單片鎖耳在上下鋼圈靠置組合時嵌入兩長短鋼板間予以結(jié)合。
5.一種玻璃纖維增強(qiáng)塑料管(玻璃鋼管)的垂直接頭組件，由上下接頭所構(gòu)成，其特征在于在這些上下接頭上均分別設(shè)有上下固定環(huán)及焊接于固定環(huán)間的鐵條或鐵塊，使這些接頭固定在管材上下端后，以FRP塊充填于其間;上述上接頭則設(shè)有倒U形凸塊，下接頭的鐵塊具有供插套組合于其中的延伸部分，通過從管材表面的垂直方向配合預(yù)設(shè)螺孔將兩者組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃纖維增強(qiáng)塑料管(即玻璃鋼管或稱FRP管)接頭組件，將二支FRP管端分別套入兩只形狀相對稱且具有若干鎖耳的鋼圈接頭，再經(jīng)玻璃纖維與不飽和聚酯樹脂加工，使接頭部分得以與管身結(jié)合形成一體。施工時，只需將兩支前述已結(jié)合有鋼圈接頭的FRP管管端相對準(zhǔn)，經(jīng)墊入一橡皮墊圈后，再用數(shù)只螺絲分別鎖進(jìn)鎖耳孔中絞緊，即可完成FRP管的接合工作。
文檔編號F16L21/00GK1058261SQ9010480
公開日1992年1月29日 申請日期1990年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月19日
發(fā)明者朱云乾 申請人:美明玻璃纖維股份有限公司