ES2978964T3 - Conjuntos de collar de conexión y conector de tubería que incorporan collares de conexión - Google Patents

Abstract

Un collar que tiene en sección transversal una sección de relleno generalmente triangular y una sección exterior generalmente rectangular sobre la sección de relleno. El collar puede ser parte de un conjunto de tubos donde el collar sirve para acoplar un accesorio al tubo. Un método para instalar el collar incluye presionar el collar sobre la superficie exterior del tubo hasta que la tensión en el collar en la dirección del aro esté en un nivel predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Conjuntos de collar de conexión y conector de tubería que incorporan collares de conexión

ESTADO LA TÉCNICA ANTERIOR

Los conectores se montan en un tubo insertándolas en el extremo del tubo y uniéndolas a una superficie interior del tubo. Normalmente, un collar se coloca sobre el extremo del tubo para "sujetar" el tubo al conector. La fuerza de sujeción entre el tubo y el conector suele ser inconsistente, lo que conduce a fallos permanentes.

La Patente US 4 786 536 desvela una estructura de resorte desviable de material compuesto que comprende al menos una capa que comprende hilos unidireccionales aproximadamente paralelos que comprenden refuerzos de hebras continuas de filamentos impregnadas de matriz configuradas helicoidalmente para proporcionar un resorte en voladizo de material compuesto con bridas que sirve como constituyente principal de una estructura de acoplamiento.

SUMARIO

Por lo tanto, es un objeto subyacente de la presente invención para proporcionar un conjunto de collar y tubo capaz de proporcionar una fuerza de sujeción más consistente entre el tubo y el conector de modo que la interfaz entre el tubo y el conector pueda soportar cargas de manera más consistente.

Este objeto se resuelve mediante la materia objeto de acuerdo con las reivindicaciones independientes.

En una realización de ejemplo, un conjunto de tubo incluye un conector que tiene un primer extremo opuesto a un segundo extremo, teniendo al menos una sección del conector una superficie cónica exterior anular que reduce su diámetro en una dirección axialmente hacia el primer extremo, un tubo que tiene una porción sobre la superficie cónica exterior anular, teniendo la porción del tubo una superficie exterior que reduce su diámetro en una dirección axialmente hacia el primer extremo, y un collar anular que tiene una superficie interior sobre la porción de la superficie exterior del tubo, en donde el collar en una sección transversal según se ve a lo largo de un plano que se extiende axialmente a lo largo de un diámetro del collar incluye una sección generalmente triangular y una sección exterior sobre la sección generalmente triangular. La sección triangular define una superficie interior ahusada del collar que reduce su diámetro axialmente en una dirección hacia el primer extremo. El collar incluye un material compuesto reforzado con fibras que incluye fibras y resina. Sustancialmente, todas las fibras que forman la sección triangular están orientadas axialmente. La superficie interior ahusada del collar es lineal o no lineal.

En otra realización de ejemplo, la sección exterior incluye fibras generalmente orientadas transversalmente a la dirección axial. En otra realización de ejemplo más, la sección exterior incluye fibras generalmente orientadas en perpendicular a la dirección axial. En una realización de ejemplo adicional, la sección exterior es una sección generalmente rectangular cuando se ve a lo largo del plano. En una realización de ejemplo, el collar incluye un primer extremo axialmente opuesto a un segundo extremo. Las secciones exteriores y generalmente triangulares se extienden hasta al segundo extremo y solo la sección exterior se extiende hasta el primer extremo y define una porción de la superficie interior del collar. En una realización de ejemplo adicional, el collar incluye además una tercera sección radialmente entre la sección generalmente triangular y la generalmente rectangular. En otra realización de ejemplo más, la superficie interior del collar incluye dos porciones de superficie ahusadas, inclinadas en diferentes ángulos en sección transversal medida desde el plano. Una primera de las dos porciones de superficie ahusadas es la porción de superficie interior ahusada y la segunda de las dos porciones de superficie ahusadas se define en la tercera sección. En una realización de ejemplo, la porción de la superficie exterior del tubo que reduce su diámetro es una primera sección de superficie exterior, y el tubo incluye una segunda sección de superficie exterior que reduce su diámetro en una dirección axialmente hacia el primer extremo. La primera sección de superficie exterior está entre la segunda sección de superficie exterior y el primer extremo, y la segunda sección de superficie exterior reduce su diámetro en un ángulo más pronunciado que la primera sección. Al menos sustancialmente todas las fibras en la tercera sección del collar están sustancialmente orientadas axialmente. En otra realización de ejemplo, la primera sección de superficie exterior del tubo interactúa con la primera porción de superficie ahusada del collar y la segunda sección de superficie exterior del tubo está separada de la segunda porción de superficie ahusada del collar. En otra realización de ejemplo más, la primera sección de superficie exterior del tubo interactúa con la primera porción de superficie ahusada del collar y la segunda sección de superficie exterior del tubo interactúa con la segunda porción de superficie ahusada. En una realización de ejemplo adicional, una porción de la sección exterior del collar interactúa con una superficie exterior del tubo. En otra realización de ejemplo más, el conector incluye una brida que se extiende radialmente y la sección generalmente triangular del collar interactúa con la brida y la superficie exterior del tubo que reduce su diámetro. En una realización de ejemplo, la sección de relleno se forma por separado a partir de la sección exterior y las dos secciones se adhieren entre sí después de formarse para formar el collar.

En una realización de ejemplo, un collar anular para aplicar una fuerza de compresión radial a una superficie exterior de un tubo incluye un primer extremo axialmente opuesto a un segundo extremo. El collar anular incluye además en sección transversal, visto a lo largo de un plano que se extiende axialmente a lo largo de un diámetro del collar, una sección generalmente triangular y una sección exterior sobre la sección generalmente triangular. La sección generalmente triangular define una superficie interior ahusada del collar que reduce su diámetro axialmente en una dirección hacia el primer extremo. El collar incluye un material compuesto reforzado con fibras que incluye fibras y resina, y sustancialmente todas las fibras que forman la sección triangular están orientadas axialmente. La superficie interior ahusada del collar puede ser lineal o no lineal. En otra realización de ejemplo, la sección exterior incluye fibras generalmente orientadas transversalmente a la dirección axial. En otra realización de ejemplo más, la sección exterior incluye fibras generalmente orientadas en perpendicular a la dirección axial. En una realización de ejemplo adicional, la sección exterior es una sección generalmente rectangular cuando se ve a lo largo del plano. En otra realización de ejemplo más, las secciones exteriores y generalmente triangulares se extienden hasta al segundo extremo, y solo la sección exterior se extiende hasta el primer extremo. Con esta realización de ejemplo, la sección exterior define una porción de la superficie interior del collar. En otra realización de ejemplo más, el collar incluye además una tercera sección radialmente entre las secciones generalmente triangular y la generalmente rectangular.

En una realización de ejemplo, la superficie interior del collar ahusada incluye dos porciones de superficie ahusadas, inclinadas en diferentes ángulos en sección transversal medidos a lo largo de un plano que se extiende axialmente.

Una primera de las dos porciones de superficie ahusadas es la porción de superficie interior ahusada y una segunda de las dos porciones de superficie ahusadas se define en la tercera sección. En una realización de ejemplo, la sección de relleno se forma por separado a partir de la sección exterior y las dos secciones se adhieren entre sí después de formarse para formar el collar.

En una realización de ejemplo, un collar anular para aplicar una fuerza de compresión radial a una superficie exterior de un tubo incluye un primer extremo axialmente opuesto a un segundo extremo y una superficie interior. El collar en sección transversal según se ve a lo largo de un plano que se extiende axialmente a lo largo de un diámetro del collar incluye una sección generalmente triangular y una sección exterior sobre la sección generalmente triangular.

La sección generalmente triangular define una superficie interior ahusada del collar que reduce su diámetro axialmente en una dirección hacia el primer extremo. El collar incluye un material compuesto reforzado con fibras que incluye fibras y resina, y sustancialmente todas las fibras que forman la sección triangular están orientadas axialmente. La superficie interior ahusada del collar puede ser lineal o no lineal. En otra realización de ejemplo, la sección exterior del collar incluye fibras generalmente orientadas transversalmente a la dirección axial. En otra realización de ejemplo más, la sección exterior incluye fibras generalmente orientadas en perpendicular a la dirección axial. En una realización de ejemplo adicional, la sección exterior es una sección generalmente rectangular según se ve a lo largo del plano. En otra realización de ejemplo más, las secciones exteriores y generalmente triangulares se extienden hasta al segundo extremo y solo la sección exterior se extiende hasta el primer extremo.

Con esta realización de ejemplo, la sección exterior define una porción de la superficie interior del collar. En otra realización de ejemplo más, el collar incluye además una tercera sección radialmente entre las secciones generalmente triangular y la generalmente rectangular. En una realización de ejemplo, la superficie interior del collar ahusada incluye dos porciones de superficie ahusadas, inclinadas en diferentes ángulos en sección transversal medidos a lo largo de un plano que se extiende axialmente. Una primera de las dos porciones de superficie ahusadas es la porción de superficie interior ahusada y una segunda de las dos porciones de superficie ahusadas se define en la tercera sección.

En una realización de ejemplo, un método para acoplar un conector a un extremo del tubo incluye insertar el conector en el extremo del tubo de manera que una porción del tubo rodee el conector. La porción del tubo que rodea el conector incluye una superficie exterior que se reduce en diámetro en una dirección hacia el extremo del tubo. El método también incluye presionar con una carga axial predeterminada, un collar que tiene una superficie interior ahusada sobre la superficie exterior del tubo de manera que la superficie interior ahusada se acopla a la superficie exterior del tubo. La carga axial predeterminada posiciona el collar en una ubicación apropiada sobre el tubo.

En otra realización de ejemplo, un método para acoplar un conector a un extremo del tubo incluye insertar el conector en el extremo del tubo de manera que una porción del tubo rodee el conector. La porción del tubo que rodea el conector incluye una superficie exterior que se reduce en diámetro en una dirección hacia el extremo del tubo. El método también incluye presionar un collar que tiene una superficie interior ahusada sobre la superficie exterior del tubo de manera que la superficie interior ahusada emerge de la superficie exterior del tubo. El collar se presiona con una carga axial hasta que la tensión sobre el collar en la dirección del aro está a un nivel predeterminado. En otra realización de ejemplo más, la tensión sobre el collar en la dirección del aro está en el nivel predeterminado cuando la tensión circular sobre el collar es al menos el 50 % de la tensión circular última del collar.

En una realización de ejemplo adicional, la tensión sobre el collar en la dirección del aro se mide utilizando un medidor de tensión montado en el collar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de tubo de realización de ejemplo que incluye un tubo con dos conectores montados en sus extremos opuestos de una realización de ejemplo.

La Figura 2 es una vista de sección transversal parcial de un conector montado en un extremo del tubo con un collar de realización de ejemplo sobre el tubo.

Las Figuras 3 y 4 son vistas finales de conectores de ejemplo.

La Figura 5 es una vista de despiece de un conector de ejemplo insertado en un extremo del tubo.

La Figura 6A es una vista de sección transversal parcial de un conector insertado en un extremo del tubo y un collar de realización de ejemplo montado sobre el extremo del tubo.

La Figura 6B es una vista de sección transversal parcial de la sección 6B, 6B mostrada en la Figura 6A.

Las Figuras 7A, 7B y 8 son vistas de sección transversal parcial de un collar de realización de ejemplo que interactúa con extremos de tubo de realización de ejemplo. Se omiten los conectores.

La Figura 9 es una vista de sección transversal parcial del conector y el collar de realización de ejemplo que se muestra en la Figura 6B, que incorpora una sección de aro de collar que se forma separada de la sección de relleno del collar y donde cada una de las secciones de aro y de relleno está formada a partir de múltiples subsecciones.

DESCRIPCIÓN

En la siguiente descripción detallada, se muestran y se describen ciertas realizaciones de ejemplo, a modo de ilustración. Como reconocerían los expertos en la técnicas, las realizaciones de ejemplo descritas pueden modificarse de varias maneras. En consecuencia, los dibujos y la descripción deben considerarse de naturaleza ilustrativa, en vez de restrictiva.

Con referencia a la Figura 1, un conjunto de tubo de material compuesto 1, según una realización de la presente invención, incluye un tubo de material compuesto 10. Un conector (es decir, un inserto) 12 y un conector de extremo 14 están situados en cada extremo del tubo de material compuesto 10. El tubo de material compuesto 10 es una estructura hueca y sustancialmente tubular. Con referencia a las Figuras 1 y 2, el tubo de material compuesto 10 tiene un cuerpo 104 que tiene un diámetro exterior d sustancialmente uniforme y un diámetro interno d' sustancialmente uniforme.

El tubo de material compuesto 10 puede producirse enrollando fibras de material compuesto en forma de filamento (y/o cinta) que tienen una resina epoxi sobre un mandril tubular. Para este propósito puede utilizarse cualquiera de una diversidad de máquinas conocidas para los expertos en la técnica. El tubo de material compuesto puede ser un material compuesto reforzado con fibras formado con una resina termoestable o termoplástica. En otras realizaciones de ejemplo, el tubo de material compuesto puede ser un tubo moldeado con líquido que puede incluir refuerzo de fibra. Las fibras de material compuesto pueden enrollarse a lo largo de una dirección que es sustancialmente helicoidal con respecto a un eje longitudinal del tubo de material compuesto 10. En una realización, las fibras de material compuesto se enrollan en un ángulo (o ángulos) helicoidal muy pequeño con respecto al eje longitudinal. Sin embargo, las realizaciones del tubo de material compuesto 10 no se limitan a ellas. Es decir, el tubo de material compuesto 10 puede producirse enrollando filamentos y/o cintas de material compuesto preimpregnadas de cualquier manera conocida. El tubo de material compuesto puede incluir fibras orientadas en múltiples direcciones.

Para formar el conjunto de tubo, el tubo de material compuesto 10, si es más largo de lo deseado (por ejemplo, para una aplicación dada), se acorta en uno o ambos extremos. Para este fin puede utilizarse un cortador tal como un cortador abrasivo o cualquier otro instrumento adecuado.

Con referencia a la Figura 2, cada conector 12 tiene una primera porción de extremo 122, una segunda porción de extremo 124, y una brida (o tope) 126 ubicada entre la primera porción de extremo 122 y la segunda porción de extremo 124. El conector 12 tiene además una tercera porción 128 que incluye una sección de superficie exterior ahusada 1284 ubicada entre la brida 126 y la segunda porción de extremo 124. Se describen conectores de ejemplo en la Patente de Estados Unidos N.° 8.205.315. En los conectores de la realización de ejemplo mostrados en las Figuras 3 y 4, la sección de superficie exterior ahusada 1284 ocupa casi toda la tercera porción 128.

La primera porción de extremo 122 incluye una porción de entrada 1222, una porción cilindrica 1224 y una porción anular ahusada 1226. La porción de entrada 1222 en una realización ejemplar tiene un orificio 123 que tiene roscas internas 1228. Las roscas 1228 se extienden desde un extremo abierto de la porción de entrada 1222 a lo largo de la longitud de la porción de entrada 1222 hacia la porción cilindrica 1224. Como tal, la porción de entrada 1222 puede realizarse mediante una contratuerca que tiene una circunferencia exterior hexagonal y una circunferencia interior roscada internamente circular.

La porción cilindrica 1224 está ubicada entre la porción de entrada 1222 y la porción curvada anular 1226. La porción cilindrica 1224 tiene un diámetro interno 1225 sustancialmente igual a un diámetro interno 1227 de la porción de entrada 1222. En una realización, al menos una porción del orificio 123 de la porción cilindrica 1224 está roscada con roscas 1228. En una realización, el orificio 123 de la porción cilindrica 1224 sustancialmente no está roscado. La porción curvada anular 1226 está ubicada entre la porción cilindrica 1224 y la brida 126. Un primer extremo 1231 de la porción curvada anular 1226 se extiende a la porción cilindrica 1224. Un segundo extremo 1233 de la porción curvada anular 1226 está ensanchado y extiende la brida 126. El segundo extremo 1233 de la porción anular ahusada 1226 tiene un diámetro exterior 1235 mayor que el diámetro exterior 1237 de la porción cilindrica 1224.

La brida 126 tiene una forma sustancialmente anular. Un diámetro exterior 1240 de la brida 126 es mayor que el diámetro exterior 1235 de la porción curvada anular 1226 del segundo extremo. Con referencia a la Figura 2, el diámetro exterior de la brida 126 puede ser sustancialmente igual al diámetro exterior d del cuerpo 104 del tubo de material compuesto 10. En otra realización, el diámetro exterior de la brida 126 es mayor (o menor) que el diámetro exterior d del cuerpo 104 del tubo de material compuesto 10.

En una realización de ejemplo, la sección de superficie exterior ahusada 1284 se estrecha desde un diámetro mayor a un diámetro menor en una dirección axial hacia la brida. En una realización de ejemplo, el estrechamiento de la sección de superficie exterior ahusada es lineal. En una realización de ejemplo, una porción extrema 124 del conector que se extiende hasta el extremo libre 127 no es cónica y es plana (es decir, tiene un diámetro de superficie exterior constante) como se muestra, por ejemplo, en la Figura 3. En otra realización de ejemplo, la porción extrema 124 también tiene una superficie exterior ahusada. En una realización de ejemplo, la superficie exterior ahusada 1284 de la realización es lineal y la superficie exterior ahusada de la sección extrema es lineal y se estrecha en el mismo ángulo que la superficie exterior ahusada de la tercera porción para formar una superficie exterior ahusada continua. Esta porción de extremo sirve para guiar el conector dentro del tubo durante el montaje cuando el conector está siendo insertado en el tubo en un esfuerzo por evitar que el conector se incline en relación al tubo.

Puede aplicarse un adhesivo en el área ahusada del conector y/o a la superficie interior de la porción del extremo del tubo de material compuesto que interferirá con el conector. Después, el conector se conecta en un extremo 11 del tubo de material compuesto. En una realización de ejemplo, el conector se empuja hacia adentro hasta el extremo del material compuesto para hacer tope con la brida 126. El extremo del tubo se calienta después a una temperatura suficiente para volverse termoplástico o moldeable, es decir, una temperatura suficiente para ablandar la resina de modo que pueda moldearse hasta la superficie ahusada. Cuando la porción calentada del extremo se enfría, se comprime radialmente contra la superficie exterior ahusada del conector y se une a la superficie exterior. Con esta realización de ejemplo, los solicitantes descubrieron que debido al estrechamiento lineal de la superficie, el extremo del tubo no tiene que estar ranurado axialmente para permitir que el tubo se acople a la superficie ahusada. Además, los solicitantes han descubierto que el tubo se contrae bastante bien en la superficie ahusada sin doblarse sobre sí mismo durante el enfriamiento. En una realización de ejemplo, la superficie ahusada del conector puede estar ranurada con ranuras paralelas 131 o mediante una ranura helicoidal 131, como se muestra, por ejemplo en la Figura 4. Las ranuras acomodan la resina ablandada del tubo de material compuesto y/o un adhesivo, si se usa, permitiendo así una unión más fuerte entre el tubo de material compuesto y el conector. El espaciado y la profundidad de las ranuras se seleccionan para optimizar la unión entre el conector y el tubo acomodando una cantidad adecuada de resina y/o adhesivo.

Con referencia a la Figura 5, la segunda sección de extremo 124 y la tercera porción 128 del conector 12 se insertan en un extremo del tubo de material compuesto 10 hasta que la brida 126 del conector 12 sea un conector el extremo del tubo de material compuesto 10. En una realización de ejemplo, antes de la inserción de la tercera porción 128 y la segunda porción de extremo 124 en el tubo de material compuesto 10, el extremo correspondiente del tubo de material compuesto 10 tiene muescas axiales en una o más pociones del tubo para facilitar, como se describirá más adelante con mayor detalle, un acoplamiento del tubo de material compuesto 10 con la tercera porción 128 del conector 12. Para este propósito puede utilizarse un chorro de agua o cualquier instrumento adecuado.

En una realización de ejemplo adicional, la tercera porción 128 del conector 12 se recubre con un adhesivo antes de la inserción de la tercera porción 128 y la segunda porción de extremo 124 en el tubo de material compuesto 10. Como alternativa, la porción de la superficie interior de la porción extrema 150 del tubo de material compuesto que interactuará con la tercera porción del conector se recubre con el adhesivo. En otras realizaciones de ejemplo, tanto el conector como el tubo de material compuesto están recubiertos con el adhesivo.

Un collar 19 que está preformado a partir de un material compuesto como se muestra en la Figura 2 se utiliza como estructura de refuerzo. En una realización de ejemplo, una superficie interior 218 del collar puede estar ahusada en un ángulo 1500, con respecto a un eje longitudinal central 1502 del conector complementario a un ángulo ahusado 1504 definido por la superficie exterior de la porción extrema 150 del tubo con respecto a un eje longitudinal central 1506 del tubo, que se define cuando la porción extrema se reduce de tamaño para acoplarse a la sección de superficie exterior ahusada 1284 del conector. Aunque en la realización ejemplar mostrada en la Figura 2, el ángulo cónico de la superficie interior 1500 del collar es el mismo que el ángulo cónico 1504 de la parte de extremo del tubo 150 de la superficie exterior del tubo. En otras realizaciones de ejemplo, el ángulo cónico 1500 de la superficie interior del collar no es el mismo que el ángulo cónico 1504 de la superficie exterior de la porción 150 del tubo. En algunas realizaciones, la superficie interior 218 del collar puede tener una forma ahusada no lineal. En una realización de ejemplo, el collar está hecho de fibras de carbono y una matriz polimérica o epoxi.

En una realización de ejemplo, después de hacer coincidir el tubo con el conector, el collar se desliza axialmente sobre la primera porción de extremo 12 del conector y sobre la brida 128 para acoplarse y presionar sobre la superficie exterior 312 del tubo 10.

En una realización de ejemplo, después de sellar el tubo al conector, el collar se desliza axialmente sobre la primera porción de extremo 12 del conector y sobre la brida 128 para acoplarse y presionar sobre la superficie exterior 312 del tubo 10. La carga axial requerida para deslizar el collar sobre el conector y el tubo se denomina en el presente documento como la "carga de presión axial". A medida que el collar con la superficie interior ahusada 218 se desliza sobre el primer extremo del conector y la porción 12 y sobre la brida 126, se acopla con la superficie exterior de la porción de la porción de tubo 150 montada sobre la superficie ahusada del conector. A medida que el collar se desliza aún más, se acopla y proporciona una presión radial adicional contra la porción 150 del tubo montada sobre la superficie exterior ahusada del conector. En una realización de ejemplo, el collar se desliza lo suficiente para no cubrir la superficie del borde 127 de la brida 126. Sin embargo, en otra realización de ejemplo, como se muestra en la Figura 2, el collar se desliza lo suficiente para que rodee al menos una porción de cada una de la superficie de borde de brida 127 y al menos una porción de la porción extrema 150 de la superficie exterior 312 del tubo. En una realización de ejemplo, el collar rodea axialmente y circunferencialmente toda la superficie del borde de la brida 127. El collar mejora la integridad y/o resistencia de la conexión entre el conector y el extremo del tubo. Además, se espera que esta configuración sea lo suficientemente fuerte como para que otra parte del tubo pueda fallar durante la carga axial antes de la conexión entre el tubo y el conector.

Como se muestra en las realizaciones de ejemplo mostradas en las Figuras 6A y 6B, el collar incluye una sección de relleno 300 que llena el volumen creado por la reducción de tamaño del extremo de la porción de tubo 150. En la realización de ejemplo mostrada, la sección de relleno tiene una sección transversal triangular. Sobre la sección de relleno hay una sección de aro 302, que en la realización de ejemplo mostrada, tiene una sección transversal rectangular. En la realización de ejemplo mostrada, la sección de aro 302 tiene una primera porción 303 que se extiende sobre la sección de relleno y una segunda porción 304 que se extiende axialmente más allá de la sección de relleno y directamente sobre el tubo. En una realización de ejemplo, la sección de relleno está formada a partir de fibras sustancialmente todas o todas las cuales son fibras de 0°, es decir, fibras que se extienden en la dirección longitudinal (es decir, paralela al eje longitudinal central de 1506 del conector). En la sección de aro, todas o sustancialmente todas las fibras están orientadas principalmente en una dirección de 90° para la resistencia circunferencial (es decir, perpendicular a la dirección longitudinal). En una realización de ejemplo, más del 50 % de las fibras están orientadas en una dirección de 90°. En otra realización de ejemplo, más del 80 % de las fibras están orientadas en una dirección de 90°. En una realización de ejemplo adicional, más del 90 % de las fibras están orientadas en una dirección de 90°.

En algunas realizaciones, la sección de aro tiene múltiples capas de fibras de 90°, así como capas formadas a partir de diferentes ángulos de las fibras. Además, en la interfaz entre la sección de relleno y la sección de aro, las fibras en las secciones de aro pueden pasar gradualmente a cero grados, a medida que se acercan a la sección de relleno para aliviar tensiones entre láminas. Cuando el collar se aplica sobre el tubo, la sección de aro está bajo una tensión circular y produce una fuerza de compresión uniforme dentro de la sección de relleno, lo que resulta beneficioso para reducir la carga de deslizamiento. En la realización de ejemplo en la que la porción 304 de la sección de aro se extiende axialmente más allá de la sección de relleno, dicha porción 304 no está sujeta a ninguna tensión significativa. Puede utilizarse principalmente para un sellado cosmético o ambiental. En una realización de ejemplo, la segunda porción 304 de la sección de aro está formada para tener un ajuste con holgura sobre el diámetro exterior del cuerpo del tubo. A este respecto, la segunda porción 304 de la sección de aro no está sometida a tensión.

Debido a que todas o sustancialmente todas las fibras están orientadas a 0°, el sistema de resina proporciona una resistencia circular en la sección de relleno 300. Esto es mínimo en comparación con la resistencia circunferencial de la sección de aro, que incluye las fibras de 90°. Como resultado, manteniendo relativamente constante la interferencia entre la superficie ahusada 218 de la sección de relleno 300 (por ejemplo, la superficie interior ahusada del collar) y la superficie exterior ahusada 312 del tubo, entonces la carga de compresión, a lo largo de ambos ahusamientos es relativamente constante. Si la sección de relleno, como por ejemplo, tuviera direcciones de fibra con una resistencia circunferencial más significativa, como por ejemplo fibra orientadas en la dirección de 90°, la tensión sería mayor en la dirección de una mayor reducción del diámetro o habría presente una mayor resistencia circunferencial. Además, las fibras de 0° en la sección de relleno son más flexibles durante la aplicación del collar, reduciendo así la concentración de tensión local que puede resultar de pequeñas variaciones locales en la superficie del tubo de forma. Esto tiene el efecto de proteger la sección de aro donde las concentraciones de tensión pueden conducir a un fallo prematuro.

Un punto 308 donde se juntan la sección de relleno, el aro y la primera y segunda porciones de sección es el punto de inflexión donde comienza el estrechamiento de la sección de relleno o donde empieza a reducirse el diámetro de la superficie de diámetro constante del inserto. Si para fines de diseño se requiere una tensión variable por toda la sección de relleno, la interferencia puede ajustarse variando el diámetro interno (DI) de la superficie ahusada interior 218 del collar para conseguir la tensión local deseada. Por ejemplo, si se requiere una mayor tensión, el DI del cono del collar puede reducirse aún más para proporcionar una tensión mayor. Manteniendo una interferencia consistente y/o predecible entre el collar y el tubo, el nivel de tensión de la sección de aro y, por lo tanto, la sección de relleno puede ajustarse hasta un nivel óptimo deseado. Esto puede confirmarse con galgas extensiométricas colocadas sobre o dentro de la sección de aro. Una vez se determina la correlación entre la carga de presión axial sobre del collar y se determina la tensión alcanzada para una interfaz particular collar/tubo, entonces pueden omitirse las galgas extensiométricas.

En otras realizaciones de ejemplo, se reduce el grosor de la superficie exterior 312 del tubo 10 que interactúa con el collar, formando una sección de grosor reducido 400. La sección de grosor reducido puede estar ahusada linealmente o no linealmente, puede incluir múltiples secciones, algunas de las cuales pueden estar ahusadas y otras son secciones de grosor constante. En las realizaciones de ejemplo mostradas en las Figuras 7A y 7B, la sección 400 de grosor reducido del tubo tiene dos porciones axiales: una primera porción 402 de grosor decreciente; y una segunda porción 404 de grosor constante que se extiende desde la primera porción. Ambas porciones tienen superficies exteriores ahusadas 406, y 408, respectivamente. Con estas realizaciones de ejemplo, el collar puede estar provisto de una tercera sección 330 radialmente entre la sección de relleno 300 y la sección de aro. 302. En las realizaciones de ejemplo mostradas en las Figuras 7A y 7B, la tercera sección del collar es una segunda sección de relleno 332 puesto que también contiene fibras y todas o sustancialmente todas las fibras son fibras que son longitudinales porque están orientadas a 0°. En otras realizaciones de ejemplo, la segunda sección puede tener otras orientaciones de fibra, como por ejemplo, una mezcla de fibras a 0° y fibras a 90°. En una realización ejemplar, las fibras de la tercera sección más cercana a la sección de aro son fibras a 90° y las fibras en la tercera sección más próximas a la sección de relleno son fibras a 0°.

En las realizaciones de ejemplo que se muestran en las Figuras 7A y 7B, la tercera sección del collar incluye una superficie ahusada 334. En las realizaciones ejemplares mostradas, la superficie ahusada 334 se extiende axialmente más allá de la superficie ahusada 218 de la sección de relleno. La superficie ahusada 334 de la tercera sección del collar puede ser lineal. Por ejemplo, la superficie ahusada 334 puede tener una curvatura. En una realización ejemplar, la superficie ahusada 334 de la tercera sección del collar es complementaria a la superficie exterior ahusada 406 del tubo.

En la realización de ejemplo mostrada en la Figura 7A, el collar se desliza sobre la porción de tubo 150 hasta que la superficie ahusada 334 de la tercera sección del collar coincide con la superficie exterior ahusada 406 del tubo y la superficie ahusada 218 de la sección de relleno coincide con la superficie ahusada 408 del tubo. La segunda porción 304 de la sección de aro 302 se extiende directamente sobre el tubo. En otra realización de ejemplo, el collar se desliza lo suficientemente lejos sobre el tubo de modo que exista un hueco 338 entre la superficie ahusada 334 de la tercera sección del collar y la superficie exterior ahusada 406 del tubo, como se muestra, por ejemplo, en la Figura 7B. Con esta realización, la superficie ahusada 218 de la sección de relleno coincide con la superficie ahusada 408 del tubo y la segunda porción 304 de la sección de aro 302 se extiende directamente sobre el hueco y el tubo.

En otra realización de ejemplo, como se muestra en la Figura 8, la superficie interior del collar ahusada 218 tiene una conicidad variable donde la conicidad pasa suavemente desde una primera conicidad 350 a una segunda conicidad 352 en una dirección axial hacia el extremo 11 del tubo que recibe el conector. Con esta realización, la sección de diámetro reducido 150 del tubo puede tener superficies complementarias 412, 414, que interactúa respectivamente con el primer y el segundo conos 350, 352 del collar, respectivamente. Como puede verse en la realización mostrada en la Figura 8, la sección de collar 302 no tiene una segunda porción 304 que se extiende sobre una porción del tubo que no tiene un diámetro reducido.

En una realización de ejemplo, el adhesivo estructural entre el tubo formado y el inserto tiene propiedades de alta compresión. En una realización de ejemplo, el adhesivo utilizado tiene una resistencia a la compresión de 7.700 psi con un curado a temperatura ambiente y 21.000 psi con un curado acelerado. Esto se compara con una resistencia al esfuerzo tensil de cizalladura de 4.500 psi. Los solicitantes han descubierto que es beneficioso precargar agresivamente esta interfaz en compresión. Esto puede realizarse aumentando la tensión circular de tracción en el collar. Al precargar la interfaz, el adhesivo estructural se tensa en compresión a lo largo del cono formado, lo que lo hace menos dependiente de la resistencia al corte del solape relativamente baja. Con precargas más bajas, los solicitantes descubrieron reducciones espectaculares en la resistencia de la línea de unión, particularmente en la carga de tracción, debido a la mayor dependencia de los adhesivos con una resistencia al cizallamiento relativamente menor.

La precarga de la interfaz comprimida puede realizarse utilizando varios métodos. En una primera realización de ejemplo, esto se consigue controlando únicamente la ubicación desplazada axialmente del collar. Con este enfoque, el objetivo es localizar el collar y dejar la tensión circunferencial como una variable indefinida. Esta práctica da como resultado un límite variable y una carga de falla máxima. Las variaciones en las dimensiones del cono hacen que este método sea menos preciso que los dos siguientes. En una segunda realización ejemplar, la precarga se logra mediante una fuerza axial establecida. Esta es una buena mejora con respecto al método de desplazamiento axial. Al garantizar que la fuerza de presión sea la misma para cada aplicación del collar, la tensión circular resultante se puede controlar con mayor precisión. Otros factores como la fricción cónica variable, la tasa de aplicación del collar y la variación entre los coeficientes de fricción estáticos y dinámicos introducen todavía más variables significativas en este método. En una tercera realización ejemplar, la precarga se controla mediante una tensión circunferencial establecida. Al colocar galgas extensiométricas en el collar, puede determinarse la precarga precisa del collar.

En el pasado, el collar se empujaba sólo hasta un desplazamiento/ubicación específico con respecto al accesorio sin tener en cuenta la tensión circular de tracción o la precarga de compresión resultante debajo del collar. En una realización de ejemplo, se utiliza una carga de prensa axial que puede usarse junto con una galga extensiométrica para determinar si se ha logrado el nivel de tensión deseado. En una realización ejemplar, el desplazamiento/ubicación exacto del collar es secundario a la tensión circular final del collar colocado. Durante la carga del conjunto, mientras está en uso, el collar estará sujeto a esfuerzos adicionales que deben considerarse en el diseño.

Con este collar de realización de ejemplo, los solicitantes han descubierto que controlan consistentemente el modo de fallo por tracción de la interfaz entre el tubo y el collar de conexión. Los collares pueden diseñarse para que proporcionen una carga circular suficiente sobre el tubo y el conector cuando se insertan una cantidad específica sobre el tubo y el conector correspondiente para proporcionar una fuerza de sujeción suficiente al tubo y al conector, como por ejemplo cuando un extremo del collar 320 está a ras con un extremo libre 11 del tubo. Los solicitantes han descubierto que los collares de la realización de ejemplo pueden presionarse con una carga de presión axial predeterminada que los deslice lo suficiente sobre el tubo y el conector correspondiente para proporcionar de un modo consistente la fuerza de sujeción deseada al tubo y contra el conector. Como se ha analizado anteriormente, en una realización de ejemplo, la carga de presión axial se determina correlacionando el nivel de tensión deseado de la sección del aro del collar, que puede determinarse midiendo la deformación utilizando galgas extensiométricas, con la carga de presión axial requerida para conseguir dicha carga de tensión deseada en la sección de aro.

Las galgas extensiométricas pueden aplicarse externamente al exterior del collar y pueden retirarse después de la aplicación del collar. También pueden incrustarse en la estructura del collar, donde se convierten en una parte permanente de la estructura. La deformación en la dirección de 90° es la más crítica, por lo que al menos una galga extensiométrica siempre estará orientada en esa dirección. Si se intenta confirmar o cuantificar una tensión constante (o una tensión intencionalmente variable) a lo largo del collar, se colocan múltiples galgas extensiométricas a lo largo de un lado (misma ubicación angular) del collar, todas orientadas en la dirección de 90°. Pueden colocarse galgas extensiométricas adicionales en una orientación de 0° y/o en cualquier ángulo entre 0° y 90° para una mayor claridad del estado de tensión del collar.

En una realización ejemplar, se montan galgas extensiométricas en el collar para medir la deformación en la dirección del aro. Se aplica una carga de presión axial para deslizar la superficie interior ahusada del collar sobre la superficie exterior ahusada del tubo. La carga de la prensa axial se aplica hasta un nivel en el que la deformación en la dirección del aro, medida por el medidor de tensión, se encuentra en un nivel óptimo. En una realización de ejemplo, la tensión circunferencial está en un nivel óptimo cuando la tensión circular en el collar es aproximadamente el 50 % de la tensión circunferencial última del collar. En otra realización, el nivel de deformación última se produce cuando, a una mayor intensidad, la tensión circunferencial sobre el collar es mayor que el 50 % de la tensión circunferencial última.

Una vez que se alcanza la deformación circunferencial óptima, se elimina la carga de la prensa axial y el collar se adhiere o se fija de otro modo al tubo y al conector.

Los extensiómetros también pueden utilizarse junto con el método de aplicación del collar de fuerza axial establecido. A través de las pruebas de desarrollo, puede utilizarse el método de aplicación del collar de tensión circular establecida mientras se observa la fuerza axial y la tasa de desplazamiento utilizadas para aplicar el collar. Si puede establecerse una correlación entre la fuerza de presión del collar y la tensión circular resultante, el collar puede aplicarse en el futuro con la fuerza axial establecida que se sabe que proporciona la tensión circular ideal. El término "generalmente triangular", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a una forma triangular y a una forma triangular que puede tener pequeñas variaciones, como por ejemplo uno o más lados del triángulo pueden ser no lineales, por ejemplo curvos. De un modo similar, la expresión "generalmente rectangular" como se usa en el presente documento se refiere a una forma rectangular o cuadrada y a una forma rectangular o cuadrada que puede tener pequeñas variaciones, como por ejemplo uno o más lados del rectángulo o cuadrado pueden ser no lineales, por ejemplo, curvos.

Aunque la presente invención se ha descrito en ciertas realizaciones específicas, muchas modificaciones y variaciones adicionales resultarán evidentes para los expertos en la técnica. Por lo tanto, debe entenderse que esta invención puede ponerse en práctica de forma diferente a la descrita específicamente. Por lo tanto, las presentes realizaciones de la invención deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, debiendo determinarse el alcance de la invención por las reivindicaciones respaldadas por esta solicitud y sus equivalentes en lugar de la descripción anterior. Por ejemplo, en otras realizaciones ejemplares, como se muestra por ejemplo en la Figura 9, la sección de relleno 300 se forma por separado de la sección de aro 302 y la sección de aro está unida sobre la sección de relleno. En otras realizaciones de ejemplo también como se muestra en la Figura 9, la sección de aro puede formarse a partir de subsecciones tubulares separadas 1302, una sobre la otra, y la sección de relleno puede formarse a partir de subsecciones tubulares separadas 1300, una sobre la otra. Cada subsección tubular de la sección de aro y la sección de relleno y la sección de aro y sección de relleno pueden unirse entre sí utilizando un adhesivo. En una realización ejemplar, se usan adhesivos que tienen cualidades lubricantes antes del curado que permitirían que una subsección (y/o sección) se deslizara una sobre otra. Un ejemplo de adhesivo es el adhesivo Hysol X. Además, las secciones y subsecciones pueden ser compuestos reforzados con fibra que incluyen una resina termoestable o termoplástica o pueden estar moldeados con líquido y reforzados con fibra. Los solicitantes han descubierto que al formar las secciones de relleno y de aro por separado y después unir la sección de aro sobre la sección de relleno, las grietas que pueden iniciarse en la sección de relleno no se propagan dentro de la sección de aro. De manera similar, las grietas que pueden iniciarse en la sección del aro no se propagan a la sección de relleno. La interfaz entre el relleno y la sección del aro actúa como un protector de grietas. Es más probable que se inicien grietas en la sección de relleno, especialmente a medida que aumenta el espesor de la sección de relleno.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un collar anular (19) para aplicar una fuerza de compresión radial a una superficie exterior de un tubo (10), que comprende:

un primer extremo axialmente a lo largo de una dirección axial de dicho collar anular (19) opuesto a un segundo extremo; y

una superficie interior (218), en donde el collar (19) en sección transversal visto a lo largo un plano que se extiende axialmente a lo largo de dicha dirección axial y a lo largo de un diámetro del collar comprende una sección generalmente triangular (300) y una sección de aro (302) sobre la sección generalmente triangular (300), en donde la sección generalmente triangular define una superficie interior ahusada (218) del collar que reduce su diámetro axialmente a lo largo de dicha dirección axial en una dirección hacia el primer extremo, en donde el collar (19) comprende un material compuesto reforzado con fibras que comprende fibras y resina, en donde sustancialmente todas las fibras que forman la sección triangular (300) están orientadas axialmente a lo largo de dicha dirección, en donde la superficie interior ahusada (218) del collar es lineal o no lineal, caracterizado por que la sección de aro comprende fibras transversales a dicha dirección axial.

2. El collar (19), según la reivindicación 1, en donde la sección de aro (302) comprende fibras generalmente orientadas en perpendicular a la dirección axial.

3. El collar (19), según la reivindicación 1 o 2, en donde la sección de aro (302) es una sección generalmente rectangular cuando se ve a lo largo del plano.

4. El collar, según la reivindicación 1, 2 o 3, en donde las secciones generalmente triangulares (300) y de aro (302) se extiende hasta el primer extremo y en donde solo la sección de aro (302) se extiende hasta el segundo extremo, en donde la sección de aro (302) define una porción de dicha superficie interior del collar.

5. El collar, según la reivindicación 1, 2, 3 o 4, en donde la sección generalmente triangular (300) se forma por separado a partir de la sección de aro (302) y en donde las dos secciones (300, 302) se adhieren entre sí después de formarse para formar el collar.

6. El collar, según la reivindicación 1, 2, 3, 4 o 5, que comprende además una sección intermedia (330) entre la sección de aro (302) y la sección generalmente triangular (300) que comprende fibras transversales a dicha dirección axial, teniendo dicha sección intermedia (330) una longitud a lo largo de la dirección axial que es más corta que una longitud de la sección de aro (302) a lo largo de la dirección axial.

7. Un conjunto de tubo que comprende:

un conector (12) que tiene un primer extremo (122) opuesto a un segundo extremo (124);

teniendo al menos una sección del conector una superficie cónica anular que se reduce en tamaño en una dirección axial hacia el primer extremo;

un tubo (10) que tiene una porción sobre la superficie cónica anular, teniendo dicha porción del tubo una superficie exterior que reduce su diámetro en una dirección axialmente hacia el primer extremo (122); y el collar anular (19), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. El conjunto de tubo, según la reivindicación 7, en donde la superficie ahusada interior del collar anular (19) está sobre la superficie exterior (312) de la porción de tubo reduciendo su diámetro.

9. El conjunto de tubo, según la reivindicación 7 u 8, en donde la superficie ahusada interior del collar anular (19) coincide con la superficie exterior (312) de la porción de tubo reduciendo su diámetro.