专利名称：玻璃纤维增强塑料管垂直接头组件的制作方法
玻璃纤维增强塑料管(俗称F.R.P管或简称玻璃纤维管，即玻璃钢管)因材质轻，高强度及良好耐化学性，埋设前后无需维护，为取代一般传统管材最理想的产品。该管是由基本原料包括树脂、玻璃组维及填充料等不同的组合所形成的管壁结构，可以制取具有不同物理性能和化学性能的管材。例如高压管的玻璃纤维含量高，并采用耐化学性树脂以达到高机械强度和极佳化学抵抗力。F.R.P管具有与一般塑胶管及钢管等极不相同的性质，其热传导效应低，约为钢管的二分之一，此外F.R.P管不象一般塑胶管那样遇冷变脆而遇热则易软化，其耐温范围在-40℃至120℃之间。
由于一般用于深水井等垂直安置的管子，其管材多为钢制，不但笨重且搬运不便，且各段管子都在运至工地时在现场进行电焊连接，不但费时，且需具备电力、电焊机及电焊技工，非常不便;且有时深水井钻孔完毕后，因电焊时间过长，而无法及时将钢管降入井孔内，会导致井孔崩塌和凿井失败的现象。故如何改进以争取及时将管子降入井孔内实为迫不及待。此外，又因由钢铁等材料制成的管子，使用中易生锈或被井中化学物质腐蚀，影响其寿命及出水水质。然而，一般塑胶管则因材质轻，且连接及安装均方便，但其耐热、耐压性则太差，且易老化，因而亦不适用于深水井管的使用。
总之，钢管的优点是强度高，耐热和耐压，缺点则是焊接费时，易生锈、腐蚀、寿命短。一般塑胶管的优点是不会锈蚀，质轻且连接及安装都容易，但耐热、耐压性等强度较差，且易老化，寿命亦短。为此，若使用玻璃纤维管则能兼备上术钢管与塑胶管的优点，而能避免上述缺点，是一种极好的管材。但是，由于玻璃纤维管无法象钢管那样进行焊接或象塑胶管那样进行加热承插或使用粘接剂等方式进行结合，故本发明的重点在于其接合处的设计。
一般说，玻璃纤维管的水平方向连接因无轴向拉力，故其连接方式较易，如输缘式(Flange)对接式(Bitt)、伸缩式接头(Flex)、承插式接头(Bell and Spigot)等。但此数种方式均不适用于垂直井管，如输缘式的周缘恰好阻塞住井管与井孔的空隙层，因而使堵塞用的砾石无法继续落下;而平口对接式则需在两管接头处敷设一层玻璃纤维，使其连接坚固，但因此系现场加工，其所需时间较钢管的焊接时间更长，故不适用;此外，伸缩式接头及承插式接头则易被轴向拉力拉脱，亦不适用。而螺纹结合式则需承受太贵的加工费，且管子太长亦难以加工，故亦不考虑。
此外，在砂土层区域，其井管与井孔的间隙需加大，供充填的砾石，故需使用定位环，以免因地层下陷而影响水井的寿命。但在石层区域凿井时，加大井孔势必产生作业上的困难，且浪费大量人力与工时，因此只要凿出比管材口径稍大的井孔即可，而不必增加定位环所占面积及空间，在接头的设计上，尤其在石层深井作业上，亦需考虑可承受大的吊装力，确保接头在深井作业中不会脱臼、断落。
本发明就是针对上述玻璃纤维管连接方式的种种困难而设计的一种适用于垂直管用的上下接头及F.R.P管的组件;其主要系将F.R.P管的欲互相接合的一端分别套入二只形状相对称之附有锁耳之钢圈接头中，使一管管端稍凸出于钢圈接头外，而另一管管端则藏于钢圈接头中，再分别经F.R.P与不饱和聚脂树脂加工，使钢圈接头得与原F.R.P管身形成一体;施工时，只须将两F.R.P管对准，管端间垫入橡皮垫圈后，将螺丝分别锁进钢圈接头之锁耳孔中绞紧，仅需数分钟，即可将二截玻璃纤维管紧密坚固结合。
本发明结构可于工厂内一体成型，运抵工地时，避免使用电、电焊机及电焊技工，只须一般操作员使用螺丝扳手锁紧二管，数分钟内即可完成，省时省工，缩短降管时间，此其特色一。
又本发明钢圈接头(即垂直上下接头)的锁耳，于降管于井孔中时，亦可做为井孔与管身的定位环，而不必如传统钢管须于管身另焊接定位环，一举两用，此为其第二个特色。
而为配合使用于石层深井作业，上下钢圈接头的固定环间并可加上FRP填块，使上下钢圈经由插套接合，以缩小接头面积，承受较大的吊装力，确保接头在石层深井作业中不脱落，且不需凿大口径井孔，此为本发明另一特色。
现参照附图及实施例来详细说明本发明结构
图1 为本发明用于砂土层井管接头实施例的分解轴侧图，图2 为图1组装轴侧图，图3 为示意表示传统钢管下降至井孔中的图，图4 为示意表示本发明的图1实施例构件下降至井孔中的图，图5 为本发明另一实施例结构的外观图，图6 为图5实施例的分解轴侧图，图7 为图5所示实施例部件的各视图，其中图7a为俯视图，图7b为主视图，图7c为仰视图，图8 为示意表示进行图5所示实施例上下钢圈组合动作的图，图9 为本发明用于石层井管接头的实施例外观图，图10为图9所示结构的分解轴侧图，图11为图9所示结构的上下接头各侧视图，其中图11a为将其拆开后的上面部分的主视图，图11b为该部分的俯视图，图11c为将其拆开后的下面部分的主视图，图11d为该部分的仰视图，图12为图9所示结构的组合剖视图。
如图1所示，钢圈接头11由上下两钢圈及若干三角形锁耳111焊接而成，其中111系由两侧板及一底板共同形成，底板中具有一孔112。钢圈接头12与钢圈接头11的形状完全相同。(亦可加装若干定位环123，以后详述)，但使用时，则须颠倒方位，以便与钢圈接头11互相配合而组成一对垂直上下接头。钢圈接头12亦具有若干三角形锁耳121及其顶板中的孔122。
于工厂中，可先将二段F.R.P管10对相应的一端(或使一段F.R.P管10的二端)分别套入前述上下接头中，并使得任一段F.R.P管10的一端稍凸出于钢圈接头11(或12)，而另一段F.R.P管10的管端则藏于另一钢圈接头12(或11)内，然后经F.R.P及不饱和聚脂树脂的加工，使二段F.R.P管10(或一段F.R.P管10的两端)分别与钢圈接头11及钢圈接头12结合成一体而称其为F.R.P管与垂直上下接头组件。
如图2所示，当前述垂直上下接头组件运至工地时，可先在组件接头端间置入一橡皮垫圈15，然后用扳手把螺丝13配合螺母14使其被锁紧于二接头锁耳的孔112及孔122中，因而只需数分钟时间，即可将二垂直上下接头组件紧密坚固连接在一起。由于使F.R.P管10分别凸出于钢圈接头11(或12)或藏于钢圈接头12(或11)中，故当前述上下接头组件以螺丝锁紧时，二F.R.P管10的接触处并非位于钢圈接头11及钢圈接头12的接触面上，而是位于钢圈接头11的较宽大的下圈(或钢圈接头12较宽大的上圈)中，因而使F.R.P管的接合有较大坚固性，不易从接合处折断。
如图3所示，一般传统钢管于下降井中时，需先将各段管子焊接，图中17即为焊接处，同时再在管身焊接若干定位环18，以便在井孔19中作为支持管身稳定之用，而井孔与钢管的空隙中则需填入砾石，以作为滤水及防止井孔崩塌之用。
如图4所示;由于本发明因使用F.R.P管10与垂直上下接头组件互相以螺丝连接，故不须焊接，且锁耳本身即可当作定位环使用。当然，为增强管身的稳定性，可在垂直上下接头的任一只上加装若干定位环(如图所示即在钢圈接头12上加装定位环123)。举例来说，如一般钢管须于某一支撑处焊接六只定位环，则本发明只须于相邻各锁耳之中间位置焊接三只定位环，且锁耳敷愈多，则定位环数可愈少，恰好成反比。
又本发明经实验确定，一般说口径400mm以上，井深200公尺以上时，每支接头须附设4个锁耳，而其余情况则可为三个锁耳。而井管接头强度按如下考虑以300mm口径，长300公尺的管子为例，全重量设为5082Kg，分别由三支直径1英寸螺丝来承受，每支螺丝的极限抗张强度为4，710kg，则4710kg×3＝14130，安全系数为14130/5082＝2.78。
此外，关于管端与钢圈接头表面经玻璃纤维及不饱和聚脂树脂加工所形成的粘合层的强度按如下考虑(一)设使用包覆的F.R.P层的宽度为20-5＝15公分即总宽20公分，钢圈占有5公分，实际粘合部分为15公分。
(二)使用方程式为Wmin＝S.F× (4.δt)/(τ) ×t其中 S.F为安全系数δt为管所受轴向拉力强度τ为树脂的剪力强度t为管壁厚度W为包覆玻璃组维层宽度
(三)埋设在300公尺深的井中情况15=S.F×4×300×100cm/m×A×1.7×1kg1000g×1A100×0.9]]>即S.F＝15/1.836＝8.17(四)埋设在200公尺深的井中情况15=S.F×4×200×100cm/m×A×1.7×11000×1A100×0.9]]>即S.F＝15/1.224＝12.25(五)埋设在100公尺深的情况15=S.F×4×100×100cm/m×A×1.7×11000×1A100×0.9]]>即S.F＝15/0.612＝24.5由上可知本发明具有极高的安全系数，因而坚固耐用、并具有安装迅速、搬运方便，且无需使用熟练电焊工人及耗费工时的优点。
为省略结合时对孔锁接的工时，并缩小锁耳部分以增加砾石下降面积，避除砾石所构成的架空现象，本发明还可以另一实施例完成。
请参看图5-8，上钢圈接头11的锁耳可由两不同长度之钢板101、102构成，并于长短钢板101、102的同一高度位置设一配合孔103、104。两钢板101、102间的距离空间，以成为恰可容置下钢圈接头12的锁耳201厚度为宜。
沿下钢圈接头12的圆周设置与上钢圈接头11相对数量的单片钢板锁耳201，并在锁耳201上设配合孔202。
可使上述下钢圈接头12的锁耳201嵌入上钢圈接头11之两锁耳组成片101、102间，于上下钢圈接头11、12互相靠置(即上钢圈接头11下端面与下钢圈接头12上端面相靠)时，两者之配合孔101、102、202恰位于同一轴心线上，可用一螺栓S配合螺帽S1予以结合。
参看图6、8，当欲使上下钢圈接头11、12结合时，使下钢圈接头12及下结合管P2往上钢圈接头11部分移靠(或反之，使上钢圈接头11与上结合管P1往下移靠)，待下钢圈接头12的锁耳201突出于钢圈部分且伸至适当位置，即可将下钢圈接头12转动，使下钢圈接头12的锁耳201抵靠上钢圈接头11的长钢片102，即可将下钢圈接头12向前推(或使上钢圈接头11下压)，使下钢圈接头12的锁耳201嵌入上钢圈接头11的两长短钢片101、102所形成的锁耳间，待上钢圈接头11的下端面与下钢圈接头12的上端面相靠置时，上下钢圈接头11、12的锁耳配合孔101、102、202即位于同一轴心线上，可用螺栓S配合螺帽S1予以结合。
本发明实施例的此种上下钢圈接头11、12锁耳，可减少锁耳所占空间，使井管外周的砾石、滤砂较易下降，而无架空现象，更得以增强井管的强度，保持出水量及井管寿命。在上下钢圈11、12结合时锁耳的形状及构造，可作为定位环，除可增强管身稳定性，且无需另设定位环。并通过螺丝结合方式的改变，适于选用较佳螺丝尺寸，支撑更大吊装力。而上下钢圈接头11、12的移靠、转动、推进嵌入的结合设计，可省略井管结合时的对孔锁接的时间，更可迅速结合。
参看图9-12，本发明另一用于石层井管的上钢圈接头的实施例(即图中位于管材70的下端，)由固定环31、32、铁条33等主要部分组成。固定环31、32均为圆形铁环，但在固定环32表面有数个倒U形凸块321，在其中央钻有螺孔322，于螺孔正下方的固定环32上亦有一未穿透的螺孔72。铁条33为一长方形薄板，当在管材70上按装上接头时，先将固定环31套入，再套入固定环32，然后对称地将铁条33焊接于固定环31、32之中，最后将FRP充填注入固定环31、32与铁条33之间，待凝结后即成为图中的充填块71，该充填块71可把固定环31、32与铁条33卡在管材70上而不会滑动。
下钢圈接头(即图中位于管材80的上端)由固定环41、51、铁块60等主要部分所组成。其中固定环41、51亦均为圆形铁环，而铁块60系经锻压成型后焊接于两定环41、51上面，此时铁块60的前端部分62延伸至固定环41外侧，并设有螺孔61。当FRP注入固定环41、51与铁块60之中俟其凝固即成为图中的充填块81，可使卡住固定环41、51、铁块60与管材80牢固结合一起。
如图9、12所示，本发明在作业时将管材70与管材80的不同两端相对，使下接头的铁块60延伸部分62插入上接头的固定环32倒U形凸块321中，再用螺丝90穿过螺孔322、61、72，使管材70、80完成连接。
由于螺丝垂直于管材的表面，使石层深井的施工方便和快速，而其所占面积缩小，因使凿井的孔径亦可缩小，更能减少石层之深井作业中砾砂、砾石的架空现象。再者由于FRP充填块填充于固定环与铁条或铁块之中，使得固定环与铁条与固定环与铁块皆能坚固地与管材结合成一体，足以承受巨大之吊装力及外压力而避免滑动、脱臼甚至断落现象。
权利要求
1.一种玻璃纤维增强塑料管(玻璃钢管)的垂直接头组件，由上下接头组成，其特征在于包括一组形状相同的钢圈接头，这些钢圈接头中的每一只均由上下单独的钢圈与若干相对称的锁耳焊接而成，且位于锁耳底座一侧的钢圈较宽；使玻璃纤维管一端套入且稍凸出于前述一个钢圈接头上，使其另一端套入且藏于前述另一个钢圈接头内，于前述玻璃纤维管及钢圈接头处，用树脂加工成玻璃纤维层，并使其二者结合成一体；施工时在组件间放入垫片，并用螺丝自锁耳部分锁紧使管子下降于井中。
2.如权利要求1所述的接头组件，其特征在于所述锁耳由二只侧板，一只附有孔的底座板形成，且呈三角形，使其直角位于上述较宽的钢圈处。
3.如权利要求1所述的接头组件，其特征在于所述相邻二锁耳间焊接有定位环。
4.如权利要求1所述的接头组件，其特征在于上述一钢圈接头设有由两分开的不同长度钢板构成之锁耳，在这些长短钢板的同等高度位置设配合孔，另一钢圈接头则具有相对应数量的单片钢片锁耳，于锁耳上设配合孔，使上述单片锁耳在上下钢圈靠置组合时嵌入两长短钢板间予以结合。
5.一种玻璃纤维增强塑料管(玻璃钢管)的垂直接头组件，由上下接头所构成，其特征在于在这些上下接头上均分别设有上下固定环及焊接于固定环间的铁条或铁块，使这些接头固定在管材上下端后，以FRP块充填于其间;上述上接头则设有倒U形凸块，下接头的铁块具有供插套组合于其中的延伸部分，通过从管材表面的垂直方向配合预设螺孔将两者组合。
全文摘要
本发明涉及一种玻璃纤维增强塑料管(即玻璃钢管或称FRP管)接头组件，将二支FRP管端分别套入两只形状相对称且具有若干锁耳的钢圈接头，再经玻璃纤维与不饱和聚酯树脂加工，使接头部分得以与管身结合形成一体。施工时，只需将两支前述已结合有钢圈接头的FRP管管端相对准，经垫入一橡皮垫圈后，再用数只螺丝分别锁进锁耳孔中绞紧，即可完成FRP管的接合工作。
文档编号F16L21/00GK1058261SQ9010480
公开日1992年1月29日 申请日期1990年7月19日 优先权日1990年7月19日
发明者朱云乾 申请人:美明玻璃纤维股份有限公司