軟管端部配件的改進的製作方法

2023-05-14 10:56:16 2

專利名稱：軟管端部配件的改進的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟管，特別是能夠在低溫條件下使用的軟管的端部配件(end fitting)。本發明還涉及一種結合了端部配件的軟管。
背景技術：
軟管的典型應用包括在壓力下從流體儲存器中抽運流體。例如包括供給民用取暖 油或者液化石油氣(LPG)到鍋爐中；從固定或浮式生產平臺運送油田生產的液體和/或氣 體到船舶貨艙，或者從船舶貨艙到岸基存儲單元；尤其是在一級方程式比賽的加油期間，傳 送燃料到跑車上；和運送腐蝕性流體，如硫酸。使用軟管在低溫下運輸流體，如液化氣體是眾所周知的。這樣的軟管通常用於運 輸液化氣體如液化天然氣(LNG)和液化丙烷氣(LPG)。為了使軟管具有足夠的柔性，在任何特定長度上必須至少部分地由柔性材料，即 非剛性材料構造。本發明針對的是複合軟管。傳統的複合軟管是由夾在內部和外部螺旋金屬線之間 的聚合薄膜和織物層構成。軟管通過環繞芯軸順次地包纏內部線、薄膜和織物組合物、及外 部線的方式構造而成。內部和外部線具有相同的螺旋節距，但它們偏離開半個節距長度以 形成波紋形的軟管壁輪廓。所得到的管狀結構隨後從芯軸上被提取出來並端接了端部配 件。端部配件典型地由金屬尾部和套箍構造而成。尾部具有在外部表面中機械加工成的兩 條平行的螺旋凹槽，所述表面與內部和外部線形成的雙重螺旋線相匹配。尾部插入軟管的 內孔中，而套箍留在外面。根據用途，軟管包的端部可以被綁縛，被蓋上橡膠環箍(cuff)或 充滿兩段式環氧樹脂，而所述套箍之後被壓緊或陷鍛到所述尾部上以便保持軟管的端部。 這種一般類型的軟管在歐洲專利公開號為0076540A1的專利文件中有描述。在上述專利說 明書中描述的軟管包括雙軸向聚丙烯的中間層，所述中間層用於提高軟管抵抗由於反覆彎 曲引起的疲勞的能力。在我們更早期的專利申請W001/96772中，我們描述了一種新型的複合軟管，其結 合了具有夾在兩條螺旋線之間的薄膜和織物層的織帶。我們還描述了用於這種軟管的一 種新型的端部配件。對軟管和端部配件的進一步改進在我們的專利申請W004/044472和 W004/079248中有描述。這些複合軟管可配有大口徑，並典型地針對受國際海事組織(IMO) 要求控制的船舶到船舶的流體運輸操作。IMO對軟管的要求(大批量運載液化氣體的船舶 建造結構和附屬器具的國際規範一 「IGC規範」)(為了安全的原因)需要軟管的爆裂壓力 (burstpressure)必須是極端工作溫度下最大工作壓力的五倍。最大工作壓力典型地範圍 從IMO要求的最小值IObarg到20至30barg。重要的是，端部配件能夠安全地適應IMO爆裂壓力測試引發的應力。端部配件是 由金屬零件製成，特別是尾部必須能夠適應內壓力引發的環向應力(hoop stress)，所述環 向應力被巴洛公式(Barlowformula)賦值為第一近似值，所述公式表明環向應力等於內壓 力和內直徑的乘積除以形成尾部的管子壁厚的兩倍得到的得數。容許應力由標準壓力容器設計規範(vessel design codes)，例如ASME鍋爐和壓力容器規範確定為尾部材料屈服應 力的一定比例，例如三分之二。典型的尾部材料是非低溫用途的碳鋼和低溫用的奧氏體不 鏽鋼，所述低溫就是指低於150° K的溫度。碳鋼不適合低溫用，因為它們在非常低的溫度 下是脆的。低溫用的示例性奧氏體不鏽鋼等級是「300系列」，它們不顯示低溫脆性。重要的 材料性能是屈服應力(YS)、屈服應變(EY)、極限抗拉強度(UTS)、破壞應變(EF)、彈性模量 (E)、密度(RHO)、導熱率⑷和熱膨脹係數(CTE)。這些性能在從環境溫度(293° K)到低 溫溫度(液氦為4° K或液氮[LN2]為77° K)的範圍內變化。通常，強度隨溫度降低而增 加。這通過參考AISI等級304號(密度為8g/cc)的實施例畫出，所述實施例是低溫用途 中通用的奧氏體不鏽鋼。304號在室溫下的YS和UTS分別約為250MPa和590MPa，而在LN2 溫度(77° K)下分別約為400MPa和1525MPa。雖然延展性有一些降低，EF從環境溫度下的 60%減少到LN2溫度下的40%，但是304號在該低溫溫度下的延展性也已經綽綽有餘。盡 管這種強度的增加量被認為是有益的，低溫壓力容器的設計者傾向於信任最小的環境溫度 規格。304號的環境溫度、LN2溫度彈性模量分別為193GPa和205GPa。低溫器材的重要設計點是與室內環境到低溫使用條件的大致215° K的溫度變化 相關的尺寸改變和熱梯度瞬變(thermal gradienttransients)的效果。鋼(比如304號 鋼)是導熱的並且它們隨溫度降低而收縮。304號鋼在室溫和LN2溫度下的導熱率分別為 8ff/m. ° K和15W/m. ° K。這個溫度範圍的平均CTE是13X 1(Γ6° Γ1，也就是對216° K這 種溫度差來說，長度收縮約3mm/m。這種收縮使得傳統端部配件在熱衝擊(thermal shock)狀態下存在問題，即，在所 述熱衝擊狀態下端部配件會迅速暴露給低溫流體。這可能會引起尾部和套箍之間在徑向方 向上出現瞬時的差異化熱收縮，這會導致某種程度的洩漏。如果是依靠環氧樹脂作為密封 任何小型洩漏路徑的填充物的話，那麼在長期的服務狀態下這會得到進一步的強調。環氧 樹脂的CTE約為50X10—6。K—1至80X10—6。K—1，因此該樹脂將會比相鄰奧氏體不鏽鋼發生 更大的收縮。在反覆熱循環下，與不鏽鋼粘合的樹脂會受到破壞，隨後出現洩漏路徑。這是 本領域中眾所周知的難題，它可以通過小心控制熱暴露情況(thermal exposureprofile) 和/或端部配件組件細節設計來解決。使用W004/079248中描述的端部配件，由於具有提供密封功能的獨立環這個優 點，因此實現了密封激活以對熱衝擊進行補償，並且我們已經發現了這個可以作為我們對 LN2和LNG進行的滿標度測試中令人滿意的解決方式。我們還發現用36%鎳、平衡鐵金屬合金，有時候也稱之為Irwar(註冊商標)和 Pernifer 36 (密度為8. lg/cc)構造尾部是有益的，所述合金具有與奧氏體不鏽鋼相當的 強度，但CTE更低。在環境狀態下，Ni36的最小YS和UTS分別為240MPa and 450MPa，代表 性的測試結果顯示YS從室溫下的270MPa升高到LN2溫度下的700MPa。EF在該溫度範圍 是40%。Ni36的導熱率在室溫下和LN2溫度下分別為6W/m. ° K和13W/m. ° K。可以看到Ni36的性能與低溫用的304號的性能相似，但有一個顯著的例外。從環 境狀態到LN2溫度的溫度範圍的平均CTE是1-2X 10_6° Γ1，也就是對216° K這種溫度差 來說，長度收縮約0. 4mm/m。這與奧氏體不鏽鋼相比徑向收縮小了一個數量級，這對改良密 封機械裝置的可靠性具有可觀的優勢。
船用(marine service)Ni36的耐蝕性可通過沉積鎳鉻或鎳銅合金的耐蝕包層 (cladding)而實現，例如Inconel (商標)或Monel (商標)。在大口徑軟管中，如20」到24」 (500到600mm)，由於牽涉到的低溫流體的體積， 使得控制熱瞬變是不切實際的。更進一步說，增大孔徑尺寸並維持高加壓保持能力(high pressure retaining capacity)導致了越來越重的端部配件，它們變得難以處理和配置。 我們已經發現了得到具備高加壓能力、重量輕的端部配件並利用已證實的基於金屬的解決 方案限制熱衝擊所存在的實際問題。我們已經發現為了解決前面提到的大口徑軟管端部配件的問題，用複合材料構造 端部配件的零件是有可能的。應當注意到對「複合材料」的引用與「複合軟管」中「複合」一 詞的用法是有區別的。

發明內容
因此，根據本發明的一個方面，我們提供出一種用於複合軟管的端部配件，所述復 合軟管的類型包括設置於內部和外部夾緊構件之間的柔性材料管狀主體，所述端部配件包 括適於放置在軟管內的第一構件和適於圍繞軟管外側放置的第二構件，藉此軟管的端部可 以被密封在第一和第二構件之間，並且其中第一構件的至少一部分和/或第二構件的至少 一部分是由複合材料製成。術語「第一構件」代表的是上面討論的現有技術中的尾部，而術語「第二構件」代
表的是套箍。第一構件可以完全由複合材料製成。但是，我們優選只在適於配合在由受冷膨脹 的複合材料製成的軟管內的那部分用複合材料。「複合材料」是指由兩種或更多種材料組合而成以賦予一系列獨特而個性化 (tailor made)性能的材料。複合材料最常見的形式是樹脂內的纖維基體。所述纖維可以 是連續的，具有縱軸方向上的定向，或者所述纖維可以長度短小，具有混合定向。所述纖維 通常是高強度纖維，例如E玻璃、S玻璃、芳綸(例如Kevlar (商標))或碳。所述樹脂將纖 維封包起來，並且可以是一種熱塑性樹脂，例如聚乙烯、聚醯亞胺、聚醯胺、含氟聚合物、聚 (氯乙烯)(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚醚酮(PEEK)或熱固性樹脂，比如環氧樹脂或聚酯或乙烯 基酯。複合材料可以是疊層式構造，其中在定向於不同方向上的樹脂基體中具有多層縱向 纖維，以便達到期望的機械性能。選用複合材料中的高強度纖維通常會導致構造具有可觀 的強度重量比，因此已經發現複合材料在包括壓力容器應用的太空和汽車工業中得到廣泛 使用。許多複合材料，如環氧樹脂的組成部分不適合以大塊同質(bulkhomogeneous form)的形式在低溫下使用，這主要是因為它們在低溫下的脆性。但是，當組成材料以纖維 和疊層的形式與基體中的其他組成材料仔細地組合起來，那麼結構的相互作用這樣的話就 會可以克服大塊同質的組成材料的局限性。我們已經發現對纖維的選擇是重要的，並且我們優選使用高強度的碳、芳綸、玻璃 或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維或它們的組合物。例如，E玻璃、Kevlar-49、MS-LM(中 等強度低模量)的碳纖維有代表性的抗拉強度、抗拉模量和密度依次是抗拉強度3450、 3790、4138MPa ；抗拉模量72、124、228GPa ；密度2. 6,1. 4,1. 8g/cc。我們已經發現熱固性和熱塑性樹脂都可以用到。環氧樹脂和PEEK(聚醚醚酮)的密度都約為1.3g/CC。我們已經 發現通過使用含有這些高強度纖維中某一些的複合材料，特別是在第一構件中使用，基本 可以減小端部配件的重量同時保持高加壓保持能力。使用複合材料的另一個好處是它具有比鋼更低的導熱率。典型地，導熱率約為 0. Ito lff/m. ° K，這比奧氏體不鏽鋼小至少一個量級。這在低溫應用中特別有優勢，這是 因為它減小了端部配件為使引起低溫流體沸騰的熱輸入量最小化所需要的隔熱量。氣態沸 騰(gaseous boiloff)在低溫流體運輸中是低效的，因此高度期望使沸騰速率最小。這在 船對船運輸中尤其重要，這裡浮式低溫柔性軟管的端部配件是接觸到水的。由於複合物本質上導熱率較低，因此通過利用固有的熱梯度將隔熱材料或複合物 連續層構建在內部複合層之外是有可能的。隔熱層例如可以是熱塑性樹脂中的空心隔熱 纖維，或泡沫聚氨酯(Pu)。對PU的使用得到的是可能堅固的外部機械保護層。因此，端部 配件的端部第一和/或第二構件可由多個材料層構成，所述材料的某些或全部都是複合材 料，優選地具有2W/m. ° K或更低的導熱率，更優選為lW/m. ° K或更低。第一和/或第二 層的某些層可能是由非複合材料製成的，比如非複合的聚合材料，優選具有低於2W/m. ° K 的導熱率，更優選低於lW/m. ° K。非複合材料可以是熱塑性樹脂或PU。因此依照本發明 用材料層製作端部配件零件是有可能的，所述材料設計成為端部配件提供期望的整體性質 (bulk properties)。我們已經發現使用碳和某種芳綸纖維的稀有性能是特別有優勢的，特別是聚對 苯二甲酉先對苯二胺(poly-(p-phenyleneterephthalamide)),已知為 Kevlar (商標)或 Twaron (商標)，原因是它們展現出負的縱向CTE和正的橫向CTE。例如，Kevlar-49的縱向 CTE是-2Χ10_6° Γ1，而在橫向方向上為68Χ10_6。Γ1。在含有這些纖維的疊層式複合構 造中，溫度減小時，層片(Ply)在纖維方向上膨脹在橫向上收縮。我們注意到內部剪切力在 層片的平衡對稱設置內生成，結果是遇冷時的縱向淨膨脹。通過調整纖維方向，有可能控制 住一點處發生膨脹的量級，該點處能夠實現從零到約-IOX 10_6° IT1的有效縱向CTE。我 們能夠構造出複合尾部，以便控制住密封環下徑向尺寸改變的量級，進而實現在溫度減小 時增加密封接觸壓力。優選的縱向CTE範圍從零以下(例如，低於或等於約-0.01° K—1或 約-0.1° Γ1)到-4Χ1(Γ6。Γ1，最優選為-lXl(T6to-2Xl(T6° κΛ因此，在優選的實施方式中，第一構件和/或第二構件的至少一部分是由遇冷時 在至少一個方向上發生膨脹的材料製成的。特別優選的是第一構件的至少一部分遇冷膨 脹——最優選地，其是第一構件的適於放置在遇冷膨脹的軟管內的一部分。優選地，膨脹 方向是從第一構件徑向向外的，由此第一構件可以在遇冷時在軟管內部施加徑向向外的壓 力。特別優選的實施方式中，第一構件至少部分地由遇冷膨脹的複合材料製成，而第 二構件至少部分地由遇冷收縮的複合材料製成。如上面討論過的，膨脹和/或收縮優選地 發生在軟管軸線徑向延伸的方向上。在該實施方式中，優選第一構件不包括遇冷收縮的復 合材料，而第二構件不包括遇冷膨脹的複合材料。根據本發明的另一個方面，提供了一種用於複合軟管的端部配件，所述複合軟管 的類型包括設置於內部和外部夾緊構件之間的柔性材料管狀主體，所述端部配件包括適於 放置在軟管內的第一構件和適於圍繞軟管外側放置的第二構件，藉此軟管的端部可以被密封在第一和第二構件之間，並且其中第一構件的至少一部分和/或第二構件的至少一部分 是由遇冷在至少一個方向上膨脹的材料製成。我們優選第一構件的至少一部分，特別優選第一部分全部，是由遇冷膨脹的材料 製成。依照上面描述的本發明上述方面的端部配件還可配備有已經在W004/079248中 描述過的端部配件的其中一種或多種特徵。這些將會在下面進行更詳細地描述。在優選實施方式中，第二構件包括軟管嚙合構件，所述軟管嚙合構件適於壓在內 部構件上將軟管保持在它本身和第一構件之間，以及保持軟管的一層或多層的分離的機 構，所述保持機構包括外部保持構件，所述外部保持構件適於壓在內部保持構件上將軟管 的所述層或每一層保持在保持機構的外部和內部保持構件之間。優選地，內部和外部保持構件是環形的。更優選地，內部和外部保持構件優選地以 環的形式提供，優選地外部保持構件與內部保持構件同心放置。更優選地，第一和第二構件 是開口環(split ring)，以方便組裝。在優選的實施方式中，與軟管的所述層或每一層接觸的外部保持構件具有夾緊結 構，以方便夾緊軟管的所述層或每一層。內部保持構件的表面可配有對應結構。在優選的實施方式中，內部和外部保持構件的相鄰表面配有夾緊結構，以方便夾 緊它們之間軟管的所述層或每一層。內部和外部保持構件的個數可以是任何方便的數目。在最簡單的實施方式中，有 一個外部保持構件和一個內部保持構件。提供帶一個內部保持構件的兩個或更多外部保持 構件是有可能的。提供帶一個外部保持構件的兩個或更多內部保持構件是有可能的。並且， 提供帶兩個或更多內部保持構件的兩個或更多外部保持構件是有可能的，優選使得每個外 部保持構件具有對應的內部保持構件。軟管嚙合構件優選為環形。軟管嚙合構件優選地以環的形式提供，更優選為開口 環。軟管嚙合構件優選地將軟管的所有層全部固定夾持在它本身和端部配件的內部構件之 間。在優選的實施方式中，保持機構的內部保持構件與軟管嚙合機構一體成型。在本 實施方式中，軟管嚙合機構包括具有第一橫截面厚度(環形時也就是直徑)的第一部分，一 體成型的內部保持構件包括具有第二橫截面厚度(環形時也就是直徑)的第二部分，第二 厚度比第一厚度小。外部保持構件可具有第三橫截面厚度(環形時也就是直徑)，第二和第 三橫截面厚度可以是相等的。優選地，第二和第三橫截面厚度之和基本上與第一橫截面厚 度相同。當內部保持構件與軟管嚙合構件一體成型時，優選軟管嚙合構件是L形的，因此 使得內部保持構件從軟管嚙合構件的主體延伸，而外部保持構件可以被容納在L形的凹陷 中。當內部保持構件與軟管嚙合構件一體成型時，內部保持構件的內部表面也可起到 在它本身和內部構件之間的軟管之間固定地夾持軟管的作用，也就是說，它可以有助於軟 管嚙合的功能。軟管嚙合構件和/或保持構件可由複合材料製成，如上所述。第一構件可包括伸長的管狀彎曲加強件(bend stiffener)，適於配合在軟管主體內部。所述彎曲加強件優選為聚合材料，最優選為聚氨酯。優選地，所述彎曲加強件是錐形 的，使得厚度在遠離軟管端部的方向上變小；錐度可以為每種特別應用而進行優化。優選 地，彎曲加強件的梢部(也就是離軟管端部最遠的部分)配有肩部，軟管上的任何外部機械 保護可能會與所述肩部撞上(rim against) 0在優選的實施方式中，第二構件可進一步包括負載傳遞構件，和端部構件，設置成 使得軟管嚙合構件與端部構件通過負載傳遞構件連接，由此施加到軟管嚙合構件上的負載 可以經由負載傳送構件被傳送到端部構件上。在優選的實施方式中，負載傳遞構件包括圓 柱形構件，所述圓柱形構件具有容納部分軟管嚙合構件的第一凹陷和容納部分端部構件的 第二凹陷。負載傳送構件可由複合材料製成，如上所述。端部構件可由複合材料製成，如上 所述。第二構件的端部構件優選地與第一構件一體成型。根據本發明的另一個方面，提供了一種軟管，包括設置於內部和外部夾緊構件之 間的柔性材料管狀主體，和如上所述固定在所述軟管每一端上的端部配件。所述軟管優選地包括管狀主體和設置於內部和外部夾緊構件之間的軸向加固織 帶(braid)，其中管狀主體包括加固層和密封層。優選地，存在內部和外部加固層，密封層夾 在加固層之間。軟管優選進一步包含包纏在所述軟管周圍的保護和/或隔熱層，其中所述保護和 /或隔熱層具有末端部分，所述末端部分適於被容納在圓柱形負載傳送構件的第一凹陷中。儘管端部配件保持機構可以保持住多於一層的軟管，特別優選的是軟管的織帶單 獨地被保持在保持機構的內部和外部保持構件之間。如上面所提到的，軟管和端部配件可配有WOO1/96772、W004/044472和 W004/079248中描述的軟管和端部配件的特徵的任意組合，所述文獻內容均通過引用結合 於此。根據本發明的軟管可以在多種條件下使用，如溫度高於100°C，溫度從0°C到 100°C和溫度低於0°C。若選擇合適的材料，軟管可以在溫度低於-20°c，低於-50°c或者甚 至低於-100°C的條件下使用。例如，對於傳送LNG，軟管可能在低至_170°C，或者更低的溫 度下工作。此外，軟管還可以被預期用於傳送液態氧(沸點為_183°C)或者液態氮(沸點 為-196°C )，在這種情況下，軟管需要在-200°C或更低的溫度下工作。根據本發明的軟管還可以用於多種不同用途。典型地，軟管內徑的範圍可以是 從大約2英寸(51mm)到大約24英寸(610mm)，更典型地從大約4、6或8英寸(203mm)到 大約16英寸(406mm)。通常，軟管的工作壓力範圍可以是從大約表壓500kPa到大約表壓 2000kPa,甚至高達大約表壓4000kPa，或更高。這些壓力涉及軟管的工作壓力，而不是爆裂 壓力(其必須大幾倍)。體積流速取決於流體介質，壓力和內徑。典型地流速為從IOOOm3/ h 到 12000m3A ο根據本發明的軟管還可以用於腐蝕性流體，如強酸。


現在參照附圖，其中圖1是軟管的透視圖，根據本發明的端部配件可與所述軟管一起使用；
圖2是根據本發明軟管端部配件第一實施例的示意性剖視圖；圖3是根據本發明軟管端部配件第二實施例的示意性剖視圖；圖4是根據本發明軟管端部配件第三實施例的示意性剖視圖；圖5是根據本發明組裝前的端部配件軟管嚙合構件一部分的放大示意性剖視圖；圖6是根據本發明組裝後的端部配件軟管嚙合構件一部分的放大示意性剖視圖。
具體實施例方式本發明所應用的軟管類型在W001/96772中有詳細描述。圖1詳細示出了軟管100。簡要的說，軟管100包括內部和外部夾緊構件102和104，它們優選設置為螺旋形 式，並且優選為線。管狀主體106和包繞管狀主體106的軸向加固織帶108，它們設置在夾 緊構件102和104之間。管狀主體包括內部加固層110、外部加固層112和設置在內部和外 部加固層110和112之間的密封層114。外部保護/隔熱層116包繞織帶108。如上面提 到的，軟管100在W001/96772中有詳細描述，文獻內容通過引用結合於此。軟管端部用圖中所示的端部配件200密封起來。軟管沒有在圖中畫出，以便改進 清晰度。端部配件200包括管狀內部構件202，所述管狀內部構件具有軟管端202互和尾部 端202h。部分202&有利的是複合材料，所述複合材料遇冷在至少一個方向上膨脹，更優選 在軟管100縱軸的徑向方向上膨脹。尾部端也可由複合材料製成，以減輕組件的重量。端 部配件200進一步包括密封構件，所述密封構件包括密封環204，所述密封環典型地基於聚 合樹脂，如聚四氟乙烯(PTFE)，可選地帶有陶瓷填充物，還基於圍繞在密封環204周圍的不 鏽鋼開口環206。所述環206可由複合材料製成。端部配件200進一步包括負載傳送機構，所述負載傳送機構包括軟管嚙合構件 208、負載傳送構件210、和盤狀板212形式的端部構件。板212與內部構件202的尾部端 202h—體成型，如212h處所示。負載傳送構件包括盤狀板214和至少一個負載傳送杆216。 在圖中有兩個杆216，但優選存在三個或更多的杆216，並且優選所述杆繞著圓周是等距間 隔的。擰緊螺母218位於每根杆216上。板212和214具有分別容納杆216的孔212互和 214旦。一個或多個，或全部的部分210、212、214、216和218可由複合材料製成，所述材料遇 冷在至少一個方向上膨脹。軟管嚙合構件208配有凹槽20勉形式的內部螺旋凹陷，所述凹陷適於將軟管的外 部線容納於其中。內部構件202配有凹槽202d形式的外部螺旋凹陷，所述凹陷適於將內部 線22容納於其中。凹槽20妲和202d間隔開半個節距長度P，其中P是軟管(未畫出)夾 緊線的節距長度。軟管嚙合構件208還包括保持軟管100織帶108的保持機構。保持機構包括與其 餘軟管嚙合構件一體成型的內部保持構件230，和分離的外部保持構件232。外部232能夠 將軟管100的織帶108夾持在它本身和內部構件230之間。外部構件232在其內部表面上 具有夾緊結構，以方便將織帶108夾緊在外部構件232和內部構件230之間。夾緊結構優 選為周向的，但也可採用其他樣式。部分206、208、230和232優選遇冷收縮。這可通過用鋼或遇冷就在至少一個方向 上收縮的複合材料製成它們的方式來實現。構件202配有兩個周向凸起202互，所述凸起位於密封環204之下。凸起202互起到了改善內部構件202和密封環204之間管狀構件的密封效果的作用，並有助於防止管狀構 件不經意地被拉出位置。端部配件200還配有柔性的聚合彎曲加強件240，所述加強件具有孔242，杆216 可被容納穿過所述孔。彎曲加強件240的一端鄰接板214。部分202e和240可由複合材料 製成，所述複合材料遇冷在至少一個方向上膨脹。圖3表示的是與圖2中所示的端部配件 相似的端部配件，並且使用了相同的附圖標記數字來指定這些部分。區別在於在圖2中所 示的設計中沒有配備彎曲加強件，儘管如果需要的話也可以配備；板212和214具有更小直 徑，因此結構組織更加緊湊。圖4表示的是與圖2中所示的端部配件相似的端部配件，並且使用了相同的附圖 標記數字來指定這些部分。在圖4中，負載傳送杆被負載傳送構件250替代，所述負載傳送 構件具有適於分別容納板212和214邊緣的凹陷250a和250b。部分250可由複合材料制 成，所述複合材料遇冷在至少一個方向上膨脹。凹陷250b還容納了配於軟管100外部表面上(也就是配於夾緊構件104外部) 的保護和/或隔熱層260的末端部分260a。層260可以是在我們同時申請的國際專利公開 文本W004/044472中所描述的相同種類的層。這包括伸長的成型構件(profiled member)， 所述構件螺旋地包纏在軟管100外部周圍。現在參照圖5和6。為了讓軸向加固織帶108更有效的作用，它應當被固定錨裝在 端部配件200上。外部構件232與內部構件230匹配以提供這種錨定裝置。這個接口設計 成將由軟管壓力和張力引起的織帶108中的張力降低到零，從而幫助防止織帶108被拉出
錨定裝置。當織帶108被軸向拉動時，由於織帶結構組織的關係，它趨於使其半徑減小。如 果不讓它的半徑減小的話，那麼就會生成等於局部張力乘以局部曲率的接觸壓力。為 了表明局部曲率的概念，想像有一條絲線包纏在圓柱周圍，其中局部曲率是圓柱半徑的 倒數。該接觸作用力乘以局部摩擦係數將織帶108錨定(這就是所謂的「絞盤」效應 (」capstan」effect))。由於構件230和232上的波浪形結構230a和232a的緣故，摩擦作 用力是非線性的，——如果它們是直板的話那麼摩擦作用力會是線性的。非線性衰減更有 效。織帶圍繞構件230倒角的前邊緣(filleted front edge) 230b折回到軟管主體 外。倒角的前邊緣230b防止了由於織帶108在張力下與構件232接觸而在織帶108中引 發出大應力集中(large stress concentration)的狀況。該半徑控制了由織帶108中的 張力生成的接觸壓力。張力的下降量是織帶接觸角與半徑和局部摩擦係數所得乘積的非線 性函數。在示出的情況中，倒角的半徑為常數，則非線性函數是指數的。當外部構件232完全匹配到內部構件230上時，第一和第二構件的成型表面230a 和232a分別緊密匹配進而迫使織帶108穿過一系列波浪形。每個波浪形相當於絞盤，從而 如早前描述的那樣減小織帶中的張力。軟管如下所述被固定在端部配件200上。內部構件202通過螺紋擰入軟管的端部， 使得軟管靠近板212。軟管的內部線被容納在凹槽2024中，而軟管的外部線被容納在凹槽 208旦中。內部和外部線被修剪成不會沿內部構件202延伸超出凹槽202i和208旦。軟管的 任何隔熱層也被修剪到這個點。軟管的內部加固層也被修剪到這個點，或是被修剪到內部加固層到達密封環204之前的某個點。這意味著軟管的密封層直接與內部構件202的外部 表面嚙合。但是，軟管管狀主體的其餘部分可以沿內部構件202在內部構件202和密封環 204之間延伸。然後，軟管嚙合構件208被擰緊，以便使它夾持到軟管上，使所述嚙合構件與軟管 可靠地嚙合。然後擰緊螺母218，這引發了軟管中的一些軸向張力，由此填佔了系統中的任 何空隙。這些力從軟管嚙合構件208傳遞到板214、到杆216、到板212、然後到內部構件202 的尾部端202h。管狀構件被拉回到軟管嚙合構件208的上表面上，以及外部構件232和內 部構件230之間。第二外部232和內部構件230將織帶108牢固地夾持就位。軟管100的管狀主體106在密封環204之下延伸。在軟管嚙合構件208和螺母 218已經被擰緊之後，擰緊開口環206以增大由密封環204施加在管狀主體上的作用力。然後，將端部配件200用液氮冷卻到低溫。這引起密封環204比開口環206收縮 得更多，由此減小了由開口環206施加在密封環204上的壓縮力。在開口環206和密封環 204處於相對低溫的時候，開口環206再次被擰緊。然後，溫度可以升高到環境溫度，由此借 助於密封環204相對於開口環206更大的膨脹量使得密封環上的壓縮力增大。應當理解到上述的本發明可以進行修改。例如，內部保持構件230可以從軟管齧 合構件的其與部分上分離下來。更進一步說，可以提供額外的內部和外部保持構件230和 232。
權利要求
一種用於複合軟管的端部配件，所述類型的複合軟管包括設置於內部和外部夾緊構件之間的柔性材料管狀主體，所述端部配件包括適於放置在軟管內的第一構件和適於圍繞所述軟管外側放置的第二構件，藉此軟管的端部可以被密封在第一和第二構件之間，並且其中第一構件的至少一部分和/或第二構件的至少一部分由複合材料製成。
2.根據權利要求1所述的端部配件，其中，所述第一構件的至少一部分由複合材料製成。
3.根據權利要求1或2所述的端部配件，其中，所述複合材料包括碳、芳綸、玻璃或超高 分子量聚乙烯纖維。
4.根據任一項在前的權利要求所述的軟管，其中，所述第二構件的至少一部分適於在 遇冷時關於軟管軸線在徑向向內的方向上收縮。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的軟管，其中，在使用中被放置在所述軟管內的所述第 一構件的至少一部分由適於在遇冷時在至少一個方向上膨脹的複合材料製成。
6.根據權利要求5所述的軟管，其中，所述第一構件的所述部分適於在遇冷時關於軟 管軸線在徑向向外的方向上膨脹。
7.根據權利要求5或6所述的端部配件，其中，遇冷膨脹的所述複合材料的縱向熱膨脹 係數從零到-ΙΟΧΙΟ—6。Γ1。
8.根據權利要求5、6或7所述的端部配件，其中，遇冷膨脹的所述複合材料包括碳纖維 或聚對苯二甲醯對苯二胺纖維。
9.根據權利要求5、6、7或8所述的端部配件，其中，所述第一構件至少部分地由遇冷膨 脹的複合材料製成，而所述第二構件至少部分地由遇冷收縮的複合材料製成。
10.一種用於複合軟管的端部配件，所述類型的複合軟管包括設置於內部和外部夾緊 構件之間的柔性材料管狀主體，所述端部配件包括適於放置在軟管內的第一構件和適於圍 繞所述軟管外側放置的第二構件，藉此軟管的端部可以被密封在第一和第二構件之間，並 且其中端部第一構件的至少一部分和/或第一構件的至少一部分由在遇冷時在其至少一 個方向上膨脹的材料製成。
11.根據權利要求10所述的端部配件，其中，所述第一構件的至少一部分由在遇冷時 在其至少一個方向上膨脹的材料製成。
12.根據權利要求10或11所述的端部配件，其中，遇冷膨脹的所述材料的縱向熱膨脹 係數從零到-ΙΟΧΙΟ—6。Γ1。
13.根據權利要求10、11或12所述的端部配件，其中，遇冷膨脹的所述材料是包括碳纖 維或聚對苯二甲醯對苯二胺纖維的複合材料。
14.根據權利要求10到13任一項所述的端部配件，其中，所述第一構件至少部分地由 遇冷膨脹的複合材料製成，而所述第二構件至少部分地由遇冷收縮的複合材料製成。
15.一種軟管，包括設置於內部和外部夾緊構件之間的柔性材料管狀主體，進一步包括 根據任一項在前的權利要求所述的固定在所述軟管每一端上的端部配件。
16.根據權利要求15所述的軟管，其中，所述管狀主體包括加固層和密封層。
17.根據權利要求15所述的軟管，其中，所述管狀主體包括內部和外部加固層，和置於 所述內部和外部加固層之間的密封層。
18.根據權利要求15、16或17所述的軟管，進一步包括軸向加強裝置。
19.根據權利要求18所述的軟管，其中，所述軸向加強裝置包括軸向加固織帶。
20.一種用於軟管的端部配件，所述端部配件基本如在此參照附圖描述和如附圖所示。
全文摘要
一種用於複合軟管(100)的端部配件(200)，所述複合軟管的類型包括設置於內部和外部夾緊構件(102，104)之間的柔性材料管狀主體(106)。端部配件(200)包括適於放置在軟管(100)內的第一構件(202)和適於放置在軟管(100)外周圍的第二構件(208)，藉此軟管(100)的端部可以被密封在第一和第二構件(202，208)之間，並且其中第一構件(202)的至少一部分和/或第二構件的至少一部分是由複合材料製成。
文檔編號F16L33/01GK101883945SQ200880116138
公開日2010年11月10日 申請日期2008年9月15日 優先權日2007年9月14日
發明者J·A·維茨 申請人:Bhp比爾利頓石油私人有限公司