一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層的製作方法
2023-12-05 02:24:21 1
專利名稱：一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎧裝層，特別是關於一種海洋複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層。
背景技術：
傳統的、常規的海底管道以鋼管為主，整體的建造、安裝和後續保養工作周期長費用高，近年來國外興起的柔性複合管道由於防腐蝕性好、海底地形地貌適應性強、鋪設速度快、費用低、不易結蠟並且能夠重複利用等優點開始應用到海底油、氣和水的輸送上來。柔性複合管道包括粘結性複合軟管和非粘結性複合軟管；其中，粘結性複合軟管一般由聚合物層和金屬增強層擠壓成一體，擠壓成型後通過特殊的工序使聚合物材料層和金屬增強層間產生較高的粘合強度。該類軟管一般應用於短距離跨接管。非粘結性複合軟管是由聚合物材料層和金屬增強層通過物理的方式組合而成，層與層間不需要使用化學工藝粘合，各層間通過摩擦和接觸壓力來傳遞載荷，其柔性更好。非粘結性複合軟管一般用於長距離和高壓的管道輸送，其應用於海洋工程中對原油或天然氣或水的輸送越來越廣泛。非粘結性複合軟管已逐漸成為軟管中的主流結構，由骨架層、內襯層、抗壓鎧裝層層、抗拉鎧裝層、外包覆層等多層構成的複合管體結構。其中抗壓鎧裝層主要提供抵抗徑向力，並通過異型材互鎖形成，異型材有Z、C、X、T型等，抗壓鎧裝層由異型材與管軸成大角度纏繞而成，纏繞角度一般接近於90度，可提供較大環向力以抵抗較大內壓，對內襯層起約束作用，防止內襯層爆破。抗壓鎧裝層纏繞後在相鄰的截面間有一定的間隙，這樣可保證軟管具有一定的柔性，而且相鄰截面間的間隙越大，該層的彎曲柔性越好，但是同時也帶來了隱患，由於間隙的增大造成了其內襯層蠕變量的增大，並且當彎曲過大或軸向運動過大時，相鄰截面間的運動過大，相鄰的截面間有相互滑出的可能，會導致截面互鎖功能的喪失。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠在複合軟管內襯層蠕變量相同的情況下，增強抗壓鎧裝層的彎曲柔性，同時可有效防止抗壓鎧裝層相鄰截面相互滑出的複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於它採用異型材纏繞互鎖形成，所述異型材的截面為牙狀截面，該截面包括一主梁，所述主梁沿其長度方向包括第一底壁和第二底壁，所述第二底壁的兩端向同一側分別一體設置有一端部齒狀結構，兩個所述端部齒狀結構之間的所述第二底壁上間隔設置有兩個中部齒狀結構；所述中部齒狀結構到與其相鄰的所述端部齒狀結構之間形成端部凹陷區域；兩個所述中部齒狀結構之間形成中部凹陷區域；兩個所述端部齒狀結構均向同一側彎曲，且均包括一外側壁、一內側壁和一齒端面；所述端部齒狀結構的外側壁與所述主梁的第一底壁的連接採用弧形連接角連接；所述端部齒狀結構的齒端面與所述外側壁和內側壁的連接也均採用弧形連接角連接；所述端部齒狀結構的內側壁與所述主梁的第二底壁的連接也採用弧形連接角連接；兩個所述中部齒狀結構均包括兩個側壁和一個齒端面；所述中部齒狀結構的齒端面與兩個所述側壁的連接採用弧形連接角連接；兩個所述側壁與所述主梁的第二底壁的連接也採用弧形連接角連接；所述異型材的端部凹陷區域內插入一個相鄰所述異型材的中部齒狀結構，且存在一定間隙；所述異型材的中部凹陷區域內插入兩個相鄰所述異型材的端部齒狀結構，且存在一定間隙；相鄰所述異型材互相咬合。所述端部齒狀結構和中部齒狀結構的齒根部的寬度與所述異型材截面長度的比值範圍為O. I O. 15。所述端部齒狀結構和中部齒狀結構的齒根部到齒端面的高度與所述異型材截面寬度的比值範圍為O. 3 O. 4。所述異型材的截面寬度與截面長度的比值範圍為O. 3 O. 45。兩個所述端部齒狀結構的外側壁呈弧形，且該所述弧形的半徑為所述異型材截面寬度的2 4倍。所述異型材為具有牙狀截面的鋼絲；所述異型材與複合軟管管軸的纏繞角度接近於90度。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明的異型材截面為牙狀截面形式，該截面包括四個齒狀結構和三個凹陷區域，纏繞後異型材的齒狀結構位於相鄰異型材的凹陷區域內，且具有一定間隙，因此，相鄰異型材互相咬合，將內襯層的內壓轉化為抗壓鎧裝層鋼絲的拉力，提供了抵抗內壓的能力，同時由於相互咬合的截面間存在一定的間隙，當複合軟管發生彎曲時可使抗壓鎧裝層異型材相鄰截面在一定間隙內相互運動，抗壓鎧裝層不承受彎矩，同時也具有很好的柔性。2、由於現有技術中，要使抗壓鎧裝層彎曲柔性增強，只有增加抗壓鎧裝層相鄰截面的間隙，但是這樣會使內襯層的蠕變量增大，而本發明通過將異型材截面兩端側壁設置為同向彎曲的弧形結構，該弧形的半徑為異型材截面寬度的2 4倍，因此，可在不增加內襯層蠕變量的情況下，使抗壓鎧裝層的彎曲柔性有顯著增強。本發明能夠在複合軟管內襯層蠕變量相同的情況下，增強抗壓鎧裝層的彎曲柔性，並且能夠有效防止抗壓鎧裝層相鄰截面的相互滑出，因此，可廣泛用於種海洋複合軟管的結構設置上。
圖I是本發明複合軟管結構示意2是本發明複合軟管抗壓鎧裝層截面示意3是本發明複合軟管抗壓鎧裝層異型材相鄰截面互鎖示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖I所示，本發明所涉及的複合軟管結構，從內層到外層依次包括骨架層I、內襯層2、抗壓鎧裝層3、第一防磨擠塑層4、第一抗拉鎧裝層5、第二防磨擠塑層6、第二抗拉鎧裝層7、第三防磨擠塑層8、保溫層9、外包覆層10。其中，骨架層I由互鎖鋼帶纏繞而成，用於防止內襯層2的壓潰，骨架層I內輸送流體；內襯層2為輸送流體的密封層，內襯層2外纏繞一層也可以纏繞多層抗壓鎧裝層3，抗壓鎧裝層3為非粘結層，層間可相互錯動。外包覆層7可有效防止複合軟管周圍的流體流進鎧裝層。
如圖2所示，本發明的抗壓鎧裝層3通過異型材11纏繞互鎖形成，異型材11與複合軟管管軸的纏繞角度接近於90度。本發明異型材11的截面為牙狀截面，該截面包括一條狀的主梁12，主梁12沿其長度方向包括第一底壁13和第二底壁14，第二底壁14的兩端向同一側分別一體設置有一端部齒狀結構15,兩個端部齒狀結構15之間的第二底壁14上間隔設置有兩個中部齒狀結構16。中部齒狀結構16到與其相鄰的端部齒狀結構15之間形 成端部凹陷區域17 ;兩個中部齒狀結構16之間形成中部凹陷區域18 ;中部凹陷區域18的寬度為端部凹陷區域17寬度的兩倍。端部凹陷區域17內能夠容納一個中部齒狀結構16，且具有一定間隙；中部凹陷區域18內能夠容納兩個端部齒狀結構15，且具有一定間隙。如圖2所示，本發明的兩個端部齒狀結構15的結構相似，均包括一外側壁19、一內側壁20和一齒端面21。由於兩個端部齒狀結構15均向同一側彎曲，因此，兩個端部齒狀結構15的外側壁19呈弧形。由於兩個端部齒狀結構15的結構相似，因此，現以其中一個為例進行說明。端部齒狀結構15的外側壁19與主梁12的第一底壁13的連接採用弧形連接角22連接；端部齒狀結構15的齒端面21與外側壁19和內側壁20的連接也均採用弧形連接角22連接；端部齒狀結構15的內側壁20與主梁12的第二底壁14的連接也採用弧形連接角22連接。如圖2所示，本發明的兩個中部齒狀結構16的結構相似，均包括兩個側壁23和一個齒端面24，現以其中一個為例進行說明。中部齒狀結構16的齒端面24與兩個側壁23的連接採用弧形連接角22連接，兩個側壁23與主梁12的第二底壁14的連接也採用弧形連接角22連接。上述實例中，端部齒狀結構15和中部齒狀結構16的齒根部的寬度與異型材11截面長度的比值範圍為O. I O. 15。上述實例中，端部齒狀結構15和中部齒狀結構16的齒根部到齒端面的高度與異型材11截面寬度的比值範圍為O. 3 O. 4。上述實例中，異型材11的截面寬度與截面長度的比值範圍為O. 3 O. 45，可以提高截面的穩定性，並減小截面的應力分布。上述實例中，兩個端部齒狀結構15的外側壁19呈弧形，且該弧形的半徑為異型材11截面寬度的2 4倍。上述實例中，纏繞形成抗壓鎧裝層3的異型材11為鋼絲，鋼絲一般採用碳鋼，異型材11的截面為牙狀截面，通過對異型材11的纏繞形成抗壓鎧裝層3。本發明抗壓鎧裝層3的纏繞成型方法為異型材11為鋼絲，截面為牙狀截面，該截面包括兩個端部齒狀結構15、兩個中部齒狀結構16、兩個端部凹陷區域17和一個中部凹陷區域18 ;異型材11纏繞在內襯層2的外周，形成抗壓鎧裝層3，纏繞後相鄰異型材11截面互相咬合，即如圖3所示，其中一個異型材11的兩個端部齒狀結構15分別對應位於相鄰的兩個異型材11的中部凹陷區域18內，兩個中部齒狀結構16分別對應位於相鄰的兩個異型材11的端部凹陷區域17內。中部凹陷區域18的寬度為端部凹陷區域17寬度的兩倍。端部凹陷區域17內插入一個中部齒狀結構16，且存在一定間隙；中部凹陷區域18內插入兩個端部齒狀結構15，且存在一定間隙。由於齒狀結構位於凹陷區域內，且存在一定的間隙，因此，當複合軟管發生彎曲時可使抗壓鎧裝層3異型材相鄰截面在一定間隙內相互運動；同時，通過相鄰異型材11截面的兩對齒狀結構的相互咬合，可減小異型材11相鄰截面相互滑出的可能，並且可減少齒狀結構附近的應力分布。上述各實施例僅用於說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護範圍之外。
權利要求
1.一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於它採用異型材纏繞互鎖形成，所述異型材的截面為牙狀截面，該截面包括一主梁，所述主梁沿其長度方向包括第一底壁和第二底壁，所述第二底壁的兩端向同一側分別一體設置有一端部齒狀結構，兩個所述端部齒狀結構之間的所述第二底壁上間隔設置有兩個中部齒狀結構；所述中部齒狀結構到與其相鄰的所述端部齒狀結構之間形成端部凹陷區域；兩個所述中部齒狀結構之間形成中部凹陷區域； 兩個所述端部齒狀結構均向同一側彎曲，且均包括一外側壁、一內側壁和一齒端面；所述端部齒狀結構的外側壁與所述主梁的第一底壁的連接採用弧形連接角連接；所述端部齒狀結構的齒端面與所述外側壁和內側壁的連接也均採用弧形連接角連接；所述端部齒狀結構的內側壁與所述主梁的第二底壁的連接也採用弧形連接角連接； 兩個所述中部齒狀結構均包括兩個側壁和一個齒端面；所述中部齒狀結構的齒端面與兩個所述側壁的連接採用弧形連接角連接；兩個所述側壁與所述主梁的第二底壁的連接也採用弧形連接角連接； 所述異型材的端部凹陷區域內插入一個相鄰所述異型材的中部齒狀結構，且存在一定間隙；所述異型材的中部凹陷區域內插入兩個相鄰所述異型材的端部齒狀結構，且存在一定間隙；相鄰所述異型材互相咬合。
2.如權利要求I所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於所述端部齒狀結構和中部齒狀結構的齒根部的寬度與所述異型材截面長度的比值範圍為O. I O. 15。
3.如權利要求I所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於所述端部齒狀結構和中部齒狀結構的齒根部到齒端面的高度與所述異型材截面寬度的比值範圍為O.3 O. 4ο
4.如權利要求2所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於所述端部齒狀結構和中部齒狀結構的齒根部到齒端面的高度與所述異型材截面寬度的比值範圍為O.3 O. 4ο
5.如權利要求I或2或3或4所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於所述異型材的截面寬度與截面長度的比值範圍為O. 3 O. 45。
6.如權利要求I或2或3或4所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於兩個所述端部齒狀結構的外側壁呈弧形，且該所述弧形的半徑為所述異型材截面寬度的2 4倍。
7.如權利要求5所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於兩個所述端部齒狀結構的外側壁呈弧形，且該所述弧形的半徑為所述異型材截面寬度的2 4倍。
8.如權利要求I或2或3或4或7所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於所述異型材為具有牙狀截面的鋼絲；所述異型材與複合軟管管軸的纏繞角度接近於90度。
9.如權利要求5所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於所述異型材為具有牙狀截面的鋼絲；所述異型材與複合軟管管軸的纏繞角度接近於90度。
10.如權利要求6所述的一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於所述異型材為具有牙狀截面的鋼絲；所述異型材與複合軟管管軸的纏繞角度接近於90度。
全文摘要
本發明涉及一種複合軟管牙狀截面抗壓鎧裝層，其特徵在於它採用異型材纏繞互鎖形成，異型材的截面為牙狀截面，該截面包括一主梁，主梁沿其長度方向包括第一底壁和第二底壁，第二底壁的兩端向同一側分別一體設置有一端部齒狀結構，兩個端部齒狀結構之間的第二底壁上間隔設置有兩個中部齒狀結構；中部齒狀結構到與其相鄰的端部齒狀結構之間形成端部凹陷區域；兩個中部齒狀結構之間形成中部凹陷區域；兩個端部齒狀結構均向同一側彎曲；異型材的端部凹陷區域內插入一個相鄰異型材的中部齒狀結構；異型材的中部凹陷區域內插入兩個相鄰異型材的端部齒狀結構；相鄰異型材互相咬合。本發明能夠增強抗壓鎧裝層的彎曲柔性，同時能夠有效防止抗壓鎧裝層相鄰截面的相互滑出，因此，可廣泛用於種海洋複合軟管的結構設置上。
文檔編號F16L11/12GK102927383SQ201210430888
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月1日 優先權日2012年11月1日
發明者曹靜, 陳嚴飛, 陳星 , 李新仲, 謝彬, 沙勇, 周巍偉, 張恩勇, 宋平娜 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 天津市海王星海上工程技術有限公司