CN100432513C - 一种特殊的多层柔性管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种包含输送流体的内管件的特殊多层柔性管。内管件可以由一种材料或很多不同的材料制成。管的中间壁由绕内管件螺旋缠绕的多层组成，以提供环向强度和轴向强度。外罩是另一管件，用于保护管本体免受外部环境的破坏。热绝缘层可以在外罩的内部或外部添加到管上。
Description
技术领域
本发明总的涉及一种多层柔性管。
背景技术
多层柔性管是一种具有内管件和外罩管件的结构。内管件容纳被输送的流体，而外罩管件是用来保护多层柔性管本体的护罩。在内管件和外罩管件之间有多层螺旋缠绕的柔性材料，其向多层柔性管结构添加了不同的功能，包括多层柔性管的环向强度、或轴向强度，以及绝缘。这些螺旋缠绕层是向多层柔性管提供强度的最有效途径。执行结构分析以确保管的设计能使增强材料使用最有效。
这种多层柔性管可以用来输送腐蚀性流体，也可以用在腐蚀性环境中。这种多层柔性管具有长的使用寿命并且能被回收、整修及重新装配。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，为此提供了一种特殊多层柔性管，包括：为内部流体提供纵向通道的内管件(层A)；螺旋地缠绕在所述内管件上的第一柔性螺旋增强层(层B)，所述第一柔性螺旋增强层以使缠绕层的带条之间形成小间隙的方式缠绕；沿与第一柔性螺旋增强层相反的方向环绕所述第一柔性螺旋增强层螺旋地缠绕的第二柔性螺旋增强层(层C)，所述第二柔性螺旋增强层以使缠绕层的带条之间形成小间隙或重叠边界的方式缠绕；在第一柔性螺旋增强层(层B)和第二柔性螺旋增强层(层C)之间形成菱形间隙或螺旋形间隙，并且通过从内管件挤压对这些间隙进行充填以形成将第一柔性螺旋增强层(层B)和所述第二柔性螺旋增强层(层C)锁定在适当的位置的凸起；以及一压制或缠绕的外罩层(层G)。
另一方面，本发明提供了一种制造特殊设计柔性管的方法，包括：在一内管件上缠绕柔性环向增强层；沿与柔性环向增强层的方向相反或相同的方向将第一柔性螺旋增强层缠绕在柔性环向增强层上，以一种使缠绕层的带条之间形成小间隙的方式缠绕；沿与第一柔性螺旋增强层的方向相反的方向将第二柔性螺旋增强层缠绕在第一柔性螺旋增强层上，以一种使缠绕层的带条之间形成小间隙或重叠边界的方式缠绕；这样，在第一柔性螺旋增强层(层B)和第二柔性螺旋增强层(层C)之间形成菱形间隙或螺旋形间隙，并且通过从内管件挤压对这些间隙进行充填以形成将第一柔性螺旋增强层(层B)和所述第二柔性螺旋增强层(层C)锁定在适当的位置的凸起。
附图说明
图1显示了第一螺旋缠绕增强层；
图2显示了第二螺旋缠绕增强层；
图3显示了第三螺旋缠绕增强层；
图4显示了第四螺旋缠绕增强层；
图5显示了聚合物层；
图6显示了可选的环向增强层。
具体实施方式
所述特殊的多层柔性管由很多管件和螺旋缠绕增强件组成。为了描述多层柔性管的主要结构，从内层向外层依次描述每一层。
图1中，内管件(记作层A)被第一柔性螺旋增强层(层B)覆盖，该增强层相对管轴线以30度和70度之间的铺设角度缠绕。该螺旋层为多层柔性管提供轴向和环向强度。根据设计，层的增强带条数目从2至8不等。典型地，螺旋缠绕层B将覆盖层A管件面积的90％左右。图1中所示的管是一种典型设计。因此，层B的每根带条之间有间隙。面积覆盖率可以在50％至150％之间变动。使得在更一般结构的情形下具有半带宽的间隙或50％的重叠。
第二柔性螺旋增强层(层C)沿与层B相反的方向缠绕，如图2所示。与层B作用相同，层C也为多层柔性管提供轴向和环向强度。除了缠绕方向相反外，层C的其它螺旋特性与层B相同。由于反向，层C提供了与层B引起的扭矩相反的扭矩，使得管处于扭矩平衡状态。图2显示了一种典型的设计。如图2所示，层A暴露的地方形成菱形间隙。
图3中，层D沿与层C相反而与层B相同的方向缠绕。层D这样缠绕使得菱形间隙被覆盖。除了缠绕直径略大外，层D的其它螺旋特性与层B相同。
层E沿与层D相反的方向缠绕，如图4所示。层E与层C缠绕方向相同。层E这样缠绕使得层C和层D之间形成的菱形间隙被覆盖。除了缠绕直径略大外，层E的其它螺旋特性与层C相同。
图5显示了缠绕在最外面增强层上的层F。
层B和层C构成多层柔性管的螺旋增强件的扭矩平衡副。
层D和层E构成多层柔性管的螺旋增强件的附加扭矩平衡副。
如需要低压管，仅需要层B和层C构成管的增强层。如果需要高压管，则可加入层D和层E。
如需要超高压管，可在管上增加另一副层B和层C。换句话说，可在管上反复增加层B和层C副以及层D和层E副，以满足高压管设计的需要。
对于一种非常高的压力设计，一种替代方式是在层B之前缠绕层Z，从而不再需要层D和层E，如图6所示。
一旦确定了增强层，如果结构中没有内部绝缘层，在压制外罩层前，将聚合物带缠绕在增强层的外表面上。
在对所有的内层处理完后压制外罩层(层G)。
绝缘层可以缠绕在外罩层的内部或外部。如果它缠绕在罩层的内部，则可以除去聚合物带层F。外罩层可以直接压制在绝缘层上。绝缘层可由任意类型的泡沫或成形绝缘材料制得。
如果需要电加热，一副螺旋增强件可以用金属带条制造。在每两层螺旋增强件之间缠绕电绝缘层，从而在金属层之间形成电屏蔽。
如果用于海洋应用，可以增加增重层以解决底端稳定性要求。该增重层可以由金属或其它重材料制成。对于深水，在内管件(层A)的内部插入防塌层抵抗设计水深下的外部水压。
变型和等同
下面对本发明的微小改变被认为是本发明的变型和等同设计。
A)带条材料的改变
螺旋增强层所用的材料可以是金属带条，包括钢、合金、铝以及铜合金。也可以是由复合材料或纤维增强聚合物制成的材料。
B)管结构的改变
应该理解，对于超高压设计，可以在层B的内部增加另一增强层。该层Z可以直接重叠地缠绕在层A的外面(见图6)。本发明的最简单的设计仅包括层A、B、C和外罩层。对于中等压力的设计，结构可以包括层A、Z、B、C和外罩层或者层A、B、C、D、E和外罩层。对于高压结构，可以使用所有层(A、Z、B、C、D和E)。对于超高压结构，层副(B、C或D、E)可以重复任意次以满足设计的需要。根据具体设计不同，缠绕在螺旋增强层最外面的聚合物层F可以去除。
热绝缘层是可以手工或机器缠绕的任意类型的泡沫材料。
C)带条横截面形状的改变
带条的横截面形状通常是矩形，但可以是任意其它的形状。
D)层面积覆盖率的改变
典型的面积覆盖率大约为90％至95％，在螺旋增强层的相邻缠绕带之间有间隙。然而，在更一般的设计情形下，面积覆盖率可以从50％(相邻缠绕之间有间隙)变化到150％(存在重叠)。
E)外罩的改变
外罩可以是完全压制层G或缠绕带条层。
Claims (15)
1.一种特殊多层柔性管，包括：
为内部流体提供纵向通道的内管件(层A)；
螺旋地缠绕在所述内管件上的第一柔性螺旋增强层(层B)，所述第一柔性螺旋增强层以使缠绕层的带条之间形成小间隙的方式缠绕；
沿与第一柔性螺旋增强层相反的方向环绕所述第一柔性螺旋增强层螺旋地缠绕的第二柔性螺旋增强层(层C)，所述第二柔性螺旋增强层以使缠绕层的带条之间形成小间隙或重叠边界的方式缠绕；
在第一柔性螺旋增强层(层B)和第二柔性螺旋增强层(层C)之间形成菱形间隙或螺旋形间隙，并且通过从所述内管件挤压对这些间隙进行充填以形成将第一柔性螺旋增强层(层B)和所述第二柔性螺旋增强层(层C)锁定在适当的位置的凸起；以及
一压制或缠绕的外罩层(层G)。
2.如权利要求1所述的多层柔性管，其特征在于，还包括：
第三柔性螺旋增强层(层D)沿与第二柔性螺旋增强层相反的方向环绕所述第二柔性螺旋增强层螺旋地缠绕，以使第一柔性螺旋增强层和第二柔性螺旋增强层所形成的菱形间隙被所述第三柔性螺旋增强层的带条覆盖；
第四柔性螺旋增强层(层E)沿与第三柔性螺旋增强层相反的方向环绕所述第三柔性螺旋增强层螺旋地缠绕，以使第二柔性螺旋增强层和第三柔性螺旋增强层形成的菱形间隙被所述第四柔性螺旋增强层的带条覆盖。
3.如权利要求1所述的多层柔性管，其特征在于，在第一柔性螺旋增强层(层B)内侧缠绕柔性环向增强层(层Z)。
4.如权利要求1所述的多层柔性管，其特征在于，还包括一聚合物层(层F)，所述聚合物层(层F)相对管轴线以大的铺设角度螺旋地缠绕在最外面的柔性螺旋增强层的外部，所述聚合物层以没有间隙的重叠方式缠绕。
5.如权利要求1所述的多层柔性管，其特征在于，在所述内管件(层A)的内部插入有防塌层以适应海洋应用。
6.如权利要求1所述的多层柔性管，其特征在于，在外罩层(层G)的内部或外部缠绕有绝缘层。
7.如权利要求5所述的多层柔性管，其特征在于，有一增重层以满足底端稳定性要求。
8.如权利要求1-6中任一项所述的多层柔性管，其特征在于，每一层从所述多层柔性管的一端向另一端延伸。
9.一种制造特殊设计柔性管的方法，包括：
在一内管件上缠绕柔性环向增强层；
沿与柔性环向增强层的方向相反或相同的方向将第一柔性螺旋增强层缠绕在柔性环向增强层上，以一种使缠绕层的带条之间形成小间隙的方式缠绕；
沿与第一柔性螺旋增强层的方向相反的方向将第二柔性螺旋增强层缠绕在第一柔性螺旋增强层上，以一种使缠绕层的带条之间形成小间隙或重叠边界的方式缠绕；
这样，在第一柔性螺旋增强层(层B)和第二柔性螺旋增强层(层C)之间形成菱形间隙或螺旋形间隙，并且通过从内管件挤压对这些间隙进行充填以形成将第一柔性螺旋增强层(层B)和所述第二柔性螺旋增强层(层C)锁定在适当的位置的凸起。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
沿与第二柔性螺旋增强层的方向相反的方向将第三柔性螺旋增强层缠绕在第二柔性螺旋增强层上，以使由第一柔性螺旋增强层和第二柔性螺旋增强层之间形成的小间隙或重叠边界被第三柔性螺旋增强层的带条覆盖；
沿与第三柔性螺旋增强层的方向相反的方向将第四柔性螺旋增强层缠绕在第三柔性螺旋增强层上，以使由第二柔性螺旋增强层和第三柔性螺旋增强层之间形成的小间隙或重叠边界被第四柔性螺旋增强层的带条覆盖。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括缠绕柔性环向增强层(层Z)：
以重叠的方式绕内管件缠绕柔性环向增强层以去除间隙。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括带条层(层F)：
以重叠的方式绕最外面的柔性螺旋增强层缠绕聚合物带条，这样就不会形成间隙。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括防塌层：
在内管件(层A)内部插入防塌层。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括绝缘层：
在外罩层的内部或外部缠绕绝缘层。
15.如权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于：从所述多层柔性管的一端向其另一端缠绕每一层。
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