CN102027281A - 用于复合软管的流体密闭的端部接头以及将复合软管组装在这种端部接头上的方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括柔性材料的管状体部的复合软管，用于通过软管传输低温流体并防止流体通过体部泄漏，管状体部包括：沿软管的长度螺旋缠绕的内侧金属线螺旋线(5)；沿软管的长度螺旋缠绕的外侧金属线螺旋线(8)；置于内侧金属线与外侧金属线之间的至少两个加强层；置于两个加强层(22)之间的至少一个密封层(14)；位于管状体部的两个端部处的端部接头，每个端部接头设有用于连接到另一软管凸缘的部分和长形的圆筒形部分，圆筒形部分划分成用于锚固管状体部的锚固区域(4)和用于软管的流体密闭密封的静密封区域(6)，其中通过在环形结合区域上将至少一个密封层结合到圆筒形部分来形成气密密封。

Description

用于复合软管的流体密闭的端部接头以及将复合软管组装在这种端部接头上的方法
技术领域
本发明涉及用于传输低温流体的复合软管的流体密闭的端部接头。(在该申请中，应当指出，低温流体意指包括LNG(液化天然气)、LPG(液化石油气)、液态二氧化碳的任何种类的液化气体)。端部接头设计使得复合软管端部在端部接头上能够紧固地锚固并且流体密闭密封。本发明还涉及将复合软管组装在这种端部接头上的方法。
背景技术
本发明是关于低温传输软管，所述低温传输软管可以是航空软管、漂浮软管或水下软管。在这后面两种情况下，低温传输软管系统包括内侧复合软管以及距内侧软管壁隔开一定距离的外侧软管。本发明涉及包括柔性材料的管状体部的复合软管，其用于通过软管传输低温流体并防止流体通过体部泄漏，该管状体部包括：
-沿软管的长度螺旋缠绕的内侧金属线螺旋线，
-沿软管的长度螺旋缠绕的外侧金属线螺旋线，
-置于内侧金属线与外侧金属线之间的多个加强层，
-置于两个加强层之间的至少两个密封层，
-处于管状体部的两个端部处的端部接头，每个端部接头设有用于连接到另一复合软管连接装置的凸缘或连接装置以及长形的圆筒形部分。端部接头的圆筒形部分划分成用于锚固内侧金属线的锚固区域以及用于软管的流体密闭密封的静密封区域。
众所周知，使用包括柔性材料的管状体部——其设置在螺旋缠绕的内侧保持金属线与外侧保持金属线之间——的软管。通常，两种金属线以相同的螺距进行缠绕，但是具有彼此移位半个螺距宽度的绕圈。管状体部典型地包括具有至少两个中间密封层的内侧加强层和外侧加强层。内侧层、外侧层和金属线提供了具有用以运送内部流体的机械强度的结构并且对密封层提供了保护。
通常，管状体部的内侧层和外侧层包括由诸如聚乙二醇对苯二甲酸酯的聚酯形成的织物层。
如果加强层包括聚烯烃，则它可以是聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯均聚物或者是其二元共聚物或三元共聚物，并且优选地单轴取向或双轴取向。优选地，聚乙烯是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，例如可得到的由荷兰DSM高性能纤维有限公司(DSM High PerformanceFibres BV)生产的商标名为DYNEEMA的超高分子量聚乙烯。
中间密封层——其提供密封用以防止流体穿透软管——典型地是聚合物膜。内侧保持金属线和外侧保持金属线典型地在张力下施加，并且置于管状体部的外表面内和外表面上。保持金属线主要起到保持管状体部的几何形状的作用。另外，外侧金属线可以起到抑制软管在高压下过度环向变形的作用。内侧金属线和外侧金属线还可以起到抗软管压坏的作用。当将端部接头和复合软管组装到一起时，必须将复合软管锚固到端部接头并且在其间形成流体密闭密封。由于软管构造的特性，难以实现这些目标，特别是难以实现端部接头与软管主体部之间的永久且可靠的密封。
在TI柔性管有限公司(TI Flexible Tubes LTD.)名下的英国专利GB 2104992示出了用于复合软管端部接头的径向夹紧装置，其中锥形套圈或型锻套管压缩内侧套管。为了在软管主体部与端部接头之间形成流体密闭密封，该文献提到了对被压缩的橡胶套管施加弹性载荷，从而使得聚合物膜材料的暴露层抵靠径向突起而塑性变形。然而，这种结构的缺点在于：如果是通过型锻套管施加径向压缩载荷，则在型锻过程中施加的载荷将不得不超过为了达到密封目的所需的载荷，因为移除型锻载荷时套管会回弹。因此，这个操作需要非常大型的机器，而且回弹效应难以避免并难以控制。
在BHP比尔利顿石油私人有限公司(BHP BILLITONPETROLEUM PTY LTD)名下的专利文献WO2004079248中示出了用于复合软管的端部接头的可替代设计。同样在该公司名下的专利文献US7243686中示出了类似的端部凸缘设计。
所示的端部接头设计重点在于螺栓保持器的使用，该螺栓保持器适于使外侧保持构件压抵内侧保持构件，从而保持两个保持构件之间的软管的各层。端部接头示出了均设有螺栓夹具的锚固区域和密封区域。在密封区域中，通过将由不同材料制成的密封环进行锁定的螺栓夹具来产生径向压缩力。轴向夹紧或型锻载荷在夹具上通过外侧大螺栓传递到连接器凸缘并再次通过螺栓传递。如在这种复合软管设计中所需要的，软管延伸通过如织物的附加的轴向加强装置进行限制，并且需将大的保持力从织物经由这些外侧螺栓传递到端部接头连接器凸缘。这种具有多螺栓连接的设计的缺点在于，由于周围环境和低温温度之间的大的温度变化而使得螺栓本身易于松动。在组装和使用软管期间，螺栓张力和/或型锻的应用难以控制，并且需要定期检查螺栓拉力。另外，这种端部凸缘设计导致了较重且相对较大直径的凸缘，这对于多段航空软管和管中管的设计是不利的，因为外侧软管也需要具有相对较大的内径。
发明内容
本发明是关于用于复合软管的端部接头设计，其在端部接头与复合软管之间提供流体密闭连接并且能够吸收作用在复合软管上的轴向力。根据本发明的端部接头还是紧凑的设计，具有整体上减小的径向外径和相对较轻的重量。这样是有利的，因为整个端部接头的重量减轻和尺寸减小对于航空软管以及对于在管中管低温流体传输系统中用作内侧软管的复合软管是很重要的。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出根据本发明的用于复合软管的端部接头设计的示意性横截面图。
图2示出根据本发明另一实施方式的端部接头的流体密闭密封区域的详细横截面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于软管的端部接头的设计。端部接头1设有：用于连接到另一软管连接装置的凸缘部分2或连接装置，其可以是公母滑动圆筒形套管连接件、螺栓连接件或者如在本申请人提交的专利申请WO2006/132532中描述的任意连接装置；以及用于连接到复合软管的长形的圆筒形部分3。该圆筒形部分在与管状软管部分邻接的区域3’中渐缩。圆筒形部分划分成：用于锚固复合软管的内侧软管金属线5并由此锚固管状体部的锚固区域4；以及用于软管的流体密闭密封的静密封区域6。
图1示出，端部接头1的圆筒形部分3在密封区域6与锚固区域4之间设有阶梯部10。因此，圆筒形部分3在密封区域6中的直径大于在锚固区域4中的直径。密封区域6与锚固区域4之间的直径差值与内侧金属线5的直径相对应。图1示出，内侧金属线5仅在锚固区域4中连接到圆筒形部分3，而在密封区域6中不存在。阶梯部10可用作支座，用以避免内侧金属线5滑动。内侧金属线5可以直接焊接在圆筒形部分3的表面上，或者可替代地，圆筒形部分可设有螺旋形小凹槽用以容纳内侧金属线螺线。在锚固区域4中，在内侧金属线5和外侧金属线8之间存在一组层11，其包括多个加强层22和至少一个密封层14，加强层22可以由单轴取向、双轴取向或三轴取向的聚酯或聚乙烯(UHMWPE)材料制成，密封层14由置于加强层之间的聚合物膜制成(也参见图2)。
图1示出在阶梯部10与连接凸缘部分2之间的密封区域6。密封区域6可以由一个或多个密封区组成。
图1示出一个密封区16作为示例。该密封区16是用于包括一个或多个密封层的密封层组14的依靠和密封区域。在具有多个密封层组的情况下，可具有多个密封区，每个密封区设置成具有用于一个或多个密封层的密封层组的依靠和密封区。在另一实施方式中，各个连续的密封区也可以以与具有阶梯部10的圆筒形部分3相同的方式相对于彼此逐渐提升。图2更详细的示出了一个密封区的构造。
在整个复合软管上连续的外侧软管金属线8也在圆筒形部分3的锚固区域4和密封区域6上连续；这样，外侧金属线8在密封区域6中的密封层上提供向内的径向压缩力，并且在内侧软管金属线5的协助下锁定锚固区域4中的所有软管层。
作用在复合软管上的所有静态和动态的载荷和力都传递到端部接头的圆筒形部分3的锚固区域4(并且反之亦然)，从而使得圆筒形部分的密封区域6免受这些载荷和力的影响。在每个区域4、6中增加了附加的外侧金属线组9、17，其包括一层或多层螺旋状紧密卷绕的钢丝，钢丝的直径类似于内侧软管金属线5或外侧软管金属线8的其中之一。外侧金属线组可以在两个区域上连续，或者可以具有用于锚固区域的一个外侧金属线组9和用于密封区域的另一外侧金属线组17。外侧金属线组9用以在锚固区域4中的复合软管的外侧金属线8上增加径向的压缩力，而附加的外侧金属线组17用以在密封区域6中的复合软管的外侧金属线8上增加径向的压缩力。
能够变形的金属片或套圈7在连接装置部分2附近附连到圆筒形部分3，并且置于外侧金属线8与附加的外侧金属线组9、17之间。
附加的外侧金属线组9、17增加了附加的向内的径向力并且挤压套圈并使套圈变形，以便紧固端部接头并且将圆筒形部分3的密封区域和锚固区域中的所有元件锁定在一起。
利用外侧金属线组挤压套管或能够变形的金属片7取代了在已知解决方案中进行的将端部接头型锻到复合软管上的需要。因此，避免了使用昂贵且非常大的型锻机器，以及避免了由于型锻元件的松弛而导致的产生泄漏路径的危险。
图2示出了根据本发明另一实施方式的端部接头的流体密封区域的详细横截面图。图2示出了在连接凸缘部分2与阶梯部10之间的圆筒形部分3。在该实施方式中，在密封区域4内仅有一个密封区，即密封区16。密封层组14设置为与圆筒形部分3直接接触。
气密密封是通过将一个或多个密封层以垂直于圆筒形部分的轴线23(图1所示)的方式结合到连续的环形结合区域20上而产生的。因此，密封层组14沿着圆筒形部分3的圆周连续地结合。图2还示出了在密封层组14(以及用于保护密封层的一个或多个可选的保护层)上方，设置小直径金属线组21，用以在圆筒形部分3的密封区16中的密封层组14上增加径向压缩力，另外压缩结合区域。在该实施方式中，选择了小直径金属线组，然而，也可以是与内侧金属线5的直径相同的金属线组或者甚至是更大直径的金属线组。
在具有多个密封区的实施方式中，另外的密封区可以当作是第一密封区16的另外的密封屏障或者冗余的密封屏障。该其它的密封区与已经描述的密封区具有相同的构造，其中密封层的内侧组与密封层的外侧组通过保护层22隔离开。
在该具体实施方式中，一组14的密封层例如可以是：卷绕膜、管状膜、或者其组合。每个组可以包括多至30层或者更多的卷绕膜。优选地，在每个密封组中的至少一个密封层是管状形状。
例如通过组14进行密封的最内侧密封层可以以化学的方式、通过胶合或者通过加热——如超声波焊接——结合到圆筒形部分3，以便在圆筒形部分3上形成流体密闭的周围封闭的密封屏障。
由于组14中的密封层是由相同的材料制成，因此它们可以如之前描述的那样通过胶合、化学结合、超声波焊接等结合到一起，同样用以形成流体密封的周围封闭的密封屏障。
当圆筒形部分3是由与密封层相同的材料制成时，所有的密封层和圆筒形部分可以例如通过超声波焊接容易地焊接到一起。
如果圆筒形部分是由与密封层的材料不同的材料制成，则可以在金属圆筒环的密封区域中增加与密封层材料相同的涂层，从而确保在密封层与圆筒形部分之间的良好的焊接和结合。
可替代地，如果密封层和圆筒形部分3是由不同的材料制成，则最内侧密封层(或所有的密封层)可以例如利用胶或粘合剂结合到圆筒形部分3。使用的胶或粘合剂例如可以是环氧基的或者基于人造橡胶或者基于聚氨酯弹性体，例如已知的来自法国公司A.T.R.的商标名为“Zebron”或者来自美国公司杜邦(Du Pont de Nemours)的“Adripene”。可替代地，粘合剂可以是双面粘合带——其为在低温和环境温度下的粘合剂——的形式，其绕圆筒形部分3的圆周以封闭环的形式施加。通过粘合剂或胶而结合到圆筒形部分的最内层可以同时或在稍后阶段结合到相同密封组中的其它密封层。这种密封层的结合可以通过如下方式完成，即：通过在各个密封层之间施加粘合剂或胶；或者通过加热——例如通过超声波焊接——在一个步骤或多个步骤中将密封层焊接在一起，从而形成流体密闭的周围封闭的密封屏障。
本发明还涉及到将复合软管组装到端部接头的方法。
该方法包括如下步骤：
-在软管端部接头的圆筒形部分上施加内侧螺旋金属线
-施加卷绕的内侧加强层
-施加至少一个密封层，使其与软管端部接头的圆筒形部分直接接触
-在连续的环形的结合区域上将所述至少一个密封层结合到圆筒形部分
-施加小直径金属线组用于结合区域中的密封层的径向压缩
-施加卷绕的外侧加强层
-施加软管的还覆盖结合区域的外侧螺旋金属线
如上所述，已经选择了小直径金属线组，然而，也可以是直径相同的金属线组或者甚至是较大直径的金属线组。
该方法还可以包括如下步骤，即：在端部接头的外侧金属线之上增加能够变形的金属片或套圈，并且通过利用置于金属片或套圈之上的紧密的外侧金属线组施加径向压缩力而使所述能够变形的金属片或套圈变形。
为了冗余的原因，本方法还可以包括如下步骤，即：在增加外侧金属线螺旋线8之前，生成设置在第一密封区旁边的用于第二密封层组的第二密封区，并重复所述方法的步骤。因此，第一密封区和第二密封区可当作为第一密封屏障和第二密封屏障，防止通过软管传输的流体的泄漏路径。该构造能够实现在端部接头的区域中具有相对有限厚度的无泄漏复合软管，其可以用作航空软管或者与弹性体外侧软管段结合用以形成用于传输低温流体的漂浮软管或水下软管。
尽管已经在此描述并且图示了本发明的具体实施方式，但是可以想到本领域的技术人员可以容易地作出改型和变体，并且因此，意于将权利要求解释为涵盖这样的改型和等同物。

Claims (26)

1.一种包括柔性材料制成的管状体部的复合软管，用于通过所述软管传输低温流体并防止流体通过所述体部泄漏，所述管状体部包括：
沿所述软管的长度螺旋缠绕的内侧金属线螺旋线，
沿所述软管的长度螺旋缠绕的外侧金属线螺旋线，
置于所述内侧金属线与外侧金属线之间的至少两个加强层，
置于两个加强层之间的至少一个密封层，
位于所述管状体部的两个端部处的端部接头，每个端部接头设有用于连接到另一软管凸缘的部分和长形的圆筒形部分，所述圆筒形部分划分成用于锚固所述管状体部的锚固区域和用于所述软管的流体密闭密封的静密封区域，其中，通过在环形结合区域上将所述至少一个密封层结合到所述圆筒形部分来形成气密密封。
2.根据权利要求1所述的复合软管，其中，所述至少一个密封层与所述圆筒形部分直接接触。
3.根据权利要求1或2所述的复合软管，其中，通过加热完成所述结合。
4.根据权利要求3所述的复合软管，其中，通过超声波焊接完成所述结合。
5.根据权利要求1或2所述的复合软管，其中，通过胶或者粘合剂完成所述结合。
6.根据权利要求1或2所述的复合软管，其中，通过胶和加热的组合完成所述结合。
7.根据权利要求6所述的复合软管，其中，通过胶接完成所述内侧密封层与所述圆筒形部分之间的结合，而通过超声波焊接完成相邻的密封层的结合。
8.根据权利要求7所述的复合软管，其中，通过双面粘合带完成所述内侧密封层与所述圆筒形部分之间的结合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，在结合的密封区域上设置金属线组，用于施加与管状体部轴线垂直的径向压缩力。
10.一种包括柔性材料制成的管状体部的复合软管，用于通过所述软管传输低温流体并防止流体通过所述体部泄漏，所述管状体部包括：
沿所述软管的长度螺旋缠绕的内侧金属线螺旋线，
沿所述软管的长度螺旋缠绕的外侧金属线螺旋线，
置于所述内侧金属线与外侧金属线之间的至少两个加强层，
置于两个加强层之间的至少一个密封层，
位于所述管状体部的两个端部处的端部接头，每个端部接头设有用于连接到另一软管的部分和长形的圆筒形部分，所述圆筒形部分划分成用于锚固所述管状体部的锚固区域和用于所述软管的流体密闭密封的静密封区域，其中，在所述至少一个密封层上设置金属线组，用于将与管状体部轴线垂直的径向压缩力施加到所述至少一个密封层上。
11.根据权利要求10所述的复合软管，其中，所述密封层和所述圆筒形部分结合在一起。
12.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，所述外侧金属线在所述圆筒形部分的密封区域中的密封层上提供径向压缩力。
13.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，在所述外侧金属线上设置附加的外侧金属线组，用以在所述圆筒形部分的密封区域中的外侧金属线上施加径向压缩力。
14.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，附加的外侧金属线组在所述圆筒形部分的锚固区域中的管状软管上增加径向压缩力。
15.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，所述密封区域具有用于内侧密封层组的第一密封区以及用于外侧密封层组的第二密封区，所述第二密封区更接近所述凸缘。
16.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，所述圆筒形部分具有不同的直径，其中所述密封区域与所述锚固区域相比具有更大的直径。
17.根据权利要求16所述的复合软管，其中，所述密封区域与所述锚固区域之间的直径差值与所述内侧金属线的直径相对应。
18.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，所述管状软管提供有设置成卷绕膜的至少一个密封层。
19.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，所述管状软管提供有设置成管状形式的膜的至少一个密封层。
20.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，所述管状软管提供有设置成卷绕膜和管状形式的膜的组合的密封层。
21.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，在所述外侧金属线与所述外侧金属线组之间设置能够变形的金属片或套圈。
22.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，所述内侧金属线紧固在所述圆筒形部分的锚固区域上。
23.一种制造复合软管的方法，包括如下步骤：
在软管端部接头的圆筒形部分上施加内侧螺旋金属线，
施加卷绕的内侧加强层，
施加至少一个密封层，使其与所述软管端部接头的圆筒形部分直接接触，
在连续的环形结合区域上将所述至少一个密封层结合到所述圆筒形部分，
施加金属线组用于所述结合区域中的密封层的径向压缩，
施加卷绕的外侧加强层，
施加所述软管的外侧螺旋金属线，所述外侧螺旋金属线还覆盖所述结合区域。
24.根据权利要求22所述的方法，包括如下步骤，即：在所述端部接头上的外侧金属线上增加能够变形的金属片或套圈，并且通过将紧密的外侧金属线组置于所述金属片或套圈上而施加径向压缩力使所述金属片或套圈变形。
25.根据前述权利要求中任一项所述的复合软管，其中，将所述复合软管用作用于管中管低温流体传输系统的内侧软管。
26.根据权利要求22所述的方法，包括如下步骤，即：以与所述外侧密封层金属线组相比更接近所述软管的连接端部凸缘的方式将所述外侧螺旋金属线紧固到所述软管端部接头。
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