CN102405367A - 用于流体传输应用的铰接式管路 - Google Patents

Abstract

一种用于传输流体的铰接式管线组件包括一个用于传输流体的流体管道以及一个被定位为包裹该流体管道的铰接外壳组件。该铰接外壳组件包括多个铰接外壳区段，每个铰接外壳区段包括一个球以及一个窝二者，其中每个铰接外壳区段的球与一个相邻的铰接外壳区段的一个窝相接合而形成一个球窝节。每个铰接外壳区段被配置为相对于一个相邻的铰接外壳区段通过该球窝节进行转动。

Description

用于流体传输应用的铰接式管路

技术领域

本发明涉及用于传输流体的铰接式管路。

发明背景

管路被用于在长距离上分配流体。管路的外表面可能暴露于恶劣的环境中，例如像空旷的沙漠、海水、丛林、无控制的化学空间、或维持在例如升高的温度或升高的压力下的环境。管路的内表面可能暴露于被分配穿过该管路的流体通路的磨蚀性和/或腐蚀性流体中。在方便和储存的意义上，操作者们可能更加喜欢将此类管路安排在线轴上以供简单的部署和储存。鉴于以上内容，存在一种需要以便在储存、性能、方便、可制造性和安全的意义上对流体传输管路进行开发和改进。

发明概述

根据本发明的一个方面，提供了一种用于传输流体的铰接式管线组件。该铰接式管线组件包括一个用于传输流体的流体管道以及一个被定位为包裹该流体管道的铰接外壳组件。该铰接外壳组件包括多个铰接外壳区段，由此每个铰接外壳区段包括一个球和一个窝二者。每个铰接外壳区段的球与一个相邻的铰接外壳区段的窝相接合而形成一个球窝节，并且每个铰接外壳区段的窝与一个相邻的铰接外壳区段的球相接合而形成一个球窝节。每个铰接外壳区段被配置为相对于一个相邻的铰接外壳区段通过该球窝节进行转动。

根据本发明的另一个方面，每个铰接外壳区段包括两个不连续的、可分离的部件，这些部件被配置为配对在一起。

本发明的这些和其他方面将在考虑附图时从以下详细讨论中变得清楚。应理解的是以下讨论仅仅旨在展示本发明的优选实施方案。

附图简要说明

当结合附图阅读时从以下详细说明中来最好地理解本发明。要强调的是，根据惯例，这些图的不同特征不是按比例的。附图中包括以下图：

图1描绘了根据本发明的一个示例性实施方案的一个管线的区段的正视图，该管线包括一个被包裹在铰接的外壳组件内的流体管道，其中该铰接的外壳的一部分被切除了以透露出该流体管道。

图2描绘了沿线2-2获取的图1管线的截面视图。

图3A描绘了根据本发明的又一个示例性实施方案的一个管线的区段的正视图，该管线包括一个被包裹在铰接的外壳组件内的流体管道，其中每个铰接的外壳区段是一个两件式组件。

图3B描绘了沿线3B-3B获取的图3A管线的截面视图。

发明详细说明

现在将参照为了在附图中展示而选择的几个实施方案来对本发明进行说明。将认识的是本发明的范围和精神并不限于所展示的这些实施方案。

如在此使用的，术语流体是非限制性的并且可以指的是任何类型的流体，例如像液体、气体或浆料。

图1描绘了根据本发明的一个示例性实施方案的一个管线的区段的正视图，该管线包括一个被包裹在铰接的外壳组件内的流体管道。该管线区段用数字‘10’来表示。管线10总体上包括一个柔性流体管道12，该柔性流体管道被包裹在一个铰接的外壳组件13之内。铰接的外壳组件13包括一系列互连的铰接的外壳区段14a-14c(全体被称为铰接的外壳区段14).在图1中，外壳区段14b的一部分被切除以透露出流体管道12。

图2描绘了沿线2-2获取的图1的管线10的截面视图。流体管道12是一种用于传输流体的空心结构，该空心结构被封闭在该铰接的外壳组件13之内。每个铰接的外壳区段14都是一个刚性本体、被配置来保护流体管道12免受外部的磨蚀并且在内部压力相对较高时支持流体管道12。

每个外壳区段14由一个基本上圆柱形的空心体来限定。根据这个示例性实施方案，这些外壳区段14是整体的，然而在另一个实施方案中每个外壳区段由两个零件组成。每个外壳区段14的形状和尺寸二者基本上都是相同的。

这些外壳区段14a-14c通过一系列的球窝节来互锁。每个外壳区段14包括在一个末端上的一个球16b以及在其相反的末端上的一个窝16a。每个球16b被配置为与一个相邻的外壳区段的窝16a相配对。

根据组装该铰接的外壳组件13的一种示例性方法，将一个外壳区段(如外壳区段14b)的窝16a的前面17与一个相邻的外壳区段(如外壳区段14b)的圆化的边缘25相对齐。球16b的圆化的边缘25被配置为引导窝16a插到球16b上。接着将窝16a的转动的内表面27推到球16b的转动的外表面29上。窝16a和/或球16b在窝16a平移到球16b上时可能偏转。一旦球16b的表面21抵靠在窝16a的内表面23上，这些外壳区段14就连接在一起，即相配对。尽管未示出，但是可以在该窝16a的转动的内表面27与该球16b的转动的外表面29之间的界面处提供一个O形环以限制污染物侵入到这些外壳区段14之中。该O形环是这种设计的一个任选部件并且可以省略。

尽管未示出，但是窝16a的转动的内表面27可以包括一个或多个开口、槽缝或切口以协助窝16a在它被推到球16b上时的偏转。此外，球16b的转动的外表面29也可以包括一个或多个开口、槽缝或切口以协助在窝16a被推到球16b上时球16b的偏转。

每个球窝节被配置为允许相邻的外壳区段14的转动。球16b的转动的外表面29能够在窝16a的转动的内表面27内转动。由该球窝节提供的转动能使管线10缠绕到一个卷轴上。

仍参见图2，窝16a的转动的内表面27的内径D1的大小被确定为紧密包裹球16b的转动的外表面29的外径D2。直径D1和D2的相对大小被定制为限制相配对的外壳区段14的不经意的分离，而同时允许相配对的外壳区段14的相对转动。这些表面21与23之间的最大空隙‘G’也被定制为允许相配对的外壳区段14的相对转动，同时限制这些外壳区段14之间的相互作用(例如间隙)。这些组装的外壳区段14之间的过度相互作用可能在将管线10缠绕到卷轴上时潜在地在管线10中产生一个薄弱点。作为举例，一个外壳区段14相对于一个相邻的外壳区段14的转动角度可以是例如约0.5至2.5度。这些球16b和窝16a的半径可以被改变为实现管线10的所希望的弯曲半径。

在这些外壳区段14的内表面与流体管道12的转动的表面之间可能存在一个空隙。该空隙的大小可以根据所示出的以及在此描述的发生改变，而不背离本发明的精神和范围。这些外壳区段14的内表面与流体管道12的转动的外表面之间的空隙足够大到允许这些外壳区段14的相对转动(如果管道12是半钢性的的话)并且允许流体管道12以及这些外壳区段14在某种程度上相对于彼此进行移动，并且足够小到当内部压力相对较高时支持并保持该流体管道12。

每个外壳区段的长度‘L’(见图2)可以是任何所希望的长度。作为举例，管线10的整个长度可以是一至三千米、或任何其他所希望的长度。每个外壳区段的长度‘L’对管线10的总弯曲半径会有影响。增大每个外壳区段的长度‘L’则增大了管线10的弯曲半径。每个外壳区段的长度‘L’可以进行定制以满足特定的弯曲半径。

每个外壳区段的外径‘D’(见图1)可以是例如约0.125英寸至10英寸、或任何其他所希望的直径。每个外壳区段的直径‘D’也对管线10的总弯曲半径会有影响。增大每个外壳区段的直径‘D’则增大了管线10的弯曲半径，并且反之亦然。每个外壳区段的壁厚可以是例如约0.1英寸至0.75英寸、或任何其他所希望的壁厚。

有几种方式将该铰接的外壳14组装到流体管道12上。作为举例，这些外壳区段14可以在管线10的制造过程中或者在容易得到流体管道12的一个自由端的任何时刻组装到流体管道12的一个自由端上。如果流体管道12已经被缠绕在一个卷轴上了，则将这些外壳区段14组装到一个卷绕的流体管道12上的一种方法如下：(i)组装一串外壳区段14并且将这些组装的外壳区段14缠绕在一个第二卷轴上，(ii)将该缠绕的流体管道的一个自由端送入几个外壳区段14中，并且(iii)将流体管道12从其卷轴上展开，从而使得流体管道12行进穿过这些组装的外壳区段14。一旦流体管道12已经行进穿过这些组装的外壳区段14，则形成了管线10。

如果因为任何原因，流体管道12的一个自由端是不容易触及的，那么由于这些外壳区段14的封闭的几何形状，一个外壳区段14没能够被组装到流体管道12上。由于至少这个原因，一个螺旋形外壳或多件式外壳区段在不容易触及的流体管道12的自由端的情况下可能是特别有用的。一种多件式外壳区段也可能对于用一个新的外壳区段替换一个受损的外壳区段14是特别有用的，而不是必须从管线10上去除所有组装的外壳区段14。

图3A描绘了根据本发明另一个示例性实施方案的一个管线60的区段的正视图，该管线包括一个被包裹在铰接外壳组件62中的流体管道12。铰接外壳组件62包括一系列互连的铰接的外壳区段64A-64C(全体被称为铰接的外壳区段64)。外壳区段64B的一部分被切除以透露出流体管道12的位置。管线区段60与图1和2中的管线区段10基本上相同，除了图3A的每个铰接外壳区段64是一个两件式组件之外。如同图1的这些外壳区段14a-14c，这些铰接的外壳区段64A-64C通过一系列球窝节而互锁，使得这些外壳区段64A-64C能够相对于彼此进行转动。

图3B描绘了沿线3B-3B获取的图3A的管线60的截面侧视图。每个外壳区段64包括两个部分66和68，这两个部分可释放地亦或永久地配对在一起。这些外壳区段部分66和68是基本上相同的。这些外壳区段部分66和68对应地包括一个半圆柱形的、转动的本体以及一个凸缘70和72。这些凸缘70和72具有被定位为在一个公共界面76处汇合的配对表面。如在图3A中最佳示出的，这些凸缘70和72沿这些外壳区段64的长度的一部分延伸从而不干扰该球窝节。凸缘70和72是外壳区段64的任选特征并且可以省略。

一个机械紧固件74(处于自攻机械螺钉的形式)与每个外壳区段64的凸缘70和72二者相接合而将外壳区段部分66与外壳区段部分68连接到一起。紧固件74与凸缘70和72中提供的孔洞(未明确示出)螺纹式接合。本领域的普通技术人员将认可，存在着众多的方式将外壳区段部分66和68安装或连接在一起。这些外壳区段部分66和68也可以通过夹子、接头、销钉、倒钩、挂钩、承窝、粘合剂、焊接、卡钉、铆钉、磁铁、螺栓、螺钉、或本领域的普通技术人员已知的任何其他的紧固用机构来配对在一起。尽管未示出，但可以在外壳区段部分66与68之间的界面76处提供一个环境垫片(environmental gasket)以限制污染物侵入管线60之中。

尽管未示出，但替代紧固件74，外壳区段部分66可以包括一个从凸缘70延伸的倒钩并且外壳区段部分68可以包括一个限定在凸缘72上的孔，该孔的大小被确定为接收外壳区段部分66的倒钩。使倒钩与该孔永久地亦或可释放地相配对使得外壳区段部分66与68相配对在一起。取决于这些部分66和68的壁厚、以及该倒钩和/或孔的大小，这些凸缘70和72可以省略。

每个两件式铰接外壳区段64可以通过该铰接外壳区段64的两件式安排在沿管道12长度的任一点被组装到流体管道12上。该外壳区段的这样一种实施方案在流体管道12已经被部署在场地中并且不容易触及的管道12的自由端的情况下是特别有利的。该两件式铰接外壳区段64对于用一个新的外壳区段64替换一个受损的外壳区段14(见图1)也是特别有用的，而不是必须从管线上去除所有组装的外壳区段14。

根据本发明的另一个在此未展示的示例性实施方案，代替图1至图3B中描绘的每个具有一个球以及一个窝二者的外壳区段的是，考虑了两种类型的外壳区段，由此一个外壳区段在其每个末端处具有一个球而另一外壳区段在此每个末端处具有一个窝。这些外壳区段类型可以沿该管路的长度进行交替，从而在每个界面处形成一个球窝节。

现在考虑管线10和60的部件的材料组成，在此披露的外壳区段可以由本领域的技术人员已知的任何金属的或聚合的材料组成，包括热塑性以及热固性材料。这些外壳区段可以由OXPEKK

C40C组成，它是由美国康涅狄格州恩菲尔德的Oxford Performance Materials Inc.制造的。作为非限制性实例，其他适合用于这些外壳区段的材料包括：聚醚醚酮(PEEK)以及聚醚酮酮(PEKK)、连同其他的聚芳基酮和聚芳基醚酮，它们对于升高的温度是足够刚性的、标称的(例如，PEKK的连续使用温度为500华氏度)并且是耐酸性亦或碱性化学品的。其他适当的工程热塑性塑料的说明性实例包括：聚苯硫醚类、聚苯醚类以及聚砜类。其他结构塑料像聚碳酸酯类、聚酰胺类、聚酯类或聚缩醛类例如对于侵蚀性较低的应用可能是有用的。适当的热固性材料包括环氧树脂和聚酯热固性树脂。该聚合物材料可以与本领域已知的任何添加剂掺混，例如填充剂类、增强剂类、稳定剂类、加工助剂类、以及类似物。这些外壳区段可以使用任何通常用于使材料成型的常规制作技术来进行制造，包括但不限于注入模制和压缩模制。

现在考虑流体管道12的材料组成，管道12任选地包括一个单层，该单层由纤维增强的OXPEKK

聚醚酮酮组成，它是由美国康涅狄格州恩菲尔德的Oxford Performance Materials Inc.制造的。作为非限制性实例，其他适合用于流体管道12的材料是：诸如聚二氟乙烯(PVDF，包括Kynar

PVDF)、聚烯烃(如聚丙烯)、以及聚酰胺(如聚酰胺11或12)的塑料。除了一种或多种塑料外，该管道可以包括一种或多种其他材料，如金属、玻璃或其他陶瓷材料、连同其他无机物(如无机微粒填充剂或碳纤维)，假如该管道保持足够柔性以允许该管线被部署在场地中的话。这些另外的材料(例如可以处于纤维、颗粒、金属丝、或毡片的形式)可以被包埋在或掺混到一种塑料基质中。流体管道12的材料可以进行定制以增强例如其结构完整性或静电耗散特性。流体管道12可以包括满足以下标准的任何材料：(i)适合于流体传输，(ii)足够柔性以供管线在场地中的简单部署，以及(iii)在增压时变得足够刚性。本领域的普通技术人员将认可，多种材料满足以上标准。

单层的流体管道可能是优选的，因为它们制造起来相对较便宜。可替代地，流体管道12可以根据具体应用而包括多于一个的层。例如，设想双层的流体管道为了用在管道外部的流体与在流体管道中行进的流体具有不同性质的一种管线上，这样使得没有一种单独的材料对这两种流体是不渗透的。例如，如果沿管道内部行进的流体是酸性的，而沿管道外部行进的流体是碱性的，则流体管道的内部层的材料将是耐酸的，而流体管道的外部层的材料将是耐碱的。在这样一个实例中，例如该双层流体管道的内部层可以由PVDF组成，而该双层的流体管道的外部层可以由聚烯烃组成。

还设想三层的流体管道为了用在管道外部的流体与在流体管道内部的流体具有不同性质的一种管线上，这样使得没有一种单独的材料对两种流体是不渗透的。该内层(即，夹在外部层与内部层之间的)可以在该管道的内部层和/或外部层需要整体附连的情况下用作一个系层。然而，对于其中需要将管线的弯曲半径维持在最小值的应用，一个三层的管道可能不是优选的，因为第三个层可能会降低该管线的柔性。其中一个三层的管道可能有利的其他情况是当需要一个内层作为复合液体(如可能穿透内部层和/或外部层的气体)的额外阻挡层的时候。此外，可以在该管道上施加一种例如由Kevlar

芳香族聚酰胺纤维构成的编带用于额外的保护。

虽然在此参照特定的实施方案对本发明进行了展示和说明，但无意将本发明限制于所示的细节。虽然在此披露的管线可能对于化学工艺和石油应用中的流体传输是特别有用的，但它们也可用于包括导线、管线、线缆或管道的任何其他应用。作为一个实例，这些铰接的外壳区段可以施加在电缆上以试图防止啮齿动物咀嚼、或以其他方式损坏该电缆。在本权利要求书的等效物的范围和程度之内并且不背离本发明的精神的情况下可以在细节上做出不同的修改。

Claims (3)

1.一种用于传输流体的铰接式管线组件，包括：

一个用于传输流体的流体管道；以及

一个被定位为包裹该流体管道的铰接外壳组件，其中该铰接外壳组件包括多个铰接外壳区段，每个铰接外壳区段包括一个球和一个窝二者，其中每个铰接外壳区段的球与一个相邻的铰接外壳区段的一个窝相接合而形成一个球窝节，并且每个铰接外壳区段的窝与一个相邻的铰接外壳区段的一个球相接合而形成一个球窝节，

其中每个铰接外壳区段被配置为相对于一个相邻的铰接外壳区段通过该球窝节进行转动。

2.一种用于传输流体的铰接式管线组件，包括：

一个用于传输流体的流体管道；以及

一个被定位为包裹该流体管道的铰接外壳组件，其中该铰接外壳组件包括多个铰接外壳区段，每个铰接外壳区段包括一个球和一个窝二者，其中每个铰接外壳区段的球与一个相邻的铰接外壳区段的一个窝相接合而形成一个球窝节，并且每个铰接外壳区段的窝与一个相邻的铰接外壳区段的一个球相接合而形成一个球窝节，

其中每个铰接外壳区段包括两个不连续的、可分离的部件，这些部件被配置为配对在一起。

3.一种用于传输流体的铰接式管线组件，包括：

一个用于传输流体的流体管道；以及

一个被定位为包裹该流体管道的铰接外壳组件，其中该铰接外壳组件包括至少两个连接在一起的铰接外壳区段，

该至少两个铰接外壳区段之一在其每个末端处包括一个球并且该至少两个铰接外壳区段的另一个在其每个末端处包括一个窝，

其中一个铰接外壳区段的球与一个相邻的铰接外壳区段的一个窝相接合而形成一个球窝节，并且一个铰接外壳区段的窝与一个相邻的铰接外壳区段的一个球相接合而形成一个球窝节，

其中每个铰接外壳区段被配置为相对于一个相邻的铰接外壳区段通过该球窝节进行转动。

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