CN102679055B - 张力软管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种张力软管，由内向外依次包括内胶层、骨架层和外胶层，其特征在于，所述骨架层包括纤维层和夹在所述纤维层中间的金属螺旋层，所述内胶层用以输送液体介质，且对所输送的所述液体介质具有抗耐性、密封性；所述骨架层为所述张力软管的支撑结构，承受所述张力软管的工作压力和张力；所述外胶层保护所述骨架层，对所述张力软管工作环境的损害具有抗耐性。通过本发明提供的张力软管，使得张力软管的抗拉和抗张力性能明显改善，省去了传统张力软管在工作过程中的辅助支撑装置，大大简化了液货补给装置的结构，节约生产成本，使用更加方便。

Description

张力软管

技术领域

本发明一般涉及航行横向补给领域，具体而言，涉及到航行横向补给中使用的一种高强度张力软管。

背景技术

自十九世纪末航行补给出现以来，海上航行补给经历了从单一液货补给到综合补给，从纵向补给到横向、垂直补给的多次重大改进。1944年发明了跨索法横向加油、1953年研制出了平衡重锤张力补偿装置、1957年确立了综合补给思想，随即出现了自动传送补给系统(FAST)，上世纪70年代中期，开始采用FAST系统的改进系统-标准横向补给装置(STREAM)，90年代以来，围绕着进一步提高补给海况和补给速度、减少作业人员等需求，发达国家海军又开展了张力软管法补给装置、航行自动对接装置等新型补给装备研究。

美法海军研制的新一代张力软管海上补给系统，由200英尺(61m)2.5英寸(63mm)张力软管、液压泵、电动机和控制系统组成，取消了原来的补给柱和跨索，可明显减少设备重量和所占空间。海上试验表明，接收船只需3人负责牵引张力绞车释放的跨海合成索具，节省了大量人力。

采用张力软管法进行海上补给作业对软管的强度有很高的要求，由于省去了传统液货补给装置的补给柱和跨索，要求软管在没有辅助支撑装置的情况下，能够保持自身形状和结构，完成液货的传输和补给；由于海上补给作业环境恶劣，海水的腐蚀，使得软管的性能和使用寿命大打折扣；在补给作业时，由于海况的变化，补给船和接收船之间的距离会发生很大的变化，这就要求补给船和接收船之间保持较远的距离，对软管的强度和自身形状的维持要求较高；同时，在补给过程中，由于海况变化，补给船和接收船之间的距离突然变大并超过软管的长度时，会使补给船和接收船发生相互拖拽，发生危险。

因此，本发明的主要目的，即在于提供一种新型的张力软管，能够大大提高软管的抗拉、抗压强度，不需要跨索仍能保持完整的工作形状；提高软管的抗腐蚀性能，延长软管的使用寿命，并使得在发生紧急情况时，补给船和接收船能够迅速解脱连接。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种张力软管，由内向外依次包括内胶层1、骨架层和外胶层3，其特征在于，所述骨架层2包括纤维层21和夹在所述纤维层21中间的金属螺旋层22，所述内胶层1用以输送液体介质，且对所输送的所述液体介质具有抗耐性、密封性；所述骨架层2为所述张力软管的支撑结构，承受所述张力软管的工作压力和张力，其中，所述内胶层1和所述纤维层21连接，保证由弹性体制成的所述内胶层1到刚性体结构的所述纤维层21和所述金属螺旋层22的无缝过渡与粘结，使成所述张力软管为结构完整的统一体，所述纤维层21采用纤维材料制成，承受轴向拉力，具抗拉和抗张作用，所述金属螺旋层22采用螺旋钢丝作支撑，承受径向压力，保证所述张力软管的管体在正负压的条件下管径的变化都在设计范围内；所述外胶层3保护所述骨架层，对所述张力软管工作环境的损害具有抗耐性。

在上述技术方案中，优选地，在所述张力软管的端部还设置有管接头4，所述管接头4包括相扣合的接头管芯41和接头管套42，所述接头管芯41外表面采用短长度锯齿状密封锁紧工作面，所述锯齿的短边411与所述接头管芯41的轴线垂直，所述锯齿的斜边412与所述接头管芯41的轴线夹角为锐角，所述接头管套42采用数段内外壁带凸筋421的结构，当所述接头管套42扣合后，扣压所产生的径向压缩力使所述张力软管管体的所述内胶层3、外胶层1和纤维层21被分段挤压成波浪形，使所述管接头4获得抗拉脱力和密封性能。

在上述技术方案中，优选地，所述锯齿顶端的平面与所述锯齿的短边411所形成的夹角为光滑的圆角，便于消除所述张力软管表面的应力集中点，提高所述张力软管的疲劳寿命。

在上述技术方案中，优选地，所述纤维层21采用0.8mm厚的TC 300型纤维材料制成。

在上述技术方案中，优选地，在所述张力软管的输出端还设置有环形拉缆5和补给软管6，所述环形拉缆5用于固定所述张力软管的所述输出端，所述补给软管6用于与接收装置相连接。

在上述技术方案中，优选地，按公式1计算所述张力软管的耐压强度：

P_爆＝2iK_B/D_计+4iK_B/D_计    (1)

式中P_爆-胶管耐压强度，kgf/cm²

i-夹布层数

K_b-胶布强度，kgf/cm

D_计1-计算直径，cm

D_计2-计算直径，cm。

在上述技术方案中，优选地，按公式2计算所述张力软管的轴向最大抗拉力：

P_轴破＝iK_bπD_计+iP_压πD_计/4    (2)

式中P_轴破-胶管耐压强度，kgf

i-夹布层数

K_b-胶布强度，kg/cm

D_计1-计算直径，cm

D_计2-计算直径，cm

P_压-工作压力，kgf/cm²。

在上述技术方案中，优选地，在所述张力软管的两端固定处还设置有拉脱装置，所述拉脱装置在所述张力软管的张力大于其设计值时拉断，以保证作业的安全。

在上述技术方案中，优选地，所述拉脱装置包括六根拉杆7，每根拉杆承受的拉力为F＝8.25kN-10kN，所述拉杆7的材料选用45号钢，并进行回火处理，然后进行镀铬处理，其σb为600MPa。

在上述技术方案中，优选地，所述张力软管通过软管联接法兰81、过渡管道法兰82、阳端联接弯头83和所述拉杆7与输出装置和输入装置相连接，所述张力软管的一端通过所述软管联接法兰81与所述输出装置的软管卷筒体上的内管道法兰相连接，另一端通过所述软管联接法兰81和所述过渡管道法兰82与所述阳端联接弯头83连接，所述过渡管道法兰82和所述阳端联接弯头83之间采用所述拉杆7连接，所述阳端联接弯头83与所述输入装置的补给口对接。

根据上述技术方案提供的张力软管，可以有效地节约补给作业时间、减少作业人员、提高货物传输能力、避免船碰撞事故的发生，保证补给作业安全进行。

附图说明

图1是根据本发明所述张力软管一实施例的结构示意图；

图2是图1所示A部的放大示意图；

图3是图1所示B部的放大示意图；

图4是图1中接头管芯的结构示意图；

图5是图1中接头管套的结构示意图；

图6是根据本发明所述软管与连接装置组成的连接组件的示意图；

图7是根据本发明所述张力软管展开过程的示意图。

具体实施方式

下面参考附图说明本发明的具体实施方式。

图1是根据本发明所述张力软管一实施例的结构示意图；图2是图1所示A部的放大示意图；图3是图1所示B部的放大示意图。

如图1至图3所示，本发明提供了一种张力软管，由内向外依次包括内胶层1、骨架层和外胶层3，其特征在于，所述骨架层包括纤维层21和夹在所述纤维层21中间的金属螺旋层22，所述内胶层1用以输送液体介质，且对所输送的所述液体介质具有抗耐性、密封性；所述骨架层2为所述张力软管的支撑结构，承受所述张力软管的工作压力和张力，其中，所述内胶层1和所述纤维层21连接，保证由弹性体制成的所述内胶层1到刚性体结构的所述纤维层21和所述金属螺旋层22的无缝过渡与粘结，使成所述张力软管为结构完整的统一体，所述纤维层21采用纤维材料制成，承受轴向拉力，具抗拉和抗张作用，所述金属螺旋层22采用螺旋钢丝作支撑，承受径向压力，保证所述张力软管的管体在正负压的条件下管径的变化都在设计范围内；所述外胶层3保护所述骨架层，对所述张力软管工作环境的损害具有抗耐性。

优选地，所述纤维层21采用0.8mm厚的TC 300型纤维材料制成。

本发明提供的张力软管采用多种纤维材料和钢丝缠绕增强结构，由内胶层1、骨架层、外胶层3等组成。

内胶层1：输送液体介质(如船用的油料、工作人员的饮用水等)，对所输送的介质具有抗耐性、密封性。

骨架层：支撑软管的结构，承受工作压力、张力。由纤维层21、金属螺旋层22(在张力软管的生产过程中可以根据具体的强度要求增减纤维层的数目或添加需要的功能纤维层)构成。内胶层保证由弹性体的橡胶到刚性体结构的高强纤维和金属丝的无缝过渡与粘结，使之成为结构完整的统一体，提高产品的整体性能；纤维层21采用0.8mm厚的TC 300型(6×8)纤维材料承受轴向拉力，具抗拉和抗张作用；金属螺旋层22采用螺旋钢丝作支撑，承受径向压力，保证管体在正负压的条件下胶管的通径变化都在控制范围内。

外胶层3：保护骨架层，对软管工作环境等损害具有抗耐性。这在航行横向补给中有很重要的作用，因海况较复杂，软管工作环境恶劣，如没有外胶层3，软管将很快被海水腐蚀、风化，出现老化现象，影响张力软管的使用寿命。

制作所述张力软管所采取的工艺路线为：内径压出-套管-内胶布层-缠绕螺旋钢丝-中胶-外胶布层-外胶片-缠水布-硫化-解水布-脱芯-试压-转序。

优选地，，按公式1计算所述张力软管的耐压强度：

P_爆＝2iK_B/D_计1+4iK_B/D_计2    (1)

式中P_爆-胶管耐压强度，kgf/cm²

i-夹布层数

K_b-胶布强度，kgf/cm

D_计1-计算直径，cm

D_计2-计算直径，cm。

按公式2计算所述张力软管的轴向最大抗拉力：

P_轴破＝iK_bπD_计1+iP_压πD_计2/4     (2)

式中P_轴破-胶管耐压强度，kgf

i-夹布层数

K_b-胶布强度，kgf/cm

D_计1-计算直径，cm

D_计2-计算直径，cm

P_压-工作压力，kgf/cm²。

下面举例说明张力软管输油时的张力计算：

补给作业时站到站的距离为35m-45m，允许的补给站错位角最大30，不考虑站的高度差，则软管的最大放出长度为：

L＝45/cos30°＝52.0m

即软管的放出长度为35m至52m。

软管垂度按2m至3m选取，张重比系数k分别取2.5和3.5，计算结果如表1所示。补偿时，当软管张力小于该放出长度时的3m垂度张力值时收软管，当软管张力大于该放出长度时的2m垂度张力值时放软管。如当软管放出长度为45m(进行检测)时，当软管张力小于9866N时收软管，当软管张力大于13812N时放软管。

表1：不同长度下补给时软管所受张力分析

软管在补给作业过程中受到的最大张力约为T＝16.0kN。

本发明的提供的张力软管，由于在骨架层加入了纤维层21和金属螺旋层22，使得张力软管的抗拉和抗张力性能明显改善，省去了传统张力软管在工作过程中的辅助支撑装置，大大简化了液货补给装置的结构，节约生产成本，使用更加方便。

图4是图1中接头管芯的结构示意图；图5是图1中接头管套的结构示意图。

如图3、图4和图5所示，在所述张力软管的端部还设置有管接头4(见图7)，所述管接头4包括相扣合的接头管芯41和接头管套42，所述接头管芯41外表面采用短长度锯齿状密封锁紧工作面，所述锯齿的短边411与所述接头管芯41的轴线垂直，所述锯齿的斜边412与所述接头管芯41的轴线夹角为锐角，所述接头管套42采用数段内外壁带凸筋421的结构，当所述接头管套42扣合后，扣压所产生的径向压缩力使所述张力软管管体的内外胶层3、1和纤维层21被分段挤压成波浪形，使所述管接头获得抗拉脱力和密封性能。

进一步，所述锯齿顶端的平面与所述锯齿的短边411所形成的夹角为光滑的圆角，便于消除所述张力软管表面的应力集中点，提高所述张力软管的疲劳寿命。

软管接头4采用扣压式的设计，接头管芯41外表面采用短长度锯齿状密封锁紧工作面，如图4所示，锯齿的短边411与接头管芯41的轴线垂直，斜边412与轴线夹角为一定角度的锐角，锯齿顶端平面与锯齿短边所形成的夹角为光滑的圆角，有利于消除软管表面的应力集中点，提高软管的疲劳寿命。接头管套42采用数段内外壁带凸筋421的几何尺寸设计，如图4所示。管套42被扣压后产生的径向压缩力使管体的内外胶层和纤维层分段被挤压成波浪形，从而使软管接头获得较大的抗拉脱力和密封性能。

图6是根据本发明所述软管与连接装置组成的连接组件的示意图。

如图6所示，所述张力软管通过软管联接法兰81、过渡管道法兰82、阳端联接弯头83和所述拉杆7与输出装置和输入装置相连接，所述张力软管的一端通过所述软管联接法兰81与所述输出装置的软管卷筒体上的内管道法兰相连接，另一端通过所述软管联接法兰81和所述过渡管道法兰82与所述阳端联接弯头83连接，所述过渡管道法兰82和所述阳端联接弯头83之间采用所述拉杆7连接，所述阳端联接弯头83与所述输入装置的补给口对接。

优选地，在所述张力软管的两端固定处还设置有拉脱装置，所述拉脱装置在所述张力软管的张力大于其设计值时拉断，以保证作业的安全。

进一步，所述拉脱装置包括六根拉杆7，每根拉杆承受的拉力为F＝8.25kN至10kN，所述拉杆7的材料选用45号钢，并进行回火处理，然后进行镀铬处理，其σb为600MPa。

拉脱装置是保证系统作业安全的部件，如软管的破断力为不小于45kN，软管接头的拉脱力也为不小于45kN，为了保证设备的安全性，拉脱装置的拉脱力应不大于45kN。补给作业过程中软管受到的最大拉力约16.0kN，为了保证作业可靠性，取两倍安全系数，则拉脱力应不小于32kN，综合考虑取拉脱力为33kN-40kN，极限情况允许32kN-45kN。结构采用拉杆式，用六根拉杆7，拉脱力为33kN-40kN，每根拉杆7承受的拉力为F＝8.25kN-10kN。拉杆的材料选用45号钢，并进行回火处理，然后进行镀铬处理，其σb＝600MPa。

根据公式3：

$d=\sqrt{\frac{1.3F}{{\mathrm{\σ}}_b}}---\left(3\right)$

其中，d为拉杆的直径；

F为拉杆所受的拉力；

σb为材料的疲劳极限。

计算，拉杆直径d的范围应为4.23mm至4.65mm。

选取d＝4.50mm的拉杆(该尺寸在试制过程中根据试验情况进行适当调整)。

图7是根据本发明所述张力软管展开过程的示意图。

如图7所示，在所述张力软管10的输出端还设置有环形拉缆5和补给软管6，所述环形拉缆5用于固定所述张力软管的所述输出端，所述补给软管6用于与接收装置相连接。

补给船30和接收船40进入补给阵位后，补给船向接收船发射引缆，如果接收船40装备有引缆绞车，可通过引缆绞车牵引牵引缆，软管绞车释放软管，将补给软管牵引到接收船40上，并将环形拉缆5挂接在航行横向液货接收柱的接收头的安全脱钩上，将补给短管6和接收口对接，完成系统展开，并将系统转换为自动状态。展开时，通过软管收放速度控制软管的垂度，保证软管不落入海中。

根据本发明的张力软管，可以实现：

1、省去了高架索等软管的辅助支撑装置，简化了液货补给装置的结构，节约成本。

2、由于改进了软管的骨架层，在骨架层中添加纤维层和金属螺旋层，使得软管的抗拉抗压强度得到了极大的提高，大大提高了软管的结构强度，更加便于实施航行横向液货补给作业。

3、设计正确、工艺合理，能够满足海军海上航行横向油水补给的要求。

4、张力软管的结构简单，制作方便，操作简便、工作可靠。

本领域的技术人员应当理解，上述实施例仅为本发明的优选实施例，本发明还可以采用其他的方式进行实施，凡是根据本发明的精神所作的改进、替换均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种张力软管，由内向外依次包括内胶层(1)、骨架层和外胶层(3)，其特征在于，所述骨架层包括纤维层(21)和夹在所述纤维层(21)中间的金属螺旋层(22)，所述内层胶(1)用以输送液体介质，且对所输送的所述液体介质具有抗耐性、密封性；所述骨架层(2)为所述张力软管的支撑结构，承受所述张力软管的工作压力和张力，其中，所述内胶层(1)和所述纤维层(21)连接，保证由弹性体制成的所述内胶层(1)到刚性体结构的所述纤维层(21)和所述金属螺旋层(23)的无缝过渡与粘结，使成所述张力软管为结构完整的统一体，所述纤维层(21)采用纤维材料制成，承受轴向拉力，具抗拉和抗张作用，所述金属螺旋层(22)采用螺旋钢丝作支撑，承受径向压力，保证所述张力软管的管体在正负压的条件下管径的变化都在设计范围内；所述外胶层(3)保护所述骨架层(2)，对所述张力软管工作环境的损害具有抗耐性；在所述张力软管的两端固定处还设置有拉脱装置，所述拉脱装置在所述张力软管的张力大于其设计值时拉断，以保证作业的安全。 

2.根据权利要求1所述的张力软管，其特征在于，在所述张力软管的端部还设置有管接头(4)，所述管接头(4)包括相扣合的接头管芯(41)和接头管套(42)，所述接头管芯(41)外表面采用短长度锯齿状密封锁紧工作面，所述锯齿的短边(411)与所述接头管芯(41)的轴线垂直，所述锯齿的斜边(412)与所述接头管芯(41)的轴线夹角为锐角，所述接头管套(42)采用数段内外壁带凸筋(421)的结构，当所述接头管套(42)扣合后，扣压所产生的径向压缩力使所述张力软管管体的所述内胶层(1 )、外胶层(3 )和纤维层(21)被分段挤压成波浪形，使所述管接头(4)获得抗拉脱力和密封性能。 

3.根据权利要求2所述的张力软管，其特征在于，所述锯齿顶 端的平面与所述锯齿的短边(411)所形成的夹角为光滑的圆角，便于消除所述张力软管表面的应力集中点，提高所述张力软管的疲劳寿命。