CN102996922A - 加固型软管 - Google Patents

Abstract

一种软管，包括：a.第一夹紧构件；b.覆于所述第一夹紧构件上的柔性材料第一管体，所述第一管体包括覆于所述管体上的第一加固层、覆于所述第一加固层上的密封层、覆于所述密封层上的第二加固层；c.覆于所述第二加固层上的第二夹紧构件；d.围绕所述第二夹紧构件布置的柔性材料第二管体；以及e.覆于所述第二管体上的第三夹紧构件。本发明还提供一种制造软管的方法。

Description

加固型软管

本发明是申请日为2007年8月10日、申请号为200780037802.8（PCT/GB2007/003059）的中国发明专利“加固型软管”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种软管，特别是一种可以在低温条件下使用的软管。本发明尤其与具有改进的耐压强度的软管有关。

软管的典型应用包括在压力下从流体储存器中抽运流体。例如包括供给民用取暖油或者液化石油气(LPG)到锅炉中；从固定或浮式生产平台运送油田生产的液体和/或气体到船舶货舱，或者从船舶货舱到岸基存储单元；尤其是在一级方程式比赛的加油期间，传送燃料到跑车上；和运送腐蚀性流体，如硫酸。

背景技术

使用软管在低温下运输流体，如液化气是众所周知的。这样的软管通常用于运输液化气如液化天然气(LNG)和液化石油气(LPG)。

为了使软管具有足够的柔韧性，在任何特定长度上必须至少部分地由柔性材料构造，即非刚性材料。

本发明针对的是复合软管。

复合软管的结构一般包括位于内部和外部螺旋绕组护线之间的柔性材料管体。上述两线通常以相同的节距缠绕，但是上述绕组彼此间隔半个节距的宽度。管体典型地包括内部和具有中间密封层的外部层。内部和外部层为结构提供强度以运送在其中的流体。通常，管体的内部和外部层包括由聚酯形成的织物层如聚对苯二甲酸乙二醇酯。中间密封层提供密封以阻止流体渗透出软管，并且典型地为聚合物薄膜。

护线典型地在压力下施加在管体内部和外部表面周围。护线主要用于保持管体的几何形状。此外，外部线可用于抑制软管在高压下的过度周向变形。外部线以及特别是内部线也可用于抵抗对软管的碾压。

这种一般类型的软管在欧洲公开号为0076540A1的专利中有描述。在上述专利说明书中描述的软管包括双向拉伸聚丙烯的中间层，所述中间层用于提高软管抵抗由于反复弯曲引起的疲劳的能力。

另一软管在GB-2223817A中有描述。上述专利中描述的软管是复合软管，它包括内螺旋金属核，多层塑料材料纤维和薄膜缠绕在该核上，至少一层玻璃布和至少一层铝箔彼此邻近并且缠绕在塑料材料上，和外部螺旋金属线圈架。此软管适于运输易燃的燃料和油。

另一软管在GB-1034956A中有描述。

本发明尤其适用于在我们较早的出版为WO01/96772，WO04/044472和WO04/079248的专利中所描述的软管。我们已经对在此应用中描述过的软管进行了进一步的改进。本发明特别是与改进复合软管的耐压强度有关。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种软管，其包括设置于内部和外部夹紧构件之间的柔性材料管体，其中，软管进一步包括具有相反纵边缘的细长构件，所述细长构件螺旋地缠绕在管体周围，使得所述层的相反纵边缘处于相邻或搭接形式，其中每个纵边缘包括能够与相反的纵边缘上的配合结构相咬合的结构，其中，所述细长构件配有至少一个加固构件，所述加固构件沿着细长构件的纵向轴线延伸。

所述或每个加固构件起到改进软管耐压强度的作用。这起到了保护软管不受操作或碰撞损害。另外，如果细长构件被设置成具有密封层，所述或每个加固层的存在使得软管能够在高于使用传统复合软管所可能承受的流体静压下工作。

优选地，加固构件是由比细长构件的材料更坚硬的柔性材料制成。

加固构件的材料硬度可以是金属材料比如弹性模量为，例如，200,000Mpa的不锈钢的硬度；或是弹性模量为，例如，70,000Mpa的铝的硬度；或是复合加强纤维比如在环氧树脂或热塑性聚合物的基体中的碳、玻璃、或聚合物，比如芳族聚酰胺或超高分子量聚乙烯；或金属与橡胶层的叠层。复合弹性模量将取决于加强纤维和基体的弹性模量和定向以及两种成分的体积含量。弹性模量的宽度范围可期望在50,000Mpa至150,000Mpa的范围内，这取决于加固构件的复合结构。所述用于加固构件的弹性模量高于适用于细长构件的材料的弹性模量，适用于细长构件的材料比如是弹性模量为3,000Mpa的聚氯乙烯，弹性模量为200到1,000Mpa的聚烯烃如聚乙烯，弹性模量为70到700Mpa的聚氨酯，或弹性模量为10到100Mpa的橡胶。

因此，优选地，加固构件具有从大约20,000Mpa到250,000Mpa的弹性模量，更优选地，从大约30,000Mpa到大约225,000Mpa，还更优选地，从大约50,000Mpa到大约200,000Mpa的弹性模量。细长构件的弹性模量（也就是，不包含加固构件的任何效果在内）优选地从大约5Mpa到大约5,000Mpa，更优选从大约10Mpa到大约3,000Mpa。

我们优选加固构件的弹性模量是细长构件弹性模量的至少10倍，更优选是细长构件弹性模量的至少15倍。在优选的实施例中，加固构件的弹性模量是细长构件弹性模量的至少50倍。

加固构件的柔性是它的性能和尺寸大小的结合。加固构件的横截面面积优选地小于细长构件横截面面积的一半，更优选地小于它的四分之一，最优选地小于它的十分之一。

所述或每个加固构件可以是配备在细长构件内部或贴附到其表面的杆或管。每个杆或管可以是金属材料的，比如钢，或者是复合材料的。所述或每个加固构件可具有任意适当的横截面形状，比如圆形，椭圆形，正方形或长方形。所述或每个加固构件可以是实心的或管状的(也就是具有沿着加固构件的长度延伸的内孔)。

细长构件在不妨碍软管所需的柔性的情况下限制了弯曲半径。这一层还为软管提供力学的保护。因此，细长构件可被认为是为软管提供了保护层。当细长构件包括最外层时，细长构件还可被认为是为软管提供覆盖层。

这些匝的相互咬合使得几何形状的变化平均地分配在软管长度上。优选地，相互咬合的结构被设置成能提供连续的密封，从而使得所述层能够防水。

相互咬合的结构有可能沿着纵边缘间隔设置，但优选地它们沿着各自的边缘基本上连续地延伸。在一实施例中，相互咬合的结构是基本上在一条纵边缘上连续，并沿着另一条纵边缘间隔设置。

优选地，细长构件是由能通过例如挤压成型加工成条带的材料制成。合适的可挤压材料包括热塑性材料，比如聚氯乙烯或聚烯烃(例如聚乙烯)。聚氨酯可作为可选方式使用。

在一实施例中，在一条纵边缘上的相互咬合的结构与相反纵边缘上相互咬合的结构相结合以防止结构滑脱彼此之间的咬合。例如，结合可通过超声焊接，化学溶剂粘合(也就是使用溶剂与细长构件的材料形成起反应的粘合)达到。对化学溶剂的选择取决于细长元件构造的材料。适合PVC的粘合剂的例子有Stelmax Flexible PVC溶剂接合剂(Stelmax Flexible PVC Solvent Cement)，Bostik PVC焊接接合剂M5417(Bostik PVC Weld Cement M5417)和Bondloc PVC焊接接合剂S1800(Bondloc PVC Weld Cement S1800)。适合聚氨酯和热塑性塑料的粘合剂的例子有Bondloc S 1400,和环氧树脂粘合剂(Aralditeadhesives)，比如Araldite 2018及Araldite 2026。

在另一实施例中，相互咬合的结构被设置成使得结构彼此互锁，进而防止结构滑脱彼此之间的咬合。在该实施例中，相互咬合包括互锁的结构。

优选地，每个相互咬合的结构包含沿边缘设置的、形状能与其它结构相互咬合的轮廓。

特别优选地，所述轮廓能够使得包缠在边缘上的结构在细长构件围绕管体缠绕时能被推入与已经在管体上放好的相反边缘的结构咬合的状态。

如上所述，在一实施例中，结构可用粘合剂结合在一起。

在另一个实施例中，每个相互咬合的结构被设置成与相反纵边缘的相互咬合的结构压配合或搭扣配合。每个纵边缘互锁的结构可包括保持构件，保持构件适于与相反纵边缘的互锁结构上的保持构件配合，由此互锁的结构由保持构件以互锁关系保持住。

优选地，互锁结构是C形，而相反边缘部分上的结构定向在相反的方向上，由此C形结构可在细长构件缠绕管体时互锁。优选地，保持构件包括设置在C形构件一端或附近的指向内部的凸缘。

优选地，细长构件包括至少一个位于其中的室，室含有密度低于细长构件其余部分的材料，比如泡沫材料或多孔聚合物。所述或每个室可仅含有流体，流体优选为气体，如空气。

在一个实施例中，所述室是纵向延伸的室。可在细长构件的长度上间隔设置多个室，或者，可选地，所述室可基本上沿着细长构件的长度延伸。所述室起到改进软管浮力的作用。所述室还起到了改进软管的隔热能力。多于一个的纵向室有可能被设置在软管的相同长度上。例如，特别优选的是具有两个都沿着软管的基本上整个长度纵向延伸的相邻室的结构。

所述或每个室可具有任意期望的形状，但优选的形状是圆柱形。

在一实施例中，所述或每个浮力室优选包括多个封闭室，它们被设置成在细长构件内部形成海棉状结构的样子。具有这种结构的结构帮助防止整个室在部分细长构件破裂的情况下发生溢流。

优选地，所述或每个浮力室具有基本上等于夹紧构件0.5到5个节距的长度，优选为基本1到2个节距的长度。

由所述室占据的总体积优选超过细长构件所占据的总体积的50％。

如上所述，一个或多个加固构件可被贴附在细长构件的表面，或部分或整体地放置在细长构件内部。当配有一个以上的加固构件时，一个或多个加固构件可被贴附在细长构件的表面，并且一个或多个加固构件可被部分或整体地放置在细长构件内部。

一个或多个加固构件可被部分或完全地封闭在细长构件的材料内部，从而细长构件的材料与所述或每个加固构件紧密接触。可选地，或额外地，如果细长构件配有上述的室，一个或多个加固构件可被配置在所述室内部。

根据本发明的软管的一个优点是细长元件可根据特定的应用进行剪裁。对于将要应用在空气中作为低温管道的软管来说，(厚度)相对较细的层是最理想的。对于在液体中，比如在海上的运用，需要的是相当多的浮力和抗挠刚度，并且浮力室和相互咬合机构都会更多。

本发明的另一个优点是软管可包括两个独立的密封层，特别是管体的密封层和由细长构件提供的密封层。这在软管主体内部提供了密封体积，可监视该密封体积以用于确定软管中的泄漏。

在一个优选的实施例中，细长构件具有比纵边缘之间的距离更大的厚度。

细长构件可位于管体和外部夹紧构件之间，但优选地，管体围绕外部夹紧构件。

细长构件为软管提供许多好处。它让软管具有改进的耐压强度，并且容易改装到现有的软管上。它对于连续的管状层(也就是被用作套子的层而不是通过包缠而应用的层)会经受到的应变局部化不灵敏。有了管状护套就难以产生均匀的壁厚；并且应变都发生在弱点而非在软管长度上均匀分布。浮力室的内含物改进了软管的浮力，还改进了它的热塑性。

在优选实施例中，内部和/或外部夹紧构件具有适于减小软管的摩擦因子的横截面形状。特别优选地，轮廓包括椭圆形横截面形状或半圆形横截面形状，对齐以对所述流体提供最小的阻力。

上述根据本发明方面的软管还可具有一个或多个已经在WO01/96772中描述过的软管特征。这些将在下面进行更详细的描述。

优选地，软管进一步包括当管体受到轴向拉力时适于减少管体变形的轴向加强装置，并且当轴向加强装置受到轴向拉力时，所述轴向加强装置进一步适于施加向内的径向作用力到管体的至少一部分上。优选地，管体和轴向加强装置的破坏应力在1-10%范围内。更优选地，在环境温度和低温下破坏应力超过5%。此外，管体的材料和轴向加强装置是最好兼容的以便于在操作中它们以相似的方式完成，以便于没有单个元件受到过度的应力和应变。这意味着管体和轴向加强装置的材料以相似的方式应对应变。对于本发明主要设想的上述软管应用的类型来说，一般需要至少3%的弯曲应变(对于圆筒形元件)。然而，中间层滑动和螺旋型定位元件的矫直将会造成这种滑动，仍然存在1%量级的合成应变作用于软管壁的结构元件。这可与对金属而言0.2%的典型屈服应力相比。

优选地，轴向加强装置由非金属材料制成，尤其是塑料材料-合适的材料以下将详细介绍。因为金属材料不大可能具有期望的应变特性。

优选地，管体和轴向加强装置包括相同的材料，最优选地为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，以下将进一步详细描述。

优选地，管体包括至少一层加固层和至少一层密封层。更优选的是有至少两层加固层，在它们之间夹入密封层。在优选实施例中，加固层和密封层围绕内部夹紧构件包缠。

优选地，在外部夹紧构件和轴向加强装置之间设置又一加固层。

加固层的极限强度优选为对于8”(200mm)直径的软管为100到700KN之间。优选地加固层的失效弯曲应变范围为2%到15%。理想地，另外的加固层与轴向加强装置的材料相同，最优选地为UHMWPE。

优选地，轴向加强装置包括管状的由薄片材料形成的大致管状护套，以便于所述护套可以在受到轴向拉力时保持其管体形状的完整性。软管可以具有两个或多个管状护套以进一步提高软管处于轴向拉力下的性能。

优选地，轴向加强装置设置为大致管状织带(braid)的形式。在此说明书中术语“织带”涉及由两种或多种纤维或者纱线相互缠绕以形成细长结构的材料。织带的特征之一为当受到轴向拉力时可以伸长。织带的另一特征为当设置为管状形式并且受到轴向拉力时其直径会减小。因而通过设置环绕管体或者在管体内的管状织带，当受到轴向拉力时，所述织带将在管体的至少一部分上施加向内的径向力。

优选地，整个管状护套设置为织带的形式。但是，只在管状护套的一个或多个部分长度上设置织带是可能的。

同样优选地，织带以任意方式环绕管状护套的圆周延伸。但是，只在管状护套的部分圆周上设置织带是可能的。

织带可以为双轴形式(即织带只由两相互缠绕的纤维或者纱线形成)或者三轴形式(即还存在纵向延伸的纤维或者纱线，以增加轴向强度)。

尽管优选地是以织带的形式设置轴向加强装置，也可以以能够满足上述功能要求的其它形式设置。因而，轴向加强装置可以为环绕管体螺旋缠绕的线或者绳的合适布置。

软管结构的材料应该选择为使软管能够在其预期的环境中使用。因而，需要软管能够运送压力流体而不使流体透过软管壁泄露。还需要软管能够经受住重复弯曲，和经受住由软管和流体重量结合引起的轴向应力。此外，如果软管被期望用于运送低温流体，其材料应该能够在极冷的温度下工作而性能不会明显降低。

加固层或者每一加固层主要用于经受在传送流体期间软管受到的周向应力。因而，任何符合柔性程度要求和能够经受住必要应力的加固层都是能满足要求的。此外，如果软管用于传送低温流体，那么所述或每个加固层必须能够经受住低温环境。

优选地，所述或每个加固层由以螺旋方式缠绕成管状的薄片材料形成。也就是说当施加轴向力想拉开缠绕部分时，所述或每个加固层对于轴向拉力不具有很多阻力。所述或每个加固层可以包括薄片材料的一个单一连续层，或者可以包括薄片材料的两个或更多单一连续层。但是，更通常地(取决于软管的长度)，薄片材料的所述或每层可由沿软管长度设置的多个独立长度的薄片材料形成。

在优选实施方式中，每一加固层包括织物，更优选地为机织物(woven fabric)。所述或每个加固层可以是天然或合成材料。所述或每个加固层适于由合成聚合物如聚酯，聚酰胺或聚烯烃形成。合成聚合物可以是形成织物的纤维或者纱线。

当所述或每个加固层包括聚酯时，优选地为聚对苯二甲酸乙二酯。

当所述或每个加固层包括聚酰胺时，它可以是脂肪族聚酰胺(aliphatic polyamide)，如尼龙，或者可以是芳香族聚酰胺，如芳纶化合物。例如，所述或每个加固层可以是聚对苯二甲酰对苯二胺(poly-(p-phenyleneterephthalamide))，如KEVLAR(注册商标)。

当所述或每个加固层包括聚烯烃时，它可以是聚乙烯，聚丙烯或聚丁烯均聚物，或共聚物或三聚物，优选地为单轴向或双向定位。更优选地，聚烯烃是聚乙烯，并且最优选地聚乙烯是高分子量聚乙烯，尤其是UHMWPE。

本发明中使用的UHMWPE一般具有的平均分子量是400,000以上，典型地为800,000以上，通常是1,000,000以上。平均分子量通常不超过大约15,000,000。UHMWPE优选地以分子量从大约1,000,000到6,000,000为特征。UHMWPE在本发明中最有用的是高定向和可以通常在一个方向上拉伸至少2-5次和在另一方向上至少10-15次。

UHMWPE在本发明中最有用的是具有大于80%的平行定位，更通常地为大于90%，优选地为大于95%。结晶度一般大于50%，更通常地为大于70%。85-90%的结晶度是可能的。

UHMWPE在例如下述专利文献中有描述，US-A-4344908，US-A-4411845，US-A-4422993，US-A-4430383，US-A-4436689，EP-A-183285，EP-A-0438831，和EP-A-0215507。

特别有利地是，所述或每个加固层包括高定向UHMWPE，如从DSM高性能纤维BV(荷兰公司)可获得的商品DYNEEMA，或者US公司联信公司(AlliedSignal Inc.)的商品SPECTRA。

关于UHMWPE的其它细节由DSM高性能纤维BV发行的，版本为02/98，命名为“DYNEEMA;纤维的最高性能;特性和应用”的贸易手册公开。关于SPECTRA的其它细节由联信公司发行的，版本为5/96，命名为“Spectra性能材料”的贸易手册公开。这些材料自从20世纪80年代就可以得到。

在优选实施方式中，所述或每个加固层包括由布置在纬线和经线方向上的纤维形成的机织物。我们发现特别有利地是，所述或每个加固层设置为使织物经线方向相对于软管轴向的角度向小于或等于20°；此角度最好大于或等于5°。在优选实施方式中，所述或每个加固层设置为使织物经线方向相对于软管轴向的角度为5°到15°，最优选地为大约10°。这些数字的容差为大约1-2°。

轴向加强装置还可以由与所述或每个加固层相同的材料形成。因而很明确地，轴向加强装置，所述或每个加固层和密封层都可以由相同的基本化合物形成。但是，为提供需要的功能，化合物的形式必须是不同的，即轴向加强装置提供轴向加强功能，所述或每个加固层提供抵抗周向应力的强化作用，密封层提供密封功能。我们发现UHMWPE是最合适的，特别是产品DYNEEMA和SPECTRA。这些材料在低温条件下效果也很好。在以上关于加固层中论述过的UHMWPE的优选参数(分子量范围等)，对于轴向加强装置同样是适当的。在这方面应当指出，但是，用于轴向加强装置的UHMWPE的参数不需要与用于加固层的UHMWPE的参数相同。

轴向加强装置可以设置于管体层的内部。但是，优选地轴向加强装置位于管体和外部夹紧构件之间。在另一优选实施方式中，所述轴向加强装置设置于管体层内，而还有另一轴向加强装置设置于管体和外部夹紧构件之间。

密封层的目的主要是为了防止通过管体的传输流体泄漏。因此，任何具有要求的柔度的密封层和能提供期望的密封作用的密封层都是合适的。还有，如果软管是为了传输低温流体，那么密封层必须能够经得起低温的温度。

密封层可由与所述或每个加固层相同的基础材料制成。可选地，密封层可以是含氟聚合物，比如：聚四氟乙烯(PTFE)；氟化乙烯丙烯共聚物(fluorinated ethylene propylene copolymer)，如：从杜邦氟制品的商品特富龙FEP得到的六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物(四氟乙烯-全氟丙烯(tetrafluoroethylene-perfluoropropylene))；或者氟化烃-全氟烷氧基烷烃(fluorinated hydrocarbon-perfluoralkoxy)-从杜邦氟制品的商品特富龙PFA得到。另一个适合的材料是乙烯三氟氯乙烯共聚物薄膜（ECTFE），特别是Halar ECTFE。这些薄膜可以通过挤出或者吹制制成。

优选地，密封层由以螺旋方式缠绕成管状的薄片材料形成。与加固层一样，也就是说当施加轴向力以拉缠绕部分时，密封层或每一密封层对于轴向拉力不具有很多阻力。密封层可以包括薄片材料的一个单一连续层，或者可以包括薄片材料的两个或更多单一连续层。但是，更通常地(取决于软管的长度)，薄片材料的层或每一层可以由沿软管长度设置的多个独立长度的薄片材料形成。如果需要的话，可以在内部加固层上设置包括一个或多个热收缩密封套筒(即管状)的密封层。

我们希望密封层包括多个薄膜叠层。优选地为至少2层，更优选地为至少5层，更好为至少10层。实际上，密封层可以包括20，30，40，50或者更多薄膜层。层数的上限取决于软管的外形尺寸，但是不可能需要超过100层。通常，最多50层已经足够了。每一薄膜层的厚度范围典型地为50-100微米。

当然，设置多于一个密封层是希望的。

在一实施例中，密封层包括至少两层聚合物薄膜，一层薄膜由第一聚合物制成而另一薄膜由不同于第一聚合物的第二聚合物制成。

在该实施例中，一层薄膜比另一层薄膜更硬，由此在工作温度和压力下，材料性能中出现了差别的屈服应变。优选地，外部薄膜比内部薄膜硬。这个的效果是在不幸地发生软管爆裂时，密封层的故障还是受控的，从而较坚硬的外部聚合物故障时韧性更强的聚合物能将内部压力保持一定时间，使得压力逐渐地消散。

在该优选实施例中，发生故障时韧性更强的层在环境温度下的最大应变超过100％，对其它层而言要小至少20％。

优选地，密封层的每个聚合物薄膜是聚酰胺，聚烯烃或含氟聚合物。

当密封层的聚合物薄膜包括聚酰胺时，它可以是脂肪族聚酰胺(aliphatic polyamide)，如尼龙，或者可以是芳香族聚酰胺，如芳纶化合物。

我们希望密封层的一层聚合物薄膜是聚烯烃而密封层的另一层聚合物薄膜是含氟聚合物。

适合的聚烯烃包括聚乙烯，聚丙烯或聚丁烯均聚物，或共聚物或三聚物。优选地聚烯烃薄膜为单轴向或双向定位。更优选地，聚烯烃是聚乙烯，并且最优选地聚乙烯是高分子量聚乙烯，尤其是在上面详细介绍过的UHMWPE。UHMWPE的优选参数(分子量范围等)在上面涉及加固层讨论过，它也适合于密封层。但是，在这方面应当注意到的是用在密封层中的UHMWPE的参数不必与用在加固层中的UHMWPE的参数一样。

由于密封层是为了提供密封作用，密封层应当是基本上不渗透传输流体的薄膜形式。因此，高度定位的UHMWPE需要提供具有令人满意的密封性能的形式。这些产品通常是以实心块的形式提供的，实心块可被进一步加工以便获得具有要求的形态的材料。薄膜可通过从实心块的表面上刮下一层薄膜制成。可选地，薄膜可以是UHMWPE的吹制薄膜。

适合的含氟聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)：氟化乙烯丙烯共聚物(fluorinated ethylene propylene copolymer)，比如，从杜邦氟制品的商品特富龙FEP得到的六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物(四氟乙烯-全氟丙烯)；或者氟化烃-全氟烷氧基烷烃(fluorinatedhydrocarbon-perfluoralkoxy)-从杜邦氟制品的商品特富龙PFA得到。另一个适合的材料是ECTFE，特别是Halar ECTFE。这些薄膜可以通过挤压或者吹制制成。

优选地，密封层包括每个聚合物薄膜的多个层。在一实施例中，所述层可被设置成使得第一和第二聚合物在密封层的厚度内交替。但是，这不是唯一可能的设置方式。在另一种设置方式中第一聚合物的所有层被第二聚合物的所有层包围起来，或相反。

当然，设置多于一个密封层是希望的。

优选地，密封层进一步包括至少一层，所述层部分或整体地包括金属，金属氧化物或它们的混合。在本说明书中，含金属的薄膜涉及包括含金属氧化物的薄膜，除非另外说明。因此，金属层可以是金属薄膜层(也就是基本上整个由金属，金属氧化物或它们的混合所组成的独立层)，或涂覆了金属薄膜的聚合物或金属化聚合物薄膜。我们希望金属层是涂覆了金属薄膜的聚合物，金属可以是，例如，氧化铝。聚合物可以是，例如，聚酯。

涂覆了金属薄膜的适合的聚合物包括可从英格兰的Stevenage的HiFi Industrial Film得到的薄膜，商品名为MEX505,MET800,MET800B以及MET852；MET800B是优选的。

另外的金属层可被放在密封层外面。优选地，另外的金属层被放在管体和外部夹紧构件之间。还可在此提供石棉层以改进隔热，优选地位于密封层和外部金属层之间—这样做的目标是在两层金属层之间形成热环带。

含金属的薄膜能够反射，从而降低了热流失或热获取-这对低温应用尤其有用。此外，含金属的薄膜具有良好的阻隔性能，从而降低了蒸发传播—这对防止传输气体的材料流失有用。

密封层的另一特征是它包括UHMWPE。如果UHMWPE密封层是由热收缩套筒形成，套筒不必由不同的材料制成，但它们优选是由UHMWPE制成。

优选地，密封层包括至少两层材料不同的聚合物薄膜，并且至少一层所述薄膜包括超高分子量聚乙烯。

本发明另一优选实施例涉及围绕管体布置的固化树脂基体，外部夹紧构件至少部分地嵌入树脂基体中以便限制外部夹紧构件和软管其余部分之间的相对运动。

固化树脂基体必须具有足够让软管能弯曲到软管特定应用所要求的程度的柔性。无疑，一些应用可能需要的柔性比其它的应用更大。

优选地，树脂基体包括合成聚合物，比如聚氨酯。特别优选地，树脂基体是由在固化前能以液态形式施加于软管上的材料制成。典型地，未固化树脂可通过喷涂，浇注或涂装施加到软管上。这使得施加的未固化树脂能够覆盖管体和外部夹紧构件的外表面，然后原地固化形成固体的柔性涂层。固化的机制可以是光、湿度等。

树脂基体可结合到外部夹紧构件下的层，还可结合到树脂基体外表面上的任意层。优选地，至少一层固化树脂基体附近的所述层能够经得起低温的温度，因此，如果树脂基体由于低温温度断裂的话，附近层能依靠树脂基体和附近层之间的粘附力将树脂基体保持在一起。最稳定结构在树脂基体的两侧都结合了附近层时实现。

我们还发现特定的材料可为软管提供尤其良好的隔热效果，特别是在低温温度下。特别地，我们发现由玄武岩纤维(basalt fibres)形成的织物能提供特别良好的隔热效果。

适合的玄武岩纤维织物可从Sudaglass纤维公司（Sudaglass FiberCompany）得到，商品名为BT-5,BT-8,BT-10,BT-11和BT-13。优选地，织物厚度从大约0.1mm到大约0.3mm。如果需要的话，可使用多层玄武岩织物。

我们还发现玄武岩织物的隔热性能在受压缩时会得到改进，因此，我们希望在玄武岩织物的周围提供压缩层，压缩层起到压缩玄武岩层的作用。

隔热层可进一步包括由其它除了玄武岩织物层以外的隔热材料制成的层，比如聚合物泡沫材料。

我们希望隔热层进一步包括至少一层加固层。加固层可包括合成聚合物，比如聚酯，聚酰胺或聚烯烃。加固层可由与管体内部和外部加固层相同的材料制成，如上所述。特别优选地，隔热层的加固层是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，比如迪尼玛(DYNEEMA)或者斯佩克特拉(SPECTRA)，如上所述。

本发明另一优选实施例涉及包括其中具有气泡的塑料材料的层。

优选地，塑料材料是聚氨酯。优选地，塑料材料通过将液态形式的塑料材料喷涂在管体表面上，然后使其固化而施加到管体上。再者，固化可以仅是将涂覆过的软管放在空气中而简单进行，或者可通过主动的手段如加热来进行影响或加速。

气泡可通过在喷涂前塑料材料仍是液态时将气体注射进塑料材料而结合。

得到的含气体的塑料材料层其本身不仅具有一些有利的结构性能，比如良好的磨损和耐压强度，而且具有基本上改良了的隔热性能。它还具有由于气体的存在而改进的浮力，并可用于制造能够在水中漂浮的软管，软管在其长度上具有平均分布的浮力。

优选地，含气体的塑料材料由另外的塑料材料层覆盖，另外的塑料材料层不含有任何气泡。优选地，该另外的塑料材料层可稳定地结合到含气体的层上。另外的塑料材料层可与含气体的层的塑料材料相同。优选地，另外的塑料材料层包括聚氨酯。

两层塑料材料层都可通过除了喷涂以外的技术施加，比如浇注，涂装或挤压。

任何适合的气体可用于形成气泡，包括空气，氮气或惰性气体。

优选地，聚氨酯在充气前的比重近似为1.2。

典型地，软管不含气体层时具有1.8左右的比重。优选地，软管在施加了含气体层之后具有小于1的总比重，优选小于0.8。PU涂层厚度可以是，例如，大约4-8mm，优选大约6mm。优选地，气泡直径小于大约2mm。

特别地，本发明除了含气体层之外，可包括包括了固化树脂基体的层，如上所述。典型地，含气体层在该结构中被置于固化树脂基体外。用含气体层替换固化树脂基体是有可能的，这样含气体层将夹紧构件嵌入其中，限制外部夹紧构件的相对运动。

在另一优选实施例中，软管可配有端部配件，端部配件包括：适于至少部分地放置在软管内的内部构件；密封构件，适于在密封构件和内部构件之间绕着管体的周边完全地密封管体的至少一部分；以及独立的负载转移机构，适于以下述方式转移软管和内部构件之间的轴向负载，即，轴向负载被转向到密封构件周围，以便减小或消除密封构件和内部构件之间软管上的轴向负载，并且，密封构件适于与软管和内部构件之间施加的轴向负载无关地密封到管体上。

优选地，密封构件适于在密封构件和内部构件之间围绕管体的周边完全地密封管体的至少一部分。

优选地，内部构件基本为圆柱形，并且优选地，密封构件是环形，适于将内部构件容纳在其中，因此，管体可被夹紧在内部构件的外表面和环形的内表面之间。

密封构件和内部构件之间的密封可通过许多途径达到，例如，在一个实施例中，密封构件可以是开口环形，开口环形可被拉紧以提供恰当的密封。另一实施例中，密封构件可仅包括与内部构件过盈配合的密封环。

但是，在优选实施例中，密封构件包括内部密封环和可拉紧的外部开口环，以便迫使密封环与管体和内部构件咬合。在该实施例中，优选地，密封环与内部构件过盈配合，以便进一步改进密封效果。

内部构件，密封环和开口环可以是任何适合的材料。典型地，内部构件和开口环会由不锈钢制成。密封环可由不锈钢制成，但优选地，它是由聚四氟乙烯(PTFE)制成。

优选地，密封构件具有下文中所述的密封构件的特征。

优选地，负载转移机构包括软管咬合构件，负载传送构件和固定在内部构件上的端部构件。设置成密封构件放置在负载传送构件和端部构件之间，而软管咬合构件和端部构件通过负载传送构件连接在一起。

软管咬合构件适于与软管咬合成能让软管内至少一部分的轴向作用力从软管上转移到软管咬合构件上。软管咬合构件将这些作用力转移到负载传送构件上，负载传送构件将这些作用力转移到端部构件上。通过这种方式，软管中至少一部分的轴向作用力从旁绕过密封构件，进而提高了密封构件提供的密封的可靠性。

优选地，内部构件和负载转移机构包括被设置成容纳软管线的部分。内部构件可配有螺旋凹陷，螺旋凹陷适于将内部线容纳于其中，并且负载转移机构可配有螺旋凹陷，螺旋凹陷适于将外部线容纳于其中。优选地，负载转移机构的软管咬合构件配有螺旋凹陷。

优选地，负载转移机构包括典型地为盘状的负载转移板，它具有适于将软管容纳于其内的孔穴；板具有可与软管咬合构件咬合的表面，由此负载可从软管咬合构件上被转移到板上。优选地，负载转移构件进一步包括负载转移杆，它被固定在板和端部构件之间将负载从板上转移到端部构件上。拧紧构件，如螺母，可被配置在杆上。

优选地，内部构件具有适于在软管的端部部分内延伸的软管端部，以及远离软管端部的尾端部。端部构件被设置在密封构件邻近尾端部的一侧上，而软管咬合构件被设置在密封构件邻近软管端部的另一侧上。

优选地，内部构件的外表面之上配有至少一个结构，结构适于在密封环之下咬合管状构件的所述部分。所述或每个结构的作用是改进管状构件的密封效果并使管状构件更难以从内部构件和密封环之间拉出。优选地，所述或每个结构包括围绕内部构件的外表面周向延伸的凸起。期望地，存在两个或三个所述结构。

在本发明的另一优选实施例中，软管配有端部配件，端部配件包括：内部构件，其适于至少部分地置于软管内部；以及密封环，其适于密封密封环和内部构件之间管体的至少一部分；其中密封构件包括密封环和将所述密封环压缩成与管体的所述部分密封咬合的压缩构件，并且压缩构件可紧紧压靠密封构件，以便可选择地增加或降低压缩构件对密封构件的压缩力。

在一个优选实施例中，压缩构件可紧紧压靠密封构件，以便可选择地增加或降低压缩构件对密封构件的压缩力。

在另一优选实施例中，压缩构件和密封环是可移除地固定在软管上。

因此，根据本发明，在端部配件的元件中不存在不可恢复的塑性变形。

优选地，压缩构件适于在所有方向均等地压缩密封环。

优选地，压缩构件具有可调整直径，并且进一步包括紧固机构，所述紧固机构可施加力以减小压缩构件的直径，从而对压缩构件内部的密封环进行压缩。我们希望压缩构件包括开口环或联接螺旋夹(jubilee clip)。

在优选实施例中，压缩构件是由遇冷时比密封环收缩得小的材料制成。这为制造软管提供了有利的方式，如下所述。密封环和压缩构件可以是任何合适的材料。有许多材料都在冷却下具有期望的收缩差异。我们希望压缩构件是不锈钢的而密封环是聚四氟乙烯(PTFE)的。更优选地，密封环包括加强的PTFE，比如玻璃或金属填充的PTFE，这有助于防止蠕变(creep)的发生。优选地，密封环包括10到40wt％，特别是10到20wt％的玻璃填充物。适合的金属填充物的示例包括青铜和/或不锈钢。

优选地，内部构件是由遇冷时比密封环收缩得小的材料制成。该特征在端部配件被冷却时生效，密封环比内部构件收缩得多，从而使密封环紧紧地夹在内部构件上，并且改进了密封效果。内部构件可由任意适合的材料制成。已经发现了不锈钢是特别适合的。

优选地，内部构件的外表面之上配有至少一个结构，所述结构适于在密封环之下咬合管状构件的所述部分。所述或每个结构拉伸所述薄膜，薄膜的作用是提高管状构件的密封效果并使管状构件更难以从内部构件和密封环之间拉出；拉伸使得密封之下的薄膜表面更均匀和更平滑。优选地，所述或每个结构包括围绕内部构件的外表面周向延伸的凸起。期望地，存在两个或三个所述结构。

优选地，密封环与内部构件过盈配合。

在优选实施例中，端部配件进一步包括负载转移机构，如上所述。

软管咬合构件可仅依赖软管和软管咬合构件之间的摩擦作用力就将负载从软管上转移。但是，优选地，软管咬合构件适于固定在软管的一部分上，该部分折回到软管咬合构件的外部部分上。该设置使得软管的折叠部分能够将负载传送到软管咬合构件。软管的折叠部分可以是管体的一部分，但优选地，它是织带形式的轴向加强装置，如下所述。

当软管用于低温应用时，最好在管体上提供隔热。可以在外部线和管状护套之间和/或外部线外部提供隔热。隔热可以包括常规的为低温设备提供隔热的材料，如合成泡沫材料。优选地，轴向加强装置还环绕隔热层设置以压缩隔热层和保持它们的结构完整性。优选地，除位于外部夹紧构件和管体之间的轴向加强装置之外，还设置有环绕隔热层的轴向加强装置。特别合适的隔热形式以下将详细说明。

根据本发明另一方面，提供了一种制造软管的方法，包括：

(a)将夹紧构件环绕一管状芯轴包缠以形成内部线圈；

(b)将薄片材料环绕所述管状芯轴和内部线圈包缠以提供用薄片材料形成的管体；

(c)将夹紧构件围绕管体包缠以形成外部线圈；

(d)将如上所述的细长构件围绕外部线圈包缠，其中，细长构件环绕外部线圈螺旋缠绕，使得细长构件的相反的纵边缘处于相邻或搭接形式，并让形成在相邻或搭接边缘上的结构彼此咬合；

(e)将在步骤(d)中生成的软管的端部固定；和

(f)从芯轴移出软管

在横截面中细长构件的上面或者下面还可以存在其它层，螺旋的或连续的。

优选地，步骤(b)中的薄片材料包括夹有密封层的两个加固层。在优选实施方式中，薄片形式的内部加固层环绕内部线圈和芯轴螺旋地包缠；然后，薄片形式的密封层环绕内部加固层螺旋地包缠；然后，薄片形式的外部加固层环绕密封层螺旋地包缠。通常会设置多个密封层。

依照本发明的方法还可配有一个或多个已在WO01/96772中公开的方法中的特征。这些将在下面进行更详细地描述。

优选地，接下来的步骤在步骤(b)和(c)之间进行：

(b)(i)将管状轴向加强护套拉过芯轴的自由端，从而使芯轴在轴向加强护套内延伸，然后沿着芯轴拉动轴向加强护套，从而使轴向加强护套至少部分地覆盖在管体上；

优选地，线圈和薄片材料在张力下施加，以使软管具有良好结构完整性。

管状轴向加强护套可以与上述轴向加强护套相同，优选地为织带。

优选地，内部和外部线圈以大体上具有相同的节距的螺旋构型施加，并且外部线圈的线圈位置与内部线圈的线圈位置偏移半个节距长度。

当软管用于低温应用时，最好在管体上提供隔热。可以在外部线和管状护套之间和/或外部线外部提供隔热。隔热可以包括常规的为低温设备提供隔热的材料，如合成泡沫材料。特别合适的隔热形式以下将详细说明。

在一个优选实施例中，方法进一步包括以下步骤：

(g)将可固化液态树脂施加在管体外表面和外部线上；以及

(h)让树脂固化。

优选地，步骤(g)和(h)在步骤(d)和(e)之间进行。

优选地，方法进一步包括在固化的树脂上施加隔热层。隔热层优选包括玄武岩纤维形成的织物，如上所述。

在步骤(c)中，管体可包括如上所述的管体。特别地，管体可包括一个或多个由传统隔热材料和/或由上述玄武岩纤维织物制成的隔热层。

固化可仅通过将涂覆过的软管放在空气中来进行，或可通过主动的手段如加热来进行影响或加速。

在另一优选实施例中，方法进一步包括步骤：

(i)将可固化的充气液态树脂施加在管体外表面和外部线上；

(j)让树脂固化以形成其中含有气泡的固态塑料涂层；

优选地，步骤(i)和(j)在步骤(d)和(e)之间进行。

术语“充气”是用来表明树脂已经充满了气体，从而在固化时，树脂形成其中含有气泡的固态塑料涂层。如上所述，气体可以是，但不必一定是，空气。

在优选的实施例中，方法包括以下步骤：

(k)将内部构件设置在软管的开口端；

(l)将负载转移机构钳夹在软管外表面上；以及

(m)将密封构件钳夹在管体外表面上。

优选地，轴向加强构件被负载转移机构夹住，并且方法在步骤(m)之后进一步包括以下步骤：

(n)将管状轴向加强构件折回到负载转移机构的一部分上。

优选地，线圈和薄片材料在张力下施加以便使软管具有良好的结构完整性。

软管有可能在将端部配件放置到其中之前从芯轴上去除。可选地，端部配件可布置在软管的其余部分的内部，通过将内部芯轴沿着软管滑动到软管的端部，然后将软管的其余部分固定至端部配件，并且端部配件和软管的其余部分保留在芯轴上。

当然，独立的端部配件可被施加到软管的每一端。

在另一优选实施例中，方法包括以下步骤：

(o)将内部构件设置在软管的开口端；

(p)将密封环加在管体的外表面上；以及

(q)将压缩构件施加在密封环上，并利用压缩构件压缩密封构件，使密封构件与管状构件和内部构件密封咬合。

优选地，压缩构件是由遇冷时比密封环收缩得小的材料制成。还优选地，压缩构件包括用来调节施加到密封环上压缩力的机构；开口环特别地适合于作为压缩构件使用。这种设置让特别优选的制造过程成为可能。

在本过程中，压缩构件被施加在密封环上并被拧紧，然后压缩构件和密封环遇到至少一次冷却周期。这引起密封构件相对于压缩构件收缩，由此压缩构件施加的压缩力就减小了。保持冷却，然后再调节压缩构件施加的压缩力以便将压缩力调回到接近冷却前相同的水平，然后温度升高。该周期可被施加所期望的那么多次数。优选地，冷却周期施加至少两或三次并且每次端部配件被冷却到软管目标工作温度以下至少5°C的温度。该技术具有三个重要的有益效果。

第一，如果软管在冷却温度以上的温度处工作，密封环就会受到压缩构件靠密封构件的热膨胀所带来的额外的压缩，这会在冷却结束之后发生。

第二，软管至少在冷却温度那么低的温度下具有实质的密封激励。这在软管用于低温用途时特别有用。因此，软管冷却的温度优选为低到像软管将在目的使用中所经受的温度。大体上，我们希望冷却温度是-50°C或更低，更优选-100°C或更低，再更优选-150°C或更低。优选地，冷却过程是由液氮实现的，由此冷却温度可低达大约-196°C。

第三，通过利用压缩构件所提供的流体静应力，发生蠕变失效的可能性被大大降低，甚至是消除。

我们希望内部构件是由遇冷时比密封环收缩得小的材料制成。这起到的效果是冷却端部配件引起密封环把内部构件夹得更紧，进而改进了软管在低温下操作时端部配件的密封效果。

优选地，线圈和薄片材料在压力下施加以便使软管具有良好的结构完整性。

在本发明的上述方面，每个夹紧构件典型地包括螺旋夹紧构件，最优选的是螺旋缠绕的线。线的螺旋线典型地设置为它们彼此偏移半个螺旋线节距的距离。线用于将管体紧紧地夹在其间以保持管体层不动和使软管具有结构完整性。内部和外部夹紧构件可以是，例如，低碳钢，奥氏体不锈钢或铝。如果需要的话，夹紧构件可以电镀或覆盖有聚合物。

尽管由线形成的夹紧构件可以具有相当大的抗拉强度，在线圈中设置线意味着夹紧构件可以在受到相对小的轴向拉力时变形。线圈的任何重大变形将很快破坏软管的结构完整性。

在上述软管的重大修正中，软管可配有第三夹紧构件。第三夹紧构件例如，可被设置在细长构件外，并为软管提供更进一步改进的耐压强度。第三夹紧构件可与上述的第一和第二夹紧构件相同，优选为螺旋缠绕的线。

在本修正的更进一步展开中，根据本发明的另一方面，提供了一种软管，包括内部夹紧构件，中间夹紧构件，和外部夹紧构件，其中柔性材料的第一管体布置在内部夹紧构件和中间夹紧构件之间，而柔性材料的第二管体布置在中间夹紧构件和外部夹紧构件之间。

在一实施例中，第三管体布置在另一中间夹紧构件和外部夹紧构件之间，所述另一中间夹紧构件布置在第二和第三管体之间。

至少一个管体，有可能是两个管体都可结合密封层。优选地，至少外部管体结合密封层。每个管体含有至少一层的柔性加固层，该柔性加固层与上述的柔性加固层一样。优选地，至少一个管体，优选两个管体都，包括夹在内部和外部加固层之间的密封层。管体在本发明这个方面可具有与上述管体相同的特征。

内部、外部和中间夹紧构件典型地每个都包括螺旋夹紧构件，最优选的是螺旋缠绕的线。所述线的目的是稳定地夹紧管体保持管体层的完整并为软管提供结构完整性。夹紧构件例如可以是钢的，奥氏体不锈钢的或铝的。如果需要的话，夹紧构件可以镀锌或涂覆聚合物。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造软管的方法，所述方法包括：

(a)环绕管状芯轴包缠第一夹紧构件以形成内部线圈；

(b)环绕所述管状芯轴和内部线圈包缠第一薄片材料以提供用薄片材料形成的第一管体；

(c)环绕管体包缠第二夹紧构件以形成中间线圈；

(d)环绕所述管状芯轴和内部线圈包缠第二薄片材料以提供用薄片材料形成的第二管体；

(e)环绕管体包缠第三夹紧构件以形成外部线圈。

在一实施例中，方法在步骤(d)之后步骤(e)之前包括以下额外的步骤：

(d1)环绕管体包缠第四夹紧构件以形成另外的中间线圈；以及

(d2)环绕所述管状芯轴和另一中间线圈包缠第三薄片材料以提供用薄片材料形成的第三管体。

步骤d1和d2可重复进行以提供另外的薄片材料管体和线圈，获得额外的耐压强度。但实际上，在实践中是不太可能会需要所述的另外步骤的。

优选地，第一，第二，第三和第四夹紧构件基本上相同。

优选地，第一，第二和第三薄片材料，以及第一，第二和第三管体基本上相同。

根据本发明的软管可以在多种条件下使用，如温度高于100℃，温度从0℃到100℃和温度低于0℃。若选择合适的材料，软管可以在温度低于-20℃，低于-50℃或者甚至低于-100℃的条件下使用。例如，对于传送LNG，软管可能在低至-170℃，或者更低的温度下工作。此外，软管还可以被预期用于传送液态氧(沸点为-183℃)或者液态氮(沸点为-196℃)，在这种情况下，软管需要在-200℃或更低的温度下工作。

根据本发明的软管还可以用于多种不同用途。典型地，软管内径的范围可以是从大约2英寸(51mm)到大约24英寸(610mm)，更典型地从大约8英寸(203mm)到大约16英寸(406mm)。软管直径通常至少为4英寸(102mm)，更通常的是6英寸(152mm)。

通常，软管的工作压力范围可以是从大约500kPa测量值到大约4000kPa测量值。这些压力涉及软管的工作压力，而不是爆裂压力(其必须大几倍)。体积流速取决于流体介质，压力和内径。典型地流速为从1000m³/h到12000m³/h。

根据本发明的软管还可以用于腐蚀性材料，如强酸。

附图说明

图1示出根据本发明的软管在工作中可能受到的主要应力的示意图；

图2示出根据本发明软管第一实施例的横截面示意图；

图3示出根据本发明软管的加固层的结构的截面图；

图4A示出根据本发明软管的管状轴向加强护套的结构的截面图，所述轴向加强护套处于放松条件；

图4B示出根据本发明软管的管状轴向加强护套的结构的截面图，所述轴向加强护套处于收紧状态；

图5A、5B、5C和5D示出根据本发明软管的四种应用；

图6示出根据本发明软管的密封层的横截面图；

图7示出根据本发明软管第二实施例的横截面图；

图8示出根据本发明软管的端部配件的横截面示意图；

图9示出在根据本发明的软管中使用的细长加固层的第一实施例的横截面图；以及

图10示出在根据本发明的软管中使用的细长加固层的第二实施例的横截面图。

具体实施方式

图1示出软管H在使用期间通常受到的应力。周向应力(hoop stress)用箭头HS表示，其是切向地作用于软管H周边的应力。轴向应力用箭头AS表示，其是沿着软管H的长度方向轴向地作用的应力。挠曲应力用FS表示，其是当软管H弯曲时横向地作用于软管纵向轴线的应力。扭转应力(torsional stress)用TS表示，其是绕着软管的纵向轴线作用的扭应力(twisting stress)。压挤应力(crushing stress)用CS表示，其由径向施加于软管H外部的负载产生。

周向应力HS由软管H中的流体压力产生。轴向应力AS由软管中的流体压力以及软管H中的流体重量和软管H自身的重量的结合产生。挠曲应力FS是由需要使软管H弯曲以将其放置在适当的位置上和软管H在使用中的移动造成的。扭转应力TS是由软管的扭转引起的。现有技术中的软管一般能够经受住周向应力HS，挠曲应力FS和扭转应力TS，但是较少的能经受住轴向应力AS。因此，当现有技术中的软管在受到大的轴向应力AS时一般需要被支撑，以使轴向应力AS最小化。

经受住压挤应力CS的问题已经被本发明解决。在图2中根据本发明的软管一般用10表示。为了提高图2中各层缠绕的清晰度，在其它图中，并没有示出。

软管10包括管体12，所述管体12包括内部加固层14，外部加固层16，和夹在层14和16之间的密封层18。环绕着外部加固层16外表面布置用于提供轴向加强的大致管状加强织带20。

管体12和管状织带20位于内部螺旋线圈线22和外部螺旋线圈线24之间。内部和外部线22和24被布置为它们彼此偏移对应于线圈半个螺旋节距长度的一段距离。

软管10进一步包括围绕隔热层26的细长加固层30。细长构件30的细节没有在图2中画出，但是它们在图9和10中画出了。细长构件30包括围绕隔热层26螺旋地缠绕的加强的细长材料条带。

加固层14和16包括合成材料的机织物，如UHMWPE或者芳纶纤维。图3示出了内部加固层14，从中可以清楚地看出内部加固层14包括沿经线方向W布置的纤维14a和沿纬线方向F布置的纤维14b。在图3中为了提高清晰度只示出了层14。我们意外地发现通过将内部加固层14设置为使经线方向W处于相对于软管10的纵向轴线小于15°，典型地大约为10°的低角度可以改善软管10的轴向强度。上述角度在图3中的用符号α示出。外部加固层16的结构和方向大体上与内部加固层14相同；外部加固层16的角度α可以与内部加固层14的角度α相同或者不同。

密封层18包括多个环绕内部加固层14的外表面包缠的塑料薄膜层，以在内部和外部加固层14和16之间提供流体密封。

软管10还可包括位于织带20和外部线24之间的另外的加强织带(未画出)。另外的加强织带可与织带20相同。

管状织带20由编织成管状织带的两组纤维20a和20b形成。这由图4A和4B示出，在这些附图中为了提高清晰度只示出了管状织带20。在纤维20a和20b之间存在间隔28，以便于当管状织带20受到轴向拉力时纤维20a和20b可紧缩移入到间隔28中。这以试图减小管状织带20直径的方式动作，使其环绕管体12绷紧，从而增加软管10的结构完整性和爆裂压力。图4B示出了在收紧状态下的管状织带20。

图6中更详细地示出了密封层18。密封层18的应用提高了软管抵抗挠曲应力FS和周向应力HS的性能。

如图6所示，密封层18包括由第一聚合物(如高定向UHMWPE)制成的多个薄膜层18a，它们与由第二聚合物(如PFTE或者FEP)制成的多个薄膜层18b交叠布置，上述两种聚合物具有不同的硬度。层18a和18b环绕内部加固层14的外表面包缠以在内部和外部加固层14和16之间提供流体密封。如上所述，层18a和18b不必以一种交替的方式设置。例如，所有层18a可以设置在一起，并且所有层18b可以设置在一起。更进一步说，这些层不是必须由不同的材料制成。

软管10可以由以下工艺制造。第一步是将内部线22环绕支撑芯轴(图中未示出)缠绕，以提供具有期望节距的螺旋排列。支撑芯轴的直径对应于期望软管10的内径。然后内部加固层14环绕包缠内部线22和支撑芯轴，使得经线方向W设置为期望的角度α。

组成密封层18的多个塑料薄膜层18a,18b环绕包缠内部加固层14的外表面。通常，薄膜18a和18b具有大体上小于软管10长度的长度，以便于多个具有各自长度的薄膜18a和18b环绕缠绕内部层14。薄膜18a和18b优选地以交替方式穿过密封层18的厚度设置。典型地穿过密封层的厚度存在五个独立的薄膜层18a和18b。

外部加固层16环绕包缠密封层18，使得经线方向W设置为期望的角度(可以是α，或者其它一些与α接近的角度)。管状轴向加强织带20被拉到外部加固层16的外部上，然后另外的加强织带(如果需要的话)环绕包缠织带20。

然后，外部线24环绕包缠另外的织带(或织带20，假如没有提供另外的织带的话)，以提供具有期望的节距的螺旋排列。外部线24的节距通常与内部线22的节距相同，并且线24的位置通常设置为使线24的线圈以对应于半个节距长度的距离与线22的线圈偏移；这由图2示出，其中节距长度由p表示。

软管10的端部可以通过将套管卷边到软管10内部的嵌入件上而密封。一般在软管10移出芯轴以后施加终端。

软管10的端部可以用图8中所示的端部配件200密封。为了更清晰，在图8中没有画出软管10。端部配件200包括管状内部构件202，它具有软管端202a和尾端部202b。端部配件200进一步包括密封构件，密封构件包括PTFE密封环204和围绕PTFE密封环204的不锈钢开口环206。

端部配件200进一步包括负载转移机构，所述负载转移机构包括软管咬合构件208，负载转移构件210和盘状板212形式的端部构件。负载转移构件包括盘状板214和至少一个负载转移杆216。在图2中有两个杆216，但有可能存在三个或更多的杆216。拧紧螺母218位于每根杆216上。板212和214具有分别容纳杆216的孔穴212a和214a。

板212进一步配有孔穴212b，并且内部构件202的尾端部202b配有孔穴202c。固定螺栓220穿过孔穴202c和212b延伸，将板212固定至内部构件202的尾端部202b。在图2中有两个固定螺栓220和关联孔穴，但应理解到的是，可提供更少或更多的固定螺栓220和关联孔穴。

软管咬合构件208配有凹槽208a形式的内部螺旋凹陷，所述凹陷适于将软管10的外部线24容纳于其中。内部构件202配有凹槽202d形式的外部螺旋凹陷，所述凹陷适于将内部线22容纳于其中。从图2中可以看到，如内部和外部线22和24，凹槽208a和202d间隔开半个节距p。

内部构件202配有两个周向凸起202e，所述凸起位于密封环204之下。凸起202e起到了改进内部构件202和密封环204之间管状构件12的密封效果的作用，并有助于防止管状构件不经意地被拉出位置。

软管10被固定到端部配件200，如下所述。内部构件202通过螺纹拧入软管10的端部，使得软管10靠近板212。内部线22被容纳在凹槽202d中，而外部线24被容纳在凹槽208a中。内部和外部线22和24被修剪成不会沿内部构件202延伸到凹槽202d和208a之外。隔热层26也被修剪到这个点。内部加固层14也被修剪到这个点，或是被修剪到内部加固层14到达密封环204之前的某个点。这意味着密封层18直接与内部构件202的外表面配合。但是，管体12的其余部分可以沿内部构件202在内部构件202和密封环204之间延伸。

然后，软管咬合构件208被拧紧，以在软管10上施加压力使所述咬合构件与软管10可靠地咬合。然后拧紧螺母218，这引发了软管10中的一些轴向拉力，由此填占了系统中的任何空隙。这些力从软管咬合构件208传送到板214，到杆216，到板212，然后到内部构件202的尾端部202b。管状构件20被拉回到软管咬合构件208的上表面上，并被固定在从软管咬合构件208的上表面延伸的凸起208b上。

管体12在密封环204之下延伸。在软管咬合构件208和螺母已经被拧紧之后，拧紧开口环206以增大由密封环204施加在管体12上的作用力。

然后，将端部配件200用液氮冷却到低温。这引起密封环204比开口环206收缩得更多，由此减小了由开口环206施加在密封环204上的压缩力。在开口环206和密封环204处于相对低温的时候，开口环206再次被拧紧。然后，温度可以升高到环境温度，由此借助于密封环204相对于开口环206更大的扩展量使得密封环上的压缩力增大。

这完成了软管10的端部配件。软管咬合构件208为软管208的端部提供了一些密封效果，并有助于吸收围绕密封环204的软管10中的轴向作用力。密封环204提供了软管10剩余的密封效果。

图5A到5D示出了软管10的三个应用。在图5A到5C的每一个中，浮式生产储卸容器(FPSO)102通过根据本发明的软管10连接到液化天然气(LNG)载体104上。所述软管10把LNG从FPSO102的储藏罐运送到LNG载体104的储藏罐中。在图5A中，软管10位于海平面106以上。在图5B中，软管10浸没在海平面106以下。在图5C中，软管10漂浮在海平面附近。在每种情况下软管10运送LNG都不需要任何中间支撑。在图5D中LNG载体通过软管10连接到岸基储藏设备108。

软管10可以用于很多除了图5A到5C中示出的应用以外的其它应用。上述软管可以用于低温或者非低温条件下。

现在参加图9，图9中画出了细长加固层30一个实施例的横截面视图。层30包括连续的轮廓32，所述轮廓包括一个纵向延伸的浮力室34和一个纵向延伸的加固构件35。轮廓32具有相反的纵边缘36和38。纵向延伸的互锁结构40和42与各自的边缘36，38形成为一体的。每个结构40和42分别配有保持构件44和46。

结构40和42被设置在相反的方向上，从而，当层30螺旋地围绕软管10的其余部分缠绕时，结构40和42可如图9中所示地相互咬合。保持构件44和46防止结构40和42脱离。

现在参见图10，图10画出了细长加固层30另一实施例的横截面视图，所述层已经用130表示。层130包括连续的轮廓132。轮廓132具有相反的纵边缘136和138。纵向延伸的互锁结构140和142与各自的边缘136，138形成为一体。每个结构140和142包括成形的轮廓，所述轮廓具有凸起140a和142a和凹陷140b和142b，从而凸起140a可被容纳在凹陷142b中且与凹陷142b相互咬合，而凸起142a可被容纳在140b中且与凹陷140b相互咬合。从而，当凸起和凹陷相互咬合的时候，在结构140和142之间不存在间隙。

结构140和142被设置成在相对方向上相互面对，从而，当层130螺旋地围绕软管10的其余部分缠绕时，结构140和142可以相互咬合。结构140和142可通过任何传统的联结方式固定在一起。

轮廓132具有波纹形的形状，所述形状使构件130更容易适应弯曲作用力。

加固层130包括纵向延伸的加固构件135。在图10中，额外的，或可选的加固构件135的位置用附图标记数字135a,135b,135c,135d,135e和135f表示。

图7画出了根据本发明软管的另一实施例。在图7中软管用310表示。软管310包括第一管体312，所述第一管体包括内部加固层（未特别画出），外部加固层（未特别画出），和夹在这些加固层之间的密封层（未特别画出）。管体可进一步包括提供轴向的加强作用的大体为管状的加强织带（未特别画出），所述织带布置在外部加固层外表面内部或周围。

管体312布置在内部螺旋线圈线322和中间螺旋线圈线324之间。内部和外部夹紧线322和324被设置成它们彼此偏离与线圈螺旋半节距对应的距离。软管310进一步包括围绕内部螺旋线圈线324布置的第二管体332。第二管体332可与第一管体312相同。第二管体332布置在外部螺旋线圈线326和中间螺旋线圈线324之间。中间和外部夹紧线324和326被设置成它们彼此偏离与线圈螺旋半节距对应的距离。

如果需要的话，加固层（如加固层30）可围绕外部夹紧线326布置。可选地，隔热层或其它覆盖层可围绕外部夹紧线326布置。

要理解到的是如上所述的本发明可被修正。

Claims (24)

1.一种软管，包括：

a.第一夹紧构件；

b.覆于所述第一夹紧构件上的柔性材料第一管体，其包括：

i.覆于所述管体上的第一加固层；

ii.覆于所述第一加固层上的密封层；

iii.覆于所述密封层上的第二加固层；

c.覆于所述第二加固层上的第二夹紧构件；

d.围绕所述第二夹紧构件布置的柔性材料第二管体；以及

e.覆于所述第二管体上的第三夹紧构件。

2.如权利要求1所述的软管，其中，所述第二管体包括夹在第三和第四加固层之间的第二密封层。

3.如权利要求1所述的软管，其中，所述第一和第二夹紧构件的每个是相对于彼此布置的螺旋线圈线，使得它们彼此偏移对应于线圈半个螺旋节距长度的一段距离。

4.如权利要求3所述的软管，其中，所述第二和第三夹紧构件的每个是相对于彼此布置的螺旋线圈线，使得它们彼此偏移对应于线圈半个螺旋节距长度的一段距离。

5.如权利要求1所述的软管，其中，所述或每个密封层包括基本上不渗透由软管传输的流体的薄膜。

6.如权利要求5所述的软管，其中，所述或每个密封层包括至少两层，其中一层由第一聚合物制成，而第二层由不同于第一聚合物的第二聚合物制成。

7.如权利要求6所述的软管，其中，所述密封层包括部分或整体由金属形成的至少一层。

8.如上述权利要求之一所述的软管，还包括细长构件，所述细长构件围绕所述第三夹紧构件布置且具有相反纵边缘，所述细长构件螺旋地缠绕在管体周围，使得所述层的相反纵边缘处于相邻或搭接形式，其中每个纵边缘包括能够与相反的纵边缘上的配合结构相咬合的结构。

9.如权利要求8所述的软管，其中，细长构件包括至少一个封闭室，并且所述或每个室具有比细长构件的其余部分的密度低的密度。

10.如权利要求9所述的软管，其中，至少一个所述封闭室设有至少一个加固构件，所述至少一个加固构件沿着所述细长构件的纵向轴线延伸，并且所述或每个加固构件是比细长构件的材料硬的金属或复合材料的实心杆或管。

11.如权利要求10所述的软管，其中，加固构件的材料弹性模量是细长构件的材料弹性模量的至少15倍。

12.如权利要求10所述的软管，其中，加固构件的横截面总面积小于或等于细长构件的横截面总面积的四分之一。

13.如权利要求10所述的软管，其中，加固构件的横截面总面积小于或等于细长构件的横截面总面积的十分之一。

14.如权利要求10所述的软管，其中，细长构件和所述或每个加固构件的横截面面积沿着所述构件的长度基本上保持恒定。

15.如权利要求10所述的软管，其中，所述加固构件具有圆形，正方形，长方形或椭圆形的横截面形状。

16.如权利要求10所述的软管，其中，所述加固构件是由比细长构件的材料硬的柔性材料制成。

17.如权利要求10所述的软管，其中，相互咬合的结构被设置成当相互咬合时，它们提供连续的防水密封，在软管内部限定了密封体积。

18.如权利要求10所述的软管，其中，每个相互咬合的结构包括互锁结构，所述结构一旦被放到一起就锁定在一起。

19.如权利要求权利要求10所述的软管，其中，至少一个所述封闭室含有气体，泡沫材料或充气聚合物。

20.如权利要求10或19所述的软管，其中，存在两个都基本上沿细长构件的整个长度纵向地延伸的相邻室。

21.如上述权利要求之一所述的软管，其中，所述软管具有小于1的总比重。

22.如权利要求8所述的软管，还包括覆于所述第三夹紧构件上的隔热层。

23.如权利要求1所述的软管，还包括：

a.围绕所述第三夹紧构件布置的柔性材料第三管体；

b.覆于所述第三管体上的第四夹紧构件。

24.一种制造软管的方法，包括：

a.将第一夹紧构件环绕一管状芯轴包缠以形成第一线圈；

b.将薄片材料环绕所述管状芯轴和第一线圈包缠以提供用薄片材料形成的第一管体，其中所述片状材料包括布置于第一和第二加固层之间的第一密封层；

c.将第二夹紧构件环绕所述管体包缠以形成第二线圈；

d.将第二薄片材料环绕所述第二夹紧构件包缠以提供用薄片材料形成的第二管体，其中所述片状材料包括布置于第三和第四加固层之间的第二密封层；

e.将第三夹紧构件围绕所述管体包缠以形成第三线圈；

f.将细长构件环绕所述第三线圈包缠，其中所述细长构件环绕所述第三线圈螺旋缠绕，使得所述细长构件的相反的纵边缘处于相邻或搭接形式，并让形成在相邻或搭接边缘上的结构彼此咬合；

g.将在步骤(f)中生成的软管的端部固定；和

h.从芯轴移出软管。

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