CN108843865A - 柔性管抗压铠装层 - Google Patents

Abstract

本发明的柔性管抗压铠装层包括第一异形带和第二异形带；第一异形带具有工字型截面，包括上横梁、下横梁和将上横梁和下横梁连接的竖梁，下横梁的朝向上横梁的一面上的两端设有第一钩扣部，第一钩扣部、下横梁和竖梁之间形成第一槽扣部；第二异形带具有π字型截面，包括主横梁和倾斜连接在主横梁一面上的两个斜梁，两个斜梁之间设有支撑梁，两个斜梁的端部分别设有朝向支撑梁弯折的第二钩扣部，斜梁与支撑梁之间形成第二槽扣部；第一异形带和第二异形带交错螺旋缠绕时，相邻圈上的所述第一钩扣部嵌扣至第二槽扣部、第二钩扣部嵌扣至第一槽扣部中形成管状的抗压铠装层，是一种局部应力小，抗拉弯耐力强的抗压铠装层。

Description

柔性管抗压铠装层

技术领域

本发明涉及柔性管道领域，具体而言，涉及柔性管抗压铠装层。

背景技术

海洋管道是通过密闭的管道在海底连续地输送大量油(气)的管道，是海上油(气)田开发生产系统的主要组成部分，也是目前最快捷、最安全和经济可靠的海上油气运输方式。

传统的海洋管道一般以钢管为主，其整体的构造、安装和后续保养工作周期长且费用高。柔性复合软管由于防腐性好、在保证较好的力学强度同时具有较小的弯曲刚度，对外界载荷适应性强、铺设速度快且费用低和能够重复利用等优点，在海洋油气输运中应用越来越广泛。

现有的柔性复合软管主要有两种，一种为粘接性复合软管，另一种为非粘接性复合软管。粘接性复合软管的连接一般是由聚合物层和金属增强层挤压连接成一体，其挤压成型后通过特殊的工序使聚合物材料层和金属增强层之间产生较高的粘合强度，该类软管一般仅在较短距离跨接管道中应用。而非粘接复合软管一般由聚合物材料层和金属增强层通过物理的方式组合而成，且每一层与每一层间不需要使用化学工艺粘合，各层间通过摩擦和接触压力来传递载荷，其具有良好的柔性，已逐渐成为软管中的主流结构，此类复合软管一般在长距离和高压的管道中使用。非粘接复合软管广泛应用在海洋工程中对原油、天然气或水的输送。

非粘结复合软管是由骨架层、内衬层、抗压铠装层、抗拉铠装层和外包覆等多层构成，其中抗压铠装层主要用于抵抗径向力，并通过异型材缠绕成管状，但当柔性管弯曲变形时，螺旋缠绕的异形材之间具有较大的摩擦力，管层容易发生断裂，同时外界往复载荷作用下异形材易产生接触磨损，发生疲劳损伤。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种柔性管抗压铠装层，以解决现有技术中柔性管在弯曲变形时，存在接触区域应力过大易断裂、拉弯条件下支撑力不足的问题。

为此，本发明提供如下技术方案：

柔性管抗压铠装层，包括第一异形带和第二异形带；

所述第一异形带具有工字型截面，包括上横梁、下横梁和将上横梁和下横梁连接的竖梁，所述下横梁的朝向所述上横梁的一面上的两端设有第一钩扣部，所述第一钩扣部、所述下横梁和所述竖梁之间形成第一槽扣部；

所述第二异形带具有π字型截面，包括主横梁和倾斜连接在主横梁一面上的两个斜梁，两个斜梁之间设有支撑梁，两个斜梁的端部分别设有朝向所述支撑梁弯折的第二钩扣部，所述斜梁与所述支撑梁之间形成第二槽扣部；

所述第一异形带和所述第二异形带交错螺旋缠绕时，相邻圈上的所述第一钩扣部嵌扣至所述第二槽扣部、所述第二钩扣部嵌扣至所述第一槽扣部中形成管状的抗压铠装层。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述竖梁具有内凹的弧面表面，所述上横梁通过所述竖梁平滑过渡至所述下横梁。

内凹的弧面表面能够使得两个异形带在扣合时形成有效的间隙，保证两个相邻圈的异形带在相互转动时，能够避免点接触，进而避免局部应力的产生。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述第一异形带的截面为对称结构。

从而使得绕制而成的管体具有均匀的结构。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述上横梁的长度小于所述下横梁的长度。

下横梁上设有第一钩扣部，需要与第二异形带有一定的重叠部分，将上横梁设置的短于下横梁，能够使得两个异形带在缠绕时能够形成表面连续的管体。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述第二异形带的截面为对称结构。

从而使得绕制而成的管体具有均匀的结构。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述斜梁与所述主横梁的连接处做圆角处理。

从而减少尖角应力集中，增强和优化第二异形带的结构强度。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述主横梁的端部向所述斜梁的连接处厚度逐渐增大。

一方面在管体的面部形成较大的支撑面，另一方面增加了主横梁与斜梁所围成的空间，同时还保证了主横梁与斜梁连接处的强度，使得第二异形带具有更好的结构性能。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述第一异形带和所述第二异形带的边角处做圆角处理。

从而进一步防止第一异形带和第二异形带之间的点接触，防止应力过大时发生锐边断裂。

作为对上述的柔性管抗压铠装层的进一步可选的方案，所述上横梁的上表面、所述下横梁的下表面、所述主横梁的上表面、所述支撑梁的下表面为平面；所述第一异形带和所述第二异形带交叉缠绕时，所述上横梁与所述主横梁相平、所述下横梁与所述支撑梁相平。

从而使得第一异形带和第二异形带在缠绕时形成内外壁平整的管体，有利于与柔性管的其他层形成良好的贴合。

本发明的柔性管抗压铠装层至少具有如下优点：

柔性管抗压铠装层通过采用第一异形带和第二异形带的缠绕而成，并通过设置异形带的异形截面使得第一异形带和第二异形带在能够相互扣合的同时，又有一定的间隙，当柔性管弯曲时，减小第一异形带和第二异形带之间的接触应力，使得抗压铠装层具有较大的抗拉弯耐力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的柔性管抗压铠装层的剖面结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的柔性管抗压铠装层的相邻圈的异形带的钩合结构示意图。

图标：1-抗压铠装层；10-第一异形带；101-上横梁；102-下横梁；103-竖梁；11-第一钩扣部；12-第一槽扣部；20-第二异形带；201-主横梁；202-斜梁；203-支撑梁；21-第二钩扣部；22-第二槽扣部。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对柔性管抗压铠装层进行更全面的描述。附图中给出了柔性管抗压铠装层的优选实施例。但是，柔性管抗压铠装层可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对柔性管抗压铠装层的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在柔性管抗压铠装层的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种柔性管抗压铠装层1，设于柔性管的中层，其内侧至少设有内衬层，外侧至少设有外包覆层，用于增强柔性管抗压强度。

柔性管抗压铠装层1包括第一异形带10和第二异形带20，通过第一异形带10和第二异形带20交叉缠绕而成。

请一并参阅图2，第一异形带10具有工字型截面，包括上横梁101、下横梁102和将上横梁101和下横梁102连接的竖梁103，下横梁102的朝向上横梁101的一面上的两端设有第一钩扣部11，第一钩扣部11、下横梁102和竖梁103之间形成第一槽扣部12。

上横梁101、下横梁102平行设置，竖梁103垂直连接在上横梁101和下横梁102之间。第一钩扣部11为设于下横梁102上的凸台，第一钩扣部11、下横梁102和竖梁103围合成了槽状的第一槽扣部12。

第二异形带20具有π字型截面，包括主横梁201和倾斜连接在主横梁201一面上的两个斜梁202，两个斜梁202之间设有支撑梁203，两个斜梁202的端部分别设有朝向支撑梁203弯折的第二钩扣部21，斜梁202与支撑梁203之间形成第二槽扣部22。

斜梁202与主横梁201成一定的倾角连接，如成45°角连接，从而使得主横梁201和两个斜梁202形成π字形，支撑梁203设于两个斜梁202上，用于增强第二异形带20的强度，同时使得第二异形带20在缠绕时形成平整的管体表面。同时斜梁202的端部内扣形成了第二钩扣部21，且第二钩扣部21与支撑梁203之间的角形空间形成了第二槽扣部22。

第一异形带10和所述第二异形带20交错螺旋缠绕时，相邻圈上的第一钩扣部11嵌扣至第二槽扣部22、第二钩扣部21嵌扣至第一槽扣部12中形成管状的抗压铠装层1。

上横梁101和主横梁201交叉设置构成了管体的一面，可以为外表面，下横梁102和支撑量交叉设置构成了管体的另一面，为内表面。同时上横梁101、下横梁102和竖梁103之间形成的空间以及主横梁201和斜梁202之间形成的空间，为第一异形带10和第二异形带20缠绕所形成的间隙。能够保证第一钩扣部11和第二槽扣部22、第二钩扣部21和第一槽扣部12之间在有效的扣合的前提下，以及管体具有连续的内外表面，也就是具有较大的承载面的前提下，使得第一异形带10与第二异形带20之间形成足够的间隙，在柔性管弯曲变形时，减少第一异形带10与第二异形带20之间的接触应力，增强抗压铠装层1的耐拉、弯性能。

上述，第一异形带10和截面、第二异形带20的截面为垂直于其带体延伸方向的截面。

本实施例中，斜梁202张开的宽度与主横梁201的长度相等，支撑量的端面高度高于斜梁202。

第二异形带20的截面为对称结构，两个斜梁202对称地连接在主横梁201上，支撑梁203设于两个斜梁202之间，两个斜梁202相对支撑梁203对称，两个第二钩扣部21相对支撑梁203对称、两个第二槽扣部22相对支撑梁203对称。

第一异形带10的截面为对称结构，即竖梁103一端连接在上横梁101的中部、另一端连接在下横梁102的中部，两个第一钩扣部11相对竖梁103对称，两个第二钩扣部21相对竖梁103对称。

结构对称的第一异形带10和第二异形带20在缠绕时能够在每一螺旋圈的端面上形成结构相同的钩扣结构，从而使得第一异形带10和第二异形带20所缠绕成的管体的结构更加均匀，减少连接应力集中的产生。

竖梁103具有内凹的弧面表面，上横梁101通过竖梁103平滑过渡至下横梁102，具体为竖梁103的宽度与上横梁101的长度相等，竖梁103的侧面为内凹的弧面。抗压铠装层1弯曲时，根据不同的弯曲方向该内凹的弧面为第二异形带20的主横梁201或斜梁202进行避让，减轻/避免第一异形带10与第二异形带20之间的局部接触所带来的局部应力。

同时竖梁103与下横梁102之间通过弧面过渡连接，能够有效地消除连接锐边应力，使得第一异形带10的结构性能更好。

进一步地，第一钩扣部11与下横梁102的连接处以及第一钩扣部11的侧面为弧面，减少锐边的应力集中，同时避免第一钩扣部11与第二钩扣部21之间形成点接触，避免局部应力过大，致使抗压铠装层1的抗拉、弯能力降低的问题产生。

第一异形带10的上横梁101的长度小于下横梁102的长度，第二异形带20的主横梁201的长度与两个斜梁202张开的宽度相等，支撑梁203的长度小于主横梁201的长度。第一异形带10与第二异形带20在缠绕时，为了绕制而成的管体具有连续的内表面和外表面，应保证上横梁101与主横梁201以及二者之间的间隙的长度总和与下横梁102与支撑梁203以及二者之间的间隙的长度总和相等或近乎相等。

斜梁202与主横梁201的连接处做圆角处理，与上述所提到的减少锐边应力集中的原理类似，斜梁202与主横梁201之间形成了角形空间，能够在抗压铠装层1发生弯曲变形时，对上横梁101进行有效地避空，增强抗压铠装层1的变形能力。

上横梁101的端部做圆角处理，主横梁201的端部做圆角处理，从而避免上横梁101与主横梁201之间的点接触。

主横梁201的端部向斜梁202的连接处厚度逐渐增大，即主横梁201的端部至中部的厚度逐渐增大，减少第二异形带20材料的使用，保证主横梁201与斜梁202之间的连接强度。

相对斜梁202内扣的第二钩扣部21与斜梁202之间通过圆弧过渡，且该圆弧与第一钩扣部11的侧面的弧面的弧度相匹配，从而使得二者在钩扣时形成弧面接触，接触面积更大，应力集中越弱，钩扣效果更好。

除上述圆角外，支撑梁203与斜梁202之间做圆角处理，支撑梁203端部做圆角处理，下横梁102端部做圆角处理。圆角处理一方面消除了第一异形带10和第二异形带20自身的锐边集中应力，另一方面使得二者在接触时避免形成点接触，防止应力过大时发生锐边断裂，提升抗压铠装层1的耐拉、弯应力。

第一异形带10与第二异形带20的厚度相等，且第一异形带10的上横梁101的上表面与下横梁102的下表面为相互平行的平面，第二异形带20的主横梁201与支撑梁203为相互平行的平面。

第一异形带10和第二异形带20交叉扣合时，上横梁101与主横梁201相平，下横梁102与支撑梁203相平，从而绕制出具有平整的内外表面的管体，有利于与柔性管的其他层形成良好的贴合。

在绕制抗压铠装层1时，可以将第一异形带10和第二异形带20在带体展开的情况下进行装配嵌合，而后两条带体一同螺旋缠绕成管体。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.柔性管抗压铠装层，其特征在于，包括第一异形带和第二异形带；

所述第一异形带具有工字型截面，包括上横梁、下横梁和将上横梁和下横梁连接的竖梁，所述下横梁的朝向所述上横梁的一面上的两端设有第一钩扣部，所述第一钩扣部、所述下横梁和所述竖梁之间形成第一槽扣部；

所述第二异形带具有π字型截面，包括主横梁和倾斜连接在主横梁一面上的两个斜梁，两个斜梁之间设有支撑梁，两个斜梁的端部分别设有朝向所述支撑梁弯折的第二钩扣部，所述斜梁与所述支撑梁之间形成第二槽扣部；

所述第一异形带和所述第二异形带交错螺旋缠绕时，相邻圈上的所述第一钩扣部嵌扣至所述第二槽扣部、所述第二钩扣部嵌扣至所述第一槽扣部中形成管状的抗压铠装层。

2.根据权利要求1所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述竖梁具有内凹的弧面表面，所述上横梁通过所述竖梁平滑过渡至所述下横梁。

3.根据权利要求1所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述第一异形带的截面为对称结构。

4.根据权利要求3所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述上横梁的长度小于所述下横梁的长度。

5.根据权利要求1所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述第二异形带的截面为对称结构。

6.根据权利要求1所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述斜梁与所述主横梁的连接处做圆角处理。

7.根据权利要求6所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述主横梁的端部向所述斜梁的连接处厚度逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述第一异形带和所述第二异形带的边角处做圆角处理。

9.根据权利要求1所述的柔性管抗压铠装层，其特征在于，所述上横梁的上表面、所述下横梁的下表面、所述主横梁的上表面、所述支撑梁的下表面为平面；

所述第一异形带和所述第二异形带交叉缠绕时，所述上横梁与所述主横梁相平、所述下横梁与所述支撑梁相平。