CN109237155B - 一种用于海洋复合软管的骨架层及其专用类e型截面异型材 - Google Patents

一种用于海洋复合软管的骨架层及其专用类e型截面异型材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于海洋复合软管的骨架层及其专用类E型截面异型材。所述异型材的横截面呈类E型；类E型的截面包括臂A、臂B和臂C，其中，臂B和臂C均为L型臂，L型臂包括横臂和竖臂，与臂A平行的臂记为竖臂，与臂A垂直的臂记为横臂；臂B和臂C中的横臂均朝向臂A；臂A与臂B之间的间距大于臂B的所述横臂的宽度；臂B与臂C之间的间距大于臂A与臂C的横臂的宽度之和。本发明提供的异型材的横截面呈类E型，能够互锁，有效防止形成的骨架层与相邻界面相互滑出，同时能够使复合软管具有良好柔性，因此能用于海洋复合软管。当复合软管发生弯曲时，由于相互咬合截面之间存在间隙，允许异型材相邻截面保持一定的柔性的同时在一定空间内发生相对运动。

Description

一种用于海洋复合软管的骨架层及其专用类E型截面异型材
技术领域
本发明涉及一种骨架层及其专用异型材，具体涉及一种用于海洋复合软管的骨架层及其专用类E型截面异型材。
背景技术
全球海洋油气资源丰富，海洋油气资源量约占全球的72％，随着陆地资源趋于枯竭，海洋开采逐渐成为主流。近年来国外兴起的柔性复合软管由于其具有重量轻、韧性强、管体柔软、耐低温、耐腐蚀、不易结蜡、实用性强、易搬运等优点，已经开始应用到海底油、气和水的输送。柔性复合管道包括粘结性复合软管和非粘结性复合软管。其中，粘结性复合软管一般应用于短距离跨接管，通常由聚合物层和金属增强层挤压成一体，管体各层之间紧密结合为一体，不会有相对滑移；非粘结性复合软管是通常由金属材料或者聚合物螺旋缠绕而成，或者由自锁结构组成，允许层间发生相对位移，具有更好的柔性。与粘结性复合软管相比而言，非粘结性复合软管具有更好的性能，它的弯曲刚度很小，在同样的外载荷作用下，非粘结性软管的弯曲半径更小，曲率更大，在产生很大的横向变形的同时，也能保证轴向的抗拉强度，以及承受内外环向压力的能力。非粘结性复合软管多用于长距离、高压的管道输送，在超深水海洋开发中具有非常广泛的应用前景。非粘结性复合软管己逐渐成为软管中的主流结构，一般由骨架层、内衬层、抗压层、抗磨层、抗拉层、绝缘层、外套层等多层构成的复合管体结构，其中骨架层主要提供抵抗外部压力，防止结构压溃破坏。骨架层互锁结构使得相邻截面存在一定的间隙，虽然能使其具有更好的柔性，但是在轴向运动过大或管道弯曲程度较大时，有可能出现达到材料屈服极限或者导致互锁结构卡死的问题，使得结构完整性被破坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于海洋复合软管的骨架层及其专用类E型截面异型材，本发明异型材能够互锁，有效防止骨架层与相邻界面相互滑出，同时能够使复合软管具有良好柔性，解决海洋中管道可能受到弯矩和拉应力作用导致管道变形或失效的问题。
本发明首先提供一种用于复合软管的骨架层的异型材，所述异型材的横截面呈类E型；
所述类E型的截面包括臂A、臂B和臂C，其中，所述臂B和所述臂C均为L型臂，所述L型臂包括横臂和竖臂，与所述臂A平行的臂记为所述竖臂，与所述臂A垂直的臂记为所述横臂；
所述臂B和臂C中的所述横臂均朝向所述臂A；
所述臂A与所述臂B之间的间距大于所述臂B的所述横臂的宽度；
所述臂B与所述臂C之间的间距大于所述臂A与所述臂C的所述横臂的宽度之和。
所述的异型材中，所述臂A的端面呈圆弧形；
所述臂B的所述横臂的端面呈圆弧形；
所述臂C的所述横臂的端面呈圆弧形；
圆弧形的端面能够为形成的互锁结构提供缓冲空间。
所述的异型材中，所述类E型的截面中，所述臂A的两个壁面与所述截面的底面的连接处均呈直角，便于加工制造。
所述的异型材中，所述类E型的截面中，所述臂B的所述横臂的下壁面与所述竖臂的左壁面的连接处呈弧形，能够为形成的互锁结构提供缓冲空间，所述横臂的上壁面与所述竖臂的右壁面的连接处呈直角，便于加工制造；
所述竖臂的近所述臂A的壁面记为所述左壁面。
所述的异型材中，所述类E型的截面中，所述臂B的所述竖臂的左壁面与所述截面的底面的连接处呈弧形，能够为形成的互锁结构提供缓冲空间，所述竖臂的右壁面与所述底面的连接处呈直角，便于加工制造。
所述的异型材中，所述类E型的截面中，所述臂C的所述横臂的下壁面与所述竖臂的左壁面的连接处呈弧形，能够为形成的互锁结构提供缓冲空间，所述横臂的上壁面与所述竖臂的右壁面的连接处呈直角，便于加工制造；
所述竖臂的近所述臂B的壁面记为所述左壁面。
所述的异型材中，所述类E型的截面中，所述臂C的所述竖臂的左壁面与所述截面的底面的连接处呈弧形，能够为形成的互锁结构提供缓冲空间，所述竖臂的右壁面与所述底面的连接处呈直角，便于加工制造。
所述异型材为中空结构，空腔中可填充热阻材料、高强度材料或绝缘材料，所述热阻材料可以提供良好的保温效能，所述高强度材料可以提供额外强度，所述绝缘材料可以提供较好的绝缘性能，使形成的骨架层具有良好的适应性。
当一所述异型材的所述臂A和一所述异型材的所述臂C插入至另一所述异型材的所述臂B和所述臂C形成的槽体中时，所述臂A与所述臂B的竖臂之间形成间隙a，所述臂A与所述臂C的竖臂之间形成间隙b，所述臂C的横臂与所述臂C的竖臂之间形成间隙c；
所述间隙a、所述臂A的宽度、所述间隙b、所述臂C的所述横臂的宽度、所述间隙c的比值为1～2：4：1～2：18：1～2，具体可为1：4：1：18：1。
由若干本发明提供的所述异型材缠绕互锁形成；所述臂B的所述横臂插入至所述臂A与所述臂B形成的槽体中，所述臂A和所述臂C插入至所述臂B和所述臂C形成的槽体中，进而形成互锁结构。
由于所述臂B与所述臂C之间的间距大于所述臂A与所述臂C的所述横臂的宽度之和，因此相互咬合的截面之间存在间隙，故当复合软管发生弯曲时允许骨架层异型材相邻截面在一定空隙内发生相对运动，并保持一定的柔性。因此本发明异型材形成的骨架层允许复合软管发生相对运动。
所述异型材的材质优选为不锈钢钢带，性价比较高。
形成的骨架层具有两段互锁结构。相邻所述异型材间的两段互锁结构提高了骨架层的稳定性，有效防止骨架层相邻截面的相互滑出。
由于传统的S型截面骨架层间隙过大，易形成涡流，本发明适当减小了间距，并在始端设置了竖臂，有利于减小涡流带来的流动损失。
本发明提供的异型材的横截面呈类E型，能够互锁，有效防止形成的骨架层与相邻界面相互滑出，同时能够使复合软管具有良好柔性，因此能用于海洋复合软管。当复合软管发生弯曲时，由于相互咬合截面之间存在间隙，允许异型材相邻截面保持一定的柔性的同时在一定空间内发生相对运动；相邻异型材间的两段互锁结构不仅提高了骨架层的稳定性，有效防止骨架层相邻截面的相互滑出，而且能够较好地减小涡流带来的损失；异型材的内部为中空，可填充热阻材料来减弱管道与周围环境的换热，亦可根据需要填充其他材料来提供额外强度或者绝缘性能。
附图说明
图1为海洋复合软管的结构示意图。
图2为本发明用于海洋复合软管的骨架层的异型材的截面示意图。
图3为本发明用于海洋复合软管的骨架层的异型材互锁时的示意图。
图中各标记如下：
1骨架层、2内衬层、3抗压铠装层(互锁)、4抗压铠装层(非互锁)、5第一耐磨层、6第一抗拉铠装层、7第二耐磨层、8第二抗拉铠装层、9外包覆层、10臂A、11，13横壁、12，14竖壁、15，16底面、17，21，23，27，29左壁面、18，25，31右壁面、19上端面、20，24，26，30上壁面、22，28，32，33下壁面、34异型材。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明涉及的海洋复合软管结构，从内至外依次为骨架层1、内衬层2、抗压铠装层(互锁)3、抗压铠装层(非互锁)4、第一耐磨层5、第一抗拉铠装层6、第二耐磨层7、第二抗拉铠装层8和外包覆层9。其中，骨架层1是由互锁钢带缠绕而成，用来支撑内管，防止外压压溃；内衬层2形成输送流体的密封层；抗压铠装层(互锁)3和抗压铠装层(非互锁)4抵抗内压和弯曲；第一耐磨层5和第二耐磨层7能够防止金属与金属接触；第一抗拉铠装层6和第二抗拉铠装层8可以抵抗内压和轴向拉力；外包覆层9用来防止海水侵入，同时防止机械损伤。
如图2、3所示，上述采用的骨架层1是通过异型材34缠绕互锁形成，异型材19与复合软管管轴的缠绕角度接近于90度。本发明异型材34的截面为类E型截面，该截面包括臂A10、臂B和臂C，其中，臂B和臂C均为L型臂，L型臂包括横臂和竖臂，与臂A10平行的臂记为竖臂，与臂A10垂直的臂记为横臂，臂B的两个臂分别为横臂11和竖臂12，臂C的两个臂分别为横臂13和竖臂14。横臂11和横臂13均朝向臂A10。臂A10的端面19呈圆弧形，臂B的横臂11的端面呈圆弧形，臂C的横臂13的端面呈圆弧形。
本发明异型材中，类E型的截面中，臂A10的两个壁面与截面的底面的连接处均呈直角：左壁面17与底面16的下壁面33的连接处呈直角，右壁面18与底面16的上壁面20的连接处呈直角。
本发明异型材中，类E型的截面中，臂B的横臂11的下壁面22与竖臂12的左壁面21的连接处呈弧形，横臂11的上壁面24与竖臂12的右壁面25的连接处呈直角。臂B的竖臂12的左壁面21与截面的底面16的上壁面20的连接处呈弧形，竖臂12的右壁面25与底面15的上壁面26的连接处呈直角。
本发明异型材中，类E型的截面中，臂C的横臂13的下壁面28与竖臂14的左壁面27的连接处呈弧形，横13臂的上壁面30与竖臂14的右壁面31的连接处呈直角；臂C的竖臂14的左壁面27与截面的底面15的上壁面26连接处呈弧形，竖臂14的右壁面31与底面15的下壁面32连接处呈直角。
本发明异型材中，如图3所示，臂A10与臂B(竖臂12)之间的间距大于臂B的横臂11的宽度，臂B(竖壁12)与臂C(竖壁14)之间的间距大于臂A10与臂C的横臂13的宽度之和，即使异型材之间能缠绕互锁：臂B的横臂11插入至臂A10与臂B形成的槽体中，臂A10和臂C插入至臂B和臂C形成的槽体中，有效防止形成的骨架层与相邻界面相互滑出，同时能够使复合软管具有良好柔性，因此能用于海洋复合软管。如图3所示，当一异型材的臂A10和一异型材的臂C插入至另一异型材的臂B和臂C形成的槽体中时，臂A10与臂B的竖臂12之间形成间隙a，臂A12与臂C的竖臂14之间形成间隙b，臂C的横臂13与臂C的竖臂14之间形成间隙c，间隙a、臂A10的宽度、间隙b、臂C的横臂13的宽度、间隙c的比值为1：4：1：18：1。因此，当复合软管发生弯曲时，由于相互咬合截面之间存在间隙，允许异型材相邻截面保持一定的柔性的同时在一定空间内发生相对运动；相邻异型材间的两段互锁结构不仅提高了骨架层的稳定性，有效防止骨架层相邻截面的相互滑出，而且能够较好地减小涡流带来的损失。
本发明异型材的内部为中空，可填充热阻材料来减弱管道与周围环境的换热，亦可根据需要填充其他材料来提供额外强度或者绝缘性能。

Claims (10)

1.一种用于复合软管的骨架层的异型材，其特征在于：所述异型材的横截面呈类E型；
所述类E型的截面包括臂A、臂B和臂C，其中，所述臂B和所述臂C均为L型臂，所述L型臂包括横臂和竖臂，与所述臂A平行的臂记为所述竖臂，与所述臂A垂直的臂记为所述横臂；
所述臂B和臂C中的所述横臂均朝向所述臂A；
所述臂A与所述臂B之间的间距大于所述臂B的所述横臂的宽度；
所述臂B与所述臂C之间的间距大于所述臂A与所述臂C的所述横臂的宽度之和。
2.根据权利要求1所述的异型材，其特征在于：所述臂A的端面呈圆弧形；
所述臂B的所述横臂的端面呈圆弧形；
所述臂C的所述横臂的端面呈圆弧形。
3.根据权利要求1或2所述的异型材，其特征在于：所述类E型的截面中，所述臂A的两个壁面与所述截面的底面的连接处均呈直角。
4.根据权利要求1或2所述的异型材，其特征在于：所述类E型的截面中，所述臂B的所述横臂的下壁面与所述竖臂的左壁面的连接处呈弧形，所述横臂的上壁面与所述竖臂的右壁面的连接处呈直角；
所述竖臂的近所述臂A的壁面记为所述左壁面。
5.根据权利要求4所述的异型材，其特征在于：所述类E型的截面中，所述臂B的所述竖臂的左壁面与所述截面的底面的连接处呈弧形，所述竖臂的右壁面与所述底面的连接处呈直角。
6.根据权利要求1或2所述的异型材，其特征在于：所述类E型的截面中，所述臂C的所述横臂的下壁面与所述竖臂的左壁面的连接处呈弧形，所述横臂的上壁面与所述竖臂的右壁面的连接处呈直角；
所述竖臂的近所述臂B的壁面记为所述左壁面。
7.根据权利要求6所述的异型材，其特征在于：所述类E型的截面中，所述臂C的所述竖臂的左壁面与所述截面的底面的连接处呈弧形，所述竖臂的右壁面与所述底面的连接处呈直角。
8.根据权利要求1或2所述的异型材，其特征在于：所述异型材为中空结构；
所述异型材的空腔中填充热阻材料、高强度材料或绝缘材料。
9.根据权利要求1或2所述的异型材，其特征在于：当一所述异型材的所述臂A和一所述异型材的所述臂C插入至另一所述异型材的所述臂B和所述臂C形成的槽体中时，所述臂A与所述臂B的竖臂之间形成间隙a，所述臂A与所述臂C的竖臂之间形成间隙b，所述臂C的横臂与所述臂C的竖臂之间形成间隙c；
所述间隙a、所述臂A的宽度、所述间隙b、所述臂C的所述横臂的宽度、所述间隙c的比值为1～2：4：1～2：18：1～2。
10.一种用于海洋复合软管的骨架层，由若干权利要求1-9中任一项所述异型材互锁形成；
所述臂B的所述横臂插入至所述臂A与所述臂B形成的槽体中，所述臂A和所述臂C插入至所述臂B和所述臂C形成的槽体中，进而形成互锁结构。
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