CN110212470A - 一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器 - Google Patents

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丁乐声
陈金龙
张聪
冯梦珂
张陶
王朋
岳前进
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Abstract

一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器，属于海洋工程领域，适用于海洋柔性管缆，包括n节限弯器单节结构，两节限弯器单节结构节间锁合之后的接触面为四个，每个限弯器单节结构包括两个结构相同的限制器半体结构。包括前端公头及颈部和后端母头，为一体成型结构，且三者为同轴的中空圆柱体结构；限弯器单节结构中包括内部三个内径不同的空腔。本发明颈部长度相对较短，为各子结构锁合之后预留的刚度空间更大；同时，颈部长度相对较短，限弯器子结构的整体刚度变大，限弯器的锁合半径可以更小，需要节数更少，节约成本；整体结构的受力更加均匀，热点应力减小，具有更长的使用寿命。

Description

一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器
技术领域
本发明属于海洋工程领域，涉及一种针对柔性管缆的高性能弯曲限制器，适用于海洋柔性海缆的弯曲保护。
背景技术
自从石油天然气被广泛应用以来，发展至今日，陆地上的油气资源已经日趋枯竭。人类正在逐渐把油气开采的主阵地由陆地转向海洋。作为海洋油气开采的生命线，柔性海缆的保护是整个油气开采过程中重要的环节。防止柔性海缆的过度弯曲，是对其进行保护的一个主要方面。
限弯器作为一种防止海洋柔性海缆发生过度弯曲的弯曲限制器，通过在柔性管缆可能发生过度弯曲的部位安装限弯器，以增加该段的弯曲刚度的方式，来对柔性海缆进行弯曲保护。限弯器结构形式的设计需要考虑两个方面的因素，其一是要保证柔性管缆在安装、在位过程中不发生过度弯曲而破坏，其次还要保证限弯器本身不发生破坏。限弯器在服役过程中一般是通过多个子结构锁合的方式，来对柔性海缆进行弯曲保护。只有在子结构锁合之后，限弯器才能对柔性海缆起到弯曲保护作用，这时整个限弯器变成一个刚性结构，开始发挥对柔性管缆的弯曲限制作用。
随着油气开采向深远海的不断发展，柔性海缆的在位服役环境越来越恶劣，相应的对限弯器的承载能力提出了更高的要求。本发明涉及一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器，以提高限弯器的服役期间的安全系数和适应更加恶劣的工况要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种四面接触式，具有较高弯曲刚度的限弯器结构。该限弯器节与节之间接触面为四个，可以使限弯器的抗承载能力更强，在实际应用中的功能稳定性更加优异；n节限弯器结构包括2n个限弯器子结构的半体结构，限弯器子结构包括前端公头及颈部和后端母头两个部分，并且包含有三个空腔。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器，包括n节限弯器单节结构，两节限弯器单节结构节间锁合之后的接触面为四个；每个限弯器单节结构包括两个结构相同的限制器半体结构。
所述的限制器半体结构为半圆周筒形结构，包括前端公头1及颈部2和后端母头3，三部分为一体成型结构；所述的前端公头1设有两个螺栓孔，后端母头3设有四个螺栓孔，螺栓孔的位置分布如图1所示；前端公头1、后端母头3上螺栓孔的数量和位置可以根据实际工程需要进行调整。两个限制器半体结构通过螺栓进行对应连接，构成限弯器单节结构，限弯器单节结构中前端公头1、颈部2、后端母头3为同轴的中空圆柱体结构，尺寸为：后端母头3＞前端公头1＞颈部2。
所述的颈部2位于前端公头1、后端母头3之间。该颈部长度较小，能够使连接其后的母头前部与上一节母头后部形成配合面，同时，较小尺寸的颈部能够使得限弯器子结构的整体刚度变大，刚度变大使限弯器的节数变少，一定程度上可以节约成本。
所述的限弯器单节结构中包括内部三个内径不同的空腔，从前端公头1至后端母头3依次为空腔1、空腔2、空腔3，三个空腔也为同轴结构，空腔按照内径从小到大排列为空腔1、空腔3、空腔2，如图1所示。
所述的空腔1贯穿前端公头1及颈部2，并延伸至后端母头3后部，与空腔2、空腔3贯通，空腔1用于为所保护的管缆预留放置空间。所述的空腔1在前端公头1处为圆台体、颈部2及后端母头3处为圆柱体。
所述的空腔2除了为管缆的放置预留空间外，还为前一节限弯器的前端公头3预留足够空间，空腔2内径尺寸大于前端公头3的外径，保证限弯器各个子结构之间的连接。所述的空腔2为圆柱体。
所述的空腔3内径大于颈部2的外径，小于前端公头1的外径，空腔3除了为管缆的放置预留空间外，还用于提供预留限弯器节与节之间的相对旋转量，该内腔主要用来与公头及颈部的外轮廓配合形成锁合结构。所述的空腔设有倒角。
使用时，将第n节限弯器单节结构的前两个半体结构通过螺栓固连为完整限弯器单节结构后，将其前端公头1放置于第n+1节后端母头3半体结构的空腔3内，再将第n+1节子结构固连为整体结构。两个单节结构连接后子结构之间的锁合接触面包括4个，分别为：锁合接触面A6、锁合接触面B7、锁合接触面C8、锁合接触面D9，如图2所示，相对较多的锁合接触面，能够使整体结构的受力更加均匀，相应的应力分布更加均匀，并使得热点应力值相对减小，一定程度上延长限弯器的使用寿命。
本发明涉的有益效果为：本发明的限弯器四面锁合的形式使锁合之前的位置转角变小，可以实现快速锁合，对于最小弯曲半径较大的海缆保护能力更优异。另外，本发明能够很大程度上提高了限弯器的使用性能，对于相对恶劣的服役工况具有更强的适用性。
附图说明
图1是限弯器子结构示意图。应用时将两个图1所示结构通过螺栓进行对应连接，构成限弯器的单节。
图2是限弯器的连接示意图。阴影部分为单节限弯器的半体结构，与之进行连接的是一个完整限弯器单节结构。
图3是限弯器三维视角的装配图，用以解释限弯器的连接方式。
图中：1前端公头；2颈部；3后端母头；4前端公头肩部；5后端公头肩部；6锁合接触面A；7锁合接触面B；8锁合接触面C；9锁合接触面D。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示例性给出本发明涉及限弯器的基本结构的结构形式，包含有前端公头1及颈部2，后端母头3以及图中所示分布的3个空腔和6个螺栓孔。限弯器整体结构的配合与连接都基于图1基本结构。
图2和图3示例性地描述了本发明涉及限弯器子结构装配以及限弯器半体结构与半体结构之间的连接示意图。限弯器子结构包含两个图1所示的限弯器半体结构，通过六个螺栓孔，将两个限弯器半体连接，使之相互配合，被保护的管缆经由限弯器结构中预留的空腔穿过限弯器。限弯器的节间连接如图2所示，在进行连接时，将第n节限弯器的前端公头插入第n+1节限弯器的空腔2中，由于前端公头肩部的外径大于后端母头肩部的内径，单节限弯器的轴向位移被限制，只留有很小的位移空间，第n节限弯器在旋转预定的节转角之后实现锁合。
在具体的实施过程中，首先对第n节限弯器进行装配，装配的具体过程如上所述，包括两个图1所示半体结构的装配。在对第n节限弯器装配完成之后，将该节限弯器的前端公头插入第n+1节限弯器半体结构的空腔2中，具体形式如图2所示，之后再按照单节限弯器的装配过程对第n+1节限弯器进行装配。截取限弯器安装实施过程中的两节结构，其安装完成之后的示意图如图3所示。限弯器的安装就是不断重复第n节与第n+1节限弯器装配与连接的过程，直到安装节数达到预期要求。
图1，图2，图3示例性描述了该发明涉及限弯器的安装过程，本领域工程人员完全能够理解。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，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，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器，其特征在于，所述的高性能弯曲限制器包括n节限弯器单节结构，两节限弯器单节结构节间锁合之后的接触面为四个；每个限弯器单节结构包括两个结构相同的限制器半体结构；
所述的限制器半体结构为半圆周筒形结构，包括前端公头(1)及颈部(2)和后端母头(3)，三部分为一体成型结构；所述的前端公头(1)、后端母头(3)上均设有螺栓孔，螺栓孔的数量和位置根据实际工程需要确定；
两个限制器半体结构通过螺栓对应连接后构成限弯器单节结构，限弯器单节结构中前端公头(1)、颈部(2)、后端母头(3)为同轴的中空圆柱体结构，尺寸为：后端母头(3)＞前端公头(1)＞颈部(2)；所述的限弯器单节结构中包括内部三个内径不同的空腔，从前端公头(1)至后端母头(3)依次为空腔1、空腔2、空腔3，三个空腔也为同轴结构，空腔内径尺寸为：空腔1＞空腔3＞空腔2；
所述的空腔1贯穿前端公头(1)及颈部(2)，并延伸至后端母头(3)后部，与空腔2、空腔3贯通，空腔1用于为所保护的管缆预留放置空间；
所述的空腔2为圆柱体，除了为管缆的放置预留空间外，还为前一节限弯器的前端公头3预留空间，空腔2内径尺寸大于前端公头3的外径，保证限弯器各个子结构之间的连接；
所述的空腔3内径大于颈部(2)的外径，小于前端公头(1)的外径，空腔3除了为管缆的放置预留空间外，还用于提供预留限弯器节与节之间的相对旋转量，该内腔主要用来与公头及颈部的外轮廓配合形成锁合结构。
2.根据权利要求1所述的一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器，其特征在于，所述的空腔1在前端公头(1)处为圆台体、颈部(2)及后端母头(3)处为圆柱体。
3.根据权利要求1所述的一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器，其特征在于，所述的颈部(2)结构长度较小，能够使连接其后的母头前部与上一节母头后部形成配合面。
4.根据权利要求1所述的一种四面接触锁合的高性能弯曲限制器，其特征在于，所述的空腔3设有倒角。
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