CN110762340A - 一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器 - Google Patents

Abstract

一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器，属于海洋工程柔性管缆技术领域，包括n节限弯器主体，每节限弯器主体由2个完全相同的单体连接而成，每个单体为变径半圆筒形结构，包括公头、颈部段、母头及带有斜角的内嵌钢筒；内嵌钢筒采用半圆筒式结构，在中部颈部段。装配时，依次将底部第一个单体公头插入前一个单体母头中，完成底部单体配合后，放置海洋柔性管缆；再将上部单体与底部单体装配；受到外力时，接触处的公头段与母头段锁死，避免柔性管缆产生过度弯曲。本发明装配过程中整个主体连接只依靠公头母头之间的配合以及螺栓径向连接，无需其它连接环；加入内嵌钢筒增加了限弯器颈部，减少限弯器截面过度处的应力集中，提高限弯器整体的耐疲劳性能。

Description

一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器

技术领域

本发明属于海洋工程柔性管缆技术领域，涉及一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器，提供海洋工程中使用的柔性管缆发生过度弯曲失效模式的保护方法。

背景技术

随着海上资源开发的不断发展，柔性管道、柔性线缆(以下简称“柔性管缆”)的应用越来越广泛。通常海洋工程用柔性管缆的弯曲刚度比较小，对施工、在位或维修时柔性管缆所承受的弯曲载荷具有较好的顺应性。这也造成了柔性管缆在实际的工程应用中非常容易过度弯曲，一般要使用限弯器，以确保其应用过程中的安全性。

限弯器由于安装灵活、要求空间小等优点，在海洋工程中的应用非常广泛。限弯器的结构是由多组相同尺寸的变径半圆筒式结构相互嵌套而成。其工作原理是通过曲率限位，来防止柔性管缆发生过度弯曲，它的子结构可以在一定的范围内发生相互转动，在柔性管缆的曲率半径未达到其锁合半径前，限弯器不会对柔性管缆有限制作用，一旦柔性管缆弯曲到其锁合半径，限弯器的各个子结构就会发生相互扣锁，从而限制柔性管缆的进一步弯曲。但传统限弯器材质主要是纯金属材料(主要为球墨铸铁)或者纯高分子材料(主要为聚氨酯材料)，金属型限弯器极易腐蚀，防腐工作复杂，且自身密度大、质量重会给海缆增加重力负担，影响海缆的线型分布；而聚氨酯限弯器则会在应对较复杂海况以及限弯器小型化等方面呈现刚度、强度弱等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的易腐蚀、强度弱等问题，本发明提供一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器，结合了金属限弯器以及高分子限弯器的优点，兼备轻质、高强、不易腐蚀、节省原材料、耐疲劳性能强等优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器，包括n节限弯器主体，n节限弯器主体包括2n个完全相同的限弯器单体(每节限弯器主体由完全相同的半圆周筒形单体连接而成)，和n的整数倍的螺栓紧固件；n为正整数，具体取值根据实际需求而定。

所述的每个限弯器单体为半圆周筒形结构，包括前端的公头、中部颈部段4、尾端的母头5以及内嵌钢筒1，为一体成型结构；两个限弯器单体在装配面法线方向预留相同的螺栓孔6。每个限弯器单体的公头外周面上设有公头肩部，母头5后端设有母头肩部。

所述的内嵌钢筒1采用半圆筒式结构，内嵌在易发生破坏的中部颈部段4，增加限弯器的局部刚度和强度，提高限弯器的耐疲劳性能。所述内嵌钢筒1的两端为分别设有钢筒公头斜角9和钢筒母头斜角10，其中钢筒公头斜角9位于限弯器单体的公头3内部，钢筒母头斜角10位于限弯器单体的母头5内部，两端的斜角结构形成支撑结构，增加截面过度处的刚度。螺栓8穿过限弯器单体的螺栓孔6并通过螺母及垫片7将两个限弯器单体2连接成一节限弯器主体，装配后的一整节限弯器主体中，公头、颈部段4和母头段5形成一个内部具有变径连通内腔的整体结构。且装配过程中整个限弯器主体连接只依靠公头母头之间的配合以及螺栓径向连接，无需其它连接环。

所述的一整节限弯器主体内部包括三个同轴但内径不同的空腔，从前端的公头4至后端的母头5依次为中空通道11、母头空腔12、肩部空腔13，三个空腔相互贯通，空腔按照内径从小到大排列为中空通道11、肩部空腔13、母头空腔12。

所述的中空通道11贯穿公头及颈部段4，并延伸至母头5，用于为所保护的管缆预留放置空间。所述的中空通道11在公头段处为圆台体、颈部段4及母头段5处为圆柱体。

所述的母头空腔12为圆柱体，位于母头5，其内径尺寸大于公头的外径,主要作用为前一节限弯器的公头段预留足够转动空间，保证限弯器各个子结构之间的连接。

所述的肩部空腔13内径大于颈部段4的外径，小于公头的外径，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段4的外轮廓配合形成锁合结构。所述的肩部空腔13设有倒角。

所述的内嵌钢筒1厚度为限弯器单体颈部段4厚度的十分之一，过薄会导致刚度、强度欠缺，过厚则会增加体重负担。对内嵌钢筒1双相不锈钢表面进行处理，降低双相不锈钢表面粗糙度，防止浇注时产生气泡。

所述的限弯器单体的材质，主体(公头、颈部段4及母头5)选择聚氨酯材料，减轻重量，且能有较强的抗腐蚀能力；内嵌钢筒1选择双相不锈钢材质，其具有高弹性模量和高强度，耐腐蚀性等优点，较适应海洋的环境。所述的限弯器单体浇注加工成型时先将内嵌钢筒1预埋于限弯器浇注模腔中，实施一体化浇注法完成浇注。

进一步的，所述的内嵌钢筒1采用便捷高效的冲压加工的方式，并且方便加工出钢筒公头斜角9和钢筒母头斜角10。

进一步的，在选择内嵌钢筒1的嵌入位置时，尽量避开螺栓孔6的位置；如果无法避免与螺栓孔6相交，应在半圆筒上打孔，以保证限弯器安装。

装配过程中，依次将底部第一个限弯器单体的公头插入前一个限弯器单体的母头5中，第一个公头外周的公头肩部卡在母头空腔12中，依次完成底部限弯器单体的配合后，放置海洋柔性管缆；在将上部的限弯器单体通过螺栓与底部限弯器单体进行装配。在受到外力作用的时候，柔性管缆弯曲变形达一定程度，接触处的公头段与母头段相互锁死，从而能够阻止柔性管缆在使用过程中发生比较大的弯曲变形，避免了柔性管缆产生过度弯曲。

与现有限弯器技术相比，本发明的有益效果为：

(1)其加入内嵌钢筒(双相不锈钢)具有高弹性模量，增加了限弯器颈部刚度。

(2)其加入双相不锈钢圆筒两端的斜角，减少限弯器截面过度处的应力集中。

(3)其加入双相不锈钢避免了材料的单一性，提高整体耐疲劳性能。

附图说明

图1是本发明所述海洋柔性管缆限弯器内嵌的双相不锈钢钢筒示意图。

图2是本发明所述内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器单节装配螺栓组剖视图。

图3是本发明所述内嵌钢筒式的海洋柔性管缆限弯器多节半剖装配图。

图中：1内嵌钢筒；2半圆周筒形单体A；3半圆周筒形单体B；4颈部段；5母头；6螺栓孔；7螺母及垫片；8螺栓；9钢筒公头处斜角；10钢筒母头段斜角；11中空通道；12母头空腔；13肩部空腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利进行详细的描述。

图1、图2和图3示例性的给出了本发明描述的内嵌钢筒式的海洋柔性管缆弯曲限制器的整体结构及其连接方法，本领域技术人员完全能够理解，实际使用中可以使用任意多个限弯器按图1、图2和图3所示方法依次连接。

图1示例性地描述了内嵌钢筒1的形状结构，其厚度为限弯器颈部壁厚的十分之一，内嵌钢筒1配合限弯器单体采用半圆周的筒状结构，两端通过冲压加工出钢筒公头处斜角9以及钢筒母头处斜角10，形成限弯器整体支撑结构，加强限弯器的颈部刚度，减少截面过渡处的应力集中，提高限弯器整体抗疲劳性能。

图2示例性地描述了一节限弯器两个半圆周筒形单体A2与半圆周筒形单体B3之间的连接方式；两个单体在装配面法线方向预留相同的螺栓孔6，由多个螺栓8、螺母及垫片7完成连接。

图3示例性地描述了第一节限弯器主体和第二节限弯器主体的连接关系，第一节限弯器主体和第二节限弯器主体的结构完全相同，均包括前端的公头颈部段4以及尾端的母头段5。在公头颈部段4的中间位置内嵌双相不锈钢筒1，在连接的时候，将第二节限弯器单体的公头颈部段4插入第一节限弯器单体的母头5中。海洋柔性管缆从空腔中穿过，当其受到外力作用弯曲变形达一定程度时，接触处的公头4与母头5相互锁死，此时处于不同节的内嵌钢筒1并不接触，但其受力并支撑颈部，从而能够阻止柔性管缆在使用过程中发生比较大的弯曲变形，避免了柔性管缆产生过度弯曲

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 (3)

1.一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器，其特征在于，所述的海洋柔性管缆限弯器包括n节限弯器主体，n节限弯器主体包括2n个完全相同的限弯器单体，和n的整数倍的螺栓紧固件

所述的每个限弯器单体为变径半圆筒形结构，包括前端的公头、中部颈部段、尾端的母头以及内嵌钢筒(1)，为一体成型结构；两个限弯器单体在装配面法线方向均预留螺栓孔；每个限弯器单体的公头外周面上设有公头肩部，母头后端设有母头肩部；

所述的内嵌钢筒(1)采用半圆筒式结构，内嵌在中部颈部段(4)；所述内嵌钢筒(1)的两端为分别设有钢筒公头斜角(9)和钢筒母头斜角(10)，钢筒公头斜角(9)、钢筒母头斜角(10)分别位于限弯器单体的公头(3)、母头(5)内部，两端的斜角结构形成支撑结构；内嵌钢筒(1)厚度为限弯器单体颈部段(4)厚度的十分之一；

所述的两个限弯器单体的预留螺栓孔通过螺栓连接成一节限弯器主体，装配后的一整节限弯器主体中，公头、颈部段(4)和母头段(5)形成一个内部具有变径连通内腔的整体结构，用于放置管缆并对管缆形成保护，内部包括三个同轴但内径不同的空腔，从前端的公头至后端的母头(5)依次为中空通道(11)、母头空腔(12)、肩部空腔(13)，空腔按照内径从小到大排列为中空通道(11)、肩部空腔(13)、母头空腔(12)；

装配过程中，将底部第一个限弯器单体的公头插入前一个限弯器单体的母头(5)中，第一个公头外周的公头肩部卡在母头空腔(12)，依次完成底部限弯器单体的配合后，放置海洋柔性管缆；再将上部的限弯器单体通过螺栓与底部限弯器单体进行装配；在受到外力作用的时候，柔性管缆弯曲变形，接触处的公头段与母头段相互锁死，避免柔性管缆产生过度弯曲；装配过程中整个限弯器主体连接只依靠公头母头之间的配合以及螺栓径向连接，无需其它连接环。

2.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器，其特征在于，所述的限弯器单体公头、颈部段(4)及母头(5)的材质选择聚氨酯材料。

3.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筒式海洋柔性管缆限弯器，其特征在于，所述的内嵌钢筒(1)选择双相不锈钢材质。

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