CN110805757A - 一种新型环肋钢带增强柔性复合管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型环肋钢带增强柔性复合管，旨在为陆地及海上油气等工业领域提供一种经济高效的介质输送方案。该种复合管主要包括四层结构，由内到外依次为：环肋内层、钢带缠绕增强层（可由多层钢带沿内管轴向螺旋缠绕而成）、高强度编织薄膜层和外保护层。通过在内层中嵌入缠绕角度较大的环向加筋肋（类似于螺旋弹簧），以提高管道的环向和径向强度，并弥补现有钢带缠绕增强柔性管抗外压能力的不足；通过在最外层钢带增强层外侧包裹高强度编织薄膜，以防止螺旋钢带在扭转作用下的退卷行为。同时，该编织薄膜能对钢带增强层在轴压作用下发生径向扩张时提供一定的支撑作用，进一步提高管道的轴向压缩刚度。

Description

一种新型环肋钢带增强柔性复合管

技术领域

本发明涉及一种应用于陆地或海洋的长距离输送有压液体或气体物资的复合管道，特别是涉及一种改良后的钢带增强柔性复合管。

背景技术

现有钢带增强柔性复合管已应用于陆地或浅海的油气运输。钢带增强柔性复合管与传统钢管相比，具有重量轻、耐腐蚀、可盘卷等特点；与传统非粘结管相比，其结构简单，生产成本低。但由于缺少相应的铠装层，其径向刚度和环向刚度不足，因此不能适用于深水区域；而含有骨架层或抗压铠装层的非粘结柔性管虽能够适用于深水区域，但其截面形式复杂，制造工艺困难，生产成本较高。本发明旨在提供一种适用于陆地及海上油气等工业领域有压介质输送的经济化解决方案。为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型环肋增强柔性复合管。该新型柔性复合管能够在减少经济成本的条件下，增强现有钢带缠绕增强柔性管的抗内外压能力，且制造工艺简单、生产成本低。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型环肋钢带增强柔性管，所采用的技术方案是：

一种新型环肋钢带增强柔性复合管，包括四层结构，由内到外依次为内层、钢带缠绕增强层、编织薄膜层和外保护层。内层中通过嵌入缠绕角度较大的环向加筋肋形成环肋内层，以增强管道的环向和径向强度，从而进一步提高管道承受内外压的能力。钢带缠绕增强层分为基础增强层和附加增强层，由多层钢带沿内管轴向螺旋缠绕而成。编织薄膜层能够降低钢带发生侧向屈曲，提高其轴向压缩刚度和扭转能力。以防止螺旋钢带在扭转作用下发生退卷行为，同时进一步提高管道的轴向压缩刚度。钢带缠绕增强层由多层钢带沿内层轴向螺旋缠绕而成，钢带与内层和外保护层间无粘结，可滑移；钢带与钢带间无粘结，可滑移。

作为进一步的技术方案，所述内层和外保护层为热塑性塑料层，内层嵌入了环向加筋肋，主要传输有压介质，防泄漏和防腐蚀，并抵抗一定的外压以及内压的作用；外层主要用来保护管道结构不受外部环境的损伤；钢带缠绕增强层主要用于提供管道的抗内压能力以及拉伸刚度，并平衡截面扭矩。

作为进一步的技术方案，对于有温度要求的管线可根据设计添加热绝缘层；在海洋应用中，为保持其在位稳定性，可根据管线设计添加配重层，配重层可以是金属或其它材料。

作为进一步的技术方案，所述环向加筋肋截面形式可以为圆形、矩形或工字型等任意形式，所述钢带缠绕增强层截面形式为矩形或其它任意形式。

作为进一步的技术方案，所述钢带缠绕增强层的层数为偶数层，其中基础增强层以“正正反反”的形式缠绕，即前两层钢带与后两层钢带缠绕角度相同，但缠绕方向相反。前两层钢带的缠绕角度和方向均相同，第二层钢带覆盖第一层钢带的间隙；后两层钢带反方向缠绕，技术方案与前两层相同。

作为进一步的技术方案，在基础增强层外根据实际工况要求添加附加增强层。附加增强层按照“正反正反”缠绕方式依次缠绕钢带层，即相邻钢带缠绕角度相同（由于半径的变化，缠绕角度会有微小的变化），但缠绕方向相反，从而实现管体的扭矩平衡；同时也可采取正反方向钢带层数不同，但正反方向钢带层总厚度相同的方式来实现扭矩平衡。

作为进一步的技术方案，如果在陆地或浅海中应用，内层无需嵌入环向加筋肋，或对环向加筋肋的截面形式及缠绕角度进行修改，缠绕增强层可以采用轻质高强的纤维带替代；如果在海洋中应用，且静水压力较大时，内层需嵌入环向加筋肋，钢带缠绕增强层中的附加增强层按上述技术方案可重复添加，或者增加其缠绕角度及厚度，直至满足管道的抗高压设计。

作为进一步的技术方案，编织薄膜层可以使用芳纶、涤纶等高强度线材按照设定结构编织而成，并包裹钢带缠绕增强层最外层。也可以根据设计工况选择螺旋缠绕高强度薄聚酯带替代编织薄膜，或添加保护层，以防止软质外保护层材料填充增强层之间的间隙。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在钢带增强柔性复合管的内层中嵌入缠绕角度较大的钢丝条、线或束形成环向加筋肋，增加了管道的径向和环向强度，从而进一步提高了管道抗内外压的能力。与现有的骨架层和抗压铠装层相比，该环向加筋肋制造工艺简单，经济高效。本发明采用缠绕钢带分组设计，合理分配钢带缠绕，即外层钢带覆盖内层钢带间隙。在基础增强层中每层钢带沿内管轴向螺旋缠绕形成间隙，相邻同向缠绕钢带覆盖上述间隙。这种覆盖间隙的缠绕方式是为了消除缠绕间隙造成的不承压性，从而提高管道耐压性能，同时也能降低管道在受力过程中产生的应力集中效应，便于管道的盘卷设计。附加增强层根据设计要求按照“正反正反”方式依次缠绕钢带，提高管道的抗内外压能力。钢带层之间无粘结特征，可滑移，具有柔韧性和抗地震性。钢带缠绕增强层外侧的编织薄膜亦或螺旋缠绕高强度薄聚酯带，以防止管道在拉伸作用下外层保护套被翘曲钢带割破，或在扭转作用下钢带层的退卷行为，或在轴压作用下的侧向屈曲行为。在钢带层之间添加保护层，主要用于防止金属层的擦伤、磨损疲劳。与其它非粘结复合管相比，本发明具有重量适中、耐腐蚀、抗外压能力强、工艺简单，经济高效等特点。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明中环向加筋肋的一种结构示意图；

图3是本发明中环肋内层的一种结构示意图；

图4是本发明中第一层钢带增强层的一种结构示意图；

图5是本发明中基础增强层的一种结构示意图；

图6是本发明中附加增强层的一种结构示意图；

图7是本发明中编织薄膜层的一种结构示意图；

图中：1、内层；2、钢带缠绕增强层；3、外保护层；4、环向加筋肋；5、基础增强层；6、第一层钢带；7、第二层钢带；8、第三层钢带；9、第四层钢带；10、附加增强层；11、第五层钢带；12、第六层钢带；13、薄聚酯带；14、间隙。

具体实施方式

下面通过具体实施案例，并结合附图对本发明作进一步说明：

如附图1-7所示，一种新型环肋钢带增强柔性复合管，包括四层结构，由内到外依次为内层1、钢带缠绕增强层2、高强度薄聚酯带和外保护层3，内层中通过嵌入缠绕角度较大的环向加筋肋形成环肋内层。内层和外保护层为热塑性塑料层，钢带及环向加筋肋为不锈钢钢带或经表面防腐处理的碳钢钢带。内层中嵌入了缠绕角度为85°的环向加筋肋4，其截面为圆形。钢带缠绕增强层由六层钢带沿内管轴向螺旋缠绕而成，六层钢带与内管和外保护管间无粘结特性，可滑移，多层钢带间无粘结特性，可滑移。基础增强层5由前四层钢带组成，其中第一层钢带6与第二层钢带7缠绕方向相同，且缠绕角度相同。第三层钢带8与第四层钢带9缠绕方向相同，且缠绕角度相同。但第一层钢带和第二层钢带与第三层钢带和第四层钢带缠绕方向相反。前四层钢带缠绕角度依次为+54.7°、+54.7°、-54.7°、-54.7°。附加增强层10由第五层钢带11和第六层钢带12组成。第五层钢带与第六层钢带缠绕角度相同，但缠绕方向相反，其缠绕角度依次为+54.7°和-54.7°。第六层钢带外侧螺旋缠绕高强度薄聚酯带13。每层钢带沿内管轴向螺旋缠绕形成间隙14，相邻缠绕钢带覆盖上述间隙。每层钢带截面为矩形，且材料参数一致。

本发明在钢带增强柔性复合管的内层中嵌入了缠绕角度为85°的环向加筋肋，增加了管道的环向强度，提高了管道的抗内压、抗外压的能力，弥补了现有钢带缠绕增强非粘结柔性管抗外压能力不足的缺点。该环向加筋肋截面为圆形，与骨架层和抗压铠装层相比生产工艺简单，经济成本低。本发明吸收了现有钢带螺旋缠绕增强方法，采用多层钢带交叉反向缠绕和同向缠绕且覆盖间隙两种缠绕方式形成连续增强复合管，该复合管耐高压，各层之间无粘结特性，可滑移，具有柔韧性和抗地震性。在钢带缠绕增强层外侧包裹编织薄膜层，亦或螺旋缠绕高强度薄聚酯带，以防止外层被翘曲的钢带刺破、钢带层在扭转作用下的退卷行为以及钢带层在轴压作用下的侧向屈曲行为。各钢带层之间可根据需要添加保护层，防止金属层的擦伤、磨损疲劳。该钢带增强柔性复合管在陆地和海上油气领域具有较长的使用寿命，并且管道在使用期内可以反复安装、清洗、利用，可按需求长度连续制作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (9)

1.一种新型环肋钢带增强柔性复合管，包括四层结构，由内到外依次为：内层、钢带缠绕增强层、高强度编织薄膜层和外保护层，所述钢带缠绕增强层由多层钢带沿内层轴向螺旋缠绕而成，钢带与内层和外保护层间无粘结，可滑移；钢带与钢带间无粘结，可滑移；其特征在于：所述内层结构中嵌入环向加筋肋形成环肋内层，环向加筋肋由缠绕角度较大的钢丝螺旋缠绕形成；在钢带缠绕增强层的外侧包裹有编织薄膜层。

2.根据权利要求1所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述内层和外保护层为热塑性塑料层。

3.根据权利要求1所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述钢带和环向加筋肋皆为不锈钢钢带或经表面防腐处理的碳钢钢带。

4.根据权利要求1所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述编织薄膜层由芳纶纤维按照设计角度编排组合而成。

5.根据权利要求1所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述内层中嵌入环向加筋肋，其缠绕角度的范围为70°至90°。

6.根据权利要求1所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述钢带缠绕增强层包括基础增强层和附加增强层，钢带与内层和外保护层间无粘结特性，可滑移；钢带缠绕增强层中各层间不存在焊接或约束等粘结特征，可相对滑移。

7.根据权利要求6所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述钢带缠绕增强层为偶数层，前四层钢带作为一个基础增强层，前两层钢带与后两层钢带缠绕角度相同，但缠绕方向相反。

8.根据权利要求6所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述钢带缠绕增强层的多层钢带中每层钢带由多条钢带沿内层轴向并行连续缠绕而成，形成一定间隙，在基础增强层中相邻同向缠绕钢带覆盖上述间隙。

9.根据权利要求6所述的一种新型环肋钢带增强柔性复合管，其特征在于：所述基础增强层外根据实际工况要求增加附加增强层，在附加增强层中相邻钢带层缠绕角度相同，但缠绕方向相反。

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