CN110997171A

CN110997171A - 柔性管加强结构的制造设备、相关方法和具有设备的系统

Info

Publication number: CN110997171A
Application number: CN201880052491.0A
Authority: CN
Inventors: B·塞西勒特; M·布维尔; E·德斯巴泽尔
Original assignee: Technip France SAS
Current assignee: Technip Energies France SAS
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-04-10
Also published as: WO2018234563A1; FR3068104A1; BR112019027243B1; BR112019027243A2; DK3641960T3; EP3641960A1; FR3068104B1; EP3641960B1

Abstract

柔性管加强结构的制造设备、相关方法和具有设备的系统。本发明涉及柔性管(2)的加强结构(8)的制造设备(1)，具有盘台(10)，盘台上布置有：成型主带材(81a)以形成主异型带(8a)的第一成型装置(11)；成型副带材(81b)的第二成型装置(12)，具有至少一个副成型头(14)，其具有至少一对下和上副滚轮(14a，14b)，滚轮使副带材(81b)折曲而形成副异型带(8b)；至少一个主成型头(13)的驱动装置；卷绕装置，在第一和第二成型装置(11，12)下游卷绕主副异型带(8a，8b)，其特征在于，全部副成型头(14)的成对下和上副滚轮(14a，14b)相对盘台(10)自由转动安装。本设备可制造几何缺陷少、因此机械强度提高的加强结构。

Description

柔性管加强结构的制造设备、相关方法和具有设备的系统

技术领域

本发明涉及用于制造在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管的加强结构的制造设备、相关方法和具有这种设备的系统。

特别是，考虑的应用领域是在水下用于输送石油和/或天然气流体的柔性管的内骨架和/或压力拱的制造。

背景技术

一般来说，在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管浸没在可能超过3000米深度的水域中。柔性管尤其有利于在水底设备与水面设备之间输送石油和/或天然气流体。柔性管也可用于连接两个水底设备。某些柔性管还可用于连接两个水面设备。

柔性管的结构在现有技术中是已知的，尤其在美国石油研究所于2014年5月公布的第5版标准文献API RP 17 B和2014年5月公布的第4版标准文献API 17 J中述及。

通常，柔性管具有内部密封套，其通常称为“压套”，限定石油和/或天然气流体流通的内部通道。

尤其是当柔性管延伸通过深水域时，会对柔性管施加很大的拉伸力。于是一般围绕柔性管布置拉伸铠装层，以承接这些拉伸力。拉伸铠装层一般由多个被卷绕成螺旋形的金属构件层一般为两层组成。

为了防止水域的水腐蚀这些金属构件，一般围绕柔性管布置外部保护聚合物套。

另外，当柔性管浸没于深水中时，其也经受非常高的外部压力，例如当柔性管浸没于2500米的深水中时，其经受250巴的外部压力。当该外部压力变得明显大于内部压力时，存在柔性管塌陷的危险。另外，输送的石油和/或天然气流体除了包括油和固体微粒之外，还包括气体例如二氧化碳(CO₂)和二硫化氢(H₂S)。这些气体趋向于通过内部密封套散逸，积聚在由内部密封套和外保护层形成的空间即“环形空间”中，从而导致增大所述环形空间中的压力。当柔性管的内部通道例如在生产突然停止时经受快速减压时，环形空间中含有的气体没有时间向柔性管的内部通道散逸。因此，环形空间中的压力会变得大于内部压力，从而导致内部密封套塌陷。为了防止这些塌陷危险，加强结构一般布置在柔性管内。该内加强结构通常称为骨架或者内骨架，具有主异型带，主异型带以绝对值接近90°的螺旋角进行卷绕。一般来说，主异型带的截面呈S形。因此，主异型带的每个螺旋圈与相邻螺旋圈配合，从而形成主异型带卡扣。因此，骨架使柔性管具有抗塌陷强度。

另外，每个螺旋圈之间存在通向柔性管内的隔开区(déjoint)，从而使所述柔性管的内表面具有粗糙外观。具有骨架的柔性管于是称为非光滑通道。隔开区的存在引起石油和/或天然气流体流动中的压力波动，从而导致振动现象，乃至在达到共振时，导致流体流通引起的脉动现象。流体流通引起的脉动会造成柔性管连接到的连接设备疲劳、以及柔性管之间的连接装置(焊缝、法兰等)疲劳。而连接设备和/或连接装置的过早疲劳可能导致会在人员和经济上造成严重后果的灾难。

可弥补上述缺陷的解决方案之一在于：填补柔性管骨架的隔开区，以避免石油和/或天然气流体流动时的压差。为此，对策之一在于提供一种骨架，在该骨架中，主异型带中形成的隔开区由副异型带填补。特别是，副异型带的截面和卷绕螺距可填补这些隔开区。副异型带例如具有T形或S形的截面，插入隔开区中。尤其可参考本申请人的专利申请WO2015/121424和WO2015/121316，其中举例说明了骨架的这种实施方式。

使用具有主异型带和可填补隔开区的副异型带的骨架仍存在问题。专利申请WO2015/121424例如提出使用一种独特的设备，其具有布置在同一转动盘台上的两个成型装置，它们能将用于形成骨架的金属带材成型。根据专利申请WO2015/121424中述及的实施方式，两个成型装置叠置，或者相对于转动盘台径向相对。然后，在这些成型装置的下游，主异型带和副异型带围绕芯轴组合在一起并弯曲以形成骨架。组合在一起的主异型带和副异型带尤其地由位于成型装置下游的驱动件推至芯轴。驱动件具有被驱动转动的两个滚轮，组合的主异型带和副异型带被接纳在滚轮之间并被推至芯轴。

用于推动主异型带和副异型带的驱动件存在于成型装置下游，可能带来骨架装配问题。实际上，在成型装置的下游，尤其是在芯轴上，在主异型带和副异型带之间存在速度差。副异型带围绕芯轴弯曲，构成骨架的最内层。主异型带围绕副异型带弯曲，构成骨架的最外层。因此，副异型带围绕芯轴经过的距离和围绕芯轴的长度，小于主异型带的距离和长度。然而，在芯轴的上游，驱动件以相同的速度将主异型带和副异型带一起推动。因此，在芯轴上副异型带插入由主异型带形成的螺旋圈中就不能正确地进行。因此，可能由这种设备导致加强结构中的几何缺陷，从而降低加强结构的机械性能。

因此，结合骨架或者作为骨架的替换，柔性管可具有加强结构，其围绕内部密封套进行布置。实际上，尤其是在柔性管中流通的流体的压力可能足够高的情况下，加强结构加入以防止内部密封套爆裂。这种加强结构在本发明的领域以术语“压力拱”已知。通常，压力拱具有主异型带，主异型带一般是金属的，具有复杂的截面，以短螺距、即以绝对值接近90°的螺旋角围绕内部密封套进行卷绕。在由主异型带卷绕而成的两个相邻螺旋圈之间，存在通向柔性管的内部空间的隔开区。隔开区的存在可能引起内部密封套变形，从而导致过早失去密封性。实际上，在内部压力的作用下，内部密封套可能蠕变到由压力拱形成的隔开区中。为了限制内部密封套的这种蠕变现象，压力拱具有副异型带，副异型带一般是金属的，可填补隔开区。副异型带例如具有通过成型形成的T形截面。

具有主异型带和副异型带的压力拱的实施和骨架实施一样存在问题。

因此，存在这样一种需求：提供一种允许制造用于在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管的加强结构的设备，其最大限度地减少加强结构中出现几何缺陷的危险。

发明内容

为此，本发明提出一种制造设备，用于制造在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管的加强结构，制造设备具有盘台，盘台上布置有：

-用于成型主带材的第一成型装置，具有至少一个主成型头，所述至少一个主成型头配置成接纳主带材，所述至少一个主成型头具有至少一对下和上主滚轮，所述至少一对下和上主滚轮能使主带材折曲以形成主异型带，

-用于成型副带材的第二成型装置，具有至少一个副成型头，所述至少一个副成型头配置成接纳副带材，所述至少一个副成型头具有至少一对下和上副滚轮，所述至少一对下和上副滚轮能使副带材折曲而以形成副异型带，

-用于驱动所述至少一个主成型头的驱动装置，

-卷绕装置，用于在第一成型装置和第二成型装置的下游卷绕主异型带和副异型带。

根据本发明的设备的特征在于，全部副成型头的成对的下和上副滚轮安装成相对于盘台能自由转动。

实际上，本申请人发现制造这种加强结构的重要参数，其为主异型带与副异型带之间的从主带材与副带材之间开始的速度差。实际上，对该速度差的不良控制会造成加强结构的几何不稳定性，因此限制所述加强结构的抗径向作用力的强度。该速度差在根据本发明的设备中通过仅驱动主成型头来加以控制。副成型头的成对副滚轮自由转动地进行安装。因此，副带材、因而副异型带，由主异型带牵拉，从而可准确地控制和调节副异型带到达卷绕装置上的速度。这表现为副异型带的张力和长度适合于使副异型带最佳地插入由主异型带形成的螺旋圈中。这样，加强结构的几何缺陷减少乃至消除，加强结构的机械强度于是得以提高。

根据本发明的特别有利的特征，主成型头配置成接纳一厚度(e1)的主带材；并且，副成型头配置成接纳一厚度(e2)的副带材，主带材的厚度(e1)等于或者大于副带材的厚度(e2)。实际上，根据该实施方式的主带材比副带材厚。因此，主异型带的厚度一般大于副异型带的厚度。因此，相对于在驱动比主异型带更厚的副异型带的情况下会施加的作用力来说，可通过主异型带驱动副异型带的作用力减小。因此，在第一成型装置下游主异型带压曲的危险减小，因为应施加以牵拉副异型带的作用力减小了。由于压缩力施加于为最厚带材的主带材上，因而这些压曲危险更加减小。另外，主异型带的截面一般比副异型带的截面更加复杂。因此，可使主带材按照所需截面进行折曲的作用力，一般大于施加用以使副带材折曲的作用力。因此，主异型带在第一成型装置下游通过牵拉受损坏的危险大于牵拉副异型带受损坏的风险。因此，为了保持主异型带的完整性，优选推动主异型带和牵拉副异型带。

另外，根据本发明的特别有利的特征，成对的下和上副滚轮能使副带材折曲成S形或者T形的截面。由副滚轮使副带材成型成S形或T形的截面，允许形成副异型带，副异型带可插入在由主异型带卡扣而形成的隔开区中。

根据本发明的可减小盘台体积尺寸的有利的特征，下和/或上主滚轮分别布置在下和/或上副滚轮的轴线上。实际上，根据本发明的该特殊实施方式，第一成型装置和第二成型装置共用相同的基座和相同的轴，在相同的基座和相同的轴上安装主成型头和副成型头。盘台上需配置的改变较少，以前存在的加强结构制造设备因此可易于改变，以接纳第二成型装置。

优选地，盘台围绕其轴线进行转动活动，从而允许通过螺旋形卷绕来自成型装置的异型带而制成长度非常长的加强结构。另外，优选地，设备还具有驱动盘台转动的驱动装置，例如电动机。驱动盘台转动的驱动装置不仅允许连续地生产大长度的加强结构，而且也允许减小两个成型装置施加的作用力——尤其是在成型装置的下游弯曲这两种异型带时通过为其提供助力来减小，从而便于通过卷绕装置卷绕这两种带材来形成加强结构。

另外，当加强结构例如是骨架时，其构成柔性管的最内层，因此不具有任何机械支承件。然而，在加强结构卷绕时，很大的径向作用力可能施加于加强结构上。因此，为了避免加强结构塌陷，卷绕装置有利地具有支承构件，用于在第一和第二成型装置的下游支撑主异型带和副异型带。

优选地，支承构件具有围绕其轴线活动的芯轴。这可便于加强结构与芯轴分离，而副异型带不会卡塞或者卡持在芯轴上。

优选地，制造设备具有用于驱动芯轴的驱动装置，芯轴的驱动装置能以为盘台转速至少1/41的转速驱动芯轴。芯轴的过高转速会由于加强结构抵靠芯轴的滑动运动造成的摩擦和发热，可能损坏加强结构和芯轴。相反地，以为盘台转速至少1/41的芯轴转速，则可以限制加强结构与芯轴之间摩擦产生的发热。因此，不损坏设备或者加强结构，即可以分离加强结构。

优选地，卷绕装置具有围绕支承构件布置的多个压挤构件，压挤构件可使主异型带和副异型带围绕支承构件压挤、可能还弯曲，从而便于其装配。

优选地，制造设备具有主带材的主卷筒和副带材的副卷筒，主卷筒和副卷筒布置在盘台上并位于第一成型装置和第二成型装置的上游。相对于在设备上游供给主带材和副带材的设备来说，这可在制造加强结构时简化主带材和副带材的供给。

本发明还涉及一种用于制造柔性管的系统，所述系统具有如前所述的加强结构的制造设备、内部密封套的制造装置、拉伸铠装层的制造装置。所述系统具有上述所有的优点。

本发明还涉及一种用于制造设备应用的方法，制造设备用于制造在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管的加强结构，所述方法包括以下步骤：

(a)将用于成型主带材的第一成型装置布置在盘台上，第一成型装置具有至少一个主成型头，所述至少一个主成型头具有至少一对下和上主滚轮，所述至少一对下和上主滚轮能使所述主带材折曲，

(b)将用于成型副带材的第二成型装置布置在盘台上，第二成型装置具有至少一个副成型头，所述至少一个副成型头具有至少一对下和上副滚轮，所述至少一对下和上副滚轮能使副带材折曲，成对的下和上副滚轮安装成能自由转动，

(c)驱动所述至少一个主成型头，

(d)在第一成型装置中成型主带材以形成主异型带，在第二成型装置中成型副带材以形成副异型带，

(e)围绕卷绕装置卷绕主异型带和副异型带以形成加强结构。

所述方法的步骤得到简化，因为仅成型装置连接于驱动装置，在第一和第二成型装置的下游无需任何附加驱动装置。

附图说明

通过阅读参照附图对作为说明性的非限制性方式给出的本发明具体实施方式进行的下述说明，本发明的其他特征和优点将得以体现，附图中：

图1是柔性管中央区段的局部剖切开的透视图；

图2是第一实施例的装备于柔性管的加强结构的沿轴向中平面的半剖面图；

图3是第二实施例的装备于柔性管的加强结构的沿轴向中平面的半剖面图；

图4是根据本发明的设备的一实施例的示意图；

图5是根据本发明的设备的另一实施例的示意图；

图6是装备于本发明目标设备的本发明一构件的实施例的沿轴向平面的剖面图；

图7是装备于本发明目标设备的本发明一构件的另一实施例的沿轴向平面的剖面图；

图8是具有本发明目标设备的系统的功能性示意方框图。

具体实施方式

在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管2例如示于图1。美国石油研究所于2014年5月公布的第5版标准文献API RP 17 B、以及于2014年5月公布的第4版标准文献API 17 J中尤其述及这种柔性管2。

柔性管2例如延伸在水底设备与水面设备之间、两个水底设备之间或者两个水面设备之间。水底设备例如是集气器。水面设备可以是称为FPSO的浮式生产储存卸货装置、支架型结构、或者卸油浮筒。

用于安装柔性管2的水下环境可以是湖泊、海或洋。水底深度可约为100米、1000米、2000米，乃至大于3000米。

柔性管2通常具有内部密封套3，内部密封套3形成用于石油和/或天然气流体流通的密封的内部通道。内部密封套3一般由聚合物形成，聚合物例如：聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(PEHD)类型的聚烯烃；或者聚酰胺，例如聚酰胺11(PA11)或者聚酰胺12(PA12)；或者聚偏氟乙烯(PVDF)类氟化聚合物。内部密封套3的厚度例如为5毫米至20毫米之间。内部密封套一般挤制成型。

另外，柔性管2一般具有至少一个拉伸铠装层5，用于承接主要与柔性管2的重量有关的拉伸作用力。拉伸铠装层5一般包括两个拉伸铠装层6、7，两个拉伸铠装层6、7由多条铠装丝围绕柔性管2以长螺距卷绕而成。所谓“以长螺距卷绕”，是指螺旋角的绝对值小于60°，通常为25°至55°之间。铠装丝可以是金属的，或者是碳纤维形成的复合材料制的，以减小柔性管2的总重量。铠装丝的截面例如呈矩形、圆形，或者是适合于本应用的任何其他截面。

为保护拉伸铠装层5以防出现腐蚀现象，柔性管2可具有围绕拉伸铠装层5布置的外部保护套9。外部保护套9一般具有聚合物材料例如聚丙烯(PP)或者聚乙烯(PE)类的聚烯烃、聚酰胺(PA)，或者适合于本应用的任何其他材料。外部保护套9的厚度例如为5毫米至15毫米之间，一般挤制成型。

在拉伸铠装层5与外部保护套9之间，柔性管2必要时还可以具有电缆和/或光缆装置(未示出)，其允许加热和控制柔性管2的温度和/或用于注入气体、水或任何其他类型流体的导管的温度。这种柔性管2尤其在本发明领域中以缩略语IPB(“IntegratedProduction Bundle”：柔性集束生产立管)已知。

另外，柔性管2具有至少一个加强结构8，加强结构可承接施加于柔性管2的径向作用力。图1所示的柔性管2例如具有两个加强结构8。加强结构8是柔性管形构件，围绕内部密封套3和/或在内部密封套3内同轴布置。

如图2和3所示，加强结构8具有以短螺距卷绕的主异型带8a，短螺距即螺旋角的绝对值接近90°，一般为75°至90°之间。主异型带8a的每个螺旋圈卡扣于一相邻螺旋圈，从而允许承受施加于柔性管2的径向作用力。主异型带8a一般是金属的，具有的厚度一般为1毫米至6毫米之间，尤其是1.5毫米至4毫米之间。

在卡扣之后，主异型带8a的螺旋圈限定隔开区80，隔开区可确保柔性管2的柔性。该隔开区部分地乃至全部由副异型带8b予以封闭。副异型带8b一般是金属的，具有S形或T形的截面，可插置在主异型带8a的隔开区80处。

主异型带8a的厚度一般等于或者大于副异型带8b的厚度。例如，副异型带8b的厚度为0.5毫米至5毫米之间，特别是0.8毫米至1.5毫米之间。

图2示出加强结构8的第一实施例。根据该第一实施例，加强结构8布置在内部密封套3内，从而构成柔性管2的最内层。加强结构8于是用于与石油和/或天然气流体进行接触。这种加强结构8在本发明的领域中以骨架或者内骨架的术语而已知。柔性管2在被浸没于大深度水中时，经受非常高的外部压力，例如在2500米的深度外部压力约为250巴，这会造成柔性管2发生塌陷的危险。因此，内部密封套3和外部保护套9形成环形空间，石油和/或天然气流体中含有的气体细微粒趋向于穿过内部密封套3迁移到该环形空间中。在柔性管2可能急剧降压时，气体被截留在环形空间中，从而致使增大所述环形空间中的压力。在一些情况下，该压力可能变得高于柔性管2内部的压力，而导致内部密封套3塌陷。为了限制这些塌陷危险，加强结构8布置在柔性管内。

根据该第一实施例，如图2所示，主异型带8a具有S形的截面。在卡扣之后，螺旋圈限定隔开区80，隔开区径向通向柔性管2内部，从而使柔性管2的内表面具有粗糙外观。因此，这种柔性管称为非光滑通道式管。当柔性管2工作时，隔开区80趋向于干扰石油和/或天然气流体的流动，尤其是造成压差。于是会观察到振动现象，甚至，在达到共振时，会观察到流体流通引起的脉动现象。这些现象趋向于加快连接设备、特别是连接装置(焊缝、法兰等)的疲劳。

为了减少乃至消除这些振动现象，副异型带8b布置在隔开区80中。图2例如示出具有T形截面的副异型带8b。特别是，副异型带8b的截面限定径向延伸于隔开区80内的中央分支、以及沿主异型带8a延伸的两个自由端部。

另外，槽(未示出)可布置在副异型带8b的内表面和/或外表面上。所述槽例如从主异型带8a所形成的隔开区80，延伸直到副异型带8b的自由端部。该槽可方便石油和/或天然气流体在隔开区80与柔性管2的内部通道之间流动。尤其可参考专利申请WO2015121424，其中例如述及到这种槽。

图3示出加强结构8的第二实施例。该第二实施例可与加强结构8的第一实施例相结合，柔性管2于是具有两种加强结构8，或者该第二实施例为第一实施例的替代例，柔性管2于是具有根据第二实施例的一种加强结构8。因此，这种柔性管2称为光滑通道式管。

根据该第二实施例，加强结构8围绕内部密封套3布置，特别是布置在内部密封套3与拉伸铠装层5之间。柔性管2经受与石油和/或天然气流体的流通相关的内部压力，内部压力可达到200巴甚至更高，从而可能导致柔性管2爆裂。为了限制乃至消除柔性管2爆裂的危险，加强结构8围绕内部密封套3进行布置。

根据该第二实施例，如图3所示，主异型带8a具有几何形状复杂的横截面，其例如由三个主要部分形成。第一部分呈梯形箱的形式，主异型带8a的第二部分从其延伸并形成圆弧，圆弧的顶部朝柔性管2外。第三部分形成截面恒定的支承面，相邻螺旋圈的第一部分卷绕在支承面上，第三部分的端部在该相邻螺旋圈的圆弧内径向地延伸。这允许形成对主异型带8a的卡扣。

主异型带8a的第二部分所形成的圆弧的内部空间形成隔开区80，隔开区径向通到内部密封套3。在内部压力的作用下，内部密封套3会蠕变到隔开区80中，从而引起内部密封套3损坏的危险。因此，隔开区80部分地乃至完全由副异型带8b填补。

特别是，副异型带8b的截面限定在隔开区80中径向延伸的中央分支、以及两个自由端部，这两个自由端部分别沿主异型带8a的一螺旋圈的第三部分的一部分和主异型带8a的一相邻螺旋圈的第三部分的一部分延伸。特别是，副异型带8b的中央分支与主异型带8a的第三部分的端部共同布置在隔开区80中。

在一种特殊实施方式中，加强结构8可具有机械加强件，机械加强件插入在主异型带8a的螺旋圈中，以提高抗施加于柔性管2的径向作用力的强度。实际上，这种机械加强件可限制主异型带8a的螺旋圈在压力作用下变形。

这种加强结构8的制造由例如图4和5所示的根据本发明的设备1，分多个步骤进行。主异型带8a和副异型带8b分别由主带材81a和副带材81b，分别在布置在设备1的同一盘台10上的第一成型装置11和第二成型装置12中予以成型。接着，卷绕装置可卷绕主异型带8a和副异型带8b，以形成管形结构，该管形结构形成加强结构8。

设备1的不同构件、尤其是第一成型装置11和第二成型装置12，可布置在盘台10上。相对于这些构件在生产工位布置在盘台10之外的设备来说，盘台10允许集结设备1的不同构件，从而减小生产工位上其体积尺寸。

加强结构8的长度可约为数十米至数百米。另外，配有加强结构8的柔性管2一般用于在制造好之后盘绕在贮存卷轴上。为了可进行这种贮存，配有加强结构8的柔性管2一般被阻止围绕其纵向轴线转动。因此，为了连续制造这种长度的加强结构8，盘台10有利地能转动活动。盘台10的转速一般为数转/分钟，例如5转/分钟或者10转/分钟至60转/分钟。另外，优选地，设备还具有用于驱动盘台转动的驱动装置，例如电动机。关于盘台10的几何形状，其可以是适合于本发明的任何形状，例如多边形或者圆形。然而，就惯性而言，基本上呈圆形的盘台10仍是优选的形状。因此，如图4和5所示，盘台10例如呈具有圆心A的圆形，例如用钢制成。

另外，根据本发明的设备1可具有主带材81a的主卷筒25a和副带材81b的副卷筒25b。主卷筒25a可向在所述主卷筒25a下游布置在盘台10上的第一成型装置11供给主带材81a。为简化起见，下文中将仅详述与主带材81a相关的主卷筒25a。但是，其适用于与副带材81b相关的副卷筒25b。

主卷筒25a可布置在盘台10的上游，或者直接布置在盘台10上，特别是布置在盘台10的前表面上，如例如在图4和5中所示。主卷筒25a尤其安装成能在固定于盘台10上的轴上自由转动。由摩擦件制动主带材81a的退放，摩擦件例如可以是制动蹄，布置在轴上并与主卷筒25a接触，或者布置在主卷筒25a上并与轴接触。主卷筒25a例如可由基本上呈圆形的主体组成，主带材81a可围绕该主体进行卷绕。

在主卷筒25a与第一成型装置11之间，主带材81a可限定一条曲线。所谓曲线，是指经过所述线的至少三个相继的点没有按一条直线排列。设备1于是可具有引导件26，这些引导件在盘台10上沿主带材81a布置在主卷筒25a与第一成型装置11之间，尤其如图5所示。例如，引导件26可以是滚轮，或者可以是任何其他可使主带材81a向第一成型装置11导向的构件。引导件26的数量例如可以是两个、三个、四个乃至更多个，这视主带材81a的距离和曲度而定。因此，主带材81a被导向第一成型装置11，在第一成型装置中按照例如前述的截面成型。

第一成型装置11具有至少一个主成型头13，主成型头配置成接纳主带材81a。主成型头13由一对下和上主滚轮13a、13b形成，该对主滚轮能使主带材81a折曲。下和上主滚轮13a、13b的周廓限定一系列顶部和凹部，从而允许形成起伏形部，主带材81a按此起伏形部被成型。主滚轮13a、13b的平均直径例如为40毫米至200毫米之间。该平均直径可以根据主成型头13改变。所谓滚轮的平均直径，是指滚轮的顶部与凹部之间所测数值的平均值。

特别是，成对下和上主滚轮13a、13b形成主带材81a插入其中的第一通道15。在主带材81a进入第一通道15中时，成对下和上主滚轮13a、13b按成对下和上主滚轮13a、13b形成的起伏图案，使主带材81a折曲。折曲一般逐渐进行。实际上，如在图4和5以示例方式表示的，第一成型装置11可具有串联布置的多个主成型头13。成型头的数量一般根据主带材81a用于按此成型的型廓的复杂度及主带材在成型之前和之后的厚度进行选择。例如，第一成型装置11可具有两个、三个、四个、五个或者六个、甚至更多个主成型头13，每个主成型头具有一对下和上主滚轮13a、13b，下和上主滚轮限定一种起伏图案，主带材81a按这种起伏图案相继被折曲，直至获得前述的主异型带8a截面。在本发明的范围内，第一成型装置11一般具有六个至十个之间的主成型头13。

如图6中所详示，下和上主滚轮13a、13b分别安装在下轴17a和上轴17b上。优选地，下轴和上轴可拆卸地安装在与盘台10连在一起的基座上。因此，下轴17a和上轴17b更易于更换，这便于例如在磨损的情况下维护设备1。在主带材81a进入第一通道15中时，径向作用力施加于下轴17a和上轴17b，从而趋向于使下轴和上轴之间彼此分离。因此，为在主带材81a进入时使下轴17a与上轴17b之间保持恒定的距离，下支架18a和上支架18b分别布置在下轴17a和上轴17b的与固定在基座上的端部相对的端部上。下支架18a和上支架18b例如安装在轴承上，彼此由螺栓进行连接，螺栓的紧固程度允许调节所述下支架18a与上支架18b之间的距离。另外，下轴17a和上轴17b具有用于阻止下和上主滚轮13a、13b平移的平移阻止装置21。例如，垫圈和螺母组装件21a、21b拧紧在下轴17a和上轴17b的螺纹端部上。在与螺纹端部相反的方向上，下轴17a和上轴17b可具有凸肩21c，下和上主滚轮13a、13b将止挡在凸肩上。

另外，如在下文上中将详述的，一个或者多个主成型头13的下轴17a和/或上轴17b、因而下和/或上主滚轮13a、13b被驱动转动。可能不被驱动的下或上主滚轮13a、13b安装成能自由转动。因此，如图6所示，被驱动转动的下和/或上主滚轮13a、13b，一般具有用于阻止在下轴17a和/或上轴17b上进行转动的止转件19。例如，槽可布置在下轴17a和/或上轴17b上以及被驱动转动的下和/或上主滚轮13a、13b上。在该槽中可接纳有销键，用于分别阻止下和/或上主滚轮13a、13b在下轴17a和/或上轴17b上转动。根据本发明，一些下和/或上主滚轮13a、13b可能不被驱动(未示出)。未被驱动的下和/或上主滚轮一般安装在轴承上，轴承可以是圆柱形的煅烧或自润滑式轴衬，或者是滚珠或者滚针轴承式的轴承，或者是本领域技术人员公知的任何其他类型的轴承。

因此，根据本发明，设备1具有用于驱动主成型头13的驱动装置(未示出)。特别是，驱动装置具有驱动器，用于驱动至少一个下轴17a和/或上轴17b相对于盘台10进行转动，因而，驱动至少一个下和/或上主滚轮13a、13b进行转动。

一个或多个或全部主成型头13可连接于驱动装置。驱动装置可具有一个或者多个驱动器，用于驱动多个下轴17a和/或上轴17b。下轴17a和/或上轴17b，因而下和/或上主滚轮13a、13b，能以相似的或者可变的转速被驱动。

驱动器一般是电动机。电动机可以是异步电动机类型，连接于变速器，从而可调节转速。另外，驱动器可以是液压驱动器、气动驱动器或者本领域技术人员公知的任何其他驱动器。

因此，驱动装置可具有传动机构。传动机构例如具有传动带装置、或者单齿轮系或者行星齿轮系，其中，齿轮的直径根据待传送到下轴17a和/或上轴17b的转速加以选择。在另一实施例中，传动机构可具有传动轴，传动轴连接于万向节。传动机构绝不局限于这些特殊实施例，可由本领域技术人员公知的其他系统组成。

因此，根据本发明，由驱动装置驱动的下和/或上主滚轮13a、13b驱动主带材81a进入第一通道15内，使主带材折曲。因此，主带材81a一般在第一成型装置11的上游处于拉伸状态，而在下游，主异型带8a被推动。

另外，关于第二成型装置12，其具有至少一个副成型头14，副成型头配置成接纳副带材81b。副成型头14具有一对下和上副滚轮14a、14b，该对副滚轮能使副带材81b折曲。成对下和上副滚轮14a、14b形成第二通道16，副带材81b插入第二通道中。涉及到副成型头14以及下和上副滚轮14a、14b的组成、布置和特征，将参照对第一成型装置11的说明。下面仅详述不同之处。

副带材81b的厚度e2一般小于或者等于主带材81a的厚度e1。例如，主带材81a的厚度e1为1毫米至6毫米之间，副带材81b的厚度e2为0.5毫米至5毫米之间。因此，一般来说，副异型带8b的截面没有主异型带8a的截面那么复杂。因此，第二成型装置12一般比第一成型装置11具有较少的副成型头14。

另外，成对下和上副滚轮14a、14b能使副带材81b折曲成S形或者T形的截面。所述或者全部副成型头14的成对下和上副滚轮14a、14b安装成相对于盘台10能自由转动。当第二成型装置12具有多个副成型头14时，则根据本发明，当然所有副成型头14的所有成对副滚轮14a、14b，都安装成相对于盘台10能自由转动。如同不被驱动转动的下和上主滚轮13a、13b那样，副滚轮14a、14b安装在例如前述的轴承20上。

因此，根据本发明，主要通过在第一成型装置11和第二成型装置12的下游在主异型带8a与副异型带8b之间的摩擦，带动副带材81b进入第二通道16中。由于副异型带8b的厚度小于主异型带8a的厚度，这种操作因而更便利。因此，副异型带8b在第一和第二成型装置11、12的下游处于拉伸状态。这也可保持主异型带8a的完整性，尤其是因为在第一成型装置11出口可能导致主异型带8a破裂的压弯危险以及变形危险减小。

如图4所示，第一和第二成型装置11、12分别布置在盘台10上。为便于主异型带8a与副异型带8b进行装配，第二成型装置12有利地比第一成型装置11更接近盘台10的中心A。还更为有利地，第二成型装置12布置成比起第一成型装置11以一角偏差更接近盘台10的中心A，角偏差有利地为20°至45°之间。理解的是，角偏差表示分别通过第一通道15和第二通道16的直线相交所形成的角度。

根据另一实施例(未示出)，第一和第二成型装置11、12平行布置。分别安装有下和上主滚轮13a、13b以及下和上副滚轮14a、14b的下轴17a和上轴17b的轴线彼此平行，可拆卸地安装在与盘台10连在一起的公共基座上。

根据图5和7所示的第一和第二成型装置11、12也平行布置的另一实施例，下或上副滚轮14a、14b中至少一个分别布置在下或上主滚轮13a、13b中至少一个的轴线上。因此，下或上主滚轮13a、13b与下或上副滚轮14a、14b分别布置在相同的下轴17a或者上轴17b上。如前所述，下轴17a和上轴17b具有用于阻止下和上主滚轮13a、13b以及下和上副滚轮14a、14b平移的平移阻止装置21。例如，垫圈和螺母组装件21a、21b布置在下轴17a和上轴17b的螺纹端部上。在与螺纹端部相反的方向上，下轴17a和上轴17b具有凸肩21c，下和上主滚轮13a、13b或者下和上副滚轮14a、14b可挡靠到凸肩上。因此，撑隔件21d可分别布置在下主滚轮13a与下副滚轮14a之间。在上主滚轮13b与上副滚轮14b之间也布置有撑隔件21d。下支架18a和上支架18b也分别布置在下轴17a和上轴17b的与固定在基座上的端部相对的螺纹端部上。该特殊实施例可简化第二成型装置12的安装，因为下和上副滚轮14a、14b可直接布置在第一成型装置11的下轴17a和上轴17b上。

另外，在第一和第二成型装置11、12的下游，主异型带8a和副异型带8b在盘台10的中心A附近，按形成加强结构8的柔性管形结构进行弯曲和卷绕。因此，设备1具有用于卷绕主异型带8a和副异型带8b的卷绕装置。

有利地，卷绕装置具有支承构件23，用于支撑主异型带8a和副异型带8b。实际上，主异型带8a和副异型带8b卷绕和弯曲以形成管形结构，会引起很大的径向作用力，这种径向作用力可能压坏正成型中的加强结构8。因此，支承构件23形成机械支承结构，在主异型带8a和副异型带8b弯曲和卷绕时，很大的径向作用力可施加在这种机械支承结构上，而不会损坏正成型中的加强结构8。支承构件23由从盘台10突出同轴地延伸的圆柱形结构形成。

根据第一实施例，支承构件23例如具有芯轴。当加强结构8构成柔性管2的最内层例如骨架时，该实施例特别有利。芯轴一般用钢制成。芯轴的截面基本上为具有圆锥形端部的圆柱形，芯轴沿最大基部所测取的直径例如为25毫米至635毫米之间。优选地，驱动装置可驱使芯轴围绕轴线A-A’转动。芯轴的转速优选地为盘台10转速的至少1/41。芯轴的转动一般与盘台10的转动反向，从而趋向于局部地增大加强结构8的直径，允许加强结构无卡滞地脱离芯轴。因此，芯轴、盘台10以及下和上主滚轮13a、13b的转速可以使得，主异型带8a在第一和第二成型装置11、12的下游处于拉伸状态。因此，本发明还适用于本发明的这样一个特殊实施例：其中，已成型的主异型带8a在第一成型装置11的下游经受拉应力。

还可以配置芯轴润滑构件，用于向芯轴的与加强结构8接触的外表面上供给润滑流体，以减小芯轴的外表面与副异型带8b之间的摩擦系数。润滑构件例如由多个注入孔组成，所述注入孔布置在芯轴中，沿芯轴长度分布，可允许润滑流体通过流到芯轴的外表面上。润滑流体例如是含烃流体。芯轴的外表面与加强结构之间的摩擦系数在芯轴的外表面润滑之后，例如小于0.1。另外，作为润滑构件的补充或替换例，芯轴也可具有表面涂层，表面涂层也可减小芯轴的外表面与副异型带8b之间的摩擦系数。例如，表面涂层由铬层形成。

根据特别有利的第二实施例，尤其是当加强结构8围绕内部密封套3例如压力拱布置时，支承构件23由柔性管2的骨架和内部密封套3形成。实际上，柔性管2的骨架具有抗径向作用力的强度，从而允许无需附加支承结构来制造压力拱。根据该实施例，支承构件23还具有多个滚轮，这些滚轮围绕盘台10的中心布置，形成多个支承点，主异型带8a和副异型带8b在这些支承点弯曲以形成加强结构8。一般来说，至少两个径向相对的滚轮围绕盘台10的中心进行布置。

另外，围绕支承构件23，卷绕装置有利地具有多个压挤构件24，压挤构件允许通过使主异型带8a与副异型带8b保持在支承构件23上并弯曲，方便将主异型带8a与副异型带8b装配在一起。在本发明的特殊实施例中，卷绕装置具有四个压挤构件23，它们围绕支承构件23分布。四个压挤构件23例如可围绕支承构件23以为50°至70°之间的角间距、特别是以为60°至70°之间的角间距匀称地分布。压挤构件24例如是滚轮，能压挤装配在一起的主异型带8a和副异型带8b，必要时使它们弯曲。有利地，压挤构件24自由转动地进行安装。

前述类型的引导件26也可布置在第一成型装置11与支承构件23和/或第二成型装置12与支承构件23之间，以将主异型带8a和/或副异型带8b相切地引导到芯轴上。

设备1也可具有一个或多个副成型装置(未示出)，其可使一个或多个副带材成型。

另外，设备1可集成于柔性管2的制造系统100。如图8所示，系统100除具有前述设备1之外，还包括制造内部密封套3的制造装置101，制造装置101布置在所述设备1的上游或者下游。

内部密封套3的制造装置101例如是挤制成型线，在加强结构8例如作为骨架布置在内部密封套3内部时，其布置在设备1的下游，或者在加强结构8例如作为压力拱围绕内部密封套3进行布置时，其布置在设备1的上游。挤制成型线具有可形成内部密封套3的挤出机、可聚合内部密封套3的冷却构件、以及可使柔性管2向下一可选装置平移的牵拉构件。作为例子，可参考专利申请WO2009141538，其中述及适合于本发明的挤出机。

另外，在设备1和挤制成型线的下游，系统100可包括制造拉伸铠装层5的制造装置102。

拉伸铠装层5的制造装置102具有多个拉伸铠装丝卷轴，这些卷轴例如供给两个拉伸头，每个拉伸头形成拉伸铠装层6、7。尤其可参考专利申请WO2010012897，其中例如述及到这种装置102。

有利地，系统100也可包括制造外部保护套9的制造装置103，制造装置103布置在拉伸铠装层5的制造装置102的下游。外部保护套9的制造装置103例如是挤出机，类似于内部密封套3的制造装置101。

系统100也可具有贮存柔性管2的贮存装置104。例如，柔性管2的贮存装置104由卷轴形成，卷轴上可盘绕柔性管2。

系统100还可具有上述装置、用于制造和/或布置中间层例如防磨损带、用于隔热或者机械加强、或者可组成柔性管2的任何其他类型层的附加装置。因此，系统100可具有用于按照专利申请WO2014/091100中述及类型的S-Z构形或者按照螺旋形构形，敷设电缆和/或光缆和/或导管的附加装置。

现在来说明应用设备1来制造柔性管2的加强结构8的方法。

在用于准备第一和第二成型装置11、12的可能的准备步骤中，选择主滚轮13a、13b和副滚轮14a、14b，主副滚轮可使主带材81a和副带材81b按照例如前述的截面进行折曲。接着，所述主滚轮13a、13b和副滚轮14a、14b安装在相应的下轴17a和上轴17b上。有利地，当主滚轮13a、13b和副滚轮14a、14b共用相同的轴17a、17b时，在安装主滚轮13a、13b之后，将副滚轮14a、14b安装在轴17a、17b上。有利地，副滚轮14a、14b比主滚轮13a、13b更远离盘台10，这便于主带材81a和副带材81b进行成型。

在步骤a中，主带材81a的第一成型装置11布置在盘台10上。第一成型装置11具有主成型头13，主成型头由可使主带材81a折曲的主滚轮13a、13b组成。另外，驱动装置有利地连接于主成型头13，以便在后面的步骤c期间，驱动下轴17a和/或上轴17b转动，因而驱动下和/或上主滚轮13a、13b转动。

在第二步骤b，具有副成型头14的成型副带材81b的第二成型装置12布置在盘台10上。可使副带材81b折曲并形成副成型头14的副滚轮14a、14b能自由转动地安装。

因此，在至少一个下或上副滚轮14a、14b相应地沿至少一个下或上主滚轮13a、13b的轴线布置的实施方式中，则当然可同时实施步骤a和b。事实上，当下和上副滚轮14a、14b分别与下和上主滚轮13a、13b共用相同的下轴17a和上轴17b时，则下和上主滚轮13a、13b可预先安装在这些轴上，第一成型装置11的安置因而意味着第二成型装置12的安置。

有利地，实施供给主带材81a和副带材81b的步骤b’。在该步骤期间，至少一个主带材81a卷轴和至少一个副带材81b卷轴，分别装载到主卷筒25a和副卷筒25b上。接着，主带材81a和副带材81b分别插入由主滚轮13a、13b形成的第一通道15和由副滚轮14a、14b形成的第二通道16中。

然后，在第三步骤c，主成型头13被驱动。实际上，在步骤c时，驱动装置例如由控制台起动，从而驱动下轴17a和/或上轴17b进行转动，因而驱动下和/或上主滚轮13a、13b进行转动。驱动下和/或上主滚轮13a、13b转动，则驱动主带材81a通过第一通道15。关于副带材81b，主带材81a的驱动以及盘台10的可能转动，可通过在第一成型装置11和第二成型装置12的下游主异型带8a和副异型带8b的摩擦，来拉动副带材81b通过第二通道16。成型步骤d于是在主带材81a和副带材81b相应地通过第一通道15和第二通道16时进行，其中，主带材81a和副带材81b在第一通道15和第二通道16分别由下和上主滚轮13a、13b以及下和上副滚轮14a、14b进行成型。

接着，在步骤e时，在第一成型装置11和第二成型装置12的下游，主异型带8a和副异型带8b按照管形结构围绕卷绕装置进行卷绕。特别是，主异型带8a和副异型带8b围绕支承构件23以短螺距进行卷绕，所述短螺距为75°至90°之间。有利地，通过围绕支承构件23布置的压挤构件24方便进行该弯曲步骤e。

Claims

1.一种制造设备(1)，用于制造在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管(2)的加强结构(8)，制造设备具有盘台(10)，盘台上布置有：

-用于成型主带材(81a)的第一成型装置(11)，具有至少一个主成型头(13)，所述至少一个主成型头配置成接纳主带材(81a)，所述至少一个主成型头(13)具有至少一对下和上主滚轮(13a，13b)，所述至少一对下和上主滚轮能使主带材(81a)折曲以形成主异型带(8a)，

-用于成型副带材(81b)的第二成型装置(12)，具有至少一个副成型头(14)，所述至少一个副成型头配置成接纳副带材(81b)，所述至少一个副成型头(14)具有至少一对下和上副滚轮(14a，14b)，所述至少一对下和上副滚轮能使副带材(81b)折曲而以形成副异型带(8b)，

-用于驱动所述至少一个主成型头(13)的驱动装置，

-卷绕装置，用于在第一成型装置(11)和第二成型装置(12)的下游卷绕主异型带(8a)和副异型带(8b)，以形成所述加强结构(8)，

其特征在于，全部副成型头(14)的成对的下和上副滚轮(14a，14b)安装成相对于盘台(10)能自由转动。

2.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，主成型头(13)配置成接纳一厚度(e1)的主带材(81a)；并且，副成型头(14)配置成接纳一厚度(e2)的副带材(81b)，主带材的厚度(e1)等于或者大于副带材的厚度(e2)。

3.根据权利要求1或2所述的制造设备，其特征在于，成对的下和上副滚轮(14a，14b)能使副带材(81b)折曲成S形或者T形的截面。

4.根据前述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，下和/或上主滚轮(13a，13b)分别布置在下和/或上副滚轮(14a，14b)的轴线上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，盘台(10)围绕轴线(A-A’)进行转动活动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，卷绕装置具有支承构件(23)，用于支撑主异型带(8a)和副异型带(8b)。

7.根据权利要求6所述的制造设备，其特征在于，支承构件(23)具有围绕轴线(A-A’)活动的芯轴。

8.根据权利要求7所述的制造设备，其特征在于，制造设备具有用于驱动芯轴的驱动装置，芯轴的驱动装置能以为盘台(10)转速至少1/41的转速驱动芯轴。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的制造设备，其特征在于，卷绕装置具有围绕支承构件(23)布置的多个压挤构件(24)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的制造设备，其特征在于，制造设备具有主带材(81a)的主卷筒(25a)和副带材(81b)的副卷筒(25b)，主卷筒(25a)和副卷筒(25b)布置在盘台(10)上并位于第一成型装置(11)和第二成型装置(12)的上游。

11.一种用于制造柔性管(2)的系统(100)，其特征在于，制造系统具有：

-根据权利要求1至10中任一项所述的制造设备(1)，用于制造加强结构(8)，

-用于制造内部密封套(3)的制造装置(101)，

-用于制造拉伸铠装层(5)的制造装置(102)。

12.一种用于应用制造设备(1)的方法，制造设备用于制造在水下环境输送石油和/或天然气流体用的柔性管(2)的加强结构(8)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a)将用于成型主带材(81a)的第一成型装置(11)布置在盘台(10)上，第一成型装置(11)具有至少一个主成型头(13)，所述至少一个主成型头具有至少一对下和上主滚轮(13a，13b)，所述至少一对下和上主滚轮能使所述主带材(81a)折曲，

(b)将用于成型副带材(81b)的第二成型装置(12)布置在盘台(10)上，第二成型装置(12)具有至少一个副成型头(14)，所述至少一个副成型头具有至少一对下和上副滚轮(14a，14b)，所述至少一对下和上副滚轮能使副带材(81b)折曲，成对的下和上副滚轮(14a，14b)安装成能自由转动，

(c)驱动所述至少一个主成型头(13)，

(d)在第一成型装置(11)中成型主带材(81a)以形成主异型带(8a)，在第二成型装置(12)中成型副带材(81b)以形成副异型带(8b)，

(e)围绕卷绕装置卷绕主异型带(8a)和副异型带(8b)以形成加强结构(8)。