CN115234721B - 一种用于复合软管的“品”型截面异型材及骨架层 - Google Patents
一种用于复合软管的“品”型截面异型材及骨架层 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于复合软管的“品”型截面异型材及骨架层，包括截面呈“品”型的金属带，金属带包括一大一小两个C型带体和一个U型带体；两个C型带体结构相似，两个C型带体开口均朝外，并且在水平方向相互平行；U型带体开口朝内，将两个C型带体连接在一起。本发明在使用时将第一个异型材的第二C型带体嵌设于第二个异型材的第一C型带体内，以此类推进而形成缠绕互锁形成骨架层，互锁结构之间留有一定间隙，单元之间能进行相对位移，使得复合软管具有良好的柔性，并且可以通过单元结构的适当变形来抵御外压载荷，可适应复杂的深水环境；同时骨架层有矩形空腔，使得复合软管具有很好柔性的同时可通过填充其他材料提升额外性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合软管，特别涉及一种用于复合软管的“品”型截面异型材及骨架层，属于海洋油气资源开发技术领域。
背景技术
自十九世纪末开始，海洋油气开发已有一百多年的历史，目前已经建立了完善的浅海油气开发工业体系。随着油气资源需求的与日俱增，海洋油气开发不断向深海领域迈进，深海油气开发技术逐渐成熟。然而，深海油气开发装备成为海洋油气开发的一大制约因素，降低了海洋油气开发的效率。传统的刚性海底管道对复杂的海洋环境适应性较差，因此亟需性能更加优越的海底管道，以满足海洋油气开发的需求。
非粘结柔性软管采用多层结构形式，各层之间不需要粘接固定，并且层间可以产生相对的滑动位移，从而可以适应较为复杂的海底地形。同时，相比于刚性海底管道，其铺设速度更快、防腐性能更加优越，并且可以回收再利用，因此非粘结柔性软管日益受到海洋油气开发的青睐。典型的非粘结柔性软管主要包括骨架层、抗压铠装层、抗拉铠装层等金属层和内衬层、耐磨层、外包覆层等聚合物材料层，另外还可以根据工程需求增设保温层和绝缘层等功能层。其中，骨架层一般由不锈钢材料制作而成，主要作用是承受管道外部压力以及为内衬层提供支撑。实际工程应用中，骨架层会因过大的外部压力和轴向载荷产生压溃失效和拉伸失效，当骨架层内部间隙较大且输送介质存在砂砾时还会引起冲蚀失效。
发明内容
针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种用于复合软管的“品”型截面异型材，该异型材互锁缠绕连接，互锁结构之间留有一定间隙，单元之间能进行相对位移，使得复合软管具有良好的柔性，并且可以通过单元结构的适当变形来抵御外压载荷，使其能应用于复杂的深水环境；本发明的第二个目的是提供一种由若干上述异型材缠绕互锁形成的骨架层；本发明的第三个目的是提供一种包含上述骨架层的复合软管。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
第一方面，本发明提供的一种用于复合软管的“品”型截面异型材，包括截面呈“品”型的金属带，所述金属带包括：第一C型带体，所述第一C型带体的开口朝外，包括顺次连接为一体的第一横臂、第一竖臂、第二横臂、第二竖臂和第三横臂；所述第一横臂、第二横臂和第三横臂在水平方向相互平行，且所述第一横臂和第三横臂位于同一水平线，所述第一横臂和第三横臂的相邻端部之间形成第一开口；所述第一竖臂和第二竖臂在竖直方向相互平行；第二C型带体，所述第二C型带体的开口亦朝外，包括顺次连接为一体的第五横臂、第五竖臂、第六横臂、第六竖臂和第七横臂；所述第五横臂、第六横臂和第七横臂在水平方向相互平行，且所述第五横臂和第七横臂位于同一水平线，所述第五横臂和第七横臂的相邻端部之间形成第二开口；所述第五竖臂和第六竖臂在竖直方向相互平行；U型带体，所述U型带体的开口朝内且连接在所述第一C型带体和第二C型带体之间，包括顺次连接为一体的第三竖臂、第四横臂和第四竖臂；所述第三竖臂和第四竖臂在竖直方向相互平行，所述第三竖臂的下端部与所述第三横臂的左端部连接，所述第四竖臂的下端部与所述第五横臂的右端部连接；所述第四横臂与第三横臂、第五横臂在水平方向上相互平行。
所述的“品”型截面异型材，优选地，所述第一横臂和第三横臂的长度相等，所述第一开口的宽度大于所述第四竖臂的宽度；所述第二横臂的长度等于所述第一横臂的长度、第一开口的宽度和第三横臂的长度的总和；所述第一竖臂和第二竖臂的长度相等，且小于所述第二横臂的长度。
所述的“品”型截面异型材，优选地，所述第五横臂和第七横臂的长度相等，所述第二开口的宽度小于所述第四竖臂的宽度；所述第六横臂的长度等于所述第五横臂的长度、第二开口的宽度和第七横臂的长度的总和，且小于所述第二横臂的长度；所述第五竖臂和第六竖臂的长度相等，且小于所述第六横臂的长度。
所述的“品”型截面异型材，优选地，所述第三竖臂的长度小于所述第四竖臂的长度，所述第四横臂的长度大于所述第三横臂和第五横臂的长度的总和。
所述的“品”型截面异型材，优选地，所述第一横臂与第一竖臂之间的连接处采用圆角过渡，所述第一横臂的右端部采用圆角设计；所述第一竖臂与第二横臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第二横臂与第二竖臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第二竖臂与第三横臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第三竖臂与第三横臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第四横臂与第三竖臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第四横臂与第四竖臂之间的连接处采用圆角过渡。
所述的“品”型截面异型材，优选地，所述第五横臂与第四竖臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第五竖臂与第五横臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第六横臂与第五竖臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第六竖臂与第六横臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第七横臂与第六竖臂之间的连接处采用圆角过渡；所述第七横臂的左端部采用圆角过渡。
第二方面，本发明提供的一种用于复合软管的骨架层，由若干上述的异型材缠绕互锁形成，即由第一个异型材中由第五横臂、第五竖臂、第六横臂、第六竖臂和第七横臂围成的第二C型带体嵌设于第二个异型材中由第一横臂、第一竖臂、第二横臂、第二竖臂和第三横臂围成的第一C型带体内，以此类推进而形成缠绕互锁结构。
所述的骨架层，优选地，当所述第一个异型材中的第二C型带体嵌设于所述第二个异型材的第一C型带体内时，所述第一个异型材的第五横臂的外壁面与所述第二个异型材的第一横臂的内壁面保留第一间隙；所述第一个异型材的第五竖臂的外壁面与所述第二个异型材的第一竖臂的内壁面保留第一间隙；所述第一个异型材的第六横臂的外壁面与所述第二个异型材的第二横臂的内壁面保留第一间隙；所述第一个异型材的第六竖臂的外壁面与所述第二个异型材的第二竖臂的内壁面保留第一间隙；所述第一个异型材的第七横臂的外壁面与所述第二个异型材的第三横臂的内壁面保留第一间隙，且所述第一间隙为所述金属带厚度的五分之一，其余缠绕互锁的异型材亦然。
所述的骨架层，优选地，当所述第一个异型材中的第二C型带体嵌设于所述第二个异型材的第一C型带体内时，所述第一个异型材的第二竖臂的外壁面与所述第二个异型材的第一竖臂的外壁面保留第二间隙，所述第二间隙为金属带厚度的十分之一，其余缠绕互锁的异型材亦然。
第三方面，本发明提供的一种复合软管，包括由内至外依次设置的骨架层、内衬层、抗压铠装层、第一耐磨层、第一抗拉铠装层、第二耐磨层、第二抗拉铠装层和外包覆层，所述骨架层为上述的骨架层。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明提供的异型材截面呈“品”型，包括一大一小两个相对平行布置的C型钢带体和一个U型钢带体，第一个异型材的第二C型钢带体可以活动嵌设于第二个异型材的第一C型钢带体中，并且相互嵌设的两C型钢带体之间保留有一点间隙，从而使各异型材缠绕互锁形成的骨架层具有一定的柔性。此外，骨架层为多层结构，提升了整体的结构强度，可以有效提升骨架层抵御外部压力的能力。
2、本发明的第一个异型材的第二竖臂的外表面与第二个异型材的第一竖臂的外表面之间的间隙仅为钢带厚度的十分之一，可以大幅降低油气输送时骨架层产生的涡流，提升输送效率。
3、本发明的异型材内部中空，可以根据设计要求填充高密度加重材料、绝热材料或者其他高强度的材料以提升复合软管的性能。
4、本发明的各壁面之间的连接均采用圆角过渡，各端面采用圆角设计，当海洋复合软管在受到载荷发生变形时，可以减少钢带体之间由于相互运动而产生的划痕，提升管道的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的“品”型截面异型材的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的骨架层的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的复合软管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“横向”、“竖向”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的用于复合软管的“品”型截面异型材及骨架层，包括截面呈“品”型的钢带，钢带包括一大一小两个C型钢带体和一个U型钢带体；两个C型钢带体结构相似，两个C型钢带体开口均朝外，并且在水平方向相互平行；U型钢带体开口朝内，将两个C型钢带体连接在一起。本发明在使用时将第一个异型材的第二C型钢带体嵌设于第二个异型材的第一C型钢带体内，以此类推进而形成缠绕互锁形成骨架层，互锁结构之间留有一定间隙，单元之间能进行相对位移，使得复合软管具有良好的柔性，并且可以通过单元结构的适当变形来抵御外压载荷，可适应复杂的深水环境；同时骨架层有矩形空腔，使得复合软管具有很好柔性的同时可通过填充其他材料提升额外性能。
下面，结合附图对本发明实施例提供的用于复合软管的“品”型截面异型材及骨架层进行详细的说明。
如图1所示，本实施例提供的用于复合软管的“品”型截面异型材，包括截面呈“品”型的钢带10，该钢带10包括第一C型钢带体110、U型钢带体120和第二C型钢带体130。
其中，第一C型钢带体110的开口朝外，包括顺次连接为一体的第一横臂111、第一竖臂112、第二横臂113、第二竖臂114和第三横臂115；第一横臂111、第二横臂113和第三横臂115在水平方向相互平行，且第一横臂111和第三横臂115位于同一水平线，第一横臂111和第三横臂115的相邻端部之间形成第一开口；第一竖臂112和第二竖臂114在竖直方向相互平行。
第二C型钢带体130的开口亦朝外，包括顺次连接为一体的第五横臂131、第五竖臂132、第六横臂133、第六竖臂134和第七横臂135；第五横臂131、第六横臂133和第七横臂135在水平方向相互平行，且第五横臂131和第七横臂135位于同一水平线，第五横臂131和第七横臂135的相邻端部之间形成第二开口；第五竖臂132和第六竖臂134在竖直方向相互平行。
U型钢带体120的开口朝内且连接在第一C型钢带体110和第二C型钢带体130之间，包括顺次连接为一体的第三竖臂121、第四横臂122和第四竖臂123；第三竖臂121和第四竖臂123在竖直方向相互平行，第三竖臂121的下端部与第三横臂115的左端部连接，第四竖臂123的下端部与第五横臂131的右端部连接；第四横臂122与第三横臂115、第五横臂131在水平方向上相互平行。
上述实施例中，优选地，第一横臂111和第三横臂115的长度相等，第一开口的宽度大于第四竖臂123的宽度；第二横臂113的长度等于第一横臂111的长度、第一开口的宽度和第三横臂115的长度的总和；第一竖臂112和第二竖臂114的长度相等，且小于第二横臂113的长度。
上述实施例中，优选地，第五横臂131和第七横臂135的长度相等，第二开口的宽度小于第四竖臂123的宽度；第六横臂133的长度等于第五横臂131的长度、第二开口的宽度和第七横臂135的长度的总和，且小于第二横臂113的长度；第五竖臂132和第六竖臂134的长度相等，且小于第六横臂133的长度。
上述实施例中，优选地，第三竖臂121的长度小于第四竖臂123的长度，第四横臂122的长度大于第三横臂115和第五横臂131的长度的总和。
在上述实施例中，优选地，第一横臂111与第一竖臂112之间的连接处采用圆角过渡，第一横臂111的右端部采用圆角设计。
在上述实施例中，优选地，第一竖臂112与第二横臂113之间的连接处采用圆角过渡；第二横臂113与第二竖臂114之间的连接处采用圆角过渡；第二竖臂114与第三横臂115之间的连接处采用圆角过渡。
在上述实施例中，优选地，第三竖臂121与第三横臂115之间的连接处采用圆角过渡；第四横臂122与第三竖臂121之间的连接处采用圆角过渡；第四横臂122与第四竖臂123之间的连接处采用圆角过渡。
在上述实施例中，优选地，第五横臂131与第四竖臂123之间的连接处采用圆角过渡；第五竖臂132与第五横臂131之间的连接处采用圆角过渡；第六横臂133与第五竖臂132之间的连接处采用圆角过渡；第六竖臂134与第六横臂133之间的连接处采用圆角过渡；第七横臂135与第六竖臂134之间的连接处采用圆角过渡；第七横臂135的左端部采用圆角过渡。
基于上述实施例提供的异型材，如图2所示，本发明还提供了一种用于复合软管的骨架层，由若干上述任意实施例中的异型材缠绕互锁形成，即由第一个异型材I中由第五横臂131、第五竖臂132、第六横臂133、第六竖臂134和第七横臂135围成的第二C型钢带体130嵌设于第二个异型材II中由第一横臂111、第一竖臂112、第二横臂113、第二竖臂114和第三横臂115围成的第一C型钢带体110内，以此类推进而形成缠绕互锁结构。
在上述实施例中，优选地，当第一个异型材I中的第二C型钢带体130嵌设于第二个异型材II的第一C型钢带体110内时，第一个异型材I的第五横臂131的外壁面131a与第二个异型材II的第一横臂111的内壁面111b保留第一间隙；第一个异型材I的第五竖臂132的外壁面132a与第二个异型材II的第一竖臂112的内壁面112b保留第一间隙；第一个异型材I的第六横臂133的外壁面133a与第二个异型材II的第二横臂113的内壁面113b保留第一间隙；第一个异型材I的第六竖臂134的外壁面134a与第二个异型材II的第二竖臂114的内壁面114b保留第一间隙；第一个异型材I的第七横臂135的外壁面135a与第二个异型材II的第三横臂115的内壁面115b保留第一间隙，且第一间隙为钢带10厚度的五分之一，其余缠绕互锁的异型材亦然。
在上述实施例中，优选地，当第一个异型材I中的第二C型钢带体130嵌设于第二个异型材II的第一C型钢带体110内时，第一个异型材I的第二竖臂114的外壁面114a与第二个异型材II的第一竖臂112的外壁面112a保留第二间隙，第二间隙为钢带10厚度的十分之一，其余缠绕互锁的异型材亦然。
另外地，如图3所示，基于上述任意实施例中的骨架层，本发明还提供一种复合软管，该复合软管从内到外依次是骨架层1、内衬层2、抗压铠装层3、第一耐磨层4、第一抗拉铠装层5、第二耐磨层6、第二抗拉铠装层7和外包覆层8；其中，骨架层1为由上述若干个异型材缠绕互锁形成的骨架层。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于复合软管的“品”型截面异型材，其特征在于，包括截面呈“品”型的金属带(10)，所述金属带(10)包括：
第一C型带体(110)，所述第一C型带体(110)的开口朝外，包括顺次连接为一体的第一横臂(111)、第一竖臂(112)、第二横臂(113)、第二竖臂(114)和第三横臂(115)；所述第一横臂(111)、第二横臂(113)和第三横臂(115)在水平方向相互平行，且所述第一横臂(111)和第三横臂(115)位于同一水平线，所述第一横臂(111)和第三横臂(115)的相邻端部之间形成第一开口；所述第一竖臂(112)和第二竖臂(114)在竖直方向相互平行；
第二C型带体(130)，所述第二C型带体(130)的开口亦朝外，包括顺次连接为一体的第五横臂(131)、第五竖臂(132)、第六横臂(133)、第六竖臂(134)和第七横臂(135)；所述第五横臂(131)、第六横臂(133)和第七横臂(135)在水平方向相互平行，且所述第五横臂(131)和第七横臂(135)位于同一水平线，所述第五横臂(131)和第七横臂(135)的相邻端部之间形成第二开口；所述第五竖臂(132)和第六竖臂(134)在竖直方向相互平行；
U型带体(120)，所述U型带体(120)的开口朝内且连接在所述第一C型带体(110)和第二C型带体(130)之间，包括顺次连接为一体的第三竖臂(121)、第四横臂(122)和第四竖臂(123)；所述第三竖臂(121)和第四竖臂(123)在竖直方向相互平行，所述第三竖臂(121)的下端部与所述第三横臂(115)的左端部连接，所述第四竖臂(123)的下端部与所述第五横臂(131)的右端部连接；所述第四横臂(122)与第三横臂(115)、第五横臂(131)在水平方向上相互平行。
2.根据权利要求1所述的“品”型截面异型材，其特征在于，所述第一横臂(111)和第三横臂(115)的长度相等，所述第一开口的宽度大于所述第四竖臂(123)的宽度；所述第二横臂(113)的长度等于所述第一横臂(111)的长度、第一开口的宽度和第三横臂(115)的长度的总和；所述第一竖臂(112)和第二竖臂(114)的长度相等，且小于所述第二横臂(113)的长度。
3.根据权利要求1所述的“品”型截面异型材，其特征在于，所述第五横臂(131)和第七横臂(135)的长度相等，所述第二开口的宽度小于所述第四竖臂(123)的宽度；所述第六横臂(133)的长度等于所述第五横臂(131)的长度、第二开口的宽度和第七横臂(135)的长度的总和，且小于所述第二横臂(113)的长度；所述第五竖臂(132)和第六竖臂(134)的长度相等，且小于所述第六横臂(133)的长度。
4.根据权利要求1所述的“品”型截面异型材，其特征在于，所述第三竖臂(121)的长度小于所述第四竖臂(123)的长度，所述第四横臂(122)的长度大于所述第三横臂(115)和第五横臂(131)的长度的总和。
5.根据权利要求1所述的“品”型截面异型材，其特征在于，所述第一横臂(111)与第一竖臂(112)之间的连接处采用圆角过渡，所述第一横臂(111)的右端部采用圆角设计；
所述第一竖臂(112)与第二横臂(113)之间的连接处采用圆角过渡；所述第二横臂(113)与第二竖臂(114)之间的连接处采用圆角过渡；所述第二竖臂(114)与第三横臂(115)之间的连接处采用圆角过渡；
所述第三竖臂(121)与第三横臂(115)之间的连接处采用圆角过渡；所述第四横臂(122)与第三竖臂(121)之间的连接处采用圆角过渡；所述第四横臂(122)与第四竖臂(123)之间的连接处采用圆角过渡。
6.根据权利要求1所述的“品”型截面异型材，其特征在于，所述第五横臂(131)与第四竖臂(123)之间的连接处采用圆角过渡；所述第五竖臂(132)与第五横臂(131)之间的连接处采用圆角过渡；所述第六横臂(133)与第五竖臂(132)之间的连接处采用圆角过渡；所述第六竖臂(134)与第六横臂(133)之间的连接处采用圆角过渡；所述第七横臂(135)与第六竖臂(134)之间的连接处采用圆角过渡；所述第七横臂(135)的左端部采用圆角过渡。
7.一种用于复合软管的骨架层，其特征在于，由若干如权利要求1至6任意一项所述的异型材缠绕互锁形成，即由第一个异型材(I)中由第五横臂(131)、第五竖臂(132)、第六横臂(133)、第六竖臂(134)和第七横臂(135)围成的第二C型带体(130)嵌设于第二个异型材(II)中由第一横臂(111)、第一竖臂(112)、第二横臂(113)、第二竖臂(114)和第三横臂(115)围成的第一C型带体(110)内，以此类推进而形成缠绕互锁结构。
8.根据权利要求7所述的骨架层，其特征在于，当所述第一个异型材(I)中的第二C型带体(130)嵌设于所述第二个异型材(II)的第一C型带体(110)内时，所述第一个异型材(I)的第五横臂(131)的外壁面(131a)与所述第二个异型材(II)的第一横臂(111)的内壁面(111b)保留第一间隙；所述第一个异型材(I)的第五竖臂(132)的外壁面(132a)与所述第二个异型材(II)的第一竖臂(112)的内壁面(112b)保留第一间隙；所述第一个异型材(I)的第六横臂(133)的外壁面(133a)与所述第二个异型材(II)的第二横臂(113)的内壁面(113b)保留第一间隙；所述第一个异型材(I)的第六竖臂(134)的外壁面(134a)与所述第二个异型材(II)的第二竖臂(114)的内壁面(114b)保留第一间隙；所述第一个异型材(I)的第七横臂(135)的外壁面(135a)与所述第二个异型材(II)的第三横臂(115)的内壁面(115b)保留第一间隙，且所述第一间隙为所述金属带(10)厚度的五分之一，其余缠绕互锁的异型材亦然。
9.根据权利要求7所述的骨架层，其特征在于，当所述第一个异型材(I)中的第二C型带体(130)嵌设于所述第二个异型材(II)的第一C型带体(110)内时，所述第一个异型材(I)的第二竖臂(114)的外壁面(114a)与所述第二个异型材(II)的第一竖臂(112)的外壁面(112a)保留第二间隙，所述第二间隙为金属带(10)厚度的十分之一，其余缠绕互锁的异型材亦然。
10.一种复合软管，包括由内至外依次设置的骨架层(1)、内衬层(2)、抗压铠装层(3)、第一耐磨层(4)、第一抗拉铠装层(5)、第二耐磨层(6)、第二抗拉铠装层(7)和外包覆层(8)，其特征在于，所述骨架层(1)为如权利要求7至9任意一项所述的骨架层。
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