CN115823367A - 一种非金属海洋连续油管骨架层结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非金属海洋连续油管骨架层结构及其制造方法，其解决了现有骨架层成本高、重量大或抗弯能力差的技术问题，其包括螺旋缠绕的第一非金属骨架层，其上层环绕或交叉缠绕有第二非金属骨架层。其中，第一非金属骨架层与第二非金属骨架层之间还并列铺设有多条加强绳，且沿管道的轴向设置。第一非金属骨架层与加强绳和第二非金属骨架层固定连接或一体成型。本发明通过两层非金属骨架及加强绳组合，形成了简易的限位抗弯结构，不仅防大角度弯折能力接近铠装骨架，还优化了结构层的重量，结合工艺，使其制成简单、经济，可广泛应用于流体输送技术领域。

Description

一种非金属海洋连续油管骨架层结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及流体输送技术领域，特别涉及一种非金属海洋连续油管骨架层结构及其制造方法。

背景技术

连续输油管在产品制造与运输过程中，由于长度较长的原因一般采用大盘盘卷的方式存储或运输。为了管道的安全通常会设计出一个最小的弯曲半径值，以保证在不小于此值的前提下，管材的各项性能正常。

由于深海管道的设计标准远远高出陆地管道，又因海底管所处的环境较陆地的复杂难掌握，不仅需要考虑管道的浮力，深海水的外压力，还要顾忌洋流、波浪、潮汐对管道的动态影响。进一步，由于洋流波浪方向、大小不定，受到浪涌和水流冲击力的作用，管材侧向往往拱弯成C型或S型，对管道影响较为严重。其中，重要的一点就是浪对管材冲击力度不可控，导致管弯曲半径的不可控性，当力过大时管道弯曲半径存在小于许用最小弯曲半径的情况，进而就会对管材造成不可逆的损伤，甚至导致管材的报废。

针对以上情况，传统的海洋管骨架层大都采用金属铠装连续绕制来限制管材的弯曲，当管材半径小于许用值时，铠装层的卡扣结构自锁死，使管材不能再弯曲，进而保护管材，此结构的缺点是由金属制成，加重了管材的重量，结构相对复杂工艺成本高。

近年来，市场上逐步出现了一些复合形式的非金属深海输油管。其中，一种较为流行的骨架层结构是采用了螺旋缠绕树脂材质加强结构，或后期填充树脂形成螺旋加强结构，具体如中国专利CN115059411A-一种复合连续油管及制作方法，其包括连续油管本体和内衬管；内衬管外侧壁上缠绕有电缆，电缆贴合支撑在连续油管本体和内衬管之间，且使得连续油管本体和内衬管之间形成填充间隙，填充间隙内凝结有填充材料。又如中国专利CN106014289A-一种井下用连续油管，其采取钢带铠装骨架结合缠绕的纤维体结构。虽然上述技术方案一定程度上解决了弯曲角度过小的问题，但是除了应用金属铠装骨架以外，其单纯缠绕的增强结构的方式对弯曲保护并不能起到明显的限位作用。另一种骨架结构采取了增加编织层或交叉缠绕(正反旋向组合)的方式，如中国专利CN208519338U-一种连续纤维增强热塑性塑料管和中国专利CN107355187A-一种智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺，本质上都是增加交叉缠绕结构以提升管道抗弯曲能力，但是这就面临两难的情况，如果管材设计较软依然会出现大角度弯折情况；如果管材设计较硬，虽然会避免受力大角度弯折，但是其增加了卷盘缠绕的难度，不便于制造、收卷及运输，并且还会显著增加制造成本。

综上，还需要进一步改进输油管的骨架层结构。

发明内容

本发明就是为了解决上述背景技术的不足，提供了一种结构简单、成本低，且具备限位抗弯结构的非金属海洋连续油管骨架层结构及其制造方法。

为此，本发明提供了一种非金属海洋连续油管骨架层结构，包括螺旋缠绕的第一非金属骨架层；所述第一非金属骨架层上层环绕或交叉缠绕有第二非金属骨架层；

所述第一非金属骨架层与所述第二非金属骨架层之间并列铺设有多条加强绳；所述加强绳沿管道的轴向设置，且所述第一非金属骨架层与所述加强绳和所述第二非金属骨架层固定连接或一体成型。

优选的，所述第一非金属骨架层和所述第二非金属骨架层的基材均为树脂纤维。

优选的，所述第一非金属骨架层为单层单股或多股缠绕结构，所述加强绳搭接于所述第一非金属骨架层的柱面上。

优选的，各螺距间所述加强绳的长度均大于骨架层缠绕螺距。

优选的，所述第二非金属骨架层为单层单股或多股缠绕结构，且同向环绕于所述第一非金属骨架层上；所述第二非金属骨架层的单股结构螺距与所述第一非金属骨架层的单股结构螺距相等。

优选的，所述第二非金属骨架层的单股结构沿管道轴向方向宽度小于螺距。

优选的，骨架层位于环向增强层与衬管之间；所述第一非金属骨架层位于所述环向增强层的外表面，所述衬管位于所述第二非金属骨架层的外表面。

优选的，所述加强绳沿管道周向的分布方式为等距分布，或组内密排组间等距分布。

另一方面，本发明还提供一种非金属海洋连续油管骨架层制造方法，加工步骤包括：

S1、将第一非金属骨架的基材通过涂覆、喷涂或拉伸的方式缠绕于环向增强层的外表面；

S2、将多条加强绳沿管道轴向铺设至所述S1中完成的所述第一非金属骨架外表面；

S3、将第二非金属骨架的基材通过涂覆、喷涂或拉伸的方式缠绕于所述第一非金属骨架层和所述加强绳的外侧；

S4、通过机械连接、胶接、熔融固化或加温固化的方式将所述第一非金属骨架层、所述加强绳和所述第二非金属骨架层固定连接。

优选的，所述第一非金属骨架层和所述第二非金属骨架层的基材均为树脂纤维；所述加强绳为芳纶绳或纤维绳；所述S4中，所述第一非金属骨架层、所述加强绳和所述第二非金属骨架层的固定方式为加温固化，形成一体式结构。

本发明提供一种非金属海洋连续油管骨架层结构及其制造方法，有如下有益效果：

本发明通过两层非金属骨架结合纵向铺设的加强绳，管材在不受弯曲作用时，纤维绳处于松弛状态，当管材受外力作用产生弯曲时，纤维绳处于拉紧状态，限制了管的弯曲量；纤维绳的松弛量，决定了管材的弯曲半径，使之成为一种新型的骨架层结构，不仅防大角度弯折能力接近铠装骨架，还优化了结构层的重量，结合工艺，使其制成简单、经济。

附图说明

图1为本发明具体实施例安装位分层示意图；

图2为本发明具体实施例安装位纵剖结构示意图；

图3为本发明具体实施例中纵剖局部放大示意图；

图4为本发明具体实施例中参数标注示意图；

图5为本发明具体实施例中加强绳周向分布示意图；

图中标记：1.内衬层，2.环向增强层，3.骨架层，4.衬管，301.第一非金属骨架层，302.第二非金属骨架层，303.加强绳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

本发明提供了一种非金属海洋连续油管骨架层结构，如图1、2所示，以常见的海洋连续输油管为例，管层分别为内衬层1、环向增强层2、衬管4和外管，其中，本实施例中的骨架层3具体位于环向增强层2和衬管4中间。

结合图1、3所示，骨架层3主要包括螺旋缠绕在环向增强层2外表面的第一非金属骨架层301和第二非金属骨架层302；优选的，第一非金属骨架层301和第二非金属骨架层302的基材均为树脂纤维。进一步，第一非金属骨架层301与第二非金属骨架层302之间并列铺设有多条加强绳303，且加强绳303沿管道的轴向设置。本实施例中，第一非金属骨架层301与加强绳303和第二非金属骨架层302一体成型，便于增加连接端的连接强度。

优选的，第一非金属骨架层301为单层缠绕结构，在本实施例中具体以单股结构为例进行说明。其中，多条加强绳303则沿轴向搭接于第一非金属骨架层301形成的柱面上。第二非金属骨架层302也为单层缠绕结构，并也以单股结构为例进行说明，保持其同向环绕于第一非金属骨架层301上。具体地，第二非金属骨架层302的单股结构螺距与第一非金属骨架层301的单股结构螺距相等，如图所示，从截面图中可以看出本实施例中，保持第二非金属骨架层302的单股结构相较第一非金属骨架层301的单股结构居中设置，且第二非金属骨架层302的各处单股结构沿管道轴向方向宽度小于两金属骨架层的缠绕螺距，保持截面图中显示的相邻两侧端面之间留有间距，使部分加强绳303处于外露的情况；进一步，保持第二非金属骨架层302各处螺旋间加强绳303的长度大于螺距，多余长度即为设计预留弯曲应许限位长度，结合图4所示，简化描述是加强绳303在外露区域的绳长L大于两侧端面间距D，这样设计使管道平直状态时，各段中留空区域外露的加强绳303处于松弛状态，保留一定的拉伸余量。更进一步，为了让一体化加工过程中保证留空区域有足够绳长，可以采取不同的技术方案，如本实施例中可采取的是配合波浪状或齿状等工装朝向第一非金属骨架层301柱面下压，人为确保间隔处绳长L，同时也会在柱面上产生少量下沉区域(图中两凸部中间绳下方处凹槽)，并确保绳长L大于间距D；同理，也可以在第一非金属骨架层301缠绕阶段增加半高的凸台，或二次涂覆形成半高凸台，再铺设加强绳303并向轴线方向下压即可保证绳长L，实际加工中的结构形式本实施例不做具体限制。

优选的，加强绳303沿管道周向的分布方式为等距分布，具体如图5a所示；也可以根据需求采取分组密排的形式，如图5b所示，多根为一组，组间等距或等角度分布；又或如图5c所示，根据需求设计为组间等距或等角度分布，但组内密排加强绳303数量不同，以考虑内部流出空位放置电缆等其他线路。

需要说明的是图5中显示的加强绳303数量或间隔角度仅用于方便说明，并不能理解为本实施例中具体限制条件。

另一方面，本发明具体实施例还提供一种非金属海洋连续油管骨架层制造方法，在上述实施例的基础上，加工步骤主要包括：

S1、将第一非金属骨架301的树脂纤维基材通过涂覆的方式缠绕于环向增强层2的外表面；

S2、将多条芳纶绳(加强绳303)沿管道轴向铺设至S1中完成的第一非金属骨架301的柱面上；

S3、将第二非金属骨架302的树脂纤维基材通过涂覆的方式，并沿S1中相同路径缠绕于第一非金属骨架层301和芳纶绳的外侧，期间保持涂覆宽度小于S1中的宽度，留出间距D；

S4、通过加温固化的方式将第一非金属骨架层301的树脂纤维、芳纶绳和第二非金属骨架层302的树脂纤维形成一体式结构。

本实施例的设计可以使骨架层3具备较好的弯曲能力，在设计的弯曲角度范围内，不会产生额外抗弯力，使其容易收卷，一旦弯曲部分到达设计角度，其中处于弯曲处外侧的间距D会增加，导致加强绳303拉直，产生了限位效果，等同于铠装拼合结构，可阻止管道进一步弯曲，避免大角度弯折发生，保护管材以延长其使用寿命。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”、“背”、“中间”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装置或元件必须具备特定的方位、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。

惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (10)

1.一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，包括螺旋缠绕的第一非金属骨架层；所述第一非金属骨架层上层环绕或交叉缠绕有第二非金属骨架层；

所述第一非金属骨架层与所述第二非金属骨架层之间并列铺设有多条加强绳；所述加强绳沿管道的轴向设置，且所述第一非金属骨架层与所述加强绳和所述第二非金属骨架层固定连接或一体成型。

2.根据权利要求1所述的一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，所述第一非金属骨架层和所述第二非金属骨架层的基材均为树脂纤维。

3.根据权利要求1或2所述的一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，所述第一非金属骨架层为单层缠绕结构，所述加强绳搭接于所述第一非金属骨架层的柱面上。

4.根据权利要求3所述的一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，各螺距间所述加强绳的长度均大于所述第一非金属骨架层缠绕螺距。

5.根据权利要求4所述的一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，所述第二非金属骨架层为单层缠绕结构，且同向环绕于所述第一非金属骨架层上；所述第二非金属骨架层的单股结构螺距与所述第一非金属骨架层的单股结构螺距相等。

6.根据权利要求5所述的一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，所述第二非金属骨架层的单股结构沿管道轴向方向宽度小于螺距。

7.根据权利要求1所述的一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，骨架层位于环向增强层与衬管之间；所述第一非金属骨架层位于所述环向增强层的外表面，所述衬管位于所述第二非金属骨架层的外表面。

8.根据权利要求1所述的一种非金属海洋连续油管骨架层结构，其特征在于，所述加强绳沿管道周向的分布方式为等距分布，或组内密排组间等距分布。

9.一种非金属海洋连续油管骨架层制造方法，其特征在于，加工步骤包括：

S1、将第一非金属骨架的基材通过涂覆、喷涂或拉伸的方式缠绕于环向增强层的外表面；

S2、将多条加强绳沿管道轴向铺设至所述S1中完成的所述第一非金属骨架外表面；

S3、将第二非金属骨架的基材通过涂覆、喷涂或拉伸的方式缠绕于所述第一非金属骨架层和所述加强绳的外侧；

S4、通过机械连接、胶接、熔融固化或加温固化的方式将所述第一非金属骨架层、所述加强绳和所述第二非金属骨架层固定连接。

10.根据权利要求9所述的一种非金属海洋连续油管骨架层制造方法，其特征在于，所述第一非金属骨架层和所述第二非金属骨架层的基材均为树脂纤维；所述加强绳为芳纶绳或纤维绳；所述S4中，所述第一非金属骨架层、所述加强绳和所述第二非金属骨架层的固定方式为加温固化，形成一体式结构。

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