DE60202960T2

DE60202960T2 - Flacher textilverstärkungsstreifen für leitungen und so verstärkte leitung

Info

Publication number: DE60202960T2
Application number: DE60202960T
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Gerez; Christophe Dieumegard
Original assignee: Technip France SAS
Current assignee: Technip Energies France SAS
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: EP1419338B1; FR2828722A1; US20040175523A1; BR0211816B1; ATE289032T1; WO2003016770A1; CA2457767A1; CA2458225C; EP1419337B1; EP1419338A1; US7238400B2; WO2003016769A1; CA2458225A1; CA2457767C; US20040175524A1; ES2237697T3; EP1419337A1; DE60202960D1; FR2828722B1; EA200400184A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flachen Streifen, der zur Verstärkung einer Leitung zum Transport einer unter Druck stehenden Flüssigkeit vorgesehen ist, insbesondere eine flexible Leitung zum Transport von Kohlenwasserstoffen und Gas.
Aus den Dokumenten FR 2 739 673 und EP 0 853 547 im Namen der Anmelderin ist ein solcher flacher Streifen bekannt, der zur Bewehrung einer Leitung dient, die aus einem inneren dichten Rohr, einer oder mehrerer Umwicklungen (vorzugsweise gekreuzt) eines flachen Textilstreifens und gegebenenfalls aus einer äußeren Umhüllung besteht. Der flache Textilstreifen wird nach der Technik der thermoplastischen verstärkten Erzeugnisse in einer Zusammensetzung von fadenartigen Strängen („Yarns" bzw. „Garne" oder „Rovings" bzw. „Vorgarne") bzw. faserigen Dochten hergestellt, welche von Fixiermitteln und einem Bindewerkstoff gehalten werden. Die faserigen Dochte sind vorteilhaft aus Aramid (Kevlar^®). Die bevorzugte Kompaktheit bzw. Packungsdichte der Dochte bzw. Stränge liegt für die Streifen vorteilhaft über 60% und die globale Kompaktheit der Streifen liegt über 39%.
In der Praxis wickelt man solche Streifen um das innere Rohr mit Hilfe einer Bewehrungsmaschine gemäß einem Bewehrungswinkel von ungefähr 55°. Die Bewehrungsmaschine ermöglicht es, gleichzeitig eine große Zahl (in der Größenordnung von fünfzig) flacher, relativ schmaler Streifen anzuordnen, die von auf einem rotierenden Käfig montierten Spulen getragen werden. Eine solche Technik ist kostenintensiv. Einerseits ist eine Bewehrungsmaschine eine Präzisionsmaschine, die selbst kostspielig ist. Andererseits sind Textilverstärkungsstreifen, die in kleiner Abmessung hergestellt werden, teurer als wenn sie in großer Breite produziert werden würden. Indessen wird diese Technik beibehalten, da sie es ermöglicht, das globale Spiel auf eine große Zahl von Streifen auf dem Umfang des Rohrs aufzuteilen; tatsächlich tritt auf Grund der Herstellungstoleranzen der Leitung einerseits und der Deformationen der Leitung bei der Inbetriebnahme (Aufblähen bzw. Anschwellen unter der Wirkung des Innendrucks) andererseits notwendige Spiele auf, deren Kumulierung ein globales Spiel gibt, das zwischen den Streifen aufgeteilt werden muss; wenn es eine relative erhöhte Anzahl von Streifen gibt, zum Beispiel fünfzig, ist es leichter, dieses globale Spiel zu beherrschen, weil es auf die Gesamtheit der Streifen aufgeteilt ist, was ein akzeptierbares relatives durchschnittliches Spiel pro Streifen ergibt, während man das bei einer viel kleineren Anzahl von Streifen nicht weiß.
Der Fachmann ist versucht, breite Streifen zur Reduzierung der Kosten zu verwenden, wobei die breiten Streifen selbst kostengünstiger sind und um das innere Rohr mit Hilfe einer einfachen Bandwickelmaschine angeordnet werden können, die grober und mit weniger Kosten verbunden ist als eine Bewehrungsmaschine. Bemüht man sich indessen darum, breite Textilstreifen zur Herstellung der Leitungsbewehrung zu verwenden, so wird dieses weniger Streifen auf dem Rohrumfang ergeben, und das globale Spiel wird sich auf eine Zahl von Streifen aufteilen, die beachtlich niedriger ist, wobei sich um soviel der Nominalwert des relativen Spiels (oder Auseinandergehens) zwischen den Streifen erhöht. Solche Spiele sind schädlich, denn sie rufen die Kriechwirkung des Innenrohrs und somit die lokale Belastung der zweiten Bewehrungswicklung hervor, wenn die Leitung in Betrieb ist. Außerdem ist die Positionierung der Streifen zwischen ihnen während des Betriebs der Bandwickelmaschine weniger präzise als wenn man eine Bewehrungsmaschine benutzt. Ebenso werden die Spiele und die Positionierung der Streifen schlecht beherrscht. Weiterhin, wenn der äußere Durchmesser des inneren Rohrs auf Grund von Herstellungstoleranzen variiert, ist es unmöglich, diese Variation zu kompensieren, wenn ein breiter, schon dimensionierter Streifen zur Anwendung kommt, wobei es hingegen mit einem Streifen von geringer Breite genügt, die Anzahl der in der Bewehrungsmaschine geladenen Streifen anzupassen.
Um dieses Problem zu lösen, könnte der Fachmann versucht sein, die Streifen mit Übereinandergreifen bzw. -liegen der Ränder aufzuwickeln, aber dieses würde zu Nachteilen und insbesondere zu Verschleiß- und Ermüdungsproblemen führen. Außerdem würde dieses Unregelmäßigkeiten erzeugen, die dazu empfänglich sind, Fehler in den oberen folgenden Schichten mit sich zu bringen, was hinzu kommt. Wenn man den Streifen in einer zu laschen Weise verwebt, zumindest an seinen Rändern, damit sich die faserigen Dochte der Ränder beim Übereinandergreifen untereinander verschachteln und weder Unregelmäßigkeit noch Überdicke erzeugen, erreicht man dann nicht die erhöhte Kompaktheit, die gemäß der Lehre der weiter oben zitierten Patent der Anmelderin gefordert und notwendig zur Erlangung der gesuchten Verstärkungseigenschaften ist.
Es besteht somit für den Fachmann ein nicht gelöstes Problem, die Herstellung einer Bewehrungswicklung von Textilstreifen zu schaffen, die geringere Kosten verursacht als die herkömmliche Technik, ohne auf die guten mechanischen Eigenschaften zu verzichten. Dieses ist das Problem, das die Erfindung als Aufgabe zu lösen hat.
Die Erfindung erreicht ihr Ziel dank der Tatsache, dass der verwendete Textilstreifen zur Herstellung der Verstärkungen ein Streifen ist, welcher auf einer bestimmten Breite abgeschwächte Ränder dergestalt aufweist, dass ein Übereinandergreifen der abgeschwächten Ränder keine bedeutende Verdickung mit sich bringt. Mit anderen Worten besteht der Streifen aus einem zentralen Abschnitt mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und aus zwei Längsrändern, die kleiner bzw. dünner als der zentrale Abschnitt sind. Vorteilhafterweise ist die Dicke bzw. Stärke der Ränder gleichmäßig und im Wesentlichen gleich der Hälfte der Dicke des zentralen Abschnitts; ihre Breite liegt vorteilhafterweise zwischen 5% und 15% der Breite des zentralen Abschnitts und liegt vorzugsweise im Bereich von 10%.
Die Abschwächung der Ränder bei Überdeckung ist an sich in den Bereichen bekannt, die sehr weit von der Erfindung abliegen, zum Beispiel beim Zusammenbau von Schalungsbretter mit Feder und Nut oder durch das Dokument JP 59-035924, welches ein vielschichtiges Band aus Harz beschreibt, das zur Bildung eines transparenten Rohrs vorgesehen ist, welches dann abgeteilt wird, um Behälter zu bilden. Das Band wird mit einer Abschwächung der seitlichen Ränder hergestellt und ohne Spiel aus sich selbst mit Verschweißung der Ränder gewickelt. Es handelt sich um das Band, welches das Rohr grundlegend selbst bildet, aber nicht um ein Verstärkungsband einer Leitung. Außerdem besteht das Band aus gleichmäßigem Harz und nicht aus einem Textilstreifen, dessen Herstellungsverfahren grundverschieden ist.
Die Erfindung sieht auch die Leitung vor, deren Verstärkung durch die Umwicklung mit flachen Textilstreifen gemäß der Erfindung erlangt wird, und dank derer es möglich ist, breitere Streifen und somit global weniger Streifen vorzusehen, vorteilhafterweise 10 pro Verstärkungsschicht.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der folgenden Beschreibung von mehreren Herstellungsbeispielen, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, von denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Leitung mit Verstärkungsschichten ist, die durch Umwicklung mit einem Streifen gemäß der Erfindung erstellt sind;
2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des flachen Streifens gemäß der Erfindung ist;
3 und 4 Schnittansichten einer zweiten und dritten Ausführungsform des flachen Streifens gemäß der Erfindung sind;
5 eine Schnittansicht einer Umwicklung des Streifens der zweiten Ausführungsform mit dem Übereinandergreifen bzw. -liegen der Ränder darstellt;
6 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist.
1 zeigt eine Leitung 1 zum Transport von unter Druck stehenden Fluiden, die aus einem inneren, zum Beispiel extrudierten, Rohr 2 besteht, das von einer ersten Wicklung 3 und einer zweiten Wicklung 4 von Verstärkungsstreifen und von einer äußeren Dichthülle 5 bedeckt ist, die ebenfalls extrudiert ist. Die Verstärkungswicklungen bzw. -schichten sind durch gegenläufig gekreuzte Umwicklung eines flachen Streifens 10 gemäß der Erfindung mit einem Anordnungswinkel von im Wesentlichen 55° (zwischen 52° und 58°) in Bezug auf die Längsachse der Leitung hergestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, überdecken sich die aneinander liegenden Streifen 10. Die Gesamtzahl n der Streifen 10 auf dem Umfang ist relativ gering; man wählt vorzugsweise weniger als 10 aus, was es für einen gegebenen Durchmesser und Anordnungswinkel erlaubt, eine durchschnittliche minimale bevorzugte Breite von Streifen festzulegen, die gleich ist zu πDcosα/10 (die durchschnittliche ausgelegte Breite des Streifens, definiert als die Breite des zentralen Abschnitts erhöht um die Breite eines einzelnen Rands, um das Übereinanderliegen mit einzubeziehen, wird genommen, gleich πDcosα/n, wobei D der Außendurchmesser des Rohrs 2, n die Zahl der Streifen und α der Anordnungswinkel der Streifenwicklung ist).
Die 2 bis 4 zeigen drei Ausführungsformen von Streifen, die sich durch die Anordnung von abgeschwächten Rändern unterscheiden. Aus Gründen der Klarheit der Zeichnungen, ist die Breite der Ränder in Bezug auf diese des zentralen Abschnitts des Streifens in den Zeichnungen übertrieben dargestellt.
Der Streifen 10 der Erfindung mit durchschnittlicher Breite L + l besteht aus einem zentralen Abschnitt 11 mit rechteckigem Querschnitt von Breite L und Dicke E, der seitlich durch zwei Ränder oder Längsflügel 12 eingerahmt ist, welche eine Breite l und Dicke e aufweisen. Vorzugsweise gilt e = E/2 und L/20 < l < 3L/20.
Die Flügel 12 können auf mittlerer Höhe der Ränder des zentralen Abschnitts 11 (2), in wechselnder Weise oben und unten an den beiden Rändern des zentralen Abschnitts 11 (3 und 5) oder exklusiv unten (oder oben) an den beiden Rändern des zentralen Abschnitts 11 oder gemäß jeder anderen Anordnung angeordnet sein. Obwohl die Anordnung der 3 und 5 diese ist, die sich am natürlichsten zur Überdeckung der Ränder 12 eignet, entsprechen die anderen Anordnungen in der Praxis, wobei der Geschmeidigkeit des Streifens und seiner Verformung beim Umwickeln berücksichtigt wird.
Wie 3 darstellt und schematischer die 3 bis 5, ist der erfindungsgemäße Streifen ein Textilstreifen, der aus Schichten von faserigen Dochten 14 gebildet ist, die durch Halte- bzw. Fixiermitteln gehalten sind. Er ist zum Beispiel gemäß der Lehre des Dokuments EP 0 853 547 aus Schichten von faserigen Dochten 14 gebildet, die aneinander angefügt sind und durch Fixiermittel 15 und einem Bindewerkstoff dergestalt gehalten sind, um eine globale starke Kompaktheit beizubehalten, zum Beispiel mindestens 39%. Der Bindewerkstoff, zum Beispiel ein thermoplastischer Werkstoff, der die faserigen Dochte umkleidet, ist nicht dargestellt. Indessen kann der Streifen auch einzig und allein aus einem Gewebe von faserigen Dochten durch einen Schußfaden ohne Bindewerkstoff bestehen. In diesem Fall eines ohne Bindewerkstoff gewebten Streifens ist die Kompaktheit vorteilhaft bedeutend beibehalten, zum Beispiel zumindest 39%. Die faserigen Dochte 14, die im Kettfaden verwendet werden, können von jeder Ausführung, wie einer solchen in Aramid (Kevlar^®, Twaron^®, Technora^®) oder aus Kohlenstoff zum Beispiel sein. Die Ränder 12 sind aus dem gleichen Werkstoff wie der zentrale Abschnitt gebildet, einfach mit einer geringeren Stärke, so zum Beispiel mit einer geringeren Anzahl von Schichten aus faserigen Dochten. Es ist gemäß der Erfindung vorteilhaft, die Fixiermittel (Schussfaden) dergestalt zu beabstanden, dass es bei der Durchbiegung bzw. -federung der Leitung den umwickelten Streifen ermöglicht ist, sich zu verwerfen, und es ihren Längsfasern ermöglicht ist, sich umzugestalten.
Wie die 5 darstellt, erlaubt es der erfindungsgemäße Streifen 10 das globale Spiel bei der Umwicklung anzupassen, indem die Ränder 12 der aneinander liegenden Streifen zumindest teilweise übereinandergreifen. Das zumindest teilweise Übereinandergreifen der Ränder 12 verhindert die Bildung von durchquerendem Auseinandergehen (über die gesamte Dicke der Verstärkungsschicht) zwischen zwei Bändern bzw. Streifen. Es bildet sich höchstens ein Spiel 13 aus, das kleiner als die Breite l des Rands ist und das nicht quer durchgehend ist. Das äußere Spiel 13 kann ein leichtes Rückgehen der äußeren Umhüllung mit sich bringen, aber dieses wird unterdessen von dem unteren Rand 12 blockiert, der zum Teil von dem oberen Rand 12 des anliegenden Streifens überdeckt ist. Wenn andererseits die mechanischen Eigenschaften der Ränder 12 zu denen des zentralen Abschnitts 11 identisch sind, ergibt das Vorhandensein eines Spiels eine leichte Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Bewehrungsschicht auf dieses Niveau, das von vornherein einen Berstdruck führen kann, der geringer ist als dieser, den man mit einer Anordnung von schmalen herkömmlichen Streifen ohne Spiel erhalten würde. Man kann diesen Nachteil dadurch beheben, indem man unterschiedliche, höhere mechanische Eigenschaften im Bereich der Ränder vorsieht, zum Beispiel durch eine Modifikation der Natur oder des Grades der Torsion der verwendeten faserigen Dochte, oder durch eine unterschiedliche Kompaktheit. Insbesondere kann es interessant sein, in den Rändern Fasern zu verwenden, die eine höhere Zerreißdehnung aufweisen als diejenige der Fasern, die in dem zentralen Abschnitt zur Anwendung kommen.
Die Ausführungsform des Streifens 10 der 6 unterscheidet sich von derjenigen des der 2 darin, dass sie anstelle durch mehrere Stärken bzw. Dichten von faserigen Dochten ausgebildet ist, sie nur durch ein Gewebe auf zwei Abmessungen (Schussfaden, Kettenfaden) mit einer einzigen Stärke bzw. Dichte von faserigen Dochten 14, 14' hergestellt ist. Die Dochte 14 des zentralen Abschnitts 11 sind von bedeutenderer Abmessung als die Dochte 14' der Abschnitte des dünnen Rands 12.
Es ist auch vorteilhaft, auf dem Streifen 10 eine Kennung, zum Beispiel einen Farbfaden 16, vorzusehen, der es ermöglicht, die Ortsbestimmung bzw. Lokalisierung des Streifens beim Umwickeln zu visualisieren. Dieser Faden 16 ist vorteilhafterweise zwischen dem Rand 12 und dem zentralen Abschnitt 11 des Streifens 10 angeordnet (das ist nur in 6 dargestellt, aber es kann bei allen Ausführungsformen angepasst werden), um die Verbindungsstelle zu veranschaulichen. Auf diese Weise ist es möglich, visuell zu steuern, dass kein Streifenrand 12 einen zentralen Abschnitt 11 eines Streifens übergreift (es müssen dort immer zwei Kennungen bzw. Kennfäden 16 Seite an Seite vorhanden sein, keine Kennung 16 darf überdeckt sein, wenn die Umwicklung korrekt ausgeführt ist).

Claims

Flacher Textilstreifen, der durch Umwicklung eines Rohrs zur Bildung der Bewehrung einer Leitung zur Förderung eines unter Druck stehenden Fluids dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (10) aus einem zentralen Abschnitt (11) mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und aus zwei Längsrändern (12), die kleiner als der zentrale Abschnitt sind, gebildet ist.
Streifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Längsränder (12) im Wesentlichen gleich der Hälfte der Dicke des zentralen Abschnitts (11) ist.
Streifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Ränder (12) zwischen 5% und 15% der Breite des zentralen Abschnitts (11) aufweist.
Streifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte bzw. Packungsdichte des Streifens gleich oder größer als 39% ist.
Streifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er faserige Dochte aufweist, die durch Haltemittel und einem thermoplastischen Bindewerkstoff zusammengefügt sind.
Streifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er durch eine einzelne Dicke von faserigen Dochten (14, 14') von unterschiedlichen Abmessungen in dem zentralen Abschnitt (11) und in den Rändern (12) gebildet ist.
Streifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (10) mit einem Kennfaden (16) in dem Grenzbereich zwischen dem zentralen Abschnitt (11) und den Rändern (12) ausgerüstet ist.
Leitung zur Förderung von unter Druck stehenden Fluiden, die aus einem inneren Rohr (2) mit mindestens einem Mantel (3, 4) bzw. einer Schale aus flachen Textilstreifen (10) umhüllt ist, welche in einer schraubenförmigen Weise um das Rohr (2) herumgewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (10) aus einem zentralen Abschnitt (11) mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und aus zwei Längsrändern (12), gebildet sind, die kleiner als der zentrale Abschnitt sind, wobei die Streifen (10) mit mindestens teilweiser Überdeckung der Seitenränder (12) aufgewickelt sind.
Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlegungswinkel der Streifen (10) in Bezug auf die Längsachse der Leitung zwischen 52° und 58° beträgt, vorzugsweise gleich 55° ausgewählt ist.
Leitung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von flachen Streifen der Umwicklung kleiner als 10 beträgt.
Leitung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Breite der Streifen (10) gleich oder größer ist als πDcosα/10, wobei D der äußere Durchmesser des Rohrs (2) und α der Verlegungswinkel des Mantels (3, 4) der Streifen (10) ist.