DE69006191T2

DE69006191T2 - Flexible Rohrleitung.

Info

Publication number: DE69006191T2
Application number: DE69006191T
Authority: DE
Inventors: Patrice Jung; Bail Guy Le
Original assignee: Coflexip SA
Current assignee: Technip Energies France SAS
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1990-11-21
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: NO905022D0; NO178275C; HUT55893A; AU6675090A; FR2654795B1; BR9005873A; JPH03186681A; ES2025039A4; EP0429357B1; HU209656B; US6016847A; ES2025039T3; NO178275B; DE429357T1; EP0429357A1; DK0429357T3; DE69006191D1; AU644387B2; NO905022L; CA2030482A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine flexible Rohrleitung jener Art, die mindestens eine rohrförmige Lage aufweist, die von mindestens einem mit geringer Steigung schraubenförmig aufgewickelten Profilband gebildet ist, das einen Querschnitt im wesentlichen in Form eines länglichen S hat und bei dem aufeinanderfolgende Windungen ineinandergreifen.
Die anmeldende Gesellschaft erzeugt und vertreibt seit zahlreichen Jahren flexible Rohrleitungen großer Länge mit erhöhtem mechanischen Widerstand, die insbesondere für die Förderung von Kohlenwasserstoffverbindungen nutzbar sind, insbesondere im Rahmen von Unterwasser-Erdölförderanlagen.
Solche flexiblen Leitungen weisen im allgemeinen eine rohrförmige Lage, die von einem profilierten Band mit doppelter Falzung gebildet ist, wobei diese Lage das Innengerippe der flexiblen Leitung in den Leitungen der Art "ROUGH BORE" bilden kann, und wobei eine Bewehrung dazu bestimmt ist, der flexiblen Rohrleitung einen bedeutenden Widerstand gegenüber dem Innendruck und dem Zug mitzuteilen, eine mittlere Dichtungshülle und gegebenenfalls eine äußere Schutzhülle auf.
In den Leitungen der Art "SMOOTH BORE" ist die mittlere Dichtungshülle ersetzt durch eine innere Dichtungshülle oder ein inneres Dichtungsrohr aus Kunststoff- oder Elastomermaterial.
Um solche rohrförmigen Lagen herzustellen, verformt man plastisch ein flaches Metallband, wie etwa Band aus rostfreiem Stahl, auf eine solche Weise, daß man ein profiliertes Band mit falzbarem Querschnitt herstellt, und man wickelt das profilierte Band wendelförmig mit einer geringen Steigung und unter Verschachtelung aufeinanderfolgender Windungen auf. Die Flexiblität der rohrförmigen Lage wird durch das Vorliegen eines gewissen Axialspiels zwischen den aufeinanderfolgenden, durch Falze verbundenen Windungen erreicht. Das profilierte Band weist einen Querschnitt auf, der aus einem ersten und zweiten Hauptabschnitt, die koaxial und mit Radialabstand angeordnet und durch einen mittigen Teil verbunden sind, gebildet, der bezüglich der Längsachse der Leitung geneigt ist, wobei von erstem und zweitem, zylindrischen Hauptabschnitt jeder durch ein erstes bzw. zweites radiales, konvexes Teil mit einem ersten bzw. zweiten Nebenabschnitt verbunden ist, und wobei mindestens einer der genannten Nebenabschnitte zylindrisch, bezüglich der Hauptabschnitte koaxial und radial mit Abstand zu diesen angeordnet ist.
Es sind bereits Leitungen einer ersten Bauweise bekannt, die eine rohrförmige Lage aufweisen, die durch ein profiliertes Band gebildet ist, wovon die Nebenabschnitte zylindrisch sind, beispielsweise flexible, mit Falzen versehene Metallbänder, die durch die Norm NF E-29-828 festgelegt sind.
Ein mehr oder weniger beträchtliches Radialspiel kann zwischen den unterschiedlichen, gegenüberliegenden Abschnitten vorliegen, so daß der Widerstand gegenüber Quetschung in radialer Richtung verhältnismäßig gering ist.
In einer zweiten Bauweise ist der erste Nebenabschnitt zylindrisch, während der zweite Nebenabschnitt von einem konkaven, axialen Stück gebildet ist, dessen Höhlung entgegengesetzt zum zweiten Hauptabschnitt gewandt ist und das eine Verlängerung des Endes des radialen, konvexen Teils bildet, das den genannten zweiten Hauptabschnitt verlängert.
Eine Darstellung dieser Art einer rohrförmigen Lage ist gegeben in der FR-A-2 569 462, FR-A-2 559 920 oder FR-A- 1 367 139.
In einer Variante dieser Bauweise ist es vorgesehen, eine Dichtung insbesondere aus Kupfer oder Asbest in der Falz zwischenzuschalten, die zwischen dem axialen, konkaven Endstück und dem ersten Hauptabschnitt der benachbarten Windung gebildet ist. Eine Darstellung dieser Art einer rohrförmigen Lage ist in den Normen NF-E-29-829, /-832 oder /-833 gegeben.
In der Bauweise, die ein axiales, konkaves Stück aufweist, muß die Berührung zwischen dem zweiten Nebenabschnitt der einen Windung und dem ersten Hauptabschnitt der benachbarten Windung normalerweise einzig und allein auf der Höhe der Übergangszone zwischen dem radialen, konvexen Teil und dem axialen, konkaven Endstück stattfinden.
Aufgrund dieser Tatsache hat man festgestellt, daß der Widerstand gegenüber Quetschung der gebildeten, rohrförmigen Lage und der rohrförmigen, flexiblen Leitung, die diese Lage aufweist, sich als unzulänglich erweisen kann, während die mechanischen Kräfte, die sie abstützen muß, beträchtlich sind, insbesondere in Anwendungsfällen, wo ein bedeutender Außendruck auf die Leitung aufgebracht wird. Man kann so den Fall von flexiblen Rohrleitungen nennen, die für die Förderung von Kohlenwasserstoffverbindungen in Wassertiefen benutzt werden, wo ein erhöhter hydrostatischer Druck herrscht, wobei die rohrförmige Lage der Quetschwirkung infolge des hydrostatischen Drucks und der eingeleiteten Wirkungen von Lasten widerstehen muß, die von den Zugarmierungen aufgenommen werden, die durch das beträchtliche Gewicht der Leitung beansprucht werden.
Eine notwendige Bedingung, um einen bedeutenden Widerstand gegenüber Quetschung zu erhalten, sowie ein gutes Verhalten im Fall dynamischer Wirkungen, ist es, daß die Rohrleitung einerseits mit einem präzisen Ineinandergreifen und ohne Radialspiel zwischen den zugewandten Abschnitten benachbarter Windungen hergestellt wird, und daß andererseits der Querschnitt des profilierten Bandes eine tatsächliche Ausbildung entsprechend seiner theoretischen Definition aufweist, ohne Fehler wie etwa Zonen mit übermäßiger Krümmung aufzuweisen. In der Praxis stellt man, um die Gefahr eines Radialspieles zu vermeiden, für gewöhnlich die rohrförmigen Lagen mit einer begrenzten, radialen Klemmwirkung her. Dies führt zu sehr engen Toleranzen, die somit dem hergestellten Erzeugnis auferlegt werden, so daß die industrielle Herstellung mit einer besonderen Sorgfalt ausgeführt werden muß, die die Kosten erhöht.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine flexible Rohrleitung auszuführen, die insbesondere eine erhöhte Beständigkeit gegenüber der Quetschung aufweist, während sie gleichzeitig mit verringerten Herstellungskosten hergestellt werden kann. Außer der Verringerung der Kosten, die dank einer leichteren und schnelleren Herstellung erreicht wird, hat die vorliegende Erfindung in gleicher Weise zum Ziel, das Gewicht der rohrförmigen Lage für eine vorgegebene Beständigkeit gegenüber Quetschung zu verringern, was es einerseits gestattet, das Gewicht und die Werkstoffkosten für die Herstellung zu senken, und andererseits, flexible Rohrleitungen herzustellen, die in größeren Wassertiefen benutzt werden können.
In der erfindungsgemäßen, flexiblen Rohrleitung weist der erste Nebenabschnitt des wendelförmig aufgewickelten Profilbandes einen Radialabstand zum ersten zylindrischen Hauptabschnitt in einer Größe auf, daß er sich im aufgewickelten Zustand des Profilbandes im wesentlichen über seine gesamte Länge auf dem zweiten Hauptabschnitt einer benachbarten Windung anlegt; der zweite Nebenabschnitt weist ein Stück zur Verbindung mit dem zweiten radialen, konvexen Abschnitt, ein zylindrisches oder leicht konisches Endstück und zwischen den genannten Stücken ein wellenförmiges Zwischenstück auf, dessen konkave Seite vom zweiten Hauptabschnitt abgewandt ist, und der zweite Nebenabschnitt ist so angeordnet, daß im aufgewickelten Zustand des Bandes das genannte Stück zur Verbindung mit dem zweiten Nebenabschnitt sich in Anlage auf dem ersten Hauptabschnitt der anderen, benachbarten Windung befindet und das genannte Endstück des zweiten Nebenabschnitts sich mit seinem Ende auf dem genannten Hauptabschnitt der anderen benachbarten Windung anlegt. Bevorzugt legt sich der Scheitel des Zwischenstücks gegen den ersten Nebenabschnitt der genannten anderen benachbarten Windung an.
Das Endstück des zweiten Nebenabschnitts ist bevorzugt zylindrisch und legt sich im wesentlichen über seine gesamte Länge gegen den ersten Hauptabschnitt der anderen, benachbarten Windung an. Dieses Endstück kann dennoch erfindungsgemäß leicht konisch sein, d.h. mit der Achse der Leitung einen Winkel bilden, der kleiner ist als etwa 10º und bevorzugt in der Größenordnung von 5º liegt.
Somit liegt im aufgewickelten Zustand des Bandes zwischen jedem der Hauptabschnitte der einen Windung und einem Hauptabschnitt der benachbarten Windung eine quetschbeständige Abstützanordnung vor, und zwar infolge der Tatsache einer doppelten Abstützung des Endstücks und des Verbindungsstücks des zweiten Nebenabschnitts auf dem ersten Hauptabschnitt der benachbarten Windung, und infolge der Starrheit gegenüber Biegung, die verliehen wurde durch das wellenförmige Zwischenstück. Eine Anlage des wellenförmigen Zwischenstücks gegen den ersten Nebenabschnitt der benachbarten Windung, der seinerseits in Berührung mit dem zweiten Hauptabschnitt der betreffenden Windung steht, gestattet es, die Starrheit des Profilbandes noch zu steigern, indem man eine bogenförmige Abstützwirkung sicherstellt, wobei der mittlere Teil des wellenförmigen Zwischenstücks einen abgerundeten Schnitt aufweisen kann oder einen mittigen, zylindrischen Abschnitt aufweisen kann.
Erfindungsgemäß können die Längen des Endstücks und des Verbindungsstücks des zweiten Nebenabschnitts beliebig sein und äußerstenfalls sehr klein. Es ist nur wichtig, daß eine spielfreie beiderseitige Berührung des wellenförmigen Zwischenstücks zwischen dem zweiten Nebenabschnitt der einen Windung und dem ersten Hauptabschnitt der benachbarten Windung vorliegt, und daß der am Ende des wellenförmigen Zwischenabschnitts vorliegende, schräge Teil fortschreitend und im wesentlichen tangential in das Endstück übergeht.
Vorteilhafterweise sind die Abmessungsmerkmale des Profilbandes, das die rohrförmige Lage der erfindungsgemäßen flexiblen Rohrleitung bildet, die folgenden, bezogen auf die Dicke e des Bandes oder auf den Innendurchmesser D der gebildeten Lage.
1) Länge b des Endstücks des zweiten Nebenabschnitts:
b ≥ 0,5 e und vorzugsweise
0,5 e ≤ b ≤ 2 e
2) Länge a des wellenförmigen Zwischenstücks des zweiten Nebenabschnitts:
3 e ≤ a ≤ 8 e
3) Höhe d des wellenförmigen Zwischenstücks des zweiten Nebenabschnitts:
0,5 e ≤ d ≤ 3,5 e
4) Länge c des Verbindungsstücks des zweiten Nebenabschnitts:
e ≤ c ≤ 4 e
5) Dicke h der rohrförmigen Lage, die durch Aufwickeln des Profilbandes gebildet ist, d.h. der Radialabstand zwischen der Innenfläche des Hauptabschnitts der einen Windung, die die Innenoberfläche der rohrförmigen Lage bildet, und der Außenfläche des Hauptabschnitts der benachbarten Windung, die die Außenfläche der rohrförmigen Lage bildet:
h ≥ 4,5 e
6) Breite 1 des Profilbandes, d.h. der Abstand, gemessen in axialer Richtung, zwischen den Scheiteln der konvexen, radialen Abschnitte des Bandes:
50 e ≤ 1 ≤ 100 e
7) Mittlere Steigung P des Wendels, der durch das Aufwickeln gebildet ist, d.h. der Abstand, der in axialer Richtung zwischen den radialen, konvexen Hauptabschnitten zweier aufeinanderfolgender Windungen gemessen ist, wobei das Axialspiel zwischen aufeinanderfolgenden Windungen als gleich seinem Mittelwert angenommen wird:
0,05 D ≤ P ≤ 0,5 D
Das wellenförmige Zwischenstück weist einen mittigen Teil mit abgerundetem Querschnitt auf oder hat einen mittleren, zylindrischen Abschnitt, der durch zwei gekrümmte Elemente eingerahmt ist. Dieser mittige Teil, von dem der Scheitel bzw. der mittlere Abschnitt bevorzugt gegen den ersten Nebenteil der benachbarten Windung anliegt, ist durch zwei seitliche Übergangsteile eingeschlossen. Diese beiden Übergangsteile mit gekrümmter Form, deren Krümmungsrichtung der des mittigen Teils oder bzw. der der gekrümmten Segmente entgegengesetzt ist, geht jeweils tangential in das Endstück bzw. das Verbindungsstück über. Der mittige Teil geht tangential in jeden der beiden seitlichen Übergangsteile über, mit entweder vorzugsweise einem Inflexionspunkt oder einem geradlinigen Verbindungssegment mit einer Länge von vorzugsweise weniger als 2 e. Der von der Tangente an den Inflexionspunkt oder das geradlinige Segment in Bezug auf die Achse der rohrförmigen Lage gebildete Winkel liegt vorzugsweise zwischen 45 und 80º.
Ein erfindungsgemäßes Profilband weist eine besonders erhöhte Quetschbeständigkeit auf, wenn der Krümmungsradius einer jeden der gekrümmten Zonen den größten Wert aufweist, der noch vereinbar ist mit den Abmessungen, die den Schnitt des in Betracht gezogenen Profilbandes kennzeichnen. Interessante Resultate wurden mit Werten von Krümmungsradien in den am stärksten gekrümmten Zonen in der Größenordnung von 1,5 e erhalten, wobei der Krümmungsradius an der neutralen Faser gerechnet wurde, aber es ist bevorzugt, daß in jedem Punkt des Schnittes der Krümmungsradius nicht kleiner als dieser Wert sein sollte.
Das erfindungsgemäße Profilband kann durch übliche Kaltverformungstechniken mit Hilfe von Verformungsrollen hergestellt werden und kann insbesondere kontinuierlich in einem kontinuierlichen Formgebungsverfahren für die spiralige Form gebildet werden, um die rohrförmigen, flexiblen Leitungen zu formen, wie beschrieben im Patent FR-A-2 555 920 der hinterlegenden Gesellschaft.
Zum Zweck des besseren Verständnisses der Erfindung wird nun beispielsweise und ohne jegliche Einschränkung eine Ausführungsform beschrieben, wobei man sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, in welcher:
- Fig. 1 ein schematischer, teilweise abgebrochener Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen rohrförmigen, flexiblen Leitung ist, und
- Fig. 2 eine entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen flexiblen, rohrförmigen Leitung ist.
- Fig. 3 stellt im Schnitt eine Einzelheit der rohrförmigen Lage, die durch ein Profilband gebildet ist, der Leitung der Fig. 1 dar.
- Die Fig. 4 bis 7 sind Ansichten von Ausführungsvarianten entsprechend Fig. 3.
In Fig. 1 ist eine rohrförmige, flexible Leitung des "ROUGH BORE"-Typs dargestellt, mit einer rohrförmigen Lage 1, die durch ein wendelförmiges, mit geringer Steigung und mit Ineinandergreifen aufeinanderfolgender Windungen aufgewickeltes Profilband hergestellt ist.
Die Form des Schnitts des Profilbandes wird später unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Diese Lage 1 ist im dargestellten Beispiel ein Innenskelett, das dazu bestimmt ist, die Beständigkeit der Leitung gegenüber Quetschwirkungen sicherzustellen.
Die Leitung weist außer der Lage 1 eine Zug- und druckbeständige innere Armierung 2 auf, die vorzugsweise aus einem oder mehreren Paar(en) überkreuzter Armierungs-Drahtmäntel aus Metall oder Verbundmaterialien, die der Zugwirkung widerstehen, gebildet ist. Schließlich weist die rohrförmige Leitung eine innere Dichtungshülle 3 auf, die zwischen den Lagen 1 und 2 angeordnet ist, und eine Außenhülle 4.
Im "SMOOTH BORE"-Aufbau, der durch Fig. 2 dargestellt ist, ist ein inneres Dichtungsrohr 3' vorgesehen, das sich gegen die rohrförmige Lage 1' anlegt, die durch Aufwickeln eines Profilbandes gebildet ist und die einerseits die Quetschbeständigkeit und andererseits die Beständigkeit gegenüber der Umfangskomponente sicherstellt, die durch den Innendruck eingeleitet wird.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen.
Die Lage 1 ist durch ein wendelförmiges Aufwickeln eines Profilbandes gebildet, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wobei dieses Band aus jedem geeigneten Metallmaterial hergestellt ist, das für die angestrebten Anwendungen geeignet ist und dazu eingerichtet ist, die gewünschte Ausbildung durch plastische Verformung einzunehmen, beispielsweise aus austhenitischem, austhenitisch-ferritischem oder ferritischem rostfreiem Stahl, aus insbesondere höhergradigem Kohlenstoffstahl, aus verzinktem bzw. galvanisch behandeltem Stahl oder aus Legierungen, die gute Korrosionsbeständigkeitseigenschaften aufweisen, wie INCONEL, oder Aluminiumlegierungen.
Fig. 3 stellt den Schnitt durch eine Windung des Profilbandes in aufgerolltem Zustand sowie bruchstückweise den Schnitt zweier dieser benachbarten Windungen dar.
Im Schnitt weist das Profilband mit einer Dicke e einen ersten zylindrischen Hauptabschnitt 5 auf, der mit einem zweiten zylindrischen Hauptabschnitt 6 durch einen geneigten Mittelteil 7 vereint ist. Die Hauptabschnitte 5 und 6 sind durch radiale, konvexe Teile 8 bzw. 9 verlängert. Der radiale Teil 8 ist durch einen ersten Nebenabschnitt 10 verlängert, der konzentrisch zum Abschnitt 5 ist. Der zweite radiale Teil 9 ist durch einen zweiten Sekundärabschnitt verlängert, der durch ein zylindrisches Verbindungsstück 11 und ein zylindrisches Endstück 12 gebildet ist, zwischen denen ein wellenförmiges Zwischenstück 13 angeordnet ist, deren konkave Seite vom zweiten Hauptschnitt 6 abgewandt ist.
In der Zeichnung sind die entsprechenden Abschnitte benachbarter Windungen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die gefolgt sind von dem Indices ' bzw. ".
Die Höhe h der rohrförmigen Lage, die Ausbildung und die Abmessungen in der Länge a und in der Höhe d eines wellenförmigen Zwischenstücks 13 sind so bestimmt, wie dies in der Zeichnung im aufgewickelten Zustand des Bandes dargestellt ist, wobei die zylindrischen Stücke 11 und 12 sich im wesentlichen über ihre gesamte Länge c bzw. b auf dem ersten Hauptabschnitt 5' einer benachbarten Windung abstützen und wobei bevorzugt der Scheitel des mittigen, abgerundeten Teils des Zwischenstücks 13 sich gegen den ersten Nebenabschnitt 10' der genannten benachbarten Windung anlegt.
Außerdem weist, wie in Fig. 3 zu sehen, der erste zylindrische Nebenabschnitt 10 einen Radialabstand zum ersten zylindrischen Hauptabschnitt 5 auf eine solche Weise auf, daß er sich spielfrei im wesentliche über seine gesamte Länge gegen den zweiten zylindrischen Hauptabschnitt 6" der anderen benachbarten Windung anlegen kann.
In der Ausführungsform der Fig. 4 weist der mittige Teil des Zwischenstücks 13a einen zylindrischen Abschnitt 14 zur Anlage auf seiner ganzen Länge f gegen den ersten Nebenabschnitt 10' der benachbarten Windung auf. Der zylindrische Abschnitt 14 ist durch zwei Segmente mit gekrümmtem Querschnitt 15 verlängert, die tangential unmittelbar oder unter Zwischenschaltung von geradlinigen Segmenten (nicht dargestellt) in die seitlichen Übergangsteile mit den Stücken 11 und 12 übergehen.
Im Falle der Fig. 4 sind die Längen b und c des zylindrischen Endstücks 12 und des Verbindungsstücks 11 auf ein Mindestmaß, praktisch Null, verringert, aber die beiden seitlichen Übergangsteile des Zwischenstücks 13a sind regelmäßig gekrümmt und gehen tangential in die Fläche über, die dem ersten Hauptabschnitt 5' der benachbarten Windung gegenüberliegt.
In der Ausführungsform der Fig. 5 ist ein geradliniges Verbindungssegment mit einer Länge g zwischen dem mittigen, gekrümmten Teil 14 des Zwischenstücks und jedem der beiden seitlichen Übergangsteile vorgesehen.
In der Ausführungsform der Fig. 6 ist das Endstück 12 des zweiten Nebenabschnitts leicht konisch, während Fig. 7 eine Ausführungsvariante darstellt, in der die Länge dieses Endstücks sehr kurz ist, nahe dem Wert Null.
In der vorausgehenden Beschreibung des Profilbandes muß klar sein, daß die Worte: "erster" (erster Abschnitt usw.) und "zweiter" (zweiter Abschnitt usw.) nur eine relative Bedeutung des einen bezüglich zum anderen haben, in dem Sinn, daß der erste und der zweite Hauptabschnitt ein und derselben Windung mit Radialabstand angeordnet sind, wobei die rohrförmige Lage aus einem Profilband gemäß der Beschreibung je nach Wahl in gleicher Weise auf zwei unterschiedliche Weisen gebildet werden kann.
(i) Der "erste" Hauptabschnitt kann sich im Inneren der Achse des flexiblen Rohres in Bezug auf den zweiten Hauptabschnitt nächstgelegen befinden; das wellenförmige Zwischenstück 13, das durch den zweiten Nebenabschnitt gebildet ist, befindet sich nun im Inneren des Rohres bezüglich des ersten Nebenabschnitts 10' der benachbarten Windung, die ihm zugewandt ist.
(ii) Der erste Hauptabschnitt befindet sich auf der Außenseite, das wellenförmige Zwischenstück befindet sich nun in gleicher Weise auf der Außenseite.
Außerdem kann die rohrförige Lage durch Aufwickeln eines einzigen Profilbandes hergestellt werden, dessen aufeinanderfolgende Windungen wechselweise ineinandergreifen. Es ist in einer Ausführungsvariante auch möglich, zwei benachbarte Profilbänder nebeneinanderliegend auf zuwickeln, wobei jede Windung des einen Bandes beiderseits mit den beiden Windungen des anderen Bandes verfalzt ist, die es einrahmen; diese Variante kann in bestimmten Fällen von Interesse sein, beispielsweise in dem Fall, in dem die Breite des verfalzten Bandes in Bezug auf den Durchmesser des gebildeten flexiblen Rohres verhältnismäßig gering ist.
Nachfolgend werden zwei flexible Rohrleitungen beschrieben, die eine rohrförmige Lage aufweisen, die mit Hilfe von Profilbändern gebildet ist, die den in Fig. 3 dargestellten Querschnitt aufweisen, mit Bemessungsmerkmalen, die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
Die rohrförmige Hülle ist durch Aufwickeln eines Profilbandes hergestellt, das aus rostfreiem, austhenitischen Stahl des Typs AISI 304 hergestellt ist. TABELLE 1 Beispiel Zur Bildung des Profilbandes verwendetes Bandmaterial - Dicke e mm - Breite L mm Profilband - Durchmesser D mm - Steigung P mm - Gewicht kg/m - Quetschbeständigkeit (Bar) Zoll
Das hier angegebene Einheitsgewicht ist das Gewicht der rohrförmigen Lage mit mittlerer Steigung für eine Länge von 1 m längs der Achse des gebildeten Rohres.
Die angezeigte Quetschbeständigkeit entspricht der ständigen Verformungsgrenze der gebildeten Lage unter der Einwirkung eines äußeren, gleichförmigen Druckfeldes. Dieser Wert steht in unmittelbarer Relation zur maximalen Nutzwassertiefe der flexiblen Leitung als Funktion des entsprechenden hydrostatischen Drucks, indem man den Innendruck der Leitung als Null annimmt und einer möglichen Verstärkung des Aufbaus des flexiblen Schlauches aufgrund anderer Armierungselemente dieses Aufbaus nicht Rechnung grägt.
Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Profilbandes können im Vergleich der Beispiele 1 und 2 mit Vergleichsbeispielen 1a bzw. 2a hervorgehoben werden, die in der Tabelle 2 angegeben sind und sich auf hergestellte Profilbänder beziehen, wie dies üblicherweise praktiziert wird, mit einem zweiten Nebenbereich, der einfach ein axiales, konkaves Stück aufweist, wie dies beispielsweise in der FR-A-2 555 920 dargestellt ist. TABELLE 2 Beispiel zur Bildung des Profilbandes verwendetes Bandmaterial - Dicke e mm - Breite L mm Profilband - Breite 1 mm - Durchmesser D mm - Steigung P mm - Gewicht kg/m - Quetschbeständigkeit (Bar) Zoll
Mit einem Bandmaterial von der Breite L = 28 mm, das dieselbe Dicke 0,7 mm aufweist, und zwar so, daß es ein Gewicht von 5,3 kg/m aufweist, was nahezu gleich ist dem Beispiel 1 für den gleichen Durchmesser 101,6 mm, bietet das Beispiel hier eine Breite des Profilbandes von 16 mm mit einer Dicke h der rohrförmigen Lage von 3,5 mm, das ist das fünffache der Dicke, anstelle von 4,2 mm für das Beispiel 1 auf.
Man hat festgestellt, daß das Beispiel 1a eine Quetschbeständigkeit von nur 60,8 bar gegenüber 79 für das Beispiel 1 bietet, wobei eine Leitung, die das erfindungsgemäße Profilband benutzt, demnach im vorliegenden Fall in Wassertiefen benutzt werden kann, die um etwa 30% größer sein können, ohne daß man die Materialmenge erhöht, die benutzt wurde, um die rohrförmige Lage herzustellen, die ihr Innengerippe bildet.
Außerdem beträgt die Steigung nur 9,7 mm für das Beispiel 1a statt 13,3 mm. Die Geschwindigkeit, mit der das flexible Metallrohr durch die üblicherweise benutzten Spiralformungseinrichtungen hergestellt wird, die normalerweise proportional ist zur Steigung des Wendels, der vom verfalzten Band gebildet wird; die Herstellungsdauer des erfindungsgemäßen Rohres ist demnach in diesem Fall um 27% kürzer als für das äquivalente Rohr gemäß dem bekannten Stand der Technik, wovon sich eine bedeutende Verringerung der Herstellungskosten ergibt.
Im Fall des Vergleichsbeispiels 2a ist es zum Erreichen einer Quetschbeständigkeit von 52 bar, die im wesentlichen gleich der des Beispiels 2 ist, notwendig, die Dicke des Bandmaterials auf 2 mm zu bringen, anstelle 1,5 mm, mit einer Breite L von 80 mm.
Die Dicke h der rohrförmigen Lage beträgt 10 mm, die nahe der des Beispiels 1 liegt, aber sie bietet nur den fünffachen Wert der Dicke e des Profilbandes anstelle von mehr als 7 für das Beispiel 1. Das Gewicht des geformten Rohres geht somit von 37,7 auf 45,3 kg/m über, wobei diese Erhöhung um 20% eine Erhöhung der Herstellungskosten mit sich führt, die besonders empfindlich ist im Falle von Rohren mit verhältnismäßig erheblichem Durchmesser, wie die Beispiele 2 und 2a, für die der Aufwand bei den benutzten Materialien in den gesamten Herstellungskosten vorherrscht.
Außerdem beträgt die Steigung 27,6 mm in Beispiel 2a anstelle 33,4 mm, so daß die Herstellungsdauer um 21% länger ist. Insgesamt ist bei gleicher Beständigkeit das vom Profilband des Beispiels 2a gebildete, rohrförmige Band um etwa 20% teurer als das des Beispiels 1. Im übrigen führt die Erhöhung des Gewichts um 20% zu einer Verringerung in der maximalen Nutzwassertiefe, weil diese nun einmal durch das Gesamtgewicht der von der Oberfläche herabhängenden Leitung bedingt ist, und zwar in Bezug auf die zulässige Zuggrenze im Schlauch.
Unter anderen Vorzügen kann das erfindungsgemäße Profilband auf verschiedene Weise als Funktion der Situation optimiert werden. In bestimmten Fällen kann man das Profilband mit einer viel größeren Aufwickelsteigung bemessen als die, die die bekannten Profilband-Profile gestatten, indem man die Breite des benutzten Bandmaterials und die Breite des Profilbandes variiert, und dies ohne den Aufbau schwerer zu machen oder zu schwächen; diese Möglichkeit ist besonders im Fall von Rohren mit kleinem Durchmesser von Interesse, beispielsweise 25 bis 50 mm. Man kann als Alternativlösung aber wahlweise das Gewicht des Aufbaus für eine vorgegebene Quetschbeständigkeit auf ein Minimum verringern, indem man die Erhöhung der Dicke h der rohrförmigen Lage variiert; diese Möglichkeit, die das erfindungsgemäße Profilband in Bezug auf andere erfindungsgemäße bekannte Erzeugnisse bietet, ist besonders von Interesse zum Minimieren der Herstellungskosten, insbesondere im Fall von verhältnismäßig bedeutenden Durchmessern, die beispielsweise 250 bis 500 mm betragen können, oder im Fall, indem sehr teure Materialien benutzt werden müssen, wie etwa Inconel, um im allgemeinen die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Die Optimierung bezüglich der Quetschbeständigkeit und des Gewichtes ist außerdem in einem Fall von beträchtlichem Interesse, in dem die flexiblen Rohre für große Wassertiefen bestimmt sind.
Auf der Grundlage von bedeutenden theoretischen Studienarbeiten und Versuchen am Prototyp, die dem Studium des Verhaltens und der Benutzungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Profilbandes gewidmet waren, scheint es, daß die beobachteten Verbesserungen in hohem Maße der Steigerung der Starrheit zuzuschreiben sind, die ihm seine spezielle Form verleiht. Die so erreichte, wesentliche Steifigkeit gestattet es, ebenso gut die Verhältnisse l/e sowie h/e beträchtlich zu verbessern. Insbesondere bringt ein erhöhter Wert der relativen Höhe h/e eine beträchtliche Steigerung der Starrheit gegenüber Biegung des profilierten Bandes mit sich, und demzufolge der Beständigkeit der rohrförmigen Lage gegenüber der Quetschung, wie es schon festgestellt wurde. Die besonders interessanten Ergebnisse wurden mit einem Verhältnis h/e > 5 erhalten, es muß jedoch vermerkt werden, daß es nach Kenntnis der Hinterlegenden kein benutzbares, verfalztes Profilband in flexiblen Anordnungen gibt, wie sie von der Erfindung in Betracht gezogen wurden, und ein Verhältnis h/e von mehr als 5 aufweisen.
Im übrigen haben die experimentellen Prototyp-Herstellungen in überraschender Weise gezeigt, daß die erfindungsgemäßen, so durch herkömmliche, industrielle Fertigungsmaschinen hergestellten Profilbänder eine bemerkenswerte Formqualität aufweisen, die der überlegen ist, die mit bekannten Profilen erhalten wird, und dies, ohne daß es notwendig ist, die Kosten der Herstellung zu belasten, indem man spezielle Vorkehrungen trifft.
So können die rohrförmigen Lagen, die durch ein erfindungsgemäßes Profilband gebildet sind, wie eines der Verstärkungselemente flexibler Leitungen benutzt werden, deren Abdichtung durch ein Innenrohr oder eine Hülle aus Kunststoff- oder Elastomermaterial sichergestellt ist. Sie können insbesondere das Innengerippe von Schläuchen des Typs "ROUGH BORE" bilden. Sie können in gleicher Weise an der Außenseite von Schläuchen angeordnet sein, um als mechanisches Schutzorgan zu dienen. Sie können auch beispielsweise die Widerstandsschale gegenüber den in Umfangsrichtung verlaufenden Innendruckwirkungen von "SMOOTH BORE"-Leitungen bilden.
Sie können aber auch für sich alleine flexible Leitungen nach Art "flexibler Metallrohre" bilden, wie jene, die durch die oben genannten NF-Normen beschrieben sind, die gegebenenfalls durch Dichtungen vervollständigt sind, die im Falz gelegen sind, der durch das wellenförmige Zwischenstück gebildet ist.
Alle anderen bekannten Anwendungsformen von flexiblen Metallrohrleitungen können auch noch in Betracht gezogen werden, wobei die flexible Leitung aus der rohrförmigen Hülle hergestellt sein kann, die durch das Profilband gebildet ist, indem man beispielsweise die rohrförmige Lage mit einer Kunststoff- oder Elastomerhülle umhüllt oder diese außen um ein Kunststoff- oder Elastomer-Innenrohr herum anordnet.

Claims

1. Flexible Rohrleitung mit mindestens einer rohrförmigen Lage, die von mindestens einem mit geringer Steigung schraubenförmig aufgewickelten Profilband gebildet ist, das einen Querschnitt im wesentlichen in Form eines länglichen S hat und bei dem aufeinanderfolgende Windungen ineinander greifen, wobei das Profilband einen Querschnitt aufweist, dem van einem ersten (5) und einem zweiten (6) zylindrischen Hauptabschnitt gebildet ist, die koaxial sind, in Radialrichtung einen Abstand aufweisen und über einen zur Längsachse der Leitung geneigten Mittelteil (7) miteinander verbunden sind, wobei sowohl der erste als auch der zweite zylindrische Hauptabschnitt üder einen ersten konvexen Radialteil (8) mit einem ersten zylindrischen Nebenabschnitt (10) und über einen zweiten konvexen Radialteil (9) mit einem zweiten Nebenabschnitt (11, 12, 13) verbunden ist und wobei der erste Nebenabschnitt vom ersten zylindrischen Mauptabschnitt in Radialrichtung einen derartigen Abstand aufweist, dass er im aufgewickelten Zustand des Profilbandes it wesentlichen über seine gesamte Länge am zweiten Hauptabschnitt der benachbarten Windung (6") anliegt, wobei der zweite Nebenabschnitt ein Teilstück (11) zur Verbindung mit dem zweiten konvexen Radialteil (9), ein Endstück (12) und zwischen diesen beiden Stücken (11, 12) ein wellenförmiges Zwischenstück (13) umfasst, dessen konkave Seite vom zweiten Hauptabschnitt (6) abgewandt ist, und wobei der zweite Nebenabschnitt (11, 12, 13) so ausgeführt ist, dass sich im aufgewickelten Zustand des Bandes das Verbindungs-Teilstück (11) am ersten Hauptabschnitt (5') der benachbarten Windung abstützt, dadurch gekennzeichnet dass, im aufgewickelten Zustand des Bandes, das Endstück (12), mit seinem von dem Zwischenstück entfernten Ende, am ersten Hauptabschnitt (5') der benachbarten Windung anliegt.

2. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (12) zylindrisch ist und im wesentlichen über seine gesamte Länge am ersten Hauptabschnitt (5') der benachbarten Windung anliegt.

3. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück leicht konisch ist und sich mit seinem Ende am ersten Hauptabschnitt (5') der benachbarten Windung abstützt.

4. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel des Zwischenstücks (13) am ersten Nebenabschnitt (10') der benachbarten Windung anliegt.

5. Flexible Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil des wellenförmigen Zwischenstücks (13) einen abgerundeten Querschnitt aufweist und tangential an zwei seitliche Übergangsteile anschließt, die einwärts gekrümmt sind und eine Krümmungsrichtung aufweisen, die zu der des mittleren Teils entgegenge setzt ist.

6. Flexible Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil des wellenförmigen Zwischenstücks (13a) einen zylindrischen Mittelteil (14) umfaßt, der vorzugsweise im wesentlichen über seine gesamte Länge (f) mit dem ersten Nebenabschnitt (10') der benachbarten Windung in Berührung steht und von zwei einwärts gekrümmten Segmenten (15) umgeben ist, wobei der mittlere Teil tangential an zwei seitliche Übergangsteile anschließt, die einwärts gekrümmt sind und eine Krümmungsrichtung aufweisen, die zu der der einwärts gekrümmten Segmente (15) entgegengesetzt ist.

7. Flexible Rohrleitung nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge b des Endstücks (12) des zweiten Nebenabschnitts die folgende Relation erfüllt:

b ≥ 0.5 e, vorzugsweise

0.5 e ≤ b ≤ 2 e,

wobei e die Dicke des Profilbandes ist.

8. Flexible Rohrleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge a des Wellenförmigen Zwischenstücks (13) des zweiten Nebenabschnitts die folgende Relation erfüllt:

3 e ≤ a ≤ 8 e,

wobei e die Dicke des Profilbandes ist.

9. Flexible Rohrleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe d des wellenförmigen Zwischenstücks (13) des zweiten Nebenabschnitts die folgende Relation erfüllt:

0.5 e ≤ d ≤ 3.5 e,

wobei e die Dicke des Profilbandes ist.

10. Flexible Rohrleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke h der rohrförmigen Schicht die Relation erfüllt:

h ≥ 4.5 e,

wobei e die Dicke des Bandes ist.

11. Flexible Rohrleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge c des zweiten Verbindungs-Teilstücks (11) des zweiten Hilfsabschnitts die folgende Relation erfüllt:

c ≤ 4 e,

wobei e die Dicke des Profilbandes ist.

12. Flexible Rohrleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge l des Profilbandes, d.h. der axial gemessene Abstand zwischen den Scheiteln der konvexen Radialabschnitte (8, 9) des Bandes, die folgende Relation erfüllt:

50 e ≤ l ≤ 100 e,

wobei e die Dicke des Bandes ist.

13. Flexible Rohrleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Steigung P der durch Aufwickeln gebildeten Schraube, d.h. der axial gemessene Abstand zwischen den ersten konvexen Radialabschnitten (8, 8') zweier aufeinander folgender Windungen, die folgende Relation erfüllt:

0,05 D ≤ P ≤ 0,5 D,

wobei D der Innendurchmesser der gebildeten rohrförmigen Schicht ist.