EA014599B1

EA014599B1 - Армированный шланг

Info

Publication number: EA014599B1
Application number: EA200970194A
Authority: EA
Inventors: Джоэл Эрон Витц; Дэвид Чарльз Кокс
Original assignee: БиЭйчПи БИЛЛИТОН ПЕТРОЛЕУМ ПТИ ЛТД.
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2010-12-30
Also published as: CN101529144A; WO2008017866A8; CN102996922B; EP2057395B1; EP2057395A1; WO2008017866A1; JP5564253B2; GB0616054D0; CN102996922A; AU2007283195A1; ES2583486T3; CA2660417A1; AU2007283195B2; CA2660417C; NO20090630L; BRPI0714476A2; US20100180976A1; MY154502A; JP2010500522A; EA200970194A1

Abstract

Шланг (10), содержащий трубчатое тело (12) из гибкого материала, расположенное между внутренней и внешней спирально навитой проволокой (22, 24). Шланг (10) дополнительно содержит удлиненный элемент (130) имеющий расположенные друг напротив друга продольные кромки и спирально навитый на трубчатое тело так, что указанные продольные кромки слоя располагаются рядом или перекрываются, при этом каждая продольная кромка содержит структуру, способную вступать в зацепление с взаимодействующей структурой противоположной продольной кромки, а удлиненный элемент содержит по меньшей мере один упрочняющий элемент (135), идущий по продольной оси продольной оси удлиненного элемента.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к шлангу, а более конкретно - к шлангу, который может использоваться в криогенных условиях. Особое внимание в изобретении уделено шлангу, имеющему повышенное сопротивление раздавливанию.

Уровень техники

Типичным применением шлангов является перекачивание жидкостей из резервуаров с жидкостями под давлением. Примерами могут служить подача топлива коммунально-бытового назначения для отопления жилых помещений или сжиженного попутного газа в бойлер; транспортировка произведенных нефтепромысловых жидкостей и (или) газов с неподвижной или плавающей эксплуатационной платформы в грузовой трюм корабля или из грузового трюма корабля в расположенное на суше хранилище; подача топлива к гоночным автомобилям, особенно при дозаправке в Формуле 1; перекачка агрессивных жидкостей, например серной кислоты.

Хорошо известно использование шлангов для транспортировки жидкостей, например сжиженных газов, при низкой температуре. Такие шланги обычно применяются для перекачки таких продуктов, как сжиженный природный газ и сжиженный попутный газ.

Чтобы шланг был достаточно гибким, любой его заданный отрезок должен, по меньшей мере, частично изготавливаться из гибких материалов, например нежестких материалов.

Настоящее изобретение направлено на создание композитного шланга.

Конструктивно композитный шланг в основном содержит трубчатое тело из гибкого материала, расположенное между внутренней и внешней спирально навитой фиксирующей проволокой. Обычно две проволоки навиваются с одинаковым шагом, но так, чтобы иметь витки, смещенные на половину ширины шага друг от друга. Трубчатое тело обычно содержит внутренний и внешний слои с промежуточным уплотнительным слоем. Внутренний и внешний слои обеспечивают конструкцию достаточной прочностью, чтобы нести внутри жидкость. Традиционно внутренний и внешний слои трубчатого тела содержат тканевые слои, изготовленные из полиэфирного волокна, например полиэтилентерефталата.

Промежуточный уплотнительный слой играет роль уплотнения, предотвращающего просачивание жидкости через шланг и обычно является полиэтиленовой пленкой.

Фиксирующая проволока обычно навивается на внутреннюю и внешнюю поверхности трубчатого тела с напряжением и исходно предназначена для сохранения геометрии трубчатого тела. Кроме того, внешняя проволока при высоком давлении может действовать как ограничитель избыточной кольцевой деформации шланга. Внешняя и частично внутренняя проволока могут также работать на противодействие сдавливанию шланга.

Шланг подобного общего типа описан в публикации европейского патента № 0076540А1. Раскрытый в данном описании шланг содержит промежуточный слой биаксильно ориентированного полипропилена, который, как считается, улучшает способность шланга сопротивляться усталости, вызываемой повторяющимися изгибами.

Другой шланг описан в публикации ОВ-2223817А, он представляет собой композитный шланг, содержащий внутренний витой металлический сердечник, на который навито множество слоев из волокон пластического материала и пленки, при этом по меньшей мере один слой стеклоткани и по меньшей мере один слой алюминиевой фольги располагаются рядом друг с другом и навиты на пластический материал, и внешний витой металлический каркас. Такой шланг, как считают, пригоден для транспортировки горючих топлив и масел.

Еще один шланг описан в публикации ОВ-1034956А.

Сущность изобретения

Изобретение особенно применимо к шлангу, описанному в ранее полученном патенте, опубликованном как \УО01/96772. Ш004/04472 и ШО04/079248. Здесь к указанной заявке добавлены дальнейшие усовершенствования шланга. Настоящее изобретение главным образом направлено на повышение сопротивления сдавливанию композитного шланга.

В соответствии с первой особенностью изобретения предлагается шланг, состоящий из трубчатого тела из гибкого материала, размещенного между внутренним и внешним спиральными охватывающими элементами, причем шланг дополнительно имеет удлиненный элемент с расположенными друг против друга продольными кромками, удлиненный элемент спирально навивается на трубчатое тело так, что противоположные продольные кромки слоя находятся рядом или перекрываются, причем каждая продольная кромка содержит структуру, способную вступать в зацепление с взаимодействующей структурой противоположной продольной кромки, причем удлиненный элемент снабжается по меньшей мере одним упрочняющим элементом, идущим по продольной оси удлиненного элемента.

Данный или каждый упрочняющий элемент служит для повышения сопротивления сдавливанию шланга, что защищает шланг от повреждений при погрузке-разгрузке и ударах. Кроме того, если удлиненный элемент выполнен так, чтобы создавать уплотнительный слой, наличие данного или каждого упрочняющего слоя дает возможность шлангу работать при более высоком гидростатическом давлении, чем это возможно при использовании обычного композитного шланга.

Предпочтительно, что упрочняющий элемент изготавливается из гибкого материала, который жест

- 1 014599 че, чем материал удлиненного элемента.

Жесткость материала упрочняющего элемента может быть такой же, как у металлического материала, например, как у нержавеющей стали с модулем упругости, например, 200000 МПа; или как у алюминия с модулем упругости, например, 70000 МПа; или как у композита из упрочняющего волокна, например, углеродного, стеклянного или полимерного, например, арамида или полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом в матрице из эпоксидной смолы или термопластичного полимера; или ламината из металлических и резиновых слоев. Модуль упругости композита будет зависеть от модуля упругости и ориентации упрочняющих волокон, матрицы и объемной доли соответствующих двух компонентов. Можно ожидать широкого диапазона значений модулей упругости в диапазоне 50000-150000 МПа в зависимости от составной конструкции упрочняющего элемента. Приводимые иллюстративные модули упругости удлиненного элемента выше, чем модули упругости материалов, пригодных для удлиненного элемента, например, поливинилхлорид с модулем упругости 3000 МПа, полиолефины, например, полиэтилен с модулем упругости 200-1000 МПа, полиуретаны с модулем упругости 70-700 МПа или резина с модулем упругости 10-100 МПа.

Таким образом, предпочтительно, что упрочняющий элемент имеет модуль упругости примерно 20000-250000 МПа, предпочтительнее примерно 30000-225000 МПа, еще предпочтительнее примерно 50000-200000 МПа. Модуль упругости удлиненного элемента (то есть исключая какое-либо влияние со стороны упрочняющего элемента) предпочтительно равен примерно 5-500 МПа, предпочтительнее примерно 10-3000 МПа.

Предпочтительно, что модуль упругости упрочняющего элемента по меньшей мере в 10 раз больше модуля упругости удлиненного элемента, предпочтительнее по меньшей мере в 15 раз больше. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, модуль упругости упрочняющего элемента по меньшей мере в 50 раз больше модуля упругости удлиненного элемента.

Гибкость упрочняющего элемента определяется сочетанием характеристик его материала и его размеров. Площадь поперечного сечения упрочняющего элемента предпочтительно составляет менее половины площади поперечного сечения удлиненного элемента, предпочтительнее менее четверти и еще предпочтительнее менее десятой части.

Данный или каждый упрочняющий элемент может представлять собой стержень или трубку, находящуюся внутри или закрепленную на поверхности удлиненного элемента. Каждый стержень или трубка могут быть изготовлены из металлического материала, например из стали, или из композитного материала. Данный или каждый упрочняющий элемент может иметь любую подходящую форму поперечного сечения, например, круглую, эллиптическую, квадратную или прямоугольную. Данный или каждый упрочняющий элемент может быть сплошным или трубчатым, то есть имеющим отверстие, проходящее по длине упрочняющего элемента.

Удлиненный элемент ограничивает радиус изгиба без оказания влияния на требуемую гибкость шланга. Указанный слой обеспечивает также механическую защиту шланга. Таким образом, удлиненный элемент можно считать защитным слоем шланга. Если удлиненный элемент содержит крайний внешний слой, тогда его можно рассматривать как покровный слой шланга.

Вступающие в зацепление изгибы позволяют равномерно распределять геометрические перегибы по длине шланга. Предпочтительно, что вступающие в зацепление структуры организованы так, что создают постоянное уплотнение, в результате чего данный слой является водонепроницаемым.

Вступающие в зацепление структуры можно расположить с интервалами по продольным кромкам, но предпочтительно, что они в основном непрерывно простираются по соответствующим кромкам. В варианте осуществления изобретения вступающая в зацепление структура главным образом непрерывна по одной продольной кромке и организована с пространственными интервалами по другой продольной кромке.

Предпочтительно, что удлиненный элемент изготавливается из материала, из которого можно изготавливать полосы, например экструзией. Примерами подходящих экструдируемых материалов являются термопласты, в том числе поливинилхлорид (ПВХ) и полиолефин (например, полиэтилен), в качестве варианта можно использовать полиуретан.

В варианте осуществления изобретения вступающая в зацепление структура на одной продольной кромке связана с вступающей в зацепление структурой на противоположной продольной кромке, что предотвращает их проскальзывание друг относительно друга. Закрепление может достигаться, например, ультразвуковой сваркой, клейкой с помощью растворителя (например, путем применения растворителя, создающего реактивную связь с материалом удлиненного элемента). Выбор химического растворителя зависит от конструкционного материала удлиненного элемента. Примерами подходящих клеев для ПВХ могут служить 8!е1тах Е1ех1Ые РУС δοϊνβηΐ Сетей!, ΒοδΙίΚ РУС Ае1й Сетей! М5417 и Воиб1оск РУС Ае1й Сетей! 81800. Примеры клеев для полиуретанов и термопластов: Воиб1ос 81400 и клеи компании ЛгаИйе-ЛтаИйе 2018 и ЛтаИйе 2026.

В варианте осуществления изобретения конфигурация вступающих в зацепление структур такова, что они могут сцепляться друг с другом, чтобы предотвратить взаимное скольжение. В данном варианте осуществления изобретения зацепление содержит блокирующие элементы.

- 2 014599

Предпочтительно, что каждая вступающая в зацепление структура содержит профиль, расположенный по кромке и имеющий форму, пригодную для вступления в зацепление с другой структурой.

Особенно предпочтительно, что профили таковы, что если удлиненный элемент навивается на трубчатое тело, то намотанная на кромку структура может быть пододвинута для зацепления со структурой противоположной кромки, уже находящейся на месте на трубчатом теле.

Как указано выше, в одном варианте упомянутые структуры могут скрепляться с помощью клея.

В варианте осуществления изобретения каждая вступающая в зацепление структура выполнена так, чтобы обеспечивать плотную или обжимную посадку на вступающую в зацепление структуру противоположной продольной кромки. Сцепляющаяся структура каждой продольной кромки может содержать фиксирующий элемент, предназначенный для взаимодействия с фиксирующим элементом сцепляющейся структуры противоположной продольной кромки, при этом сцепляющиеся структуры удерживаются в сцепленном положении благодаря фиксирующим элементам.

Блокирующие элементы предпочтительно имеют С-образную форму, при этом структуры на противоположных частях кромок ориентированы в противоположных направлениях, из-за чего структуры Собразной формы могут блокироваться, когда удлиненный элемент навивается на трубчатое тело. Фиксирующий элемент предпочтительно содержит направленный внутрь фланец, расположенный у или возле краев С-образного элемента.

Предпочтительно, что удлиненный элемент содержит внутри по меньшей мере одну полость с материалом, имеющим плотность ниже, чем плотность остального удлиненного элемента, например пенный или аэрированный полимер. Данная или каждая полость может просто содержать жидкость, которая предпочтительно является сжиженным газом, например воздухом.

В варианте осуществления изобретения полость простирается в продольном направлении. Множество полостей может быть расположено с интервалами по длине удлиненного элемента или, как вариант, полость может в основном проходить по длине удлиненного элемента. Полость служит для повышения плавучести шланга, а также для повышения его термоизоляции. На одном участке шланга можно выполнить более одной продольной полости. Так, особенно предпочтителен вариант с двумя соседними полостями, идущими в основном продольно по всей длине шланга.

Данная или каждая полость может иметь любую желаемую форму, но предпочтительно цилиндрическую.

В варианте осуществления изобретения данная или каждая балластная полость предпочтительно содержит множество замкнутых полостей, чтобы сформировать внутри удлиненного элемента губчатую структуру. Конструкция с подобного рода структурой способствует предотвращению заполнения всей полости жидкостью в случае разрушения части удлиненного элемента.

Предпочтительно, что данная или каждая балластная полость имеет длину, эквивалентную в основном 0,5-5 длинам шага охватывающих элементов, предпочтительно 1-2 длинам шага.

Общий объем, занятый полостью, предпочтительно превышает 50% общего объема, занимаемого удлиненным элементом.

Как сказано выше, один или несколько упрочняющих элементов могут фиксироваться на поверхности удлиненного элемента или могут частично или полностью размещаться внутри него. Если используются один или несколько упрочняющих элементов, то они могут крепиться на поверхности удлиненного элемента, а один или несколько упрочняющих элементов располагаться частично или полностью внутри упрочняющего элемента.

Один или несколько упрочняющих элементов могут частично или полностью вставляться в материал удлиненного элемента, чтобы указанный материал находился в тесном контакте с данным или каждым упрочняющим элементом. Как вариант или как дополнение, если удлиненный элемент снабжен описанной выше полостью, то один или несколько упрочняющих элементов могут располагаться внутри полости.

Одним из преимуществ шланга, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, является то, что удлиненный элемент может быть специально предназначен для конкретного применения. Что касается шланга, который будет применяться в воздухе как криогенный трубопровод, то относительно тонкий (по толщине) слой может оказаться оптимальным. Для размещения в жидкостях, например в море, могут оказаться желательными повышенная плавучесть и жесткость на изгиб, и более важную роль станут играть как балластная полость, так и механизм взаимного сцепления.

Еще одним преимуществом изобретения является то, что шланг может содержать два отдельных уплотнительных слоя, а именно уплотнительный слой трубчатого тела и уплотнительный слой, создаваемый удлиненным элементом. Указанное формирует внутри тела шланга герметичный объем, за которым можно осуществлять контроль в целях определения утечек в шланге.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения удлиненный элемент имеет толщину, большую, чем расстояние между продольными кромками.

Удлиненный элемент может быть выполнен между трубчатым телом и внешним охватывающим элементом, но предпочтительно, что трубчатое тело располагается вокруг внешнего охватывающего элемента.

- 3 014599

Удлиненный элемент наделяет шланг множеством преимуществ: обеспечивает повышенной ударной прочностью, легко устанавливается внутрь существующего шланга, нечувствителен к локализации напряжений, которые будут воздействовать на непрерывное трубчатое тело (то есть на слой, использующийся как носок, а не как обертка). При применении трубчатой оболочки трудно обеспечить единообразную толщину стенки, а напряжения скорее возникают в слабых местах, чем распределяются равномерно по длине шланга. Наличие балластной полости улучшает плавучесть шланга и его термическое сопротивление.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения внутренний и (или) внешний охватывающий элемент имеет (имеют) профилированное поперечное сечение, чтобы уменьшить коэффициент трения шланга. Наиболее предпочтительными профилями считаются овальная и полукруглая формы поперечного сечения, выровненные для обеспечения наименьшего сопротивления потоку.

Шланг в соответствии с особенностями настоящего изобретения, описанный выше, может также иметь один или несколько признаков шланга, уже раскрытого в публикации ΑΘ01/96772. Они будут подробнее приведены ниже.

Данный шланг предпочтительно дополнительно содержит осевые упрочняющие средства, предназначенные для уменьшения деформации трубчатого тела, когда оно подвергается действию осевого напряжения, кроме того, осевые упрочняющие средства приспособлены для приложения радиальной, направленной внутрь силы по меньшей мере к части трубчатого тела, когда осевые упрочняющие средства подвергаются действию осевого напряжения. Деформация разрушения трубчатого тела и осевые упрочняющие средства предпочтительно находятся в диапазоне 1-10%. Предпочтительнее, что деформация разрушения превышает 5% при температуре окружающей среды и криогенных температурах. Кроме того, материалы трубчатого тела и осевых упрочняющих средств преимущественно совместимы, чтобы они работали одинаковым образом при эксплуатации шланга и ни один элемент не подвергался избыточным напряжениям и деформациям. Сказанное означает, что материалы трубчатого тела и осевых упрочняющих средств реагируют на деформации одинаковым образом. Обычно при эксплуатации типов шлангов, описанных в настоящем изобретении, требуется выдерживать деформацию изгиба (для цилиндрического элемента), составляющую по меньшей мере 3%. Хотя взаимное проскальзывание слоев и упрочнение спирально ориентированных элементов будут поглощать часть проскальзывания, по-прежнему сохранится результирующая деформация порядка 1%, действующая на конструктивные элементы стенки шланга, что сравнимо с типичной пластической деформацией для металлов, равной 0,2%.

Предпочтительно, что осевые упрочняющие средства изготавливаются из неметаллического материала, особенно из пластического (подходящие материалы подробно будут описаны ниже), поскольку маловероятно, что металлические материалы имеют желаемые деформационные характеристики.

Предпочтительно, что трубчатое тело и осевые упрочняющие элементы содержат одинаковый материал, предпочтительнее полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом, что будет подробно описано ниже.

Трубчатое тело предпочтительно содержит по меньшей мере один упрочняющий слой и по меньшей мере один уплотнительный слой. Предпочтительнее, что используются по меньшей мере два упрочняющих слоя с уплотнительным слоем между ними. В предпочтительном варианте осуществления изобретения упрочняющие и уплотнительные слои наматываются на внутренний охватывающий элемент.

Предпочтительно использовать дополнительный упрочняющий слой между внешним охватывающим материалом и осевыми упрочняющими средствами.

Предельная прочность упрочняющего слоя (слоев) предпочтительно равна 100-700 кН для шланга диаметром 200 мм (8 дюймов). Предпочтительно, что напряжение изгиба до появления разрушения упрочненного слоя (слоев) составляет 2-15%. Желательно, чтобы дополнительный упрочняющий слой (слои) изготавливался из того же материала, что и осевые упрочняющие средства, наиболее предпочтительный материал - полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом.

Предпочтительно, что осевые упрочняющие средства содержат обычно трубчатую оболочку, изготовленную из листа материала трубчатой формы так, что оболочка может сохранять целостность своей трубчатой формы под действием осевых напряжений. Шланг может снабжаться двумя или более трубчатыми оболочками, чтобы дополнительно улучшить характеристики шланга при действии осевого напряжения.

Предпочтительно, что осевые упрочняющие средства применяются в форме в основном трубчатой оплетки. В данном описании термин оплетка относится к материалу, выполненному из двух или более волокон или пучков волокон, которые переплетаются и образуют удлиненную конструкцию. Особенностью оплетки является то, что она может удлиняться под воздействием осевого напряжения. Другой особенностью оплетки является то, что когда она приобретает трубчатую форму, ее диаметр будет уменьшаться, если на оплетку будет действовать осевое напряжение. Таким образом, при использовании трубчатой оплетки вокруг трубчатого тела или внутри структуры трубчатого тела оплетка будет воздействовать с радиальной, направленной внутрь силой по меньшей мере на часть трубчатого тела, когда она будет подвергаться действию осевого напряжения.

Предпочтительно, что вся трубчатая оболочка выполняется в виде оплетки, однако возможно, что

- 4 014599 только один или нескольких участков трубчатой оболочки будут выполняться в виде оплетки.

Также предпочтительно, что оплетка полностью проходит по периферии трубчатой оболочки. Однако возможно, что трубчатая оболочка будет выполнена в виде оболочки только на части периферии.

Оплетка может выполняться в биаксильной форме (то есть когда она формируется только из двух переплетающихся волокон или пучков волокон) или в триаксильной форме (то есть когда для повышения осевой прочности также используются простирающиеся в продольном направлении волокна или пучки волокон).

Хотя предпочтительно применять осевые упрочняющие средства в виде оплетки, они могут принимать другие формы, отвечающие приведенным выше эксплуатационным требованиям. Следовательно, осевые упрочняющие средства могут представлять собой подходящее расположение нитей и жгутов, спирально намотанных на трубчатое тело.

Конструкционные материалы для шланга должны отбираться так, чтобы обеспечивать эксплуатацию шланга в среде, для которой он предназначен. Значит существует потребность в шланге, способном транспортировать жидкости под давлением без утечек через стенки шланга. Также существует потребность в шланге, способном выдерживать многократные изгибы и осевые напряжения, вызываемые совокупным воздействием весов шланга и жидкости. Кроме того, если шланг предназначен для транспортировки криогенных жидкостей, используемые в шланге материалы должны быть способны функционировать при очень низких температурах без какого-либо снижения эксплуатационных характеристик.

Основная задача данного или каждого упрочняющего слоя - выдерживать кольцевые напряжения сжатия, которым шланг подвергается при транспортировке жидкостей. Следовательно, приемлемым будет любой упрочняющий слой, обладающий требуемой степенью гибкости и способный выдерживать необходимые деформации. Кроме того, если шланг предназначен для транспортировки криогенных жидкостей, то данный или каждый упрочняющий слой должен быть способен выдерживать воздействие криогенных температур.

Предпочтительно, что данный или каждый упрочняющий слой формируется из листового материала, свернутого в трубчатую форму путем намотки спиральным образом. Сказанное означает, что данный или каждый упрочняющий слой не обладает большим сопротивлением к осевому напряжению, так как действующая осевая сила стремится разорвать витки. Данный или каждый упрочняющий слой может содержать единственный непрерывный слой листового материала или содержать два или несколько отдельных непрерывных слоев. Однако чаще (и в зависимости от длины шланга) данный или каждый упрочняющий слой листового материала формируется из множества отдельных отрезков листового материала, расположенных по длине шланга.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения каждый упрочняющий слой содержит ткань, наиболее предпочтительно - трикотажную ткань. Данный или каждый упрочняющий слой может выполняться из натурального или синтетического материала и для него удобно использовать синтетический полимер, например полиэфир, полиамид или полиолефин. Синтетический полимер может применяться в форме волокон или пучка волокон, из которых изготавливается ткань.

Если данный или каждый упрочняющий слой содержит полиэфир, тогда предпочтительно использовать полиэтилентерефталат.

Если данный или каждый упрочняющий слой содержит полиамид, тогда это может быть алифатический полиамид, например нейлон, или ароматический полиамид, например компаунд с арамидом. Так, данный или каждый упрочняющий слой может представлять собой поли- (полифенилентерефталамид), например кевлар (зарегистрированная торговая марка).

Если данный или каждый упрочняющий слой содержит полиолефин, тогда это может быть гомополимер полиэтилена, полипропилена или полибутилена, или сополимер, или терполимер из указанных веществ, предпочтительно моноаксильной или биаксильной ориентации. Предпочтительнее, что в качестве полиолефина используется полиэтилен, а наиболее предпочтительно, что полиэтилен имеет высокий молекулярный вес.

Полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом, использовавшийся в настоящем изобретении, обычно имел средний молекулярный вес выше 400000, типично он должен быть выше 800000 и обычно выше 1000000, но он не будет превышать 15000000. Полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом предпочтительно обладает весом 1000000-6000000. Наиболее полезным полиэтиленом со сверхвысоким молекулярным весом для применения в настоящем изобретении является высокоориентированный полиэтилен, обычно растягивающийся по меньшей мере в 2-5 раз в одном направлении и по меньшей мере в 10-15 раз в другом направлении.

Наиболее полезный для настоящего изобретения полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом будет в основном иметь параллельную ориентацию более 80%, чаще - более 90% и предпочтительно более 95%. Упорядоченность структуры материала будет обычно более 50%, чаще более 80%, но возможно до 85-90%.

Полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом описан, например, в документах ϋ8-Ά-4344908, υδ-Ά-4411845, И8-Л-4422993, И8-Л-4430383, И8-Л-4436689, ЕР-А-183285, ЕР-А-0438831 и ЕР-А0215507.

- 5 014599

Особым преимуществом является то, что данный или каждый упрочняющий слой содержит высокоориентированный полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом, такой, какой выпускает Ό8Μ Н1дй РегГогтапсе Р1Ьге§ ВУ (нидерландская компания) под торговым наименованием дайнима (Эупеета) или производимый американской корпорацией АШеб81дпа1 1пс. под торговым наименованием спектра (8рес1га).

Дополнительная информация о дайнима изложена в выпущенной в феврале 1998 г. компанией Ό8Μ Н1дй РегГогтапсе Р1Ьге§ ВУ торговой брошюре под названием Эупеета; Тор РегГогтапсе ίη Р1Ьега; РгорегНс5 апб Аррйсабоп (Дайнима-лучшее из волокон, его характеристики и сферы применения).

Дополнительная информация о спектра изложена в выпущенной в мае 1996 г. компанией АШеб81§па1 1пс. торговой брошюре под названием 8рес1га РегГогтапсе Ма1епак (Эксплуатационные характеристики материала спектра). Указанные материалы доступны с 1980-х гг.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения данный или каждый упрочняющий слой содержит трикотажную ткань, образованную из волокон, идущих в двух направлениях: поперечном (уток) и продольном (основа). Выявлено, что особые преимущества достигаются, если данный или каждый упрочняющий слой расположен так, что основа ткани находится под углом, равным 20° и менее, к осевому направлению шланга; предпочтительно, что данный угол равен 5° и более. В предпочтительном варианте осуществления изобретения данный или каждый упрочняющий слой расположен так, что основа ткани находится под углом 5-15°, наиболее предпочтительно под углом около 10° к осевому направлению шланга. Допустимое отклонение от указанных значений составляет примерно 1-2°.

Осевые упрочняющие средства могут также изготавливаться из того же материала, что и данный или каждый упрочняющий слой. Таким образом, будет ясно, что осевые упрочняющие средства, данный или каждый упрочняющий слой и уплотнительный слой, то есть все они, могут изготавливаться из одинакового основного компаунда. Но форма компаунда должна быть различной, чтобы обеспечивать необходимые функции: осевые упрочняющие средства выполняют функцию упрочнения в осевом направлении, данный или каждый упрочняющий слой обеспечивают упрочнение против воздействия кольцевых напряжений сжатия, а уплотнительный слой - уплотнительную функцию. Найдено, что лучше всего подходят полиэтиленовые материалы со сверхвысоким молекулярным весом, особенно продукты дайнима и спектра, которые, как определено, хорошо работают и в криогенных условиях. Предпочтительные характеристики полиэтиленов со сверхвысоким молекулярным весом (диапазон молекулярных весов и т.д.) также соответствуют требованиям, предъявляемым к осевым упрочняющим средствам. В этой связи следует заметить, что нет необходимости иметь параметры полиэтиленов со сверхвысоким молекулярным весом, используемых для осевых упрочняющих средств, такими же, как параметры полиэтиленов со сверхвысоким молекулярным весом, используемых для упрочняющих слоев.

Осевые упрочняющие средства можно размещать внутри слоев трубчатого тела, но предпочтительно, что они располагаются между трубчатым телом и внешним охватывающим элементом. В предпочтительном варианте осуществления изобретения осевые упрочняющие средства находятся в слоях трубчатого тела, а дополнительные осевые упрочняющие средства располагаются также между трубчатым телом и внешним охватывающим элементом.

Основное назначение уплотнительного слоя - предотвращать утечки транспортируемых через трубчатое тело жидкостей. Следовательно, подойдет любой уплотнительный слой, обладающий необходимой степенью гибкости и могущий обеспечивать желаемую уплотняющую функцию. Кроме того, если шланг предназначен для транспортировки криогенных жидкостей, то уплотнительный слой должен быть способен выдерживать криогенные температуры.

Уплотнительный слой может изготавливаться из тех же самых основных материалов, как и любой упрочняющий слой. Как вариант, уплотнительный слой может выполняться из фторполимера, например политетрафлорэтилена (ПТФЭ); сополимера фторированного этиленпропилена (ФЭП), например сополимера гексафторпропилена и тетрафторэтилена (тетрафторэтилен-перфторпропилен), выпускаемого компанией ЭиРоШ Р1иогргобис15 под торговым наименованием ТеГ1оп РЕР; или фторированного углеводорода, перфторалкокси, выпускаемого компанией ЭиРоШ Р1иогргобис15 под торговым наименованием ТеПоп РРА. Еще одним подходящим материалом является этиленовая хлортрифторэтиленовая пленка, особенно На1аг ЕСТРЕ. Такие пленки получают экструзией или выдуванием.

Предпочтительно, что уплотнительный слой выполняется из листового материала, свернутого в трубчатую форму путем наматывания его спиральным образом. Как и в случае с упрочняющими слоями, это означает, что данный или каждый уплотнительный слой не обладает высоким сопротивлением к осевым напряжениям, так как прикладываемая осевая сила имеет тенденцию разрывать витки. Уплотнительный слой может содержать единственный непрерывный слой листового материала или два и более отдельных непрерывных слоев. Однако чаще (в зависимости от длины шланга) данный или каждый слой листового материала формируется из множества отдельных отрезков листового материала, расположенных по длине шланга. При желании уплотнительный слой может содержать одну или несколько термоусадочных уплотнительных втулок (трубчатых по форме), которые размещаются над внутренним упрочняющим слоем.

Предпочтительно, что уплотнительный слой содержит множество располагающихся внахлест слоев

- 6 014599 пленки.

Предпочтительно, что будет использоваться по меньшей мере 2 слоя, предпочтительнее по меньшей мере 5 слоев, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10 слоев. На практике уплотнительный слой может содержать 20, 30, 40, 50 и более слоев пленки. Верхний предел количества слоев зависит от общего размера шланга, но маловероятно, что потребуется более 100 слоев. Обычно будет достаточно максимум 50 слоев. Типичная толщина каждого слоя пленки находится в диапазоне 50-100 мкм.

Разумеется, следует оценить, что можно использовать более одного уплотнительного слоя.

В варианте осуществления изобретения уплотнительный слой содержит по меньшей мере две полимерные пленки, одна из пленок изготовлена из первого полимера, а вторая - из второго полимера, отличного от первого.

В данном варианте одна из полимерных пленок жестче другой, вследствие чего при рабочей температуре и давлении из-за свойств материала возникает различная пластическая деформация. Предпочтительно, что внешняя пленка жестче внутренней, благодаря этому при неблагоприятной ситуации, когда шланг разрывается, возникает контролируемое повреждение уплотнительного слоя, при котором более жесткий внешний полимер повреждается, а более пластичный некоторое конечное время держит внутреннее давление, давая возможность постепенно сбросить его.

В данном предпочтительном варианте максимальная деформация при повреждении превышает 100% при температуре окружающей среды для более пластичного слоя и по меньшей мере на 20% меньшей для другого слоя.

Каждая полимерная пленка уплотнительного слоя предпочтительно выполнена из полиамида, полиолефина или фторполимера.

Если полимерная пленка уплотнительного слоя содержит полиамид, то это может быть алифатический полиамид, например нейлон, или ароматический полиамид, например компаунд с арамидом.

Предпочтительно, что одна из полимерных пленок уплотнительного слоя выполнена из полиолефина, а другая - из фторполимера.

Подходящими полиолефинами являются гомополимер полиэтилена, полипропилена или полибутилена или сополимер или терполимер указанных веществ. Предпочтительно, что полиолефиновая пленка имеет моноаксильную или биаксильную ориентацию. Предпочтительнее, что в качестве полиолефина используется полиэтилен, а наиболее предпочтительно, что полиэтилен обладает высоким молекулярным весом и он относится к полиэтиленам со сверхвысоким молекулярным весом (подробно описано выше). Предпочтительные характеристики полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом (диапазон молекулярных весов и т. д.), описанные выше по отношению к упрочняющим слоям, также распространяются на уплотнительный слой. В этой связи следует заметить, что нет необходимости иметь параметры полиэтиленов со сверхвысоким молекулярным весом, используемых для уплотнительного слоя, такими же, как параметры полиэтиленов со сверхвысоким молекулярным весом, используемых для упрочняющих слоев.

Поскольку уплотнительный слой предназначен для реализации функции уплотнения, он должен выполняться в виде пленки, которая будет в основном непроницаемой для транспортируемых жидкостей. Следовательно, высокоориентированный пропилен со сверхвысоким молекулярным весом необходимо применять в форме, обладающей удовлетворительными уплотняющими характеристиками. Подобные продукты обычно выпускаются в виде твердого блока, который в дальнейшем можно подвергнуть обработке, чтобы получить материал в требуемой форме. Пленка может изготавливаться путем срезания тонкой пленки с поверхности твердого блока. Как вариант, может использоваться пленка из полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом, получаемая экструзией с раздувом.

Подходящими фторполимерами являются политетрафлорэтилен (ПТФЭ); сополимер фторированного этиленпропилена, например сополимер гексафторпропилена и тетрафторэтилена (тетрафторэтиленперфторпропилен), выпускаемый ЭиРои! Е1иогргобис18 под торговым наименованием ТеДои ЕЕР; или фторированный углеводород, перфторалкокси, выпускаемый компанией ЭиРои! Е1иогргобис18 под торговым наименованием ТеДои РЕА. Еще одним подходящим материалом является этиленовая хлортрифторэтиленовая пленка, особенно На1аг ЕСТЕЕ. Такие пленки получают экструзией или выдуванием.

Предпочтительно, что уплотнительный слой содержит множество слоев каждой полимерной пленки. В варианте осуществления слои могут располагаться так, что первый и второй полимеры чередуются по толщине уплотнительного слоя, но это не единственная возможная компоновка. В другом варианте осуществления все слои первого полимера могут быть окружены всеми слоями второго полимера или наоборот.

Предпочтительно, что уплотнительный слой дополнительно содержит по меньшей мере один слой, частично или полностью состоящий из металла, оксида металла или их смеси. В настоящей заявке при ссылках на пленки, содержащие металл, имеются также в виду пленки, содержащие оксид металла, если не указано иное. Следовательно, металлический слой может представлять собой слой металлической пленки (то есть отдельный слой, состоящий главным образом целиком из металла, оксида металла или их смеси) или полимерную пленку, покрытую металлом, или металлизированную полимерную пленку.

- 7 014599

Предпочтительно, что слой металла представляет собой полимер, покрытый металлической пленкой. В качестве металла, например, может использоваться оксид алюминия, а в качестве полимера - полиэфир.

Подходящими полимерными пленками, покрытыми металлом, являются пленки, выпускаемые компанией ΗίΡί Ιηάιιοίπαΐ Р11т, Стивнэдж, Англия, под торговыми наименованиями МЕХ505, МЕТ800, МЕТ800В и МЕТ852, предпочтительно МЕТ800В.

Снаружи уплотнительного слоя может располагаться дополнительный металлический слой. Предпочтительно, что дополнительный металлический слой располагается между трубчатым телом и внешним охватывающим элементом. Для улучшения термоизоляции здесь также могут использоваться слои минеральной ваты, предпочтительно между уплотнительным слоем и внешним металлическим слоем, цель которых - создать тепловое кольцо между двумя металлическими слоями.

Пленка, содержащая металл, обладает отражательными качествами, тем самым она уменьшает потери тепла или поглощение тепла, что особенно полезно при использовании шланга в криогенных средах. Кроме того, пленка, содержащая металл, обладает хорошими характеристиками непроницаемости, тем самым уменьшается паропередача, что полезно для предотвращения потерь материала при транспортировке газов.

Еще одной чертой уплотнительного слоя является то, что он содержит полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом. Если уплотнительный слой из указанного полиэтилена сформирован из термоусадочных уплотнительных втулок, то необязательно изготавливать последние из других материалов, но они должны предпочтительно быть из полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом.

Предпочтительно, что уплотнительный слой содержит по меньшей мере две полимерных пленки из различных материалов и по меньшей мере одна из пленок содержит полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом.

Предпочтительный вариант изобретения относится к матрице отвержденной смолы, расположенной вокруг трубчатого тела, а внешний охватывающий элемент, по меньшей мере, частично находится в матрице смолы, чтобы ограничивать относительное перемещение внешнего охватывающего элемента и остальной частью шланга.

Матрица отвержденной смолы должна обладать достаточной гибкостью, чтобы дать возможность шлангу изгибаться в пределах, необходимых для специального применения шланга. Очевидно, что некоторые сферы применения могут потребовать от шланга большей гибкости, чем остальные.

Матрица смолы предпочтительно содержит синтетический полимер, например полиуретан. Особенно предпочтительно, что матрица смолы изготавливается из материала, который до отверждения можно в жидком виде наносить на шланг. Обычно неотвержденная смола наносится на шланг распылением, наливанием или нанесением, что обеспечивает ее размещение на внешней поверхности трубчатого тела и внешних охватывающих элементах, затем неотвержденная смола естественным образом образует твердое и гибкое покрытие. Механизм отверждения может быть световым, влажностным и др.

Матрица смолы может привязываться к слою, находящемуся под внешним охватывающим слоем, а также к любому слою на внешней поверхности матрицы. Предпочтительно, что по меньшей мере один из слоев, соседствующий с матрицей отвержденной смолы, может выдерживать криогенные температуры с тем, чтобы, если матрица смолы растрескается из-за криогенных температур, соседний слой удержит ее за счет адгезии между матрицей смолы и соседним слоем. Наиболее устойчивая структура достигается, когда обе стороны матрицы смолы связаны с соседними слоями.

Выявлено, что определенные материалы могут обеспечивать шланг особенно хорошей изоляцией, и именно при криогенных температурах. В частности, найдено, что ткани на основе базальтового волокна обеспечивают наилучшую изоляцию.

Подходящие ткани из базальтового волокна выпускает 8иБад1а58 Р1Ьет Сотрапу под торговыми наименованиями ВТ-5, ВТ-8, ВТ-10, ВТ-11 и ВТ-13. Предпочтительная толщина ткани составляет примерно 0,1-0,3 мм. При желании можно использовать множество слоев базальтовой ткани.

Также определено, что изоляционные характеристики базальтовых тканей улучшаются при сжатии, поэтому предпочтительно использовать компрессионный слой вокруг базальтовой ткани, который будет служить для сжатия базальтового слоя.

Изолирующий слой, помимо слоя (слоев) базальтовой ткани, может дополнительно содержать слои, выполненные из другого изоляционного материала, например полимерных пенопластов.

Предпочтительно, что изолирующий слой дополнительно содержит по меньшей мере один упрочняющий слой, который может включать в себя синтетический полимер, например полиэфир, полиамид или полиолефин. Такой упрочняющий слой может изготавливаться из тех же материалов, что внутренний и внешний упрочняющие слои трубчатого тела (как описано выше). Особенно предпочтительно, что упрочняющий слой изолирующего слоя выполняется из полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом, например дайнима или спектра (как описано выше).

В предпочтительном варианте изобретения используется слой, содержащий пластический материал с пузырьками газа внутри.

Предпочтительно, что пластический материал является полиуретаном. Предпочтительно, что пластический материал наносится на поверхность трубчатого тела в жидком виде распылением, а затем его

- 8 014599 оставляют отверждаться. Отверждение может происходить естественным образом, когда покрытый шланг оставляют на открытом воздухе, или оно исполняется, или ускоряется с помощью активных средств, например нагрева.

Пузырьки газа могут формироваться путем впрыскивания газа в пластический материал до распыления, пока он еще находится в жидкой форме.

Получающийся в результате слой содержащего газ пластического материала обладает некоторыми полезными конструктивными свойствами собственно пластического материала, например хорошим сопротивлением износу и сопротивлением сдавливанию, а также имеет существенно улучшенные изолирующие свойства. К тому же он обладает лучшей плавучестью благодаря присутствию газа и может применяться для производства шлангов, способных плавать в воде, и шлангов с равномерным распределением плавучести по длине.

Предпочтительно, что содержащий газ пластический материал покрывается дополнительным слоем пластического материала, который не содержит какого-либо существенного количества пузырьков газа. Предпочтительно, что этот дополнительный слой пластического материала надежно связывается с содержащим газ слоем. Дополнительный слой пластического материала может быть из того же пластика, что содержащий газ слой. Предпочтительно, что дополнительный слой пластического материала содержит полиуретан.

Оба слоя пластического материала могут наноситься способами, иными, чем распыление, например, наливанием, нанесением или экструзией.

Для образования пузырьков может использоваться любой газ, в том числе воздух, азот или инертный газ.

Относительный удельный вес полиуретана до аэрации предпочтительно составляет около 1,2.

Шланг обычно имеет удельный вес около 1,8 без содержащего газ слоя. Предпочтительно, что шланг имеет общий удельный вес менее 1,0, предпочтительно менее 0,8 после нанесения содержащего газ слоя. Толщина покрытия полиуретаном может составлять, например, около 4-8 мм, предпочтительно около 6 мм. Пузырьки газа предпочтительно имеют диаметр около 2 мм.

В частности, предлагаемый в изобретении шланг, помимо содержащего газ слоя, может иметь слой, содержащий матрицу отвержденной смолы (как описано выше). Возможно, что содержащий газ слой заменяет матрицу отвержденной смолы так, что в нем располагаются охватывающие элементы, ограничивающие относительное перемещение внешних охватывающих элементов.

В предпочтительном варианте изобретения шланг может быть оборудован концевым фитингом, содержащим внутренний элемент, предназначенный для размещения внутри шланга, по меньшей мере, частично; уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения по меньшей мере части трубчатого тела, полностью проходящего по периферии между уплотнительным и внутренним элементами; и отдельные передающие нагрузку средства, предназначенные для передачи осевых нагрузок между шлангом и внутренним элементом таким образом, что указанные осевые нагрузки отводятся от уплотнительного элемента, чтобы уменьшить или исключить их воздействие на шланг в месте между уплотнительным и внутренним элементами, при этом уплотнительный элемент предназначен для уплотнения трубчатого тела независимо от действующих между шлангом и внутренним элементом осевых нагрузок.

Предпочтительно, что уплотнительный элемент предназначен для уплотнения по меньшей мере части трубчатого тела, полностью проходящего по периферии между уплотнительным и внутренним элементами.

Внутренний элемент предпочтительно в основном цилиндрический, а уплотнительный элемент предпочтительно выполняется в форме кольца, предназначенного для установки в него внутреннего элемента так, что трубчатое тело может быть зажато между внешней поверхностью внутреннего элемента и внутренней поверхностью кольца.

Уплотнения между уплотнительным и внутренним элементами можно достичь множеством способов, например, в одном варианте уплотнительный элемент может быть выполнен в виде разрезного кольца, которое может сжиматься для обеспечения соответствующего уплотнения. В другом варианте уплотнительный элемент может просто содержать уплотнительное кольцо, которое садится с натягом на внутренний элемент.

Но в предпочтительном варианте осуществления изобретения уплотнительный элемент содержит внутреннее уплотнительное кольцо и внешнее разрезное кольцо, которые могут сжиматься, чтобы заставить уплотнительное кольцо вступить в контакт с трубчатым телом и внутренним элементом. В данном варианте предпочтительно, что уплотнительное кольцо садится с натягом на внутренний элемент, чтобы дополнительно улучшить уплотнение.

Внутренний элемент, уплотнительное кольцо и разрезное кольцо могут изготавливаться из любого подходящего материала. Обычно внутренний элемент и разрезное кольцо выполняются из нержавеющей стали. Уплотнительное кольцо может изготавливаться из нержавеющей стали, но предпочтительно, чтобы оно было из политетрафторэтилена (ПТФЭ).

Уплотнительный элемент предпочтительно имеет характеристики уплотнительного элемента, описанного ниже.

- 9 014599

Передающие нагрузку средства предпочтительно содержат контактирующий со шлангом элемент, передающий нагрузку элемент и концевой элемент, крепящийся к внутреннему элементу. Компоновка такова, что уплотнительный элемент располагается между передающим нагрузку и концевым элементами, а контактирующий со шлангом и концевой элементы соединяются через передающий нагрузку элемент.

Контактирующий со шлангом элемент предназначен для контакта со шлангом таким образом, что по меньшей мере часть осевых сил, возникающих внутри шланга, передается от шланга на контактирующий со шлангом элемент, который передает их передающему нагрузку элементу, в свою очередь переносящему указанные силы на концевой элемент. Таким образом, по меньшей мере часть осевых сил, возникающих в шланге, обходят уплотнительный элемент, тем самым повышая надежность уплотнения, создаваемого уплотнительный элементом.

Предпочтительно, что внутренний и передающий нагрузку элементы имеют часть, предназначенную для размещения проволоки шланга. Внутренний элемент может быть снабжен спиральными выемками для размещения в них внутренней проволоки, а передающий нагрузку элемент - спиральными выемками для размещения в них внешней проволоки. Предпочтительно, что именно контактирующий со шлангом элемент передающих нагрузку средств содержит спиральные выемки.

Передающий нагрузку элемент предпочтительно содержит передающую нагрузку пластину, которая обычно имеет форму диска с отверстием под шланг; пластина имеет поверхность, вступающую в контакт с контактирующим со шлангом элементом, при этом нагрузка может передаваться от указанного элемента на пластину. Передающий нагрузку элемент предпочтительно дополнительно содержит передающий нагрузку стержень, крепящийся между пластиной и концевым элементом для передачи нагрузок от пластины на концевой элемент. На стержне может устанавливаться стягивающий элемент, например гайка.

Внутренний элемент предпочтительно имеет конец шланга, который предназначен для установки в концевой части шланга, а хвостовой конец находится на расстоянии от конца шланга. Концевой элемент расположен на одной стороне уплотнительного элемента, рядом с хвостовым концом, а контактирующий со шлангом элемент - на другой стороне уплотнительного элемента, рядом с концом шланга.

Предпочтительно, что внешняя поверхность внутреннего элемента снабжается по меньшей мере одной структурой, которая предназначена для вступления в контакт с указанной частью трубчатого элемента под уплотнительным кольцом. Данная или каждая структура действует, чтобы улучшить уплотнение трубчатого элемента и затруднить его вытягивание из пространства между внутренним элементом и уплотнительным кольцом. Предпочтительно, что данная или каждая структура содержит выступ, простирающийся по периферии вокруг внешней поверхности внутреннего элемента. Желательно, чтобы таких структур было две или три.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения шланг снабжается концевым фитингом, который содержит внутренний элемент, предназначенный для размещения внутри шланга, по меньшей мере, частично, и уплотнительное кольцо, предназначенное для уплотнения по меньшей мере части трубчатого тела между уплотнительным кольцом и внутренним элементом, при этом уплотнительный элемент содержит уплотнительное кольцо и компрессионный элемент для сжатия уплотнительного кольца в уплотнительное зацепление с указанной частью трубчатого тела; компрессионный элемент может сжиматься вокруг уплотнительного элемента, чтобы избирательно увеличивать или уменьшать силу сжатия компрессионным элементом уплотнительного элемента.

В предпочтительном варианте осуществления компрессионный элемент может сжиматься вокруг уплотнительного элемента, чтобы избирательно увеличивать или уменьшать силу сжатия компрессионным элементом уплотнительного элемента.

В предпочтительном варианте осуществления компрессионный элемент и уплотнительное кольцо закрепляются на шланге с возможностью перемещения.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением в элементах концевого фитинга отсутствует неустранимая пластическая деформация.

Предпочтительно, что компрессионный элемент предназначен для равномерного сжатия уплотнительного кольца по всем направлениям.

Предпочтительно, что компрессионный элемент имеет регулируемый диаметр и дополнительно содержит средства для сжатия, которые могут создавать силу для уменьшения диаметра компрессионного элемента, тем самым сжимая уплотнительное кольцо внутри компрессионного элемента. Предпочтительно, что компрессионный элемент содержит разрезное кольцо или стяжной хомут.

В предпочтительном варианте компрессионный элемент изготавливается из материала, который при охлаждении сжимается меньше, чем уплотнительное кольцо, что наделяет способ изготовления шланга определенными преимуществами (будет описано ниже). Уплотнительное кольцо и компрессионный элемент могут изготавливаться из любого подходящего материала. Существует множество различных материалов, имеющих желаемое различие в сжатии под воздействием холода. Предпочтительно, что компрессионный элемент изготавливается из нержавеющей стали, а уплотнительное кольцо - из политетрафторэтилена (ПФТЭ). Предпочтительнее, что уплотнительное кольцо содержит армированный

- 10 014599

ПФТЭ, например ПФТЭ со стеклянным или металлическим наполнителем, что способствует предотвращению проскальзывания. Уплотнительное кольцо предпочтительно содержит на 10-40% объема, предпочтительно на 10-20%, стеклянный наполнитель. Примерами подходящих металлических наполнителей могут служить бронза и (или) нержавеющая сталь.

Предпочтительно, что внутренний элемент изготавливается из материала, который при охлаждении сжимается меньше, чем уплотнительное кольцо. Данное свойство обеспечивает, что, когда концевой фитинг охлаждается, уплотнительное кольцо сжимается сильнее внутреннего элемента, тем самым охватывание уплотнительным кольцом внутреннего элемента усиливается и уплотнение улучшается. Внутренний элемент может изготавливаться из любого подходящего материала, выявлено, что особенно подходит нержавеющая сталь.

Предпочтительно, что внешняя поверхность внутреннего элемента снабжена по меньшей мере одной структурой, располагающейся на ней, которая предназначена для вступления в контакт с указанной частью трубчатого элемента под уплотнительным кольцом. Данная или каждая структура растягивает пленку, работающую на улучшение уплотнения трубчатого элемента и затрудняющую его вытягивание из пространства между внутренним элементом и уплотнительным кольцом; растягивание создает более ровную и гладкую поверхность пленки при уплотнении. Предпочтительно, что данная или каждая структура содержит выступ, простирающийся по периферии вокруг внешней поверхности внутреннего элемента. Желательно, чтобы таких структур было две или три.

Предпочтительно, что уплотнительное кольцо садится с натягом на внутренний элемент.

В предпочтительном варианте концевой фитинг дополнительно содержит передающие нагрузку средства, как описано выше.

Контактирующий со шлангом элемент может передавать нагрузку от шланга просто за счет сил трения, возникающих между ним и шлангом. Однако предпочтительно, что контактирующий со шлангом элемент предназначен для крепления части шланга, которая загибается назад на внешнюю часть контактирующего со шлангом элемента. Такая компоновка дает возможность сложенной части шланга передавать нагрузку на контактирующий со шлангом элемент. Сложенная часть шланга может быть частью трубчатого тела, но предпочтительно, что осевые упрочняющие средства выполнены в виде оплетки, как описано ниже.

Если шланг предназначен для криогенного применения, то желательно обеспечить изоляцию трубчатого тела. Изоляция может осуществляться между внешней проволокой и трубчатой оболочкой и (или) снаружи внешней проволоки. Изоляция может содержать материал, обычно используемый для изоляции криогенного оборудования, например синтетический пенопластовый материал. Предпочтительно, что осевые упрочняющие средства также располагаются вокруг изолирующего слоя, чтобы сжимать изолирующие слои и сохранять их структурную целостность. Осевые упрочняющие элементы вокруг изолирующего слоя предпочтительно используются в дополнение к осевым упрочняющим средствам, находящимся между внешним охватывающим элементом и трубчатым телом. Наиболее подходящая форма изоляции подробно описана ниже.

В соответствии с особенностью изобретения описывается способ изготовления шланга, включающий в себя:

1) наматывание охватывающего элемента на трубчатую оправку, чтобы сформировать внутреннюю спираль;

2) наматывание листового материала на трубчатую оправку и внутреннюю спираль, чтобы из листового материала сформировать трубчатое тело;

3) наматывание охватывающего элемента на трубчатое тело, чтобы сформировать внешнюю спираль;

4) наматывание удлиненного элемента, как описано выше, на внешнюю спираль, при этом удлиненный элемент спирально навивается на внешнюю спираль так, что расположенные друг напротив друга продольные кромки удлиненного элемента оказываются рядом или перекрываются, и структуры на соседних или перекрывающихся кромках вступают в зацепление друг с другом;

5) закрепление концов шланга, полученного на этапе 4;

6) снятие шланга с оправки.

В поперечном сечении, или над, или под удлиненным элементом, могут быть и другие слои, спиральные или непрерывные.

Предпочтительно, что листовой материал на этапе 2 содержит два упрочняющих слоя, между которыми находится уплотнительный слой, как описано выше. В предпочтительном варианте внутренний упрочняющий слой в виде листа наматывается спирально на внутреннюю спираль и оправку; затем уплотнительный слой в виде листа наматывается спирально на внутренний упрочняющий слой; потом внешний упрочняющий слой в виде листа наматывается на уплотнительный слой. Обычно применяется множество уплотнительных слоев.

Способ, предложенный в настоящем изобретении, может также обладать одним или несколькими признаками способа, уже описанного в АО01/96772, что будет подробнее описано ниже.

Предпочтительно, что между этапами 2 и 3 выполняется следующий этап:

- 11 014599

2.1) натягивание трубчатой осевой упрочняющей оболочки на свободный конец оправки так, чтобы оправка вошла внутрь осевой упрочняющей оболочки, затем натягивание осевой упрочняющей оболочки на оправку, так чтобы она, по меньшей мере, частично покрывала трубчатое тело.

Предпочтительно, что витки и листовой материал укладываются с напряжением, чтобы обеспечить хорошую структурную целостность шланга.

Трубчатая осевая упрочняющая оболочка может быть такой же, как и осевая упрочняющая оболочка, описанная выше, предпочтительно оплетка.

Предпочтительно, что внутренняя и внешняя спирали укладываются спирально с одинаковым шагом, витки внешней спирали смещаются на половину длины шага относительно витков внутренней спирали.

Если шланг предназначен для криогенного применения, желательно обеспечить изоляцию трубчатого тела. Изоляция может выполняться между внешней проволокой и трубчатым элементом и (или) снаружи внешней проволоки. Изоляция может содержать материал, обычно используемый для изоляции криогенного оборудования, например синтетический пенопластовый материал. Один из наиболее подходящих видов изоляции описан ниже.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этапы:

7) нанесение отверждаемой жидкой смолы на внешнюю поверхность трубчатого тела и внешнюю проволоку;

8) оставление смолы для отверждения.

Предпочтительно, что этапы 7 и 8 выполняются между этапами 2 и 5.

Предпочтительно, что способ дополнительно содержит нанесение изолирующего слоя на отвержденную смолу. Изолирующий слой предпочтительно содержит ткань из базальтового волокна, как описано выше.

На этапе 3 трубчатое тело может содержать трубчатое тело, как описано выше. В частности, трубчатое тело может содержать один или несколько изолирующих слоев из обычного изоляционного материала и (или) из ткани из базальтового волокна, описанной выше.

Отверждение может происходить естественным образом, когда покрытый шланг оставляют на открытом воздухе, или оно исполняется, или ускоряется с помощью активных средств, например нагрева.

9) нанесение отверждаемой аэрированной жидкой смолы на внешнюю поверхность трубчатого тела и внешнюю проволоку;

10) оставление смолы для отверждения, чтобы образовалось твердое пластическое покрытие, содержащее внутри пузырьки газа.

Предпочтительно, что этапы 9 и 10 выполняются между этапами 4 и 5.

Термин аэрированная используется, чтобы показать, что смола была насыщена газом, благодаря чему при отверждении смола превращается в твердый материал, содержащий внутри пузырьки газа. Как сказано выше, газ может быть, но необязательно, воздухом.

В предпочтительном варианте способ содержит следующие этапы:

11) размещение внутреннего элемента в открытом конце шланга;

12) закрепление передающих нагрузку средств на внешней поверхности шланга;

13) закрепление уплотнительного элемента на внешней поверхности трубчатого тела.

Предпочтительно, что осевой упрочняющий элемент фиксируется передающими нагрузку средствами, а способ дополнительно содержит следующий этап после этапа 13:

14) отгибание трубчатого упрочняющего элемента назад на часть передающих нагрузку средств.

Предпочтительно, что спираль и листовой материал накладываются с напряжением, чтобы обеспечить шлангу хорошую структурную целостность.

Шланг можно снять с оправки до размещения внутри него концевого фитинга. Как вариант, концевой фитинг может размещаться в оставшейся части шланга скользящим перемещением внутренней оправки по шлангу к его концу и последующим креплением шланга к концевому фитингу, в то время как концевой фитинг и остальная часть шланга остаются на оправке.

Разумеется, отдельный концевой фитинг может устанавливаться на каждый конец шланга.

В предпочтительном варианте способ включает в себя следующие этапы:

15) размещение внутреннего элемента в открытом конце шланга;

16) установку уплотнительного кольца на внешней поверхности трубчатого тела;

17) установку компрессионного элемента на уплотнительное кольцо и сжатие компрессионного элемента до уплотнительного контакта с трубчатым элементом и внутренним элементом, используя компрессионный элемент.

Предпочтительно, что компрессионный элемент изготавливается из материала, который при охлаждении сжимается меньше, чем уплотнительное кольцо. Также предпочтительно, что компрессионный элемент содержит средства для регулирования силы сжатия, прикладываемой к уплотнительному кольцу; в качестве компрессионного элемента лучше всего подходит разрезное кольцо. Подобная компоновка делает возможным реализовать наиболее предпочтительный процесс изготовления.

- 12 014599

В данном процессе компрессионный элемент устанавливается на уплотнительное кольцо и сжимается, затем компрессионный элемент и уплотнительное кольцо подвергаются по меньшей мере одному циклу охлаждения, это приводит к тому, что уплотнительный элемент сжимается относительно компрессионного элемента, при этом сила сжатия, создаваемая компрессионным элементом, уменьшается. Если охлаждение сохраняется, то сила сжатия, создаваемая компрессионным элементом, затем перенаправляется, чтобы вернуть его примерно на тот же уровень, что существовал до охлаждения, затем температура повышается. Цикл может повторяться желаемое число раз. Предпочтительно, цикл охлаждения проводится по меньшей мере два и более раз, и каждый раз концевой фитинг охлаждается до температуры по меньшей мере на 5°С ниже, чем предполагаемая рабочая температура шланга. Данный метод обладает тремя важными преимуществами.

Во-первых, если шланг эксплуатируется при температуре выше температуры охлаждения, то уплотнительное кольцо будет дополнительно сжиматься компрессионным элементом за счет теплового расширения уплотнительного элемента, которое будет происходить после прекращения охлаждения.

Во-вторых, шланг будет иметь существенную активацию уплотнения при температурах, по меньшей мере, таких же низких, как температура охлаждения. Это особенно полезно, если шланг используется в криогенных условиях. Следовательно, температура, до которой охлаждается шланг, предпочтительно такая же низкая, как и температура, которой будет подвергаться шланг при использовании по назначению. Обычно предпочтительно, что температура охлаждения составляет -50°С и ниже, предпочтительнее -100°С и ниже, наиболее предпочтительно -150°С и ниже. Предпочтительно, что охлаждение осуществляется жидким азотом, при этом температура охлаждения может составлять даже -196°С.

В-третьих, за счет использования гидростатических напряжений, создаваемых компрессионным элементом, значительно уменьшается или даже исключается возможность возникновения разрушения при ползучести.

Предпочтительно, что внутренний элемент изготавливается из материала, который при охлаждении сжимается меньше, чем уплотнительное кольцо. В результате охлаждения концевой фитинг обеспечивает, что уплотнительное кольцо более плотно охватывает внутренний элемент, тем самым улучшая уплотнение концевого фитинга, когда шланг эксплуатируется при низких температурах.

Предпочтительно, что спираль и листовой материал накладываются с напряжением, чтобы обеспечить шланг хорошей структурной целостностью.

В описанных выше особенностях изобретения каждый из охватывающих элементов обычно содержит спиральный охватывающий элемент, наиболее предпочтительно - спирально навитую проволоку. Витки проволоки обычно располагаются так, что они смещены по отношению друг к другу на расстояние, соответствующее половине шага витки. Назначение проволоки плотно охватывать находящееся внутри нее трубчатое тело, чтобы сохранить неповрежденными слои трубчатого тела и обеспечить структурную целостность шланга. Внутренний и внешний охватывающие элементы могут изготавливаться, например, из мягкой стали, аустенитной нержавеющей стали или алюминия. При желании охватывающие элементы могут оцинковываться или покрываться полимером.

Следует оценить, что хотя проволока, укрепляющая охватывающие элементы, может иметь значительную прочность на растяжение, расположение проволоки в витках означает, что охватывающие элементы могут деформироваться, если они подвергаются относительно небольшому осевому напряжению. Любая значительная деформация витков будет быстро разрушать структурную целостность шланга.

В значимой модификации шланга, описанного выше, шланг может быть снабжен третьим охватывающим элементом, который может, например, располагаться снаружи от удлиненного элемента и придавать шлангу дополнительное повышенное сопротивление сдавливанию. Третий охватывающий элемент может быть таким же, как первый и второй охватывающие элементы, описанные выше, и предпочтительно представлять собой спирально навитую проволоку.

В дальнейшем развитии данной модификации в соответствии с особенностью изобретения предлагается шланг, содержащий внутренний охватывающий элемент, промежуточный охватывающий элемент и внешний охватывающий элемент, причем первое трубчатое тело из гибкого материала располагается между внутренним и промежуточным охватывающими элементами, а второе трубчатое тело из гибкого материала - между промежуточным и внешним охватывающими элементами.

В варианте осуществления изобретения третье трубчатое тело располагается между дополнительным промежуточным и внешним охватывающими элементами, а дополнительный промежуточный элемент - между вторым и третьим трубчатыми телами.

По меньшей мере одно и, возможно, оба трубчатых тела могут содержать уплотнительный слой. Предпочтительно, что, по меньшей мере, внешнее трубчатое тело содержит уплотнительный слой. Каждое трубчатое тело содержит по меньшей мере один гибкий упрочняющий слой, который может быть таким же, как гибкие упрочняющие слои, описанные выше. Предпочтительно, по меньшей мере один и предпочтительно оба трубчатых тела содержат уплотнительный слой, располагающийся между внутренним и внешним уплотнительными слоями. Трубчатое тело в данном аспекте изобретения может иметь те же характеристики, что и трубчатое тело, описанное выше.

Каждый охватывающий элемент, внутренний, внешний и промежуточный, обычно содержит спи

- 13 014599 ральный охватывающий элемент, наиболее предпочтительно спирально навитую проволоку.

Назначение проволоки - плотно охватывать находящееся внутри нее трубчатое тело, чтобы сохранить неповрежденными слои трубчатого тела и обеспечить структурную целостность шланга. Охватывающие элементы могут выполняться, например, из стали, аустенитной нержавеющей стали или алюминия. При желании охватывающие элементы могут оцинковываться или покрываться полимером.

В соответствии с особенностью изобретения предлагается способ изготовления шланга, содержащий следующие этапы:

1) наматывание первого охватывающего элемента на трубчатую оправку, чтобы сформировать внутреннюю спираль;

2) наматывание первого листового материала на трубчатую оправку и внутреннюю спираль, чтобы из листового материала сформировать первое трубчатое тело;

3) наматывание второго охватывающего элемента на трубчатое тело, чтобы сформировать промежуточную спираль;

4) наматывание второго листового материала на трубчатую оправку и внутреннюю спираль, чтобы из листового материала сформировать второе трубчатое тело;

5) наматывание третьего охватывающего элемента на трубчатое тело, чтобы сформировать внешнюю спираль.

В варианте осуществления изобретения способ содержит следующие дополнительные этапы после этапа 4 перед этапом 5:

4.1) наматывание четвертого охватывающего элемента на трубчатое тело, чтобы сформировать дополнительную промежуточную спираль;

4.2) наматывание третьего листового материала на трубчатую оправку и дополнительную промежуточную спираль, чтобы из листового материала сформировать третье трубчатое тело.

Этапы 4.1 и 4.2 могут повторяться, чтобы сформировать дополнительные слои листового материала и спирали для дальнейшего повышения сопротивления сдавливанию. Однако маловероятно, что указанные дополнительные этапы будут востребованы на практике.

Первый, второй, третий и четвертый охватывающие элементы предпочтительно в основном идентичны.

Первый, второй и третий листовые материалы и первое, второе и третье трубчатые тела предпочтительно в основном идентичны.

Шланг, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может быть пригодным для использования в широком диапазоне условий, например, при температурах выше 100°С, температурах 0100°С и температурах ниже 0°С. При соответствующе выборе материала шланг может применяться при температурах ниже -20°С, ниже -50°С и даже ниже -100°С. Так, для транспортировки сжиженных природных газов шланг должен работать при температурах ниже -170°С или даже ниже. Кроме того, предполагается также, что предлагаемый шланг может использоваться для транспортировки жидкого кислорода (температура кипения -183°С) или жидкого азота (температура кипения -196°С), когда может потребоваться, чтобы шланг эксплуатировался при температурах -200°С и ниже.

Шланг, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может иметь различное назначение. Обычно внутренний диаметр шланга составляет около 51-610 мм (2-24 дюйма), но чаще около 203406 мм (8-16 дюймов). Диаметр шланга обычно равен по меньшей мере 102 мм (4 дюйма), чаще по меньшей мере 152 мм (6 дюймов).

В общем случае рабочее давление шланга будет находиться в диапазоне примерно 500-4000 кПа манометрического давления. Указанные цифры относятся к рабочим давлениям шланга, а не к разрывному давлению, которое должно быть в несколько раз выше. Объемный расход зависит от вида жидкой среды, давления и внутреннего диаметра шланга. Обычно он составляет 1000-12,000 м³/ч.

Шланг, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может быть пригодным для использования с корродирующими веществами, например сильными кислотами.

Краткое описание чертежей

В приведенном ниже описании будут делаться ссылки на сопутствующие чертежи.

Фиг. 1 - схематичное изображение основных напряжений, которым предлагаемый в настоящем изобретении шланг может подвергаться при эксплуатации.

Фиг. 2 - схематичное поперечное сечение первого варианта осуществления предлагаемого в настоящем изобретении шланга.

Фиг. 3 - сечение, показывающее компоновку упрочняющего слоя в шланге, выполненном в соответствии с изобретением.

Фиг. 4А - сечение, показывающее компоновку трубчатой осевой упрочняющей оболочки (находится в спокойном состоянии) шланга, выполненного в соответствии с изобретением.

Фиг. 4В - сечение, показывающее компоновку трубчатой осевой упрочняющей оболочки (находится в напряженном состоянии) шланга, выполненного в соответствии с изобретением.

Фиг. 5А, 5В, 5С и 5Ό - четыре способа применения шланга, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

- 14 014599

Фиг. 6 - поперечное сечение, показывающее уплотнительный слой шланга, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 7 - поперечное сечение, показывающее второй вариант осуществления предлагаемого в настоящем изобретении шланга.

Фиг. 8 - схематичное поперечное сечение концевого фитинга для шланга, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 9 - поперечное сечение первого варианта осуществления удлиненного упрочняющего слоя для применения в шланге, выполненном в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 10 - поперечное сечение второго варианта осуществления удлиненного упрочняющего слоя для применения в шланге, выполненном в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

На фиг. 1 показаны напряжения, которым шланг Н обычно подвергается во время эксплуатации. Кольцевое напряжение, обозначенное стрелками Н8, представляет собой напряжение, действующее по касательной к периферии шланга Н. Осевое напряжение, обозначенное стрелками А8, представляет собой напряжение, действующее аксиально по длине шланга Н. Напряжение изгиба, обозначенное стрелками Р8, представляет собой напряжение, действующее перпендикулярно к продольной оси шланга Н, когда он изогнут. Напряжение кручения, обозначенное стрелками Т8, представляет собой скручивающее напряжение, действующее около продольной оси шланга Н. Напряжение сдавливания, обозначенное стрелками С8, возникает от нагрузок, действующих радиально на внешнюю поверхность шланга Н.

Кольцевое напряжение Н8 создается давлением жидкости, находящейся в шланге Н. Осевое напряжение А8 создается давлением жидкости, находящейся в шланге, и также сочетанием веса указанной жидкости и собственного веса шланга Н. Напряжение изгиба Р8 является следствием требования изгибать шланг Н, чтобы расположить его должным образом, и движениями шланга Н во время эксплуатации. Напряжения кручения Т8 создаются кручением шланга. Шланг предшествующего уровня техники обычно способен выдерживать кольцевые напряжения Н8, напряжения изгиба Р8, и напряжения кручения Т8, менее способен выдерживать осевые напряжения А8. По этой причине, если шланги предшествующего уровня техники подвергались высоким осевым напряжениям А8, то их необходимо было поддерживать, чтобы минимизировать действие указанных напряжений.

В настоящем изобретении была решена проблема выдерживания напряжений сдавливания С8. На фиг. 2 представлен шланг 10, выполненный в соответствии с изобретением. Для ясности обмотка различных слоев на фиг. 2 и других фигурах не показана.

Шланг 10 содержит трубчатое тело 12, имеющее внутренний упрочняющий слой 14, внешний упрочняющий слой 16 и уплотнительный слой 18, находящийся между слоями 14 и 16. Обычно трубчатая упрочняющая оплетка 20, обеспечивающая осевое упрочнение, располагается вокруг внешней поверхности внешнего упрочняющего слоя 16.

Трубчатое тело 12 и трубчатая оплетка 20 располагаются между внутренней спирально навитой проволокой 22 и внешней спирально навитой проволокой 24. Внутренняя и внешняя проволока 22 и 24 размещаются так, что они смещены друг относительно друга на расстояние, соответствующее половине длины шага спирали витков.

Шланг 10 дополнительно содержит удлиненный упрочняющий слой 30, находящийся вокруг изолирующего слоя 26. На фиг. 2 удлиненный элемент 30 не представлен в деталях, их можно увидеть на фиг. 9 и 10. Удлиненный элемент 30 содержит упрочненную удлиненную полосу материала, которая спирально навивается вокруг изолирующего слоя 26.

Упрочняющие слои 14 и 16 содержат трикотажную ткань из синтетического материала, например из волокон полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом или арамида.

На фиг. 3 показан внутренний упрочняющий слой 14, откуда видно, что он содержит волокна 14а, представляющие собой основу Ш, и волокна 14Ь, представляющие собой уток Р. Для ясности на фиг. 3 показан только слой 14. Неожиданно было обнаружено, что осевая прочность шланга 10 может быть повышена за счет применения внутреннего упрочняющего слоя 14 при условии, что основа Ш располагается под небольшим углом, менее 15° и обычно около 10°, к продольной оси шланга 10. Угол обозначен как α. Структура и ориентация внешнего упрочняющего слоя 16 в основном идентична внутреннему упрочняющему слою 14; угол α для внешнего упрочняющего слоя 16 может быть таким же, как угол α для внутреннего упрочняющего слоя 14, или иным.

Уплотнительный слой 18 содержит множество слоев пластической пленки, которая наматывается на внешнюю поверхность внутреннего упрочняющего слоя 14, чтобы обеспечить водонепроницаемое уплотнение между внутренним и внешним упрочняющими слоями 14 и 16.

Шланг 10 может также содержать дополнительную упрочняющую оплетку (не показана), размещаемую между оплеткой 20 и внешней проволокой 24. Дополнительная упрочняющая оплетка может быть идентична оплетке 20.

Трубчатая оплетка 20 формируется из двух комплектов волокон 20а и 20Ь, которые переплетаются, чтобы ее образовать (фиг. 4 А и 4В). Для ясности показана только трубчатая оплетка 20. Между комплек

- 15 014599 тами волокон 20а и 20Ь имеются пространства 28, такие, что, когда трубчатая оплетка 20 подвергается действию осевого напряжения, волокна 20а и 20Ь могут сжиматься, перемещаться в пространства 28. Конструкция действует так, что старается уменьшить диаметр трубчатой оплетки 20, которая сжимается вокруг трубчатого тела 12, тем самым улучшая структурную целостность и повышая разрывное давление шланга 10. На фиг. 4В показана трубчатая оплетка 20 в напряженном состоянии.

Уплотнительный слой 18 детально показан на фиг. 6. Положение уплотнительного слоя 18 повышает сопротивление шланга напряжению изгиба Е8 и кольцевому напряжению Н8.

Как показано на фиг. 6, уплотнительный слой содержит множество слоев 18а пленки, выполненной из первого полимера (например высокоориентированного полиэтилена с высоким молекулярным весом), перемежающегося с множеством слоев 18Ь пленки, выполненной из второго полимера (например ПФТЭ или ФЭП), указанные полимеры обладают различной жесткостью. Слои 18а и 18Ь наматываются на внешнюю поверхность внутреннего упрочняющего слоя 14, чтобы создать водонепроницаемое уплотнение между внутренним и внешним упрочняющими слоями 14 и 16. Как сказано выше, нет необходимости размещать слои 18а и 18Ь чередующимся образом. Так, все слои 18а могут размещаться вместе, и все слои 18Ь могут размещаться вместе. Кроме того, необязательно, чтобы слои изготавливались из различных материалов.

Шланг 10 может изготавливаться описанным ниже способом. На первом этапе внутренняя проволока 22 навивается на опорную оправку (не показана), чтобы обеспечить формирование спиральной навивки с желаемым шагом. Диаметр опорной оправки соответствует желаемому внутреннему диаметру шланга 10. Затем на внутреннюю проволоку 22 и опорную оправку наматывается внутренний упрочняющий слой 14 таким образом, что основа А размещается под желаемым углом α.

Потом множество слоев пластических пленок 18а, 18Ь, составляющих уплотнительный слой 18, наматываются на внешнюю поверхность внутреннего упрочняющего слоя 14. Обычно пленки 18а и 18Ь имеют длину, значительно меньшую, чем длина шланга 10, чтобы на внутренний слой 14 можно было намотать множество отдельных длин пленок 18а и 18Ь. По толщине уплотнительного слоя 18 пленки 18а и 18Ь предпочтительно располагаются чередующимся образом. Обычно по толщине уплотнительного слоя может использоваться пять отдельных слоев пленок 18а и 18Ь.

Внешний упрочняющий слой 16 затем наматывается на уплотнительный слой 18 так, что основа А располагается под желаемым углом (который может равняться α, а может быть иным, близким к α). Трубчатая осевая упрочняющая оплетка 20 натягивается на внешний упрочняющий слой 16. Дополнительная оплетка (если необходимо) потом наматывается на оплетку 20.

После чего внешняя проволока 24 наматывается на дополнительную оплетку (или оплетку 20), если дополнительная оплетка отсутствует, чтобы обеспечить спиральное расположение с желаемым шагом. Обычно для внешней проволоки 24 используется тот же шаг, что и для внутренней проволоки 22, и нормальное положение проволоки 24 таково, что ее витки смещены по отношению к виткам проволоки 22 на расстояние, равное половине длины шага (фиг. 2, где длина шага обозначена р).

Концы шланга 10 могут уплотняться обжатием муфты, установленной на вставке внутри шланга. Такой концевой элемент обычно выполняется после снятия шланга с оправки.

Концы шланга могут уплотняться с помощью концевого фитинга 200 (фиг. 8, для ясности шланг 10 не показан). Концевой фитинг 200 содержит трубчатый внутренний элемент 202, имеющий шланговый конец 202а и хвостовой конец 202Ь. Концевой фитинг 200 дополнительно содержит уплотнительный элемент с уплотнительным кольцом 204 из ПФТЭ и разрезное кольцо 206 из нержавеющей стали, охватывающее уплотнительное кольцо 204.

Концевой фитинг 200 дополнительно содержит передающие нагрузку средства, включающие в себя контактирующий со шлангом элемент 208, передающий нагрузку элемент 210 и концевой элемент в виде дисковидной пластины 212. Передающий нагрузку элемент содержит дисковидную пластину 214 и по меньшей мере один передающий нагрузку стержень 216. На фиг. 2 показаны два стержня 216, но возможно применение трех и более таких стержней. На каждом стержне 216 имеется стопорная гайка 218. Пластины 212 и 214 имеют отверстия 212а и 214а соответственно для установки стержней 216.

Пластина 212 дополнительно имеет отверстие 212Ь, а хвостовой конец 202Ь внутреннего элемента 202 снабжен отверстиями 202с. Фиксирующие болты 220 вставляются в отверстия 202Ь и 212Ь, чтобы закрепить пластину 212 на хвостовом конце 202а внутреннего элемента 202. На фиг. 2 показаны два фиксирующих болта 220 и соответствующие отверстия под них, но следует заметить, что можно использовать меньшее или большее число фиксирующих болтов 220 и соответствующих отверстий под них.

Контактирующий со шлангом элемент 208 снабжен внутренней спиральной выемкой в виде канавок 208а, предназначенных для размещения в них внешней проволоки 24 шланга 10. Внутренний элемент 202 снабжен внешней спиральной выемкой в виде канавок 2026, предназначенных для размещения в них внутренней проволоки 22. Из фиг. 2 видно, что, подобно внутренней и внешней проволоке 22 и 24, канавки 208а и 2026 располагаются на расстоянии половины длины шага р.

Внутренний элемент 202 снабжен двумя периферийными выступами 202е, расположенными под уплотнительным кольцом 204. Они служат для улучшения уплотнения трубчатого элемента 12 между

- 16 014599 внутренним элементом 202 и уплотнительным кольцом 204 и способствуют предотвращению случайного вытягивания трубчатого элемента с занимаемого положения.

Шланг 10 крепится к концевому фитингу 200 следующим образом. Внутренний элемент 202 навинчивается на конец шланга 10 так, что последний располагается рядом с пластиной 212. Внутренняя проволока 22 укладывается в канавки 2026, а внешняя проволока 24 - в канавки 208а. Внутренняя и внешняя проволока 22 и 24 обрезается, чтобы она не попадала на внутренний элемент 202 после канавок 2026 и 208а. В этом месте обрезается и изоляция 26. Здесь же или в некоторой точке до соприкосновения внутреннего слоя 14 с уплотнительным кольцом 204 обрезается и внутренний упрочняющий слой 14. Сказанное означает, что уплотнительный слой 18 контактирует непосредственно с внешней поверхностью внутреннего элемента 202. Но остальная часть трубчатого тела 12 имеет возможность простираться по внутреннему элементу 202 между последним и уплотнительным кольцом.

Контактирующий со шлангом элемент 208 затем стягивается, чтобы сжать шланг 10 и войти с ним в плотное соприкосновение. Гайки 218 затягиваются, что создает некоторое осевое напряжение в шланге 10, тем самым устраняя любые зазоры в системе. Указанные силы передаются от контактирующего со шлангом элемента 208 на пластину 214, стержень 216, пластину 212 и хвостовой конец 202Ь внутреннего элемента 202. Трубчатый элемент 20 оттягивается назад по верхней поверхности контактирующего со шлангом элемента 208 и фиксируется на выступах 208Ь, выступающих с верхней поверхности элемента 208.

Трубчатое тело 12 проходит под уплотнительным кольцом 204. После стягивания контактирующего со шлангом элемента 208 и гаек 218 разрезное кольцо 206 сжимается, чтобы увеличить силу, прикладываемую к трубчатому телу 12 уплотнительным кольцом 204.

Затем концевой фитинг 200 охлаждается жидким азотом до низкой температуры, вследствие чего уплотнительное кольцо 204 сжимается несколько больше, чем разрезное кольцо 206, тем самым уменьшается сила сжатия, создаваемая разрезным кольцом 206 и действующая на уплотнительное кольцо 204. Хотя разрезное кольцо 206 и уплотнительное кольцо 204 работают в условиях относительно низкой температуры, разрезное кольцо 206 снова сжимается. Затем температуру поднимают до температуры окружающей среды, вследствие чего сила сжатия уплотнительного кольца увеличивается за счет расширения уплотнительного кольца 204 относительно разрезного кольца 206.

Так концевой фитинг садится на шланг 10. Контактирующий со шлангом элемент 208 обеспечивает определенное уплотнение конца шланга 208 и способствует поглощению осевых сил, возникающих в шланге 10 вокруг уплотнительного кольца 204, реализующего остальную долю уплотнения шланга 10.

На фиг. 5Ά-5Ό показаны три варианта применения шланга 10. На каждой из фиг. 5А-5С плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти 102 связана с судном 104 для перевозки сжиженных природных газов (СПГ) посредством шланга 10, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Шланг 10 транспортирует СПГ из резервуара для хранения нефтепродукта на установке 102 в танкхранилище судна 104 для перевозки СПГ. На фиг. 5А шланг 10 находится над поверхностью моря 106, на фиг. 5В - ниже уровня моря 106, на фиг. 5С - шланг плавает у поверхности моря. В каждом случае шланг 10 транспортирует СПГ без какой-либо промежуточной опоры. На фиг. 5Ό судно для перевозки СПГ связано с наземным резервуаром-хранилищем 108 шлангом 10.

Шланг 10 может иметь многие другие применения, иные, чем приведенные на фиг. 5А-5С, он может эксплуатироваться в криогенных и некриогенных условиях.

На фиг. 9 показано поперечное сечение варианта удлиненного упрочняющего слоя 30. Он содержит непрерывный профиль 32 с одной продольно простирающейся балластной полостью 34 и продольно простирающимся упрочняющим элементом 35. Профиль 32 располагается напротив продольных кромок 36 и 38. Продольно простирающаяся соединенная в замок структура 40 и 42 является составной частью соответствующей кромки 36, 38. Каждая структура 40 и 42 снабжена соответствующим ответным элементом 44 и 46.

Структуры 40 и 42 расположены в противоположных направлениях, так что, когда слой 30 спирально навивается на остальную часть шланга 10, структуры 40 и 42 могут вступать в зацепление (фиг. 9). Ответные элементы 44 и 46 предотвращают расцепление структур 40 и 42.

На фиг. 10 показано поперечное сечение другого варианта удлиненного упрочняющего слоя 30, обозначенного поз. 130. Слой 130 содержит непрерывный профиль 132, имеющий расположенные друг напротив друга продольные кромки 136 и 138. Продольно простирающаяся соединенная в замок структура 140 и 142 является составной частью соответствующей кромки 136, 138. Каждая структура 140 и 142 содержит контурный профиль с выступами 140а и 142а и выемками 140Ь и 142Ь, такими, что выступы 140а могут входить и вступать в зацепление с выемками 142Ь, а выступы 142а входить и вступать в зацепление с выемками 140Ь. Форма такова, что, когда выступы вступают в зацепление с выемками, между структурами 140 и 142 не остается свободного пространства.

Структуры 140 и 142 обращены в противоположные направления, чтобы, когда слой 130 спирально навивается на остальную часть шланга, указанные структуры могли вступать в зацепление. Структуры 140 и 142 могут скрепляться вместе любым удобным способом соединения.

Профиль 132 имеет змеевидную форму, которая облегчает восприятие элементом 130 действие сил

- 17 014599 изгиба.

Упрочняющий слой 130 содержит продольно простирающийся упрочняющий элемент 135. На фиг. 10 дополнительные или альтернативные места размещения упрочняющего элемента 135 указаны поз. 135а, 135Ь, 135с, 1356, 135е и 1351.

На фиг. 7 представлен вариант предлагаемого в настоящем изобретении шланга, обозначенного поз. 310. Шланг 310 содержит первое трубчатое тело 312 с внутренним упрочняющим слоем (не показан), внешний упрочняющий слой (не показан) и уплотнительный слой (не показан), расположенный между упрочняющими слоями. Трубчатое тело может дополнительно содержать в основном трубчатую упрочняющую оплетку (не показана), обеспечивающую осевое упрочнение и расположенную внутри или вокруг внешней поверхности внешнего упрочняющего слоя.

Трубчатое тело 312 располагается между внутренней спирально навитой проволокой 322 и промежуточной спирально навитой проволокой 324. Внутренняя и внешняя охватывающая проволока 322 и 324 располагаются так, что они смещены друг относительно друга на расстояние, соответствующее половине длины шага спирали витков. Шланг 310 дополнительно содержит второе трубчатое тело 332, расположенное вокруг внутренней спирально навитой проволоки 324. Второе трубчатое тело 332 может быть идентичным первому трубчатому телу 312 и располагается между внешней спирально навитой проволокой 326 и промежуточной спирально навитой проволокой 324. Промежуточная и внешняя охватывающая проволока 324 и 326 размещены так, что они смещены друг относительно друга на расстояние, соответствующее половине длины шага спирали витков.

При желании вокруг внешней охватывающей проволоки 326 можно разместить упрочняющий слой, подобный упрочняющему слою 30. Как вариант, вокруг внешней охватывающей проволоки 326 можно разместить изолирующий слой или другой покрывающий слой.

Следует заметить, что описанное выше изобретение может модифицироваться.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Шланг, содержащий трубчатое тело из гибкого материала, расположенное между внутренним и внешним охватывающими элементами, причем шланг дополнительно содержит удлиненный элемент, имеющий расположенные друг напротив друга продольные кромки, удлиненный элемент спирально навит на трубчатое тело так, что противоположные продольные кромки слоя располагаются рядом или перекрываются, причем каждая продольная кромка содержит структуру, способную вступать в зацепление с соответствующей структурой на противоположной продольной кромке, в котором удлиненный элемент снабжен по меньшей мере одним упрочняющим элементом, простирающимся по продольной оси удлиненного элемента.

2. Шланг по п.1, в котором данный или каждый упрочняющий элемент выполнен из металлического или композитного материала.

3. Шланг по п.1 или 2, в котором модуль упругости каждого упрочняющего элемента составляет 20000-250000 МПа.

4. Шланг по пп.1, 2 или 3, в котором модуль упругости каждого упрочняющего элемента составляет 50000-200000 МПа.

5. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором модуль упругости удлиненного элемента составляет 10-3000 МПа.

6. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором модуль упругости материала упрочняющего элемента по меньшей мере в 15 раз больше модуля упругости материала удлиненного элемента.

7. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором общая площадь поперечного сечения упрочняющего элемента или элементов меньше половины общей площади поперечного сечения удлиненного элемента.

8. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором общая площадь поперечного сечения упрочняющего элемента или элементов меньше или равна одной четверти общей площади поперечного сечения удлиненного элемента.

9. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором общая площадь поперечного сечения упрочняющего элемента или элементов меньше или равна одной десятой общей площади поперечного сечения удлиненного элемента.

10. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором площадь поперечного сечения удлиненного элемента и данного или каждого упрочняющего элемента остается в основном постоянной по длине указанных элементов.

11. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором упрочняющий элемент представляет собой сплошной стержень или трубку.

12. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором упрочняющий элемент имеет круглое, квадратное, прямоугольное или эллиптическое поперечное сечение.

13. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором упрочняющий элемент изготовлен из гибкого материала, который жестче, чем материал удлиненного элемента.

- 18 014599

14. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором вступающие в зацепление структуры расположены так, что когда они сцепляются, то формируют непрерывное водонепроницаемое уплотнение.

15. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором каждая вступающая в зацепление структура содержит блокирующий элемент, способный сцеплять структуры, как только они будут сведены вместе.

16. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором удлиненный элемент содержит по меньшей мере одну замкнутую полость и данная или каждая полость имеет плотность, меньшую, чем плотность остального удлиненного элемента.

17. Шланг по п.16, в котором по меньшей мере одна из замкнутых полостей содержит один или несколько уплотняющих элементов.

18. Шланг по п.16 или 17, в котором по меньшей мере одна из замкнутых камер содержит газ, пенный или аэрированный полимер.

19. Шланг по пп.16, 17 или 18, в котором две соседних полости идут продольно в основном по всей длине удлиненного элемента.

20. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором трубчатое тело содержит упрочняющий слой и уплотнительный слой.

21. Шланг по любому из предшествующих пунктов, в котором трубчатое тело содержит уплотнительный слой, расположенный между внутренним и внешним упрочняющими слоями.

22. Шланг, содержащий внутренний охватывающий элемент, промежуточный охватывающий элемент и внешний охватывающий элемент, в котором первое трубчатое тело из гибкого материала располагается между внутренним и промежуточным охватывающими элементами, а второе трубчатое тело из гибкого материала располагается между промежуточным и внешним охватывающими элементами.

23. Шланг по п.22, в котором третье трубчатое тело располагается между дополнительным промежуточным охватывающим элементом и внешним охватывающим элементом, а дополнительное промежуточное охватывающее тело располагается между вторым и третьим трубчатыми телами.

24. Шланг по п.22 или 23, в котором по меньшей мере одно из трубчатых тел содержит уплотнительный слой.

25. Шланг по пп.22, 23 или 24, в котором каждое трубчатое тело содержит по меньшей мере один гибкий упрочняющий слой.

26. Шланг по пп.22, 23, 24 или 25, в котором по меньшей мере одно трубчатое тело содержит уплотнительный слой, расположенный между внутренним и внешним упрочняющими слоями.

27. Шланг по любому из пп.22-26, в котором все охватывающие элементы, внутренний, внешний и промежуточный, содержат спиральный охватывающий элемент.

28. Шланг по любому из пп.22-27, в котором все охватывающие элементы, внутренний, внешний и промежуточный, содержат спирально навитую проволоку.

29. Способ изготовления шланга, содержащий следующие этапы:

1) наматывание охватывающего элемента на трубчатую оправку, чтобы сформировать внутреннюю спираль;
2) наматывание листового материала на трубчатую оправку и внутреннюю спираль, чтобы из листового материала сформировать трубчатое тело;
3) наматывание охватывающего элемента на трубчатое тело, чтобы сформировать внешнюю спираль;
4) наматывание удлиненного элемента, как описано в любом из пп.1-10, на внешнюю спираль, при этом удлиненный элемент спирально навивается на внешнюю спираль так, что расположенные друг напротив друга продольные кромки удлиненного элемента оказываются рядом или перекрываются, и структуры на соседних или перекрывающихся кромках вступают в зацепление друг с другом;
5) закрепление концов шланга, полученного на этапе 4;
6) снятие шланга с оправки.

30. Способ изготовления шланга, содержащий следующие этапы:

1) наматывание охватывающего элемента на трубчатую оправку, чтобы сформировать внутреннюю спираль;

2) наматывание листового материала на трубчатую оправку и внутреннюю спираль, чтобы из листового материала сформировать первое трубчатое тело;

3) наматывание охватывающего элемента на трубчатое тело, чтобы сформировать промежуточную спираль;

4) наматывание листового материала на трубчатую оправку и внутреннюю спираль, чтобы из листового материала сформировать второе трубчатое тело;

5) наматывание охватывающего элемента на трубчатое тело, чтобы сформировать внешнюю спираль.