JPH01131393A - 内圧を受けて安定した長さを有する可撓性導管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内部圧の作用の下で長さに関し安定性をもつ
たわみ導管に関するものである。

特に本発明は、なかでも海底油井の開発の際に産生ずる
炭化水素のような流体の圧力下での輸送用の導管に関す
るものである。

出願人である会社は、極めて高い機械的特性、とくに引
張り、圧砕及び搬送流体の内部圧に対する高い強度を呈
するこのような導管を長尺物の形で製造し市販している
。

こうして、出願人である会社は、内側気密性被覆、通常
同じ外装角度で導管のまわりにらせん状に配置されたワ
イヤで各々構成されている２枚の交叉したチップから成
る引張り強度用補強材（なお２枚のナツプのワイヤは導
管の軸との関係において相反する角度で巻きつけられて
いる）、導管の軸との関係において約９０度の角度でら
せん巻きにより巻きつけられた形鋼ワイヤ又ははめ合わ
された帯鋼のナツプを単数又は複数含む圧力強度用補強
材ならびに外部被覆を主として有する導管を製造してい
る。すなわちここで問題となるのは、「スムーズボア」
タイプの導管である。

「ラフ・ボア」タイプの導管はこの他に、内側気密性被
覆の下に、はめ合い可能な単数又は複数の形鋼と（に帯
鋼の小さいピッチのらせん巻きにより一般に構成されて
いる外部圧力及び圧壊に対する強度用の補強材を備えて
いる。

場合によっては、圧力に対する強度用補強材は削除され
、この場合、２枚の補強材ナツプのワイヤは、平衡角す
なわち導管の軸に対して５５度の角度で置かれる。

いくつかの応用分野とくに海底油井が産生ずる炭化水素
の収集のために用いられる導管が溝中内設蓋すなわち海
底に掘られたトレンチの底に配置されなくてはならない
場合、搬送される流体の内部圧力の下で使用中のたわみ
導管が軸方向に著しく伸びないようにすることが大切で
ある。これは、かかる軸方向の伸びが導管の変形をひき
おこしその溝からの離脱を誘発するおそれがあるからで
ある。

高い内部圧の下での使用中の伸びができるかぎり小さい
たわみ導管を提供する試みが数多く行なわれてきた。

こうして、ＦＲ−Ａ２５５７２５４は、導管の軸との外
装角度を１５度から４５度として一般に据えつけられて
いる少なくとも１対の外装チップから成る引張り強度用
補強材ならびにらせん巻きされたワイヤの単数又は複数
の層を含む圧力強度用補強材を有するたわみ導管を開示
している。この文書は、圧力強度用補強材のらせん巻き
された層のワイヤと引張り強度用補強材を構成するワイ
ヤチップの剛性の間の定められた比率を用いることを規
定している。

全てのワイヤが同−材料例えば鋼材でできている一般的
な場合において、この比率は厚みの比率に帰着する。

らせん巻きされた層のワイヤの弾性係数と引張り強度用
補強材ナツプのワイヤの弾性係数が同一である場合、引
張り強度用補強材と圧力強度用補強材の間の厚みの比は
大きいものとなり（２，５と８の間）、こうして導管の
線形重量ひいてはそのコストが著しく増大することにな
る。

さらに、実際らせん巻き機の作動速度よりはるかに速い
ケーブル外装機の作動速度を充分に活用することができ
る。

又、ＦＲ−Ａ２４６４４２３では、外装用ワイヤの交叉
した複数のナツプ対で構成された補強材を用いることが
提案されていた。しかしながらこの文書は、内部圧の作
用の下でのたわみ管のとくに軸方向の寸法的安定性を確
保するための建設的な解決法を全く与えていない。さら
にこれは、導管の軸に対し約９０度の角度に従って巻き
上げられた単数又は複数のナツプの対の存在を規定して
いる。すなわち、ここで問題とされているのは、上述の
欠点をもつらせん巻きされたワイヤである。

出願人である会社により行なわれた調査は、たわみ管を
内部圧にさらした場合、２段階の軸方向変形が連続して
発生することを示している。

まず、例えば５　ＭＰａまでといった比較的小さい圧力
の上昇については、補強材のワイヤナツプ間に製造上の
あそびが存在することならびに補強材の間に場合によっ
て置かれる充てん材の変形の結果として不可避的に起こ
る比較的大きい軸方向変形がみられる。

特別な建設的措置が用意されていない場合、作用圧力が
数十ＭＰａの値にまで達しうる実際の応用分野の場合の
ような内部圧が高い場合に重要でありうる後日の変形段
階が起こる。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、特別な建設的措置により上述の第２の変形段
階の間にわずかな変形しか呈さない又は全く変形を呈さ
ないたわみ導管を実現しよとするものである。

本発明が准奨する措置は、圧力下におかれたとき第２の
変形段階中に短縮することができこの短縮が第１の変形
段階中にすでに得られた短縮に加わりうるか又は第１の
変形段階中に起こる伸びを全て又は部分的に補償するよ
うな導管を実現することを可能にするものである。

換言すると、本発明は、使用条件を考慮に入れて許容可
能であるならば高い内部圧力の適用の際に一定の伸び、
寸法上の安定性或いは又制御された短縮を呈するような
形で、特に軸方向の寸法的変化が完全に制御できるよう
な導管を実現することを可能にするものである。

この目的は本発明に従った場合、そのたわみ導管が、線
形弾性伸びに対する耐性をもつらせん状に巻きつけられ
たすなわち一定のピッチで巻きつけられた少なくとも２
対のワイヤーナツプを含み、同一対の２枚のチップは同
一外装角度で但し反対方向に置かれたワイヤーから成り
でおり、全てのワイヤは、５５度未満（αａ）と５５度
以上（αａ）の２つの外装角度のうちの１方に従って置
かれ、少なくとも１対のチップのワイヤは４０゜≦αａ
≦５３°の同一外装角度αａを呈し少なくとも１対のナ
ツプのワイヤが５７°くαに≦７０゜の同一外装角度α
ａを呈し、上記す７プは以下の関係式を満たすように配
置されていることによって、達成される： なお式中、 Ｄｓａ　　　　　　　　　　　　　Ｄｉ又ｎ、−角度α
ａで外装されているナツプ対の数； ｆｉ、ｇｔ角度αａで外装されているナツプ対の敗； ｋａｉ　（又はｋｂｊ）−角度αａ（又はαａ）で外装
されている外装チップ対ｉ　（又はｊ）の各々のワイヤ
の軸方向の伸びに 対する剛性、なおｋは、Ｔを相応する ワイヤー内の張力、εをワイヤの相対 的伸びとしてｋ　−’ｌ”　／　ｔにより規定される； ｊ！’ａｉ（又はＪ’ｂｊ）−ワイヤが占める幅、すな
わち補強材チップが描くシリング に対し接線方向の平面及びワイヤーの 断面において測定されたワイヤの幅に ２本の連続するワイヤ間のあそびを加 えたものの平均値、なおこの幅は以下 の等式から求められる： Ｎイ ここでり、はワイヤの層の平均直径であり、αには外装
角度であり、Ｎｔは外装ワイヤの数である。

Ｄｉは、内部外装用ワイヤの第１ナフブの内径である。

Ｄｓａは、角度αａに従って外装されたｎ１個のチップ
対の平均直径である。

Ｄｉｓｂは、角度αａに従って外装されたｎ、個のナツ
プ対の平均直径である。

本発明に従った導管の有利な実施態様において、望まし
い さらに限定的に言うと、いかなる場合であれ内部圧力の
下でたわみ管の短縮が得られるようにすることには、以
下の関係式を満たしていることが望ましい： 本発明の一実施態様においては、２対の外装用ワイヤナ
ツプが備わっており、この場合Ｒρの値は以下の関係式
により定義づけされる８２枚の内部ナツプ落及び２枚の
外部ナツプについて同じ厚みをもち線形弾性をもつ単一
の材料でできた矩形又は両端の厚みが異なる断面を有す
る胴付きの又はほぼ胴付きの平坦なワイヤを用いる場合
、本発明に基づくたわみ導管は以下の関係式により特徴
づけられる： Ｒｅは、αａ及びαａという角度でそれぞれ置かれた補
強材ワイヤーの厚みであり、ｌａｉ及び１ｂｊは、角度
αａ及びαゎに従って置かれたそれぞれのナツプの厚み
である。

が望ましい。

最も小さい外装角度（αｍ）を呈する外装ワイヤーナツ
プは、あらゆる場合において第１の変形段階中に短縮を
得るため、より高い外装角度（αｂ）を呈する外装ワイ
ヤナツプとの関係において内側に配置されると有利であ
る。

本発明に基づく補強材ワイヤとしては、鋼線或いは、グ
ラスファイバーやカーボンファイバのような鉱物繊維或
いはポリアミド樹脂のような熱可塑性繊維、又はエポキ
シ樹脂のような熱硬化性繊維から成る複合材料のワイヤ
を用いることができる。

本発明に従うと、補強材ワイヤは銅線から作られたスト
ランド又はケーブルで構成されていてもよい。

同様にこの補強材ワイヤは、例えば編組又は被覆でとり
囲まれたポリエステルなどのプラスチック材料製の平行
な繊維から成るものであってもよい。

プラスチック又はエラストマ製の被覆はワイヤチップ対
又は１対のチップの間に配置されうる。

又本発明に基づくと、スムーズボアタイプの構造又はラ
フボアタイプの構造のいずれでも実施することができる
。

〈実施例〉 添付の図面の導管には、プラスチック又はエラストマ材
料でできた外側保護被覆１、角度αａで置かれる外装用
ワイヤナツプ対２．３、角度αａで置かれた外装用ワイ
ヤナツプ対４．５及びプラスチック又はエラストマ材料
製の内側気密性被覆６が含まれている。ラフ−ポジタイ
プの構造の図示されているこの例においては、さらに、
例えば外部圧力及び圧壊に対する耐性を与えるはめ合い
された帯鋼型の内部補強材７が備えられている。

以下に本発明に基づくたわみ導管の実施例について詳述
する。

下表にその特徴を示すたわみ導管５本について研究した
： （表） 最初の４本の導管は、添付図面に表わされている形状に
相当するラフ・ボアタイプの構造を呈している。

形状例５は、内部気密性被覆上に同一角度α。

に従って置かれた２対の外装用ワイヤナツプを有する。

ラフ・ボア構造をも記述している。

例１．２及び５において、中間被覆が外装用ワイヤナツ
プ対の間に付加された。

外装用ワイヤは、平坦でほぼ胴付きの高強度銅線（弾性
限界約１４０ｄａＮ／ｍｍ”　）である。

内部圧力を加えた後、主として製造時のあそびの吸収を
構成する第１の変形段階に続いて、研究された各々のた
わみ導管について、４０ＭＰａの内部圧力における以下
のような相対的長さの変化が得られた： たわみ導管１　：　＋３．８　Ｘ　１０−”たわみ導管
２　：　−３，７Ｘ　１０−’たわみ導管３ニー１．２
Ｘ１０−３ たわみ導管４ニー１．８Ｘ１０−’ たわみ導管５ニー１．３Ｘ１０−３ 本発明は、特定の実施態様と関連づけて記されているが
、これに制限されるものではなく、その範囲又は考え方
から逸脱することなく数多くの派生及び変更を加えるこ
とも当然可能である。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は本発明に従った導管の概略図である。 主要な構成要素の番号 ■・・・外側保護被覆、２．３・・・外装用ワイヤナツ
プ対、４．５・・・外装用ワイヤナツプ対、６・・・内
側気密性被覆。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）全てのワイヤは、５５度未満（α＿ａ）と５５度
   以上（α＿ｂ）の２つの外装角度のうちの一方に従って
   置かれ、少なくとも１つのナップ対のワイヤは、４０°
   ≦α＿ａ≦５３°のような同じ外装角度α＿ａを呈し、
   少なくとも１つのナップ対のワイヤは５７°≦α＿ｂ≦
   ７０°のような同じ外装角度α＿ｂを呈していること、
   そしてかかるナップが、０．５＜Ｒ＿ρ／Ｒ＿ρ＾０＜
   ２という関係を満たすように配置されていること、 （なお式中 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ｎ＿ａ＝角度α＿ａで外装されているナップ対の数； ｎ＿ｂ＝角度α＿ｂで外装されているナップ対の数； ｋａｉ（又はｋｂｊ）＝角度α＿ａ（又はα＿ｂ）で外
   装されている外装ナップ対ｉ（又は ｊ）の各々のワイヤの軸方向の伸びに 対する剛性、なおｋは、Ｔを相応する ワイヤ内の張力、εをワイヤの相対的 伸びとしてｋ＝Ｔ／εにより規定され る； ｌ′ａｉ（又はｌ′ｂｊ）＝ワイヤが占める幅、すなわ
   ち補強材ナップが描くシリンダ に対し接線方向の平面及びワイヤの断 面において測定されたワイヤの幅に２ 本の連続するワイヤ間のあそびを加え たものの平均値。なおこの幅は以下の 等式から求められる： ｌ′ｋ＝πＤ＿ｋ×ｃｏｓαｋ／Ｎ＿Ｋ ここでＤ＿ｋはワイヤの層の平均直径であり、αｋは外
   装角度であり、Ｎ＿Ｋは外装ワイヤの数である。 Ｄ＿ｉは、内部外装用ワイヤの第１のナップでの内径で
   ある。 Ｄｍａは、角度α＿ａに従って外装されたｎ＿ａ個のナ
   ップ対の平均直径である。 Ｄｍｂは、角度α＿ｂに従って外装されたｎ＿ｂ個のナ
   ップ対の平均直径である）、 を特徴とし、１つの内側気密性被覆６、らせん状に差上
   げられたワイヤナップの少なくとも２つの対（なお同一
   対の２つのナップは同じ外装角度でただし反対方向に置
   かれた同じワイヤから成る）ならびに外側の保護被覆１
   を含む、たわみ導管。 （２）前記、以下の関係式を特徴とする、請求項（１）
   に記載のたわみ導管： ０．７＜Ｒρ／Ｒρ＾０＜１．７ ３）前記、以下の関係式を特徴とする、請求項（１）及
   び（２）のいずれかに記載のたわみ導管：１＜Ｒρ／Ｒ
   ρ＾０＜１．７ ４）前記、以下の関係式を特徴とする、線形弾性をもつ
   単一の材料でできた矩形又は厚みの異なる断面をもつ胴
   付きにした又はほぼ胴付きの平坦な外装ワイヤーを有す
   る、請求項（１）に記載のたわみ導管： ０．７＜Ｒｅ／Ｒρ＾０＜２ なお、 ▲数式、化学式、表等があります▼ Ｒｅは、α＿ａ及びα＿ｂという角度でそれぞれ置かれ
   た外装ワイヤの厚みの比率であり、 ｌａｉ及びｌｂｊせ、角度α＿ａ及びα＿ｂに従って置
   かれたそれぞれのナップの厚みである。 （５）前記、比率Ｒｅ／Ｒρ＾０が以下の関係式を満た
   していることを特徴とする、請求項（４）に記載たわみ
   導管：０．７＜Ｒｅ／Ｒρ＾０＜１．７ （６）前記、比率がＲｅ／Ｒρ＾０以下の関係式を満た
   していることを特徴とする、請求項（４）及び（５）の
   いずれかに記載のたわみ導管： １＜Ｒｅ／Ｒρ＾０＜１．７ （７）前記、２対の外装ワイヤナップを含んでいること
   を特徴とする、請求項（１）から（６）までのいずれか
   に記載のたわみ導管。 （８）前記、最も小さい外装角度α＿ａを呈する外装ワ
   イヤナップが、最も大きい外装角度α＿ｂを呈する外装
   ワイヤナップとの関係において内側に配置されているこ
   とを特徴とする、請求項（１）から（７）までのいずれ
   かに記載のたわみ導管。 （９）前記、気密性被覆の下にさらに、単数又は複数の
   はめ込み可能な形鋼の小さいピッチのらせん巻きから成
   る外部圧及び圧砕に対する補強材７に含まれていること
   を特徴とする、請求項（１）から（８）までのいずれか
   に記載のたわみ導管。