NO165126B - Fleksibel roerledning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fleksibel, armert rørledning omfattende en armering beregnet på å oppta innvendig trykk og bestående av minst ett lag dannet av ringer, eller tråder, kabler eller profiler, og en strekkopptagende armering innbefattende minst ett par kryssende lag av tråder, kabler eller profiler som er viklet i en vinkel i forhold til rørled-ningens akse.

Oppfinnelsen kommer særlig til anvendelse i forbindelse

med fleksible rørledninger for transport av fluider under trykk, f.eks. vann eller hydrokarboner.

Ved en rekke anvendelser for slike rørledninger er det

ofte ønskelig og stundom nødvendig å anordne fleksible rørled-ninger som ikke oppviser noen vesentlig lengdevariasjon når de utsettes for et innvendig trykk ved "bunneffekt", dvs en aksialkraft som følge av virkningen av det innvendige trykk på rørledningens endepartier.

Forlengelse av den fleksible rørledning under drift, under påvirkning av det innvendige trykk, kan vise seg å innebære en alvorlig ulempe ved en rekke anvendelser.

Det er særlig tilfelle ved undervanns-samleledninger som

må være nedgravet, dvs anordnet ved bunnen av en grøft, for å unngå fare for skader på grunn av skipstrafikk.

Dersom den således nedgravde rørledning har en tendens til forlengelse når den settes under trykk er det fare for at den deformerer vertikalt og gjenopptrer utenfor grøften, hvilket selvsagt opphever nedgravingseffekten.

De forskjellige lag i den armerte rørledning kan være anordnet i hvilken som helst rekkefølge fra rørledningens innside til dens utside, og eventuelt være adskilt ved plast-hyIstre av liten tykkelse. Lagene i den strekkopptagende armering er viklet med en vinkel som er høyst lik 55 grader,

men denne vinkel må imidlertid ikke være for liten til at rørledningens fleksibilitet opprettholdes.

Slike konstruksjoner er f.eks. beskrevet i franske patent-skrifter 1.417.966 og 2.177.996.

U.S. patentskrift 2.747.616 foreslår å anvende en vinkel større enn 55° for de skrueviklede fibre for å løse problemet med økende bøyestivhet, men dette patentskrift angår utførelse av et stivt rør og ikke et fleksibelt rør.

Stivheten K av en armering, proporsjonal med elastisitetsmodulen E av materialet som danner dens lag samt med mengden av dette materialet, er definert ved produktet

hvor e, total effektiv tykkelse, er den totale tykkelse av armeringslagene når disse lag utgjøres av massive rektangulære og sammenføyde tråder. Når det gjelder hule eller runde tråder eller profiler, beregnes den effektive tykkelse ut fra den totale tykkelse e^ under hensyntagen til de tomme rom eller klar-inger som forefinnes innvendig i trådene eller mellom disse,

er forholdet:

hvor b er forholdet mellom volumet av forsterkningsmaterialet som utgjør armeringen og det totale volum som opptas av dette.

Tegnet p angir armeringen som opptar det indre trykk og t betegner armeringen som opptar strekk-kraften.

Man får således:

I fleksible rørledninger av kjent type, er det i første rekke ønskelig å fordele spenningene i de forskjellige armeringslag slik at den totale tykkelse kunne reduseres og derved også vekten av og prisen for den fleksible rørledning, er forholdet <K>t/Kp lite (mindre enn enheten).

Men denne type konstruksjon kan ikke gi fleksible rør-ledninger med stabil lengde under påvirkning av innvendig trykk. For å minske forlengelsen så mye som mulig, blir ifølge dagens teknikk den strekkopptagende armering viklet med meget liten vinkel (<20°) hvilket forårsaker større vanskeligheter ved fremstilling uten at man oppnår å minske denne forlengelse i tilstrekkelig grad for en rekke anvendelser, særlig ved ovennevnte tilfelle med undervanns-samleledninger som skal være nedgravet.

Formålet med oppfinnelsen er å unngå ovennevnte ulemper

ved teknikkens stilling, og dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fleksibel, armert rørledning av den innledningsvis angitte art, hvor forholdet K^/Kp mellom stivheten til den strekkopptagende armering og stivheten til den innvendige trykkopptagende armering tilfredsstiller betingelsene

0,75 < Kt/Kp (0,056 grader -1a - 0,0008 grader ~ 2a2 -

0,65) < 1,25

hvor a er viklingsvinkelen til nevnte par kryssende lag som danner den strekkopptagende armering og har en verdi på mellom 20" og 50" i forhold til rørledningens akse, idet stivheten (K) for hver armering er gitt ved produktet K = E.e, hvor E er elastisitetsmodulen til materialet i angjeldende armering og e er den totale effektive tykkelse av denne armering.

For å minske virkningen av en feil i viklingsvinkelen, dvs øke den akseptable toleranse med hensyn til denne fremstillings-parameter, foretrekkes en konstruksjon slik at

0,90 < K-t/Kp (0,056 grader -1a- 0,0008 grader ~ 2a2 -

0,65) < 1,10

hvor verdien av oe, uttrykt i grader, er mellom 24 og 45.

Ved således å fremstille en fleksibel rørledning slik at forholdet mellom armeringsstivhetene K^/Kp = 3, hvor strekklagene er viklet i 35°, oppnås en lengdevariasjon under trykk som er minst ti ganger mindre enn det som idag oppnås med konvensjonelle konstruksjoner, samtidig som en toleranse på 10 % tillates i stivhetsforholdet og fra 2 til 3° i viklingsvinkelen.

De medfølgende figurer viser fleksible, armerte rørledninger ifølge oppfinnelsen: Figur 1 viser en første type fleksible armerte rørledninger,

Figur 2 og 3 viser en annen type rørledninger, og

Figur 4 er et diagram som viser viklingsvinkelen for

armeringslagene som opptar strekk-kraften.

På. figur 1 betegner henvisningstallet 1 en indre rør-ledning som kan bestå av et plastmateriale, f.eks. nylon.

Denne rørledning er dekket av en trykkopptagende armering

2 som i viste eksempel består av viklet metallbånd eller en prefabrikert profil, som er skrueviklet med en vinkel som f.eks. overskrider 85° i forhold til rørledningens akse.

Enheten er dekket av en strekkopptagende armering 3 som består av to kryssende lag 3a og 3b av skrueviklede profiler med motsatt stigning i de to lag.

Den absolutte verdi av viklingsvinkelen ot for disse profiler har en verdi på mellom 20° og 50° "i forhold til rør-ledningens akse.

Et utvendig hylster 4, f.eks. av nylon, dekker den således dannede enhet.

En annen type fleksibel, armert rørledning er vist på figur 2.

De samme henvisningstall er på denne figur benyttet for å angi elementer som tilsvarer de som er vist i figur 1.

I denne andre type fleksibel rørledning omfatter den strekkopptagende armering to par kryssende lag (3a, 3b) og (3c, 3d) profiler som er skrueviklet med en vinkel som kan ligge mellom 20 og 50° i forhold til rørledningens akse.

I den type rørledning som er vist på figur 3 er en stål-stamme 5 anordnet innvendig i plast-rørledningen 1 og lagene 2a og 2b i den innvendig trykkopptagende armering er anordnet på hver side av den strekkopptagende armering (3a, 3b.)

I den på figur 3 viste utførelse er det ikke tatt hensyn til stammen 5 ved beregning av stivheten Kp til den innvendig trykkopptagende armering, dersom denne stamme ikke er tett og følgelig ikke utsettes for en trykkforskjell når et fluid under trykk strømmer i rørledningen (bidrar således ikke til å oppta det innvendige trykk i rørledningen). Ved konstruksjonen ifølge oppfinnelsen oppnås en bedre fordeling av spenningene og følge-lig en redusert total tykkelse dersom man for utførelse av den trykkopptagende armering velger et materiale hvis elastisitetsmodul E er klart mindre enn E..

P t

Dersom således de strekkopptagende armeringslag er av stål (Et - 200 GPa), kan den trykkopptagende armering f.eks. utgjøres av et komposit-materiale (harpiks forsterket med glassfiber eller andre filamenter), som har en lavere elastisitetsmodul (E fra 30 til 60 GPa). Et slikt materiale oppviser dessuten den fordel at det motstår store krefter samtidig som det har lav densitet. Man oppnår således en fleksibel rørledning som ikke bare er lettere, men som også er stabil under påvirkning av det innvendige trykk. Den innvendig trykkopptagende armering kan også fremstilles av en aluminiumlegering, titan, eller et-hvert annet materiale med lav elastisitetsmodul.

Claims (4)

1. Fleksibel, armert rørledning omfattende en armering (2) beregnet på å oppta innvendig trykk og bestående av minst ett lag dannet av ringer, eller tråder, kabler eller profiler, og en strekkopptagende armering (3) innbefattende minst ett par kryssende lag av tråder, kabler eller profiler som er viklet i en vinkel i forhold til rørledningens akse, karakterisert ved at forholdet K-^/Kp mellom stivheten til den strekkopptagende armering (3) og stivheten til den innvendige trykkopptagende armering (2) tilfredsstiller betingelsene 0,75 < K-t/Kp (0,056 grader _<1>Q - 0,0008 grader "<2>ot<2> - 0,65) < 1,25 hvor a er viklingsvinkelen til nevnte par kryssende lag som danner den strekkopptagende armering og har en verdi på mellom 20° og 50° i forhold til rørledningens akse, idet stivheten (K) for hver armering er gitt ved produktet K = E.e, hvor E er elastisitetsmodulen til materialet i angjeldende armering og e er den totale effektive tykkelse av denne armering.

2. Fleksibel rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at stivhetsforholdet K-t/Kp og vinkelen a tilfredsstiller betingelsene 0,90 < Kt/Kp (0,056 grader ~la - 0,0008 grader "<2>Q2 - 0,65) < 1,10 hvor verdien av a, uttrykt i grader, er mellom 24 og 45.

3. Fleksibel rørledning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den innvendig trykkopptagende armering (2) utgjøres av et materiale hvs elastisitetsmodul (Ep) er mindre enn elastisitetsmodulen (E-t-) til materialet i den strekkopptagende armering (3).

4. Fleksibel rørledning ifølge krav 3, karakterisert ved at den trykkopptagende armering (2) utgjøres av en armert harpiks og den strekkopptagende armering (3) er av stål.