NO304390B1 - Fleksibel r°rledning som omfatter et sammenfalset armeringslag - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører hovedsakelig en fleksibel rørledning omfattende et sammenfalset armeringslag.

Mer spesielt vedrører oppfinnelsen fleksible rørledninger for transport av fluida under trykk, spesielt hydrokarbon-produkter som utvinnes fra undersjøiske brønner.

Coflexip, den ene av søkerne, produserer og markedsfører disse rørledninger i store lengder, hvilke oppviser høye mekaniske egenskaper, spesielt strekkfasthet, trykkfasthet og motstandsdyktighet mot det innvendige trykk av det transporterte fluid og mot torsjonspåkjenninger.

På den ene side er det kjent hvorledes man fremstiller fleksible rørledninger av en første type omfattende hovedsakelig et innvendig tetningsrør, en forsterkende armering som vanligvis består av to kryssende lag, hvert bestående av bånd som er anordnet skruelinjeformet rundt røret med samme viklingsvinkel, idet de to lags bånd er viklet med motsatte vinkler i forhold til røraksen og en utvendig kappe.

Fleksible rørledninger av denne type blir fremstilt med stålarmeringsbånd som oppviser et massivt tverrsnitt med enkel form, f.eks. rektangulært eller sirkulært.

Typisk blir båndene i de to armeringslag for strekkfasthet anbragt med en balansevinkel på 55° i forhold til rørled-ningsaksen. En slik fleksibel rørledning kalles "innvendig glatt". Ledninger kalt "innvendig ru" omfatter dessuten et sammenfalset bånd som er anordnet innvendig i røret og derved utgjør en tetningskappe.

Disse fleksible rørledninger har en forholdsvis lav pris, men medfører den ulempe at de bare kan motstå midlere trykk, vanligvis begrenset til 200 eller 250 bar. Begrensningen av trykkfastheten skyldes ikke bare trykk-påkjenningsverdiene for armeringsbåndene, men også risikoen for kryping av tetningskappen eller -røret gjennom uunn-gåelige klaringer i armeringslaget. I praksis vil det være vanskelig å fordele båndene som utgjør armeringslaget, eller de vil kunne forskyve seg ved virkningen av de deformasjoner den fleksible rørledning utsettes for og ved kumulativ virkning, idet den sideveis avstand som adskiller to tilgrensende bånd kan øke lokalt ut over den midlere størrelse av klaringen mellom båndene og således nå en forholdsvis høy verdi. Ikke desto mindre oppviser armeringsbåndene som er anordnet på denne måte tilfredsstillende stabilitet ved moderat hårde bruksforhold, når viklingsvinklene for de forskjellige armeringsbånd har en midlere verdi mellom ca. 15° og 70°, typisk ca. 55°, som gjør det mulig å fremstille fleksible rørledninger som kan motstå forholdsvis høye innvendige trykk.

På den annen side vil tetningskappen eller -røret, ved virkningen av et høyt trykk, f.eks. større enn 250 bar, risikere gradvis å trenge gjennom på dette sted, noe som kan bringe fluidtettheten av den fleksible rørledning i fare.

Det franske patent publisert under nr. FR-A-2 619 193 beskriver en fleksibel rørledning som omfatter to par armeringer som er viklet med to forskjellige vinkler, den ene større enn 55°, den andre mindre enn 55°. Virkningen av det innvendige trykk, avhengig av den valge geometri, bevirker en viss lengdereduksjon av den fleksible rørled-ning, eller en mangel på lengdevariasjon ved virkningen av trykket. En slik fleksibel rørlednings mekaniske struktur kan oppvise en meget høy motstand mot de krefter som utvikles ved det innvendige trykk, fordi den omfatter fire armeringsbånd istedenfor to, slik som de eksisterende fleksible rørledninger, men det tilladelige innvendige trykk forblir begrenset på grunn av faren for inntrengning

av plastkappen i klaringene mellom tilgrensende bånd.

På den annen side er det kjent fleksible rørledninger av en annen type, som er beregnet på å kunne motstå høye trykk over 200 bar, og som kan overskride 1 000 bar ved forholdsvis små diametre. Disse fleksible rørledninger omfatter også en trykkfast armering på utsiden av tetningskappen eller -røret, kalt hvelving, bestående av ett eller flere lag av bånd som er viklet spiralformet med en vinkel nær 90° i forhold til rørledningsaksen. Spiralviklings-vinkelen for hvelvingen er vanligvis større enn eller lik 85°, og overskrider alltid 80° i forhold til den fleksible rørlednings akse, hvilket gir hvelvingen maksimal motstandsdyktighet mot omkretskomponenten (periferispenningen) av de krefter som resulterer av det innvendige trykk, idet denne komponent vanligvis er dominerende i forhold til den aksiale belastning når det innvendige trykk er meget høyt. Den motstandsdyktige konstruksjon av den fleksible rørled-ning er på hvelvingens ytterside avsluttet med i det minste to armeringslag, kjent som strekkarmeringer bestående av bånd som oppviser et tverrsnitt med enkel form, f.eks. rektangulært eller sirkulært, idet viklingsvinkelen for de forskjellige lag har motsatte retninger og er mindre enn 55°, typisk av størrelsesordenen 30° - 45°. Disse strekk-armeringslag tilveiebringer hovedsakelig motstandsdyktighet mot strekk- og torsjonskrefter. Motstandsdyktigheten mot omkretskomponenten av kreftene fra det innvendige trykk tilveiebringes primært av hvelvingen og sekundært av strekkarmeringene. På den annen side yter hvelvingen, på grunn av den store spiralviklingsvinkel, en forholdsvis meget liten motstand mot strekk- og torsjonskrefter. På grunn av hvelvingens lave aksiale styrke, vil båndvinding-ene den utgjøres av kunne utsettes for betydelige forskyvninger langs den fleksible rørledning, noe som kan bevirke fullstendig ødeleggelse av konstruksjonen og skade på ledningen. For å begrense de aksiale forskyvninger av vindingene blir det benyttet såkalte sammenfalsede bånd, idet hver av de to sidekanter av et bånd er forsynt med et spor som begrenses av en ribbe. Således er det kjent forskjellige typer av sammenfalsede bånd, hvor hver av de to sideribber av et slikt bånd griper inn i sporet i en tilgrensende båndvinding. Dette inngrep skjer med en viss klaring i båndets bredderetning, idet denne klaring bestem-mer den fleksible rørlednings mulige lengdevariasjon langs sin lengdeakse, og klaringen bestemmes for hver enkelt produksjon som skal gjennomføres, slik at den fleksible ledning vil kunne bøyes med en krumningsradius lik den ønskede minimumsverdi.

Tilstedeværelsen av den spiralviklede og sammenfalsede hvelving gir den fleksible rørledning utmerket motstandsdyktighet mot høye trykk, spesielt innvendige trykk.

På den annen side øker tilstedeværelsen av et ytterligere lag omkostningene ved de materialer som benyttes for å fremstille den fleksible rørledning. Videre blir spiral-viklingen for hvelvingen med en vinkel nær 90° i forhold til den fleksible rørlednings akse utført med en klart lavere hastighet enn hastigheten ved legning av strekkarmeringer ved hjelp av armeringsviklemaskiner. Dette øker omkostningene og produksjonstiden for en fleksibel rørled-ning som kan motstå høye innvendige trykk.

For å oppnå en balansert fleksibel rørledning, dvs. en fleksibel rørledning som kan oppvise lengdevariasjoner og torsjonsvirkninger med en amplitude som er tilstrekkelig liten når den utsettes for høye innvendige trykk, er det nødvendig å benytte en flerhet av armeringslag, hvor i det minste det ene har vinklingsvinkel (i forhold til aksen) som er mindre enn eller tilnærmet lik 55°, og i det minste ett andre armeringslag med en viklingsvinkel som er større enn eller tilnærmet lik 55°.

Det skal bemerkes at armerings lagene må ha komplementære vinkler for å oppnå en balansert fleksibel rorledning. Denne lære om komplementære vinkler benyttes således på den ene side for enheten av armeringslag for de fleksible rørledninger av den første type uten trykkhvelving, f.eks. to kryssende lag som er viklet med 55° i motsatte retninger, og, på den annen side, for enheten av strekkarmerings-lag for de fleksible rørledninger av den andre type med trykkhvelving, f.eks. to armeringslag som krysser hverandre med en vinkel på 30°.

Derimot spiller trykkhvelvingen av den andre type omtrent ingen rolle i konstruksjonens balansering fordi dens spiralviklingsvinkel er meget stor. Følgelig blir fleksible rørledninger av denne type for tiden fremstilt med et enkelt lag av bånd som utgjør hvelvingen uten at hvelvingens skruelinjeformede vikling av båndene kompenseres med et andre lag av bånd som er viklet i motsatt retning med en spiralviklingsvinkel som er lik eller har en nærliggende verdi.

En fleksibel rørledning ifølge oppfinnelsen omfatter et første armeringslag som omgir den innvendige tetningskappe eller -rør og består av den skruelinjeformede vikling av en flerhet av sammenf alsede bånd som er viklet med en vinkel på mindre enn 80°, f.eks. nær 55°, slik at dette første sammenf alsede lag, i kombinasjon med det eller de andre armeringslag, bidrar til den fleksible rørlednings motstandsdyktighet mot de aksiale krefter, torsjonskreftene og omkretskomponenten av de krefter som resulterer av det innvendige trykk. Det andre armeringslag og eventuelt andre lag som er viklet med f.eks. en vinkel på 55°, er fremstilt av bånd med enkelt tverrsnitt som ikke kan sammenfalses, f.eks. rektangulært, firkantet, sirkulært eller elliptisk tverrsnitt. Viklingsvinklene for hhv. det første sammenfalsede lag og, avhengig av forholdene, det andre lag eller andre armeringslag har komplementære verdier, slik at enheten bestående av det første sammenfal sede lag og det eller de andre armeringslag utgjør en balansert motstandsdyktig konstruksjon.

Bruken av sammenfalsede bånd for å danne det første armeringslag gjør det mulig å sikre at klaringen mellom to tilgrensende bånd begrenses til en fast, lav verdi. Følgelig vil det første sammenfalsede lag utgjøre en støtteflate for den indre tetningskappe eller -rør, hvilken støtteflate oppviser små avbrudd, og den fleksible rørled-ning kan utføres slik at den motstår ekstremt høye innvendige trykk, som kan være høyere enn 250 bar. Fra dette synspunkt spiller det første sammenfalsede armeringslag samme rolle som den sammenfalsede trykkhvelving ved kjente fleksible rørledninger (den andre type beskrevet ovenfor), idet det tilveiebringer en del av motstandsdyktigheten mot strekk- og torsjonskreftene. Sammenlignet med de kjente fleksible rørledninger av den første type med sammenfalset trykkhvelving, oppviser den fleksible rørledning ifølge oppfinnelsen den fordel at den er billigere å produsere fordi den ikke, i tillegg til det balanserte sett av strekk- og torsjonsfaste armeringslag, omfatter det innvendige lag av bånd som er spiralformet viklet med en stor vinkel på fra 80° til nær 90°. Spesielt vil den kunne fremstilles økonomisk med samme antall lag som kjente fleksible rørledninger av den første type uten trykkhvelving, samtidig som den vil kunne motstå høyere innvendige trykk.

Anvendelsen av ikke sammenf alsede bånd for det andre armeringslag gjør det mulig å benytte ikke sammenfalsbare bånd og disse er enklere å benytte. Skjønt settet av armeringslag som utgjør den balanserte konstruksjon som motstår det innvendige trykk og strekk- og torsjonskreftene er fremstilt heterogent, med et første lag med sammenfalsede bånd mens de andre armeringsbånd ikke er sammenfalset, er det funnet at en fleksibel rørledning ifølge oppfinnelsen i bruk viser en tilfredsstillende oppførsel.

Det arbeide som søkerne har nedlagt har spesielt gjort det mulig å fastslå at de forhold båndene i det første lag deformeres og forskyves under ved virkningen av de påkjenninger den fleksible rørledning utsettes for, bl.a. ved bøyning, påvirkes av båndenes sammenfalsing som begrenser deres respektive bevegelser sideveis.

Båndene i det første lag oppfører seg således anderledes enn båndene i de andre lag, selv om sistnevnte reagerer på samme måte som vanlige armeringsbånd ved kjente fleksible rørledninger, slik det er observert og kjent. Til tross for disse spesielle egenskaper hos det første sammenfalsede lag, og skjønt de impliserte fenomener er kompliserte, og skjønt det ennå ikke har vært mulig å utarbeide en komplett teori og beregningsmetoder som kan sammenlignes med dem som er utviklet for tilfellet av kjente ikke-sammenfalsede armeringer, er det ikke desto mindre funnet at oppførselen av armeringslagene ifølge oppfinnelsen er fullt ut tilfredsstillende, spesielt for fremstilling av fleksible høytrykks-rørledninger som benyttes ved undersjøiske olj eproduksjonsinstallasj oner.

Oppfinnelsen gjør det mulig å øke trykkfastheten av fleksible rørledninger av enkel konstruksjon som er forsynt med to kryssende armeringslag. Den gjør det også mulig å forenkle konstruksjonen av fleksible rørledninger ved å muliggjøre motstandsdyktighet mot høye trykk.

Fra FR-A-2182372, er det kjent hvorledes fleksible rørled-ninger omfattende to kryssende armeringslag kan gjøres strekkfaste. Ved et første utførelseseksempel ifølge dette dokument er begge de to kryssende lag fremstilt av et sammenfalsbart S- eller Z-formet bånd. Ifølge en andre utførelsesvariant ifølge dette patent, er de to lag ikke sammenfalset. Dette dokument, som hovedsakelig vedrører en anordning og en viklemetode hvor det benyttes en spesiell fremgangsmåte for å forhåndstilforme båndet, omtaler ikke anvendelsen av det første sammenfalsede armeringslag for samtidig å motstå periferivirkningen av midlere eller høye trykk og de aksiale strekkrefter i kombinasjon med i det minste ett andre armeringslag som oppviser en komplementær viklingsvinkel for å oppnå en balansert konstruksjon.

Formålet med oppfinnelsen er på den annen side å tilveie-bringe en fleksibel rørledning omfattende et første armeringslag, som sammen med i det minste ett andre lag av armeringsbånd er beregnet på både å være motstandsdyktig mot omkretspåvirkningene av det innvendige trykk og mot strekkpåkjenninger. Dette oppnås ved de trekk som er angitt i krav 1.

Det kan benyttes forskjellige kjente typer bånd med sammenfalset form for det første sammenfalsede lag.

Ved en første utførelsesvariant av fleksible rørledninger ifølge oppfinnelsen består det første sammenfalsede lag av en flerhet av bånd som danner to komplementære sett. Båndene i det første sett er komplementære med båndene i det andre sett, slik at man kan sammenfalse bånd tilhørende det første sett med bånd tilhørende det andre sett. De to sidekanter av hvert bånd oppviser hver et spor som begrenses av en ribbe som danner et sideveis fremspring, idet båndets to spor er orientert i samme retning.

Ribbene og sporene av det første setts bånd vender mot sporene og ribbene av båndene av det andre sett, slik at sammenfalsing av laget gjennomføres ved at ribbene av båndene i hvert sett innpasses i sporene i det andre sett. Båndenes tverrsnitt kan spesielt oppvise T- eller U-form. Eksempler på slike sett av bånd er vist på fig. 5, 6 og 7. Hensiktsmessig er de sammenf alsbare bånd med komplementær form symmetriske i forhold til sitt midtplan, noe som gjør det mulig å oppnå utmerkede resultater uten å måtte gjen-nomføre en bøyning på kanten av båndene.

Ved en andre utførelsesvariant består det første sammenfalsede lag av ett enkelt sett omfattende en flerhet av bånd som alle oppviser samme sammenfalsbare tverrsnitt. På en måte som er kjent innen faget, kan et slikt lag av sammenfalsede bånd fremstilles av S- eller Z-formede bånd, hvor de to sideribber av samme bånd er orientert i motsatte retninger, slik at hvert spor i ett bånd befinner seg i det mot disse vendende spor i det tilgrensende bånd.

Vanligvis blir innpasningen av hver av de to sideribber av ett bånd i sporet som vender mot av det tilgrensende bånd, gjennomført med sideveis klaring. Sammenlignet med spiral-båndlag, viklet med en vinkel som er større enn 80°, som danner de sammenfalsede trykkhvelvinger, kan den sideveis klaring mellom to tilgrensende bånd av det første sammenfalsede lag ha en verdi av samme størrelsesorden, eller hensitsmessig lavere, hvilket virker gunstig når det gjelder faren for gjennomtrengning av tetningskappen eller -røret i mellomrommet mellom to tilgrensende bånd, idet bredden av disse mellomrom begrenses ved den sideveis klaring mellom båndene.

Ved en første hensiktsmessig utførelse omfatter den fleksible rørlednings balanserte forsterkningsarmering, som er anordnet rundt den innvendige tetningskappe, et enkelt andre armeringslag på yttersiden av det første sammenfalsede armeringslag, idet dette andre lag er fremstilt av ikke sammenf alsbare bånd som er viklet med en viklingsvinkel som er komplementær med det første sammenf alsede lags og i motsatt retning.

Hensiktsmessig kan de to lags viklingsvinkler være lik eller ligge nær balansevinkelen på 55°, idet deres verdier fortrinnsvis bør ligge mellom 53%° og 57V£°, og hensiktsmessig mellom 54%° og 56^2°.

Alternativt kan den ene av viklingsvinklene Ax og A2av det første sammenfalsede lag og av det andre ikke sammenfalsede lag være større enn og den andre mindre enn 55°, fortrinnsvis er størrelsen av Ax og A2slik at tg (Ax) • tg (Aj) ligger mellom 1,8 og 2,3, hensiktsmessig mellom 1,9 og 2,2, for å lette oppnåelsen av en balansert armeringskonstruk-sjon. Som en funksjon av det utstyr som benyttes for å fremstille den fleksible rørledning, og, på den annen side, driftsforholdene, kan vinklene Ax og A2oppvise differanser av større eller mindre betydning i forhold til 55°, bare de ligger under 80°.

Ved en andre hensiktsmessig utførelse består forsterknings-armeringen som er anbragt rundt den indre tetningskappe eller -rør av to par armeringer. Det første, innvendige par består av det første sammenfalsede armeringslag som er lagt på den indre kappe eller rør med en viklingsvinkel A, og det andre ikke sammenf alsede lag som er viklet i motsatt retning med samme vinkel A. De to ikke sammenfalsede lag som utgjør det andre utvendige armeringspar er lagt med en vinkel B i motsatte retninger i forhold til hverandre. Én av de to vinkler, f.eks. A, er mindre enn 55°, den andre vinkel, f.eks. B, er større enn 55°.

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved hjelp av den nedenståen-de beskrivelse under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser snitt av et første utførelseseksempel på fleksible rørledninger ifølge oppfinnelsen;

fig. 2 viser snitt av et andre utførelseseksempel på fleksible rørledninger ifølge oppfinnelsen;

fig. 3 viser snitt av et tredje utførelseseksempel på en fleksibel rørledning ifølge oppfinnelsen;

fig. 4 viser tverrsnitt av båndene som kan være sammenfalset med seg selv og kan benyttes for fremstillig av det

første armeringslag for de fleksible rørledninger ifølge opp f inne1sen;

fig. 5, 6 og 7 viser tverrsnitt av båndene som kan sammen - falses med andre bånd med komplementær form, som kan benyttes for fremstilling av armeringslag for de fleksible rørledninger ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 - 7 er samme henvisningstall benyttet for de samme deler.

På fig. 1 er vist et første utf ørelseseksempel på en fleksibel rørledning 1 med akse 2 ifølge oppfinnelsen.

Den fleksible rørledning 1 omfatter en tetningskappe eller

-rør 3 som er fremstilt f.eks. ved sprøytestøpning, f.eks. av polyamid 11 eller 12, eller av polyetylen, eller av et fluorholdig plastmateriale. Ved den fordelaktige utførel-sesvariant omfatter tetningskappen 3 et sammenfalset bånd 7 på sin innside, og den fleksible rørledning er av den

innvendig ru type. Dette bånd forbedrer spesielt trykkfastheten.

Den fleksible rørledning 1 omfatter et armeringslag 4 som grenser til tetningskappen eller -røret 3. Armeringslaget 4 er f.eks. vinklet med en viklingsvinkel på 55° i forhold til den fleksible rørlednings 1 akse. Laget 4 er fremstilt av sammenf alsbare bånd som gjør det mulig å begrense klaringene mellom suksessive spiralvindinger. F.eks. benyttes det U-formde bånd, som vist på fig. 7, eller S-eller Z-formde bånd, som beskrevet i FR-2 561 745, vist på fig. 4. Hensiktsmessig kan det benyttes et T-formet bånd som beskrevet i søkernes patentsøknad PCT WO 91/00467 med prioritet fra FR 89 08854.

Armeringslaget 4 omgis av et armeringslag 5 fremstilt av ikke sammenfalsbare bånd dannet av spiraler viklet i retning motsatt vinkelen som er dannet av båndspiralene av laget 4. Laget 5 omgis av en utvendig kappe, som f.eks. er fremstilt av en plast, så som f. eks. polyetylen eller polyamid 11.

Den maksimale bredde av klaringene 13 mellom lagets 4 bånd 10 er begrenset takket være sammenfalsingen. Således blir mulighetene for at tetningskappen eller -røret 3 kryper inn i klaringene 13 mellom lagets 4 bånd begrenset. Disse krypeproblemer er forklart f.eks. i FR 85 17497, publisert under FR-A-2 590 646. Den maksimale bredde av klaringen 13 styres ved breddedimensjonene som seksjonene av respektive tilgrensende bånd oppviser, og spesielt ved breddene av sidepartiene som danner spor og ribber. I tilfellet av eksemplene vist på fig. 4 og 5, er således den maksimale verdi av klaringen 13, eller den sideveis klaring mellom båndene, lik forskjellen (b - a) mellom bredden b av sporet og bredden a av ribben. Ved å betrakte et tilfelle hvor den fleksible rørledning befinner seg i lineær tilstand, hvor dens lengdeakse danner en rett linje, vil det ses at den aksiale lengde av den fleksible rørledning kan variere mellom et minimum og et maksimum svarende til minimums- og maksimumsverdiene av avstanden mellom aksen 1, parallell med den fleksible rørlednings akse, mellom tilgrensende vindinger. Det er således mulig å karakterisere den sideveis klaring ved forholdet 1 maxi - 1 mini, hvor 1 maxi

1 maxi

er den maksimale verdi av 1 og 1 mini er den minste verdi av 1. I tilfellet av trykkhvelvinger av kjent type, dannet av spiralviklinger av et sammenfalset bånd med stor vinkel, større enn 80°, er nevnte forhold, som er lik krumningen D/2Rav den fleksible rørledning, hvor D er den midlere diameter av hvelvingen og R er den fleksible rørlednings krumningsradius, regnet fra halve tykkelsen av hvelvingen, vanligvis lik størrelsesordenen 15-20%. I tilfellet av de første sammenfalsede armeringslag ifølge oppfinnelsen, kan dette forhold ha samme verdi, men kan hensiktsmessig være mindre, i størrelsesordenen 10%.

Tetningskappen eller -røret 3 ligger under armeringsbånd-laget 4 i den utstrekning at intet armeringslag ligger mellom laget 4 og tetningskappen eller røret 3. Imidlertid kan det foreligge et mellomliggende lag mellom laget 4 og kappen eller røret 3, så som f.eks. en plaststrimmel eller et lag av stoff.

Armeringslaget 5 består av bånd 10A som oppviser klaringer 14. Når det ikke foreligger sammenf alsing, er det ikke mulig å garantere en bredde av armeringslagets 5 klaringer 14 som er like regelmessige som klaringene 13 av det underliggende armeringslag 4. Dette er vist ved klaringen 14' som akkumulerer klaringen mellom armeringsbåndene 10A og laget 5. Denne klaring, som ikke er vist i målestokk, ville, hvis den kom i direkte kontakt med tetningskappen eller -røret 3, ved høye trykk kunne bevirke en kryping av materialet som danner tetningskappen eller -røret 3.

Tetningskappen eller -røret 3 hviler på armeringslaget 4. Armeringslaget omfatter en flerhet av bånd 10. Sammenfalsingen av de benyttede bånd 10 gjør det mulig å begrense den maksimale størrelse av klaringene 13 mellom båndene 10 for å hindre at materialet i tetningskappen eller -røret 3 kommer inn i klaringene under virkningen av de påkjenninger som utøves av det innvendige trykk, inkludert trykk som er høyere enn 200 bar, vanligvis av størrelsesordenen 350 bar, og som kan komme opp i eller overskride 7 00 bar. Den fullstendige armering, bestående av lagene 4 og 5 muliggjør at den fleksible rørledning kan motstå betydelige strekkrefter, som kan nå flere hundrede tonn, dvs. flere milli-oner Newton, og å motstå torsjonsmomentene. Fordi lagene 4 og 5 er viklet i motsatte retninger med komplementære vinkler, oppfører selve armeringen som således er dannet seg som en balansert konstruksjon på den måte at f.eks. rørets variasjoner i aksial lengde og torsjonsvirkningene blir begrenset til forholdsvis meget lave verdier når den fleksible rørledning utsettes for høye innvendige trykk. Fordi armeringslaget 4 tilveiebringer understøttelse for tetningskappen eller -røret 3, blir det mulig å tillate klaringer 14 av større størrelse i laget 5. Spesielt blir det mulig å tillate klaringer 14' av større størrelse fordelt langs kanten på overflaten av laget 5.

Armeringsbåndet er f.eks. fremstilt av metall, f.eks. av stål, spesielt karbonstål eller rustfritt stål eller av aluminim eller aluminiumlegering. Ved en utførelsesvariant er båndene som utgjør lagene 4 og/eller 5 fremstilt av komposittmateriale som inneholder fibre, så som f.eks. glassfibre eller karbonfibre innesluttet i en herdbar eller termoplastisk grunnmasse.

Vinkelen Al som dannes av båndene i laget 4 og vinkelen A2som dannes av båndene i laget 5 kan være like i forhold til aksen 2, eller tilnærmet like, som vist på fig. 1. I dette tilfelle er verdien av vinklene Ax og A2typisk ca. 55°. Generelt er det for å fremstille en balansert konstruksjon fordelaktig å bestemme vinklene Ax og A2slik at produktet tg (Ax) . tg (A2) er tilnærmet lik 2. Vinkler som er litt forskjellige fra 55° gjør det f. eks. mulig å benytte bånd med standard dimensjoner, under hensyntagen til kravet om å ha et fullstendig antall bånd (eventuelt et like antall i tilfellet av bånd som vist på fig. 5, 6 og 7) som er jevnt fordelt over den fleksible rørledning med liten sideveis klaring mellom båndene, under hensyntagen til den forutbestemte verdi av båndenes viklingsradius. F.eks. blir det benyttet vinkler mellom 53%° og 5iy2°, fortrinnsvis mellom 54%° og 56%°.

Videre er det i tilfellet av visse spesielle anvendelser mulig å vikle lag 4 og lag 5 i motsatte retninger med samme vinkel, mindre enn 55°, eller med samme vinkel, større enn 55°, idet forskjellen i forhold til 55° kan være 2°, eller eventuelt 3°, uten å overskride oppfinnelsens ramme.

Som et eksempel er hovedtrekkene ved en fleksibel rørled-ning ifølge oppfinnelsen, som er av den innvendig ru type angitt nedenfor:

- innvendig diameter 101,6 mm

- innvendig kappe av sammenfalset rustfritt stålbånd av typen A 151 3 04, tykkelse 4 mm

- innvendig tetningskappe av polyamid 11, tykkelse 5 mm

- første armeringslag, tykkelse 5,5 mm

- andre armeringslag, tykkelse 5 mm

- bånd, tykkelse 0,5 mm

- utvendig kappe av polyamid 11, tykkelse 5 mm

- utvendig diameter 151,6 mm

I tilfelle den definerte fleksible rørledningskonstruksjon skal kunne benyttes for et råstoff inneholdende H2S, noe som nødvendiggjør begrensning av de maksimale spenninger i stålet til et forholdsvis lavt nivå, er det maksimale arbeidstrykk 534 bar.

Det første lag er fremstilt av T-formede bånd med en bredde på 13,9 mm og en tykkelse på 5,5 mm, og viklet med en vinkel på 55°. Det andre lag er fremstilt av flate bånd med et tverrsnitt på 12 mm • 5 mm, og viklet i motsatte retninger med en vinkel på 57°. Båndene i de to lag er fremstilt av karbonstål med en bruddgrense på i det minste 850 MPa.

Takket være sammenfalsingen av båndene som danner det første armeringslag, er det maksimale driftstrykk nå bare begrenset ved den mekaniske styrke av de samlede armeringer, og ikke ved risikoen for at den indre tetningskappe skal trenge inn mellom båndene av det første lag. Således vil det kunne fremstilles fleksible rørledninger for innvendige trykk som kan nå 700 bar, eller til og med 1 000 bar, ved å benytte metallmaterialer med høyere fasthet, ved å øke båndenes tykkelse, eller ved å øke antallet av

armeringslag.

Fig. 2 viser et utf ørelseseksempel hvor vinklene Ax og A2er forskjellige. Det er også mulig å fremstille det første sammenfalsede lag med en vinkel på f.eks. 75° og det andre lag med en vinkel på 28° i motsatt retning.

På fig. 3 er det vist en fleksibel rørledning 1 som omfatter to par 4, 5 og 8, 9 av kryssende armeringslag. Det første armeringspar oppviser en vinkel A i forhold til den fleksible rørlednings 1 akse 2. Det andre par 8, 9 oppviser en vinkel B i forhold til den fleksible rørlednings 1 akse 2. Én av vinklene, f.eks. A, er mindre enn 55°. Den andre vinkel, f.eks. B, er større enn 55°. Valget av vinkler, så som det valg som er foretatt i FR patent 87 10997, publisert under nr. 2 619 193 som er omtalt ovenfor, gjør det mulig å oppnå balanseringen av den fleksible rørledning 1 under styring av dens eventuelle forlengelse ved virkningen av det innvendige trykk. Den fleksible rørledning vist på fig. 3 er av den innvendig ru type som omfatter et sammenfalset bånd 7 innenfor tetningskappen 3. Selvsagt vil en fleksibel rørledning av den innvendig glatte type, som ikke omfatter noe sammenfalset bånd på innsiden av tetningskappen 3, ikke falle utenfor oppfinnelsens ramme.

Ved en fleksibel rørledning 1 ifølge oppfinnelsen er i det minste armeringslaget 4 som grenser til tetningsrøret eller -kappen 3 fremstilt av et sammenfalset bånd. Således oppnås utmerket motstandsdyktighet mot høye innvendige trykk mens man ifølge eksempelet vist på fig. 3 unngår en uønsket forlengelse av den fleksible rørledning 1 ved virkningen av det innvendige trykk.

I tillegg gjør det faktum at det benyttes fire armeringslag, som vist på fig. 3, det mulig å øke rørledningens mekaniske motstandsdyktighet mot innvendige trykk betyde- lig, hvilket blir stadig mer fodelaktig jo større rørled-ningens innvendige diameter er.

Det S- eller Z-formede bånd på fig. 4 er ikke symmetrisk om sitt midtplan 15. Som forklart i fransk patent nr. 7 215 195, publisert under nr. FR-A-2 182 372, er det således fordelaktig å forhåndstilforme et bånd som ikke er symmetrisk om sitt midtplan 15 ved kantbøyning, kalt sverdbladbøyning, i et plan som inneholder båndets 10 akse og som er perpendikulært på midtplanet 15. Videre gjennom-føres en forhånds til formning ved å vri båndet om dets hovedakse for å danne en spiral.

På fig. 5, 6 og 7 vil det ses tre eksempler på armerings-båndlag 4 som er dannet av to sett av bånd med komplementær form, idet hvert bånd tilhører et første sett som samvirker med to bånd av det andre sett som omgir det for å skape sammenfalsningsvirkningen. I dette tilfelle er det mulig og fordelaktig å fremstille bånd med symmetrisk form i forhold til et midtplan 15. I dette tilfelle er det ikke lenger nødvendig å gjennomføres forhåndstilformning ved kantbøyning, noe som forenkler produksjonsprosessen. I dette tilfelle er det tilstrekkelig å gjennomføre en forhåndstilformning ved å vri båndet om dets hovedakse for å danne en spiral.

På fig. 4 er et utf ørelseseksempel på et armeringslag 4 vist i snitt. Eksempelet på utførelsen av laget 4 vist på fig. 4 omfatter spiralviklinger av S- eller Z-formede bånd 10 som kan sammenf alses. Hvert bånd 10, som ved begge sine ender er beregnet på å sammenfalses med de tilgrensende bånd, omfatter et spor 12 som danner en kanal med bredde b fulgt av en utbulning eller et fremspring 11 som danner en ribbe med bredde a. Under viklingen av armeringslaget 4 sikres det at fremspringene 11 går inn i sporene 12 i de tilgrensende bånd.

Når den fleksible rørledning først er fremstilt, vil fremspringene 11 oppføre seg som stoppere som begrenser båndenes relative bevegelse når tilgrensende bånd 10 søker å skilles ad, f.eks. på grunn av bøyningen av den fleksible rørledning eller ved virkningen av aksial strekkpå-kjenning. Således har man klart å begrense klaringen 13 mellom tilgrensende bånd 10 hvis maksimale bredde er kjent. Dette er av spesiell betydning ved understøttelsespunktet for ytterflaten av tetningskappen eller -røret, ikke vist på fig. 4. Faktisk gjør denne begrensning av størrelsen av klaringene 13 mellom armeringslagets 4 bånd 10 det mulig å forhindre deformasjoner og kryping av kappen eller røret. På alle punkter av den tilnærmet sylindriske overflate som utgjøres av armeringslaget 4, finner tetningskappen eller

-røret en støtteflate som gjør det mulig å absorbere det innvendige trykk. På fig. 5 er vist et andre eksempel på utførelsen av det sammenf alsede armeringslag 4. I eksempelet på fig. 5 er det benyttet T-formede bånd 10 som kan sammenfalses. Hver arm av T-en omfatter et spor 12 med bredde b fulgt av et fremspring 11 med bredde a. I eksempelet på fig. 5 ligger tilgrensende bånd omvendt slik at fremspringene 11 av foregående bånd går inn i sporet i det påfølgende bånd. På denne måte begrenses den maksimale størrelse av klaringene 13 mellom armeringslagets 4 tilgrensende bånd. Armeringslaget 4 omfatter således et første sett av T-formede bånd 10 som er plassert slik at foten av T-en er orientert i retning av rørledningsaksen, og et andre sett av T-formede bånd 10 som er plassert slik at foten av T-en er orientert utad i forhold til rørledningsaksen. Fortrinnsvis oppviser alle bånd 10 av det første sett samme tverrsnitt, og alle bånd 10 av det andre sett oppviser også samme tverrsnitt, idet tverrsnittene av båndene som danner hvert av de to sett kan være hhv. forskjellige eller identiske, som vist på fig. 5.

På fig. 6 er vist et tredje eksempel på utførelsen av armeringslaget 4 av den fleksible rørledning ifølge oppfinnelsen. I eksempelet på fig. 6 er to T-formede bånd 10, lik båndene 10 på fig. 5, forbundet ved hjelp av et U-formet bånd 10', på samme måte som to U-formede bånd 10' er forbundet ved hjelp av et T-formet bånd 10. De U-formede bånd 10' omfatter to fremspring 11' som griper inn med sporene 12 i de T-formede bånd 10 og et spor 12' som gjør det mulig å oppta to fremspring 11 av båndene 10. I eksempelet på fig. 6 befinner båndene 10' seg på innsiden av den fleksible rørledning.

Anvendelsen av T-formede bånd 10 har vist seg spesielt hensiktsmessig for fremstillingen av armeringslaget 4.

På fig. 7 er vist et ytterligere utf ørelseseksempel på armeringslaget 4 som består av en flerhet av bånd 10 med komplementær form. I eksempelet på fig. 7, hvor to sett av U-formede bånd 10 som er montert med den fremre mot den bakre ende, dvs. fremspringene 11 av to tilstøtende bånd 10 av et første sett 10 trenger inn i et spor i et bånd 10 tilhørende et andre sett av bånd 10.

Nedenfor vil det bli beskrevet en hensiktsmessig fremgangsmåte for fremstilling av fleksible rørledninger i henhold til oppfinnelsen.

For en fleksibel rørledning av den innvendig ru type begynner man med å fremstille en innvendig kappe av sammenfalset bånd.

Tetningskappen 3 blir sprøytestøpt rundt det sammenfalsede bånd.

For fremstilling av fleksible rørledninger av den innvendig glatte type blir trinnet for fremstilling av det sammenfalsede bånd utelatt.

Det bør bemerkes at tilstedeværelsen av et slikt sammenfalset bånd er fordelaktig hver gang det er av betydning at den fleksible rørledning skal være trykkfast, eller at den er beregnet for transport av tofaset råolje.

Viklingen av sammenfalsbare bånd 10 tilhørende laget 4 gjennomføres. Under viklingen blir den effektive sammen - falsing av båndene med hverandre sikret.

Viklingen av ikke sammenfalsede bånd tilhørende laget 5 gjennomføres. I tilfellet av fleksible rørledninger 1 som omfatter flere enn to armeringslag, som f.eks. rørledninger med tre lag, ikke vist, rørledninger med fire lag som vist på fig. 3, eller som omfatter et høyere antall lag, ikke vist, fortsetter viklingen av lag. Etter viklingen av det siste lag blir det hensiktsmessig sprøytestøpt en utvendig kappe.

Det er mulig å innføre forskjellige lag, så som beskyttel-seskapper eller -viklinger, eller eventuelt lag av termiske isolasjoner mellom armerings lagene eller mellom den innvendige tetningskappe og det innerste armeringslag, eller også mellom det ytre armeringslag og den utvendige kappe, uten å overskride oppfinnelsens ramme.

Selvsagt faller samtidig kontinuerlig gjennomførelse av i det minste to fortløpende trinn ved fremstilling av den fleksible rørledning ikke utenfor oppfinnelsens ramme. Det er således mulig samtidig å gjennomføre to eller flere trinn med lineær forskyvning langs den fleksible rørled-ning, som gjennomføres ved å bevirke at rørledningen føres frem kontinuerlig gjennom flere maskiner som benyttes for å gjennomføre de forskjellige suksessive produksjonstrinn. I det eksempel som vanligvis brukes av søkerne, blir det benyttet en armeringsviklemaskin med to viklebur, noe som gjør det mulig samtidig å utføre: -- viklingen av et første sammenfalset armeringslag 4, og -- viklingen av et andre ikke sammenfalset armeringslag 5; og eventuelt legning av et andre ikke sammenfalset mellomliggende lag, f.eks. ved båndvikling, og på samme måte.

Som et resultat av karakteristikkene av de forskjellige lag som utgjør den fleksible rørlednings armering, er det mulig å benytte andre produksjonsmetoder. Således, i tilfellet av f.eks. en fleksibel rørledning av den type som er vist på fig. 2, hvis armering består av et første sammenfalset lag som er viklet med stor vinkel, som f.eks. kan overskride 70°, men er mindre enn 80°, og av et andre ikke sammenfalset lag som er viklet med en forholdsvis liten vinkel, f. eks. mellom 15° og 35°, er det for å fremstille det første sammenfalsede lag mulig å ikke benytte en armeringsviklemaskin, men en maskin så som en spiralviklemaskin av en av de typer som benyttes for å fremstille trykkhvelvinger med en meget stor spiralviklingsvinkel på f.eks. 85°. Således kan den fleksible rørledning, som ved eksempel er beskrevet ovenfor, og som omfatter et første sammenfalset lag som er viklet med en vinkel på 75° og et andre ikke sammenfalset lag som er viklet med en vinkel på 28°, fremstilles økonomisk ved å gjennomføre plasseringen av armeringene i to suksessive trinn: -- første trinn bestående i å plassere det sammenfalsede armeringslag med en spiralviklemaskin. Det er mulig å benytte alle sammenfalsbare bånd, f.eks. Z-, T- eller U-formede.

andre trinn bestående i å plassere det andre ikke sammenfalsede armeringslag med en armeringsviklemaskin med ett eneste bur.

Claims (7)

1. Fleksibel rørledning som fra innsiden til utsiden består av en rørformet tetningskappe, og en armering bestående av en flerhet av kryssede armeringslag som hvert består av en flerhet bånd som er viklet med en vinkel mindre enn 80° i forhold til den fleksible rørlednings akse, idet viklingsvinklene av båndene av nevnte armeringslag bestemmes for å oppnå en balansert fleksibel rørled-ning, idet det første armeringslag (4) mot hvilket den rørformede kappe (3) ligger an, utgjøres av en flerhet av sammenfalsede bånd (10), karakterisert vedat det andre armeringslaget eller -lagene (5, 8, 9) anbragt på utsiden av nevnte første armeringslag (4) består av bånd (10a) som ikke er sammenfalsbare.

2. Fleksibel rørledning ifølge krav 1,karakterisert vedat det første armeringslag (4) består av en flerhet av S- eller Z-formede sammenfalsbare bånd (10).

3. Fleksibel rørledning ifølge krav 1,karakterisert vedat det første armeringslag (4) omfatter en flerhet av T-formede sammenf alsbare bånd (10) .

4. Fleksibel rørledning ifølge krav 1,karakterisert vedat det første armeringslag (4) omfatter en flerhet av U-formede sammenf alsbare bånd (10, 10').

5. Fleksibel rørledning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter to armeringslag (4, 5) og at de sammenf alsede bånd av det første armeringslag (4) er viklet med en vinkel Al i forhold til den fleksible rørlednings (1) akse (2) , og de ikke-sammenfalsbare bånd av det andre armeringslag (5) anbragt utenfor nevnte første armeringslag er viklet med en vinkel A2i forhold til den fleksible rørlednings akse (2), hvor 1,9 < tg (Ax) • tg (A2) < 2,2.

6. Fleksibel rørledning ifølge krav 5,karakterisert vedat vinklene Ax og (A2er hovedsakelig like.

7. Fleksibel rørledning ifølge ethvert av kravene 1-4,karakterisert vedat den omfatter fire armeringslag (4, 5, 8, 9), idet de to første lag (4, 5) som er viklet i motsatte retninger oppviser den samme første viklingsvinkel (A) i absolutt verdi, og det tredje og fjerde lag (8, 9) som er viklet i motsatte retninger, oppviser den samme andre viklingsvinkel (B) i absolutt verdi.