轴向加强软管的制作方法

专利名称：轴向加强软管的制作方法
技术领域：
本发明涉及软管，并且更特别是涉及具有提高轴向强度的软管。本发 明特别涉及可以用于低温条件下的软管。
背景技术：
软管的典型应用包括在压力下从流体储罐中抽吸流体。实例包括向锅 炉供给民用供暖油或者LPG;从固定或浮式采油平台向轮船的货舱或者从轮 船货舱向岸基储存单元输送所生产的油田液体和/或气体；向赛车传送燃 料，特别是在l级方程式赛车的补给燃料期间；和传送腐蚀性流体，例如硫酸。
众所周知在低温下使用软管来输送流体(例如，液化气)。所述软管通
常用来输送如液化天然气(LNG)和液化丙烷气(LPG)的液化气。
为了使所述软管具有足够的柔韧性，必须使任何给定长度至少部分地 由柔性材料(即，非刚性材料)构成。
所述软管的结构通常包括布置在内部和外部螺旋形缠绕的保持金属线 之间的柔性材料的管状本体。两条金属线通常是按相同的螺距缠绕的，但 彼此间具有半个螺距宽度的缠绕线圈移位。管状本体一般包括具有中间密 封层的内层和外层。内层和外层提供了在其中运送流体的具有强度的结构。 通常，管状本体的内层和外层包括由聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯) 形成的织物层。中间密封层提供了密封以防止流体渗透过软管，并且一般 为聚合物的薄膜。
一般在围绕管状本体内、外表面的张力下应用保持金属线。保持金属 线主要起保持管状本体几何结构的作用。此外，外部金属线可以起阻止软 管在高压下过度环向变形的作用。内部和外部金属线还可以起抵抗软管被 压碎的作用。在欧洲专利公开号0076540A1中描述了该一般类型的软管。在该说明书 中所描述的软管包括双轴地定向的聚丙烯的中间层，据说其提高了软管抵 抗因重复弯曲所引起的疲劳的能力。
GB-2223817A中描述了另一种软管。在该公开文本中描述的软管是一种 复合软管，其包括内部螺旋状的金属芯部、缠绕在该芯部上的多层塑料材 料的纤维和薄膜、相互邻近布置并且缠绕在塑料材料上的至少一层玻璃布 与至少一层铝箔和外部螺旋状的金属成形件。据说该软管适合于输送可燃 的燃料和油类。在我们的W001/96772、 WO 2004/044472和W0 2004/079248 中描述了对复合软管的各种改进，以引用的方式加入其内容。
US3856052中公开了另一种软管的结构。

发明内容
概括地说，提供了一种用于软管的轴向加强装置，由此软管可以经受 住比先前可能经受住的更大的轴向拉力，而不损害软管的其他性能。
根据本发明的第一方面，提供了一种软管，其包括在内部和外部夹紧 元件之间布置的柔性材料的管状本体，其中所述软管还包括适合于当管状 本体受轴向拉力时减小管状本体变形的轴向加强装置，其中所述轴向加强 装置包括沿软管的长度延伸的多个轴向加强条。
借助于该布置，轴向加强装置提高了软管克服轴向应力的能力。此外， 管状本体和轴向加强装置的材料有利地是兼容的，以便当操作时它们各按 类似方式执行，以便单个部件不会承受过量的压力和张力。这意味着管状 本体和轴向加强装置的材料按类似方式来响应张力。
轴向加强条尤其对软管应用中的软管有用，其中软管被悬吊在两点之 间并且软管无任何中间支承地承受其自重外加流体的重量。
轴向加强条优选是围绕软管的圆周等间距的。可以有两个、三个、四 个、五个、六个、七个、八个或更多的条。更优选有三个、四个、五个或 六个条，四个或六个条是最优选的。
优选各轴向加强条是由具有经线和纬线的织物所制成的。更优选是， 各轴向加强条的经线按与软管的纵向轴线成(T到10°的角度来布置。仍然 更优选是，各轴向加强条的经线按与软管的纵向轴线成O。到5°的角度来布置。最优选是，各轴向加强条的经线按与软管的纵向轴线成0。到2°的 角度来布置。
在软管的构成期间，作为制造辅助手段可以使用近似周向缠绕的带或 者线来将所述条固定就位。所述带可以是由天然纤维(例如，棉)或者人 造纤维(例如，聚酯)制成。在软管的完备上，由内部和外部夹紧元件施 加的张力还有助于将所述条保持在管状本体的内部。
在软管弯曲期间，优选各条相对于软管的其余部分可自由移动，艮口， 优选所述条未被牢固地固定到软管的其余部分上。
优选所述软管还包括布置在软管的各纵向端部处的端部配件。优选所 述端部配件被牢固地固定到管状本体和轴向加强条上。从而，当施加作用 力以轴向拉伸软管时，该或各轴向加强条抵抗拉伸力。在WO01/96772和W0 2004/044472中描述了合适的端部配件。例如，所述条可以被固定在被端部 配件夹住的软管本体的内部，其可以通过机械保持力或者通过模锻或巻曲 或有或没有在端部配件内部应用环氧树脂的金属线捆绑的夹紧而由端部配 件保持。在一个实施例中，所述条可以被单独地终止(例如，如 W02004/044472所示，或者在所述条被围绕并缝回在其自身上时使用环)。
优选轴向加强条的宽度是这样的，使得所述轴向加强条合并覆盖该条 下面的软管圆周的10%到90% (即，优选圆周的90%到10%未被覆盖)。
在一优选实施例中，优选轴向加强条的宽度是这样的，使得所述轴向 加强条合并覆盖该条下面软管圆周的20%到50% (即，优选圆周的80%到50% 未被覆盖)。例如，对于200mm的软管，其具有大约为三分之一的条的总覆 盖度和三个等间距的条单个条的宽度为Pi乘以200mm乘以三分之一乘以三 分之一，给出了单个条宽度大约为70mm。对于四个条，单个条的宽度大约 为52mm。条的宽度为在垂直于条的纵向轴线的方向上从一个纵向边缘到另 一个的距离。
优选是，各单个条具有这样的宽度，使得其覆盖软管下层部分的总圆 周的大约5%到大约20%。
优选是，轴向加强条未围绕软管的整个圆周延伸。还优选是，不按围 绕软管的管子形式来提供所述轴向加强条。在优选实施例中，这样布置多个条，使得它们仅轻度影响软管的弯曲 刚度/柔韧性，但是按比例地大大增加了轴向刚度。优选该或各条的经线 与软管的纵向轴线对准。
所述软管可以装备有管状的轴向加强编织物，如W001/96772中所描述 的。例如，所述管状编织物可以被布置在轴向加强条和管状本体之间，或 者在轴向加强条和外部的夹紧元件之间。
特别优选是，所述轴向加强装置是由非金属材料(特别是塑料材料一 以下详细描述的合适的材料)制成的。这是因为金属材料不可能具有所要 求的应变特性。
优选是，管状本体和轴向加强装置包括相同的材料，最好优选超高分 子量的聚乙烯(UHMWPE)，如以下进一步详细描述的。
管状本体优选包括至少一个加强层和至少一个密封层。更优选是，至 少两个加强层之间夹有所述密封层。
优选是，在外部夹紧元件和轴向加强装置之间提供进一步的加强层。
对于8英寸(200 mm)直径的软管，该加强层的极限强度优选在100到 700 kN之间。优选是，在加强层疲劳处的弯曲应变处于2%至1」15%的范围内。 希望，此外加强层和轴向加强装置的材料相同，最优选为UH丽PE。
应该选择软管的构成材料以使软管在其预定的环境中完成任务。因此， 需要软管能够输送加压流体从其中通过，而无流体通过软管壁的渗漏。还 需要软管经受住重复弯曲，并且经受住由软管和流体重量的合并引起的轴 向应力。此外，如果软管计划用于输送低温流体，则材料应该能够在极端 寒冷的温度下工作而在性能上无任何明显下降。
各加强层的主要目的是经受住环向应力，软管在输送流体从其中通过 期间承受该环向应力。因此，任何具有所要求挠度并且能够经受住必要的 应力的加强层将是足够的。此外，如果软管计划用于输送低温流体，则然 后该或各加强层必须经受住低温温度。
优选该或各加强层是由片材料形成的，该片材料已经通过按螺旋状方 式来缠绕所述片材而缠绕成管状形状。这意味着，当应用轴向力想要将该 缠绕拉开时，该或各加强层对轴向拉力不具备很大抵抗力。该或各加强层 可以包括单个连续的片材层，或者可以包括两个或更多单个的连续片材层。然而，更通常是(并且取决于软管的长度)，该或各片材层是由沿软管长度
布置的多个分开的片材段所形成的。
在优选实施例中，各加强层包括织物，最优选为编织纤维。该或各加
强层可以是天然材料或合成材料。该或各加强层方便地由合成聚合物(例
如，聚酯、聚酰胺或者聚烯烃)形成。所述合成聚合物可以按纤维或者纱
线的形式来提供，由其来制造织物。
当该或各加强层包括聚酯时，其优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯。 当该或各加强层包括聚酰胺时，然后其可以为脂肪族聚酰胺(例如，
尼龙)，或者其可以为芳族聚酰胺(例如，芳族聚酰胺化合物)。例如，各
加强层可能为聚对苯二甲酰对苯二胺(poly- ( p-phenyleneter印hthalamide))，例如KEVLAR (注册商标)。
当该或各加强层包括聚烯烃时，然后其可以为聚乙烯、聚丙烯或者聚 丁烯均聚物、或者其共聚物或三元共聚物，并且优选为单轴或双轴定向。 更优选是，聚烯烃是聚乙烯，并且最优选是，聚乙烯是高分子量的聚乙烯， 特别是UH匿PE。
用于本发明的UHMWPE—般具有超过400， OOO的重量平均分子量，典型地 超过800，000，并且通常超过l， 000， 000。重量平均分子量通常不会超过大 约15， 000， 000。 UHMWPE优选表征为从大约1， 000， 000到6， 000， OOO的分子量。 在本发明中最有用的UH丽PE被高度定向，并且通常在一个方向上已经被拉 伸至少2-5倍且在另一个方向上至少被拉伸10-15倍。
在本发明中最有用的UH丽PE—般具有大于80。/。的平行定向，更通常是大 于90%，并且优选大于95%。结晶度可能一般大于50%，更通常是大于70%。 结晶度可能达到85-90%。
例如，在US-A-4344908、 US-A-4411845、 US-A-4422993、 US-A-4430383、 US-A-4436689 、 EP-A-183285 、 EP-A-0438831和EP-A-0215507中描述了 U丽PEo
特别有益的是，该或各加强层包括高度定向的UHMWPE，例如可以从DSM 高性能纤维公司(DSM High Performance Fibres BV)(荷兰公司)的商品 名称为DYNEEMA中获得，或者可以从美国公司联合信号公司(AlliedSignal Inc.)的商品名称为SPECTRA中获得。在由DSM高性能纤维公司发布的02/98版的名称为"DYNEEMA;纤维中的 最好性能；特性和应用"的商业小册子中公开了关于DYNEEMA的补充细节。 在联合信号公司发布的5/96版的名称为"光谱性能材料"的商业小册子中 公开了关于SPECTRA的补充细节。从20世纪80年代以来，已经可得到所述材 料了。
在优选实施例中，该或各加强层包括由按纬向和经向布置的纤维形成 的编织纤维。已经发现特别有益的是，如果布置该或各加强层，使得织物 的经向与软管的轴向成小于20。的角度；还优选该角度大于5。。在优选实 施例中，布置该或各加强层，使得织物的经向与软管的轴向成IO。到20° 的角度，最优选为大约15。。
密封层的目的主要是防止输送的流体通过管状本体的渗漏。因此，任 何具有所要求的挠度并且能够提供要求的密封功能的密封层将是足够的。 此外，如果软管计划用于输送低温流体，则然后所述密封层必须经受住低
温温度o
所述密封层可以由与该或各加强层相同的基本材料制成。作为备选方 案，密封层可以是含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PFTE);氟化乙烯丙烯
共聚物，例如可以从杜邦氟产品(DuPont Fluoroproducts)的商品名称为 TeflonFEP中获得的六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物(四氟乙烯-全氟丙烯)； 或者可以从杜邦氟产品的商品名称为Teflon PFA中获得的氟化烃-过氟烷氧 基(perfluoralkoxy)。所述薄膜可能是通过挤出或者通过吹塑制造的。
优选所述密封层是由片材料形成的，该片材料已经通过按螺旋状方式 来缠绕所述片材而缠绕成管状形状。当具有加强层时，这意味着该或各密 封层不具备对轴向拉力的很大抵抗力，因为应用的轴向力倾向于将缠绕拉 开。该密封层可以包括单个连续的片材层，或者可以包括两个或更多单个 的连续的片材层。然而，更通常是(并且取决于软管的长度)，该片材或该 片材的各层是由沿软管长度布置的多个分开的片材段所形成的。如果要求， 则密封层可以包括布置在内部加强层上的一个或多个热收縮的密封套(即， 管状形状)。
优选所述密封层包括多个重叠的薄膜层。优选具有至少2层，更优选至 少5层，并且仍然更优选至少10层。在实践中，密封层可以包括20、 30、 40、50或更多层薄膜。层数的上限取决于软管的总尺寸，但不会要求超过100层。 通常，至多50层可以是足够的。各层薄膜的厚度一般处于50到100微米的范 围内。
当然，应理解，可以提供多于一个密封层。 以下描述了密封层的特别优选的实施例。
各轴向加强条还可以是由和该或各加强层相同的材料形成的。因此， 显然是，轴向加强条、该或各加强层和密封层都可以是由相同的基本化合 物形成。然而，为了提供所要求的功能，所述化合物的形式必须不同，艮P， 轴向加强条提供轴向加强的功能、该或各加强层提供克服环向应力的增强 和密封层提供密封的功能。已经发现UH匿PE材料是最合适的，特别是 DYNEEMA和SPECTRA产品。还已经发现所述材料在低温条件下工作良好。与 加强层有关的上述讨论到的UH,PE的优选参数(分子量范围等)也适合于 轴向加强装置。然而，在这点上应该注意，用于轴向加强条的UH廳PE的参 数不必和用于加强层的UH丽PE的参数相同。
可以在管状本体层的内部提供轴向加强条。然而，优选将各轴向加强 条定位在管状本体和一个或多个加强层和外部夹紧元件之间。覆盖在轴向 加强条上的加强层在外部夹紧元件下面提供了保护覆盖片。在另一个优选 实施例中，在管状本体层的内部设置至少两个轴向加强条(优选多于两个， 例如，三个或四个)，并且还在管状本体和外部夹紧元件之间设置至少两个 另外的轴向加强条(优选多于两个，例如，三个或四个)。
从上所述应理解，附加层可以设置在管状本体上方，并且在外部夹紧 元件下面。附加层可以缠绕管状本体，或者其可以为在管状本体上拉出的 管子的形式。所述附加层可以是保护层、加强层或者两者。优选是，轴向 加强条在附加层的下面。
当所述软管计划用于低温应用中时，然后希望在管状本体上设置绝缘 件。所述绝缘件可以设置在外部金属线和管状套之间和/或设置在外部金属 线外面。绝缘件可以包括通常用于在低温设备中提供绝缘的材料，例如， 合成泡沫塑料材料。优选是，还围绕所述绝缘层提供轴向加强装置以压缩 绝缘层并且保持其结构的完整性。另外，除外部夹紧元件和管状本体之间的轴向加强装置之外，优选设置围绕绝缘层的轴向加强装置。以下进一步 详细提供绝缘物的一特别适当的形式。
根据本发明的另一方面，提供了软管，其包括布置在内部和外部夹紧 元件之间的柔性材料的管状本体，其中所述管状本体包括至少一个由按纬 向和经向布置的纤维形成的编织纤维的加强层，其特征在于，布置该或各
加强层，使得织物的经向与软管的轴向的角度小于20。，更优选是小于15 ° ,并且最优选是小于IO。。根据本发明该方面的软管可以设有有关根据 本发明第一方面的软管所描述的任何所要求的附加特征的综合。 根据本发明的另一方面，提供了一种制造软管的方法，包括
(a) 围绕管状芯轴来缠绕内部夹紧元件；
(b) 围绕所述管状芯轴和内部夹紧元件来缠绕片材，以提供由所述片 材形成的管状本体；
(c) 沿所述管状本体的长度铺设多个轴向加强条；
(d) 围绕各轴向加强条来缠绕外部夹紧元件；
(e) 固定在步骤(d)中生产的软管的端部；和
(f) 从所述芯轴上去除软管。
优选是，为了提供具有良好结构完整性的软管，在张力下施加所述夹 紧元件和片材。
优选是，步骤(b)中的片材包括中间夹着密封层的两个加强层，如上 所述。在优选实施例中，围绕所述内部夹紧元件和芯轴成螺旋形地缠绕片 状的内部加强层；然后围绕所述内部加强层成螺旋形地缠绕片状的密封层； 然后围绕所述密封层缠绕片状的外部加强层。通常，应用多个密封层。
各轴向加强条可以与上述的轴向加强条相同。
优选是，按具有相同螺距的螺旋结构来施加所述内部和外部夹紧元件， 并且将所述螺旋状的外部夹紧元件的位置定位在偏离内部夹紧元件的螺旋 的位置的半个螺距长度处。
优选是，在步骤(c)和(d)之间，在所述轴向加强条上，围绕管状 本体缠绕附加层(其可以是保护层、加强层或者两者)。换句话说，附加层 可以是在管状本体上拉出的管子。
密封层的各聚合物薄膜优选为聚酰胺、聚烯烃或者含氟聚合物。当所述密封层的聚合物薄膜包括聚酰胺时，然后其可以为脂肪族的聚 酰胺(例如，尼龙)，或者其可以为芳族聚酰胺(例如，芳族聚酰胺的化合 物)。
优选密封层的聚合物薄膜中的一个为聚烯烃，并且密封层的另一个聚 合物薄膜为含氟聚合物。
适当的聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯或者聚丁烯的均聚物或者其共聚物 或三元共聚物。优选是，所述聚烯烃薄膜是单轴或双轴定向的。更优选是， 聚烯烃是聚乙烯，并且最优选是，聚乙烯是是高分子量的聚乙烯，特别是
UH丽PE，在以上对其进行了更详细描述。与加强层有关的上述讨论到的 UH丽PE的优选参数(分子量范围等)也适用于密封层。然而，在这点上应 该注意，用于密封层的UHMWPE的参数不必和用于加强层的UHMWPE的参数相 同。
因为所述密封层用来提供密封功能，所以应该按实质上不渗透所输送 流体的薄膜形式来提供所述密封层。因此，需要按具有满意的密封性能的 形式提供所述高度定向的UH匿PE。通常按实体块的形式提供所述产品，为 了获得要求形式的材料，可以进一步加工所述实体块。可以通过从所述实 体块的表面上切出薄膜来生产所述薄膜。换句话说，所述薄膜可以是UHMWPE 的吹塑薄膜。
适当的含氟聚合物包括聚四氟乙烯(PFTE);氟化乙烯丙烯共聚物，例 如可以从杜邦氟产品的商品名称为Teflon FEP中获得的六氟丙烯和四氟乙 烯的共聚物(四氟乙烯-全氟丙烯)；或者可以从杜邦氟产品的商品名称为 Teflon PFA中获得的氟化烃-过氟垸氧基(perfluoralkoxy)。所述薄膜可 能是通过挤出或者通过吹塑制造的。
优选是，所述密封层包括各聚合物薄膜的多层。在实施例中，布置所 述层以便第一和第二聚合体交替通过密封层的厚度。然而，这不是唯一的 可能布置。在另一种布置中，第一聚合体的所有层可以被第二聚合体的所 有层围绕，或者相反。
优选所述密封层的聚合物薄膜是由片材形成的，已经通过按螺旋形方 式缠绕所述片材来将该片材缠绕成管状形式。各聚合物薄膜可以包括从软 管的一端到另一端缠绕内部加强层的单个连续片。然而，更通常是(并且取决于软管的长度)，聚合物薄膜的多个分开的段可以缠绕在内部加强层 上，各薄膜段覆盖软管的长度的一部分。如果要求，则密封层可以包括布 置在内部加强层上的至少两个热縮密封套(即，管状形状)。该套中的至少 两个是由不同材料制成的。
所述密封层包括至少两个不同的薄膜，并且所述薄膜优选按重叠关系
来布置。优选是，密封层包括至少5个重叠层，更优选包括至少10个重叠层。 在实践中，密封层可以包括20、 30、 40、 50或更多个薄膜重叠层。层数的 上限取决于软管的总尺寸，但不会要求超过100层。通常，至多50层是足够 的。各层薄膜的厚度典型地处于50到100微米的范围内。所述层可以是由至 少两种不同类型的聚合物薄膜制成的。
当然，应理解，可以提供多于一个密封层。
优选是，密封层还包括局部或者全部包括金属、金属氧化物或其混合 物的至少一层。在该说明书中，涉及包含薄膜的金属包括包含薄膜的金属 氧化物，除非另有说明。因此，所述金属层可以是金属薄膜层(即，实质 上完全由金属、金属氧化物或者其混合物组成的隔离层)，或者是被金属薄 膜涂覆的聚合体或者是用金属处理的聚合体薄膜。优选所述金属层是被金 属薄膜涂覆的聚合体。例如，所述金属可以是氧化铝。例如，所述聚合体 可能是聚酯。
被金属薄膜涂覆的合适的聚合体包括可以从英格兰Stevenage的HiFi Industrial Film的商品名称为MEX505、 MET800、 MET800B和MET852中获得； 优选为MET800B。
另外的金属层可以布置在密封层的外面。优选是，另外的金属层被布 置在管状本体和外部夹紧元件之间。还可以在此处设置石棉层，以改善热 绝缘，优选在密封层和外部金属层之间-该目的是在两个金属层之间形成 热环形区。
在本发明的上述方面，夹紧元件典型地各包括螺旋形夹紧元件，优选 是金属线。优选是，各夹紧元件处于螺管的形式。典型地布置夹紧元件的 螺旋，以使它们相互偏离相当于半个螺旋节距的距离。夹紧元件的目的是 在其之间牢固地夹住管状本体，以完整保持管状本体层并且为软管提供结
构的完整性。例如，内部和外部金属线可以是低碳钢、奥氏体不锈钢或者铝。如果要求，所述金属线可以被电镀或涂覆有聚合体。内部夹紧元件可 以执行支承软管外层的功能。外部夹紧元件可以克服由软管内部的流体所 引起的内部压力(即，软管上的环向和径向力)来执行支承软管的功能。
应理解，虽然制造夹紧元件的金属线可以具有相当大的拉伸强度，金 属线按螺管形式来布置意味着夹紧元件当承受相对小的轴向拉力时可以变 形。所述螺管中的任何显著变形可以迅速破坏软管的结构完整性。
根据本发明的软管可以用于多种条件中，例如10(TC以上的温度、从0 "C到l(XrC的温度和(TC以下的温度。利用选择合适的材料，可以在-20。C以 下、-5(TC以下或甚至-IO(TC以下的温度使用所述软管。例如，对于LNG的 输送，软管可以在低至-17(TC或甚至更低的温度下工作。此外，还预期可 以使用软管来输送液态氧(沸点(bp)为-183°C)或者液氮(沸点(bp) 为-196"C)，在该情况中，软管需要在-20(TC或者更低的温度下工作。
根据本发明的软管还可以用于各种不同的任务中。典型地，软管的内 径可以从大约2英寸(51毫米)到大约24英寸(610毫米)的范围，更典型 地从大约8英寸(203毫米)到大约16英寸(406毫米)的范围。通常，软管 的工作压力可以在从大约500 kPa标准值到大约2000 kPa标准值的范围内， 或者可能到大约2500 kPa标准值。所述压力涉及软管的工作压力，不是破 裂压力(其必须大几倍)。容积流量取决于流体介质、压力和内径。流量典 型从IOOO mVh到12000 m3/h。
根据本发明的软管还可以用于腐蚀性物质，例如强酸。


现在参见附图，其中
图l是显示本发明的软管在工作中承受的主应力的示意图2是本发明的软管的示意性横剖视图3是显示本发明的软管的加强层的布置的剖视图4A是显示软管上的轴向加强条的布置的透视图4B是轴向加强条中的一个的放大截面；
图5A、 5B、 5C和5D显示了本发明的软管的四种应用；和 图6是显示本发明的软管的密封层的横剖视图。
具体实施例方式
图1显示了软管H在使用期间通常承受的应力。环向应力通过箭头HS来 表示，并且其是沿切向作用到软管H的周边上的应力。轴向应力通过箭头AS 来表示，并且其是沿软管H长度的轴向方向作用的应力。挠曲应力由FS来表 示，并且其是当软管弯曲时沿横向方向作用到软管H的纵向轴线上的应力。 扭转应力由TS来表示，并且其是围绕软管的纵向轴线作用的扭转应力。压 碎应力由CS来表示，并且其是由径向地作用到软管H外部上的负载所引起 的。
环向应力HS是由软管H中的流体的压力产生的。轴向应力AS是由软管中 的流体的压力以及由软管H中的流体的重量和由软管H自身的重量的结合所 产生的。挠曲应力FS是由为了适当地定位软管H而弯曲软管的需要量和在使 用期间软管H的运动所引起的。扭转应力TS是由软管的扭动引起的。现有技 术的软管通常能够承受环向应力HS、挠曲应力FS和扭转应力TS，但是较少 能承受轴向应力AS。为此，当现有技术的软管承受很大的轴向应力AS时， 通常必须支承它们以最小化轴向应力AS。
在图2中，按照本发明的软管总得由10来表示。为了提高图2中的各种 层缠绕的清晰度，在另外的图中没有显示。
软管10包括管状本体12，该管状本体包括内部加强层14、外部加强层 16和夹在层14和16之间的密封层18。提供轴向加强的轴向加强条20被围绕 外部加强层16的外表面布置。
管状本体12和条20被布置在内部螺旋形盘旋金属线22和外部螺旋形盘 旋金属线24之间。布置所述内部和外部金属线22和24，以便它们相互间偏 离相当于螺旋盘管的半个螺距长度的距离。
绝缘层26被围绕外部金属线24布置。所述绝缘层可以是传统的绝缘材 料(例如，塑料泡沫)，或者可以是如下所述的与图7有关的材料。
加强层14和16包括合成材料的编织纤维(例如，UHMWPE或者芳族聚酸 胺纤维)。图3图解了内部加强层14，显然所述内部加强层14包括按经线方 向W布置的纤维14且和按纬线方向F布置的纤维i^。在图3中，为了提高清晰 度，仅显示了层14。我们已经出乎意料地发现可以通过布置内部加强层14来改善软管io的轴向强度，使得经线方向w与软管io的纵向轴线成小于2cr
且典型地大约为15。的一小角度。在图3中，该角度由符号a来表示。外部 加强层16的结构和方向实质上和内部加强层14相同；外部加强层16的角度 a可以与内部加强层14的角度ot相同或不同。
密封层18包括多层塑料薄膜，所述塑料薄膜绕内部加强层14的外表面 缠绕，以在内部和外部加强层14和16之间提供流体密封。
图4A和4B更详细地图解了轴向加强条。条20是由具有经线20a和纬线 20b的织物制成的。经线与纬线成90。，并且将条20设置在软管上，以使经 线的方向与软管的纵向轴线成O。。如图4A所示，优选在条20和外部夹紧元 件24之间设置附加的加强和/或保护层30。
如图6所示，密封层18包括多个由第一聚合体(例如，高度定向的 UHMWPE)制成的薄膜层18旦，该薄膜层与多个由第二聚合体(例如，PFTE或 者FEP)制成的薄膜层18^交错，所述两个聚合体具有不同的刚度。所述层 18且和18b已经被缠绕在内部加强层14的外表面上以在内部和外部加强层14 和16之间提供流体密封。如上所述，层18互和18b不必按交替的方式来布置。 例如，所有的层18旦可以被布置在一起，并且所有的层18^可以被布置在一 起。
可以利用以下技术来制造软管IO。第一步，为了提供具有要求螺距的 螺旋形布置，将内部金属线22缠绕到支承芯轴(未显示)上。支承芯轴的 直径相当于软管10要求的内径。然后将内部加强层14缠绕到内部金属线22 和支承芯轴上，以便将经向W设定在所要求的角度a上。
然后将多层由塑料薄膜18a、 18b制成的密封层18缠绕到内部加强层14 的外表面上。通常，薄膜18a和18b的长度实质上小于软管10的长度，以便 多个分开的长度的薄膜18且和1&会缠绕着内层14。优选按交替方式通过密 封层18的厚度来布置薄膜18旦和18^。典型地，可以有五个分开的薄膜18互和 18b的层通过密封层的厚度。
然后将外部加强层16缠绕到密封层18上，以便将经向W设定在所要求的 角度(其可以是a，或者是接近ci的其它角度)上。然后将轴向加强条20 覆盖在外部加强层16的外面。然后为了提供具有所要求螺距的螺旋形布置， 将外部金属线24缠绕到另外的加强层21上。外部金属线24的螺距通常与内部金属线22的螺距相同，并且通常金属线24的位置是这样的，使金属线24 的盘管偏离金属线22的盘管相当于半个螺距长度的距离；这图解在图2中，
其中螺距长度由P来表示。
可以通过将套管巻曲到软管10内的插入件上来密封软管10的端部。该 终止通常应用在软管10已经被从芯轴上去除之后。
可以使用图2中所示的端部配件200来密封软管10的端部。图5A到5D显 示了软管10的三种应用。在图5A到5C的每个中，借助于根据本发明的软管 10，将浮式生产、储存和卸载容器(FPSO) 102连接到LNG运输船104上。软 管10将LNG从FPS0 102储存罐运送到LNG运输船104的储存罐。在图5A中，软 管10位于海平面106的上方。在图5B中，软管10浸没到海平面106以下。在 图5C中，软管10在海表面附近漂浮。在每个情况中，软管10运送LNG而不需 要任何中间支承。在图5D中，LNG运输船通过软管10被连接到岸基储存设备 108上。
软管10可以用于除图5A到5C中所示的应用之外的许多其他应用。软管 可以用于低温和非低温条件中。
应理解，上述发明可以被改进。
权利要求
1.一种软管，包括布置在内部和外部夹紧元件之间的柔性材料的管状本体，所述管状本体用来通过所述软管输送流体并且防止流体通过所述本体渗漏，所述管状本体包括加强层和密封层，其中所述软管还包括沿所述软管的长度延伸的多个轴向加强条。
2. 根据权利要求l所述的软管，所述轴向加强条的宽度是这样的，使 得所述轴向加强条合并起来覆盖所述条下面的所述软管周边的20%到50%。
3. 根据权利要求1或2所述的软管，其中所述轴向加强条是等间距地 围绕所述软管的周边的。
4. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，其中有四到六个所述轴向 加强条。
5. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，其中所述轴向加强条是由 具有经线和纬线的织物制成的，所述轴向加强条的经线被布置成与所述软 管的纵向轴线成0。到5°的角度。
6. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，还包括布置在所述软管的 各纵向端部处的端部配件，并且其中所述管状本体和所述轴向加强条的端 部被牢固地固定到各端部配件上。
7. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，其中所述轴向加强条不围 绕所述软管的整个周边延伸。
8. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，其中所述管状本体包括内 部和外部加强层，和夹在所述内部和外部加强层中间的所述密封层。
9. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，其中所述管状本体的所述 或各加强层和所述轴向加强条全部是由相同的聚合材料制成的。
10. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，其中所述管状本体的所 述或各加强层和所述轴向加强条全部是由UHMWPE制成的。
11. 根据前述权利要求任何一项所述的软管，其中各单独条具有这样 的宽度，使得其覆盖所述软管的下面部分的总周边的大约5%到大约20%。
12. —种实质上如在此参照附图所描述的并如附图所示的软管。
全文摘要
本发明涉及一种软管，其包括布置在内部和外部螺旋形缠绕线之间的柔性材料的管状本体(12)，所述管状本体用来通过所述软管输送流体并且防止流体通过所述本体渗漏，所述管状本体包括加强层和密封层，其中所述软管还包括沿软管的长度延伸的轴向加强条(20)。
文档编号F16L11/115GK101542178SQ200780029919
公开日2009年9月23日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年6月29日
发明者D·考克斯, G·A·霍尔, J·A·维茨 申请人:Bhp比尔利顿石油私人有限公司