专利名称：一种复合软管牙状截面抗压铠装层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铠装层，特别是关于一种海洋复合软管牙状截面抗压铠装层。
背景技术：
传统的、常规的海底管道以钢管为主，整体的建造、安装和后续保养工作周期长费用高，近年来国外兴起的柔性复合管道由于防腐蚀性好、海底地形地貌适应性强、铺设速度快、费用低、不易结蜡并且能够重复利用等优点开始应用到海底油、气和水的输送上来。柔性复合管道包括粘结性复合软管和非粘结性复合软管；其中，粘结性复合软管一般由聚合物层和金属增强层挤压成一体，挤压成型后通过特殊的工序使聚合物材料层和金属增强层间产生较高的粘合强度。该类软管一般应用于短距离跨接管。非粘结性复合软管是由聚合物材料层和金属增强层通过物理的方式组合而成，层与层间不需要使用化学工艺粘合，各层间通过摩擦和接触压力来传递载荷，其柔性更好。非粘结性复合软管一般用于长距离和高压的管道输送，其应用于海洋工程中对原油或天然气或水的输送越来越广泛。非粘结性复合软管已逐渐成为软管中的主流结构，由骨架层、内衬层、抗压铠装层层、抗拉铠装层、外包覆层等多层构成的复合管体结构。其中抗压铠装层主要提供抵抗径向力，并通过异型材互锁形成，异型材有Z、C、X、T型等，抗压铠装层由异型材与管轴成大角度缠绕而成，缠绕角度一般接近于90度，可提供较大环向力以抵抗较大内压，对内衬层起约束作用，防止内衬层爆破。抗压铠装层缠绕后在相邻的截面间有一定的间隙，这样可保证软管具有一定的柔性，而且相邻截面间的间隙越大，该层的弯曲柔性越好，但是同时也带来了隐患，由于间隙的增大造成了其内衬层蠕变量的增大，并且当弯曲过大或轴向运动过大时，相邻截面间的运动过大，相邻的截面间有相互滑出的可能，会导致截面互锁功能的丧失。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在复合软管内衬层蠕变量相同的情况下，增强抗压铠装层的弯曲柔性，同时可有效防止抗压铠装层相邻截面相互滑出的复合软管牙状截面抗压铠装层。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于它采用异型材缠绕互锁形成，所述异型材的截面为牙状截面，该截面包括一主梁，所述主梁沿其长度方向包括第一底壁和第二底壁，所述第二底壁的两端向同一侧分别一体设置有一端部齿状结构，两个所述端部齿状结构之间的所述第二底壁上间隔设置有两个中部齿状结构；所述中部齿状结构到与其相邻的所述端部齿状结构之间形成端部凹陷区域；两个所述中部齿状结构之间形成中部凹陷区域；两个所述端部齿状结构均向同一侧弯曲，且均包括一外侧壁、一内侧壁和一齿端面；所述端部齿状结构的外侧壁与所述主梁的第一底壁的连接采用弧形连接角连接；所述端部齿状结构的齿端面与所述外侧壁和内侧壁的连接也均采用弧形连接角连接；所述端部齿状结构的内侧壁与所述主梁的第二底壁的连接也采用弧形连接角连接；两个所述中部齿状结构均包括两个侧壁和一个齿端面；所述中部齿状结构的齿端面与两个所述侧壁的连接采用弧形连接角连接；两个所述侧壁与所述主梁的第二底壁的连接也采用弧形连接角连接；所述异型材的端部凹陷区域内插入一个相邻所述异型材的中部齿状结构，且存在一定间隙；所述异型材的中部凹陷区域内插入两个相邻所述异型材的端部齿状结构，且存在一定间隙；相邻所述异型材互相咬合。所述端部齿状结构和中部齿状结构的齿根部的宽度与所述异型材截面长度的比值范围为O. I O. 15。所述端部齿状结构和中部齿状结构的齿根部到齿端面的高度与所述异型材截面宽度的比值范围为O. 3 O. 4。所述异型材的截面宽度与截面长度的比值范围为O. 3 O. 45。两个所述端部齿状结构的外侧壁呈弧形，且该所述弧形的半径为所述异型材截面宽度的2 4倍。所述异型材为具有牙状截面的钢丝；所述异型材与复合软管管轴的缠绕角度接近于90度。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明的异型材截面为牙状截面形式，该截面包括四个齿状结构和三个凹陷区域，缠绕后异型材的齿状结构位于相邻异型材的凹陷区域内，且具有一定间隙，因此，相邻异型材互相咬合，将内衬层的内压转化为抗压铠装层钢丝的拉力，提供了抵抗内压的能力，同时由于相互咬合的截面间存在一定的间隙，当复合软管发生弯曲时可使抗压铠装层异型材相邻截面在一定间隙内相互运动，抗压铠装层不承受弯矩，同时也具有很好的柔性。2、由于现有技术中，要使抗压铠装层弯曲柔性增强，只有增加抗压铠装层相邻截面的间隙，但是这样会使内衬层的蠕变量增大，而本发明通过将异型材截面两端侧壁设置为同向弯曲的弧形结构，该弧形的半径为异型材截面宽度的2 4倍，因此，可在不增加内衬层蠕变量的情况下，使抗压铠装层的弯曲柔性有显著增强。本发明能够在复合软管内衬层蠕变量相同的情况下，增强抗压铠装层的弯曲柔性，并且能够有效防止抗压铠装层相邻截面的相互滑出，因此，可广泛用于种海洋复合软管的结构设置上。
图I是本发明复合软管结构示意2是本发明复合软管抗压铠装层截面示意3是本发明复合软管抗压铠装层异型材相邻截面互锁示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图I所示，本发明所涉及的复合软管结构，从内层到外层依次包括骨架层I、内衬层2、抗压铠装层3、第一防磨挤塑层4、第一抗拉铠装层5、第二防磨挤塑层6、第二抗拉铠装层7、第三防磨挤塑层8、保温层9、外包覆层10。其中，骨架层I由互锁钢带缠绕而成，用于防止内衬层2的压溃，骨架层I内输送流体；内衬层2为输送流体的密封层，内衬层2外缠绕一层也可以缠绕多层抗压铠装层3，抗压铠装层3为非粘结层，层间可相互错动。外包覆层7可有效防止复合软管周围的流体流进铠装层。
如图2所示，本发明的抗压铠装层3通过异型材11缠绕互锁形成，异型材11与复合软管管轴的缠绕角度接近于90度。本发明异型材11的截面为牙状截面，该截面包括一条状的主梁12，主梁12沿其长度方向包括第一底壁13和第二底壁14，第二底壁14的两端向同一侧分别一体设置有一端部齿状结构15,两个端部齿状结构15之间的第二底壁14上间隔设置有两个中部齿状结构16。中部齿状结构16到与其相邻的端部齿状结构15之间形 成端部凹陷区域17 ;两个中部齿状结构16之间形成中部凹陷区域18 ;中部凹陷区域18的宽度为端部凹陷区域17宽度的两倍。端部凹陷区域17内能够容纳一个中部齿状结构16，且具有一定间隙；中部凹陷区域18内能够容纳两个端部齿状结构15，且具有一定间隙。如图2所示，本发明的两个端部齿状结构15的结构相似，均包括一外侧壁19、一内侧壁20和一齿端面21。由于两个端部齿状结构15均向同一侧弯曲，因此，两个端部齿状结构15的外侧壁19呈弧形。由于两个端部齿状结构15的结构相似，因此，现以其中一个为例进行说明。端部齿状结构15的外侧壁19与主梁12的第一底壁13的连接采用弧形连接角22连接；端部齿状结构15的齿端面21与外侧壁19和内侧壁20的连接也均采用弧形连接角22连接；端部齿状结构15的内侧壁20与主梁12的第二底壁14的连接也采用弧形连接角22连接。如图2所示，本发明的两个中部齿状结构16的结构相似，均包括两个侧壁23和一个齿端面24，现以其中一个为例进行说明。中部齿状结构16的齿端面24与两个侧壁23的连接采用弧形连接角22连接，两个侧壁23与主梁12的第二底壁14的连接也采用弧形连接角22连接。上述实例中，端部齿状结构15和中部齿状结构16的齿根部的宽度与异型材11截面长度的比值范围为O. I O. 15。上述实例中，端部齿状结构15和中部齿状结构16的齿根部到齿端面的高度与异型材11截面宽度的比值范围为O. 3 O. 4。上述实例中，异型材11的截面宽度与截面长度的比值范围为O. 3 O. 45，可以提高截面的稳定性，并减小截面的应力分布。上述实例中，两个端部齿状结构15的外侧壁19呈弧形，且该弧形的半径为异型材11截面宽度的2 4倍。上述实例中，缠绕形成抗压铠装层3的异型材11为钢丝，钢丝一般采用碳钢，异型材11的截面为牙状截面，通过对异型材11的缠绕形成抗压铠装层3。本发明抗压铠装层3的缠绕成型方法为异型材11为钢丝，截面为牙状截面，该截面包括两个端部齿状结构15、两个中部齿状结构16、两个端部凹陷区域17和一个中部凹陷区域18 ;异型材11缠绕在内衬层2的外周，形成抗压铠装层3，缠绕后相邻异型材11截面互相咬合，即如图3所示，其中一个异型材11的两个端部齿状结构15分别对应位于相邻的两个异型材11的中部凹陷区域18内，两个中部齿状结构16分别对应位于相邻的两个异型材11的端部凹陷区域17内。中部凹陷区域18的宽度为端部凹陷区域17宽度的两倍。端部凹陷区域17内插入一个中部齿状结构16，且存在一定间隙；中部凹陷区域18内插入两个端部齿状结构15，且存在一定间隙。由于齿状结构位于凹陷区域内，且存在一定的间隙，因此，当复合软管发生弯曲时可使抗压铠装层3异型材相邻截面在一定间隙内相互运动；同时，通过相邻异型材11截面的两对齿状结构的相互咬合，可减小异型材11相邻截面相互滑出的可能，并且可减少齿状结构附近的应力分布。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于它采用异型材缠绕互锁形成，所述异型材的截面为牙状截面，该截面包括一主梁，所述主梁沿其长度方向包括第一底壁和第二底壁，所述第二底壁的两端向同一侧分别一体设置有一端部齿状结构，两个所述端部齿状结构之间的所述第二底壁上间隔设置有两个中部齿状结构；所述中部齿状结构到与其相邻的所述端部齿状结构之间形成端部凹陷区域；两个所述中部齿状结构之间形成中部凹陷区域； 两个所述端部齿状结构均向同一侧弯曲，且均包括一外侧壁、一内侧壁和一齿端面；所述端部齿状结构的外侧壁与所述主梁的第一底壁的连接采用弧形连接角连接；所述端部齿状结构的齿端面与所述外侧壁和内侧壁的连接也均采用弧形连接角连接；所述端部齿状结构的内侧壁与所述主梁的第二底壁的连接也采用弧形连接角连接； 两个所述中部齿状结构均包括两个侧壁和一个齿端面；所述中部齿状结构的齿端面与两个所述侧壁的连接采用弧形连接角连接；两个所述侧壁与所述主梁的第二底壁的连接也采用弧形连接角连接； 所述异型材的端部凹陷区域内插入一个相邻所述异型材的中部齿状结构，且存在一定间隙；所述异型材的中部凹陷区域内插入两个相邻所述异型材的端部齿状结构，且存在一定间隙；相邻所述异型材互相咬合。
2.如权利要求I所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于所述端部齿状结构和中部齿状结构的齿根部的宽度与所述异型材截面长度的比值范围为O. I O. 15。
3.如权利要求I所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于所述端部齿状结构和中部齿状结构的齿根部到齿端面的高度与所述异型材截面宽度的比值范围为O.3 O. 4ο
4.如权利要求2所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于所述端部齿状结构和中部齿状结构的齿根部到齿端面的高度与所述异型材截面宽度的比值范围为O.3 O. 4ο
5.如权利要求I或2或3或4所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于所述异型材的截面宽度与截面长度的比值范围为O. 3 O. 45。
6.如权利要求I或2或3或4所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于两个所述端部齿状结构的外侧壁呈弧形，且该所述弧形的半径为所述异型材截面宽度的2 4倍。
7.如权利要求5所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于两个所述端部齿状结构的外侧壁呈弧形，且该所述弧形的半径为所述异型材截面宽度的2 4倍。
8.如权利要求I或2或3或4或7所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于所述异型材为具有牙状截面的钢丝；所述异型材与复合软管管轴的缠绕角度接近于90度。
9.如权利要求5所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于所述异型材为具有牙状截面的钢丝；所述异型材与复合软管管轴的缠绕角度接近于90度。
10.如权利要求6所述的一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于所述异型材为具有牙状截面的钢丝；所述异型材与复合软管管轴的缠绕角度接近于90度。
全文摘要
本发明涉及一种复合软管牙状截面抗压铠装层，其特征在于它采用异型材缠绕互锁形成，异型材的截面为牙状截面，该截面包括一主梁，主梁沿其长度方向包括第一底壁和第二底壁，第二底壁的两端向同一侧分别一体设置有一端部齿状结构，两个端部齿状结构之间的第二底壁上间隔设置有两个中部齿状结构；中部齿状结构到与其相邻的端部齿状结构之间形成端部凹陷区域；两个中部齿状结构之间形成中部凹陷区域；两个端部齿状结构均向同一侧弯曲；异型材的端部凹陷区域内插入一个相邻异型材的中部齿状结构；异型材的中部凹陷区域内插入两个相邻异型材的端部齿状结构；相邻异型材互相咬合。本发明能够增强抗压铠装层的弯曲柔性，同时能够有效防止抗压铠装层相邻截面的相互滑出，因此，可广泛用于种海洋复合软管的结构设置上。
文档编号F16L11/12GK102927383SQ201210430888
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者曹静, 陈严飞, 陈星 , 李新仲, 谢彬, 沙勇, 周巍伟, 张恩勇, 宋平娜 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 天津市海王星海上工程技术有限公司