基于改进截面的柔性管弯曲限制器的制作方法

本实用新型涉及海洋工程柔性管缆防护装置，具体涉及一种基于改进截面的柔性管弯曲限制器，应用于石油平台、风电海缆等领域。

背景技术：

二十一世纪是海洋开发利用的时代，我国在海洋方面的开发力度也随之增加，柔性立管也因其良好的工作性能被广泛应用。柔性立管自身弯曲性好，可承受较大的弯曲变形，但在立管端部与刚性结构连接处可能会出现过度弯曲的现象，造成管道损坏，影响正常生产作业。因此需要弯曲限制器防止其过度弯曲，避免管道损坏。目前广泛使用的标准形弯曲限制器纵向剖视图如图1所示，其内接口中段为空心圆柱体，在这样的设计下，弯曲限制器整体结构厚度较薄，长细比极大，在受到较大外荷载和位移(如地震等极端工况)时，径向产生极大压力荷载，易发生压弯失稳，导致结构损坏，产品失效。因此，上述问题亟待解决。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于改进截面的柔性管弯曲限制器，其作用在于保护管缆，控制管缆在正常工况下的弯曲程度，可抵抗较大外荷载和位移变形。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的基于改进截面的柔性管弯曲限制器，包括限制器单元和用于连接限制器单元的外接口，所述限制器单元包括一对半瓦状的内接口，内接口的纵截面为类山形截面，所述类山形截面包括作为加厚层的山脊部、位于该山脊部两侧的山谷部、位于山谷部外侧的凸起卡扣，所述山脊部为等腰梯形，所述山谷部为直角梯形。

本实用新型通过接口连接至柔性管缆，从而防止柔性管缆过度弯曲，保护柔性管缆。不仅满足安装灵活性高、置换性能好的要求，而且能够保证内部柔性管缆在极端工况下满足设计曲率，降低对材料的性能要求，减少达到同等强度要求的原始弯曲限制器材料用量，节约成本。其中，所述限制器单元为n个，所述外接口为n-1个，相邻的两个限制器单元由一个外接口连接，所述n为大于等于2的整数。

作为优选，所述山脊部的高度为内接口纵截面厚度的二分之一至三分之二。所述类山形截面的均匀加厚层在浇筑过程中可根据实际工况与荷载大小进行尺寸调整，包括左右两个底角角度，梯形高度。

所述一对半瓦状的内接口通过螺栓紧固在一起，彼此相邻的两个限制器单元由一个外接口连接。

所述相邻限制器单元之间存在空隙。限制器单元端部的卡扣之间存在空隙，使得相邻限制器单元在工作中可发生相对转动，可转动的角度由空隙大小、限制器内接口结构参数决定。

有益效果：本实用新型的基于改进截面的柔性管弯曲限制器，具有以下优点：

1、本实用新型中，内接口中段厚度增加，降低整体结构的长细比，减小了其在正常工况下以及非正常工况下的失稳破坏可能。

2、经过数值模拟发现，在受到可使原始限弯器发生破坏的相同荷载下，本实用新型可保持自身结构稳定，应力分布均匀，产生的最大应力相比于原始限弯器最大应力降低了一个数量级。因此在材料的选择上对于材料本身性能需求降低，在仍使用同等材料的情况下，增进产品的安全可靠性。

3、本实用新型中，内接口中段为梯形加厚，设计时可通过调整梯形底部倾斜角度来控制弯曲限制器最大弯曲曲率，增强弯曲限制器的实用性。同时，相比于中段整体加厚，梯形截面的设计有效的减少了材料的使用量，节约成本。

附图说明

图1为传统弯曲限制器的纵向剖视图；

图2a为本实用新型的结构示意图；

图2b为图2a中类山形截面示意图；

图3为本实用新型的拆分结构示意图；

图4为限制器单元组装示意图；

图5为外接口组装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图2至图5所示，本实用新型的基于改进截面的柔性管弯曲限制器，包括限制器单元和用于连接限制器单元的外接口2，限制器单元包括一对半瓦状的内接口1，内接口1的纵截面为类山形截面，类山形截面包括作为加厚层的山脊部、位于该山脊部两侧的山谷部、位于山谷部外侧的凸起卡扣，山脊部为等腰梯形，山谷部为直角梯形。

本实施例中，限制器单元由聚氨酯浇筑而成。限制器单元由两个半瓦状内接口1进行连接，限制器单元和内接口1的数量可根据实际情况和需求确定。在连接过程中，应遵循先组装相邻两个限制器单元，再通过外接口2将这两个限制器单元进行连接，如此类推，依次进行。如图3所示，第一个限制器单元和第二个限制器单元分别由两个半瓦状内接口1组成。因内接口1边缘设有卡扣以及凹槽(山谷部)，外接口2内设有内槽，故外接口2与两个相邻限制器单元以相互锁死的方式进行连接。

如图4和5所示，每个限制器单元都由两个相同的半瓦状内接口1通过卡扣边缘的螺栓通孔进行连接合成。半瓦状内接口1的卡扣边缘上设有螺栓通孔，本实用新型优选两个螺栓通孔，可用螺栓穿过对应的螺栓通孔，将两个内接口1合成一个整体。如图5所示，外接口2内槽两侧外缘设有螺栓通孔，可用螺栓穿过对应的螺栓通孔，将两个外接口2合成一个整体。

本实施例中，由于类山形截面的山脊部厚度增加，限制器单元中段结构长细比减小，降低了在大荷载工况下压弯失稳的可能。当受到较大外荷载作用时(如地震荷载)，相邻弯曲限制器单元将发生较大转角变形，当达到极限弯曲程度时，外接口2外侧面将与梯形加厚层的斜边旋转而成的平面发生接触，并产生相互作用，将弯曲方向外侧产生的一部分拉力转化至弯曲方向内侧的压力，可有效降低结构中所产生的最大应力值，从而增强整体结构的安全性能。同时相比于现有弯曲限制器单元中段结构以矩形截面加厚或结构整体加厚，降低了材料需求，降低成本。

本实施例中，限制器主体部分采用聚氨酯材料，半瓦状内接口1及外接口2均为一体化浇筑而成，浇筑时需预留内接口1端面螺栓孔及外接口2外缘螺栓孔。内接口1在生产过程中可根据实际工况调整模具两端截面为直角梯形的凸起形状，包括底角角度和高度，从而改变内接口1中段截面的梯形形状。对于同一工况下的弯曲限制器模型相同，只需设计制作一次模具；梯形截面的设计具有内大外小的特征，方便拔模。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。