一种高性能的超深水非粘接管道接头的制作方法

本发明涉及一种高性能的超深水非粘接管道接头。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，能源需求越来越大，能源供需矛盾日益突出，为了缓解能源供需矛盾，加快海洋油气资源开发已成为国家战略需求。国家“十二五”科学和技术发展规划中明确指出要求开发高端海洋工程装备，海洋管道是海洋油气资源最关键的运输装备，是关系海洋资源开发的“生命线”。随着国家对深海资源的开发，以往传统的海洋工程装备逐渐落后和淘汰，而对更高性能和适应极限水深的装备研制就更为迫切。深海资源开采中，随着水深的增加，对开采管道的连接和密封性能要求越来越高，而管道接头作为影响管道性能的核心部件，对管道的连接和密封性有重要的影响。因此设计研究出能使海洋管道有更高的连接性能和密封性能的接头，是迫切需要的。一般从材料角度可以大致将海洋管道分成钢管及复合式柔性管道两大类，柔性管道以其良好的柔顺性、易铺设、可设计性、经济性、可回收、环保性的优势得到了越来越广泛的应用，典型的海洋柔性管道结构如图1所示。

为保证管道终端与浮体的连接以及密封管道内的介质，需要在管道与浮体连接处设计接头。接头需要满足的功能有：1)对管道进行逐层连接，为管道提供连接力；2)密封管道层，即防止管道内介质泄漏，同时防止海水倒灌；3)排除积存在管道内部的气体。

接头的结构设计是由管道的结构决定的。由于柔性管的结构随着使用环境的不同对各个功能层或结构层进行增减，因此，非粘接管接头要针对不同的柔性管结构进行设计，对所有管道层进行逐层连接，并不是一种管接头能适用于所有的管道连接，图2为典型接头的结构。

目前，国内的柔性管道设计技术也在迅速发展，与国外的设计技术的差距逐步缩小。但对于粘结型海洋柔性管道，尤其是动态应用非粘结型管道设计技术上，还有很长的路要走。而接头作为关键的部件，更需要进行研究和详细的分析设计。随着国家深海资源的开发，越来越多的输油输气等管道被铺设到超深水的海底，但是随着铺设水深的增加，管道的质量增加，重力和惯性都增加，因此管道连接中端接头部分承受的拉力越来越大，迫切需要设计高强度拉伸接头，且管道在海水中不断晃动，很容易使接头松动，造成密封失效，发生泄漏，造成经济损失和环境破坏。所以发明一种高性能可以适应超深水环境的管道接头是非常必要的。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种高性能的超深水非粘接管道接头。本发明采用的技术手段如下：

一种高性能的超深水非粘接管道接头，包括管状接头体，所述管状接头体的头端设有接头体法兰，所述管状接头体的中段外壁设有第一环形连接部，所述管状接头体的后段外壁设有延伸至所述管状接头体尾端的第二环形连接部，所述管状接头体的后段内腔壁沿所述管状接头体轴线依次设有第一圆柱环凹槽、第一锥形环凹槽和第二圆柱环凹槽，所述第一圆柱环凹槽的两侧分别与所述管状接头体的尾端和所述第一锥形环凹槽的大端连通，所述第一锥形环凹槽的小端与所述第二圆柱环凹槽连通，所述第二圆柱环凹槽的靠近所述管状接头体头端的侧壁下端设有环形连接条，所述环形连接条上设有carcass层固定环；

所述一种高性能的超深水非粘接管道接头还包括接头外套筒和非粘结管，所述接头外套筒的头端与所述第一环形连接部固定连接，所述接头外套筒的后段内壁具有向所述接头外套筒内延伸的环形接头外套筒挤压部，所述环形接头外套筒挤压部的后段内壁沿所述接头外套筒轴线依次设有第三圆柱环凹槽和第二锥形环凹槽，所述第三圆柱环凹槽的两侧分别与所述接头外套筒的尾端和所述第二锥形环凹槽的大端连通；

所述非粘结管由内到外依次包括非粘接管carcass层、非粘接管内护套层、非粘接管抗拉铠装层和非粘接管外护套层；

所述非粘接管carcass层的前端具有非粘接管carcass层延伸部，所述非粘接管内护套层的前端具有非粘接管内护套层延伸部；

所述非粘接管carcass层延伸部和所述非粘接管内护套层延伸部的前端伸入到所述第二圆柱环凹槽内，所述非粘接管carcass层延伸部的前端具有伸出的非粘接管carcass层钢丝，所述非粘接管carcass层钢丝通过多个沿所述carcass层固定环周向均匀分布的销钉与所述carcass层固定环连接，所述第一锥形环凹槽与所述非粘接管内护套层延伸部之间设有内密封楔形环，所述非粘接管内护套层延伸部外套有内密封固定法兰，所述内密封固定法兰通过螺栓与所述管状接头体尾端连接，所述内密封固定法兰具有伸入所述第一圆柱环凹槽和所述第一锥形环凹槽并挤压所述内密封楔形环端部的内密封固定法兰挤压环，所述内密封固定法兰的外侧端部设有外套在所述非粘接管内护套层延伸部上的第一内密封保护法兰，所述第一内密封保护法兰通过螺栓与所述内密封固定法兰连接，所述第一内密封保护法兰的内壁设有第四圆柱环凹槽和第三锥形环凹槽，所述第四圆柱环凹槽的两侧分别与所述第一内密封保护法兰的外侧端部和所述第三锥形环凹槽的大端连通，所述第三锥形环凹槽的小端与所述第一内密封保护法兰的内侧端部连通，所述第四圆柱环凹槽和第三锥形环凹槽与所述非粘接管内护套层延伸部之间设有二级内密封楔形环，所述第一内密封保护法兰的外侧端部设有外套在所述非粘接管内护套层延伸部上的第二内密封保护法兰，所述第二内密封保护法兰通过螺栓与所述第一内密封保护法兰连接，所述第二内密封保护法兰的内沿具有向所述第二内密封保护法兰内延伸并挤压所述二级内密封楔形环端部的第二内密封保护法兰延伸部，所述非粘接管carcass层延伸部和所述非粘接管内护套层延伸部的前端之间设有内密封支撑套，所述内密封支撑套前端具有止挡所述非粘接管内护套层延伸部前端的内密封支撑套止挡环，所述内密封支撑套后端延伸至所述第二内密封保护法兰所围空间内；

所述非粘接管抗拉铠装层和所述非粘接管外护套层延伸至所述环形接头外套筒挤压部，所述第二锥形环凹槽与所述非粘接管外护套层之间设有外密封楔形环，所述非粘接管外护套层外套有外密封法兰，所述外密封法兰通过螺栓与所述接头外套筒尾端连接，所述外密封法兰具有伸入所述第三圆柱环凹槽和所述第二锥形环凹槽并挤压所述外密封楔形环端部的外密封法兰挤压环，所述非粘接管抗拉铠装层和所述非粘接管外护套层的前端之间设有外密封支撑套，所述外密封支撑套前端具有止挡所述非粘接管外护套层前端的外密封支撑套止挡环，所述外密封支撑套后端延伸至所述外密封法兰所围空间内；

所述非粘接管抗拉铠装层的前端伸出多条铠装钢丝，所述铠装钢丝的自由端具有弧形连接部，所述第二环形连接部外套接有铠装钢丝焊接固定结构，所述铠装钢丝焊接固定结构的前端具有与所述弧形连接部连接的弧形固定部；

位于所述第一环形连接部与所述环形接头外套筒挤压部之间的所述接头外套筒的内腔内浇灌有环氧树脂胶黏剂。

所述carcass层，即骨架层，一般由s型不锈钢螺旋缠绕互锁而成，一般在深水中使用，起着抵抗海水外压的作用。

所述第一圆柱环凹槽直径等于所述第一锥形环凹槽大端直径，所述第一锥形环凹槽小端直径等于所述第二圆柱环凹槽直径；

所述第三圆柱环凹槽直径等于所述第二锥形环凹槽大端直径，所述第二锥形环凹槽小端直径等于所述环形接头外套筒挤压部直径；

所述第二内密封保护法兰内径小于所述第四圆柱环凹槽直径，所述第四圆柱环凹槽直径等于所述第三锥形环凹槽大端直径，所述第三锥形环凹槽小端直径大于所述内密封固定法兰内径。

所述第一环形连接部包括依次连接的第一圆柱环凸起、第一锥形环凸起和第二锥形环凸起，所述第一圆柱环凸起与所述第一锥形环凸起小端连接，所述第一锥形环凸起大端与所述第二锥形环凸起大端连接，所述第一圆柱环凸起的直径等于所述第一锥形环凸起小端直径，所述第一锥形环凸起大端直径大于所述第二锥形环凸起大端直径，所述接头外套筒的头端具有与所述第一圆柱环凸起和所述第一锥形环凸起外沿相匹配的接头外套筒连接部，所述接头外套筒连接部与所述第一圆柱环凸起螺纹连接；

所述第二环形连接部包括依次连接第二圆柱环凸起、第三锥形环凸起和第四锥形环凸起，所述第二圆柱环凸起与所述第三锥形环凸起的大端连接，所述第三锥形环凸起的小端与所述第四锥形环凸起的大端连接，所述第四锥形环凸起的小端与所述第一圆柱环凸起连接，所述第二圆柱环凸起的直径等于所述第三锥形环凸起大端直径，所述第三锥形环凸起小端直径等于所述第四锥形环凸起大端直径，所述铠装钢丝焊接固定结构的后段内壁与所述第三锥形环凸起外沿相匹配。

所述接头外套筒连接部与所述第一锥形环凸起外沿之间以及所述外密封法兰与所述接头外套筒尾端之间均设有两个o型密封圈。

所述内密封楔形环，所述二级内密封楔形环和所述外密封楔形环的内沿均设有锯齿面；

所述内密封支撑套和所述外密封支撑套的上表面中后部均具有锯齿面。

所述内密封固定法兰挤压环挤压所述内密封楔形环端部，所述第一锥形环凹槽给所述内密封楔形环外沿压力，挤压所述非粘接管内护套层延伸部，从而形成严密的密封结构，并且所述内密封楔形环内沿设有锯齿面，增大了接触正压力，从而大大增大了密封压力，使非粘接管道可以适应超高压密封。

同时在所述内密封楔形环之后，由于非粘接管道在水中一直摆动，容易因疲劳而使螺栓松动，或者所述非粘接管内护套层延伸部与所述内密封楔形环之间造成滑动，使所述非粘接管内护套层延伸部被磨损，从而使密封效果降低，造成密封失效。所以本发明设计了所述二级内密封楔形环，所述内密封固定法兰，所述第一内密封保护法兰和所述第二内密封保护法兰，所述第二内密封保护法兰延伸部挤压所述二级内密封楔形环端部，所述第四圆柱环凹槽和所述第三锥形环凹槽给所述二级内密封楔形环外沿压力，挤压所述非粘接管内护套层延伸部，增大了非粘接管道的密封压力，同时又保障了密封性能的稳定性，防止所述内密封楔形环松动，并且减少非粘接管道晃动对密封机构的影响，同时减小了所述内密封楔形环对所述非粘接管内护套层延伸部的磨损，延长了密封寿命，提高了密封性。

对于所述非粘接管外护套层，有相似的楔形密封结构(所述外密封楔形环)，所述外密封法兰挤压环挤压所述外密封楔形环端部，所述第二锥形环凹槽给所述外密封楔形环外沿压力，挤压所述非粘接管外护套层，同时所述外密封法兰与所述接头外套筒尾端之间还设有两个o型密封圈，这多种密封固定，保证超深水中外部高压海水不会进入接头体内，防止海水倒灌。

所述非粘接管抗拉铠装层是主要的承载拉力的一层，而且所述非粘接管抗拉铠装层是螺旋缠绕的钢丝构成，因此，固定所述非粘接管抗拉铠装层需要特殊的方法和结构，传统的接头固定抗拉铠装层的方式是向接头空腔浇筑环氧树脂胶黏剂，单纯依靠环氧树脂与金属钢丝粘接来连接抗拉铠装层，同时树脂与金属的粘接力几乎提供了全部的非粘接管道可以承受的拉力，但是由于浇注工艺不完善和非粘接管道在超深水中所受的荷载比较复杂，接头很容易发生连接失效，从而导致接头整体失效及管道泄漏，因此本发明对接头连接结构进行的针对性结构设计，在所述第二环形连接部上安装了可以固定所述非粘接管抗拉铠装层的铠装钢丝焊接固定结构，

安装接头时，可以把所述铠装钢丝的自由端弯折成弧形连接部，并紧贴所述铠装钢丝焊接固定结构，并且通过机械焊接的方式，将所述弧形连接部焊接到所述铠装钢丝焊接固定结构的前端的弧形固定部上，再向位于所述第一环形连接部与所述环形接头外套筒挤压部之间的所述接头外套筒的内腔内浇灌环氧树脂胶黏剂，为连接提供粘接力，这样接头的连接方式就从传统的单纯树脂粘接形式变成了树脂粘接和机械焊接结合的混合连接模式，大大提高了连接拉力，同时也提高了连接稳定性。

与现有技术相比，本发明的连接强度、密封性和稳定性都有所提高，可以使本发明更适用于超深水的管道。

本发明具有以下优点：

1)本发明是一种非粘接管道接头，相对于传统的接头，有更强的拉伸性能，和更高的密封能，可以适应于超深水输送高内压介质的非粘接管道。

2)本发明对非粘接管道的各个层都有良好的固定，并且其连接和密封性能更加稳定。

3)本发明从传统的单纯树脂粘接形式变成了树脂粘接和机械焊接结合的混合连接模式，增加了焊接结构，更好的固定铠装钢丝，防止钢丝被拉脱，大大提高了连接拉力，同时也提高了连接稳定性，从而提高了非粘接柔性管道的使用深度，可以使管道应用于超深水环境下的石油资源开采。

4)本发明降低了对环氧树脂材料与铠装钢丝粘接强度的要求，根据粘接理论，即降低了对材料粘接性能的要求，同时可以缩短粘接长度，进而缩短了本发明接头的长度尺寸，使接头重量更轻质，接头制造的成本低，同时方便实现接头的快速维修。

5)本发明可以适用于各种不同口径尺寸的非粘接柔性立管的接头。

6)由于非粘接管道受风浪流荷载的影响，容易疲劳。特别是密封部分容易造成松动，导致密封失效，本发明对密封结构加以改进，提供了三种密封结构(所述内密封楔形环，所述二级内密封楔形环和所述外密封楔形环)，不仅可以增加接触密封的正压力，还能保证在受外界环境荷载时，减少主密封结构(所述内密封楔形环)的所受的不良影响，保护主密封结构。

基于上述理由本发明可在输送管路等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中一种高性能的超深水非粘接管道接头的剖视图。

图2是图1中i部放大结构示意图。

图3是图1中ii部放大结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，一种高性能的超深水非粘接管道接头，包括管状接头体1，所述管状接头体1的头端设有接头体法兰2，所述管状接头体1的中段外壁设有第一环形连接部，所述管状接头体1的后段外壁设有延伸至所述管状接头体1尾端的第二环形连接部，所述管状接头体1的后段内腔壁沿所述管状接头体1轴线依次设有第一圆柱环凹槽3、第一锥形环凹槽4和第二圆柱环凹槽5，所述第一圆柱环凹槽3的两侧分别与所述管状接头体1的尾端和所述第一锥形环凹槽4的大端连通，所述第一锥形环凹槽4的小端与所述第二圆柱环凹槽5连通，所述第二圆柱环凹槽5的靠近所述管状接头体1头端的侧壁下端设有环形连接条，所述环形连接条上设有carcass层固定环6；

所述一种高性能的超深水非粘接管道接头还包括接头外套筒7和非粘结管，所述接头外套筒7的头端与所述第一环形连接部固定连接，所述接头外套筒7的后段内壁具有向所述接头外套筒7内延伸的环形接头外套筒挤压部8，所述环形接头外套筒挤压部8的后段内壁沿所述接头外套筒7轴线依次设有第三圆柱环凹槽9和第二锥形环凹槽10，所述第三圆柱环凹槽9的两侧分别与所述接头外套筒7的尾端和所述第二锥形环凹槽10的大端连通；

所述非粘结管由内到外依次包括非粘接管carcass层11、非粘接管内护套层12、非粘接管抗拉铠装层13和非粘接管外护套层14；

所述非粘接管carcass层11的前端具有非粘接管carcass层延伸部15，所述非粘接管内护套层12的前端具有非粘接管内护套层延伸部16；

所述非粘接管carcass层延伸部15和所述非粘接管内护套层延伸部16的前端伸入到所述第二圆柱环凹槽5内，所述非粘接管carcass层延伸部15的前端具有伸出的非粘接管carcass层钢丝，所述非粘接管carcass层钢丝通过多个沿所述carcass层固定环6周向均匀分布的销钉17与所述carcass层固定环6连接，所述第一锥形环凹槽4与所述非粘接管内护套层延伸部16之间设有内密封楔形环18，所述非粘接管内护套层延伸部16外套有内密封固定法兰19，所述内密封固定法兰19通过螺栓与所述管状接头体1尾端连接，所述内密封固定法兰19具有伸入所述第一圆柱环凹槽3和所述第一锥形环凹槽4并挤压所述内密封楔形环18端部的内密封固定法兰挤压环20，所述内密封固定法兰19的外侧端部设有外套在所述非粘接管内护套层延伸部16上的第一内密封保护法兰21，所述第一内密封保护法兰21通过螺栓与所述内密封固定法兰19连接，所述第一内密封保护法兰21的内壁设有第四圆柱环凹槽22和第三锥形环凹槽23，所述第四圆柱环凹槽22的两侧分别与所述第一内密封保护法兰21的外侧端部和所述第三锥形环凹槽23的大端连通，所述第三锥形环凹槽23的小端与所述第一内密封保护法兰21的内侧端部连通，所述第四圆柱环凹槽22和第三锥形环凹槽23与所述非粘接管内护套层延伸部16之间设有二级内密封楔形环24，所述第一内密封保护法兰21的外侧端部设有外套在所述非粘接管内护套层延伸部16上的第二内密封保护法兰25，所述第二内密封保护法兰25通过螺栓与所述第一内密封保护法兰21连接，所述第二内密封保护法兰25的内沿具有向所述第二内密封保护法兰25内延伸并挤压所述二级内密封楔形环24端部的第二内密封保护法兰延伸部26，所述非粘接管carcass层延伸部15和所述非粘接管内护套层延伸部16的前端之间设有内密封支撑套27，所述内密封支撑套27前端具有止挡所述非粘接管内护套层延伸部16前端的内密封支撑套止挡环28，所述内密封支撑套27后端延伸至所述第二内密封保护法兰25所围空间内；

所述非粘接管抗拉铠装层13和所述非粘接管外护套层14延伸至所述环形接头外套筒挤压部8，所述第二锥形环凹槽10与所述非粘接管外护套层14之间设有外密封楔形环29，所述非粘接管外护套层14外套有外密封法兰30，所述外密封法兰30通过螺栓与所述接头外套筒7尾端连接，所述外密封法兰30具有伸入所述第三圆柱环凹槽9和所述第二锥形环凹槽10并挤压所述外密封楔形环29端部的外密封法兰挤压环31，所述非粘接管抗拉铠装层13和所述非粘接管外护套层14的前端之间设有外密封支撑套32，所述外密封支撑套32前端具有止挡所述非粘接管外护套层14前端的外密封支撑套止挡环33，所述外密封支撑套32后端延伸至所述外密封法兰30所围空间内；

所述非粘接管抗拉铠装层13的前端伸出多条铠装钢丝34，所述铠装钢丝34的自由端具有弧形连接部35，所述第二环形连接部外套接有铠装钢丝焊接固定结构36，所述铠装钢丝焊接固定结构36的前端具有与所述弧形连接部35连接的弧形固定部37；

位于所述第一环形连接部与所述环形接头外套筒挤压部8之间的所述接头外套筒7的内腔38内浇灌有环氧树脂胶黏剂。

所述第一圆柱环凹槽3直径等于所述第一锥形环凹槽4大端直径，所述第一锥形环凹槽4小端直径等于所述第二圆柱环凹槽5直径；

所述第三圆柱环凹槽9直径等于所述第二锥形环凹槽10大端直径，所述第二锥形环凹槽10小端直径等于所述环形接头外套筒挤压部8直径；

所述第二内密封保护法兰25内径小于所述第四圆柱环凹槽22直径，所述第四圆柱环凹槽直径22等于所述第三锥形环凹槽23大端直径，所述第三锥形环凹槽23小端直径大于所述内密封固定法兰19内径。

所述第一环形连接部包括依次连接的第一圆柱环凸起39、第一锥形环凸起40和第二锥形环凸起41，所述第一圆柱环凸起39与所述第一锥形环凸起40小端连接，所述第一锥形环凸起40大端与所述第二锥形环凸起41大端连接，所述第一圆柱环凸起39的直径等于所述第一锥形环凸起40小端直径，所述第一锥形环凸起40大端直径大于所述第二锥形环凸起41大端直径，所述接头外套筒7的头端具有与所述第一圆柱环凸起39和所述第一锥形环凸起40外沿相匹配的接头外套筒连接部42，所述接头外套筒连接部42与所述第一圆柱环凸起39螺纹连接；

所述第二环形连接部包括依次连接第二圆柱环凸起43、第三锥形环凸起44和第四锥形环凸起45，所述第二圆柱环凸起43与所述第三锥形环凸起44的大端连接，所述第三锥形环凸起44的小端与所述第四锥形环凸起45的大端连接，所述第四锥形环凸起45的小端与所述第一圆柱环凸起39连接，所述第二圆柱环凸起43的直径等于所述第三锥形环凸起44大端直径，所述第三锥形环凸起44小端直径等于所述第四锥形环凸起45大端直径，所述铠装钢丝焊接固定结构36的后段内壁与所述第三锥形环凸起44外沿相匹配。

所述接头外套筒7连接部与所述第一锥形环凸起40外沿之间以及所述外密封法兰30与所述接头外套筒7尾端之间均设有两个o型密封圈46。

所述内密封楔形环18，所述二级内密封楔形环24和所述外密封楔形环29的内沿均设有锯齿面；

所述内密封支撑套27和所述外密封支撑套32的上表面中后部均具有锯齿面。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。