Гибкий трубопровод Советский патент 1993 года по МПК F16L11/16 

Изобретение относится к гибким трубопроводам и может использоваться в качестве одного из элементов усиления гибких трубопроводов, герметичность которых обеспечивается одной внутренней трубой или одной оболочкой из пластмассы или эластомера.

6 настоящем изобретении предлагается выполнение гибкого трубопровода, который обладает, в частности, повышенным сопротивлением раздавливанию, с возможностью его выполнения с пониженными производственными издержками. Кроме сокращения производственных издержек, полученных благодаря более простому и более быстрому изготовлению, целью настоящего изобретения является также уменьшение веса трубчатого слоя для заданного сопротивления раздавливанию, что позволяет, с одной стороны, уменьшить вес и стоимость сырьевых материалов, использованных для изготовления, и, с другой стороны, выполнять гибкие трубопроводы, которые могут использоваться на более значительных водных глубинах.

В гибком трубопроводе, согласно изобретению, первая вторичная опорная поверхность спирально намотанной профилированной полосы разделена промежутками, в радиальном направлении, от первой основной цилиндрической опорной поверхности такой величины, что в намотанном состоянии профилированной полосы она прижимается примерно по всей своей длине ко второй основной опорной поверхности одного смежного витка, причем ука- занный трубопровод существенно отличается тем, что вторая вторичная опорная поверхность содержит один участок, предпочтительно цилиндрический, соединения со второй выпуклой радиальной частью один цилиндрический или несколько / конический концевой участок и, между ука -ванными участками, один, промежуточный

fe

00

со

сЈ

со

СА)

участок волнообразной формы, вогнутость которого обращена напротив второй основной опорной поверхности, при этом вторая вторичная опорная поверхность устанавливается таким образом, что в намотанном состоянии полосы указанной соединительный участок второй вторичной опорной поверхности опирается на первую основную опорную поверхность другого смежного витка, указанный концевой участой второй- вторичной опорной поверхности прижимается к указанной первой основной опорной поверхности другого смежного витка, и предпочтительно, вершина промежуточного участка прижимается к первой вторичной опорной поверхности указанного другого смежного витка.

Концевой участок второй вторичной опорной поверхности является, предпочтительно, цилиндрическим и прижимается примерно по всей своей длине, к первой основной опорной поверхности другого смежного витка. Тем не менее этот концевой участок может, согласно изобретению, быть коническим, т.е. образовывать с осью трубопровода УГОЛ меньше примерно 10°, предпочтительно порядка 5°.

Таким образом, в намотанном состоянии полосы между каждой из основных опорных поверхностей одного витка и одной основной опорной поверхностью смежного витка имеется опорная структура, сопротивляющаяся раздавливанию вследствие двойной опоры концевого участка и соединительного участка второй вторичной опорной поверхности на первую основную опорную поверхность смежного витка, и сопротивления изгибу, которое придает промежуточный волнообразный участок. Опора промежуточного волнообразного участка на первую вторичную опорную поверхность смежного витка, находящегося в контакте со второй основной опорной поверхностью соответствующего витка, позволяет еще более повысить жесткость профилированной полосы, обеспечивая сводообразный опорный эффект, при этом средняя часть промежуточного волнообразного участка может иметь закругленное сечение или центральную цилиндрическую опорную поверхность.

Согласно изобретению, длины концевого участка и соединительного участка второй вторичной опорной поверхности могут быть любыми и даже очень . небольшими. Важно только, чтобы имелся контакт без зазора по обе стороны промежуточного волнообразного участка между второй вторичной опорной поверхностью одного витка и перией основной опорной поверхностью витка и чтобы наклонная часть на

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

конце промежуточного волнообразного участка постепенно соединялась, примерно в тангенциальном направлении, с концевым участком.

Предпочтительно, размеры профилированной полосы, образующей трубчатый слой гибкого трубопровода, согласно изобретению, по отношению к толщине е полосы или к внутреннему диаметру D образованного трубчатого слоя являются следующими:

1)длина b концевого участка второй вторичной опорной поверхности

b 5:0,5е и предпочтительно 0.5е Ь 2е;

2)длина е промежуточного волнообразного участка второй вторичной опорной поверхности

За э 8е;

3)высота d промежуточного волнообразного участка второй вторичной опорной поверхности

0,5е ,5e;

4)длина с соединительного участка второй вторичной опорной поверхности

е :Sc 4e;

5)толщина h трубчатого слоя, образованного наматыванием профилированной полосы, то есть радиальное расстояние между внутренней стороной основной опорной поверхности одного витка, составляющей внутреннюю поверхность трубчатого слоя, и наружной стороной основной опорной поверхности смежного витка, составляющей наружную поверхность трубчатого слоя.

h 4,5е;

6)ширина I профилированной полосы, т.е. расстояние, измеренное в осевом направлении, между вершинами выпуклых радиальных опорных поверхностей полосы

50е:Ј I 100е;

7)средний шаг Р спирали, образованной наматыванием, то есть расстояние, измеренное в осевом направлении, между первыми выпуклыми радиальными опорными поверхностями двух последовательных витков, причем осевой зазор между последовательными витками предполагается равным его среднему значению.

0.05D :SP 0.5D.

Промежуточный волнообразный участок имеет срединную часть закругленного сечения или содержащую одну центральную цилиндрическую опорную поверхность, заключенную между двумя изогнутыми сегментами. Эта срединная часть, вершина которой или, соответственно, центральная опорная поверхность, предпочтительно,

опирается на первую вторичную часть смежного витка и заключена между двумя переходными боковыми частями. Эти две переходные части изогнутой формы, направление изгиба которых противоположно направлению изгиба изогнутых сегментов, соединяются, в тангенциальном направлении, соответственно, с концевым участков и с соединительным участком. Срединная часть соединяется, в тангенциальном направлении, с каждой из двух боковых переходных частей либо, предпочтительно, вместе с точкой перегиба, либо с прямолинейным соединительным сегментом длиной, предпочтительно, менее 2е. Угол, образованный касательной в точке перегиба или прямолинейным сегментом относительно оси трубчатого слоя, предпочтительно, составляет 45-80°.

Профилированная полоса обладает особо повышенным сопротивлением раздавливанию, когда радиус кривизны каждой из изогнутых зон имеет наибольшее значение, совместимое с размерами, характеризующими сечение заданной профилированной полосы. Были получены интересные результаты при значениях радиуса кривизны в наиболее изогнутых зонах порядка 1,5е, причем радиус кривизны отсчитывается на нейтральном звене, но, предпочтительно, чтобы в любой точке сечения радиус кривизны был не меньше этого значения.

Профилированная полоса согласно изобретению может быть выполнена по обычной технологии холодного формования с помощью формовочных молетт и может, в частности, непрерывно формоваться по непрерывному способу формования гибких трубопроводов, описанному в патенте Франции № А-255920 на имя заявителя.

Фиг.1 поясняет способ выполнения гибкого трубопровода по типу ROUYH BORE, согласно изобретению; на фиг.2 - то же для гибкого трубопровода по типу SMOOTH BORE, согласно изобретению; на фиг.З - разрез детали трубчатого слоя, образованного профилированной полосой трубопровода по фиг.1; на фиг.4-7 - варианты выполнения, аналогичные фиг.З.

Гибкий трубопровод типа ROUVH BORE (фиг.1) включает трубчатый слой 1, образованный профилированной полосой, спирально намотанной с небольшим шагом и с раструбным соединением последовательных витков. Этот слой 1 является внутренним каркасом, предназначенным для обеспечения сопротивления трубопровода эффектам раздавливания.

Трубопровод содержит, помимо слоя 1, кожух 2 сопротивления разрыву и внутреннему давлению, образованный, предпочтительно, из одной или нескольких пар перекрещенных слоев металлических проводов или композитных материалов, стойких к

разрыву. Наконец, трубопровод содержит одну герметичную внутреннюю оболочку 3, размещенную между слоями 1 и 2 и наружной оболочкой 4.

В .конструкции типа SMOOTH BORE,

O показанной на фиг.2, предусматривается герметичная внутренняя труба З1, которая опирается на трубчатый слой 1 , образованный наматыванием одной профилированной полосы и который обеспечивает, с

5 одной стороны, сопротивления раздавливанию и, с другой стороны, сопровтивление окружностей составляющей, индуктированной внутренним давлением,

Слой 1 образован спиральной намоткой

0 одной профилированной полосы, как это показано на фиг.З, причем эта полоса выполняется из любого металлического материала, пригодного для предусматриваемого использования и способного прини5 мать заданную конфигурацию путем пластической деформации, например, из нержавеющей аустенитной, аустенито-фер- ритной или ферритной стали, из углеродистой стали; в частности, высокой степени, из

0 гальванизированной стали или из сплавов с хорошими антикоррозийными характеристиками таких, как ИНКОНЕЛЬ или алюминиевые сплавы.

На фиг.З показано сечение одного витка

5 профилированной полосы в измотанном состоянии, а также фрагментарное сечение двух смежных витков. В сечении профилированная полоса толщиной е ик;еет одну первую основную цилиндрическую опор0 ную поверхность 5, объединенную с одной второй основной цилиндрической опорной поверхностью 6 посредством одной наклонной центральной части 7. Основные опорные поверхности 5 и б продолжены

5 выпуклыми радиальными частями, соответственно, 8 и 9. Радиальная часть 8 продолжена первой вторичной опорной поверхностью 10, концентричной опорной поверхности 5. Вторая радиальная часть 9

0 продолжена второй вторичной опорной поверхностью, образованной цилиндрическим соединительным участком 11 и цилиндрическим концевым участком 12, между которыми размещается промежуточ5 ный волнообразный участок 13, вогнутость которого обращена напротив второй основной опорной поверхности 6.

.„Высота h трубчатого слоя, конфигурзN ция и размеры по длине а и по высоте d

промежуточного волнообразного участка 13

определяются таким образом, что в намотанном состоянии полосы цилиндрические участки 11 и 12 прижимаются примерно по всей их длине с и, соответственно, Ь, к первой основной опорной поверхности 5 одного смежного витка, вершина Закругленной срединной части промежуточного участка 13 прижимается к первой вторичной опорной поверхности 101 указанного смежного витка.

Кроме того, как это показано на фиг.З, первая вторичная цилиндрическая опорная поверхность 10 отделяется промежутком в радиальном направлении от первой основной цилиндрической опорной поверхности 5 с тем, чтобы прижиматься без зазора по всей своей длине, по которой основной цилиндрической опорной поверхности б другого смежного витка.

В способе выполнения по фиг.4 срединная часть промежуточного участка 13а содержит цилиндрическую поверхность 14, опирающуюся по всей своей длине f на первую вторичную опорную поверхность 10 смежного витка. Цилиндрическая опорная поверхность 14 продолжена двумя сегментами изогнутого сечения 15, соединяющимися в тангенциальном направлении непосредственно или посредством прямолинейных сегментов (не показаны) с боковыми переходными частями с участками 11 и 12.

Согласно фиг.4, длины b и с концевого цилиндрического участка 12 и соединительного участка 11 сведены к минимуму, практически до нуля, а обе боковые переходные части промежуточного участка 13а равномерно изгибаются и соединяются, в танген- циальном направлении, на стороне напротив первой основной опорной поверхности 51 смежного витка.

В способе выполнения по фиг.5 предусматривается прямолинейный соединительный сегмент длиной g между изогнутой срединной частью 14 промежуточного участка и каждой из двух боковых переходных частей.

В способе выполнения по фиг.6 концевой участок 12 второй вторичной опорной поверхности является несколько коническим, причем на фиг.7 показан вариант выполнения, по которому длина этого концевого участка является очень малой, близкой к нулевому значению.

Так как первая и вторая основные опорные поверхности одного и того же витка разделены промежутками в радиальном на- ( правлении, трубчатый слой может быть образовав из профилированной полосы,

согласно изобретению, двумя разными способами:

(I) первая основная опорная поверхность может находиться внутри ближе всего

к оси гибкой трубы по отношению ко второй основной опорной поверхности; промежуточный волнообразный участок 13, образованный второй вторичной опорной поверхностью, находится в этом случае

0 внутри трубы по отношению к первой вторичной опорной поверхности 101 противоположного смежного витка.

(if) первая основная опорная поверхность находится снаружи, при этом проме5 жуточный волнообразный участок также находится снаружи.

Кроме того, трубчатый слой может вы полняться путем наматывания только одной профилированной полосы, последователь0 ные витки которой взаимно раструбно соединяются. Как вариант, можно его выполнять, наматывая рядом две смежные профилированные полосы, при этом каждый виток одной полосы соединяется с двух

5 сторон с двумя витками другой полосы; в некоторых случаях этот вариант может быть интересен, например, в случае, когда ширина фальцованной полосы является относительно небольшой по отношению к

0 диаметру формованной гибкой трубы. Формула изобретения 1. Гибкий трубопровод, содержащий по меньшей мере один трубчатый слой, образованный по меньшей мере одной профилиро5 ванной полосой удлиненного S-образного сечения, спирально намотанной с раструбным соединением последовательных витков, причем указанная профилированная полоса имеет сечение, образованное из

0 первой и второй основных цилиндрических параллельных опорных поверхностей, и из первой и второй вторичных цилиндрических параллельных опорных поверхностей, отделенных в радиальном направлении от цент5 ральной части, наклоненной по отношению к продольной оси трубопровода и объединяющей первую и вторую основные опорные поверхности, и от двух радиальных выпуклых участков, соединяющих первую и вто0 рую основные поверхности с первой и второй вторичными поверхностями соответственно, причем первая вторичная опорная поверхность отделена в радиальном направлении от первой основной опорной по5 верхности. а первая вторичная опорная поверхность витка профилированной полосы прижимается в намотанном состоянии по всей длине к второй основной опорной поверхности витка, вторая вторичная опор- ная поверхность имеет волнообразный уча9183163110

сток, который является промежуточным инию к направлению кривизны указанных

направлен своей выпуклостью к второй ос-изогнутых участков.

новной опорной поверхности, причем ука-7. Трубопровод по одному из пп. 1-6, о тзанная вторичная опорная поверхностьл и ч а ю щ и и с я тем, что длина b концевого

выполнена так, чтобы обеспечить в намо-5 участка второй вторичной опорной поверхтанном состоянии полосы опирание участканости удовлетворяет следующему отношесоединения второй вторичной опорной по-нию:

верхности, находящейся между второй pa-0,5e b 2е,

диальной выпуклой частью игде е - толщина профилированной полосы.

волнообразным участком, на первую основ-10 8. Трубопровод по одному из предыдуную опорную поверхность смежного витка,щих пп.,отличающийся тем, что длина

отличающийся тем, что втораяа промежуточного волнообразного участка

вторичная опорная поверхность имеет до-второй вторичной опорной поверхности

полнительный концевой участок, образую-удовлетворяет следующему отношению:

щий удлинение промежуточного15 ,

волнообразного участка и прижимающийсягде е - толщина профилированной полосы.

к первой основной поверхности смежного.9, Трубопровод по одному из пп.1-8, о твитка.ли чающийся тем, что высота d проме2.Трубопровод по п. 1, отличающий-жуточного волнообразного участка второй с я тем, что концевой участок является цилин-20 вторичной опорной поверхности удовлетво- дрическим и прижат примерно по всей своейряет следующему отношению:

длине к указанной первой основной опор-0,5е ,5e,

ной поверхности смежного витка.где е-толщина профилированной полосы.

3.Трубопровод по п.1, отличаю щи й-10. Трубопровод по одному из пп. 1-9, с я тем, что концевой участок является кони- 25 отличающийся тем, что толщина h ческим и опирается своим концом на указан- трубчатого слоя удовлетворяет отношению ную первую основную опорную поверхность ,5e,

смежного витка. .где е - толщина полосы.

4.Трубопровод по пп.1-3, о т л и ч а ю-11. Трубопровод по одному из пп.1-10, щ и и с я тем, что вершина промежуточного 30отличающийся тем, что длина с второго участка прижата к первой вторичной опор-соединительного участка второй вторичной ной поверхности указанного смежного вит-опорной поверхности удовлетворяет следу- ка. ющему отношению:

5.Трубопровод по пп.1-4, отлича ,

щ и и с я тем, что срединная часть указан- 35 где е - толщина профилированной полосы, ного промежуточного волнообразного уча-12. Трубопровод по одному из пп.1-11.

стка имеет сечение закругленной формы и отличающийся тем, что ширина I соединена в тангенциальном направлении профилированной полосы, т.е. расстояние, С двумя изогнутыми боковыми переходны- измеренное в осевом направлении между ми частями, имеющими обратное направяе- 40 вершинами выпуклых радиальных опорных ние кривизны пр отношению к направлению поверхностей полосы, удовлетворяет следу- кривизны указанной срединной части.ющёму отношению:

6. Трубопровод по пп.1-4, отличаю-50е 1 S 100е.

щ и и с я тем, что срединная часть указан- где е - толщина полосы, ного промежуточного волнообразного уча- 45 13. Трубопровод по одному из пп.1-12, стка содержит центральную цилиндриче- отличающийся тем, что средний шаг скую часть в контакте, предпочтительно Р спирали, образованной намоткой, т.е. рэс- примерно по всей своей длине, с первой стояние, измеренное в осевом направлении вторичной опорной поверхностью указан-. между первыми выпуклыми радиальными ного смежного витка, и заключена между 50 опорными поверхностями двух последова- двумя изогнутыми участками, при этом ука- тельных витков, удовлетворяет следующему эанная срединная часть соединена в танген- отношению: циальном направлении с двумя изогнутыми0,05D:S ,5О,

боковыми переходными частями и имеет об- где D - внутренний диаметр образованного ратное направление кривизны по отноше- 55 трубчатого слоя.

Ъ гпЬ

IC91C81

//

11 14 tea 12 Фиг. 4

///////

11m „13 i2 Фиг.

лл ул лУЛ vvv

i / fiya f J J 7

И

v. vy

Ж