Гибкий трубопровод - RU2068523C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится, в основном, к гибкому трубопроводу, имеющему слой сшитой оболочки.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к гибким трубопроводам для транспортировки жидкостей под давлением, таких как, в частности, углеводороды, полученные при эксплуатации подводных скважин.

В патенте Франции 2 619 193, МПК F 16 L 11/00, 1989 описан гибкий трубопровод, содержащий две пары оболочек, установленных под двумя разными углами, один больше 55^o, другой меньше 55^o. Действие внутреннего давления вызывает, в зависимости от выбранной геометрии, небольшое укорачивание гибкого трубопровода или отсутствие изменения этой длины под действием давления. Такой гибкий трубопровод может обладать очень высокой стойкостью своей механической структуры к воздействию внутреннего давления, так как он имеет четыре слоя оболочки вместо двух, как в обычных гибких трубопроводах, но допустимое внутреннее давление остается ограниченным опасностью проникновения пластмассовой оболочки в разъемы между смежными полосами.

С другой стороны, известны гибкие трубопроводы второго типа, предназначенные выдерживать высокие давления, превышающие 200 бар и которые могут превышать 1000 бар для относительно небольших диаметров. Такие гибкие трубопроводы содержат, кроме того, снаружи трубы или герметичного кожуха стойкую к давлению оболочку, названную сводом, содержащим один или несколько слоев полос, спирально намотанных под углом, близким к 90^o, по отношению к оси трубопровода. Угол спиральности свода, в основном, превышает или равен 85^o и всегда превышает 80^o по отношению к оси гибкого трубопровода, что придает своду максимальную стойкость к окружной составляющей (по англосаксонской терминологии hoop-stress) усилий, вызываемых внутренним давлением, причем эта составляющая обычно является превалирующей, по сравнению с осевой нагрузкой, при очень высоком внутреннем давлении. Устойчивая структура гибкого трубопровода дополняется снаружи свода по меньшей мере двумя слоями оболочки, названными оболочками растяжения, состоящими из полос, имеющих сечение простой формы, например, прямоугольное или круглое, причем углы установки различных слоев находятся в противоположных направлениях и составляют менее 55^o, типично порядка 30 45^o. Указанные слои оболочки растяжения обеспечивают, в основном, стойкость к усилиям растяжения и к усилиям скручивания. Сопротивление окружной составляющей усилий внутреннего давления обеспечивается, преобладающим образом, сводом и, дополнительно, оболочками растяжения. Зато, вследствие своего большого угла спиральности, свод обладает относительно высокой стойкостью к усилиям растяжения и скручивания. Вследствие слабой осевой устойчивости свода, составляющие его витки проволоки могут подвергаться значительным перемещениям по длине гибкого трубопровода, что может привести к полному разрушению структуры и к повреждению трубопровода. С целью ограничения осевых перемещений витков используют так называемые соединенные полосы, при этом каждый из двух боковых краев одной полосы имеет канавку, ограниченную нервюрой. Таким образом, существуют различные известные типы соединенных полос, причем каждая из двух боковых нервюр такой полосы жестко закрепляется в канавке одного витка смежной полосы. Это закрепление выполняется с определенным зазором в направлении ширины полосы, причем этот зазор определяет возможное изменение длины гибкого трубопровода по его продольной оси и определяется для каждого варианта изготовления таким образом, чтобы гибкий трубопровод мог изгибаться с радиусом кривизны, равным минимальному заданному значению.

Наличие спирального и соединенного свода придает гибкому трубопроводу отличную устойчивость к повышенным, в частности, внутренним давлением.

Зато наличие дополнительного слоя увеличивает стоимость материалов, используемых для выполнения гибкого трубопровода. Кроме того, спиральность свода под углом, близким к 90^o, по отношению к оси гибкого трубопровода, осуществляется со скоростью, явно ниже скорости установки оболочек растяжения. Это увеличивает стоимость и срок изготовления гибкого трубопровода, способного выдерживать значительные внутренние давления.

Для получения гибкого трубопровода уравновешенного типа, то есть гибкого трубопровода с изменяющейся длиной и с эффектом скручивания достаточно небольшой амплитуды, когда он подвергается повышенному внутреннему давлению, необходимо иметь множество слоев оболочки, причем, по меньшей мере, один из указанных слоев оболочки имеет угол установки (по отношению к оси), меньше или приблизительно равный 55^o, а, по меньшей мере, другой слой оболочки содержит угол установки, превышающий или приблизительно равный 55^o.

Известно, что слои оболочки имеют дополнительные углы для получения уравновешенного гибкого трубопровода. Это понятие дополнительных углов применяется, таким образом, с одной стороны, все слоем оболочки гибких трубопроводов без свода давления, например, скрещенные слои, установленные под 55^o в противоположных направлениях, и, с другой стороны, ко всем слоям оболочки растяжения гибких трубопроводов второго типа со сводом давления, например, два слоя оболочки, скрещенные под 30^o .

Зато свод давления гибких трубопроводов второго типа практически не играет никакой роли в уравновешивании структуры, вследствие того, что его угол спиральности является очень значительным. Из этого следует, что гибкие трубопроводы этого типа обычно выполняются с единственным слоем полос, составляющих свод, без того, чтобы спиральная намотка полос свода компенсировалась другим слоем полос, намотанных в противоположном направлении, с углом спиральности, равным или с близким значением.

По патенту Франции N 2 182 372, МПК F 16 L 11/00, 1973, взятому за прототип, известно выполнение гибких трубопроводов, содержащих два скрещенных слоя оболочки для сопротивления растяжению. В первом примере выполнения, описанном в этом документе, оба скрещенных слоя выполняются из соединенных полос в форме S или Z. Во втором варианте выполнения, описанном в этом патенте, оба слоя не являются соединенными. В этом документе, целью которого, в основном, является устройство и метод укладки с осуществлением особого способа предварительного формирования полос, не говорится об использовании первого соединенного слоя оболочки для сопротивления одновременно окружному эффекту средних или значительных давлений и усилиям осевого растяжения в комбинации с по меньшей мере одним другим слоем оболочки, имеющим дополнительный угол установки, с целью выполнения уравновешенной конструкции.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является гибкий трубопровод, содержащий первый слой оболочки, предназначенный совместно с по меньшей мере одним вторым слоем проводов оболочки одновременно играть роль сопротивления окружным эффектам внутреннего давления, а также усилиям растяжения.

Гибкий трубопровод, согласно настоящему изобретению, содержит, охватывая трубу или внутреннюю оболочку герметичности, первый слой оболочки, состоящий из спиральной намотки множества соединенных полос, уложенных с углом менее 80^o, например, близким к 55^o, такой, что этот первый соединенный слой участвует, в комбинации с одним или с другими слоями оболочки, в устойчивости гибкого трубопровода к осевым усилиям, к усилиям скручивания и к окружной составляющей усилий, связанных с внутренним давлением. Второй слой оболочки и возможные другие слои, уложенные, например, под углом 55^o, выполняются из полос простого, несоединяемого сечения, например, прямоугольного, квадратного, круглого или эллиптического сечения. Углы установки, соответственно, первого соединенного слоя и, в известных случаях, второго слоя или других слоев оболочки имеют дополнительные значения таким образом, что комплект первого соединенного слоя и одного или других слоев оболочки составляет уравновешенную устойчивую структуру.

Использование соединенных полос для выполнения первого слоя оболочки позволяет обеспечить то, что зазор между двумя смежными полосами остается небольшим и ограниченным определенным значением; из этого следует, что первый соединенный слой составляет, по отношению к трубе или к внутренней оболочке герметичности, опорную поверхность, имеющую небольшие нарушения сплошности, а гибкий трубопровод может выполняться устойчивым к исключительно высоким внутренним давлениям, превышающим 250 бар. Первый соединенный слой оболочки играет, с этой точки зрения, ту же саму роль, что и соединенный свод давления известных трубопроводов (вышеописанный второй тип) с обеспечением части устойчивости к усилиям растяжения и скручивания. Гибкий трубопровод, согласно изобретению, обладает преимуществом по сравнению с известными гибкими трубопроводами с соединенным сводом давления в плане более дешевого изготовления, так как он не содержит, помимо уравновешенного комплекта слоев оболочки, устойчивых к растяжению и к скручиванию, внутреннего слоя полос, спирально намотанных под большим углом от 80 до примерно 90^o. Он может, в частности экономно выполняться с тем же самым числом слоев, что и известные гибкие трубопроводы без свода давления, со способностью к устойчивости к более высоким внутренним давлениям.

Использование для второго слоя оболочки несоединенных полос позволяет использовать полосы несоединенного простого сечения с менее высокой себестоимостью, чем соединенные полосы, и с более легким изготовлением. Хотя комплект слоев оболочки, составляющих уравновешенную структуру, которая сопротивляется внутреннему давлению и усилиям растяжения и скручивания, выполняется гетерогенным способом, с первым слоем соединенных полос в то время как другие полосы оболочки являются несоединенными, было, действительно, найдено, что гибкий трубопровод, согласно изобретению, обладает при использовании удовлетворительным поведением.

Работы, проведенные фирмами-заявителями, позволили, в частности констатировать, что условия, в которых полосы первого слоя деформируются и перемещаются под действием нагрузок, подаваемых на гибкие трубопроводы, в случае сгибания среди прочих нагрузок, выполняются путем соединения полос, которое ограничивает их соответствующие боковые перемещения.

Таким образом, полосы первого слоя обладают поведением, отличным от полос других слоев, в то время как эти последние реагируют таким же способом уже изученным и известным, что и обычные полосы известных гибких трубопроводов, несмотря на эти особые свойства первого соединенного слоя и, хотя сопутствующие явления являются сложными и нельзя было еще разработать полную теорию и методы расчеты, сравнимые с методами, которые была разработаны для обоснования случая с несоединенными известными оболочками, было тем не менее открыто, что поведение слоев оболочки, согласно настоящему изобретению, является совершенно удовлетворительным, в частности для выполнения гибких трубопроводов высокого давления, использующихся в установках для подводной добычи нефти.

Настоящее изобретение позволяет повысить сопротивление давлению гибких трубопроводов простой конструкции с двумя скрещенными слоями оболочки. С другой стороны, оно позволяет упростить конструкцию гибкого трубопровода с возможностью сопротивления высоким давлениям.

Различные известные типы соединенных полос могут использовать для выполнения первого соединенного слоя.

В первом варианте выполнения гибких трубопроводов, согласно настоящему изобретению, первый соединенный слой состоит из множества полос, образующих два дополнительных комплекта. Полосы первого комплекта дополняют полосы второго комплекта для возможности соединения полос, принадлежащих к указанному первому комплекту, с полосами, принадлежащими к указанному второму комплекту. Каждый из двух боковых краев каждой полосы имеет канавку, ограниченную нервюрой, образующей боковой выступ, причем обе канавки одной полосы сориентированы в одном и том же направлении.

Нервюры и канавки полос первого комплекта размещены напротив канавок и нервюр полос второго комплекта таким образом, что соединение слоя выполняется путем жесткого закрепления нервюр полос каждого из комплектов в канавках полос другого комплекта. Сечение полос может иметь Т-образную или U-образную форму. Примеры таких комплектов проводов показаны на фиг. 5, 6 и 7. Преимущественно, соединяемые полосы дополнительных форм являются симметричными по отношению к их срединной плоскости, что позволяет получать отличные результаты без необходимости осуществления центровки на ребре полос.

Во втором варианте выполнения первый соединенный слой состоит из единственного комплекта, содержащего множество полос, все из которых имеют одинаковое соединяемое сечение. Само по себе известным способом такой слой соединенных полос может выполняться из проводов в форме S или Z, причем обе боковые нервюры одной и той же полосы сориентированы в противоположных направлениях таким образом, что каждая канавка одной полосы размещается в противоположной канавке смежной полосы.

В общем плане жесткое закрепление каждой из двух боковых нервюр одной полосы в противоположной канавке смежной полосы осуществляется с боковым зазором. По сравнению со спиральными проволочными слоями с углом, превышающим 80^o, которые составляют соединенные своды давления, боковой зазор между двумя смежными полосами первого соединенного слоя может иметь значение величины такого же порядка или, преимущественно, может быть меньше, что благоприятно влияет по отношению к опасности проникновения трубы или герметичной оболочки в интервал между двумя смежными полосами, причем ширина этого интервала ограничена боковым зазором между полосами.

В первом преимущественном способе выполнения уравновешенная устойчивая оболочка гибкого трубопровода, размещенная вокруг трубы внутреннего герметичного кожуха, содержит с внешней стороны первого соединенного слоя оболочки единственный другой слой оболочки, причем этот второй слой выполнен из соединяемых полос, уложенных под углом установки, дополняющим угол первого соединенного слоя и в противоположном направлении.

Преимущественно, углы установки двух слоев равны или близки к углу равновесия 55^o, причем их значения, предпочтительно, остаются составляющими 53 1/2^o 57 1/2^o и, преимущественно, 54 1/2^o 56 1/2^o .

Поочередно углы установки α₁ и α₂ первого соединенного слоя и второго соединенного слоя являются один больше, а другой меньше 55^o: преимущественно, α₁ и α₂ являются таким, что tg(α₁) x tg(α₂) составляет 1,8 2,3, преимущественно, 1,9 2,2, с целью облегчения получения уравновешенной структуры оболочки. В зависимости от оборудования, используемого для изготовления гибкого трубопровода и, с другой стороны, условий эксплуатации, углы α₁ и α₂ могут иметь более или менее значительные отличия по отношению к 55^o, оставаясь меньше 80^o.

Во втором преимущественном способе выполнения устойчивая оболочка, размещенная вокруг трубы или внутреннего герметичного кожуха, состоит из двух оболочных пар. Первая пара, внутренняя, содержит первый соединенный оболочный слой, уложенный на трубу или на внутренний кожух с углом установки α, и второй несоединенный слой, уложенный в обратном направлении с тем же самым углом a. Оба несоединенных слоя, составляющие вторую оболочную пару, наружную, укладываются с углом b в противоположных направлениях один относительно другого. Один из двух углов, например a, меньше 55^o, при этом другой угол, например b, больше 55^o.

Предметом изобретения является, в основном, гибкий трубопровод, содержащий изнутри наружу трубу или внутренний герметичный кожух, оболочку, состоящую из множества оболочных слоев, отличающийся тем, что оболочка состоит из:
первого слоя оболочки, на который опирается труба или внутренний герметичный кожух, этот первый слой оболочки состоит из множества соединенных полос, установленных с углом a₁, меньше 80^o по отношению к оси гибкого трубопровода;
комплект слоев оболочек, размещенный снаружи первого слоя оболочки, содержащего по меньшей мере один оболочный слой, причем провода указанного комплекта являются несоединяемыми и размещаются таким образом, что все углы установки указанных полос указанного комплекта оболочных слоев дополняют угол α₁, с целью получения уравновешенного гибкого трубопровода.

Предметом изобретения является также гибкий трубопровод, содержащий трубу или внутренний герметичный кожух и оболочку, отличающийся тем, что оболочка содержит по меньшей мере один первый соединенный слой, опирающийся на наружную поверхность трубы внутреннего герметичного кожуха, установленного под углом меньше 80^o, причем соединяемые полосы оболочек являются симметричными по отношению к срединной плоскости.

Способ изготовления гибкого трубопровода содержит следующие этапы:
экструзию трубы или герметичного кожуха;
установку оболочек, причем операция установки включает в себя этапы:
предварительное формование со скручиванием и установка с первым углом установки меньше 80^o множества соединяемых полос, составляющих первый слой оболочки, опирающийся на трубу или на внутренний герметичный кожух;
установка второго слоя оболочки, состоящего из множества несшиваемых полос, уложенных в направлении, противоположном первому слою, и с углом установки, дополняющим угол первого сшитого слоя.

Изобретение будет лучше понято из нижеприведенного описания и прилагаемых чертежей, представленных в качестве неограниченных примеров, на которых:
фиг. 1 изображение в разрезе первого примера выполнения гибких трубопроводов согласно настоящего изобретения;
фиг. 2 изображение в разрезе второго примера выполнения гибких трубопроводов согласно настоящему изобретению;
фиг. 3 изображение в разрезе третьего примера выполнения гибкого трубопровода согласно настоящему изобретению;
фиг. 4 вид в разрезе соединяемых полос, которые могут использоваться для выполнения первого оболочного слоя гибких трубопроводов согласно настоящему изобретению;
фиг. 5, 6 и 7 виды в разрезе соединяемых полос на других полосах, имеющих дополнительную форму, которые могут использоваться для выполнения слоев оболочек гибких трубопроводов согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 7 использованы одинаковые позиции для обозначения одинаковых элементов.

На фиг. 1 можно видеть первый пример выполнения гибкого трубопровода 1 с осью 2 согласно настоящему изобретению.

Трубопровод 1 содержит трубу или герметичный кожух 3, выполненный, например, путем экструзии, например, из полиамида 11 или 12 или из полиэтилена, или из фторированной пластмассы. В преимущественном варианте выполнения герметичный кожух 3 содержит внутри соединенную ленту 7, а гибкий трубопровод является трубопроводом типа "rough-bore". Эта лента повышает, в частности, сопротивление раздавливанию.

Гибкий трубопровод 1 содержит слой оболочки 4, смежный с трубой или с герметичным кожухом 3. Слой оболочки 4 устанавливается, например, под 55^o по отношению к оси трубопровода 1. Слой 4 выполняется из соединяемых полос, позволяющих ограничить зазоры между последовательными шагами винта. Используют, например, полосы U-образной формы, показанные на фиг. 7, или полосы в форме S или Z, показанные на фиг. 4. Преимущественно, используют полосу Т-образной формы.

Слой оболочки 4 окружен слоем оболочки 5, выполненным с несоединяемыми полосами, составляющими спирали с направлением, противоположным углу, образованному спиралями полос слоя 4. Слой 5 окружен наружным кожухом, выполненным, например, из такого пластичного материала, как, например, полиэтилен или полиамид 11.

Максимальная ширина зазоров 13 между полосами 10 слоя 4 ограничена благодаря соединению. Таким образом, ограничивают возможности текучести трубы или герметичного кожуха 3 в зазорах 12 полос слоя 4. Максимальная ширина интервала 13 обусловлена размерами по ширине, которые имеют соответственно сечения смежных полос, и, в частности, шириной боковых частей, образующих канавки и нервюры. Так, например, в случае примеров, показанных на фиг. 4 и 5, максимальное значение интервала 13 или бокового зазора между полосами равно разности (b a) между шириной "b" канавки и шириной "a" нервюры. Рассматривая случай гибкого трубопровода в прямолинейном положении, когда его продольная ось образует прямую линию, видно, что осевая длина гибкого трубопровода может изменяться между минимумом и максимумом, соответствующими минимальным и максимальным значениям расстояния между осью 1, параллельно оси гибкого трубопровода, между смежными витками; таким образом, боковой зазор можно охарактеризовать соотношением:

В случае сводов давления известного типа, выполненных путем наматывания соединенной полосы с большим углом, превышающим 80^o, указанное соотношение, которое равно кривизне D/2R гибкого трубопровода, причем D - средний диаметр свода, а R радиус искривления гибкого трубопровода, рассчитанный на половине толщины свода, обычно составляет порядка 15 20% В случае первых соединенных оболочных слоев, согласно изобретению, это соотношение может иметь похожее значение, но, преимущественно, оно может быть меньше, порядка 10%
Труба или герметичный кожух 3 лежит ниже слоя оболочного провода 4 таким образом, что ни один оболочный слой не размещается между слоем 4 и трубой или герметичным кожухом 3. Тем не менее, может существовать промежуточный слой между слоем 4 и трубой или кожухом 3, как, например, пластичная лента или слой ткани.

Слой оболочки 5 содержит полосы 10А, имеющие зазоры 14. Без сшивания нельзя гарантировать такую же равномерную ширину зазоров 14 слоя оболочки 5, что и в зазорах 13 лежащего ниже слоя оболочки 4. Это символизировано зазором 14¹, который аккумулирует зазор между оболочными полосами 10А слоя 5. Такой зазор, не показанный в масштабе, если он находится в непосредственном контакте с трубой или с герметичным кожухом 3, может вызывать под действием высоких давлений текучесть материала, составляющего трубу или герметичный кожух 3.

Труба или герметичный кожух 3 опирается на слой оболочки 4. Слой оболочки содержит множество полос 10. Соединение использованных полос 10 позволяет ограничить максимальный размер зазоров 13 между полосами 10, с целью препятствования проникновению в зазоры материала трубы или герметичного кожуха 3 под действием напряжений, создаваемых внутренним давлением, включая давления, превышающие 200 бар, часто порядка 350 бар и которые могут достигать или превышать 700 бар. Комплект оболочки, состоящий слоев 4 и 5, позволяет гибкому трубопроводу сопротивляться значительным усилиям растяжения, которые могут достигать нескольких сотен тонн, то есть нескольких миллионов ньютон, а также моментам скручивания. Так как слои 4 и 5 установлены в противоположных направлениях с дополнительными углами, образованный таким образом комплект оболочки ведет себя как уравновешенная конструкция в том смысле, что, например, изменения осевой длины трубопровода и эффекты скручивания ограничены относительно очень небольшими значениями, когда гибкий трубопровод подвергается воздействию повышенного внутреннего давления. Так как слой оболочки 4 обеспечивает опору трубы или герметичного кожуха 3, можно допускать зазоры 14 большего размера в слое 5. В частности, можно допускать зазоры 14¹ большого размера, неравномерно распределенные на поверхности слоя 5.

Полоса оболочки является, например, металлической, например, выполненной из стали, в частности, углеродистой стали или нержавеющей стали, или из алюминия или алюминиевого сплава. В варианте выполнения полосы, составляющие слой 4 и/или 5, выполняются из композитного материала, содержащего волокна, как, например, стеклянные волокна или углеродистые волокна, включенные в термоотверждаемую или термопластическую матрицу.

Угол α₁, образованный полосами слоя 4, и угол α₂, образованный полосами слоя 5, по отношению к оси 2 могут быть равными или приблизительно равными, как это показано на фиг. 1. В этом случае значение углов α₁ и α₂ составляет примерно 55^o. В основном, для выполнения уравновешенной конструкции, преимущественно, можно определять углы α₁ и α₂ таким образом, чтобы произведение tg(α₁)× tg(α₂) было приблизительно равным 2. Углы, несколько отличные от 55^o, позволяют, например, использовать полосы стандартного размера с соблюдением требования наличия целого числа полос (в известных случаях, парное число полос, показанных на фиг. 5, 6 и 7), равномерно распределенных на гибком трубопроводе с небольшим боковым зазором между полосами с соблюдением установленного априори значения для радиуса наматывания полос. Используют, например, углы, составляющие 53 1/2^o 57 1/2^o, преимущественно, 54 1/2^o 56 1/2^o.

Кроме того, в случае определенных отдельных применений можно устанавливать слой 4 и слой 5 в противоположном направлении с одним и тем же углом, меньше 55^o, или с одним и тем же углом, больше 55^o, причем различие по отношению к 55^o может достигать 2^o или, в известных случаях, 3^o, не выходя за рамки настоящего изобретения.

В качестве примера ниже приводятся основные характеристики гибкого трубопровода, согласно изобретению, типа "rough-bore":
внутренний диаметр 101, 6 мм;
внутренний каркас из сшитой полосы из нержавеющей стали типа А 151 304, толщина 4 мм;
внутренний герметичный кожух из полиамида 11, толщина 5 мм;
первый слой оболочки, толщина 5,5 мм;
второй слой оболочки, толщина 5 мм;
полоса, толщина 0,5 мм;
наружный кожух из полиамида 11, толщина 5 мм;
наружный диаметр 151,6 мм.

В случае этой гибкой конструкции, определенной для совместимости с материалом, содержащим H₂S, что требует ограничения максимальных напряжений в стали на относительно невысоком уровне, максимальное рабочее давление составляет 534 бара.

Первый слой выполняется с полосами Т-образной формы, шириной 13,9 мм и толщиной 5,5. установленными под 55^o. Второй слой выполняется с плоскими полосами, сечением 12 мм х 5 мм, установленными в противоположном направлении под 57^o. Полосы двух слоев выполнены из углеродистой стали, имеющей сопротивление разрыву по меньшей мере, равное 850 МПа.

Благодаря соединению полос, составляющих первый слой оболочки, максимальное эксплуатационное давление ограничивается только механической прочностью комплекта оболочек, а не опасностью проникновения внутреннего герметичного кожуха между полосами первого слоя. Таким образом, можно было бы выполнять гибкие трубопроводы, способные выдерживать внутреннее давление, достигающее 700 бар или даже 1000 бар с использованием более прочных металлических материалов и с увеличением толщины полос или с увеличением числа слоев оболочки.

На фиг. 2 показан пример выполнения, имеющий разные углы α₁ и α₂. Можно также выполнять первый соединенный слой с углом, например, 75^o, а второй слой с углом 28^o в противоположном направлении.

На фиг. 3 можно видеть гибкий трубопровод 1, содержащий две пары (4, 5), (8, 9) скрещенных слоев оболочки. Первая пара оболочки имеет угол α относительно оси 2 гибкого трубопровода 1. Вторая пара (8, 9) имеет угол b по отношению к оси 2 гибкого трубопровода 1. Один из углов, например, a меньше 55^o. Другой угол, например, b больше 55^o. Выбор углов позволяет получать уравновешивание гибкого трубопровода 1 с управлением его возможным удлинением под действием внутреннего давления. Гибкий трубопровод 1, показанный на фиг. 3, является трубопроводом типа "rough-bore", содержащим внутреннюю полосу 7, соединенную с герметичным кожухом 3. Разумеется, конструкция гибкого трубопровода типа "smooth-bore", не содержащего соединенной полосы внутри герметичной трубы 3, не выходит за рамки настоящего изобретения.

В гибком трубопроводе 1, согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, слой оболочки 4, смежный с кожухом герметичной трубы 3, выполнен с соединенной полосой. Таким образом, получают отличное сопротивление повышенным внутренним давлениям с исключением в случае по примеру, показанному на фиг. 3, нежелательного удлинения гибкого трубопровода 1 под действием внутреннего давления.

Кроме того, факт наличия четырех слоев оболочки, как показано на фиг. 3, позволяет значительно повысить механическую прочность трубопровода под действием внутреннего давления, что представляет особый интерес при увеличении внутреннего диаметра трубопровода.

Полоса S или Z-образной формы по фиг. 4 не является симметричной по отношению к его срединной плоскости 15. Таким образом, преимущественно подвергать полосу, не имеющую симметрии по отношению к его срединной плоскости 15, предварительному формированию путем сгибания на ребре, называемого центровкой в плоскости содержащей ось полосы 10 и перпендикулярной срединной плоскости 15. Кроме того, осуществляют предварительное формирование путем скручивания полосы вокруг его основной оси для образования спирали.

На фиг. 5, 6 и 7 можно видеть три примера слоев полос оболочки 4, состоящие из двух комплектов полос дополнительных форм, причем каждая полоса, принадлежащая к первому комплекту, взаимодействует с двумя полосами второго комплекта, который охватывает его для получения эффекта соединения. В таком случае можно, преимущественно, выполнять полосы 10, имеющие симметричную форму по отношению к срединной плоскости 15. В таком случае, нет больше необходимости в осуществлении предварительного формирования путем сгибания на ребре, что упрощает процесс изготовления. В этом случае достаточно осуществить предварительное формирование путем скручивания полосы вокруг ее основной оси для образования спирали.

На фиг.4 можно видеть в разрезе пример выполнения слоя оболочки 4. Пример выполнения слоя 4 по фиг.4 содержит спиральные намотки соединяемых полос 10 в форме S или Z. Каждая полоса 10 содержит на каждом из своих концов, предназначенных для соединения со смежными полосами, канавку 12, составляющую канавку шириной "в" с выступом 11, составляющим нервюру шириной "a". При установке слоя оболочки 4 обеспечивает проникновение выступов 11 в канавки 12 смежных полос.

После выполнения гибкого трубопровода, когда смежные полосы 10 пытаются отдаляться, например, вследствие изгиба гибкого трубопровода или под действием осевого растяжения, выступы 11 ведут себя как упоры, ограничивающие относительное перемещение полос. Таким образом, достигается ограничение зазоров 13 между смежными полосами 10, максимальная ширина которых известна. Это особенно важно в месте опоры наружной поверхности трубы или герметичного кожуха, не показанном на фиг.4. Действительно, это ограничение размера зазоров 13 между полосами 10 слоя оболочки 4 позволяет препятствовать деформациям и текучести указанного кожуха или указанной трубы. Во всех точках заметно цилиндрической поверхности, составляющей слой оболочки 4, труба или герметичный кожух находят опорную поверхность, позволяющую принимать внутреннее давление.

На фиг.5 можно видеть второй пример выполнения соединенного слоя оболочки 4. В примере по фиг.5, используют соединяемые полосы 10 Т-образной формы. Каждая ветвь от "Т" содержит канавку 12 с шириной "в" с последующим выступом 11 с шириной "a". В примере, показанном на фиг.5, смежные полосы 10 инверсируются таким образом, что выступы 11 предыдущих полос проникают в канавку следующей полосы. Таким образом, ограничивают максимальный размер зазоров 13 между смежными полосами 10 слоя оболочки 4. Слой оболочки 4 содержит, таким образом, первый комплект полос 10 Т-образной формы, размещенных таким образом, что основание от "Т" сориентировано в направлении оси трубопровода, и второй комплект полос 10 Т-образной формы, размещенных таким образом, что основание от "Т" сориентировано в наружную сторону по отношению к оси трубопровода; предпочтительно, все полосы 10 первого комплекта имеют одинаковое сечение, а все полосы 10 второго комплекта также имеют одинаковое сечение, причем сечения полос, составляющих каждый из двух комплектов, могут быть соответственно разными или одинаковыми, как это показано на фиг.5.

На фиг. 6 можно видеть третий пример выполнения слоя оболочки 4 гибких трубопроводов, согласно настоящему изобретению. В примере по фиг.6 две полосы Т-образной формы, похожие на полосы 10 по фиг.5, объединены U-образной полосой 10¹, таким же образом две полосы U-образной формы 10¹ объединены Т-образной полосой 10. U-образные полосы 10¹ содержат два выступа 11¹, проникающие в канавки 12 полос 10 Т-образной формы, и канавку 12¹, позволяющую принимать два выступа 11 полос 10. В примере, показанном на фиг.6, полосы 10¹ находятся с внутренней стороны гибкого трубопровода.

Использование Т-образных полос оказывается особенно преимущественным для выполнения слоев оболочки 4.

На фиг. 7 можно видеть третий пример выполнения слоя оболочки 4, состоящего из множества полос 10 дополнительной формы. В примере по фиг.7 используют два комплекта U-образных полос 10, установленных таким образом, что выступы 11 двух соседних полос 10 первого комплекта 10 проникают во внутрь одной канавки одной полосы 10, принадлежащей ко второму комплекту полос 10.

Ниже приводится описание преимущественного способа изготовления гибких трубопроводов, согласно настоящему изобретению.

Для гибких трубопроводов типа "rough-bore" начинают с изготовления внутреннего каркаса из соединенной полосы.

Вокруг соединенной полосы экструдируют герметичный кожух 3.

Для выполнения гибких трубопроводов типа "smooth-bore" опускается этап изготовления соединенной полосы. Следует отметить, что наличие такой соединенной полосы является преимущественным каждый раз, когда важно, чтобы гибкий трубопровод мог сопротивляться раздавливанию или чтобы гибкий трубопровод был предназначен для транспортировки сырой нефти.

Осуществляют установку соединенных полос 10, принадлежащих к слою 4. Во время установки обеспечивают эффективное соединение полос, одни в других.

Осуществляют установку несоединенных полос, принадлежащих к слою 5. В случае гибких трубопроводов 1, содержащих более двух слоев оболочки, как, например, трубопроводы с 3 слоями, не показаны на чертежах, трубопроводы с 4 слоями, показанные на фиг. 3, или содержащие большее число слоев, не показаны на чертежах, продолжают установку последовательных слоев. После установки последнего слоя, преимущественно экструдируют наружную оболочку.

Можно встраивать различные слои, в качестве защитных обмоток или кожухов, или возможных теплоизоляций между слоями оболочки, или между внутренним герметичным кожухом и внутренним слоем оболочки, или еще между наружным слоем оболочки и наружным кожухом, не выходя за рамки настоящего изобретения.

Разумеется, одновременное непрерывное выполнение по меньшей мере двух последовательных этапов изготовления гибкого трубопровода не выходит за рамки настоящего изобретения. Таким образом, можно одновременно выполнять два или несколько этапов с линейным сдвигом по длине гибкого трубопровода в ходе выполнения, непрерывно пропуская гибкий трубопровод через различные машины, используемые для проведения последовательных этапов изготовления. В примере, обычно осуществляемом фирмой-заявителем, используют машину, имеющую две установочные камеры, что позволяет одновременно осуществлять:
установку первого соединенного слоя оболочки 4, и
установку второго несоединенного слоя оболочки 5, а также, в известных случаях, установку промежуточных слоев, например, путем обмотки и таким же способом.

В зависимости от характеристик различных слоев, составляющих оболочку гибкого трубопровода, возможны другие методы изготовления. Так, в случае, например, гибкого трубопровода типа, показанного на фиг.2, оболочка которого состоит из первого соединенного слоя, установленного с большим углом, который может, например, превышать 70^o, но остается меньше 80^o, и второго несоединенного слоя оболочки, установленного с относительно небольшим углом, например, 15 35^o, можно использовать для выполнения первого соединенного слоя машину для изготовления спиральной арматуры типа машин, которые обычно используются для изготовления сводов давления с очень большим углом спиральности, например, 85^o. Таким образом, гибкий трубопровод, описанный выше в качестве примера, содержащий первый соединенный слой, установленный под 75^o, и второй несоединенный слой, установленный под 28^o, может экономично изготавливаться путем установки оболочек за два отдельных последовательных этапа:
первый этап, заключающийся в установке на место соединенного слоя оболочки с помощью машины для изготовления спиральной арматуры. Можно использовать, например, все Z-образные, Т-образные или U-образные соединенные полосы;
второй этап, заключающийся в установке на место второго несоединенного слоя оболочки с использование машины с единственной камерой.

Реферат

Использование: в средствах для транспортировки жидкостей под давлением. Сущность: гибкий трубопровод содержит внутренний трубчатый кожух и внешнюю оболочку в виде нескольких скрещенных слоев, причем первый, смежный с кожухом слой оболочки выполнен из множества соединенных полос, а другой или остальные слои оболочки выполнены из несоединенных полос. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

Формула