一种用于海洋复合软管的x型异型材和抗压铠装层
阅读说明：本技术 一种用于海洋复合软管的x型异型材和抗压铠装层 (X-shaped profile and compression-resistant armor layer for marine composite hose ) 是由 陈严飞 何明畅 董绍华 阎宇峰 宗优 张晔 刘昊 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于海洋复合软管的X型异型材、抗压铠装层及软管,该异型材包括横截面呈X型的钢带,钢带包括第一U型长臂、第一U型短臂、第二U型短臂、第二U型长臂和连接臂；该抗压铠装层由若干上述异型材缠绕互锁而成；海洋复合软管包括由内至外依次设置的骨架层、内衬层、抗压铠装层、第一耐磨层、第一抗拉铠装层、第二耐磨层、第二抗拉铠装层、防径向屈曲层和外包覆层。本发明的异型材通过缠绕互锁连接,可有效防止抗压铠装层相邻钢带间发生滑脱,互锁结构之间有间隙允许相对滑动,保证海洋复合软管具有良好的柔性,通过发生动态移动变形来抵御内压载荷,适用于深海恶劣的海洋环境。(The invention relates to an X-shaped profiled bar, a compression-resistant armor layer and a hose for an ocean composite hose, wherein the profiled bar comprises a steel belt with an X-shaped cross section, and the steel belt comprises a first U-shaped long arm, a first U-shaped short arm, a second U-shaped long arm and a connecting arm; the pressure-resistant armor layer is formed by winding and interlocking a plurality of the profiled bars; the marine composite hose comprises a framework layer, a lining layer, a pressure-resistant armor layer, a first wear layer, a first tensile armor layer, a second wear layer, a second tensile armor layer, a radial buckling prevention layer and an outer coating layer which are sequentially arranged from inside to outside. The profiled bars are connected in a winding and interlocking manner, so that the slippage between adjacent steel belts of the compression-resistant armor layer can be effectively prevented, a gap is reserved between the interlocking structures to allow relative sliding, the marine composite hose is ensured to have good flexibility, the internal pressure load is resisted by dynamic movement deformation, and the marine composite hose is suitable for the severe marine environment in deep sea.)
技术领域
本发明涉及一种海洋复合软管，具体涉及一种用于海洋复合软管的X型异型材和抗压铠装层，属于海洋油气资源运输技术领域。
背景技术
随着近年来海洋油气资源开发力度的不断加大，开发重心逐渐转向深海区域。油气输送管道需要应对更为复杂、恶劣的深海环境，陆上大规模使用的传统刚性管道难以胜任深海油气输送任务。海洋复合软管由于具有柔性良好、耐腐蚀性能强、适应性强等优点，近年来逐渐取代刚性管成为海洋油气田开发领域的关键输送装备。
海洋复合软管由金属和非金属聚合物复合而成，层与层之间可相对位移，因此具有良好的柔性。受到环境载荷时可产生较大的弯曲、压缩和拉伸变形，能够更好地适应海洋复杂的环境。典型的海洋复合软管结构从里至外依次为骨架层、内衬层、抗压铠装层、第一耐磨层、第一抗拉铠装层、第二耐磨层、第二抗拉铠装层以及外包覆层。其中，抗压铠装层作为重要的一层金属层，用于承受管道内压，为管道提供足够的径向刚度。抗压铠装层由一系列钢带沿管轴依次互锁而成，相邻钢带间存在间隙可相对移动。运行过程中钢带间会不断发生相互碰撞，产生微动疲劳，严重影响钢带的使用寿命。此外，内衬层可能会被夹入抗压铠装层钢带的间隙中，发生破损进而导致管内流体泄漏。
发明内容
针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种用于海洋复合软管的X型异型材，该异型材之间互锁缠绕连接，互锁单元间留有一定间隙允许其进行相对移动，使得海洋复合软管具有良好的柔性，又不容易发生解锁，通过一定的变形来抵御外压载荷，能应用于复杂的深水环境；本发明的第二个目的是提供一种由若干上述异型材缠绕互锁形成的抗压铠装层；本发明的第三个目的是提供一种包含上述抗压铠装层的海洋复合软管。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于海洋复合软管的X型异型材，包括横截面呈X型的钢带，所述钢带包括一体设置的第一U型长臂、第一U型短臂、第二U型短臂、第二U型长臂和连接臂；
其中，所述第一U型长臂的开口朝下，包括第一横臂以及相互平行并连接于所述第一横臂两端的第一竖臂和第二竖臂；
所述第一U型短臂的开口朝上且与所述第一U型长臂相对设置，包括第二横臂以及相互平行并连接于所述第二横臂两端的第三竖臂和第四竖臂；
所述第二U型短臂的开口朝下且与所述第一U型长臂相邻设置，包括第四横臂以及相互平行并连接于所述第四横臂两端的第五竖臂和第六竖臂；
所述第二U型长臂的开口朝上且与所述第二U型短臂相对设置，包括第五横臂以及相互平行并连接于所述第五横臂两端的第七竖臂和第八竖臂；
所述连接臂设置在所述第一U型长臂、第一U型短臂、第二U型短臂和第二U型长臂之间，所述连接臂的左端与所述第二竖臂和第四竖臂垂直连接，所述连接臂的右端与所述第五竖臂和第七竖臂垂直连接；
所述第一U型长臂、第一U型短臂与第二U型短臂、第二U型长臂关于所述连接臂呈中心对称布置；
所述第一竖臂的宽度小于所述第二竖臂与所述第五竖臂的横向间距，所述第八竖臂的宽度小于所述第四竖臂与所述第七竖臂的横向间距；所述第三竖臂的宽度小于所述第五竖臂与所述第六竖臂的横向间距，所述第六竖臂的宽度小于所述第三竖臂与所述第四竖臂的横向间距；所述第二横臂的宽度小于所述第六竖臂下端面与所述第五横臂上端面的竖向间距，所述第四横臂的宽度小于所述第三竖臂上端面与所述第一横臂下端面的竖向间距；
所述第一竖臂与所述第八竖臂的长度相等，所述第三竖臂与所述第六竖臂的长度相等；所述第一横臂与所述第五横臂的长度相等，所述第二横臂与所述第四横臂的长度相等；所述第二竖臂与所述第七竖臂的长度相等，所述第四竖臂与所述第五竖臂的长度相等；
所述第一竖臂、第二竖臂、第三竖臂、第四竖臂、第五竖臂、第六竖臂、第七竖臂、第八竖臂、第一横臂、第二横臂、第四横臂和第五横臂的宽度相等，均为所述连接臂宽度的九分之五。
所述的X型异型材，优选地，所述第一竖臂的角边均采用圆角过渡，所述第一竖臂和第一横臂之间的连接处均采用圆角过渡；所述第八竖臂的角边采用圆角过渡，所述第八竖臂和第五横臂之间的连接处均采用圆角过渡。
所述的X型异型材，优选地，所述第三竖臂的角边均采用圆角过渡，所述第三竖臂和第二横臂之间的连接处均采用圆角过渡；所述第六竖臂的角边均采用圆角过渡，所述第六竖臂和第四横臂之间的连接处均采用圆角过渡。
所述的X型异型材，优选地，所述第一横臂和第二竖臂之间的连接处均采用圆角过渡；所述第五横臂和第七竖臂之间的连接处均采用圆角过渡；所述第二横臂和第四竖臂之间的连接处均采用圆角过渡；所述第四横臂和第五竖臂之间的连接处均采用圆角过渡。
所述的X型异型材，优选地，所述第二竖臂、第四竖臂、第五竖臂、第七竖臂与所述连接臂之间的连接处均采用圆角过渡。
一种用于海洋复合软管的抗压铠装层，由若干上述的X型异型材缠绕互锁形成，即第二个X型异型材的第一竖臂嵌设于第一个X型异型材的第二竖臂、连接臂、第五竖臂形成的凹槽中，所述第二个X型异型材的第三竖臂与所述第一个X型异型材的第六竖臂相互扣合，所述第一个X型异型材的第八竖臂嵌设于所述第二个X型异型材的第四竖臂、连接臂、第七竖臂形成的凹槽中，以此类推进而形成缠绕互锁结构。
所述的抗压铠装层，优选地，当所述第一个X型异型材与所述第二个X型异型材缠绕互锁时，所述第一个X型异型材的第二竖臂右端面与所述第二个X型异型材的第一竖臂左端面保留横向间隙，所述第一个X型异型材的连接臂上端面与所述第二个X型异型材的第一竖臂下端面保留竖向间隙，所述第一个X型异型材的第五竖臂左端面与所述第二个X型异型材的第一竖臂右端面保留横向间隙，所述第一个X型异型材的第四横臂上端面与所述第二个X型异型材的第一横臂下端面保留竖向间隙，所述第一个X型异型材的第六竖臂右端面与所述第二个X型异型材的第二竖臂、第四竖臂左端面保留横向间隙，所述第一个X型异型材的第六竖臂下端面与所述第二个X型异型材的第二横臂上端面保留竖向间隙，所述第一个X型异型材的第六竖臂左端面与所述第二个X型异型材的第三竖臂右端面保留横向间隙，所述第一个X型异型材的第四横臂下端面与所述第二个X型异型材的第三竖臂上端面保留竖向间隙，所述第一个X型异型材的第五竖臂、第七竖臂右端面与所述第二个X型异型材的第三竖臂左端面保留横向间隙，所述第一个X型异型材的第五横臂上端面与所述第二个X型异型材的第二横臂下端面保留竖向间隙，所述第一个X型异型材的第八竖臂左端面与所述第二个X型异型材的第四竖臂右端面保留横向间隙，所述第一个X型异型材的第八竖臂上端面与所述第二个X型异型材的连接臂下端面保留竖向间隙，所述第一个X型异型材的第八竖臂右端面与所述第二个X型异型材的第七竖臂左端面保留横向间隙；
并且，所述横向间隙与所述竖向间隙宽度相等，为所述第一竖臂宽度的五分之一，其余缠绕互锁的X型异型材亦然。
所述的抗压铠装层，优选地，在相邻两个X型异型材的接触界面上粘接有弹性复合层，所述弹性复合层依次通过所述钢带的第一竖臂左端面、第一竖臂下端面、第一竖臂右端面、第一横臂下端面、第二竖臂左端面、第四竖臂左端面、第二横臂上端面、第三竖臂右端面、第三竖臂上端面、第三竖臂左端面、第二横臂下端面、第四竖臂右端面、连接臂下端面、第七竖臂左端面与所述钢带进行粘接，且所述弹性复合层的厚度为所述第一竖臂宽度的五分之一。
一种海洋复合软管，包括由内至外依次设置的骨架层、内衬层、抗压铠装层、第一耐磨层、第一抗拉铠装层、第二耐磨层、第二抗拉铠装层、防径向屈曲层和外包覆层，所述抗压铠装层为上述的抗压铠装层。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明提供的异型材截面呈“X”型，第二个异型材的第一竖臂嵌设于第一个异型材的第二竖臂、连接臂、第五竖臂形成的凹槽中，第二个异型材的第三竖臂与第一个异型材的第六竖臂相互扣合，第一个异型材的第八竖臂嵌设于第二个异型材的第四竖臂、连接臂、第七竖臂形成的凹槽中，以此类推进而形成缠绕互锁结构。并且，相邻两钢带间具有一定间隙，能够进行相对移动，使其能够承受外压载荷的同时具有良好的柔性。此外，传统的“C”型和“Z”型异型材相邻两钢带间仅有一处互锁嵌设结构，而本发明提供的异型材相邻两钢带间存在三处互锁嵌设结构，能够限制钢带在管道轴向和径向上的移动，增加了抗压铠装层的轴向刚度，防止因轴向载荷过大而导致的抗压铠装层解锁。
2、本发明在相邻两异型材的接触界面上可粘接弹性复合层，使其填充相邻异型材间的间隙，由此能够有效阻止抗压铠装层内侧的内衬层和外侧的耐磨层在管道运行过程中被夹入间隙中，防止内衬层和耐磨层的破损；并且，由于弹性复合层具有弹性，使得钢带间仍能保持良好的相对运动，即保证抗压铠装层、甚至海洋复合软管具有良好的柔性。
3、本发明异型材粘接的弹性复合层处于相邻两异型材之间，在管道运行过程中能够缓冲相邻两异型材间的碰撞冲击，降低微动疲劳对抗压铠装层钢材的影响，延长复合软管的使用寿命。
4、本发明的异型材各端面之间皆采用圆角过渡，能够缓解钢带间相对运动导致的刮擦和划痕，同时降低运行过程中应力集中导致的抗压性能下降。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的异型材的截面示意图；
图2为本发明一实施例提供的抗压铠装层的截面示意图；
图3为本发明一实施例提供的粘接复合材料的异型材的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的粘接复合材料的抗压铠装层的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的海洋复合软管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“横”、“竖”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供的用于海洋复合软管的X型异型材，包括横截面呈X型的钢带10，该钢带10包括一体设置的第一U型长臂110、第一U型短臂120、第二U型短臂140、第二U型长臂150和连接臂130。
其中，第一U型长臂110的开口朝下，包括第一横臂112以及相互平行并连接于第一横臂112两端的第一竖臂111和第二竖臂113；
第一U型短臂120的开口朝上且与第一U型长臂110相对设置，包括第二横臂122以及相互平行并连接于第二横臂122两端的第三竖臂121和第四竖臂123；
第二U型短臂140的开口朝下且与第一U型长臂110相邻设置，包括第四横臂142以及相互平行并连接于第四横臂142两端的第五竖臂141和第六竖臂143；
第二U型长臂150的开口朝上且与第二U型短臂140相对设置，包括第五横臂152以及相互平行并连接于第五横臂152两端的第七竖臂151和第八竖臂153；
连接臂130设置在第一U型长臂110、第一U型短臂120、第二U型短臂140和第二U型长臂150之间，连接臂130的左端与第二竖臂113和第四竖臂123垂直连接，连接臂130的右端与第五竖臂141和第七竖臂151垂直连接；
第一U型长臂110、第一U型短臂120与第二U型短臂140、第二U型长臂150关于连接臂130呈中心对称布置。
第一竖臂111的宽度小于第二竖臂113与第五竖臂141的横向间距，第八竖臂153的宽度小于第四竖臂123与第七竖臂151的横向间距；第三竖臂121的宽度小于第五竖臂141与第六竖臂143的横向间距，第六竖臂143的宽度小于第三竖臂121与第四竖臂123的横向间距；第二横臂122的宽度小于第六竖臂143下端面与第五横臂152上端面的竖向间距，第四横臂142的宽度小于第三竖臂121上端面与第一横臂112下端面的竖向间距；
第一竖臂111与第八竖臂153的长度相等，第三竖臂121与第六竖臂143的长度相等；第一横臂112与第五横臂152的长度相等，第二横臂122与第四横臂142的长度相等；第二竖臂113与第七竖臂151的长度相等，第四竖臂123与第五竖臂141的长度相等；
第一竖臂111、第二竖臂113、第三竖臂121、第四竖臂123、第五竖臂141、第六竖臂143、第七竖臂151、第八竖臂153、第一横臂112、第二横臂122、第四横臂142和第五横臂152的宽度相等，均为连接臂130宽度的九分之五。
在上述实施例中，优选地，第一竖臂111的角边1111、1112均采用圆角过渡，第一竖臂111和第一横臂112之间的连接处1121、1122均采用圆角过渡；第八竖臂153的角边1531、1532均采用圆角过渡，第八竖臂153和第五横臂152之间的连接处1521、1522均采用圆角过渡。
在上述实施例中，优选地，第三竖臂121的角边1211、1212均采用圆角过渡，第三竖臂121和第二横臂122之间的连接处1221、1222均采用圆角过渡；第六竖臂143的角边1431、1432均采用圆角过渡，第六竖臂143和第四横臂142之间的连接处1421、1422均采用圆角过渡。
在上述实施例中，优选地，第一横臂112和第二竖臂113之间的连接处1131、1132均采用圆角过渡；第五横臂152和第七竖臂151之间的连接处1511、1512均采用圆角过渡；第二横臂122和第四竖臂123之间的连接处1231、1232均采用圆角过渡；第四横臂142和第五竖臂141之间的连接处1411、1412均采用圆角过渡。
在上述实施例中，优选地，第二竖臂113、第四竖臂123、第五竖臂141、第七竖臂151与连接臂130之间的连接处1311、1312、1313、1314均采用圆角过渡。
基于上述实施例提供的异型材，如图2所示，本发明还提供了一种用于海洋复合软管的抗压铠装层，该抗压铠装层由若干如上述任意实施例中的X型异型材缠绕互锁形成，即第二个X型异型材Ⅱ的第一竖臂111嵌设于第一个X型异型材Ⅰ的第二竖臂113、连接臂130、第五竖臂141形成的凹槽中，第二个X型异型材Ⅱ的第三竖臂121与第一个X型异型材Ⅰ的第六竖臂143相互扣合，第一个X型异型材Ⅰ的第八竖臂153嵌设于第二个X型异型材Ⅱ的第四竖臂123、连接臂130、第七竖臂151形成的凹槽中，以此类推进而形成缠绕互锁结构。
在上述实施例中，优选地，当第一个X型异型材Ⅰ与第二个X型异型材Ⅱ以上述方式缠绕互锁时，第一个X型异型材Ⅰ的第二竖臂113右端面与第二个X型异型材Ⅱ的第一竖臂111左端面保留横向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的连接臂130上端面与第二个X型异型材Ⅱ的第一竖臂111下端面保留竖向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第五竖臂141左端面与第二个X型异型材Ⅱ的第一竖臂111右端面保留横向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第四横臂142上端面与第二个X型异型材Ⅱ的第一横臂112下端面保留竖向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第六竖臂143右端面与第二个X型异型材Ⅱ的第二竖臂113、第四竖臂123左端面保留横向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第六竖臂143下端面与第二个X型异型材Ⅱ的第二横臂122上端面保留竖向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第六竖臂143左端面与第二个X型异型材Ⅱ的第三竖臂121右端面保留横向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第四横臂142下端面与第二个X型异型材Ⅱ的第三竖臂121上端面保留竖向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第五竖臂141、第七竖臂151右端面与第二个X型异型材Ⅱ的第三竖臂121左端面保留横向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第五横臂152上端面与第二个X型异型材Ⅱ的第二横臂122下端面保留竖向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第八竖臂153左端面与第二个X型异型材Ⅱ的第四竖臂123右端面保留横向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第八竖臂153上端面与第二个X型异型材Ⅱ的连接臂130下端面保留竖向间隙，第一个X型异型材Ⅰ的第八竖臂153右端面与第二个X型异型材Ⅱ的第七竖臂151左端面保留横向间隙。并且，横向间隙与竖向间隙宽度相等，为第一竖臂111宽度的五分之一，其余缠绕互锁的X型异型材亦然。
在上述实施例中，优选地，如图3、图4所示，在相邻两个X型异型材的接触界面上粘接有弹性复合层11，该弹性复合层11依次通过钢带10的第一竖臂111左端面、第一竖臂111下端面、第一竖臂111右端面、第一横臂112下端面、第二竖臂113左端面、第四竖臂123左端面、第二横臂122上端面、第三竖臂121右端面、第三竖臂121上端面、第三竖臂121左端面、第二横臂122下端面、第四竖臂123右端面、连接臂130下端面、第七竖臂151左端面与钢带10进行粘接，且该弹性复合层11的厚度为第一竖臂111宽度的五分之一。
另外地，如图5所示，本发明还提供了一种海洋复合软管，该海洋复合软管从内至外依次为骨架层1、内衬层2、抗压铠装层3、第一耐磨层4、第一抗拉铠装层5、第二耐磨层6、第二抗拉铠装层7、防径向屈曲层8和外包覆层9，抗压铠装层3为上述任意实施例中的抗压铠装层。
其中，骨架层1为用来抵抗外压荷载，提供足够的径向刚度来支撑内衬管，防止外压压溃；内衬层2形成输送流体的密封层，防止内部流体泄露；互锁缠绕的抗压铠装层3承受管体内压及部分外压；第一耐磨层4和第二耐磨层6能够防止金属层与金属层之间接触磨损；第一抗拉铠装层5和第二抗拉铠装层7用来承受轴向拉力；防径向屈曲层8用以防止抗拉铠装层发生鸟笼化；外包覆层9可以抵抗机械损坏，防止海水腐蚀及海洋生物和船舶的破坏。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
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