CN110206964B - 一种带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器 - Google Patents

Abstract

一种带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器，属于海洋工程柔性管缆技术领域，包括n节限弯器主体，每节限弯器主体由完全相同的半圆周筒形单体连接而成；每节限弯器主体由公头及颈部段、环形空腔段、母头段，三部分为一体成型结构；其中环形空腔段内表面轮廓线是样条曲线。本发明突破了传统限弯器的构型，使用完全相同半圆周筒形单体并增加环形空腔；使本发明散热效率高、抗热点应力疲劳、节省原材料、连接形式简单可靠。

Description

一种带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器

技术领域

本发明属于海洋工程柔性管缆技术领域，其涉及海洋工程中使用的柔性管缆发生过度弯曲失效模式的保护方法。

背景技术

随着海上资源开发的不断发展，柔性管道、柔性管缆(以下简称“柔性管缆”)的应用越来越广泛。通常海洋工程用柔性管缆的弯曲刚度比较小，对施工、在位或维修时柔性管缆所承受的弯曲载荷具有较好的顺应性。这也造成了柔性管缆在实际的工程应用中非常容易过度弯曲，一般要使用限弯器，以确保其应用过程中的安全性。

限弯器由于安装灵活、要求空间小等优点，在海洋工程中的应用非常广泛。限弯器单体基本结构是一变径的半圆周筒形构件，按几何形状通常可分为两段，分别是前端的公头及颈部段、以及尾端的母头段；并且因为公头及母头的连接需要，限弯器的外径需要沿轴向变化。传统限弯器装配于管缆外部改变了管缆外部的传热效率；可能引起管缆各层结构磨损生热及电热不能及时排除，以至于管缆主体温度升高，使电缆载流量下降或管道外壁阻渗率降低。另外，限弯器其半圆周筒形结构壁厚变化过多且不连续，以至于刚度不连续，进而导致该处发生热点疲劳失效。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器，相对于传统限弯器具有散热效率高、抗热点应力疲劳、节省原材料、连接形式简单可靠等优点。

本发明采用的技术方案为：

一种带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器，包括n节限弯器主体，n节限弯器主体包括2n个完全相同的限弯器单体(每节限弯器主体由完全相同的半圆周筒形单体连接而成)，和n的整数倍的螺栓紧固件。

所述的每个限弯器单体为半圆周筒形结构，包括前端的公头及颈部段、中间的环形空腔段、以及尾端的母头段三部分，三部分为一体成型结构。两个限弯器单体在装配面法线方向预留相同的螺栓孔，装配形成一整节限弯器，且装配过程中整个限弯器主体连接只依靠公头母头之间的配合以及螺栓径向连接，无需其它连接环，螺栓孔可置于限弯器三段中的任何一段或多段。

所述的装配后的一整节限弯器主体中，公头及颈部段、中间的环形空腔段及母头段形成一个内部具有变径连通内腔的整体结构。

所述的公头及颈部段的内部设置有圆台体、圆柱体及必要倒角构成的空腔，该空腔外周面上设置有肩部，用来放置管缆并对管缆形成保护。

所述的环形空腔段的内部设置有以样条曲线为轮廓的回转空腔，该回转空腔与公头及颈部段内部空腔连通形成中空通道。管缆沿中空通道轴线放置并穿过，柔性管缆外表面与环形空腔内表面之间由海水填充。柔性管缆导电或输送介质时会散发大量的热，可与该腔体形成含内热源的环形强自然对流强化换热，柔性管缆散发的热量驱动海水在空腔内形成涡旋，涡旋可将柔性管缆热量快速传出，可较好改善加装弯曲保护器段柔性管缆的散热问题。

所述的母头段的内部设置由两个圆柱体及一个圆台体构成的空腔。两个圆柱体结构中，与回转空腔相邻的圆柱体用于放置管缆，尺寸小于公头尺寸；另一个圆柱体与圆台体相邻，除了用于放置管缆外，还用于放置锁合公头端，其尺寸内径尺寸大于前端公头的外径，保证限弯器各个子结构之间的连接；该空腔圆台体开口处设置有肩部，主要用来与公头及颈部的外轮廓配合形成锁合结构。

进一步的，所述的螺栓紧固件采用防松螺母。

进一步的，所述的装配过程中，在装配面上设置2至6根带有防松螺母的螺栓以完成固定。

进一步的，所述的样条曲线根据三角函数、多项式函数等函数设计得到。

装配过程中，将一节完整的限弯器主体的公头及颈部插入一个限弯器单体的母头中，公头及颈部外周的肩部被母头肩部卡在母头空腔中，公头及颈部只能在母头空腔有限的空间内运动。海洋柔性管缆从中空通道中穿过，在受到外力作用的时候，能够阻止柔性管缆在使用过程中发生比较大的弯曲变形，避免了柔性管缆产生过度弯曲。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)其加入的环形空腔具有强化传热功能，可较好改善加装弯曲保护器段柔性管缆的散热问题。

(2)其加入基于样条曲线的环形空腔，降低本发明限弯器的热点应力疲劳效应。

(3)其连接形式简单合理且具有一定灵活性，可减少制造及安装成本。

(4)其螺栓连接结构选择防松螺母，可有效防止螺栓松动，增加连接可靠性。

(5)其带有环形空腔，可有效减少单体材料用量，降低制造成本。

附图说明

图1是本发明所述带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器单节装配螺栓组剖视图。

图2是本发明所述带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器多节半剖装配图。

图3是本发明所述带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器多节装配图。

图中：1半圆周筒形单体1；2半圆周筒形单体2；3半圆周筒形主体；4公头及颈部段；5环形空腔；6母头；7螺栓孔；8螺栓；9螺母；11中空通道；12空腔；13肩部；14肩部；15第一节限弯器主体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利进行详细的描述。

图1、图2和图3示例性的给出了本发明描述的带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器的整体结构及其连接方法，本领域技术人员完全能够理解，实际使用中可以使用任意多个限弯器按图1、图2和图3所示方法依次连接。

图1示例性地描述了一节限弯器两个半圆周筒形单体1与半圆周筒形单体2之间的连接方式；两个单体在装配面法线方向预留相同的螺栓孔7，由多个螺栓8、螺母9完成连接。

图2示例性地描述了第一节限弯器主体15和第二节限弯器主体3的连接关系，第一节限弯器主体15和第二节限弯器主体3的结构完全相同，均包括前端的公头及颈部段4、中间的环形空腔段5、以及尾端的母头段6。所述的公头及颈部4、环形空腔5和母头6为一体成型结构。所述的公头及颈部段4和环形空腔段5的内部连通形成中空通道11，所述母头6的内部设置有空腔12，空腔12的开口处设置有肩部14，所述的公头及颈部4的外周面上设置有肩部13，如图1和2所示。在连接的时候，将限弯器单体3的公头及颈部4插入限弯器单体1的母头6中，由于所述公头及颈部外周的肩部13被限弯器单体3的母头肩部14卡在空腔12中。海洋柔性管缆从中空通道11中穿过，在受到外力作用的时候，由于限弯器单体3的公头及颈部4只能在限弯器单体1的母头空腔12中的有限的空间内运动，从而能够阻止柔性管缆在使用过程中发生比较大的弯曲变形，避免了柔性管缆产生过度弯曲。环形空腔5内表面轮廓选用样条曲线，样条曲线具有良好的连续性，从而提高限弯器单体的公头及颈部4与母头6两结构的刚度平滑过渡，有效减小热点应力疲劳效应。同时环形空腔5内表面与柔性管缆外表面形成海水填充的腔体；柔性管缆导电或输送介质时会散发大量的热，可与该腔体形成含内热源的环形强自然对流强化换热，柔性管缆散发的热量驱动海水在空腔内形成涡旋，涡旋可将柔性管缆热量快速传出，可较好改善加装弯曲保护器段柔性管缆的散热问题。并且设置环形空腔可有效减少单体材料用量，降低制造成本。

进一步优选地，所述螺栓孔7位置应尽量远离限弯器轴线，且螺栓孔应尽量平均分布于限弯器三段中的各段。

进一步优选地，所述螺母9选用防松螺母以保证螺栓预紧力恒定防止螺栓连接失效，以此增加每节限弯器的可靠性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器，其特征在于，所述的海洋柔性管缆限弯器包括n节限弯器主体，n节限弯器主体包括2n个完全相同的限弯器单体，和n的整数倍的螺栓紧固件；

所述的每个限弯器单体为半圆周筒形结构，包括前端的公头及颈部段、中间的环形空腔段、以及尾端的母头段三部分，三部分为一体成型结构；两个限弯器单体在装配面法线方向预留相同的螺栓孔，装配过程中整个限弯器主体连接只依靠公头母头之间的配合以及螺栓径向连接，无其它连接环；

所述的装配后的一整节限弯器主体中，公头及颈部段、中间的环形空腔段及母头段形成一个内部具有变径连通内腔的整体结构；

所述的公头及颈部段的内部设置有圆台体、圆柱体及倒角构成的空腔，该空腔外周面上设置有肩部，用来放置管缆并对管缆形成保护；

所述的环形空腔段的内部设置有以样条曲线为轮廓的回转空腔，该回转空腔与公头及颈部段内部空腔连通形成中空通道；管缆沿中空通道轴线放置并穿过，柔性管缆外表面与环形空腔内表面之间由海水填充；

所述的母头段的内部设置由两个圆柱体及一个圆台体构成的空腔；两个圆柱体结构中，与回转空腔相邻的圆柱体用于放置管缆，内径小于前端公头的外径；另一个圆柱体与圆台体相邻，除用于放置管缆外，还用于放置锁合公头端，其内径大于前端公头的外径；该空腔圆台体开口处设置有肩部，用来与公头及颈部的外轮廓配合形成锁合结构。

2.根据权利要求1所述的一种带有环形空腔的海洋柔性管缆限弯器，其特征在于，所述的螺栓紧固件采用防松螺母。