CN111371060B - 一种海洋柔性管缆护套 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种海洋柔性管缆护套，包括套设固定于管缆外周的多个轴套单元和套设于管缆外周的多个浮力单元，轴套单元和浮力单元沿管缆的轴向交替分布，当管缆弯曲至预设曲率时，相邻的轴套单元与浮力单元相抵、以避免管缆过弯。本申请提供的海洋柔性管缆护套可以实现管缆的弯曲限位和垂直方向的自动扶正，以及悬浮动态海洋柔性管缆在水中的造形。

Description

一种海洋柔性管缆护套

技术领域

本申请涉及海洋柔性管缆防护设备技术领域，更具体地说，涉及一种海洋柔性管缆护套。

背景技术

随着海洋油气、海上风电等高端海洋产业的发展，海洋柔性管缆(如，海洋电缆、脐带缆、柔性管、复合管、橡胶管等)的使用日益频繁。海洋柔性管缆需要受到过弯保护，以免在安装过程中或在工作中产生过度弯曲导致损坏。现有常用的过弯保护装置有弯曲限制器和弯曲加强器等，然而其各有缺点。

弯曲限制器只能在管缆弯曲至预定曲率后通过嵌套结构的机械自锁实现弯曲限位，而在管缆未弯曲至预定曲率时，弯曲限制器无法形成机械自锁，不能对管缆进行连续的弯曲保护，管缆容易疲劳，所以一般只用于静态管缆而不能用于动态管缆。

弯曲加强器由圆锥形状的弹性体材料制成，可以对管缆进行连续的弯曲保护。然而由于其没有刚性限位的功能，所以不能保证在设计范围外的极限工况下对海洋管缆进行有效的保护。

综上所述，如何在极限工况下对管缆进行限位、同时优化管缆的疲劳受力，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种海洋柔性管缆护套，其利用机械自锁实现极限工况下对管缆的限位；同时在垂直方向上有连续弯曲扶正作用，可以实现悬浮动态管缆在水中的造型，优化管缆受力和耐疲劳性能。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种海洋柔性管缆护套，包括套设固定于管缆外周的多个轴套单元和套设于所述管缆外周的多个浮力单元，所述轴套单元和所述浮力单元沿所述管缆的轴向交替分布，当所述管缆弯曲至预设曲率时，相邻的所述轴套单元与所述浮力单元相抵、以避免所述管缆过弯。

可选地，还包括套设于管缆的外周、且用于与刚性结构件固定连接的底部连接单元，全部所述轴套单元和全部所述浮力单元均位于所述底部连接单元的同一侧。

可选地，所述浮力单元包括固体浮力材料的主体，所述主体包括聚合物基体和空心的轻质耐压填充物。

可选地，所述主体的表面设有防护层。

可选地，所述轴套单元的两端分别设有连接凸缘，所述浮力单元的第一内环面设有沿轴向间隔分布的连接凹槽；相邻的所述轴套单元与所述浮力单元连接时，所述轴套单元的前侧的连接凸缘设于前一所述浮力单元的后侧的连接凹槽中，所述轴套单元的后侧的连接凸缘设于后一所述浮力单元的前侧的连接凹槽中，且所述连接凹槽与对应的所述连接凸缘之间具有间隙。

可选地，所述连接凸缘的截面积从所述连接凸缘的端面至所述连接凸缘的中部逐渐增大，所述连接凸缘的截面为垂直于所述轴套单元中心轴的截面；所述连接凹槽的截面积从所述连接凹槽的端面向所述连接凹槽的中部逐渐增大，所述连接凹槽的截面为垂直于所述浮力单元中心轴的截面。

可选地，每一所述轴套单元包括至少两个第一弧形管片，所述第一弧形管片具有第一内环面、第一外环面、连接所述第一内环面和所述第一外环面的第一轴向切面；在同一所述轴套单元中，各所述第一弧形管片沿所述轴套单元的周向依次分布，相邻两个所述第一弧形管片的所述第一轴向切面贴合、并通过第一连接件固定。

可选地，相贴合的两个所述第一轴向切面中，一个所述第一轴向切面设有第一定位凸起，另一个所述第一轴向切面设有第一定位凹槽。

通过上述方案，本申请提供的海洋柔性管缆护套的有益效果在于：

本申请提供的海洋柔性管缆护套包括轴套单元和浮力单元，二者设置在管缆的外部、并沿管缆的轴向交替分布。第一，当管缆弯曲至预设曲率时，相邻的轴套单元与浮力单元相抵，从而限制管缆的弯曲角度。第二，由于设置有浮力单元，因此能够在垂直方向上对管缆进行连续自动扶正，从而优化其疲劳受力；第三，由于浮力单元能够对管缆提供浮力，因此，在实际应用中，可以在同一个管缆的不同位置间隔设置海洋柔性管缆护套，使得设置有海洋柔性管缆护套的一段管缆向上浮起，而未设置海洋柔性管缆护套的一段管缆下沉，从而实现动态海洋管缆悬浮段在水中的造形。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种海洋柔性管缆护套在过弯保护状态下的结构示意图；图中管缆左侧的三个竖直向上的箭头表示浮力方向，图中管缆上端的箭头表示管缆受力方向；

图2为本申请实施例提供的一种海洋柔性管缆护套在对动态管缆悬浮段造型状态下的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种海洋柔性管缆护套的局部剖视图；

图4为一种轴套单元的第一弧形管片的结构示意图；

图5为图4所示的第一弧形管片的主视图；

图6为图4所示的第一弧形管片的俯视图；

图7为图4所示的第一弧形管片的侧视图；

图8为一种浮力单元的第二弧形管片的结构示意图；

图9为图8所示的第二弧形管片的主视图；

图10为图8所示的第二弧形管片的俯视图；

图11为图8所示的第二弧形管片的侧视图；

图12为一种底部连接单元的第三弧形管片的结构示意图；

图13为图12所示的第三弧形管片的主视图；

图14为图12所示的第三弧形管片的俯视图；

图15为图12所示的第三弧形管片的侧视图。

图1～15中的附图标记为：

轴套单元1、连接凸缘11、第一外环面12、第一内环面13、第一轴向切面14、第一定位凸起15、第一定位凹槽16；浮力单元2、连接凹槽21、第二外环面22、第二内环面23、第二轴向切面24、第二定位凸起25、第二定位凹槽26、主体27、防护层28；底部连接单元3、上凸缘31、法兰盘32、法兰螺栓孔33、第三外环面34、第三内环面35、第三轴向切面36、第三定位凸起37、第三定位凹槽38；管缆4；刚性结构件5。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1至图3，本申请提供的海洋柔性管缆护套可以包括：轴套单元1、浮力单元2、底部连接单元3。

轴套单元1的主要作用是实现海洋柔性管缆护套整体在管缆4上的定位，并与浮力单元2互相连锁嵌套实现弯曲限位。轴套单元1总体为旋转对称的结构，其中心有与管缆4外径相配合的通孔供管缆4穿过。轴套单元1有多个，各个轴套单元1套设固定于管缆4的外周，全部轴套单元1沿管缆4的轴向间隔分布。

在材料选择上，为在不损伤管缆4的前提下保证定位的牢固性，轴套单元1可使用弹性体材料，如聚氨酯、橡胶等，或工程塑料制成。

在机械结构上，请参考图4至图7，轴套单元1可以采用下述结构：每一轴套单元1包括至少两个第一弧形管片，第一弧形管片具有第一内环面13、第一外环面12、连接第一内环面13和第一外环面12的第一轴向切面14；在同一轴套单元1中，各第一弧形管片沿轴套单元1的周向依次分布，相邻两个第一弧形管片的第一轴向切面14贴合、并通过第一连接件固定。具体的，以每一轴套单元1具体包括两个第一弧形管片为例，此时轴套单元1分为对称的两半。第一连接件可以具体为螺栓，此时两个第一弧形管片开设位置对应的螺栓孔，通过螺栓螺母等紧固件锁紧轴套单元1的两半，使其牢固地固定在管缆4上。可选的，相贴合的两个第一轴向切面14中，一者设有第一定位凸起15，另一者设有第一定位凹槽16。第一定位凸起15与第一定位凹槽16配合，起到方便组装的作用。另外，第一定位凸起15与第一定位凹槽16可以具体设置在螺栓孔处。

浮力单元2的主要作用是通过其净浮力实现管缆4在垂直方向的扶正；或通过其净浮力沿管缆4长度方向上的分布，实现动态海洋柔性管缆4悬浮段在水中的造形。浮力单元2总体为旋转对称的结构，其中心有大于管缆4外径的通孔供管缆4穿过。浮力单元2有多个，各个浮力单元2套设于管缆4外周，全部浮力单元2沿管缆4的轴向间隔分布。

在材料选择上，浮力单元2的主体27由固体浮力材料制成，主要组成为聚合物基体(如，环氧树脂、酚醛树脂、不饱和树脂等)和一种或多种空心的轻质耐压填充物(如，空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、空心塑料微球、复合材料空心球等)。浮力单元2的主体27的外部为耐磨损、耐冲击、耐老化的表皮防护层28，防护层28可以由玻璃纤维复合材料、弹性体涂层、工程塑料等制成。浮力单元2的工作水深可深至11000米，密度范围一般为300至700kg/m³。

在机械结构上，请参考图8至图11，浮力单元2可以具体采用下述结构：每一浮力单元2包括至少两个第二弧形管片，第二弧形管片具有第二内环面23、第二外环面22、连接第二内环面23和第二外环面22的第二轴向切面24；在同一浮力单元2中，各第二弧形管片沿浮力单元2的周向依次分布，相邻两个第二弧形管片的第二轴向切面24贴合、并通过第二连接件固定。具体的，以每一浮力单元2具体包括两个第二弧形管片为例，此时浮力单元2分为对称的两半。第二连接件可以具体为螺栓，此时两个第二弧形管片开设位置对应的螺栓孔，通过螺栓螺母等紧固件锁紧浮力单元2的两半，浮力单元2套在管缆4和轴套单元1外部，并且有一定的位移自由度。可选的，相贴合的两个第二轴向切面24中，一者设有第二定位凸起25，另一者设有第二定位凹槽26。第二定位凸起25与第二定位凹槽26配合，起到方便组装的作用。另外，第二定位凸起25与第二定位凹槽26可以具体设置在螺栓孔处。

在实际使用时，轴套单元1和浮力单元2沿管缆4的轴向交替分布，并且在管缆4弯曲至预设曲率时，相邻的轴套单元1与浮力单元2相抵，从而避免管缆4过弯。

为了实现轴套单元1与浮力单元2连接，轴套单元1与浮力单元2上可以设置相配合的连接结构，例如，轴套单元1的两端分别设有连接凸缘11，轴套单元1的端部的连接凸缘11的直径大于轴套单元1中间部位的直径，轴套单元1呈现一种两端高、中间低的“哑铃型”外形结构。相应的，浮力单元2的第一内环面13设有沿轴向间隔分布的连接凹槽21，连接凹槽21与轴套单元1的连接凸缘11形状相似但尺寸略大。

采用上述结构的情况下，相邻的轴套单元1与浮力单元2连接时，浮力单元2套在管缆4和轴套单元1外部，并通过其内部的连接凹槽21与轴套单元1的连接凸缘11形成连锁嵌套。更具体的，对于海洋柔性管缆护套中部位置的某个轴套单元1，则该轴套单元1的前侧的连接凸缘11设于前一浮力单元2的后侧的连接凹槽21中，该轴套单元1的后侧的连接凸缘11设于后一浮力单元2的前侧的连接凹槽21中。对于海洋柔性管缆护套中部位置的浮力单元2，该浮力单元2的前侧的连接凹槽21套在前一个轴套单元1的后侧的连接凸缘11上，该浮力单元2的后侧的连接凹槽21套在后一个轴套单元1的前侧的连接凸缘11上。

同时，连接凹槽21与对应的连接凸缘11之间具有间隙。通过设计连接凹槽21的形状和尺寸，可以实现整体护套装置一定的弯曲自由度和曲率限位。在实际使用时，连接凸缘11的形状和尺寸、连接凹槽21的形状和尺寸需要根据管缆4所需的曲率进行设计。在一个实施例中，连接凸缘11的截面积从连接凸缘11的端面至连接凸缘11的中部逐渐增大，此处的连接凸缘11的截面为垂直于轴套单元1中心轴的截面；连接凹槽21的截面积从连接凹槽21的端面向连接凹槽21的中部逐渐增大，此处的连接凹槽21的截面为垂直于浮力单元2中心轴的截面。也就是说，连接凸缘11的端面设计有一定角度的斜角，以此来确定海洋柔性管缆护套弯曲限位时管缆4的曲率。

需要说明的是，采用上述嵌套结构的轴套单元1与浮力单元2时，虽然相邻的轴套单元1与浮力单元2有重合的区域，但是海洋柔性管缆护套整体看来，依然是轴套单元1与浮力单元2交替分布。

底部连接单元3的主要作用是与管缆终端等刚性结构件5连接，保证管缆4柔性段与刚性段的平滑过渡。底部连接单元3总体为旋转对称的结构，其中心有与管缆4外径相配合的通孔供管缆4穿过。底部连接单元3套设于管缆4的外周、并且能够与刚性结构件5固定连接，全部轴套单元1和全部浮力单元2均位于底部连接单元3的同一侧，使得海洋柔性管缆护套整体通过底部单元与管缆终端等刚性结构件5连接。

在材料选择上，底部连接单元3可使用与轴套单元1相同的弹性体或工程塑料材料制成；或根据需要(如，为保证连接强度和刚度)，选择使用耐海水腐蚀性较好的金属或合金材料制成。

在机械结构上，请参考图12至图15，底部连接单元3可以具体采用下述结构：底部连接单元3包括至少两个第三弧形管片，第三弧形管片具有第三内环面35、第三外环面34、连接第三内环面35和第三外环面34的第三轴向切面36；各第三弧形管片沿底部连接单元3的周向依次分布，相邻两个第三弧形管片的第三轴向切面36贴合、并通过第三连接件固定。具体的，以底部连接单元3具体包括两个第三弧形管片为例，此时底部连接单元3分为对称的两半。第三连接件可以具体为螺栓，此时两个第三弧形管片开设位置对应的螺栓孔，通过螺栓螺母等紧固件锁紧底部连接单元3的两半，套在管缆4的外部。可选的，相贴合的两个第三轴向切面36中，一者设有第三定位凸起37，另一者设有第三定位凹槽38。第三定位凸起37与第三定位凹槽38配合，起到方便组装的作用；第三定位凸起37与第三定位凹槽38可以具体设置在螺栓孔处。

另外，为了实现底部连接单元3与浮力单元2的连接，在浮力单元2设置有连接凹槽21的情况下，底部连接单元3的一端可以与轴套单元1端部结构类似，如设置凸起的上凸缘31，上凸缘31位于浮力单元2的连接凹槽21中，上凸缘31的主要作用是与浮力单元2形成连锁嵌套。底部连接单元3的另一端可根据需要连接的刚性结构件5的连接形式进行设计，可以是法兰盘32或其它形式，法兰盘32上可以设置法兰螺栓孔33，来与刚性结构件5固定。

需要说明的是，若本申请中的海洋柔性管缆护套在安装段内没有管缆终端等刚性结构件5，则海洋柔性管缆护套可以没有底部连接单元3。

本申请提供的海洋柔性管缆护套的安装步骤如下：

(1)在管缆终端等刚性结构件5上安装底部连接单元3。若海洋柔性管缆护套的安装段内没有刚性结构件5，则省略此步骤。

(2)在管缆4上的预定位置安装第一个轴套单元1。

(3)在底部连接单元3的自由端和第一个轴套单元1靠近底部连接单元3的端部套上并安装浮力单元2。

(4)依次安装下一个轴套单元1和浮力单元2，直至达到预定安装数量。

需要说明的是，为优化海洋柔性管缆4受力，建议海洋柔性管缆护套的两端以轴套单元1或底部连接单元3结束。

由上述实施方式可以见，本申请提供的海洋柔性管缆护套的有益效果在于：

本申请提供的海洋柔性管缆护套包括一系列互相连锁嵌套的轴套单元1和浮力单元2，通过轴套单元1、浮力单元2和/或底部连接单元3的连锁嵌套结构实现管缆4的弯曲限位；通过浮力单元2的净浮力实现管缆4在垂直方向上的扶正；另外，在实际应用中，可以通过在管缆4不同长度段位置上安装海洋柔性管缆护套，实现管缆4悬浮段在水中的造形，优化其受力以及疲劳性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的海洋柔性管缆护套进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种海洋柔性管缆护套，其特征在于，包括套设固定于管缆（4）外周的多个轴套单元（1）和套设于所述管缆（4）外周的多个浮力单元（2），所述轴套单元（1）和所述浮力单元（2）沿所述管缆（4）的轴向交替分布，当所述管缆（4）弯曲至预设曲率时，相邻的所述轴套单元（1）与所述浮力单元（2）相抵、以避免所述管缆（4）过弯，所述轴套单元（1）的两端分别设有连接凸缘（11），所述浮力单元（2）的第一内环面（13）设有沿轴向间隔分布的连接凹槽（21）；相邻的所述轴套单元（1）与所述浮力单元（2）连接时，所述轴套单元（1）的前侧的连接凸缘（11）设于前一所述浮力单元（2）的后侧的连接凹槽（21）中，所述轴套单元（1）的后侧的连接凸缘（11）设于后一所述浮力单元（2）的前侧的连接凹槽（21）中，且所述连接凹槽（21）与对应的所述连接凸缘（11）之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的海洋柔性管缆护套，其特征在于，还包括套设于管缆（4）的外周、且用于与刚性结构件（5）固定连接的底部连接单元（3），全部所述轴套单元（1）和全部所述浮力单元（2）均位于所述底部连接单元（3）的同一侧。

3.根据权利要求1所述的海洋柔性管缆护套，其特征在于，所述浮力单元（2）包括固体浮力材料的主体（27），所述主体（27）包括聚合物基体和空心的轻质耐压填充物。

4.根据权利要求3所述的海洋柔性管缆护套，其特征在于，所述主体（27）的表面设有防护层（28）。

5.根据权利要求1至4任一项所述的海洋柔性管缆护套，其特征在于，所述轴套单元（1）的两端分别设有连接凸缘（11），所述浮力单元（2）的第一内环面（13）设有沿轴向间隔分布的连接凹槽（21）；相邻的所述轴套单元（1）与所述浮力单元（2）连接时，所述轴套单元（1）的前侧的连接凸缘（11）设于前一所述浮力单元（2）的后侧的连接凹槽（21）中，所述轴套单元（1）的后侧的连接凸缘（11）设于后一所述浮力单元（2）的前侧的连接凹槽（21）中，且所述连接凹槽（21）与对应的所述连接凸缘（11）之间具有间隙。

6.根据权利要求5所述的海洋柔性管缆护套，其特征在于，所述连接凸缘（11）的截面积从所述连接凸缘（11）的端面至所述连接凸缘（11）的中部逐渐增大，所述连接凸缘（11）的截面为垂直于所述轴套单元（1）中心轴的截面；所述连接凹槽（21）的截面积从所述连接凹槽（21）的端面向所述连接凹槽（21）的中部逐渐增大，所述连接凹槽（21）的截面为垂直于所述浮力单元（2）中心轴的截面。

7.根据权利要求5所述的海洋柔性管缆护套，其特征在于，每一所述轴套单元（1）包括至少两个第一弧形管片，所述第一弧形管片具有第一内环面（13）、第一外环面（12）、连接所述第一内环面（13）和所述第一外环面（12）的第一轴向切面（14）；在同一所述轴套单元（1）中，各所述第一弧形管片沿所述轴套单元（1）的周向依次分布，相邻两个所述第一弧形管片的所述第一轴向切面（14）贴合、并通过第一连接件固定。

8.根据权利要求7所述的海洋柔性管缆护套，其特征在于，相贴合的两个所述第一轴向切面（14）中，一个所述第一轴向切面（14）设有第一定位凸起（15），另一个所述第一轴向切面（14）设有第一定位凹槽（16）。

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