NO148084B - Langstrakt fleksibelt legeme saasom en roerledning eller kabel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et langstrakt fleksibelt legeme så som en rørledning eller kabel/ med en armering som kan oppta strekk- eller bøyespenninger, hvilken armering utgjøres av spiralviklete forsterkningselementer bestående av et antall profilstenger som er anordnet inntil hverandre med en innbyrdes klaring og er perforert slik at de danner stabile viklinger i en stilling hvor stangtverrsnittets største dimensjon er orientert langs en radius i det langstrakte legeme.

For å lette forståelsen av følgende beskrivelse vil denne omhandle et ikke begrensende eksempel på et fleksibelt rør som omfatter en strekkopptagende armering og er innrettet for å føre et fluidum (såsom hydrokarbon), eller for å utgjøre et borerør eller en borstreng med henblikk på å utføre en bore-teknikk som er kjent under benevnelsen "fleksodrilling".

Det er et faktum at slike rør utsettes for meget høye strekkrefter, enten når de plasseres i stilling (særlig når de legges på sjøbunnen), eller under bruk.

Disse rør omfatter vanligvis minst én første, sammentrykningshindrende armering og en andre strekkopptagende armering som omgir den første armering.

Eventuelt kan én eller to fleksible kapper eller

overtrekk anordnes for avtetning av det bøyelige rør.

For å gi røret god fleksibilitet er den strekkopptagende armering utformet av to lag metalltråder, -kordeller eller metallstrimler som er spiralviklet i motsatte retninger rundt den sammentrykningshindrende armering. Viklingsstignin-gen, som er den samme for de to armeringslag bestemmer rørets fleksibilitet. Når stigningen økes, økes også rørets evne til

å motstå strekkrefter, men rørets fleksibilitet reduseres.

Omvendt, ved avtagende stigning, vil rørets fleksibilitet øke på bekostning av strekkmotstanden.

I hvert spesielt tilfelle må fagmannen velge viklings-stigningen og tverrsnittet på trådene, kordellene eller stengene som utgjør den strekkopptagende armering.

Tidligere kjente armeringer av ovennevnte art er istand til å motstå meget høye strekkrefter. Det har imidlertid vist seg at bruken av fleksible metalltråder eller -kordeller som strekkopptagende armeringslag fører til dårlig stabilitet ved disse armeringer.

Det er nemlig slik at ved et utilsiktet brudd eller ved avskjæring av en strekkopptagende armering vil de fleksible tråder eller kordeller ha en tendens til å sprike ut fra rør-aksen. Denne dårlige stabilitet er også fremtredende når røret utsettes for bøyespenninger, f.eks. når røret føres over ret-ningsendrende organer, såsom en trinse, skive e.l.

Det har vært foreslått å utforme hvert armeringslag av stive stenger som under fremstillingen av armeringen utsettes for en permanent deformasjon, som er en funksjon av arme-ringens diameter samt av viklestigningen.

Ved en slik fremgangsmåte unngås den første av de ovennevnte ulemper og det blir mulig å skjære ut et rør uten at de profilerte stenger straks spriker ut fra røraksen, men den utformede armering er fremdeles ustabil når røret utsettes for bøyespenninger.

I et forsøk på å unngå denne siste ulempe er det forsøkt brukt preformete stenger med en S- eller Z-formet tverrsnittsprofil, som tillater sammenkobling av tilstøtende stenger, idet tverrsnittets største dimensjon plasseres i en retning som er vesentlig vinkelrett på rørradien som passerer gjennom tyngdepunktet til tverrsnittet av den profilerte stang. Selv når et slikt arrangement kombineres med en øket preforming (eller "superforming") av stengene, .vil det ikke oppvises en tilstrekkelig armeringsstabilitet og de profilerte sammenkoblede stenger kan løsne uten at det foreligger noen mulighet for at tilstøtende viklinger igjen kan komme i sammenkoblet stilling når røret utsettes for bøyespenninger.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe et fleksibelt rør e.l., utstyrt med en stabil armering, som uten å forvrenges er istand til å motstå høye strekkrefter og bøyespenninger som det blir utsatt for.

Dette formål oppnås ved at armeringen omfatter to lag av de spiralviklete forsterkningselementer med profilstengene viklet i motsatte retninger og med stor stigning i de respektive lag.

Oppfinnelsen samt fordelene ved denne vil lettere forstås av følgende beskrivelse av forskjellige ikke-begrensende utførelsesformer, under henvisning til vedlagte tegnin-ger, hvor: Fig. 1 viser et fleksibelt rør av kjent type forsynt med en strekkopptagende armering. Fig. 2 viser tverrsnittet av én av de profilerte stenger som utgjør den strekkopptagende armering illustrert i fig. 1. Fig. 3'er et perpspektivriss som viser den teoretiske deformasjon av én av de profilerte stenger ' i den strekkopptagende rørarmering ifølge fig. 1. Fig. 4 er et skjematisk tverrsnitt langs linjen IV-IV i fig. 3, som viser alle de profilerte stenger i ett lag av den strekkopptagende armering. Fig. 5A, 5B, 5C og 5D viser forskjellige mulige ut-forminger av tverrsnittet til de profilerte stenger i en strekkopptagende armering anordnet på et fleksibelt rør ifølge oppfinnelsen, og

fig. 6A til 6D viser profilerte stenger utført av ikke-metalliske materialer, idet disse stenger har samme tverrsnitt som de som er vist i fig. 5A til 5D.

Fig. 1 viser et tett fleksibelt rør som kan motstå høye strekkspenninger, og ved hvilket den strekkopptagende armering er utformet ifølge tidligere kjent teknikk.

Fra innsiden til utsiden omfatter dette rc*r: ;En indre fleksibel kappe eller rørformet kjerne 1, f.eks. av plast, såsom en elastomer, ;en fleksibel metallarmering 2 som omgir den rørformede kjerne 1 og kan motstå spenninger som oppstår på grunn av ut- ;vendig og innvendig trykk i det fleksible rør, ;et fleksibelt tett rør 3, fremstilt av plastmateriale, såsom en .elastomer, som dekker armeringen 2, slik at trykket på utsiden av røret ikke virker direkte på den rørformede kjer- . ne 1, og ;en strekkopptagende armering. ;Den rørformede kjerne 1, armeringen 2 og kjernen 3 ut-gjør ingen del av denne oppfinnelse og skal ikke beskrives nærme-re. Som kjent er armeringen 2 f.eks. utformet som en spiralvik-ling, med liten stigning, bestående av sammenkoblede omviklinger av et profilert element som har S- eller Z-formet tverrsnitt. ;Den strekkopptagende armering 4 er utformet av to lag ;5 og 6 som er viklet i spiral i motsatte retninger med stor stigning. Vanligvis legges disse viklinger med en vinkel tilnærmet lik 40° i forhold til røraksen. ;Ifølge tidligere kjent teknikk utformes hvert lag av et antall metalltråder, eller metallkordeller, eller også, som vist i fig. 1, av profilerte metallstenger 7 som er preformet og slik anordnet at den største dimensjon på stengenes tverrsnitt er tilnærmet vinkelrett på en radius av det fleksible rør. Fig. 2 viser tverrsnittet til hver stang 7 som mulig-gjør sammenkobling av disse stenger 7. Fig. 3 viser diagrammatisk den teoretiske deformasjon av en profilert stang 7 i den strekkopptagende armering, når det fleksible rør utsettes for bøyespenninger, særlig når det føres over et føringshjul 8. ;Det fremgår at under nøytrallinjen 9, vist med stiplet strek, er det fleksible rørs generatriser under trykk, mens de yt-re generatriser forlenges, idet bare de deler av generatrisene som befinner seg på nivå med nøytrallinjen 9 er uendret. ;Følgelig, slik det fremgår av fig. 3, har en vikling som er dannet av en profilert stang 7 som befinner seg i bøyesonen en viklestigning hvis verdi, sammenlignet med verdien til viklestigningen når røret er rett, må være mindre i trykksonen og stør-re i forlengelsessonen til røret. ;Det kan påvises at denne variasjon i viklestigning øker når rørets krumningsradius minskes. ;Med de profilerte stenger som hittil er anvendt, har disse stengers manglende evne til å tilpasse seg variasjonene i viklestigning ført til en viss vridning av de profilerte stenger, hvilket medfører at de sammenkoblede stenger lokalt kommer ut av inngrep, uten noen mulighet for at disse stenger igjen kommer i sammenkoblet tilstand i trykksonene samt de som forlenges når rø-ret utsettes for bøyespenninger. Disse forhold er skjematisk illustrert i fig. 4, hvor bare armeringslaget 5 er vist. ;Ustabiliteten til den strekkopptagende armering unngås ;i det fleksible rør ifølge oppfinnelsen ved at den strekkopptagende armering består av spiralviklede preformede profilerte stenger, idet hver av disse stenger har et tverrsnitt som, i forhold til en tverraske X'X (fig. 5A til 5D) som løper gjennom tyngdepunktet G til dette tverrsnitt har et treghetsmoment hvis verdi oppviser ;et maksimum sammenlignet med verdiene til treghetsmomentene i forhold til de andre akser som passerer gjennom G. Hvert av disse tverrsnitt er slik plassert at radien OG til røret som løper gjennom tyngdepunktet G tilnærmet er vinkelrett på aksen X'X.. ;Fig. 5A til 5D viser, i et tverrsnittsplan vinkelrett ;på røraksen, et parti av ett lag av den strekkopptagende armering til det fleksible rør ifølge oppfinnelsen. ;På disse figurer er forskjellige mulige tverrsnittsut-forminger av stengene 7 illustrert. Disse tverrsnitt kan være rek-tangulære (fig. 5A), trapesformet (fig. 5B), T-formet (fig. 5C) eller l-formet (fig. 5D). ;Under fremstillingen av armeringen opprettholdes fortrinnsvis en avstand "e" mellom de forskjellige stenger, for å muliggjøre overføring av radialkrefter til de underliggende armeringer, idet slike radialkrefter f.eks. kan utøves av gripesko i en innretning for manøvrering av røret, såsom en endeløs kjede-trekk-innretning. ;Som vist i fig. 5A til 5C er stengene 7 slik plassert ;at deres lengste tverrsnittsdimensjon er orientert vesentlig langs rørets radialretning. ;Etter valg kan de frie rom mellom stengene i et armeringslag være helt eller delvis fylt med et deformerbart materiale som bevirker at rørene i dette lag henger bedre sammen. ;Den eksakte form på stangtverrsnittet kan bestemmes av en fagmann som en funksjon av: Den innvendige og utvendige diameter til den strekkopptagende armering som skal benyttes, ;den maksimale strekkraft som røret utsettes for, stengenes viklestigning, og ;stengenes evne til å tilpasse seg variasjoner i viklestigningen, når det fleksible rør utsettes for bøyespenninger. ;Denne tilpasningsevne øker når verdien av forholdet ~-blir større enn 1, idet Mm betegner maksimalverdien av treg- ^ hetsmomentet til tverrsnittet i forhold til ovennevnte akse X'X som løper gjennom tyngdepunktet til tverrsnittet, og idet M Pbe-tegner treghetsmomentet til tverrsnittet i forhold til aksen OG. ;Mm ;I praksis vil forholdet — fortrinnsvis svare til forholdet: ;* Mp

Profilstengene 7 som utgjør hvert av de strekkopptagende armeringslag kan bestå av et metallisk materiale som oppviser gode mekaniske egenskaper, og fortrinnsvis god korrosjonsbestan-dighet overfor det medium som stengene kommer i kontakt med.

Når det imidlertid er vesentlig å fremstille tette fleksible rør med lav vekt, kan de preformede stenger 7 være fremstilt av en plastmatrise forsynt med forsterkninger vesentlig bestående av parallelle filamenter eller fibre 15 som har høy elastisitetsmodul, og som ikke er, eller bare i liten grad er vridd.

Nevnte matrise kan være en herdeplast, såsom en fenol/ formalcehydharpiks, en umettet polyester eller en epoksyharpiks, idet denne liste på ingen måte er begrensende, eller en termo-plast hvis overgangstemperatur til hard tilstand ligger minst 30° høyere enn driftstemperaturen i røret, f.eks. fenylpolyoksyd eller polysulfonharpiks, idet disse angivelser heller ikke er begrensende.

Forsterkningen kan utgjøres av fibre med høy elastisitetsmodul, i form av sammenhengende filamenter og/eller vevede stoffer og/eller filter, eller puter av avskårne fibre.-Filamentene som utgjør forsterkningene kan være glass-fibre, organiske fibre med elastisitetsmoduler på minst 700 000 bar, særlig karbonfibre men også metalltråder.

Mengdeforholdet av filamenter vil fortrinnsvis være høyt (større enn 30 volumprosent), for å oppnå den høyest mulige elastisitetsmodul og motstand.

Filamentene gjennomgår en overflatebehandling med et produkt som sikrer at matrisen får skikkelig tilklebning på filamentene, i den hensikt å oppnå maksimal armeringsvirkning.

Det således sammensatte materiale anvendes i form av profilerte stenger som er meget lange og har tilnærmet konstant tverrsnitt.

Profilstengene fremstilles ved kontinuerlig varmtrek-king gjennom en dyse med passende tverrsnitt eller ved hjelp av hvilken som helst annen tilsvarende prosess som gir profilerte stenger med tilnærmet konstant tverrsnitt og store lengdeenheter.

Claims (4)

1. Langstrakt fleksibelt legeme så som en rørledning eller kabel, med en armering (4) som kan oppta strekk- eller bøyespenninger, hvilken armering utgjøres av spiralviklete forsterkningselementer bestående av et antall profilstenger (7) som er anordnet inntil hverandre med en innbyrdes klaring

(e) og er preformet slik at de danner stabile viklinger i en stilling hvor stangtverrsnittets største dimensjon er orientert langs en radius (OG) i det langstrakte legeme, karakterisert ved at armeringen omfatter to lag (5, 6) av de spiralviklete forsterkningselementer med profilstengene viklet i motsatte retninger og med stor stigning i de respektive lag.

2*. Legeme ifølge krav 1, karakterisert ved at treghetsmomentet til hver profilert stangs tverrsnitt, om en tverrakse (X'X) som løper gjennom tverrsnittets tyngdepunkt (G) vinkelrett på radien til det langstrakte fleksible legeme, har én verdi mellom 1,5 og 2 ganger verdien til tverrsnittets treghetsmoment om det langstrakte legemets radius (OG) som lø-per gjennom tverrsnittets tyngdepunkt (G).

3. Legeme ifølge krav 1, karakterisert ved at de preformede stenger er av metall.

4. Legeme ifølge krav 1, karakterisert ved at profilstengene er utformet av en plastmatrise armert med en forsterkning bestående av vesentlig parallelle filamenter (15), men høy elastisitetsmodul og praktisk talt uten vridning.