軸向加強軟管的制作方法

專利名稱：軸向加強軟管的制作方法
技術領域：
本發明涉及軟管，并且更特別是涉及具有提高軸向強度的軟管。本發 明特別涉及可以用于低溫條件下的軟管。
背景技術：
軟管的典型應用包括在壓力下從流體儲罐中抽吸流體。實例包括向鍋 爐供給民用供暖油或者LPG;從固定或浮式采油平臺向輪船的貨艙或者從輪 船貨艙向岸基儲存單元輸送所生產的油田液體和/或氣體；向賽車傳送燃 料，特別是在l級方程式賽車的補給燃料期間；和傳送腐蝕性流體，例如硫酸。
眾所周知在低溫下使用軟管來輸送流體(例如，液化氣)。所述軟管通
常用來輸送如液化天然氣(LNG)和液化丙烷氣(LPG)的液化氣。
為了使所述軟管具有足夠的柔韌性，必須使任何給定長度至少部分地 由柔性材料(即，非剛性材料)構成。
所述軟管的結構通常包括布置在內部和外部螺旋形纏繞的保持金屬線 之間的柔性材料的管狀本體。兩條金屬線通常是按相同的螺距纏繞的，但 彼此間具有半個螺距寬度的纏繞線圈移位。管狀本體一般包括具有中間密 封層的內層和外層。內層和外層提供了在其中運送流體的具有強度的結構。 通常，管狀本體的內層和外層包括由聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯) 形成的織物層。中間密封層提供了密封以防止流體滲透過軟管，并且一般 為聚合物的薄膜。
一般在圍繞管狀本體內、外表面的張力下應用保持金屬線。保持金屬 線主要起保持管狀本體幾何結構的作用。此外，外部金屬線可以起阻止軟 管在高壓下過度環向變形的作用。內部和外部金屬線還可以起抵抗軟管被 壓碎的作用。在歐洲專利公開號0076540A1中描述了該一般類型的軟管。在該說明書 中所描述的軟管包括雙軸地定向的聚丙烯的中間層，據說其提高了軟管抵 抗因重復彎曲所引起的疲勞的能力。
GB-2223817A中描述了另一種軟管。在該公開文本中描述的軟管是一種 復合軟管，其包括內部螺旋狀的金屬芯部、纏繞在該芯部上的多層塑料材 料的纖維和薄膜、相互鄰近布置并且纏繞在塑料材料上的至少一層玻璃布 與至少一層鋁箔和外部螺旋狀的金屬成形件。據說該軟管適合于輸送可燃 的燃料和油類。在我們的W001/96772、 WO 2004/044472和W0 2004/079248 中描述了對復合軟管的各種改進，以引用的方式加入其內容。
US3856052中公開了另一種軟管的結構。

發明內容
概括地說，提供了一種用于軟管的軸向加強裝置，由此軟管可以經受 住比先前可能經受住的更大的軸向拉力，而不損害軟管的其他性能。
根據本發明的第一方面，提供了一種軟管，其包括在內部和外部夾緊 元件之間布置的柔性材料的管狀本體，其中所述軟管還包括適合于當管狀 本體受軸向拉力時減小管狀本體變形的軸向加強裝置，其中所述軸向加強 裝置包括沿軟管的長度延伸的多個軸向加強條。
借助于該布置，軸向加強裝置提高了軟管克服軸向應力的能力。此外， 管狀本體和軸向加強裝置的材料有利地是兼容的，以便當操作時它們各按 類似方式執行，以便單個部件不會承受過量的壓力和張力。這意味著管狀 本體和軸向加強裝置的材料按類似方式來響應張力。
軸向加強條尤其對軟管應用中的軟管有用，其中軟管被懸吊在兩點之 間并且軟管無任何中間支承地承受其自重外加流體的重量。
軸向加強條優選是圍繞軟管的圓周等間距的。可以有兩個、三個、四 個、五個、六個、七個、八個或更多的條。更優選有三個、四個、五個或 六個條，四個或六個條是最優選的。
優選各軸向加強條是由具有經線和緯線的織物所制成的。更優選是， 各軸向加強條的經線按與軟管的縱向軸線成(T到10°的角度來布置。仍然 更優選是，各軸向加強條的經線按與軟管的縱向軸線成O。到5°的角度來布置。最優選是，各軸向加強條的經線按與軟管的縱向軸線成0。到2°的 角度來布置。
在軟管的構成期間，作為制造輔助手段可以使用近似周向纏繞的帶或 者線來將所述條固定就位。所述帶可以是由天然纖維(例如，棉)或者人 造纖維(例如，聚酯)制成。在軟管的完備上，由內部和外部夾緊元件施 加的張力還有助于將所述條保持在管狀本體的內部。
在軟管彎曲期間，優選各條相對于軟管的其余部分可自由移動，艮口， 優選所述條未被牢固地固定到軟管的其余部分上。
優選所述軟管還包括布置在軟管的各縱向端部處的端部配件。優選所 述端部配件被牢固地固定到管狀本體和軸向加強條上。從而，當施加作用 力以軸向拉伸軟管時，該或各軸向加強條抵抗拉伸力。在WO01/96772和W0 2004/044472中描述了合適的端部配件。例如，所述條可以被固定在被端部 配件夾住的軟管本體的內部，其可以通過機械保持力或者通過模鍛或巻曲 或有或沒有在端部配件內部應用環氧樹脂的金屬線捆綁的夾緊而由端部配 件保持。在一個實施例中，所述條可以被單獨地終止(例如，如 W02004/044472所示，或者在所述條被圍繞并縫回在其自身上時使用環)。
優選軸向加強條的寬度是這樣的，使得所述軸向加強條合并覆蓋該條 下面的軟管圓周的10%到90% (即，優選圓周的90%到10%未被覆蓋)。
在一優選實施例中，優選軸向加強條的寬度是這樣的，使得所述軸向 加強條合并覆蓋該條下面軟管圓周的20%到50% (即，優選圓周的80%到50% 未被覆蓋)。例如，對于200mm的軟管，其具有大約為三分之一的條的總覆 蓋度和三個等間距的條單個條的寬度為Pi乘以200mm乘以三分之一乘以三 分之一，給出了單個條寬度大約為70mm。對于四個條，單個條的寬度大約 為52mm。條的寬度為在垂直于條的縱向軸線的方向上從一個縱向邊緣到另 一個的距離。
優選是，各單個條具有這樣的寬度，使得其覆蓋軟管下層部分的總圓 周的大約5%到大約20%。
優選是，軸向加強條未圍繞軟管的整個圓周延伸。還優選是，不按圍 繞軟管的管子形式來提供所述軸向加強條。在優選實施例中，這樣布置多個條，使得它們僅輕度影響軟管的彎曲 剛度/柔韌性，但是按比例地大大增加了軸向剛度。優選該或各條的經線 與軟管的縱向軸線對準。
所述軟管可以裝備有管狀的軸向加強編織物，如W001/96772中所描述 的。例如，所述管狀編織物可以被布置在軸向加強條和管狀本體之間，或 者在軸向加強條和外部的夾緊元件之間。
特別優選是，所述軸向加強裝置是由非金屬材料(特別是塑料材料一 以下詳細描述的合適的材料)制成的。這是因為金屬材料不可能具有所要 求的應變特性。
優選是，管狀本體和軸向加強裝置包括相同的材料，最好優選超高分 子量的聚乙烯(UHMWPE)，如以下進一步詳細描述的。
管狀本體優選包括至少一個加強層和至少一個密封層。更優選是，至 少兩個加強層之間夾有所述密封層。
優選是，在外部夾緊元件和軸向加強裝置之間提供進一步的加強層。
對于8英寸(200 mm)直徑的軟管，該加強層的極限強度優選在100到 700 kN之間。優選是，在加強層疲勞處的彎曲應變處于2%至1」15%的范圍內。 希望，此外加強層和軸向加強裝置的材料相同，最優選為UH麗PE。
應該選擇軟管的構成材料以使軟管在其預定的環境中完成任務。因此， 需要軟管能夠輸送加壓流體從其中通過，而無流體通過軟管壁的滲漏。還 需要軟管經受住重復彎曲，并且經受住由軟管和流體重量的合并引起的軸 向應力。此外，如果軟管計劃用于輸送低溫流體，則材料應該能夠在極端 寒冷的溫度下工作而在性能上無任何明顯下降。
各加強層的主要目的是經受住環向應力，軟管在輸送流體從其中通過 期間承受該環向應力。因此，任何具有所要求撓度并且能夠經受住必要的 應力的加強層將是足夠的。此外，如果軟管計劃用于輸送低溫流體，則然 后該或各加強層必須經受住低溫溫度。
優選該或各加強層是由片材料形成的，該片材料已經通過按螺旋狀方 式來纏繞所述片材而纏繞成管狀形狀。這意味著，當應用軸向力想要將該 纏繞拉開時，該或各加強層對軸向拉力不具備很大抵抗力。該或各加強層 可以包括單個連續的片材層，或者可以包括兩個或更多單個的連續片材層。然而，更通常是(并且取決于軟管的長度)，該或各片材層是由沿軟管長度
布置的多個分開的片材段所形成的。
在優選實施例中，各加強層包括織物，最優選為編織纖維。該或各加
強層可以是天然材料或合成材料。該或各加強層方便地由合成聚合物(例
如，聚酯、聚酰胺或者聚烯烴)形成。所述合成聚合物可以按纖維或者紗
線的形式來提供，由其來制造織物。
當該或各加強層包括聚酯時，其優選為聚對苯二甲酸乙二醇酯。 當該或各加強層包括聚酰胺時，然后其可以為脂肪族聚酰胺(例如，
尼龍)，或者其可以為芳族聚酰胺(例如，芳族聚酰胺化合物)。例如，各
加強層可能為聚對苯二甲酰對苯二胺(poly- ( p-phenyleneter印hthalamide))，例如KEVLAR (注冊商標)。
當該或各加強層包括聚烯烴時，然后其可以為聚乙烯、聚丙烯或者聚 丁烯均聚物、或者其共聚物或三元共聚物，并且優選為單軸或雙軸定向。 更優選是，聚烯烴是聚乙烯，并且最優選是，聚乙烯是高分子量的聚乙烯， 特別是UH匿PE。
用于本發明的UHMWPE—般具有超過400， OOO的重量平均分子量，典型地 超過800，000，并且通常超過l， 000， 000。重量平均分子量通常不會超過大 約15， 000， 000。 UHMWPE優選表征為從大約1， 000， 000到6， 000， OOO的分子量。 在本發明中最有用的UH麗PE被高度定向，并且通常在一個方向上已經被拉 伸至少2-5倍且在另一個方向上至少被拉伸10-15倍。
在本發明中最有用的UH麗PE—般具有大于80。/。的平行定向，更通常是大 于90%，并且優選大于95%。結晶度可能一般大于50%，更通常是大于70%。 結晶度可能達到85-90%。
例如，在US-A-4344908、 US-A-4411845、 US-A-4422993、 US-A-4430383、 US-A-4436689 、 EP-A-183285 、 EP-A-0438831和EP-A-0215507中描述了 U麗PEo
特別有益的是，該或各加強層包括高度定向的UHMWPE，例如可以從DSM 高性能纖維公司(DSM High Performance Fibres BV)(荷蘭公司)的商品 名稱為DYNEEMA中獲得，或者可以從美國公司聯合信號公司(AlliedSignal Inc.)的商品名稱為SPECTRA中獲得。在由DSM高性能纖維公司發布的02/98版的名稱為"DYNEEMA;纖維中的 最好性能；特性和應用"的商業小冊子中公開了關于DYNEEMA的補充細節。 在聯合信號公司發布的5/96版的名稱為"光譜性能材料"的商業小冊子中 公開了關于SPECTRA的補充細節。從20世紀80年代以來，已經可得到所述材 料了。
在優選實施例中，該或各加強層包括由按緯向和經向布置的纖維形成 的編織纖維。已經發現特別有益的是，如果布置該或各加強層，使得織物 的經向與軟管的軸向成小于20。的角度；還優選該角度大于5。。在優選實 施例中，布置該或各加強層，使得織物的經向與軟管的軸向成IO。到20° 的角度，最優選為大約15。。
密封層的目的主要是防止輸送的流體通過管狀本體的滲漏。因此，任 何具有所要求的撓度并且能夠提供要求的密封功能的密封層將是足夠的。 此外，如果軟管計劃用于輸送低溫流體，則然后所述密封層必須經受住低
溫溫度o
所述密封層可以由與該或各加強層相同的基本材料制成。作為備選方 案，密封層可以是含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PFTE);氟化乙烯丙烯
共聚物，例如可以從杜邦氟產品(DuPont Fluoroproducts)的商品名稱為 TeflonFEP中獲得的六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物(四氟乙烯-全氟丙烯)； 或者可以從杜邦氟產品的商品名稱為Teflon PFA中獲得的氟化烴-過氟烷氧 基(perfluoralkoxy)。所述薄膜可能是通過擠出或者通過吹塑制造的。
優選所述密封層是由片材料形成的，該片材料已經通過按螺旋狀方式 來纏繞所述片材而纏繞成管狀形狀。當具有加強層時，這意味著該或各密 封層不具備對軸向拉力的很大抵抗力，因為應用的軸向力傾向于將纏繞拉 開。該密封層可以包括單個連續的片材層，或者可以包括兩個或更多單個 的連續的片材層。然而，更通常是(并且取決于軟管的長度)，該片材或該 片材的各層是由沿軟管長度布置的多個分開的片材段所形成的。如果要求， 則密封層可以包括布置在內部加強層上的一個或多個熱收縮的密封套(即， 管狀形狀)。
優選所述密封層包括多個重疊的薄膜層。優選具有至少2層，更優選至 少5層，并且仍然更優選至少10層。在實踐中，密封層可以包括20、 30、 40、50或更多層薄膜。層數的上限取決于軟管的總尺寸，但不會要求超過100層。 通常，至多50層可以是足夠的。各層薄膜的厚度一般處于50到100微米的范 圍內。
當然，應理解，可以提供多于一個密封層。 以下描述了密封層的特別優選的實施例。
各軸向加強條還可以是由和該或各加強層相同的材料形成的。因此， 顯然是，軸向加強條、該或各加強層和密封層都可以是由相同的基本化合 物形成。然而，為了提供所要求的功能，所述化合物的形式必須不同，艮P， 軸向加強條提供軸向加強的功能、該或各加強層提供克服環向應力的增強 和密封層提供密封的功能。已經發現UH匿PE材料是最合適的，特別是 DYNEEMA和SPECTRA產品。還已經發現所述材料在低溫條件下工作良好。與 加強層有關的上述討論到的UH,PE的優選參數(分子量范圍等)也適合于 軸向加強裝置。然而，在這點上應該注意，用于軸向加強條的UH廳PE的參 數不必和用于加強層的UH麗PE的參數相同。
可以在管狀本體層的內部提供軸向加強條。然而，優選將各軸向加強 條定位在管狀本體和一個或多個加強層和外部夾緊元件之間。覆蓋在軸向 加強條上的加強層在外部夾緊元件下面提供了保護覆蓋片。在另一個優選 實施例中，在管狀本體層的內部設置至少兩個軸向加強條(優選多于兩個， 例如，三個或四個)，并且還在管狀本體和外部夾緊元件之間設置至少兩個 另外的軸向加強條(優選多于兩個，例如，三個或四個)。
從上所述應理解，附加層可以設置在管狀本體上方，并且在外部夾緊 元件下面。附加層可以纏繞管狀本體，或者其可以為在管狀本體上拉出的 管子的形式。所述附加層可以是保護層、加強層或者兩者。優選是，軸向 加強條在附加層的下面。
當所述軟管計劃用于低溫應用中時，然后希望在管狀本體上設置絕緣 件。所述絕緣件可以設置在外部金屬線和管狀套之間和/或設置在外部金屬 線外面。絕緣件可以包括通常用于在低溫設備中提供絕緣的材料，例如， 合成泡沫塑料材料。優選是，還圍繞所述絕緣層提供軸向加強裝置以壓縮 絕緣層并且保持其結構的完整性。另外，除外部夾緊元件和管狀本體之間的軸向加強裝置之外，優選設置圍繞絕緣層的軸向加強裝置。以下進一步 詳細提供絕緣物的一特別適當的形式。
根據本發明的另一方面，提供了軟管，其包括布置在內部和外部夾緊 元件之間的柔性材料的管狀本體，其中所述管狀本體包括至少一個由按緯 向和經向布置的纖維形成的編織纖維的加強層，其特征在于，布置該或各
加強層，使得織物的經向與軟管的軸向的角度小于20。，更優選是小于15 ° ,并且最優選是小于IO。。根據本發明該方面的軟管可以設有有關根據 本發明第一方面的軟管所描述的任何所要求的附加特征的綜合。 根據本發明的另一方面，提供了一種制造軟管的方法，包括
(a) 圍繞管狀芯軸來纏繞內部夾緊元件；
(b) 圍繞所述管狀芯軸和內部夾緊元件來纏繞片材，以提供由所述片 材形成的管狀本體；
(c) 沿所述管狀本體的長度鋪設多個軸向加強條；
(d) 圍繞各軸向加強條來纏繞外部夾緊元件；
(e) 固定在步驟(d)中生產的軟管的端部；和
(f) 從所述芯軸上去除軟管。
優選是，為了提供具有良好結構完整性的軟管，在張力下施加所述夾 緊元件和片材。
優選是，步驟(b)中的片材包括中間夾著密封層的兩個加強層，如上 所述。在優選實施例中，圍繞所述內部夾緊元件和芯軸成螺旋形地纏繞片 狀的內部加強層；然后圍繞所述內部加強層成螺旋形地纏繞片狀的密封層； 然后圍繞所述密封層纏繞片狀的外部加強層。通常，應用多個密封層。
各軸向加強條可以與上述的軸向加強條相同。
優選是，按具有相同螺距的螺旋結構來施加所述內部和外部夾緊元件， 并且將所述螺旋狀的外部夾緊元件的位置定位在偏離內部夾緊元件的螺旋 的位置的半個螺距長度處。
優選是，在步驟(c)和(d)之間，在所述軸向加強條上，圍繞管狀 本體纏繞附加層(其可以是保護層、加強層或者兩者)。換句話說，附加層 可以是在管狀本體上拉出的管子。
密封層的各聚合物薄膜優選為聚酰胺、聚烯烴或者含氟聚合物。當所述密封層的聚合物薄膜包括聚酰胺時，然后其可以為脂肪族的聚 酰胺(例如，尼龍)，或者其可以為芳族聚酰胺(例如，芳族聚酰胺的化合 物)。
優選密封層的聚合物薄膜中的一個為聚烯烴，并且密封層的另一個聚 合物薄膜為含氟聚合物。
適當的聚烯烴包括聚乙烯、聚丙烯或者聚丁烯的均聚物或者其共聚物 或三元共聚物。優選是，所述聚烯烴薄膜是單軸或雙軸定向的。更優選是， 聚烯烴是聚乙烯，并且最優選是，聚乙烯是是高分子量的聚乙烯，特別是
UH麗PE，在以上對其進行了更詳細描述。與加強層有關的上述討論到的 UH麗PE的優選參數(分子量范圍等)也適用于密封層。然而，在這點上應 該注意，用于密封層的UHMWPE的參數不必和用于加強層的UHMWPE的參數相 同。
因為所述密封層用來提供密封功能，所以應該按實質上不滲透所輸送 流體的薄膜形式來提供所述密封層。因此，需要按具有滿意的密封性能的 形式提供所述高度定向的UH匿PE。通常按實體塊的形式提供所述產品，為 了獲得要求形式的材料，可以進一步加工所述實體塊。可以通過從所述實 體塊的表面上切出薄膜來生產所述薄膜。換句話說，所述薄膜可以是UHMWPE 的吹塑薄膜。
適當的含氟聚合物包括聚四氟乙烯(PFTE);氟化乙烯丙烯共聚物，例 如可以從杜邦氟產品的商品名稱為Teflon FEP中獲得的六氟丙烯和四氟乙 烯的共聚物(四氟乙烯-全氟丙烯)；或者可以從杜邦氟產品的商品名稱為 Teflon PFA中獲得的氟化烴-過氟垸氧基(perfluoralkoxy)。所述薄膜可 能是通過擠出或者通過吹塑制造的。
優選是，所述密封層包括各聚合物薄膜的多層。在實施例中，布置所 述層以便第一和第二聚合體交替通過密封層的厚度。然而，這不是唯一的 可能布置。在另一種布置中，第一聚合體的所有層可以被第二聚合體的所 有層圍繞，或者相反。
優選所述密封層的聚合物薄膜是由片材形成的，已經通過按螺旋形方 式纏繞所述片材來將該片材纏繞成管狀形式。各聚合物薄膜可以包括從軟 管的一端到另一端纏繞內部加強層的單個連續片。然而，更通常是(并且取決于軟管的長度)，聚合物薄膜的多個分開的段可以纏繞在內部加強層 上，各薄膜段覆蓋軟管的長度的一部分。如果要求，則密封層可以包括布 置在內部加強層上的至少兩個熱縮密封套(即，管狀形狀)。該套中的至少 兩個是由不同材料制成的。
所述密封層包括至少兩個不同的薄膜，并且所述薄膜優選按重疊關系
來布置。優選是，密封層包括至少5個重疊層，更優選包括至少10個重疊層。 在實踐中，密封層可以包括20、 30、 40、 50或更多個薄膜重疊層。層數的 上限取決于軟管的總尺寸，但不會要求超過100層。通常，至多50層是足夠 的。各層薄膜的厚度典型地處于50到100微米的范圍內。所述層可以是由至 少兩種不同類型的聚合物薄膜制成的。
當然，應理解，可以提供多于一個密封層。
優選是，密封層還包括局部或者全部包括金屬、金屬氧化物或其混合 物的至少一層。在該說明書中，涉及包含薄膜的金屬包括包含薄膜的金屬 氧化物，除非另有說明。因此，所述金屬層可以是金屬薄膜層(即，實質 上完全由金屬、金屬氧化物或者其混合物組成的隔離層)，或者是被金屬薄 膜涂覆的聚合體或者是用金屬處理的聚合體薄膜。優選所述金屬層是被金 屬薄膜涂覆的聚合體。例如，所述金屬可以是氧化鋁。例如，所述聚合體 可能是聚酯。
被金屬薄膜涂覆的合適的聚合體包括可以從英格蘭Stevenage的HiFi Industrial Film的商品名稱為MEX505、 MET800、 MET800B和MET852中獲得； 優選為MET800B。
另外的金屬層可以布置在密封層的外面。優選是，另外的金屬層被布 置在管狀本體和外部夾緊元件之間。還可以在此處設置石棉層，以改善熱 絕緣，優選在密封層和外部金屬層之間-該目的是在兩個金屬層之間形成 熱環形區。
在本發明的上述方面，夾緊元件典型地各包括螺旋形夾緊元件，優選 是金屬線。優選是，各夾緊元件處于螺管的形式。典型地布置夾緊元件的 螺旋，以使它們相互偏離相當于半個螺旋節距的距離。夾緊元件的目的是 在其之間牢固地夾住管狀本體，以完整保持管狀本體層并且為軟管提供結
構的完整性。例如，內部和外部金屬線可以是低碳鋼、奧氏體不銹鋼或者鋁。如果要求，所述金屬線可以被電鍍或涂覆有聚合體。內部夾緊元件可 以執行支承軟管外層的功能。外部夾緊元件可以克服由軟管內部的流體所 引起的內部壓力(即，軟管上的環向和徑向力)來執行支承軟管的功能。
應理解，雖然制造夾緊元件的金屬線可以具有相當大的拉伸強度，金 屬線按螺管形式來布置意味著夾緊元件當承受相對小的軸向拉力時可以變 形。所述螺管中的任何顯著變形可以迅速破壞軟管的結構完整性。
根據本發明的軟管可以用于多種條件中，例如10(TC以上的溫度、從0 "C到l(XrC的溫度和(TC以下的溫度。利用選擇合適的材料，可以在-20。C以 下、-5(TC以下或甚至-IO(TC以下的溫度使用所述軟管。例如，對于LNG的 輸送，軟管可以在低至-17(TC或甚至更低的溫度下工作。此外，還預期可 以使用軟管來輸送液態氧(沸點(bp)為-183°C)或者液氮(沸點(bp) 為-196"C)，在該情況中，軟管需要在-20(TC或者更低的溫度下工作。
根據本發明的軟管還可以用于各種不同的任務中。典型地，軟管的內 徑可以從大約2英寸(51毫米)到大約24英寸(610毫米)的范圍，更典型 地從大約8英寸(203毫米)到大約16英寸(406毫米)的范圍。通常，軟管 的工作壓力可以在從大約500 kPa標準值到大約2000 kPa標準值的范圍內， 或者可能到大約2500 kPa標準值。所述壓力涉及軟管的工作壓力，不是破 裂壓力(其必須大幾倍)。容積流量取決于流體介質、壓力和內徑。流量典 型從IOOO mVh到12000 m3/h。
根據本發明的軟管還可以用于腐蝕性物質，例如強酸。


現在參見附圖，其中
圖l是顯示本發明的軟管在工作中承受的主應力的示意圖2是本發明的軟管的示意性橫剖視圖3是顯示本發明的軟管的加強層的布置的剖視圖4A是顯示軟管上的軸向加強條的布置的透視圖4B是軸向加強條中的一個的放大截面；
圖5A、 5B、 5C和5D顯示了本發明的軟管的四種應用；和 圖6是顯示本發明的軟管的密封層的橫剖視圖。
具體實施例方式
圖1顯示了軟管H在使用期間通常承受的應力。環向應力通過箭頭HS來 表示，并且其是沿切向作用到軟管H的周邊上的應力。軸向應力通過箭頭AS 來表示，并且其是沿軟管H長度的軸向方向作用的應力。撓曲應力由FS來表 示，并且其是當軟管彎曲時沿橫向方向作用到軟管H的縱向軸線上的應力。 扭轉應力由TS來表示，并且其是圍繞軟管的縱向軸線作用的扭轉應力。壓 碎應力由CS來表示，并且其是由徑向地作用到軟管H外部上的負載所引起 的。
環向應力HS是由軟管H中的流體的壓力產生的。軸向應力AS是由軟管中 的流體的壓力以及由軟管H中的流體的重量和由軟管H自身的重量的結合所 產生的。撓曲應力FS是由為了適當地定位軟管H而彎曲軟管的需要量和在使 用期間軟管H的運動所引起的。扭轉應力TS是由軟管的扭動引起的。現有技 術的軟管通常能夠承受環向應力HS、撓曲應力FS和扭轉應力TS，但是較少 能承受軸向應力AS。為此，當現有技術的軟管承受很大的軸向應力AS時， 通常必須支承它們以最小化軸向應力AS。
在圖2中，按照本發明的軟管總得由10來表示。為了提高圖2中的各種 層纏繞的清晰度，在另外的圖中沒有顯示。
軟管10包括管狀本體12，該管狀本體包括內部加強層14、外部加強層 16和夾在層14和16之間的密封層18。提供軸向加強的軸向加強條20被圍繞 外部加強層16的外表面布置。
管狀本體12和條20被布置在內部螺旋形盤旋金屬線22和外部螺旋形盤 旋金屬線24之間。布置所述內部和外部金屬線22和24，以便它們相互間偏 離相當于螺旋盤管的半個螺距長度的距離。
絕緣層26被圍繞外部金屬線24布置。所述絕緣層可以是傳統的絕緣材 料(例如，塑料泡沫)，或者可以是如下所述的與圖7有關的材料。
加強層14和16包括合成材料的編織纖維(例如，UHMWPE或者芳族聚酸 胺纖維)。圖3圖解了內部加強層14，顯然所述內部加強層14包括按經線方 向W布置的纖維14且和按緯線方向F布置的纖維i^。在圖3中，為了提高清晰 度，僅顯示了層14。我們已經出乎意料地發現可以通過布置內部加強層14來改善軟管io的軸向強度，使得經線方向w與軟管io的縱向軸線成小于2cr
且典型地大約為15。的一小角度。在圖3中，該角度由符號a來表示。外部 加強層16的結構和方向實質上和內部加強層14相同；外部加強層16的角度 a可以與內部加強層14的角度ot相同或不同。
密封層18包括多層塑料薄膜，所述塑料薄膜繞內部加強層14的外表面 纏繞，以在內部和外部加強層14和16之間提供流體密封。
圖4A和4B更詳細地圖解了軸向加強條。條20是由具有經線20a和緯線 20b的織物制成的。經線與緯線成90。，并且將條20設置在軟管上，以使經 線的方向與軟管的縱向軸線成O。。如圖4A所示，優選在條20和外部夾緊元 件24之間設置附加的加強和/或保護層30。
如圖6所示，密封層18包括多個由第一聚合體(例如，高度定向的 UHMWPE)制成的薄膜層18旦，該薄膜層與多個由第二聚合體(例如，PFTE或 者FEP)制成的薄膜層18^交錯，所述兩個聚合體具有不同的剛度。所述層 18且和18b已經被纏繞在內部加強層14的外表面上以在內部和外部加強層14 和16之間提供流體密封。如上所述，層18互和18b不必按交替的方式來布置。 例如，所有的層18旦可以被布置在一起，并且所有的層18^可以被布置在一 起。
可以利用以下技術來制造軟管IO。第一步，為了提供具有要求螺距的 螺旋形布置，將內部金屬線22纏繞到支承芯軸(未顯示)上。支承芯軸的 直徑相當于軟管10要求的內徑。然后將內部加強層14纏繞到內部金屬線22 和支承芯軸上，以便將經向W設定在所要求的角度a上。
然后將多層由塑料薄膜18a、 18b制成的密封層18纏繞到內部加強層14 的外表面上。通常，薄膜18a和18b的長度實質上小于軟管10的長度，以便 多個分開的長度的薄膜18且和1&會纏繞著內層14。優選按交替方式通過密 封層18的厚度來布置薄膜18旦和18^。典型地，可以有五個分開的薄膜18互和 18b的層通過密封層的厚度。
然后將外部加強層16纏繞到密封層18上，以便將經向W設定在所要求的 角度(其可以是a，或者是接近ci的其它角度)上。然后將軸向加強條20 覆蓋在外部加強層16的外面。然后為了提供具有所要求螺距的螺旋形布置， 將外部金屬線24纏繞到另外的加強層21上。外部金屬線24的螺距通常與內部金屬線22的螺距相同，并且通常金屬線24的位置是這樣的，使金屬線24 的盤管偏離金屬線22的盤管相當于半個螺距長度的距離；這圖解在圖2中，
其中螺距長度由P來表示。
可以通過將套管巻曲到軟管10內的插入件上來密封軟管10的端部。該 終止通常應用在軟管10已經被從芯軸上去除之后。
可以使用圖2中所示的端部配件200來密封軟管10的端部。圖5A到5D顯 示了軟管10的三種應用。在圖5A到5C的每個中，借助于根據本發明的軟管 10，將浮式生產、儲存和卸載容器(FPSO) 102連接到LNG運輸船104上。軟 管10將LNG從FPS0 102儲存罐運送到LNG運輸船104的儲存罐。在圖5A中，軟 管10位于海平面106的上方。在圖5B中，軟管10浸沒到海平面106以下。在 圖5C中，軟管10在海表面附近漂浮。在每個情況中，軟管10運送LNG而不需 要任何中間支承。在圖5D中，LNG運輸船通過軟管10被連接到岸基儲存設備 108上。
軟管10可以用于除圖5A到5C中所示的應用之外的許多其他應用。軟管 可以用于低溫和非低溫條件中。
應理解，上述發明可以被改進。
權利要求
1.一種軟管，包括布置在內部和外部夾緊元件之間的柔性材料的管狀本體，所述管狀本體用來通過所述軟管輸送流體并且防止流體通過所述本體滲漏，所述管狀本體包括加強層和密封層，其中所述軟管還包括沿所述軟管的長度延伸的多個軸向加強條。
2. 根據權利要求l所述的軟管，所述軸向加強條的寬度是這樣的，使 得所述軸向加強條合并起來覆蓋所述條下面的所述軟管周邊的20%到50%。
3. 根據權利要求1或2所述的軟管，其中所述軸向加強條是等間距地 圍繞所述軟管的周邊的。
4. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，其中有四到六個所述軸向 加強條。
5. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，其中所述軸向加強條是由 具有經線和緯線的織物制成的，所述軸向加強條的經線被布置成與所述軟 管的縱向軸線成0。到5°的角度。
6. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，還包括布置在所述軟管的 各縱向端部處的端部配件，并且其中所述管狀本體和所述軸向加強條的端 部被牢固地固定到各端部配件上。
7. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，其中所述軸向加強條不圍 繞所述軟管的整個周邊延伸。
8. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，其中所述管狀本體包括內 部和外部加強層，和夾在所述內部和外部加強層中間的所述密封層。
9. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，其中所述管狀本體的所述 或各加強層和所述軸向加強條全部是由相同的聚合材料制成的。
10. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，其中所述管狀本體的所 述或各加強層和所述軸向加強條全部是由UHMWPE制成的。
11. 根據前述權利要求任何一項所述的軟管，其中各單獨條具有這樣 的寬度，使得其覆蓋所述軟管的下面部分的總周邊的大約5%到大約20%。
12. —種實質上如在此參照附圖所描述的并如附圖所示的軟管。
全文摘要
本發明涉及一種軟管，其包括布置在內部和外部螺旋形纏繞線之間的柔性材料的管狀本體(12)，所述管狀本體用來通過所述軟管輸送流體并且防止流體通過所述本體滲漏，所述管狀本體包括加強層和密封層，其中所述軟管還包括沿軟管的長度延伸的軸向加強條(20)。
文檔編號F16L11/115GK101542178SQ200780029919
公開日2009年9月23日 申請日期2007年6月29日 優先權日2006年6月29日
發明者D·考克斯, G·A·霍爾, J·A·維茨 申請人:Bhp比爾利頓石油私人有限公司