連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種管材，具體地說是一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于由里向外分別設(shè)有內(nèi)骨架層、內(nèi)襯層、非粘接增強(qiáng)層、內(nèi)保護(hù)層、外骨架層、外拉伸層、抗磨層和外保護(hù)層，其中用于保證管材彎曲均勻并支撐管材徑向荷載的內(nèi)骨架層由至少四層的纖維層組成，每個(gè)纖維層采用熱塑性/熱固性樹脂與纖維形成的纏繞帶纏繞制成，奇數(shù)層纖維纏繞帶的纏繞角度為50-90°，纏繞帶寬度范圍為20-80mm，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有抗腐蝕、有效延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)約材料成本等顯著的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種管材，具體地說是一種結(jié)構(gòu)合理、使用壽命長(zhǎng)、耐腐蝕性能高，且具有重量輕、強(qiáng)度高、柔性好等優(yōu)點(diǎn)的連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著陸地和淺海的石油天然氣資源開采殆盡，海洋油氣勘探開發(fā)正高速向深海發(fā)展，與此同時(shí)對(duì)海洋石油管道需求大大增加。與傳統(tǒng)的金屬管道相比，柔性管道最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以承受較大的變形。不僅在邊際油田開發(fā)中采用柔性管道存在一定的優(yōu)勢(shì)，如更易鋪設(shè)和回收，可以降低綜合成本，而且對(duì)于深海平臺(tái)的立管如果采用柔性管可以避免大變形及渦激振動(dòng)弓I起的疲勞破壞。同時(shí)，柔性管還有質(zhì)量輕、有著極其高的抗內(nèi)壓、抗外壓和拉伸能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。纖維材料的應(yīng)用，使柔性管管材可以達(dá)到傳統(tǒng)柔性管技術(shù)無法達(dá)到的深度。
[0003]現(xiàn)有的海洋柔性管主要結(jié)構(gòu)包括:位于最內(nèi)層的金屬線圈結(jié)構(gòu)的骨架層，高分子材料的含液層，螺旋自鎖的異性鋼帶壓力鎧裝層，兩個(gè)反方向鋼帶螺旋鋼帶拉伸層和外保護(hù)層。
[0004]此種管道存在以下缺點(diǎn):采用金屬結(jié)構(gòu)功能層具有很大的張力，且容易受到海水中的微生物以及油氣中含有的硫化氫氣體、二氧化碳?xì)怏w等物質(zhì)的侵蝕，使用壽命較短；金屬結(jié)構(gòu)的耐疲勞性能較差，容易疲勞失效。
[0005]其次，金屬線圈結(jié)構(gòu)的骨架層，在流體流動(dòng)過程中產(chǎn)生渦激震動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)摩擦系數(shù)大，降低了流體流速，容易結(jié)蠟結(jié)垢造成堵塞；再次，傳統(tǒng)的金屬制柔性管內(nèi)需要添加保溫材料,導(dǎo)致管材生產(chǎn)成本較高,生產(chǎn)工藝復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，提出一種結(jié)構(gòu)合理、使用壽命長(zhǎng)、耐腐蝕性能高，且具有重量輕、強(qiáng)度高、柔性好等優(yōu)點(diǎn)的連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管。
[0007]本實(shí)用新型可以通過以下措施達(dá)到:
[0008]一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于由里向外分別設(shè)有非金屬內(nèi)骨架層、內(nèi)襯層、非粘接增強(qiáng)層、內(nèi)保護(hù)層、外骨架層、拉伸層、抗磨層和外保護(hù)層，其中用于保證管材彎曲均勻并支撐管材徑向荷載的非金屬內(nèi)骨架層設(shè)有2層或3層或4層纖維板層，纖維板層采用纏繞帶按纏繞角度為50-90°纏繞而成，纏繞帶范圍為30-60_，每個(gè)纖維板層中設(shè)有四層或六層或八層由纏繞帶纏繞的單層纖維層，纏繞帶采用熱塑性/熱固性樹脂與纖維組成。
[0009]本實(shí)用新型所述非金屬內(nèi)骨架層中纖維板層的纏繞角度優(yōu)選72°，纏繞寬度優(yōu)選29 mm.41 mm 或 53 mm。
[0010]本實(shí)用新型所述內(nèi)襯層為高分子聚合物管層，厚度為3至20mm，用于輸送流體。
[0011]本實(shí)用新型所述用于保證管材強(qiáng)度的增強(qiáng)層為非粘接增強(qiáng)層，非粘結(jié)增強(qiáng)層由4個(gè)增強(qiáng)層組成，每個(gè)增強(qiáng)層由2個(gè)或3個(gè)或4個(gè)增強(qiáng)纖維板層組成，每個(gè)增強(qiáng)纖維板層均由纏繞帶按纏繞角度為30-70°纏繞而成，纏繞的寬度范圍為20-70_，增強(qiáng)纖維板層由偶數(shù)層纖維層組成，優(yōu)選由兩層、四層或六層纖維層組成，每層增強(qiáng)纖維板層采用由熱塑性樹脂與纖維組成的纏繞帶纏繞而成。
[0012]本實(shí)用新型所述非粘接增強(qiáng)層優(yōu)選四個(gè)增強(qiáng)層，相鄰的增強(qiáng)層之間有抗磨層，纖維板層中纏繞帶的纏繞角度優(yōu)選42°，纏繞寬度優(yōu)選44 mm、57mm。
[0013]本實(shí)用新型所述內(nèi)保護(hù)層為高分子聚合物管層，厚度為3至20_，用于防止外保護(hù)層破損導(dǎo)致管道失效。
[0014]本實(shí)用新型所述外骨架層，作用為抵抗外骨架層以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-90°，纏繞帶帶寬可以為30mm。
[0015]本實(shí)用新型所述拉伸層用于保證管材在使用過程中扭曲平衡以及軸向荷載等性能，拉伸層設(shè)有2層拉伸單元層，相鄰的拉伸單元層之間設(shè)有抗磨層，每個(gè)拉伸單元層由至少2層拉伸纖維層組成，拉伸纖維層由采用熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，拉伸纖維層優(yōu)選20mm纏繞寬度，其中內(nèi)側(cè)的拉伸纖維層的纏繞角度100-170°，優(yōu)選12°、155°，外側(cè)的拉伸纖維層纏繞角度20-55°，優(yōu)選25°。
[0016]本實(shí)用新型所述抗磨層用于防止層間磨損，材質(zhì)可以為尼龍帶，可以用4根尼龍帶以同一角度纏繞，與纖維層交叉纏繞，纏繞角度優(yōu)選45°，纏繞寬度可以為60_。
[0017]本實(shí)用新型所述外保護(hù)層為高分子聚合物管層，厚度為3-20_，用于防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)破損。
[0018]本實(shí)用新型中用于纏繞制成非金屬內(nèi)骨架層、非粘接增強(qiáng)層、外骨架層以及拉伸層的樹脂和纖維可以采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、聚酯纖維中的一種或幾種的混合物。
[0019]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效避免外保護(hù)層破壞后導(dǎo)致的拉伸層腐蝕失效，延長(zhǎng)管道的使用壽命，同時(shí)內(nèi)骨架層能夠保證管道在反復(fù)增壓、泄壓導(dǎo)致的層間剝離或屈曲，由于其增強(qiáng)層采用非粘接結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品柔性好、耐屈曲等優(yōu)點(diǎn)，此外，本實(shí)用新型提出的管材還具有重量輕、強(qiáng)度高、可重復(fù)使用并易于安裝等特點(diǎn)，其強(qiáng)度高，重量輕，減少了對(duì)昂貴復(fù)雜的浮力系統(tǒng)的需求，有效地節(jié)約了工程、材料成本。
[0020]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0021]附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中非金屬內(nèi)骨架層的截面圖。
[0023]附圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1中增強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1中增強(qiáng)纖維板層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1中拉伸層的截面圖。
[0026]附圖標(biāo)記:非金屬內(nèi)骨架層1、內(nèi)襯層2、非粘接增強(qiáng)層3、內(nèi)保護(hù)層4、外骨架層5、拉伸層6、外保護(hù)層7、纖維板層8、抗磨層9、單層纖維層10、增強(qiáng)纖維板層11、纖維層12、拉伸纖維層13。
[0027]【具體實(shí)施方式】:
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]如附圖1及附圖2所示本實(shí)用新型提出了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，由里向外分別設(shè)有非金屬內(nèi)骨架層1、內(nèi)襯層2、非粘接增強(qiáng)層3、內(nèi)保護(hù)層4、外骨架層5、拉伸層6、抗磨層9和外保護(hù)層7，其中用于保證管材彎曲均勻，支撐管材的徑向荷載的非金屬內(nèi)骨架層設(shè)有2個(gè)纖維板層8，由內(nèi)而外的第I個(gè)纖維板層8由纏繞帶纏繞四層，第2個(gè)纖維板層8由纏繞帶纏繞六層組成，纏繞帶均由熱塑性樹脂與纖維組成，兩個(gè)纖維板層8中的纏繞帶均以72°纏繞角度，29mm纏繞寬度纏繞形成非金屬內(nèi)骨架層；
[0031]所述內(nèi)襯層為高分子聚合物管層，管壁厚度為4mm，用于輸送流體；
[0032]如附圖3及附圖4所示，所述用于保證管材強(qiáng)度的非粘接增強(qiáng)層有四層增強(qiáng)層11組成，每層增強(qiáng)層11設(shè)有2層由纏繞帶纏繞而成的增強(qiáng)纖維板層12，第I個(gè)增強(qiáng)層11由兩層增強(qiáng)纖維板層12組成，其纏繞角度為42°，第2個(gè)增強(qiáng)層由兩層增強(qiáng)纖維板層12組成，其纏繞角度為138°，每層增強(qiáng)纖維板層12均由熱塑性纖維復(fù)合材料制成，相鄰的增強(qiáng)纖維板層間均設(shè)有抗磨層9 ；
[0033]所述內(nèi)保護(hù)層4為高分子聚合物管層，管壁厚度為4.5mm，用于防止外保護(hù)層破損導(dǎo)致管道失效；
[0034]所述外骨架層5，作用為抵抗外骨架層以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由樹脂和纖維制成的纏繞帶交叉纏繞而成，纏繞角度為70°，纏繞帶帶寬可以為30_ ；
[0035]如附圖5所示，所述拉伸層6用于保證管材在使用過程中扭曲平衡以及軸向荷載等性能，設(shè)有第一拉伸單元層13和第二拉伸單元層13，兩個(gè)拉伸單元層13間設(shè)有抗磨層9，纏繞帶采用熱塑性/熱固性樹脂和纖維，纏繞帶寬可以為20_，第一拉伸單元層中纏繞帶以125°纏繞制成，第二拉伸單元層13中纏繞帶以55°纏繞制成；
[0036]所述外保護(hù)層為高分子聚合物管層，管壁厚度為4mm，用于防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)破損；
[0037]上述用于纏繞制成非金屬內(nèi)骨架層、非粘接增強(qiáng)層、外骨架層以及拉伸層的樹脂和纖維可以采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、聚酯纖維中的一種或幾種的混合物。
[0038]本實(shí)施例中記載的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，最大限度降低彎曲半徑，提高運(yùn)輸效率，抗外壓值提升100%以上，拉力值提升70%以上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的有益效果O
[0039]實(shí)施例2:
[0040]如附圖3所示本實(shí)用新型提出了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，由里向外分別設(shè)有非金屬內(nèi)骨架層1、內(nèi)襯層2、非粘接增強(qiáng)層3、內(nèi)保護(hù)層4、外骨架層5、拉伸層6、抗磨層9和外保護(hù)層7，其中用于保證管材彎曲均勻，支撐管材的徑向荷載的非金屬內(nèi)骨架層設(shè)有4個(gè)纖維板層，由內(nèi)而外的第I個(gè)纖維板層由纏繞帶纏繞四層，第2個(gè)纖維板層由纏繞帶纏繞六層，第3個(gè)纖維板層由纏繞帶纏繞四層，第4個(gè)纖維板層由纏繞帶纏繞六層組成，纏繞帶均由熱塑性樹脂與纖維組成，兩個(gè)纖維板層中的纏繞帶均以65°纏繞角度，26mm纏繞寬度纏繞形成非金屬內(nèi)骨架層；
[0041]所述內(nèi)襯層為高分子聚合物管層，管壁厚度為4mm，用于輸送流體；
[0042]所述用于保證管材強(qiáng)度的非粘接增強(qiáng)層有四層增強(qiáng)層11組成，每層增強(qiáng)層11設(shè)有2層由纏繞帶纏繞而成的增強(qiáng)纖維板層12，第I個(gè)增強(qiáng)層11由四層增強(qiáng)纖維板層12組成，其纏繞角度為46°，第2個(gè)增強(qiáng)層由四層增強(qiáng)纖維板層12組成，其纏繞角度為134°，每層增強(qiáng)纖維板層12均由熱塑性纖維復(fù)合材料制成，相鄰的纖維層間均設(shè)有抗磨層9 ；
[0043]所述內(nèi)保護(hù)層為高分子聚合物管層，管壁厚度為4.5mm，用于防止外保護(hù)層破損導(dǎo)致管道失效；
[0044]所述外骨架層，作用為抵抗外骨架層以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由樹脂和纖維制成的纏繞帶交叉纏繞而成，纏繞角度為70°，纏繞帶帶寬可以為30_ ；
[0045]所述拉伸層用于保證管材在使用過程中扭曲平衡以及軸向荷載等性能，設(shè)有第一拉伸單元層、第二拉伸單元層、第三拉伸單元層、第四拉伸單元層，每個(gè)拉伸單元層間設(shè)有抗磨層9，纏繞帶采用熱塑性/熱固性樹脂和纖維，纏繞帶寬可以為25_，第一拉伸單元層中纏繞帶以125°纏繞制成，第二拉伸單元層中纏繞帶以55°纏繞制成；
[0046]所述外保護(hù)層為高分子聚合物管層，管壁厚度為4mm，用于防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)破損；
[0047]上述用于纏繞制成非金屬內(nèi)骨架層、非粘接增強(qiáng)層、外骨架層以及拉伸層的樹脂和纖維可以采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、聚酯纖維中的一種或幾種的混合物。
[0048]本實(shí)施例中記載的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，最大限度降低彎曲半徑，提高運(yùn)輸效率，抗外壓值提升100%以上，拉力值提升70%以上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的有益效果O
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于由里向外分別設(shè)有非金屬內(nèi)骨架層、內(nèi)襯層、非粘接增強(qiáng)層、內(nèi)保護(hù)層、外骨架層、拉伸層、抗磨層和外保護(hù)層，其中用于保證管材彎曲均勻并支撐管材徑向荷載的非金屬內(nèi)骨架層設(shè)有2層或3層或4層纖維板層，纖維板層采用纏繞帶按纏繞角度為50-90°纏繞而成，纏繞帶范圍為30-60mm，每個(gè)纖維板層中設(shè)有四層或六層或八層由纏繞帶纏繞的單層纖維層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于所述非金屬內(nèi)骨架層中纖維板層的纏繞角度72°，纏繞寬度優(yōu)選29 mm、41 mm或53 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于所述內(nèi)襯層、內(nèi)保護(hù)層以及外保護(hù)層均為高分子聚合物管層，厚度為3至20_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于所述非粘接增強(qiáng)層，非粘結(jié)增強(qiáng)層由4個(gè)增強(qiáng)層組成，每個(gè)增強(qiáng)層由2個(gè)或3個(gè)或4個(gè)增強(qiáng)纖維板層組成，每個(gè)增強(qiáng)纖維板層均由纏繞帶按纏繞角度為30-70°纏繞而成，纏繞的寬度范圍為20-70mm，增強(qiáng)纖維板層由偶數(shù)層纖維層組成，每層增強(qiáng)纖維板層采用纏繞帶纏繞而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于所述非粘接增強(qiáng)層設(shè)有四層增強(qiáng)層，相鄰的增強(qiáng)層之間有抗磨層，增強(qiáng)層中纏繞帶的纏繞角度為42°，纏繞寬度44 mm或57_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于所述外骨架層，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-90°，纏繞帶帶寬為30mmo
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于所述拉伸層由采用熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成的拉伸單元層組成，設(shè)有至少2層拉伸單元層，相鄰的拉伸單元層之間設(shè)有抗磨層，拉伸單元層采用20mm纏繞寬度交叉纏繞制成，其中奇數(shù)層的拉伸單元層的纏繞角度100-170°，偶數(shù)層的拉伸單元層纏繞角度20-55。。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于所述抗磨層用于防止層間磨損，材質(zhì)為尼龍帶，用4根尼龍帶以同一角度纏繞，與纖維層交叉纏繞，纏繞角度45°，纏繞寬度為60mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)非粘接復(fù)合柔性管，其特征在于用于纏繞制成非金屬內(nèi)骨架層、非粘接增強(qiáng)層、外骨架層以及拉伸層的樹脂和纖維可以采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、聚酯纖維中的一種或幾種的混合物。
【文檔編號(hào)】F16L58/10GK203948808SQ201420335498
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】白勇, 王森, 叢日峰 申請(qǐng)人:山東冠通藍(lán)海石油管材有限公司