本發(fā)明涉及海洋復(fù)合柔性管接頭技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種應(yīng)用于石油或水高壓輸送的新型海洋纖維增強(qiáng)復(fù)合柔性管用接頭，用于增強(qiáng)復(fù)合柔性管的端部連接。

背景技術(shù)：

在海洋工程熱塑性復(fù)合增強(qiáng)柔性管接頭領(lǐng)域，對(duì)于柔性增強(qiáng)復(fù)合管道來(lái)說(shuō)，由于其材料的進(jìn)步和制備工藝的提升，該類管道的使用口徑和使用水深逐漸加大，應(yīng)用條件也更為惡劣和復(fù)雜，相應(yīng)地對(duì)接頭的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。

早期，小口徑的增強(qiáng)復(fù)合管的連接機(jī)理是將管道和接頭結(jié)構(gòu)熱熔粘結(jié)，但是這種方式在強(qiáng)度和密封性上有甚多不足；隨后出現(xiàn)的接頭形式大部分是采用機(jī)械壓緊的方式連接；目前在淺水領(lǐng)域應(yīng)用最多的是夾緊式接頭，通過(guò)內(nèi)外套頭夾緊中間的管道層限制其位移形成連接，可以通過(guò)冷溫、軸向壓入等多種方式連接，該結(jié)構(gòu)形式可以很好地應(yīng)用于小口徑的淺水管道，但不適用于大口徑、高壓力、高振動(dòng)條件下管道。

在實(shí)際應(yīng)用中接頭主要受到來(lái)自管道的軸向拉力、彎曲和扭轉(zhuǎn)作用，以及海水的外壓和內(nèi)部流體的內(nèi)壓，此外對(duì)于機(jī)械壓緊接頭，還存在著初始裝配預(yù)應(yīng)力。當(dāng)前復(fù)合管接頭存在的問(wèn)題在于：一、承載強(qiáng)度問(wèn)題：熱熔接頭的強(qiáng)度很低，而當(dāng)前的機(jī)械壓緊接頭在復(fù)雜的荷載條件下亦容易發(fā)生強(qiáng)度破壞；二、密封性能問(wèn)題：傳統(tǒng)的密封方式單一，密封可靠性不高；三、預(yù)應(yīng)力的保持問(wèn)題：當(dāng)前的機(jī)械壓緊接頭通過(guò)預(yù)應(yīng)力保證管道的限位，但往往在實(shí)際環(huán)境下，尤其是結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞變形或者蠕變后預(yù)應(yīng)力丟失，以致管道承載能力下降，密封性能也往往會(huì)隨之下降；四、接頭裝卸問(wèn)題：當(dāng)前的大多數(shù)接頭是一次性接頭，往往在裝配完成后無(wú)法更換零部件，需要整件更換；五、管道層破壞問(wèn)題：復(fù)合管道的特點(diǎn)在于軸向強(qiáng)度大，而徑向的強(qiáng)度小，而傳統(tǒng)接頭結(jié)構(gòu)在管道層上易產(chǎn)生應(yīng)力集中問(wèn)題，使管道結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞；六、傳統(tǒng)的接頭對(duì)于溫度變化造成的影響是難以預(yù)測(cè)的，容易發(fā)生熱應(yīng)力失效，因此適用溫度范圍一般不大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所述接頭承載強(qiáng)度差、預(yù)應(yīng)力難以保持、拆裝不方便等缺陷，提出一種海洋復(fù)合柔性管用預(yù)壓自緊接頭。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種海洋復(fù)合柔性管用預(yù)壓自緊接頭，包括外套環(huán)、楔形環(huán)、鎖緊環(huán)、斧型軸和內(nèi)壓環(huán)；所述外套環(huán)套設(shè)在楔形環(huán)外側(cè)，且在外套環(huán)和楔形環(huán)之間設(shè)置有密封件，所述密封件為橡膠密封圈或其他密封材料，所述外套環(huán)的前端為錐形，外套環(huán)的后端與鎖緊環(huán)螺紋連接，所述螺紋選用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的高精度密封螺紋形式，否則，需要在螺紋上填涂密封膠或是油封；鎖緊環(huán)設(shè)置在外套環(huán)與斧型軸之間；所述斧型軸一端與楔形環(huán)相接觸，另一端連接有法蘭盤，法蘭盤與斧型軸等截面焊接連接，通過(guò)螺栓與另一個(gè)接頭的法蘭盤連接，由此鋪設(shè)管道；所述內(nèi)壓環(huán)設(shè)置在接頭最內(nèi)層，內(nèi)壓環(huán)與斧型軸內(nèi)壁固定連接，且與楔形環(huán)之間存在容納柔性管端部的空隙，與楔形環(huán)擠壓形成夾緊力限制管道位移。

進(jìn)一步的，所述外套環(huán)由鋼制材料制作，外套環(huán)前端開(kāi)口內(nèi)徑大于柔性管二次增厚段外徑，其后端開(kāi)口內(nèi)徑略大于斧形軸最大外徑，外套環(huán)后端內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)螺紋，外套環(huán)前端內(nèi)壁上還設(shè)置有弧形凹槽，所述弧形凹槽內(nèi)設(shè)置有彈性體。

進(jìn)一步的，所述彈性體由高強(qiáng)度橡膠材料構(gòu)成，其后端包括一臌脹部，所述臌脹部嵌入弧形凹槽內(nèi)，以防止滑脫，在實(shí)際裝配完成后，彈性體發(fā)生一定的預(yù)變形，其實(shí)際為一個(gè)后端加粗的密封墊，位于外套環(huán)前端和柔性管道二次增厚段外壁之間，被擠壓至一定的變形量，形成此處的密封，同時(shí)避免柔性管管道直接觸碰外套環(huán)在此處的金屬結(jié)構(gòu)，起到緩沖作用，還用于抵消一定的管道彎曲應(yīng)力，起到過(guò)渡的效果。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)壓環(huán)中部的厚度大于其兩端的厚度，內(nèi)壓環(huán)的后端與斧型軸內(nèi)壁的連接方式為過(guò)盈連接或螺紋連接，內(nèi)壓環(huán)前端承接柔性管道內(nèi)壁，與楔形環(huán)擠壓形成夾緊力限制管道位移。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)壓環(huán)前端外表面設(shè)置有噴砂層或滾花，將內(nèi)壓環(huán)前端外表面經(jīng)過(guò)噴砂處理或者滾花處理以增加與柔性管道內(nèi)壁之間的摩擦，提高夾緊效果。

進(jìn)一步的，所述楔形環(huán)由4-6塊楔形體組成，所述楔形體后端的厚度大于其前端的厚度，且相鄰楔形體之間緊密貼合，形成一個(gè)完整的楔形環(huán)。

進(jìn)一步的，所述楔形環(huán)的后端包括一平段部，所述平段部與外套環(huán)之間存在空隙。

進(jìn)一步的，所述楔形環(huán)內(nèi)表面上設(shè)置有增大摩擦的滾花或噴砂層，其外表面相對(duì)光滑。

進(jìn)一步的，所述鎖緊環(huán)的外表面設(shè)置有外螺紋，與外套環(huán)內(nèi)螺紋相配合，鎖緊環(huán)內(nèi)徑略大于斧型軸的軸外徑，以便套入。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)壓環(huán)外壁上、楔形環(huán)前端外錐面上、鎖緊環(huán)內(nèi)壁上以及法蘭盤上均設(shè)置有密封槽，所述密封槽為截面為梯形或者半圓形的環(huán)形凹槽，可以放置o型密封圈，o型密封圈直徑大于環(huán)形凹槽的最大深度，其所在接觸面貼合時(shí)，o型密封圈被擠壓變形形成過(guò)盈配合，增加接頭密封性，提高密封效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

本方案所提出的海洋復(fù)合管預(yù)壓自緊接頭，主要承載結(jié)構(gòu)外套環(huán)等由高強(qiáng)度不銹鋼材料制成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)保證了接頭具有較高的承載性能和耐疲勞性能，能應(yīng)用于深海，高溫，高壓的使用環(huán)境；整個(gè)接頭為一體結(jié)構(gòu)，不依賴于同管道表面粘合，可以容納接頭結(jié)構(gòu)和復(fù)合管之間的一些相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且具有自緊的工作機(jī)理，在軸向拉力、內(nèi)壓、外壓、彎矩作用下都能夠增大內(nèi)部預(yù)緊，增大對(duì)管道的限制力，保證結(jié)構(gòu)和管道位置的穩(wěn)定；其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有針對(duì)性地解決了在荷載或組合荷載下接頭結(jié)構(gòu)作用于管道層的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提升了接頭內(nèi)部管道的耐疲勞性能；接頭的密封性設(shè)計(jì)有效依附于結(jié)構(gòu)的自緊機(jī)理，具有密封圈密封和面-面接觸的雙重密封結(jié)構(gòu)，在更大的外荷載作用下，接觸力增大保證密封性能的提升；內(nèi)部預(yù)應(yīng)力、及管道的壓緊程度能夠隨時(shí)通過(guò)壓入斧型軸再旋進(jìn)旋出鎖緊環(huán)調(diào)整，不影響管道和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性能，也方便接頭的裝卸；在溫度荷載下其結(jié)構(gòu)也是可靠的，由于壓緊結(jié)構(gòu)的自緊機(jī)理，接頭對(duì)溫度變化的適應(yīng)性極佳，由升溫造成的結(jié)構(gòu)微小變形和相對(duì)位移也在可承受范圍內(nèi)。

具體使用時(shí)，為配合接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，技術(shù)上允許管道在末端有一個(gè)厚度變化，可在柔性管管道末端增強(qiáng)層加工二次增厚段以增加管道強(qiáng)度和剛度，增強(qiáng)層也可以根據(jù)要求調(diào)整優(yōu)化纖維方向，以適合末端裝配的結(jié)構(gòu)需要。同時(shí)在管道與接頭過(guò)渡區(qū)域設(shè)計(jì)彈性體，能有效減小應(yīng)力集中和磨損的問(wèn)題，從而較好地解決了在受到復(fù)雜荷載和大荷載作用時(shí)此區(qū)域容易變形和失效的問(wèn)題；內(nèi)壓環(huán)在關(guān)鍵的中部區(qū)域增厚，同時(shí)利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)將內(nèi)壓環(huán)的應(yīng)力傳遞到斧型軸區(qū)域，降低了此處的應(yīng)力強(qiáng)度，同時(shí)能隨時(shí)更換已經(jīng)老化，疲勞或腐蝕的加固環(huán)；并且接頭裝卸流程簡(jiǎn)單，能重復(fù)使用，可隨時(shí)將組件進(jìn)行拆卸清洗和檢查更換。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述接頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中所述接頭結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；

圖3為圖1中所述接頭剖面示意圖；

圖4為圖3中接頭與柔性管連接部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例柔性管端部剖面示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例楔形環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例所述斧形軸與內(nèi)壓環(huán)和法蘭盤的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更加清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

一種海洋復(fù)合柔性管用預(yù)壓自緊接頭，參考圖1和圖2，包括用于夾緊限制柔性管1位移的外套環(huán)2、楔形環(huán)3和內(nèi)壓環(huán)4，以及用于產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力并保持預(yù)應(yīng)力的斧型軸5和鎖緊環(huán)6；如圖3所示，所述外套環(huán)2套設(shè)在楔形環(huán)3外側(cè)，且在外套環(huán)2和楔形環(huán)3之間設(shè)置有密封件31，所述密封件31為橡膠密封圈或其他密封材料，所述外套環(huán)2的前端為錐形，外套環(huán)的后端與鎖緊環(huán)6螺紋連接，所述螺紋61選用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的高精度密封螺紋形式，否則，需要在螺紋上填涂密封膠或是油封，鎖緊環(huán)6設(shè)置在外套環(huán)2與斧型軸5之間；所述斧型軸5的扛肩51端與楔形環(huán)3相接觸，另一端連接有法蘭盤7，法蘭盤7與斧型軸5等截面焊接連接，通過(guò)螺栓與另一個(gè)接頭的法蘭盤連接，由此鋪設(shè)管道；所述內(nèi)壓環(huán)4設(shè)置在接頭最內(nèi)層，內(nèi)壓環(huán)4與斧型軸5內(nèi)壁固定連接，且與楔形環(huán)3之間存在容納柔性管1端部的空隙，與楔形環(huán)3擠壓形成夾緊力限制管道位移。

為了配合接頭的結(jié)構(gòu)，參考圖5，在柔性管1端部外側(cè)壁設(shè)置有外套層形成二次增厚段11，通過(guò)增強(qiáng)層二次增厚段11加強(qiáng)接頭與柔性管1連接區(qū)域剛度，為了避免集中應(yīng)力的影響，在柔性管二次增厚段11末端削去了柔性管內(nèi)襯層末端的一小段長(zhǎng)度，參考圖5中12所示位置；推動(dòng)楔形環(huán)3沿著錐形外套環(huán)2內(nèi)壁的橫向移動(dòng)與內(nèi)壓環(huán)4產(chǎn)生擠壓力壓緊管道來(lái)限制其位移，通過(guò)楔形環(huán)3和內(nèi)壓環(huán)4插入時(shí)產(chǎn)生的初始過(guò)盈預(yù)緊力使得楔形環(huán)3的粗糙內(nèi)表面充分與柔性管1二次增厚段外表面11接觸、內(nèi)壓環(huán)4與管道內(nèi)壁充分接觸，柔性管道受到軸向拉力、內(nèi)壓和外壓或者發(fā)生彎曲趨勢(shì)時(shí)都能帶動(dòng)楔形環(huán)3沿著外套環(huán)2錐形內(nèi)壁移動(dòng)，從而使楔形環(huán)3內(nèi)壁更加壓緊柔性管1，產(chǎn)生更大的壓緊力，從而使整個(gè)接頭形成自緊。

如圖1和圖3所示，所述外套環(huán)2其整體形狀類似于一個(gè)折邊錐形圓筒，由鋼制材料制作，圓筒前端開(kāi)口內(nèi)徑大于柔性管二次增厚段11外徑，其后端開(kāi)口內(nèi)徑略大于斧形軸5軸向外徑，安裝方便。在外套環(huán)2后端內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)螺紋，從圖3和圖4中可以看出，其長(zhǎng)度略長(zhǎng)于鎖緊環(huán)6外螺紋長(zhǎng)度，外套環(huán)2前端內(nèi)壁上還設(shè)置有弧形凹槽21，用以嵌入彈性體8；所述外套環(huán)2錐形段22厚度略大于其平段23的厚度，錐形段22內(nèi)壁光滑處理，加工時(shí)打磨平滑減小摩擦，也可以填涂潤(rùn)滑劑。

其中，所述彈性體8高強(qiáng)度橡膠材料構(gòu)成，其后端包括一臌脹部，所述臌脹部嵌入弧形凹槽內(nèi)，以防止滑脫，在實(shí)際裝配完成后，彈性體8發(fā)生一定的預(yù)變形，實(shí)際為一個(gè)后端加粗的密封墊，位于外套環(huán)2前端和柔性管1二次增厚段11外壁之間，橡膠彈性體8的初始內(nèi)徑小于二次增厚段11管道外徑，其厚度大于外套環(huán)2前端口通徑與此處柔性管1的外徑之差。安裝時(shí)，臌脹部被擠壓至一定的變形量，形成此處的密封，同時(shí)避免柔性管1管道直接觸碰外套環(huán)2在此處的金屬結(jié)構(gòu)，起到緩沖作用，彈性體8后端的臌脹部嵌入弧形凹槽中，以防止滑脫，在實(shí)際裝配完成后，彈性體發(fā)生一定的預(yù)變形。

本實(shí)施例中，如圖6所示，所述楔形環(huán)由4-6塊楔形體32組成，本實(shí)施例優(yōu)選4塊，所述楔形體32后端的厚度大于其前端的厚度，且相鄰楔形體32之間緊密貼合，形成一個(gè)完整的楔形環(huán)3。每個(gè)楔形體32錐角角度33略大于柔性管1外表面與外套環(huán)2前端錐形段22內(nèi)壁的夾角，以增加夾緊效果，楔形環(huán)3內(nèi)表面上設(shè)置滾花或噴砂層，以增加與柔性管1的摩擦，而其外表面做光滑處理，楔形環(huán)3前端錐形段外表面上等間距設(shè)置有3個(gè)密封槽34，在安裝時(shí)放入密封圈，通過(guò)接觸面擠壓達(dá)到完整密封。楔形環(huán)3的后端包括一平段部34，所述平段部34與外套環(huán)之間存在空隙35，且楔形環(huán)3的末端與斧型軸5前端保持水平。

另外，如圖7所示，所述內(nèi)壓環(huán)4中部的厚度大于其兩端的厚度，其前端到中部顯著增厚段之間有一個(gè)小幅的增厚，這樣在內(nèi)壓環(huán)4插入管道時(shí)，能逐漸產(chǎn)生一個(gè)微小過(guò)盈。內(nèi)壓環(huán)4的中部和后部與斧形軸5緊密連接，也可以采用冷溫過(guò)盈或螺紋連接，內(nèi)壓環(huán)4前端承接柔性管道內(nèi)壁，與楔形環(huán)3擠壓形成夾緊力限制管道位移。其中部增厚設(shè)計(jì)有效減少了應(yīng)力集中，增加了此危險(xiǎn)處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；本實(shí)施例中，在內(nèi)壓環(huán)前端外表面設(shè)置有噴砂層或滾花，將內(nèi)壓環(huán)前端外表面經(jīng)過(guò)處理以增加與柔性管道內(nèi)壁之間的摩擦，提高夾緊效果。內(nèi)壓環(huán)前端和后端外壁上分別設(shè)置有兩處密封槽34，同樣，密封槽為截面為梯形或者半圓形，可以放置o型密封圈，且o型密封圈直徑大于環(huán)形凹槽的最大深度，其所在接觸面貼合時(shí)，o型密封圈被擠壓變形形成過(guò)盈配合，增加接頭密封性，提高使用效果。

與內(nèi)壓環(huán)4相配合的，在斧形軸5前端內(nèi)壁上設(shè)有一凹陷部52，用以卡住內(nèi)壓環(huán)4，斧形軸5末端與法蘭盤等截面焊接連接，鎖緊環(huán)6前端面與斧形軸扛肩51保持一致，兩者接觸面光滑處理，所述鎖緊環(huán)6的外表面設(shè)置有外螺紋，與外套環(huán)內(nèi)螺紋相配合，鎖緊環(huán)6的內(nèi)徑略大于斧型軸5的軸外徑，以便套入，且在鎖緊環(huán)6的內(nèi)壁上設(shè)置有三個(gè)密封槽34，以增加密封性。

本實(shí)施例中的其他結(jié)構(gòu)的一些闡述，比如密封圈，除了采用為變徑圓環(huán)（其厚度大于密封槽高度，寬度略小于密封槽寬度），也可以注射密封膠體；在楔形環(huán)外表面與外套環(huán)內(nèi)表面之間涂有潤(rùn)滑劑，在外套環(huán)與鎖緊環(huán)螺紋連接處設(shè)置螺紋密封劑，其中，法蘭盤和與斧型軸焊接結(jié)構(gòu)按照ansi標(biāo)準(zhǔn)選用。本實(shí)施例中所有金屬部件均采用高強(qiáng)度鋼材，并在其棱角處打磨成圓角避免應(yīng)力集中，金屬表面經(jīng)過(guò)防腐處理，螺紋采用比鋼材強(qiáng)度更大的材料。

具體在安裝時(shí)，首先固定外套環(huán)，將內(nèi)壓環(huán)固定于斧型軸內(nèi)部，再推動(dòng)斧型軸使其前端緊貼楔形環(huán)和柔性管二次增厚段末端，使外套環(huán)、楔形環(huán)、柔性管二次增厚段、內(nèi)壓環(huán)相應(yīng)接觸面之間產(chǎn)生一定的初始過(guò)盈，保持外套環(huán)位置不變和斧型軸的推力不變，旋入鎖緊環(huán)直至其前端與斧型軸扛肩緊貼，釋放推力，整個(gè)接頭內(nèi)部完成整體過(guò)盈；內(nèi)壓環(huán)的外壁設(shè)置噴砂層，楔形環(huán)內(nèi)壁經(jīng)過(guò)滾花等特殊處理以增大摩擦力，法蘭盤與斧型軸焊接連接，斧型軸與楔形環(huán)后端在安裝時(shí)形成一定過(guò)盈，通過(guò)鎖緊環(huán)與外套環(huán)后端的螺紋連接可以鎖定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過(guò)盈預(yù)應(yīng)力保證楔形體的壓緊效果，也可以通過(guò)改變鎖緊環(huán)的旋入程度調(diào)整管道被壓緊的程度。

當(dāng)柔性管相對(duì)接頭發(fā)生微小移動(dòng)時(shí)，由于摩擦力帶動(dòng)楔形環(huán)受外套環(huán)內(nèi)壁的限制，從而使壓緊力更大，達(dá)到自緊的效果，材料長(zhǎng)期疲勞性能發(fā)生變化使管道壓緊力降低時(shí)，可以在檢查和維修時(shí)，調(diào)整鎖緊環(huán)位置來(lái)彌補(bǔ)預(yù)應(yīng)力丟失。

在本方案所述接頭結(jié)構(gòu)中，預(yù)緊力的存在有三個(gè)作用：一、保證楔形環(huán)和內(nèi)壓環(huán)限制管道位移的摩擦力不會(huì)丟失；二、保證各部件接觸面之間的過(guò)盈接觸不會(huì)消失從而使柔性管管道與接頭之間的密封不會(huì)失效；三、保證部件在整體結(jié)構(gòu)作用下的穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)橥夂奢d的作用而發(fā)生較大或時(shí)間較長(zhǎng)的振動(dòng)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。