[实用新型]基于齿状截面变形元件的深水管中管止屈器

说明书

技术领域

本实用新型属于海底管道设施铺设技术领域，具体涉及一种能够防止海底管道屈曲传播的止屈器。 

背景技术

伴随着世界各国对油气资源需求的日益增加，海底管道的发展成为不可阻挡的趋势，同时海底管道设计施工运行过程中存在着诸多急需解决的问题。其中较为突出的问题是管道屈曲问题，产生屈曲的主要原因有：弯头和外部静水压力的共同作用，其他物体碰撞产生局部凹陷，安装和使用过程中产生的过度弯曲。由于屈曲传播压力小于局部屈曲压力，管道一旦发生局部屈曲失稳，屈曲就会沿其长度方向以数百米每秒的速度传播，即产生屈曲传播，从而使整个管道结构发生失效破坏，造成巨大经济损失和生态环境破坏，并且这种屈曲传播一旦产生就很难被阻止。 

屈曲传播的临界压力：即能维持管道屈曲传播所需的最小压力。屈曲破坏(压溃)的临界压力：即管道完全无损的情况下受到压力发生屈曲破坏所需的最小压力。研究发现，屈曲传播压力只有屈曲破坏压力的1/8--1/4左右，换言之，比屈曲破坏压力小得多的压力已经达到屈曲传播压力，能使管道缺陷沿管道长度方向快速传播，这样的屈曲传播特性对于海底管道的安全运行极其不利。 

解决屈曲传播有两种方法：一是使外部压力低于屈曲传播压力，二是设置局部加强装置(止屈器)。第一种方法可以通过增大管道壁厚使管道的总体强度提升，从而保证外部压力低于传播压力，防止发生屈曲破坏或者屈曲破坏传播。但是增加管道壁厚，使得材料用量大大增加的同时，还增加了铺设过程中悬跨段的重量，这样保守的解决方式虽然理论上能够解决屈曲传播的发生，但直接或间接的增大了成本投资，在经济角度考虑是不可取的。而第二种方法，其工作原理是通过沿管线长度方向上，每相隔一段距离安装一个加强装置-止屈器(一种对管道进行局部刚度加强，并能防止局部屈曲沿管道长度方向继续传播的装置)，允许局部屈曲的发生，但是限制屈曲范围只能发生在两个止屈器之间，不能跨越止屈器，从而防止了管道发生大规模的屈曲传播造成巨大经济损失，较好的保持了管道的完整性，同时能够兼顾安全性和经济性的要求。 

现在发展的止屈器形式主要有四种，即扣入式，焊接式，缠绕式和整体式。 

扣入式：为一比管道外径稍大的扣在管道指定位置的厚壁圆环。 

焊接式：与扣入式相似，增加了两道位于管道与止屈器之间的焊缝。 

缠绕式：采用数圈钢筋紧密缠绕在管道周围，为了固定其在管道上的位置、 防止滑动，钢筋两端焊接在管道上。 

整体式：也是一与管道同轴排列的厚壁圆环，圆环内径与管道内径相等，圆环壁厚大于管道壁厚，链接处经行焊接。 

对于扣入式和缠绕式止屈器而言，虽然不需要焊接，结构较为简单，安装方便且成本低，但是止屈效率低，容易发生“U型”穿越，不适用于较大水深的海底管道；此外，缠绕式的止屈器会增加管道的外径。对单层管道而言，强度加强部分管道的直径增加是可接受的。然而，当管道是管中管时，由于运输和存储的因素影响，外管上的直径增加是不可接受的。 

焊接式的止屈器通过焊接之后虽然具有比扣入式更好的止屈效果，但同时也由于焊缝的存在，容易产生焊接缺陷和应力集中。具有较好止屈效果的整体式止屈器，虽然适用于深水管道，但焊接工艺比较复杂，存在焊接造成的焊缝应力集中和焊接缺陷的问题，同时经济成本也高于扣入式止屈器。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高深水管中管弯曲性能的基于齿状截面变形元件的管中管止屈器，可以防止深水管中管在卷曲储存、安装、运行过程中承受弯曲而发生的屈曲和屈曲传播。 

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案： 

在垂直于管道长度方向上装配至少一个具有对称匝数的齿状截面变形元件。这个变形元件安装在管中管的内外管之间的环形区域内有齿状截面钢丝相扣组成，其外表面与外管内壁至少有两点接触，内表面与内管外壁隔开不接触。塑性壳固定于齿状截面变形原件内侧，与内管外表面存在一定空隙。隔圈安装在核型止屈器两端的环形区域内，其外表面非常接近外管内表面，但存在一个间隙。通过止屈器中变形元件可以预防管中管在弯曲的过程中发生屈曲，能够辅助其完成卷曲用于存储，也可以用于保证管中管在安装和运行的过程能够安全的承受一定的弯曲。 

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下优点： 

1.管中管的外径在局部不增加尺寸的情况下就提供足够的柔性使其能够产生一定的弯曲，保证了管中管承受弯曲的能力，可以用于方便的存储和更高效的铺设。