[发明专利]一种海洋柔性管缆防弯器及其制造方法

说明书

本发明提供一种由聚氨酯弹性体与环氧树脂组合成的海洋柔性管缆防弯器，包括：筒体、连接件和法兰盘，筒体是中空圆柱筒，其弹性模量沿轴向按预设值变化。本发明的优点是：1、本发明提出的采用弹性模量可变材料设计的圆柱筒形防弯器，突破了以往防弯器采用均质材料的限制，使柔性管缆在防弯器保护段的曲率分布更平滑，有效消除管缆的疲劳热点区域，保证管缆的安全在位运行；2、圆柱体形防弯器可以减小结构体积，减轻结构质量，节约制造成本；3、圆柱体形防弯器的模具设计简单，成型方法简便，脱模容易，生产效率高，故可以在海洋工程柔性管缆技术领域广泛推广。

技术领域

本发明涉及海洋工程柔性管缆技术领域，尤其涉及一种海洋柔性管缆防弯器及其制造方法。

背景技术

随着近海油气资源已日趋减少，海洋油气资源的开采范围不断向深水区域扩展。柔性管缆具有较小的弯曲半径，对浮体运动、海流、安装作业等引起的弯曲载荷具有较好的顺应性，成为了深水油气开发中不可或缺的重要装备。在柔性管缆的应用中，管缆与其他刚性设施，如浮体、ROV和水下井口等连接处弯曲严重，非常容易因为应力集中导致破坏，一般要在关键部位安装弯曲限制器，保证其安全在位运行。

防弯器是一种套在管缆端部与刚性构件连接处的由聚合物材料制造的弯曲限制装置，具有良好的弹性和变形能力。防弯器在刚性构件和柔性管缆的连接中，主要起刚度过渡的作用，防止管缆由于过度弯曲而产生的应力集中与过大曲率，同时防止管缆在交变荷载作用下发生疲劳破坏。防弯器由于安装方便、要求空间小且在动态应用时对管缆有较好的保护效果，在海洋工程中的应用非常广泛。根据设计规范ANSI/API RP 17B-2008与设计经验，防弯器基本结构是一圆锥形的构件，按几何形状可分为三段，分别是上端圆柱形，中间锥形，以及下端的小圆柱(也可省略)，其构型如图1。

申请号为201410209671.9的专利公开了一种基于样条曲线的海洋柔性管缆防弯器，其特征是筒体外表面轮廓线是样条曲线，曲率分布比较平滑。

以往防弯器的共性特点是采用均质材料制造，防弯器的弹性模量保持不变，从而具有以下不足之处：1.三段式防弯器构型，由于外形概念的限制导致曲率沿长度方向呈现先增后减的趋势，从而造成管缆在最大曲率处容易发生热点疲劳失效。2.为满足刚度过渡的需要，设计成锥形或样条曲线等复杂表面形状，成型模具的设计及加工较繁琐，构件成型过程中脱模难度大，使防弯器的材料、加工、运输及安装等的成本增加。3.防弯器的几何参数随管缆的规格、应用水深、环境载荷的不同而改变，现今的设计制造方法是针对具体工况进行一对一的优化，形状差异大，制造装备的共通性差。

随着海洋石油开发向深水进军，柔性管缆使用水深增加，管缆应用中顶端的载荷进一步加大，风浪流作用下的疲劳荷载加剧，以往防弯器构型难以满足使用需求，需要对原有构型进行改进和创新。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种海洋柔性管缆防弯器及其制造方法。本发明采用的技术手段如下：

一种海洋柔性管缆防弯器，包括：筒体、连接件和法兰盘，所述法兰盘嵌于所述筒体顶部，所述连接件包括圆环和焊接在所述圆环上的螺栓，所述连接件嵌于所述筒体内，所述连接件通过穿过所述法兰盘的螺栓与管缆接头相连，所述筒体为中空圆柱筒，内部为由聚氨酯弹性体与环氧树脂混合而成的混合体且所述混合体的弹性模量沿轴向按预设值变化。

进一步地，所述筒体的径向内外表面均为圆形，其轴向的直径偏差为浇注成型弹性体的工艺斜度。

进一步地，所述筒体内部弹性模量的预设值从底部到顶部的变化范围为10-800MPa。

进一步地，所述法兰盘内径等于筒体的内径。

本发明还公开了一种上述海洋柔性管缆防弯器的制备方法，包括以下步骤：

S1：确定聚氨酯弹性体与环氧树脂的比例，