用于控制立管中的流致振动的柔性管道骨架
阅读：154发布：2020-05-14
专利汇可以提供用于控制立管中的流致振动的柔性管道骨架专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种柔性管道骨架，包括：柔性管状壁结构，柔性管状壁结构包括螺旋卷绕的壁条；其中所述壁条的连续绕组的互 锁 区段(57)形成壁结构；相邻壁条的互锁区段(57)限定长度且在第一 位置 和伸长的第二位置之间相对于彼此可移动以改变长度，互锁区段(57)形成以使得在伸长位置，骨架间隙(53)设置在相邻的互锁区段(57)之间，以容纳在壁结构挠曲时的在其间的相对移动。插入件 型材 (50)位于壁结构的内侧上的管状壁结构的骨架间隙(53)中，以至少部分地 覆盖 骨架间隙(53)。，下面是用于控制立管中的流致振动的柔性管道骨架专利的具体信息内容。
1.一种柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，所述柔性内管道骨架包括：柔性管状壁结构，所述柔性管状壁结构包括螺旋卷绕的壁条；其中所述壁条的连续绕组的互锁区段形成所述柔性管状壁结构；相邻壁条的所述互锁区段限定长度且在第一位置和伸长的第二位置之间相对于彼此可移动以改变所述长度，所述互锁区段形成为使得骨架间隙设置在相邻的互锁区段之间以容纳在所述柔性管状壁结构挠曲时在所述互锁区段之间的相对移动；其特征在于，插入件型材位于所述柔性管状壁结构的内侧上的所述柔性管状壁结构的所述骨架间隙中，以至少部分地覆盖和/或装填所述骨架间隙。
2.根据权利要求1所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材布置为在第一位置和第二位置均至少部分地覆盖所述骨架间隙。
3.根据权利要求2所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材形成为螺旋形条，从而提供螺旋形插入件型材，其与所述柔性管状壁结构的螺旋壁条对齐。
4.根据权利要求3所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材具有在螺旋卷绕方向的长度，以及沿所述插入件型材的长度可变的宽度。
5.根据权利要求4所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材包括以突起形式的第一部分，其向外伸长进入每对互锁区段之间的所述骨架间隙。
6.根据权利要求5所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材包括第二部分，所述第二部分有弹性或可伸缩。
7.根据权利要求6所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材包括具有T形横截面的突起，交叉杆形成所述第二部分。
8.根据权利要求6所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材包括具有三角形横截面的突起，所述突起形成所述第二部分。
9.根据权利要求6所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材包括具有中空横截面的突起，所述突起形成所述第二部分，所述突起具有在所述柔性管状壁结构的内表面处或与所述柔性管状壁结构的内表面相邻的内表面。
10.根据权利要求6所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材包括具有中空横截面的突起，所述突起包括形成所述第二部分的多个空腔，所述突起具有在所述柔性管状壁结构的内表面处或与所述柔性管状壁结构的内表面相邻的内表面。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材具有T形横截面，茎部伸长进入所述骨架间隙。
12.根据权利要求11所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，交叉杆在所述骨架间隙的至少一侧与所述柔性管状壁结构的内侧接触。
13.根据权利要求1所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材附接到形成所述柔性管状壁结构的所述相邻壁条中的一个。
14.根据权利要求13所述的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材沿其纵向伸长的至少大部分附接到形成所述柔性管状壁结构的所述相邻壁条中的一个。
15.根据权利要求13或14所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材通过焊接或熔接附接。
16.根据权利要求13或14所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材是通过所述插入件型材的锁定部分在所述螺旋卷绕壁条的所述互锁区段之间轴向地伸长且与所述相邻壁条中的一个中的凹槽配合而附接。
17.根据权利要求1所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材形成盘簧，所述盘簧扩张成与所述柔性管状壁结构接触。
18.根据权利要求17所述的柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架，其中，所述插入件型材在其每个端部与形成所述柔性管状壁结构的所述相邻壁条中的一个附接。
19.一种制造柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架的方法，其特征在于，所述方法包括：
形成包括互锁区段的壁结构，使得每对所述互锁区段限定长度，且在压缩的第一位置和伸长的第二位置之间相对于彼此可移动，以用于改变所述长度，其中骨架间隙形成在所述互锁区段之间，以容纳在其间的相对移动；以及
定位与所述壁结构的内侧上的所述壁结构接触的插入件型材，使得所述插入件型材至少部分地覆盖所述骨架间隙。
20.根据权利要求19所述的方法，包括螺旋地卷绕壁条以形成管状壁结构，所述互锁区段包括所述壁条的连续绕组的互锁区段；其中所述插入件型材为异形条的形式，且所述方法进一步包括卷绕所述插入件型材以跟随所述壁条且与所述壁条对齐。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，连续且重复地执行卷绕所述壁条和卷绕所述插入件型材的步骤。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，同时地执行卷绕所述壁条和所述插入件型材的步骤。
23.一种用于制作柔性立管、流送管或跨接管的柔性内管道骨架的机器，所述机器构造为执行根据权利要求19-22中的任一项所述的方法。
用于控制立管中的流致振动的柔性管道骨架
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于控制和减轻在柔性管道中内部发生的流致振动的方法和布置。
背景技术
[0003] 将物料从海底转移到海面的采集和钻孔设施(以及从设施转移到海底)的导管，通常称为立管。立管是管道的一种类型，其为这种类型的垂直运输而开发。立管可用作采集或输入/输出装置，且为海底矿田开发和采集及钻井设施之间的连接件。与管线或流送管类似，立管运输产生碳氢化合物以及采集物料，诸如注入流体、压井液和气举流。立管可由钢管道或柔性管道制成。
[0004] 由柔性管道制成的柔性立管可支承顶端部的大的垂直和水平移动，使其与浮式设施使用是理想的。
[0005] 一般而言，柔性管道包括由提供液压完整性的压力护套覆盖的中心钢骨架。许多柔性铠装层围绕压力护套或压力护库，以提供拉应力强度和环向应力强度。铠装层通常由复合或热塑材料的缓冲层分开，以阻止它们抵靠彼此的摩擦。铠装层的数量和尺寸是特别的应用(立管为之设计)所施加的压力和拉力强度规格的函数。最终热塑外护套提供针对外部环境的保护。
[0006] 一些类型的柔性管道的问题为：内部的骨架具有可引起在管道内侧的流致振动或流致脉动(FIP)的型材，流致振动或流致脉动通常称为“振鸣”。
[0007] 此问题在浮式采集平台被观察到：输出或注入气体穿过柔性立管。由于气流的增加，在柔性管道内发生高水平的区别音调噪声和振动。这些脉动由在柔性管道的内波纹层(骨架)上的凹槽中的同步涡旋脱落的锁定而生成。当涡旋脱落频率接近顶侧管道或水下歧管的自然频率时，共振可引起在顶侧和海底管道中的过量振动和噪音级。振动开始时气流流速低至1.5m/s。当通过第一开始速率限制流速时，采集能力可被严重的限制。例如，在“Internal Flow Induced Pulsation of Flexible Riser”by R.Swindell,Bureau Veritas,and S.Belfroid,TNO TPD；2007Offshore Technology Conference,Houston.Texas,U.SA(《柔性管道中的内部流致脉动》(R.Swindell,Bureau Veritas和S.Belfroid，TNO TPD；2007近海技术会议，休斯顿，德克萨斯，美国))中讨论了此问题。
[0008] 通过控制气体的速度、使用滑膛管道或在顶侧引入消声器抑制这样的振动。
[0009] 然而，这些解决方案存在缺点。限制气体速度将内在地限制管道的容量。限制气体输出管道的容量具有经济后果，且加上气体注入管道中的限制会导致设施减少的采集能力。大内径的滑膛管道需要特殊的生产工艺，且具有更复杂的横截面结构，其中壁的额外层增加壁的厚度且限制可制造的最大直径。
[0010] 包括内层或内衬的立管的一个例子从US7318454而为公知，其描述了用于运输流体(特别为气态碳氢化合物)的柔性管状管道，管道为非粘合类型且至少包括骨架、为所运输的流体提供密封的聚合物内部密封护套以及一个或多个铠装层，在铠装层中，位于内部密封护套内侧的骨架包括异型元件的互锁螺旋绕组。用穿有通孔的护套内部地覆盖骨架的转弯处，护套意图为对抗管道中流动的流体的湍流。
[0011] 由于其抵消了互锁骨架区段的自由的相对移动，使用这种方案的问题为连续的内部护套将阻碍骨架的移动且减少柔性立管的柔韧性。
[0013] 因此，需要避免上述问题的结构。本发明的目的是提供改进的柔性管道骨架布置，其将消除或至少大幅度地减少关于流致振动的问题。
发明内容
[0015] 在下文中，使用诸如内、外、径向和轴向的术语限定有关柔性管道骨架的中心纵向轴线的方向。
[0016] 本发明涉及一种柔性管道骨架，包括：柔性管状壁结构。管状壁结构包括由金属条形成的螺旋绕组的S形壁型材，以使所述壁型材的连续绕组的互锁区段进入骨架壁结构。这样的互锁区段在本领域众所周知，且将不会进一步详细描述。
[0017] 相邻的互锁区段在骨架的轴向方向相对于彼此可移动。互锁区段在压缩的第一位置和完全伸长的第二位置之间可移动。相邻的骨架型材的位置改变允许骨架在轴向长度上的弯曲和伸长/压缩。
[0018] 中间位置位于第一和第二位置之间，在中间位置骨架具有标称长度且大致笔直。互锁区段形成为使得当骨架区段从完全压缩位置移动至完全伸长位置，间隙(称为骨架间隙)设置在相邻的互锁区段之间，以用于容纳相对移动。
[0019] 本发明的目的在于提供一种用于抑制具有中心波纹骨架的柔性管道中的振鸣的开始。如上所述，生成振鸣的脉动由在柔性管道的内波纹骨架上的凹槽中的同步涡旋脱落的锁定而生成。当涡旋脱落频率接近顶侧管道或水下歧管的自然频率时，共振可引起在顶侧和海底管道中的过量振动和噪音级。
[0020] 解决方法包括型材的插入进入骨架间隙，型材完全地或部分地覆盖间隙。在下文中，将为此部件使用术语“型材”或“插入件型材”。在管道采集后和在其正常操作期间，骨架区段将通常具有骨架间隙，骨架间隙接近骨架区段的标称相对位置。标称位置位于骨架分别的最大伸长和最大压缩位置的大致半途中。优选地，当相邻的骨架区段处于标称位置时，型材将基本上覆盖骨架间隙。然而，即使骨架移动至其最大伸长处，型材将覆盖间隙的足够部分以阻止或抑制同步涡旋脱落的锁定。
[0021] 至少在管道的运转窗口内，具有插入的型材的骨架的作为结果的内表面将具有特性，该特性适合压制振鸣的开始，或将脉动减少至可接受的等级。对于柔性立管，运转窗口可在20-25m/s的区域中。
[0022] 作为结果的内表面的进一步优点在于改进了的表面光滑度将增加骨架的液压效率。靠近骨架壁的层流底层(也称作粘性底层)是主要湍流区域，其靠近无滑移边界且其中的流动为层流。层流底层的存在可被理解为流速朝着非滑移边界减小。因为此，雷诺数减小直至在某些点处流跨越从湍流到层流的阈值。
[0023] 不论骨架壁的粗糙度小于或大于此底层，其将影响骨架壁的液力特性。如果粗糙元件(骨架波纹)大于层流底层，流动限定为水利粗糙的，从而扰乱流动，而如果他们小于层流底层，流动限定为液力光滑的，从而其由流动的主体可忽略。
[0024] 插入的型材将减少骨架粗糙度，这将减少穿过柔性管道的压降。减小的骨架粗糙度的积极效果可使得在柔性管道的应用中使用骨架插入件型材是有吸引力的，在这些柔性管道中不存在流致振动的问题。
[0025] 型材沿骨架间隙螺旋卷绕。型材可在现有的管道中翻新或在骨架制造期间与标准骨架型材结合。型材可包括多种类型的具有不同形状、尺寸和横截面的插入件，插入件大致符合有问题的骨架的骨架间隙的形状。
[0026] 型材可沿管道的完全长度伸长布置或者间断地、分段或者以不同长度布置。例如，型材的长度可中断，以避免在管道中弯曲或接头。型材可布置为统一的横截面型材或者沿间隙的长度变化的横截面型材。这可通过组装具有不同横截面型材的区段而实现，例如通过焊接。此布置将有利于采油并且允许组装的型材的横截面形状沿管道的整个长度或部分变化。
[0027] 型材可相对于在相邻的骨架间隙内侧的骨架区段位于相邻的上游或下游。允许型材的轴向位置在构件间隙中的变化帮助破坏沿骨架长度的连续涡流产生。
[0028] 型材可通过型材的内在的弹性恢复力或设置有可轴向插入在骨架间隙内侧的相邻的骨架区段之间的区段而保持就位。可替换地，型材沿着每个型材区段的完全长度或者沿着骨架的完全长度可固定在型材区段的每个端部的位置。型材可通过焊接、粘合或通过其他合适的方法固定。
[0029] 根据本发明，插入件型材定位在骨架内侧上的管状壁结构的骨架区段之间的骨架间隙中。插入件型材形成为螺旋条，从而提供螺旋形插入件型材，其与在骨架区段之间的螺旋形骨架间隙对齐。型材可随管道的完全长度中的骨架间隙从适当的端部到适当的端部，或者在管道的区段中部分地跟随管道间隙。插入件型材可沿骨架间隙变化形状。
[0030] 插入件型材通过其自身的沿其完全长度的弹性回复刚度保持在位，或者通过焊接、粘合或者其它合适的方法在离散点或沿其完全长度固定至骨架。
[0031] 插入件型材布置为在压缩位置和完全伸长位置均至少部分地覆盖间隙或者部分地装填间隙凹槽。
[0032] 根据第一实施例，插入件型材包括以突起形式的第一部分，其向外伸长进入在骨架区段之间的骨架间隙，在第一部分上固定有第二部分。第二部分为突起形式，其具有横断骨架间隙的伸长部。第二部分为弹性或可伸缩的，且由在相邻的骨架区段之间的相对移动变形。第二部分布置为在壁结构的内表面处或与壁结构的内表面处相邻，以随骨架伸长、压缩或挠曲装填骨架间隙。
[0033] 一般地，当相邻的互锁区段处于标称位置时，第二部分布置为大致地覆盖骨架间隙的宽度。
[0034] 对于两者的实施例，基本原理均为内表面保持足够地平滑，以推动开始速率为足够地高流速，从而为柔性管道的正常运转减轻振鸣。由于大多数管道可能具有骨架间隙，其接近对应于骨架区段的标称相对位置的间隙，所以开始速度可不被推至运转窗口外，用于骨架区段的极限相对位置。这样，生成脉动的管道的区域可能太小以不能产生具有对管道的运转明显的能量级的脉动。
[0035] 以此方式，插入件可完全地或部分地关闭骨架间隙，以使得消除或至少显著地减少由管道的波纹内壁结构引起的流致振动有关的问题。
[0036] 当间隙减小，第二部分由相邻的互锁区段向他们的第一压缩位置压缩。尽管变了形，第二部分将保持其径向内表面在壁结构的内表面处或者与壁结构的内表面相邻。
[0038] 第二部分由合适的伸缩或弹性材料制成，诸如橡胶或弹性材料，其粘合到第一部分或硫化在第一部分上。为了改进第一部分和第二部分之间的粘附，第一部分可沿其径向内边缘设置一系列的孔，允许伸缩或弹性材料伸长穿过所述孔。
[0039] 根据可替换的第一实施例的，插入件型材具有大致T形的横截面。在本例中，茎部形成第一部分，而形成第二部分的突起为交叉杆。在变形期间，交叉杆可径向向内或者向外变为弯曲，而以其纵向边缘与相邻的互锁区段保持接触。
[0040] 根据进一步的可替换的第一实施例，插入件型材具有大致三角形横截面，其形成第二部分，并附接到第一部分。三角形第二部分具有内表面，在其安装位置，内表面在壁结构的内表面处或与壁结构的内表面相邻。第二部分以实心本体形成，其弹性或可伸缩地可变形。在三角形本体的变形期间，径向内表面可径向向内或者向外变为弯曲，而以其纵向拐角与相邻的互锁区段保持接触。
[0041] 根据进一步可替换的第一实施例，插入件型材具有中空的横截面，其形成第二部分，突起具有内表面，在其安装位置，内表面在壁结构的内表面处或者与壁结构的内表面相邻。中空的横截面可具有在第一部分的一侧或两侧上的空腔。以此方式，当骨架挠曲以压缩或伸长骨架间隙时，第二部分将压缩或伸长至大致覆盖和/或装填骨架间隙的宽度，且将第二部分的径向内表面保持在壁结构的内表面处或保持与壁结构的内表面相邻。
[0042] 根据进一步可替换的第一实施例，插入件型材包括具有中空横截面的突起，其包括形成第二部分的多个平行空腔，突起具有内表面，在其安装位置，内表面在壁结构的内表面处或者与壁结构的内表面相邻。以此方式，当骨架挠曲以压缩或伸长骨架间隙，第二部分的多个空腔将压缩或伸长以覆盖骨架间隙的宽度，且将第二部分的径向内表面保持在壁结构的内表面处或保持与壁结构的内表面相邻。
[0043] 使用包括单个或多个空腔的第二部分允许大致覆盖和/或装填骨架间隙的宽度。在骨架间隙的压缩期间，第二部分包括这样的可通过相邻的骨架区段变形的一个或多个空腔，以大致装填骨架间隙。在骨架间隙的扩张期间，第二部分将扩张以大致地覆盖骨架间隙。
[0044] 根据第二实施例，插入件型材包括以突起形式的第一部分，其向外伸长进入在骨架区段之间的骨架间隙，在第一部分上固定有第二部分。第二部分包括覆盖或部分覆盖骨架间隙的顶部的扁平条。第一部分和第二部分形成类T形型材。第二部分中的条的宽度、边缘形状和表面纹理可沿骨架间隙改变。插入件型材具有固定的T形横截面，茎部形成伸长进入骨架间隙的第一部分。在实施例中，T形横截面的交叉杆形成第二部分，其在骨架间隙的至少一侧与壁结构的内侧或内表面接触。
[0045] 第二部分布置为保持在壁结构的内表面处，或者与壁结构的内表面相邻，以随骨架伸长、压缩或挠曲装填骨架间隙。当相邻的互锁区段处于其第一位置时，骨架间隙最小，其中交叉杆在骨架间隙的两侧均与壁结构的径向内表面接触。类似地，当相邻的互锁区段处于第二位置时，骨架间隙最大，其中交叉杆在骨架间隙的一侧与壁结构的径向内表面接触。
[0046] T形插入件可由合适的金属制成，诸如用于骨架的不锈钢，或者合适的抗碳氢化合物和酸性气体(诸如CO2和H2S)的塑料材料制成。金属插入件可由单个条组装或者碾压成期望的型材。塑料插入件可以例如挤压以形成期望的型材。
[0047] 上述描述的插入件型材中的任一个的准确大小依据骨架的半径和长度、互锁型材的横截面形状以及操作条件而改变；互锁型材的横截面形状决定骨架间隙的深度和最大/最小尺寸，在操作条件下使用骨架和立管。
[0048] 如在上述实施例中描述的插入件型材以多种不同方式安装到柔性立管骨架。根据第一实施例，插入件型材附接到形成管状壁结构的相邻壁条中的一个。插入件型材可沿部分或者整个长度附接。优选地，插入件型材沿其纵向伸长的至少大部分附接到形成管状壁结构的相邻壁条中的一个。插入件型材可通过焊接或熔接附接。
[0049] 根据第二实施例，插入件型材通过在螺旋卷绕壁条的互锁区段之间轴向伸长的插入件锁定部分且与相邻壁条中的一个中的槽配合而附接。锁定部分形成第一部分的伸长部。优选地但并非必要地，根据这些实施例的插入件型材在互锁定部分的卷绕期间附接。
[0050] 根据第三实施例，插入件型材形成盘簧，其扩张以与管状壁结构接触。此布置特别适合于诸如上述的固定的T形横截面的插入件型材。在此例中，茎部形成第一部分，其伸长进入骨架间隙，而交叉杆形成第二部分，其由在骨架间隙的至少一侧上的壁结构的内表面支撑。此类型的插入件型材在其每个端部附接至形成管状壁结构的相邻壁条之一。优选地，由于一般的盘簧的固有属性，给予插入件型材预定长度，其依赖于插入件型材的尺寸。在互锁区段的卷绕期间或随后的装配期间，插入件型材在其端部附接且可安装。
[0051] 本发明还包括制造根据本发明的柔性管道骨架的方法。方法包括步骤：
[0052] -形成包括互锁区段的壁结构，使得每对互锁区段限定长度，且在压缩的第一位置和伸长的第二位置之间相对于彼此可移动，以改变所述长度，其中骨架间隙在互锁区段之间形成，以容纳在其间的相对移动；以及
[0053] -定位在壁结构的内侧上与壁结构接触的插入件型材，使得插入件至少部分地覆盖骨架间隙。
[0054] 方法进一步包括螺旋卷绕壁条以形成管状壁结构，互锁区段包括所述壁条的连续绕组的互锁区段；以及其中插入件型材以条的形式，而且方法进一步包括卷绕插入件型材以跟随壁条且与壁条对齐。
[0055] 根据第一可替换方法，连续和重复地执行卷绕壁条和卷绕插入件型材的步骤。
[0056] 根据第二可替换方法，同时地执行卷绕壁条和插入件型材的步骤。
[0057] 插入件型材可沿着其纵向伸长的至少大部分附接至形成管状壁结构的相邻壁条中的一个。根据一个实施例，插入件型材沿其整个长度附接至相邻壁条。这种布置适合于必须相对于所述的一个相邻壁条固定到预定位置的插入件型材。优选地，此附接方法在同时卷绕壁条和插入件型材期间执行。
[0058] 根据进一步的实施例，插入件型材在两个端部均附接到相邻壁条。这种布置适用于形成盘簧的插入件型材，盘簧扩张以与管状壁结构接触。优选地，在同时卷绕壁条和插入件型材期间执行此附接方法，但也可随后地执行。在后面的例子中，插入件型材形成盘簧，其压缩并插入进入管道，且随后扩张以与管状壁结构接触。
[0059] 可替换地，插入件型材可安装在形成管状壁结构的相邻的壁条之间。插入件型材通过将插入件型材的锁定部分轴向插入在螺旋卷绕的壁条的互锁区段之间被附接，可选择地，第一部分的成形内端部与相邻壁条中的一个中的槽配合。优选地，在同时卷绕壁条和插入件型材期间，执行这种附接方法，但是也可随后执行。
[0061] 在下文中，将参考附图详细地描述本发明。这些示意图仅用于图示，并且不旨在以任何方式限定本发明的范围。在附图中：
[0062] 图1示出了从海底伸长至生产容器的立管；
[0063] 图2示出了组成常规柔性立管的层的示意图；
[0064] 图3示出了图2中表明的类型的骨架的横截面示意图；
[0065] 图4A至4C示出了骨架中的两个相邻的互锁区段的横截面；
[0066] 图5A至5D示出了根据本发明的插入件型材的第一实施例；
[0067] 图6A至6D示出了根据本发明的插入件型材的可替换的第一实施例；
[0068] 图7A至7D示出了根据本发明的插入件型材的进一步可替换的第一实施例；
[0069] 图8A至8D示出了根据本发明的插入件型材的进一步可替换的第一实施例；
[0070] 图9A至9D示出了根据本发明的插入件型材的进一步可替换的第一实施例；
[0071] 图10A至10D示出了根据本发明的插入件型材的第二实施例；
[0072] 图11A至11D示出了根据本发明的插入件型材的可替换的第二实施例。
具体实施方式
[0073] 图1示出了从海底伸长至采集容器10的柔性立管12。油经由歧管从海下油井采集，歧管穿过刚性流送管然后穿过柔性立管进入浮式采集、储存和卸载系统中。本图中示出的容器为船，但此布置可适用在任何类型的浮式采集平台和半潜入水中式的永久采集平台上。柔性立管可承受垂直和水平移动，使他们与浮式设施使用是理想的。柔性立管最初用于将在悬浮设施上的采集设备连接到采集和输出立管，也可用作主要的立管解决方案。有多种用于柔性立管的构造，包括陡峭S形和低弯度S形，其使用锚定的浮力模块；以及陡峭波形和低弯度的波形，其结合浮力模块。图1表明了柔性立管的低弯度波形设置。
[0074] 图2示出了组成常规柔性立管20的层的示意图。在此实施例中，立管从内层到外层包括：布置以承受外部压力的内部承重结构层21，通常称为骨架；流体密封压力屏障22；至少一个外部承重结构层23和24以及外层25或保护护套。骨架21形成柔性立管的最内层，并且通常地由成形的且绕成互锁异型管的不锈钢扁平条制成。压力屏障由压力铠装和拉力铠装包住。压力铠装23布置为承受立管壁中由内部流体压力产生的环向应力。压力铠装围绕压力屏障卷绕，且包括互锁金属丝。图2示出两个压力铠装层。拉力铠装24包括成对地交叉卷绕的扁平矩形金属丝，用于抵抗柔性立管上的拉力负载。外层25或保护护套为外聚合物护套，其可由与压力屏障相同的材料制成。外层25为抵挡海水且为铠装层提供一定保护的屏障。在此实施例中，环形物位于压力屏障22和外层25之间。
[0075] 图3示出了图2中所指明的类型的骨架31的横截面示意图。骨架的内表面32具有由互锁区段产生的波纹形状。相邻壁条的互锁区段限定长度且在骨架的轴向方向相对于彼此可移动。在伸长位置，骨架间隙33形成在相邻的互锁区段之间。穿过骨架31的流体流A1将引起在边界层A2中的流体转向进入骨架间隙33，由此在骨架间隙33内产生涡流A3。这样，骨架的内部型材可引起在立管内侧的流致振动或流致脉动，通常称为“振鸣”。
[0076] 图4A至4C示出了骨架中的两个相邻的互锁区段41和42的横截面。相邻壁条的互锁区段41和42具有一般的伸长的S形横截面，并限定长度；并且如箭头X指示的，在骨架的轴向方向相对于彼此可移动。互锁区段41和42在压缩的第一位置X1和伸长的第二位置X2之间可移动，以改变所述长度。如图4A中所示，中间位置位于第一位置和第二位置之间，在中间位置骨架具有标称长度且大致笔直。互锁区段形成为使得在伸长位置骨架间隙43设置在相邻的互锁区段之间，以容纳在那之间的在壁结构挠曲时的相对移动。这样的互锁区段在本领域众所周知，且不会进一步详细描述。
[0077] 根据本发明，插入件位于壁结构的内侧的管状壁结构的骨架间隙内，以至少部分地覆盖骨架间隙。插入件布置为在第一位置和第二位置均至少部分地覆盖骨架间隙。进一步，插入件以螺旋条成形，从而提供螺旋形插入件型材，其与螺旋壁条以及管状结构的骨架间隙对齐。将联系图5A-11D描述这样的插入件型材的非限定实施例。
[0078] 图5A-5D示出了根据本发明的插入件型材50的第一实施例，插入件型材具有弹性部分。图5A中的插入件型材50具有在螺旋卷绕方向的长度，以及在骨架54(图5B)的轴向方向的宽度W1，宽度随其长度可变。插入件型材50包括以突起形式的第一部分51，其向外伸长进入在每对互锁区段55和56之间的骨架间隙53(图5B)。插入件型材50进一步包括以另一突起的形式的第二部分52，其具有在骨架的轴向方向的伸长部。图5B-5D示出的插入件型材50通过在任一端部的焊点固定到互锁区段中的一个56。在其端部之间，第二部分52将具有在相邻的互锁区段56和57之间的一定的轴向移动自由。
[0079] 可替换地，位于骨架间隙中的第一部分的自由端部在骨架的轴向方向可伸长预定距离，以保持在两个相邻的互锁骨架区段之间的位置。
[0080] 如图5B-5D所示出的，第二部分52为有弹性或可伸缩的，且由在相邻的互锁区段55和56之间的相对移动变形。根据本实施例，插入件型材具有大致地T形横截面。本情况中，茎部形成第一部分51而形成第二部分52的突起为交叉杆。第二部分52具有朝向骨架54的中心轴线的内表面58。第二部分52布置为与壁结构的内表面57保持接触或相邻，以随立管骨架54伸长、压缩或挠曲而装填骨架间隙53。图5C示出了伸长位置，图5D示出了压缩位置。这样插入件型材50可完全地或部分地闭合骨架间隙53，以便消除或至少大幅度地减少由立管的波纹内壁结构引起的流致振动有关的问题。
[0081] 一般地，在图5A中所示的空载状态，当相邻的互锁区段55和56处于伸长位置(图5C)时，第二部分52可覆盖骨架间隙53的宽度的主要部分。当相邻的互锁区段55和56处于标称位置(图5B)时，第二部分52可大致覆盖骨架间隙53的全部宽度。当间隙减小时，第二部分由相邻的互锁区段朝向它们的压缩位置(图5D)压缩。虽然变了形，第二部分52将保持其径向内表面58在壁结构的内表面57处或与壁结构的内表面57相邻。在变形期间，交叉杆可径向地向内或向外变弯曲，而以其纵向边缘与相邻的互锁区段保持接触。
[0082] 图6A-6D示出了根据本发明的插入件型材60的可替换的第一实施例，其插入件型材具有弹性部分。图6A中的插入件型材60具有在螺旋卷绕方向的长度，以及在骨架64(图6B)的轴向方向的宽度W2，宽度沿其长度可变。插入件型材60包括以突起形式的第一部分
61，其向外伸长进入在每对互锁区段65和66之间的骨架间隙63(图6B)。插入件型材60进一步包括以另一突起的形式的第二部分62，其具有在骨架的轴向方向的伸长部。图6B-6D示出的插入件型材60通过在任一端部的焊点固定到互锁区段中的一个66。在其端部之间，第二部分62将具有在相邻的互锁区段66和67之间的一定的轴向移动自由。
61，其向外伸长进入在每对互锁区段65和66之间的骨架间隙63(图6B)。插入件型材60进一步包括以另一突起的形式的第二部分62，其具有在骨架的轴向方向的伸长部。图6B-6D示出的插入件型材60通过在任一端部的焊点固定到互锁区段中的一个66。在其端部之间，第二部分62将具有在相邻的互锁区段66和67之间的一定的轴向移动自由。
[0083] 如图6B-6D所示出的，第二部分62为有弹性或可伸缩的，且由在相邻的互锁区段65和66之间的相对移动变形。根据本实施例，插入件型材60具有大致地三角形横截面，其形成第二部分62，并附接到第一部分61。三角形的第二部分62具有内表面68，在其安装位置，内表面68在壁结构的内表面67处或与壁结构的内表面67相邻处朝向骨架的中心轴线。第二部分62形成为实心本体，其弹性或可伸缩地可变形。第二部分62布置为与壁结构的内表面67保持接触或相邻，以随立管骨架64伸长、压缩或挠曲而装填骨架间隙63。图6C示出了伸长位置，图6D示出了压缩位置。这样插入件型材60可完全地或部分地闭合骨架间隙63，以便消除或至少大幅度地减少由立管的波纹内壁结构引起的流致振动有关的问题。
[0084] 一般地，在图6A中所示的空载状态，当相邻的互锁区段65和66处于伸长位置(图6C)时，第二部分62可覆盖骨架间隙63的宽度的主要部分。当相邻的互锁区段65和66处于标称位置(图6B)时，第二部分62可大致覆盖骨架间隙63的全部宽度。当间隙减小，第二部分由相邻的互锁区段朝向它们的压缩位置(图6D)压缩。虽然变了形，第二部分62将保持其径向内表面68在壁结构的内表面67处或与壁结构的内表面67相邻。在三角形本体的变形期间，径向内表面68可保持笔直或径向地向内或向外变弯曲，而以其纵向拐角与相邻的互锁区段
65和66保持接触。
65和66保持接触。
[0085] 图7A-7D示出了根据本发明的插入件型材70的进一步可替换的第一实施例，插入件型材具有弹性部分。图7A中的插入件型材70具有在螺旋卷绕方向的长度，以及在骨架74(图7B)的轴向方向的宽度W3，宽度随其长度可变。插入件型材70包括以突起形式的第一部分71，其向外伸长进入在每对互锁区段75和76之间的骨架间隙73(图7B)。插入件型材70进一步包括以另一突起的形式的第二部分72，其具有在骨架的轴向方向的伸长部。图7B-7D示出的插入件型材70通过在任一端部的焊点固定到互锁区段中的一个76。在其端部之间，第二部分72将具有在相邻的互锁区段76和77之间的一定的轴向移动自由。
[0086] 如图7B-7D所示出的，第二部分72为有弹性或可伸缩的，且由在相邻的互锁区段75和76之间的相对移动而变形。根据本实施例，插入件型材70具有大致地三角形横截面，其形成第二部分，并附接到第一部分71。三角形的第二部分72具有内表面78，在其安装位置，内表面78在壁结构的内表面77处或与壁结构的内表面77相邻处朝向骨架74的中心轴线。第二部分72包括两个中空平行纵向空腔72a和72b，其弹性地或可伸缩地可变形。第二部分72布置为与壁结构的内表面77保持接触或相邻，以随立管骨架74伸长、压缩或挠曲装填骨架间隙73。图7C示出了伸长位置，图7D示出了压缩位置。这样插入件型材70可完全地或部分地闭合骨架间隙73，以便消除或至少大幅度地减少由立管的波纹内壁结构引起的流致振动有关的问题。
[0087] 一般地，在图7A中所示的空载状态，当相邻的互锁区段75和76处于伸长位置(图7C)时，第二部分72可覆盖骨架间隙73宽度的主要部分。当相邻的互锁区段75和76处于标称位置(图7B)时，第二部分72可大致覆盖骨架间隙73的全部宽度。当间隙减小，第二部分由相邻的互锁区段朝向它们的压缩位置(图7D)压缩。虽然变了形，第二部分72将保持其径向内表面78在壁结构的内表面77处或与壁结构的内表面77相邻。在三角形本体的变形期间，径向内表面78可保持笔直或径向地向内或向外变弯曲，而以其纵向边缘与相邻的互锁区段75和76保持接触。
[0088] 图8A-8D示出了根据本发明的插入件型材80的进一步可替换的第一实施例，插入件型材具有弹性部分。图8A中的插入件型材80具有在螺旋卷绕方向的长度，以及在骨架84(图8B)的轴向方向的宽度W4，宽度随其长度可变。插入件型材80包括以突起形式的第一部分81，其向外伸长进入在每对互锁区段85和86之间的骨架间隙83(图8B)。插入件型材80进一步包括以另一突起的形式的第二部分82，其具有在骨架的轴向方向的伸长部。图8B-8D示出的插入件型材80沿纵向焊点固定到互锁区段中的一个86，由此第二部分82将伸长朝向相邻的互锁区段87。
[0089] 如图8B-8D所示出的，第二部分82为有弹性或可伸缩的，且由在相邻的互锁区段85和86之间的相对移动变形。根据本实施例，插入件型材80具有大致地椭圆形横截面，其形成第二部分82，并附接到第一部分81的一侧。椭圆形第二部分82具有内表面88，在其安装位置，内表面88在壁结构的内表面87处或与壁结构的内表面87相邻处朝向骨架84的中心轴线。第二部分82包括单个纵向空腔82a，其弹性地或可伸缩地可变形。第二部分82布置为与壁结构的内表面87保持接触或相邻，以随立管骨架84伸长、压缩或挠曲装填骨架间隙83。图8C示出了伸长位置，图8D示出了压缩位置。这样插入件型材80可完全地或部分地闭合骨架间隙83，以便消除或至少大幅度地减少由立管的波纹内壁结构引起的流致振动有关的问题。
[0090] 一般地，在图8A中所示的空载状态，当相邻的互锁区段85和86处于伸长位置(图8C)时，第二部分82可覆盖骨架间隙83宽度的主要部分。当相邻的互锁区段85和86处于标称位置(图8B)时，第二部分82可大致覆盖骨架间隙83的全部宽度。当间隙减小时，第二部分由相邻的互锁区段朝向它们的压缩位置(图8D)压缩。虽然变了形，第二部分82将保持其径向内表面88在壁结构的内表面87处或与壁结构的内表面87相邻。在椭圆形本体的变形期间，径向内表面88可变形为径向地向内或向外变弯曲，而以其纵向圆端部表面与相邻的互锁区段85和86保持接触。
[0091] 图9A-9D示出了根据本发明的插入件型材90的进一步可替换的第一实施例，插入件型材具有弹性部分。图9A中的插入件型材90具有在螺旋卷绕方向的长度，以及在骨架94(图9B)的轴向方向的宽度W4，宽度随其长度可变。插入件型材90包括以突起形式的第一部分91，其向外伸长进入在每对互锁区段95和96之间的骨架间隙93(图9B)。插入件型材90进一步包括以另一突起的形式的第二部分92，其具有在骨架的轴向方向的伸长部。图9B-9D示出的插入件型材90沿纵向焊点固定到互锁区段中的一个96，由此第二部分92将伸长朝向相邻的互锁区段97。
[0092] 如图9B-9D所示出的，第二部分92为有弹性或可伸缩的，且由在相邻的互锁区段95和96之间的相对移动变形。根据本实施例，插入件型材90具有多个多边形的横截面，其形成第二部分92，并附接到第一部分91的一侧。多个多边形的第二部分92具有内表面98，在其安装位置，内表面98在壁结构的内表面97处或与壁结构的内表面97相邻处朝向骨架94的中心轴线。第二部分92包括多个纵向空腔92a、92b和92c，其弹性地或可伸缩地可变形。第二部分92布置为与壁结构的内表面97保持接触或相邻，以随立管骨架94伸长、压缩或挠曲装填骨架间隙93。图9C示出了伸长位置，图9D示出了压缩位置。这样插入件型材90可完全地或部分地闭合骨架间隙93，以便消除或至少大幅度地减少由立管的波纹内壁结构引起的流致振动有关的问题。
[0093] 一般地，在图9A中所示的空载状态，当相邻的互锁区段95和96处于伸长位置(图9C)时，第二部分92可覆盖骨架间隙93的宽度的主要部分。当相邻的互锁区段95和96处于标称位置(图9B)时，第二部分92可大致覆盖骨架间隙93的全部宽度。当间隙减小时，第二部分由相邻的互锁区段朝向它们的压缩位置(图9D)压缩。虽然变了形，第二部分92将保持其径向内表面98在壁结构的内表面97处或与壁结构的内表面97相邻。在多个多边形本体的变形期间，径向内表面98可变形以变为脊状表面，而用两个相对端部表面与相邻的互锁区段95和96保持接触。图9A-9D示出了由三个五边形空腔组成的多个多边形本体，每个经由公共边连接到下一个。然而，空腔的数量可从2到5变化，而横截面也可为三角形、正方形或六边形。
[0094] 上述实施例中的第一部分可由合适的金属制成，诸如用于骨架的不锈钢，或者合适的抗碳氢化合物和酸性气体(诸如CO2和H2S)的塑料材料制成。这些实施例的第二部分可由合适的伸缩或弹性材料制成，诸如橡胶或弹性材料，并粘合到第一部分或硫化在第一部分上。为了改进第一部分和第二部分之间的粘附，第一部分可沿其径向内边缘设置一系列的孔，允许伸缩或弹性材料伸长穿过所述孔。
[0095] 图10A-10D示出了根据本发明的插入件型材100的第二实施例，插入件型材具有固定的T形横截面。图10A中的插入件型材100具有在螺旋卷绕方向的长度，以及在骨架104(图10B)的轴向方向的宽度W6，宽度沿其长度固定。插入件型材100包括以T形茎部的形式的第一部分101，其向外伸长进入在每对互锁区段105和106之间的骨架间隙103(图10B)。插入件型材100进一步包括以T形交叉杆的形式的第二部分102，其具有在骨架的轴向方向的伸长部。第二部分102的宽度W6大于骨架间隙103的最大宽度。第二部分102与在骨架间隙103的两侧上的相邻的互锁区段105和106的内侧或内表面107一直接触。
[0096] 第二实施例中的插入件型材100形成盘簧，其扩张以与管状壁结构接触。这种布置部分地适合插入件型材，诸如上述的固定的T形横截面。在本情况中，T形茎部形成第一部分101，其伸长有限距离进入在相邻的互锁区段105和106之间的骨架间隙103中。交叉杆形成第二部分102，其由管状间隙两侧的壁结构的内表面107可移动地支撑。此类型的插入件型材100在其每个端部附接到形成管状壁结构的相邻的互锁区段中的一个。
[0097] 图11A-11D示出了根据本发明的插入件型材110的可替换地第二实施例，插入件型材也具有固定的T形横截面。图11A中的插入件型材110具有在螺旋卷绕方向的长度，以及在骨架114(图11B)的轴向方向的宽度W7，宽度沿其长度固定。这种布置与图10A-10D中示出的实施例大致相同。图11A-11D中的可替换地第二实施例与第二实施例的不同在于形成第一部分111的T形茎部伸长完全径向深度进入骨架114的相邻的互锁区段115和116之间的骨架间隙113中。交叉杆形成第二部分112，其由管状间隙两侧的壁结构的内表面117可移动地支撑。可替换的第二实施例中的插入件型材110形成盘簧，其扩张以与管状壁结构接触。插入件型材110在其每个端部通过焊接附接到形成管状壁结构的相邻的互锁区段106中的一个。
[0098] 可替换地，以与上述图8A-8D描述的相同方式，图11A-11B中的插入件型材沿其完全长度可以附接到相邻的互锁区段中的一个。
[0099] 固定的T形插入件可以由合适的金属制成，诸如用于骨架的不锈钢，或者由合适的抗碳氢化合物和酸性气体(诸如CO2和H2S)的塑料材料制成。金属插入件可由单个条组装或者碾压成期望的型材。塑料插入件可以例如挤压以形成期望的型材。
[0100] 上述描述的插入件型材中的任一个的准确大小依据骨架的直径和长度、互锁型材的横截面形状和操作条件而改变；互锁型材的横截面形状决定骨架间隙的深度和最大/最小尺寸，在操作条件下使用骨架和立管。
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