Элемент жесткости усиленной конструкции

 

Использование: в области машиностроения, в частности в устройствах для ограничения изгиба трубопроводов. Сущность: элемент жесткости, выполненный из эластомера, охватывает вытянутое изделие, причем эластичный элемент содержит внутри арматуру на части его длины, при этом арматура проходит от конца эластичного элемента и предусмотрены средства крепления для жесткого соединения арматуры с заделываемой конструкцией в ее конце, располагающемся на уровне конца эластичного элемента. 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к элементам жесткости для ограничения изгиба гибких трубчатых элементов.

Существуют различные типы продольных изделий, имеющих большую длину относительно их диаметра, обладающих значительной аксиальной прочностью и одновременно слабой прочностью на изгиб.

В качестве примера таких продольных изделий можно привести гибкие трубопроводы для перекачивания жидкостей, например жидких углеводородов, а также бронированные электрические кабели или анкерные крепежные канаты [1] Все эти изделия далее в тексте будут называться одним термином - "продольные изделия".

При малом радиусе загибания вследствие неоднократных изгибов эти продольные изделия могут получить повреждения.

Чтобы в такой ситуации избежать повреждений, применяются различные способы, один из которых заключается в том, что на участке изгиба ставится элемент жесткости.

Этим участком может быть, например, место соединения гибкого вертикального трубопровода для перекачивания углеводородов на нефтедобывающей платформе в море с его наконечником.

Первым примером применения элемента жесткости известного типа может быть установка конической полиуретановой накладки на место соединения конца продольного изделия с его наконечником. Полиуретан заливается в горячем состоянии. Полимеризация полиуретана вызывает сокращение, приводящее к сжатию и обжатию наконечника элементом жесткости. Обжатие улучшает прилегание элемента жесткости к поверхности наконечника. Прилегание можно улучшить путем нанесения на поверхность наконечника углублений и рисок [2] Этот тип элемента жесткости имеет однако ряд недостатков. Прежде всего элемент жесткости заливается непосредственно вокруг наконечника продольного изделия. Проблема заключается в том, что в процессе заливки можно повредить само продольное изделие, которое может быть дорогостоящим. Кроме того, эти элементы жесткости при выполнении их без усиливающих жесткость элементов могут иметь большой вес, достигающий, в случае установки элемента жесткости на трубопроводе большого диаметра, 900 кг (при использовании полиуретана). В случае неудачной заливки элемента жесткости его надо разрушить, чтобы установить новый, не повредив при этом поверхность продольного изделия. К тому же разрушение самого такого элемента жесткости является длительной и дорогостоящей операцией, поскольку необходимо проявлять осторожность, чтобы не повредить трубопровод. Все эти операции занимают дополнительное время и увеличивают срок изготовления гибкого трубопровода, если он снабжен таким элементом жесткости.

Для устранения недостатков, присущих этим элементам жесткости, предлагались различные решения.

Так, сначала изготавливают полиуретановый сужающийся элемент, надевают его на конец гибкого трубопровода, а затем надевают наконечник и сдвигают элемент жесткости, чтобы зафиксировать элемент жесткости относительно трубопровода с наконечником за счет обжатия последнего полиуретановым элементом жесткости [3] Этот способ не позволяет пользоваться эффектом стягивания и эффектом обжимания элемента жесткости вокруг наконечника в результате сокращения полиуретана в процессе его полимеризации. Отсутствие обжимания увеличивает касательное напряжение между наконечником и элементом жесткости и поэтому увеличивает риск образования усталостных трещин, снижающих срок службы трубопровода, который обычно равняется 5-20 годам.

В качестве более совершенного, выбранного авторами за прототип технического решения можно принять элемент жесткости, содержащий выполненный из эластомера эластичный элемент для охвата вытянутого изделия с целью повышения его жесткости, причем эластичный элемент жестко соединен с заделываемой конструкцией, содержащей наконечник, установленный на вытянутое изделие, или жесткую трубу, охватывающую вытянутое изделие, и арматуру внутри эластичного элемента на части его длины [4] Однако в этом техническом решении арматура образована последовательностью кольцевых элементов, утопленных в эластичный элемент, причем различные кольцевые элементы отделены друг от друга. Однако поскольку упомянутые выше элементы арматуры не составляют сплошного единого целого, то невозможно, чтобы эти элементы были в состоянии обеспечить прочность системы в осевом направлении, в частности, к растягивающим усилиям.

Задачей изобретения является повышение устойчивости на изгиб элемента жесткости, закрепленного на своей опоре.

Указанная техническая задача достигается тем, что элемент жесткости, содержащий выполненный из эластомера эластичный элемент для охвата вытянутого изделия с целью повышения его жесткости, причем эластичный элемент жестко соединен с заделываемой конструкцией, содержащей наконечник, установленный на вытянутое изделие, или жесткую трубу, охватывающую вытянутое изделие, и арматуру внутри эластичного элемента на части его длины, при этом арматура проходит от конца эластичного элемента, причем предусмотрены средства крепления для жесткого соединения арматуры с заделываемой конструкцией в ее конце, располагающемся на уровне конца эластичного элемента.

Изобретение основывается на констатации того, что закрепление элемента жесткости, например, на уровне наконечника предполагает воздействие на материал элемента жесткости усилий растяжения и сжатия и что улучшение характеристик может быть достигнуто введением в него устройств, способных воспринимать при незначительной деформации усилия аксиального растяжения, вызванные изгибом продольного изделия.

Под термином "закрепление" понимается в данном случае жесткое механическое соединение между элементом жесткости и закрепленной опорой, чтобы воспрепятствовать изгибу, смещению и кручению. Закрепленная опора представляет собой конструкцию или часть конструкции, с которой жестко соединен сам элемент жесткости, а закрепленная опора соединена другой стороной с продольным изделием. Закрепленная опора может быть либо неподвижной, т.е. соединенной с неподвижной внешней опорой, либо подвижной.

В случае с гибким трубопроводом она может включать и его наконечник.

Соединение элемента жесткости с закрепленной опорой может быть непосредственным. Например, элемент жесткости может закрепляться вокруг наконечника, его внутренняя стенка прилегает по окружности к поверхности наконечника.

Преимущественным в данном варианте является применение вкладыша, который образует часть внутренней стенки элемента жесткости, причем его внутренняя форма соответствует внешней форме наконечника.

В соответствии с изобретением элемент жесткости может устанавливаться на закрепленную опору без вкладыша.

В этом случае материал элемента жесткости заливается вокруг продольного изделия с очень небольшим, близким к нулю, радиальным зазором.

При закреплении можно также использовать другие промежуточные элементы. Закрепленная опора может включать жесткую трубу, охватывающую с зазором часть гибкого трубопровода. Она может иметь стержень, жестко соединенный с нефтедобывающей платформой, установленной на поверхности воды в море.

Деформации продольного изделия могут быть статическими или динамическими, например при волнении на море и при течении воды, и зависят от перемещений внешней подвижной опоры, с которой соединена закрепленная опора. Закрепленная опора может включать узел, непосредственно и жестко установленный на продольном изделии. Например, он включает наконечник, установленный на конце продольного изделия, которому необходимо придать жесткость или кольцо, обжимающее продольное изделие. Закрепленная опора может также иметь конструкцию, отдельную от продольного изделия. В последнем случае закрепленная опора может включать промежуточные закрепляющие элементы, обеспечивающие прочное соединение элемента жесткости с закрепленной опорой.

Элемент жесткости, в соответствии с изобретением, может, кроме того, иметь окружающую его внешнюю втулку, соединенную с закрепленной опорой.

Изобретение будет лучше понято в процессе дальнейшего ознакомления с текстом и с нижеприведенными чертежами.

На фиг. 1 представлено продольное сечение элемента жесткости известного типа, установленного на трубопроводе с наконечником в соответствии с первым примером исполнения; на фиг. 2 то же, сечение элемента жесткости известного типа, установленного на трубопроводе с наконечником в соответствии со вторым примером исполнения; на фиг. 3а и 3в виды части двух вариантов исполнения элемента жесткости по первому примеру в соответствии с изобретением; на фиг. 4а и 4в виды части двух вариантов исполнения элементов жесткости по второму примеру в соответствии с изобретением; на фиг. 5 вид части элемента жесткости по третьему примеру исполнения в соответствии с изобретением; на фиг. 6 вид части элемента жесткости по четвертому примеру исполнения в соответствии с изобретением; на фиг. 7 вид части элемента жесткости по пятому примеру исполнения в соответствии с изобретением; на фиг. 8 вид части элемента жесткости по шестому примеру исполнения в соответствии с изобретением; на фиг. 9 продольное сечение элемента жесткости по фиг. 4, установленного на трубопровод с наконечником; на фиг. 10 продольное сечение части элемента жесткости по седьмому примеру исполнения в соответствии с изобретением; на фиг. 11 аксиальное сечение элемента жесткости, установленного на трубопровод по восьмому примеру исполнения в соответствии с изобретением; на фиг. 12 аксиальное сечение элемента жесткости, установленного на трубопровод по девятому примеру исполнения в соответствии с изобретением; на фиг. 13 аксиальное сечение элемента жесткости, установленного на трубопровод по десятому примеру исполнения в соответствии с изобретением.

На фиг. 1 можно видеть элемент жесткости 3 известного типа, установленный на наконечник 2 продольного изделия 1, каким является трубопровод. Элемент жесткости 3 (фиг. 1) состоит из полиуретановой оболочки 4, залитой вокруг части наконечника 2 и продольного изделия 1. Диаметр элемента жесткости уменьшается по мере удаления от наконечника 2, который является в данном случае закрепленной опорой.

На фиг. 2 можно видеть вариант исполнения элемента жесткости 3 известного типа. Он включает эластичный полиуретановый элемент 4, залитый вокруг металлического вкладыша 5, вопроизводящего внешнюю форму наконечника 2. Вкладыш 5 жестко соединен с наконечником преимущественно дополнительными крепежными деталями, приваренными к наконечнику и имеющими фланец 6, закрепленный болтами и гайками 7. Эластичный элемент 4 включает заднюю часть 41, например, цилиндрической формы, соответствующую зоне закрепления элемента жесткости на наконечнике 2, и усеченную часть 43, являющуюся активной, которая охватывает продольное изделие с минимальным зазором по длине, соответствующей критической зоне, где кривизна должна быть ограниченной, таким образом, чтобы радиус изгиба продольного изделия не стал меньше допустимого значения. В соответствии с вариантом исполнения эластичный элемент 4 может включать цилиндрическую часть 41, толщина которой была увеличена, чтобы улучшить закрепление, усеченную часть с более крутым скосом 42, обеспечивающим переход от цилиндрической части к активной усеченной части 43, как по способу исполнения, представленному на фиг. 3в и 4в.

На фиг. 3а и 3в можно видеть два варианта первого примера исполнения элемента жесткости 3 в соответствии с изобретением. Эластичный элемент 4 охватывает продольное изделие 1. Работа происходит в эластичной зоне материала, т. е. в случае ликвидации напряжений элемент 4 возвращается в исходное состояние. Эластичный элемент 4 выполнен из литого эластомера. Преимущественно используется эластомер повышенного модуля Юнга, что уменьшает размеры, необходимые для того, чтобы гарантировать минимальный радиус изгиба при заданном напряжении. Обычно применяется эластомер с повышенной прочностью при растяжении, в несколько сот процентов. Обычно для этих целей используется эластичный полиуретан, прочность которого составляет от 60 до 95 градусов жесткости, чаще всего от 90 до 95.

В соответствии с примером исполнения, эластичным элементом является полиуретан, растяжение которого при максимальных нагрузках составляет от 10 до 15% а удлинение на разрыв до 400% Этот полиуретан имеет прочность до 95 градусов жесткости.

Увеличение твердости полиуретана приводит к увеличению усадки при литье и скорости полимеризации. Меньшая твердость приводит к увеличению размеров элемента жесткости и количества используемого эластичного материала.

Приведенные элементы жесткости представляют собой одну из двух выше указанных внешних форм.

Разумеется, изобретение не ограничивается применением закрепленной части 41, активной части 43 и в случае необходимости соединительной части 42, внешняя поверхность которой имеет цилиндрическую и коническую форму, как это было описано выше. Так, например, закрепленная часть 41 может быть слегка выпуклой или вогнутой по всей длине или на отдельном ее участке или иметь частично цилиндрическую форму. Длины этих цилиндрических и конических частей могут также изменяться, но в соответствии с предпочтительным способом исполнения конец цилиндрической части соединяется с конической частью, которая располагается приблизительно на уровне или слегка выступает за край вкладыша или узла, каким является наконечник или втулка, описанная далее по фиг. 4а и 4в, или трубы с внешней стороны элемента жесткости, на которой или в которой закреплен эластичный элемент 4 с опорной поверхностью предпочтительно цилиндрической формы и длиной приблизительно цилиндрической формы и длиной приблизительно равной длине цилиндрической закрепленной части 41.

Элемент жесткости в соответствии с изобретением имеет внутреннюю арматуру, служащую для увеличения прочности при изгибе и восприятия основных аксиальных усилий напряжения и сжатия, которые испытывает элемент жесткости при изгибе продольного изделия.

В примере по фиг. 3а и 3в арматура 8 включает тороидальное кольцо 81, удерживаемое в аксиальной плоскости множеством тяг 82, предпочтительно параллельных оси продольного изделия, преимущественно концентрических и равномерно распределенных по всей окружности 360^o. Тяги 82 жестко соединены соединительными элементами, например болтами и гайками 7, либо сваркой с закрепленной опорой. Элемент жесткости 3 включает предпочтительно вкладыш, выполненный преимущественно из металла, например из стали 5. В случае когда элемент жесткости 3 располагается своей закрепленной частью 41 вокруг узла, такого, например, как наконечник 2 (на фиг. 3а и 3в не показан), образуя со средствами закрепления, такими, например, которые показаны на фиг. 2, желательно установить вкладыш 5, внутренняя форма которого воспроизводила бы внешний контур наконечника. В показанных способах исполнения узлы крепления 7 жестко соединены с кольцевым радиальным элементом, например, в форме диска, который служит для удлинения вкладыша 5 или он выполнен в виде независимого элемента, соединенного с вкладышем 5. Такое расположение позволяет обеспечить хорошее общее механическое прилегание между арматурой 8, закрепленной основой и вкладышем 5, что увеличивает прочность закрепления.

Кроме того, было обнаружено, что радиальный элемент, удлиняющий вставку, улучшает прочность элемента жесткости, образуя стенку, которая ограничивает деформации эластичного элемента 4. Наличие арматуры 8 позволяет повысить прочность при сгибе на уровне закрепления элемента жесткости. Арматура позволяет воспринимать различные аксиальные усилия между сжатой стороной и натянутой стороной, которые порождают разрушающие эффекты. Основным предназначением арматуры 8 является увеличение прочности эластичного элемента 4 в месте закрепления. В частности, было обнаружено, что арматура 8 уменьшает кривизну продольного изделия в зоне наибольшего изгиба, т.е. в зоне активного конического элемента 43, хотя, как показано в способах предпочтительного исполнения, арматура 8 располагается в цилиндрической части закрепления 41 без ущерба для активной части 43.

Удивительно, но факт, что изобретение позволяет благодаря арматуре, которая сама по себе не оказывает значительного усилия действию изгиба, обеспечить значительное усилие действию изгиба всего устройства, включающего эластичный элемент с арматурой и продольное изделие с установленным на нем эластичным элементом.

На фиг. 4а и 4в можно видеть два варианта другого способа исполнения элемента жесткости 3 в соответствии с изобретением, включающих, кроме того, втулку 9, расположенную на удалении и по всей длине цилиндрической части закрепления 41 эластичного элемента 4. Втулка 9 жестко соединена с закрепленной опорой, не показанной на чертежах, посредством крепежных элементов 7.

На примере фиг. 5 втулка, кроме того, соединена с вкладышем 5, опоясывающим наконечник, не показанный на чертеже, причем втулка представляет собой кольцевую радиальную деталь в виде диска, которая поджимается крепежными элементами 7 к радиальному элементу, удлиняя вкладыш.

Преимущественно элемент жесткости по фиг. 4а и 4в выполняется методом литья из эластомера, например из полиуретана, который должен образовывать эластичную деталь 4, причем заливка должна предпочтительно производиться вокруг вкладыша с установленными на место элементами арматуры. После этой операции происходит полимеризация полиуретана. Реакция, являющаяся экзотермической, сопровождается остыванием. Происходит усадка полиуретана, которая приводит к обхвату вкладыша 5 и одновременно к образованию зазоров между залитым эластичным элементом 4 и литой формой, при этом внешняя втулка 9, в соответствии с преимущественным способом исполнения, может устанавливаться вокруг эластичного элемента после усадки полиуретана. Преимущественно промежуток между втулкой и литым эластичным элементом также заливается полиуретаном, после чего следует операция окончательной полимеризации полиуретановых элементов. Как вариант, внешняя втулка 9 может быть использована как внешний литой элемент.

Эластичный элемент 4 располагается, таким образом, своей цилиндрической частью 41 между концентрическими поверхностями вкладыша 5 и втулки 9. Однако плотного прилегания (адгезии) между эластичным элементом 4 и втулкой 9 нет. При изгибе эластичного элемента 4 с натянутой стороны между втулкой 9 и эластичным элементом 4 появляется зазор, а на сжатой стороне втулка 9 образует выступ, позволяющий увеличить прочность эластичного элемента 4 на уровне его закрепления. Предпочтительно радиальные элементы, удлиняющие соответственно вкладыш и втулку, образуют для эластичного элемента 4 дополнительную опорную поверхность, при этом цилиндрическая часть закрепления 41 находится в замкнутом объеме, что способствует увеличению прочности элемента жесткости 3.

Элементы жесткости 3, изображенные на фиг. 4а и 4в, включающие арматуру 8, представленную на фиг. 3а и 3в, обладают отличными характеристиками. Элемент жесткости воспринимает лишь незначительные усилия вокруг своей кольцеобразной части 81 арматуры 8, что, как следствие, уменьшает динамические нагрузки и продлевает срок его службы. Кроме того, становится возможным уменьшить объем эластичной детали 4, не уменьшая при этом прочности всей конструкции.

В частности, при значительных динамических нагрузках на закрепление элементы жесткости, в соответствии с изобретением, может быть выполнен более прочным, чем элементы жесткости известного типа, и это без увеличения размеров, что позволяет увеличить радиус изгиба и срок службы продольного изделия. Разумеется, арматура 8 эластичного элемента 4 может иметь форму не только кольца 81, удерживаемого тягами 82. Главным условием является то, что она должна жестко соединяться с закрепленной опорой и не разрушать радиальные связи.

Другие примеры исполнения арматуры приведены на фиг. 5-8.

На фиг. 5 можно видеть арматуру 8а, образованную из двух проволочных концентрических полотен или из полотен, образованных переплетенными между собой лентами с ячейками. На уровне отверстий 18 через полотна проходит эластомер, что препятствует разделению элемента 4 на концентрические участки.

В примере, показанном на фиг. 6, арматурой 8 является кольцо 81 эллиптического сечения, удерживаемое тягами 82, равномерно расположенными по всей окружности 360^o. В этом примере длина тяг 82 превышает длину тяг, изображенных на фиг. 3а-4в, она равна длине цилиндрической части эластичного элемента 4. Преимущественно большая ось эллипса параллельна оси элемента жесткости 3. Обычно применение кольца, сцентрированного по оси элемента жесткости 3, представляющего собой продольный разрез, параллельный этой оси, дает преимущества. Однако элементы жесткости с подобными геометрическими размерами арматуры не выходят за рамки изобретения.

На фиг. 7 можно видеть примеры арматуры 8в с малой толщиной цилиндрической муфты. Муфта 8в имеет отверстия 19, заполненные материалом, образующим эластичный элемент 4. На фиг. 8 можно видеть элемент жесткости с арматурой 8с, образованной из сетки в виде цилиндрической короны. В примере, показанном на этом чертеже, арматура 8с состоит из спиралевидных лент, пересекающихся под углом 90^o. Концы лент закрепляются при помощи крепежных элементов 7. Отверстия 20 обеспечивают радиальные связи в эластичном элементе 4.

Во всех способах исполнения внутренней арматуры ее длина параллельно оси удлиненного корпуса меньше или равна длине элемента жесткости. Преимущественно она может быть примерно равна длине зоны закрепления (цилиндрической части 41) эластичного элемента 4 или может быть чуть меньше.

Внутренняя арматура и внешние втулки могут выполняться из любого материала, обладающего для этого необходимой прочностью. Они могут быть металлическими или пластмассовыми и содержать усилительные элементы. В частности, кольцо 81 и тяги 84 внутренней арматуры 8 и втулок 9 могут быть преимущественно выполнены из стали. Элементы внутренней арматуры в форме проволоки или лент, переплетенных между собой, как это показано на фиг. 5, свитых в спираль и изображенных на фиг. 8 или имеющих вид перфорированной муфты в соответствии с фиг. 7, могут быть преимущественно выполнены из волокнистого материала, например из стекловолокна, из углеродистого волокна или волокна, продаваемого фирмой Дюпон де Немур под названием "кевлар".

Волокна либо непосредственно заливают материалом, образующим эластичный элемент 4, либо обволакиваются смолистым веществом и группируются в форме, например, проволоки, лент или мембран.

На фиг. 9 можно видеть пример элемента жесткости 3 (фиг. 4в), в соответствии с изобретением установленного на гибкий трубопровод 1 с наконечником. Элемент жесткости 3 по фиг. 10 включает вкладыш 5, внутреннюю арматуру 8 и втулку 9. Выполненный таким образом механический узел преимущественно дополняется еще одной закрепленной деталью, способной принимать форму, как в случае фиг. 2, фланца 6, опирающегося с одной стороны на наконечник 2, образующий с дополнительной закрепленной деталью закрепленную опору и с другой стороны на один и/или другой радиальный элемент в форме диска, удлиняющего соответственно вкладыш 5 и втулку 9.

Образованный из арматуры 8, втулки 9, вкладыша 5 и фланца 6 узел жестко соединен при помощи крепежных деталей 7, например болтов и гаек, с закрепленной опорой. Элемент жесткости 3 по фиг. 9 обладает преимуществами перед другими элементами жесткости известного типа. Он улучшает удержание эластичного элемента 4, в том числе и со стороны натяжения. Конечно, с этой стороны происходит концентрация напряжений, в частности, на уровне кольца 81, но часть этих напряжений воспринимается втулкой 9. Кроме того, элемент жесткости 3 может быть выполнен отдельно от продольного изделия и затем без потери времени установлен на него. Возможный дефект элемента жесткости, выявленный до его установки на продольное изделие, позволит избежать повреждений последнего. Кроме того, элемент жесткости 3 по фиг. 9 является съемным, что позволяет производить его проверку и замену. Чтобы снять его, нужно отсоединить крепежные элементы 7 фланца 6. Элемент жесткости 3 смещают вправо (фиг. 9), снимают или расцепляют наконечник 2 и затем снимают элемент жесткости 3.

После возможной установки на продольное изделие 1 другого элемента жесткости наконечник 2 ставят на место и закрепляют фланец 6 крепежными элементами 7. Можно также наряду с этим заменить, если необходимо, элемент жесткости 3 без демонтажа наконечника, путем разрезания на месте эластичного элемента. Эластичный элемент 4 (фиг. 9) имеет на уровне зацепления некоторое утолщение. Конфигурация элемента жесткости такова, что воспринимает все нагрузки, которым он подвергается. На примере предпочтительного варианта исполнения элемент жесткости 3 (фиг. 10) установлен вокруг гибкого трубопровода, внутренний диаметр которого меньше 0,4 м и имеет эластичный элемент 4, выполненный из полиуретана массой 800 кг. Он способен выдерживать нагрузки на изгибе при натяжении порядка 64 тонн с отклонением гибкого трубопровода от продольной оси в пределах от 1 до 35^o. В соответствии с другим вариантом исполнения элемент жесткости 3 способен выдерживать нагрузки на изгибе при натяжении порядка 120 тонн с отклонением гибкого трубопровода от продольной оси в пределах от 1 до 20^o.

В обоих случаях технические характеристики сохраняются в течение 20 лет, но элемент жесткости в соответствии с изобретением может также применяться и в случае меньших усилий и меньшего диаметра гибкого трубопровода, например 2 см. На фиг. 10 можно видеть другой способ исполнения элемента жесткости в соответствии с изобретением, включающего арматуру 8d, состоящую из радиальных мембран 83 в форме удлиненных накладок, равномерно распределенных по окружности 360^o. Радиальные поперечины 83 преимущественно поддерживают, например, тороидальное кольцо 81, причем и поперечина, и кольцо могут быть выполнены из металла, например из стали. Радиальные поперечины 83 имеют отверстия, через которые проходит полиуретан и плотно заполняет все пространство вокруг продольного изделия 1. В примере, приведенном на фиг. 10, поперечины жестко соединены с вкладышем 5 при помощи крепежных деталей 7.

Разумеется, кольцо 81 может иметь сечение, показанное на фиг. 6, не выходящее за рамки данного изобретения. Можно также применять множество колец 81, размещенных предпочтительно на периферии поперечин 83.

Элемент жесткости в соответствии с изобретением может располагаться не обязательно на конце продольного изделия 1. В таком случае для закрепления элемента жесткости 3 в соответствии с изобретением можно обойтись и без наконечника.

Эти варианты показаны на фиг. 11, 12, 13. Наконечник может находиться выше, на расстоянии нескольких метров или нескольких десятков или сотен метров.

На фиг. 11 можно видеть элемент жесткости 3. В соответствии с изобретением он включает арматуру 8, закрепленную на вкладыше 51 и окружающую с небольшим зазором или без него продольное изделие 1, например гибкий трубопровод. Арматура 8 и вкладыш 51 соединены при помощи элементов крепления 7 с крайним фланцем жесткой направляющей трубы 10, которая играет здесь роль закрепленной опоры. В случае с вариантом по фиг. 11 прямая направляющая труба 10 прилегает к продольному изделию 1 преимущественно с зазором.

На фиг. 12 и 13 изображены варианты крепления продольного изделия 1, например, гибкого трубопровода на выходе направляющей трубы 11, включающий расширенную часть, внутренний диаметр которой превышает внешний диаметр продольного изделия. Направляющая труба 11 может иметь различную конфигурацию, например прямолинейную или вертикальную (в форме I) или загнутую, являющуюся нижней частью вертикальной трубы с отклонением от вертикальной оси в пределах от 0^o до 90 ^o (в форме J).

На фиг. 12 представлен вариант установки элемента жесткости в соответствии с изобретением, включающий а рматуру 8. Как и в случае с вариантом на фиг. 11, арматура 8 соединена при помощи крепежных элементов 7 с вкладышем 51. Закрепленная опора образована трубой 11 и дополнительной деталью усиления 61 в форме фланца, опирающейся с одной стороны на продольное изделие 1 и с другой стороны на радиальный элемент в форме диска, удлиняющего вкладыш 51, а также промежуточную закрепленную деталь 12. Эта деталь зажата в кольцевом пространстве, разделяющем трубу 11 и деталь усиления 61, и позволяет передавать усилия радиального закрепления жесткости 3 и трубы 11, она является жесткой кольцевой деталью, способной принимать форму, например, кольца, разделяющегося на несколько элементов, и называется, выражаясь английской терминологией "clampt" зажим. На фиг. 13 элемент жесткости 3 в соответствии с изобретением включает, кроме того, арматуру 8 и внешнюю втулку 9. В этом случае предпочтительно выполнять закрепление элемента жесткости 3 в соответствии с изобретением в трубе 11 через втулку 9, причем втулка упирается во внутреннюю поверхность трубы 11 и выполнена так, что способна воспринимать радиальные усилия. На примере, показанном на фиг. 13, усилительная опора включает также дополнительную усилительную деталь в форме отрезка трубы с фланцем 61. Обычно элемент жесткости в соответствии с изобретением применяется в том случае, когда продольное изделие, каким является гибкий трубопровод, имеет критическую зону, подвергающуюся усилиям изгиба, способным привести к чрезмерному уменьшению радиуса изгиба, в частности, в случае динамических усилий, возникающих, например, при волнении на море.

Рассмотрим типичный вариант соединения гибкого трубопровода с платформой нефтедобычи, судном, буем или с другой подвижной или фиксированной конструкцией, являющейся внешней опорой. Элемент жесткости в соответствии с изобретением может быть установлен на конце гибкого трубопровода, как это показано на фиг. 9. Наконечник является закрепленной опорой, он соединен с конструкцией, образующей внешнюю опору. Можно также применять в качестве закрепленной опоры расположенный вокруг продольного изделия хомут.

На фиг. 11-13 изображены варианты установки, в которых закрепленная опора представляет собой раздельную конструкцию, какой может быть стальная жесткая труба, расположенная поверх продольного изделия и окружающая его, при этом усилия передаются непосредственно, например, от трубы к втулке эластичного элемента или через промежуточную закрепленную деталь. В этом случае продольное изделие представляет собой с одной и с другой стороны элемента жесткости первую свободную часть, изгиб которой контролируется опорой на активную часть элемента жесткости и вторую неподвижную часть, соединенную с внешней опорой.

Независимо от способа исполнения эластичный элемент 4 элемента жесткости в соответствии с изобретением включает по меньшей мере опорную площадку предпочтительно цилиндрической формы, которая может составлять одно целое с элементом жесткости или с закрепленной опорой. Данная опорная площадка может являться частью внутренней поверхности элемента жесткости.

Твердая деталь, на которую опирается эластичный элемент 4. может, таким образом, в одном случае являться частью внутренней стенки элемента жесткости, например, вкладышем 5 или 51, или располагаться внутри этого элемента жесткости, например, в виде наконечника 2 или хомута, установленного на продольном изделии 1, в другом случае являться частью внешней стенки элемента жесткости, например, в виде втулки 9, или располагаться с внешней стороны элемента жесткости, например, как труба 10 или 11. Так, например, элемент жесткости 3 может быть закреплен в трубе 10 или 11 без наконечника или хомута на гибком трубопроводе и без вкладыша 5 или 51 и втулки 9. В таком случае эластичный элемент 4 непосредственно опирается своей внешней поверхностью на закрепленную поверхность 10 или 11, при этом закрепленный элемент может включать дополнительную кольцеобразную закрепленную деталь, с которой при помощи элементов крепления соединена арматура 8, а цилиндрическая часть, соединенная с трубой 10 или 11, повернута в противоположную сторону от элемента жесткости 3. Преимущественно элемент жесткости 3 имеет две опорные площадки эластичного элемента 4, каждая из которых является соответственно внутренней и внешней поверхностью эластичного элемента 4, как это показано на фиг. 4, 9, 13. Однако мы не выходим за рамки изобретения, если утверждаем, что если элемент жесткости расположен между двумя свободными частями продольного изделия, то каждая часть, подвижная или фиксированная, подвергается деформации изгиба. Это касается, например, случая, когда продольное изделие закреплено внешней опорой или удерживающей деталью, какой может быть, в частности, трос, или случая, когда очень тяжелый узел должен закрепляться на продольном изделии.

В последнем случае эта деталь вследствие своей инерционности играет роль внешней опоры, на которую опирается продольное изделие, соединенное зацеплением с элементом жесткости. Кроме того, функции закрепленной опоры и внешней опоры, которые здесь для облегчения понимания были разделены, могут быть соединены в одно целое.

Изобретение применяется, в частности, для ограничения изгиба продольных изделий, таких, как гибкие трубопроводы, электрические кабели или анкерные крепления; оно также применяется для продольных изделий, образованных из нескольких гибких трубопроводов и/или электрических кабелей или других трубопроводов, расположенных параллельно относительно друг друга или переплетенных спиралевидно.

Хотя в вышеприведенных примерах описываются в основном продольные изделия круглого сечения, данный элемент жесткости, однако, может применяться и для продольных изделий другого сечения: эллиптического, прямоугольного или полигонального. В таком случае элемент жесткости в соответствии с изобретением может быть выполнен таким образом, что он представляет собой внутреннюю поверхность продольного изделия и в случае необходимости поверхность закрепленной опоры, например наконечника, вокруг которого он располагается, причем эластичный элемент может иметь изменяющуюся толщину сечения, перпендикулярного оси продольного изделия, а различные элементы арматуры могут также представлять общее расположение и габариты, чтобы соответствовать необходимым характеристикам. Можно также выполнить элемент жесткости в соответствии с изобретением, придавая ему аксисимметрическую конфигурацию с вращающимся эластичным элементом; особенностью этого устройства является то, что опорные радиальные средства воспринимают в основном радиальные усилия и почти не воспринимают усилия деформации.

Изобретение применяется главным образом на морских установках нефтедобычи. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Формула изобретения

1. Элемент жесткости, содержащий выполненный из эластомера эластичный элемент для охвата вытянутого изделия с целью повышения его жесткости, причем эластичный элемент жестко соединен с заделываемой конструкцией, содержащей наконечник, установленный на вытянутое изделие, или жесткую трубу, охватывающую вытянутое изделие, и арматуру внутри эластичного элемента на части его длины, отличающийся тем, что арматура проходит от конца эластичного элемента, причем предусмотрены средства крепления для жесткого соединения арматуры с заделываемой конструкцией в ее конце, располагающемся на уровне конца эластичного элемента.

2. Элемент жесткости по п.1, отличающийся тем, что внутренняя арматура содержит по меньшей мере одно кольцо, расположенное на расстоянии от конца эластичного элемента, и множество продольных или радиальных связей, соединенных с кольцом и проходящих от конца эластичного элемента.

3. Элемент жесткости по п.1, отличающийся тем, что внутренняя арматура содержит по меньшей мере один концентрически расположенный слой переплетенных между собой нитей или лент, проходящих от конца эластичного элемента.

4. Элемент жесткости по п.1, отличающийся тем, что внутренняя арматура содержит муфту, снабженную отверстиями и проходящую от конца эластичного элемента.

5. Элемент жесткости по п. 1, отличающийся тем, что арматура внутри эластичного элемента содержит не обжатую сетку, образующую цилиндрический венец, проходящий от конца эластичного элемента.

6. Элемент жесткости по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что он содержит внешнюю уплотняющую гильзу, опоясывающую эластичный элемент от его конца.

7. Элемент жесткости по п.6, отличающийся тем, что гильза жестко соединена с заделываемой конструкцией.

8. Элемент жесткости по п.7, отличающийся тем, что гильза жестко соединена с заделываемой конструкцией на ее конце, располагающемся на уровне конца упругой оболочки при помощи средств крепления для обеспечения жесткого соединения внутренней арматуры с заделываемой конструкцией.

9. Элемент жесткости по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, отличающийся тем, что он содержит вставку, проходящую по внутреннему периметру от конца эластичного элемента.

10. Элемент жесткости по п.9, отличающийся тем, что вставка жестко закреплена на заделываемой конструкции.

11. Элемент жесткости по п.10, отличающийся тем, что вставка жестко соединена с заделываемой конструкцией на ее конце, располагающемся на уровне конца эластичного элемента при помощи средств крепления для обеспечения жесткого соединения арматуры, расположенной внутри эластичного элемента с заделываемой конструкцией.

12. Элемент жесткости по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, или 10, или 11, отличающийся тем, что эластичный элемент выполнен из литого эластомера, прочность которого в градусах прочности (Шора) выше или равна 60.

13. Элемент жесткости по п.12, отличающийся тем, что эластичный элемент выполнен из полиуретана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13