[发明专利]一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器

说明书

一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器，属于海洋工程领域，适用于海洋柔性管缆，包括n节限弯器单节结构，每个限弯器单节结构包括两个结构相同的限制器半体结构。本限弯器采用凹凸结合的榫卯结构进行连接，榫卯结构均匀分布在母头段，避免大量使用螺栓导致的腐蚀失效，提高结构可靠性，连接形式简单合理且具有灵活性，提高安装效率，而且未影响管缆的顺应性，各限弯器之间可扭动，不传递实际工况的扭转剪应力，使限弯器在实际应用中的功能稳定性更加优异。在实际应用中的功能稳定性更加优异。

技术领域

本发明属于海洋工程领域，涉及一种针对柔性管缆的高性能弯曲限制器，适用于海洋柔性管缆的弯曲保护。

背景技术

自从石油天然气被广泛应用以来，发展至今日，陆地上的油气资源已经日趋枯竭。人类正在逐渐把油气开采的主阵地由陆地转向海洋。作为海洋油气开采的生命线，柔性海缆与柔性管道(下文简称柔性管缆)的保护是整个油气开采过程中重要的环节。防止柔性管缆的过度弯曲，是对其进行保护的一个主要方面。

限弯器作为一种防止海洋柔性管缆发生过度弯曲的限弯器，通过在柔性管缆可能发生过度弯曲的部位安装限弯器，以增加该段的弯曲刚度的方式，来对柔性管缆进行弯曲保护。限弯器单体基本结构是一变径的半圆周筒形构件，按几何形状通常可分为两段，分别是前端的公头及颈部段、以及尾端的母头段；并且因为公头及母头段的连接需要，限弯器的外径需要沿轴向变化，一般限弯器整体结构是由限弯器单体在装配面法线方向预留相同的螺栓孔，装配而成，且装配过程中整个限弯器主体连接只依靠公头母头段之间的配合以及螺栓径向连接。随着油气开采向深远海的不断发展，柔性管缆的在位服役环境越来越恶劣，且安装允许的工时越来越少，相应的对限弯器的承载能力以及安装时的便捷程度提出了更高的要求。传统限弯器采用的螺栓连接方式不仅螺栓部位易发生疲劳等破坏而且安装繁琐。现有的快速连接无螺栓水下限弯器其采用十字交叉榫卯连接方式，限制了限弯器组合体的轴向转动，破坏了限弯器的顺应性，考虑限弯器在实际应用工况中所受扭转力矩影响，结构之间传递扭转剪应力，导致公头处榫卯结构易发生破坏,因此在实际应用中有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器。该限弯器采用凹凸结合的榫卯结构进行连接，榫卯结构只分布在母头段，不仅方便浇注加工，易安装，提高连接处抗疲劳强度，而且未影响管缆的顺应性，各限弯器之间可扭动，不传递扭转工况造成的的剪应力，使限弯器在实际应用中的可靠性更加优异。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器，所述榫卯连接式弯曲限制器通过榫卯连接，包括n节限弯器主体，n节限弯器主体包括2n个结构完全相同的限弯器单体，每节限弯器主体由两个完全相同限弯器单体连接而成，所述的n为正整数，具体取值根据实际需求而定。

所述的每个限弯器单体为半圆周筒形结构，包括前端的公头、中部颈部段3、尾端的母头段4三部分，三部分为一体成型结构。每个限弯器单体在母头段4沿装配面的法线方向一端设有榫结构6，榫结构6为凸出结构；另一端设有卯结构7，卯结构7为凹陷结构，每个限弯器单体的公头外周面上设有公头肩部5，母头段4后端设有母头肩部9。

所述的两个限弯器单体的榫结构6和卯结构7之间相互配合形成榫卯结构，并依靠公头母头段之间的配合装配形成一整节限弯器，无需螺栓连接以及其它连接环。装配后的一整节限弯器主体中公头、颈部段3及母头段4三段形成一个内部具有变径连通内腔的整体结构，用于放置管缆并对管缆形成保护，装配后两个母头肩部9形成一个肩部空腔。所述的榫卯结构厚度、个数相同，厚度为母头空腔段壁厚的1/4～1/2；榫卯结构可采用变截面式、梯形结构，有效的避免榫结构根部发生断裂破坏；榫结构6和卯结构7呈一定角度，方便滑移锁合，提高安装效率；一般采用两至三个榫卯，不宜过多导致安装复杂，不易过少导致结构不稳定。