阵列型预变形双层机械管及其衬里管制造技术

本发明专利技术公开了一种阵列型预变形双层机械管及其外管和衬里管。衬里管的外壁紧贴外管内壁，且衬里管的外壁和外管的内壁之间具有多处不贴合的塑性变形。塑性变形设置于衬里管的表面，且朝向衬里管的中心向下凹陷，塑性变形的位置为衬里管的临界缺陷位置，临界缺陷为周期性设置的人工缺陷。本发明专利技术的阵列型预变形双层机械管及其衬里管通过人为地设置多个周期性、规则性排列的临界缺陷，改变了内管和外管的接触结构，从而避免衬里层随机产生的无规律的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
阵列型预变形双层机械管及其衬里管
本专利技术涉及一种双层管道及其衬里管，更具体地说，涉及一种阵列型预变形双层机械管及其衬里管。
技术介绍
在石油行业中使用的防腐管道，外管和衬里管都是金属材料。这是一种双金属衬里管，英文是MECHANICALLYLINEDPIPE，缩写为MLP，本专利翻译成机械管。这种机械管是在承载管的里面套一个薄的防腐合金衬里层，从而复合成双金属管。传统机械管的金属衬里存在一个技术瓶颈，就是当机械管承受弯曲载荷时，金属衬里层容易从外管失稳脱落。由于各种原因(比如上述的防腐)所需要的双材料层机械复合产品，其中里面较薄的一层是衬里层。外层和里层通过机械复合来一体成型。机械复合是一种物理层面上(比如通过压力)的结合，没有金相层面上原子间的结合。这种双材料层机械复合产品适用于各种各样的结构，包括箱体、圆柱体或者球体等任何形状的结构。双材料层机械复合产品的内外层需要采用不同的材料，从而内外层各自起到各自的作用，比如在防腐管道里，外管是高强钢起到承载的作用，内衬里层是合金起到防腐的作用。双材料层机械复合产品的内外层通常采用价格不同的材质。比如前面提到的防腐管道，外管材料是价格相对便宜的普通高强钢，而里层金属衬里层是价格昂贵的合金层。通过设计使用较薄的金属衬里层，从而起到节省成本的目的。到目前为止，衬里层是纯粹的圆管，采用和外管一模一样的形状，其出发点是使双材料层管的二个管尽最大努力成为一个管，如果变形则共同变形。为了达到这个目的，在制造双材料层机械复合产品时，目前工艺通常需要预先在内外管结合面预先打磨光滑，确保在内外管之间不留任何缝隙，从而使内外管成为一个整体。但是这种纯粹圆管衬里实际上很难达到不留任何缝隙的要求。无论加工精度如何高，内外材料层实际上都不可能加工成纯粹的圆柱形，即内外管之间存在″几何缺陷″，而且缺陷往往出现在不同的地方。这种微小的差别，导致传统双材料层机械复合产品的衬里层在受弯曲时，比如石油行业中的管道经过卷筒安装时，衬里层(内管)从外管失稳脱离，而脱落处即为″缺陷″所在的位置。这种传统机械管技术存在严重工艺缺陷，因为光洁度是很难保证的，只有在理论上才有可能。只要在内管外表面或者外管内表面有微小缺陷，机械管难免会失稳。面对失稳脱落问题，流行的解决方法是增加衬里层的厚度，将纯粹圆管衬里层按抗弯曲失稳需要而不断增加壁厚。但这和双材料层机械复合产品的本意是为了节省成本的出发点相悖。
技术实现思路
针对现有技术中存在的双层管的″缺陷″处极易发生脱落的问题，本专利技术的目的是提供一种阵列型预变形双层机械管及其衬里管。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种阵列型预变形双层机械管，包括外管和衬里管。衬里管的外壁紧贴外管内壁，且衬里管的外壁和外管的内壁之间具有多处不贴合的塑性变形。根据本专利技术的一实施例，塑性变形设置于衬里管的表面，且朝向衬里管的中心向下凹陷，塑性变形的位置为衬里管的临界缺陷位置，临界缺陷为周期性设置的人工缺陷。根据本专利技术的一实施例，临界缺陷位置为：Wo(x，θ)＝Wocr·fox(x)·foθ(θ)，其中：Wo为临界缺陷，是轴向x坐标和周向θ坐标的函数，其中fox(x)为轴向函数，L是管道长度，mo是轴向半正弦波个数，a是指数；foθ(θ)为周向函数，no是周向半正弦波个数，b是指数；Wocr为临界缺陷值，当a＝b＝2时，临界缺陷值为k1、k2和k3为按工况确定的常数，RL为衬里半径，L为管道长度。根据本专利技术的一实施例，外管和衬里管均为金属材料。根据本专利技术的一实施例，塑性变形的位置为规则排列的阵列形状。根据本专利技术的一实施例，每一个塑性变形处均设有加强筋。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种阵列型预变形衬里管，衬里管的表面具有多个塑性变形，塑性变形设置于衬里管的表面，且朝向衬里管的中心向下凹陷，塑性变形的位置为衬里管的临界缺陷位置，临界缺陷为周期性设置的人工缺陷。根据本专利技术的一实施例，临界缺陷位置为：Wo(x，θ)＝Wocr·fox(x)·foθ(θ)，其中：Wo为临界缺陷，是轴向x坐标和周向θ坐标的函数，其中fox(x)为轴向函数，L是管道长度，mo是轴向半正弦波个数，a是指数；foθ(θ)为周向函数，no是周向半正弦波个数，b是指数；Wocr为临界缺陷值，当a＝b＝2时，临界缺陷值为k1、k2和k3为按工况确定的常数，RL为衬里半径，L为管道长度。根据本专利技术的一实施例，塑性变形的位置为规则排列的阵列形状。根据本专利技术的一实施例，外管的强度大于衬里管的强度。在上述技术方案中，本专利技术的阵列型预变形双层机械管及其衬里管通过人为地设置多个周期性、规则性排列的临界缺陷，改变了内管和外管的接触结构，从而避免衬里层随机产生的无规律的缺陷。附图说明图1是现有的衬里层的结构示意图；图2是本专利技术衬里层的结构示意图；图3是预变形轴向阵列示意图；图4是预变形周向阵列示意图；图5是本专利技术阵列型预变形衬里预制方法的流程图；图6A～6C是加强筋的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术公开了一种特别类型的新型衬里层、应用该衬里层的双层管、以及该双层管的制造方法(预制方法及其配合的加强筋)。本专利技术的核心是衬里层，其中文名全称是阵列型预变形衬里层，英文名称全称是Grid-LinedPre-DimpledLiner，缩写为GPL，这是一种预加了阵列型变形的衬里层，比如预先加工了在轴向和周向同时按一定规律排列的微小凹凸变形的非纯粹圆柱型衬里层。如图1和图2所示，是用网格表示的一截圆管衬里的示意图，外管没有画出，其中图1是纯粹的圆管，图2是人为地在纯粹圆管表面经过特别处理从而形成了预应变后的衬里。阵型预变形衬里的理论基础是临界缺陷。在理论上，纯粹圆管衬里可以承受无限大的弯曲载荷而保持圆管状态不变。但是纯粹圆管是不可能的，因为无论什么样的加工工艺，都难免会留下几何缺陷。几何缺陷的大小决定衬里的承载能力。当实际几何缺陷小于临界缺陷时，衬里具有无限高的抗弯曲能力；而当几何缺陷大于临界缺陷时，衬里将随着弯曲载荷的增加而逐渐丧失抗弯曲能力。阵型预变形衬里层的定义是：施加了临界缺陷的衬里层。预变形衬里所施加预变形的目的是通过人为地施加临界缺陷从而避免衬里层的随机产生的无规律的缺陷。临界缺陷是一个衬里管的一种最优化选择，其抗弯曲能力最大。因此，如图2所示，本专利技术的阵列型预变形双层机械管，包括外管1和衬里管2。衬里管2的外壁紧贴外管1的内壁，且衬里管2的外壁和外管1的内壁之间具有多处不贴合的塑性变形。塑性变形设置于衬里管2的表面，且朝向衬里管2的中心向下凹陷，塑性变形的位置为衬里管2的临界缺陷3位置，临界缺陷3为周期性设置的人工缺陷。进一步地，如图2所示，塑性变形的位置为规则排列的阵列形状，并且在每一个塑性变形处均可以设有加强筋4。此外，外管1和衬里管2均为金属材料，外管1的强度大于衬里管2的强度。具体来说，临界缺陷3分布于衬里表面，其缺陷大小随轴向和周向变化，即：Wo(x，θ)＝Wocr·fox(x)·foθ(θ)(1)式(1)中：Wo为临界缺陷，是轴向x坐标和周向θ坐标的函数fox(x)为轴向函数foθ(θ)为周向函数Wocr为临界缺陷值轴向和周向函数取决于具体衬里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阵列型预变形双层机械管，其特征在于，包括：外管和衬里管；所述衬里管的外壁紧贴外管内壁，且所述衬里管的外壁和所述外管的内壁之间具有多处不贴合的塑性变形。

【技术特征摘要】
1.一种阵列型预变形双层机械管，其特征在于，包括：外管和衬里管；所述衬里管的外壁紧贴外管内壁，且所述衬里管的外壁和所述外管的内壁之间具有多处不贴合的塑性变形。2.如权利要求1所述的阵列型预变形双层机械管，其特征在于，所述塑性变形设置于衬里管的表面，且朝向衬里管的中心向下凹陷，所述塑性变形的位置为衬里管的临界缺陷位置，所述临界缺陷为周期性设置的人工缺陷。3.如权利要求2所述的阵列型预变形双层机械管，其特征在于，所述临界缺陷位置为：Wo(x，θ)＝Wocr·fox(x)·foθ(θ)，其中：Wo为临界缺陷，是轴向x坐标和周向θ坐标的函数，其中fox(x)为轴向函数，L是管道长度，mo是轴向半正弦波个数，a是指数；foθ(θ)为周向函数，no是周向半正弦波个数，b是指数；Wocr为临界缺陷值，当a＝b＝2时，临界缺陷值为k1、k2和k3为按工况确定的常数，RL为衬里半径，L为管道长度。4.如权利要求1所述的阵列型预变形双层机械管，其特征在于，所述外管和衬里管均为金属材料。5.如权利要求1所述的阵列型预变形双层机械管，其特征在于，所述塑性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云孝，商伟军，张镇雄，
申请(专利权)人：王云孝，
类型：发明
国别省市：浙江,33