一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器制造技术

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。

【技术实现步骤摘要】
一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器
本专利技术属于海洋工程领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术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，本专利技术采用的技术方案为：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。所述的一整节限弯器主体内部包括三个同轴但内径不同的空腔，从前端的公头至后端的母头段4依次为中空通道8、母头空腔10、肩部空腔11，三个空腔相互贯通，空腔按照内径从小到大排列为中空通道8、肩部空腔11、母头空腔10。所述的中空通道8贯穿公头及颈部段3，并延伸至母头段4，用于为所保护的管缆预留放置空间。所述的中空通道8在公头处为圆台体、颈部段3及母头段4处为圆柱体。所述的母头空腔10为圆柱体，位于母头段4，除了为管缆的放置预留空间外，还为前一节限弯器的公头预留足够空间，母头空腔10内径尺寸大于公头的外径，保证限弯器各个子结构之间的连接。所述的肩部空腔其内径大于颈部段3的外径，小于公头的外径，除了为管缆的放置预留空间外，还用于提供预留限弯器节与节之间的相对旋转量，该内腔主要用来与公头及颈部的外轮廓配合形成锁合结构。所述的肩部空腔设有倒角。进一步的，所述的榫结构与卯结构和装配面之间锐角的角度范围在20°～60°之间，且二者装配后榫卯结构之间无倾斜角度，形成完整平滑的圆周面。装配过程中，依次将第一个限弯器单体的公头插入前一个限弯器单体的母头段4中，第一个公头外周的公头肩部5卡在母头空腔10中，依次完成底部限弯器单体的配合后，放置海洋柔性管缆；再将上部的限弯器单体延平行于配合面且垂直于轴线方向滑移使榫卯结构相互配合，将装配完的限弯器单体旋转一定角度，即可完成装配。在受到外力作用的时候，接触处的公头与母头段相互锁死，从而能够阻止柔性管缆在使用过程中发生比较大的弯曲变形，避免了柔性管缆产生过度弯曲。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)无需螺栓进行紧固，避免金属螺栓的腐蚀失效，提高结构可靠性。(2)榫卯结构的滑移安装、相互扣锁的安装方式，有效的提高了安装效率。(3)榫卯结构的连接形式简单合理且具有一定灵活性，可减少制造成本。(4)不破坏管缆的顺应性，且不会传递扭转剪应力，避免整体结构受扭转破坏。附图说明图1是本专利技术所述新型榫卯连接式柔性管缆弯曲限制器单节装配示意图。图2是本专利技术所述新型榫卯连接式柔性管缆弯曲限制器多节单体装配图。图3是本专利技术所述新型榫卯连接式柔性管缆弯曲限制器多节装配图。图中：1限弯器单体A；2限弯器单体B；3颈部段；4母头段；5公头肩部；6榫结构；7卯结构；8中空通道；9母头肩部；10母头空腔；11肩部空腔。具体实施方式以下结合附图实例来说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1、图2和图3示例性的给出了本专利技术描述的新型榫卯连接式柔性管缆弯曲限制器整体结构及其连接方法，本领域技术人员完全能够理解，实际使用中可以使用任意多个限弯器按图1、图2和图3所示方法依次连接。图1示例性地描述了一节限弯器限弯器单体A1与限弯器单体B2之间的连接方式；两个单体的榫结构6、卯结构7结构对接好之后，通过延平行于配合面且垂直于轴线方向滑移使榫卯相互配合，即可完成安装。图2示例性地描述了第一节限弯器主体和第二节限弯器主体的连接关系，第一节限弯器主体和第二节限弯器主体的结构完全相同。在每节限弯器的母头段处分别一端设置有榫结构6，另一端设置有卯结构7，本实例母头空腔段壁厚为25cm，榫卯结构为10cm；截面采用的是矩形截面，有效的避免榫结构根部发生断裂破坏；榫与装配面之间锐角为48°，装配后榫卯结构之间无倾斜角度，形成完整平滑的圆周面。避免安装后出现滑移；采用了两个榫卯，不宜过多导致安装复杂，不易过少导致结构不稳定。榫卯结构可有效的提高限弯器的安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器，其特征在于，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；/n所述的每个限弯器单体为变径半圆周筒形结构，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凸出的榫结构(6)，另一端设有凹陷的卯结构(7)，榫、卯结构的厚度、个数相同；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)；/n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，内部包括三个同轴但内径不同的空腔，从前端的公头至后端的母头段(4)依次为中空通道(8)、母头空腔(10)、肩部空腔(11)，三个空腔相互贯通，空腔按照内径从小到大排列为中空通道(8)、肩部空腔(11)、母头空腔(10)，用于放置管缆并对管缆形成保护；/n装配过程中，将底部第一个限弯器单体的公头插入前一个限弯器单体的母头段(4)中，第一个公头外周的公头肩部(5)卡在母头空腔(10)中，依次完成底部限弯器单体的配合后，放置海洋柔性管缆；再将上部的限弯器单体延平行于配合面且垂直于轴线方向滑移使榫卯结构相互配合，将装配完的限弯器单体旋转一定角度，即可完成装配；在受到外力作用的时候，接触处的公头与母头段相互锁死，避免柔性管缆产生过度弯曲。/n...

【技术特征摘要】
1.一种不传递扭转剪应力的榫卯连接式弯曲限制器，其特征在于，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；
所述的每个限弯器单体为变径半圆周筒形结构，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凸出的榫结构(6)，另一端设有凹陷的卯结构(7)，榫、卯结构的厚度、个数相同；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，内部包括三个同轴但内径不同的空腔，从前端的公头至后端的母头段(4)依次为中空通道(8)、母头空腔(10)、肩部空腔(11)，三个空腔相互贯通，空...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭豪，丁乐声，陈金龙，张聪，张陶，贾非，岳前进，
申请(专利权)人：大连理工大学，盘锦盘达海装科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21