一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链制造技术

本发明专利技术提供一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链。所述系泊链各单环由包含空心珠的聚酰亚胺树脂芯模内层与树脂基碳纤维耐牵引外层组成，芯模由依托榫卯结构的可拆卸单链环芯模与完整单链环芯模间隔拼接组成，以保证碳纤维不间断缠绕单环体且实现多环组装延展。所述可拆卸单链环由两个C型半环通过榫卯结构连接并嵌入榫棒进行固定，所述完整单链环为完整长圆形环结构。所提出的复合材料浮力系泊链可基于芯模与碳纤维层尺寸设计，使整体密度小于海水密度，可在海面呈漂浮态。可在海面呈漂浮态。可在海面呈漂浮态。

【技术实现步骤摘要】
一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链


[0001]本专利技术涉及船舶设备
，尤其涉及一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链。

技术介绍

[0002]系泊链区别于一般的锚链，是用在石油钻井平台等海洋结构件上起固定作用的由多个链环连接成的具有一定长度的链条。
[0003]传统系泊链环制造工艺为铸钢法、锻造法和电焊法等，均以金属材料制作而成。其中铸钢系泊链环强度高，刚性好，使用寿命长，适于大规模生产，但耐冲击性能较差。锻造系泊链环具有较好的耐冲击韧性，但成本高，质量不稳定。除了系泊链附件多为锻造件外，锻造系泊链已基本被淘汰。电焊系泊链环制作过程是将特定圆钢材料弯制并焊接而成，其生产工艺先进简单且成本低。因此铸钢系泊链环与锻造系泊链环已逐渐退出市场，电焊法制成的系泊链环成为大型船舶与海洋平台的市场主流。但依据上述传统方法制造的金属材料系泊链材料密度大，长期处于海水淹没态，存在化学腐蚀和电偶腐蚀的安全隐患，且使用时需借助浮漂，回收便携度较低，额外工作量大。
[0004]因此，急需采用先进材料设计新型结构，制造轻质高强、高比强度、高比刚度、耐腐蚀、水中呈漂浮态的多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，以具备较好的承载能力和疲劳寿命，减少大量维护保养成本，同时可以实现拆卸与组合。

技术实现思路

[0005]根据上述提出的技术问题，提供一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链。本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，系泊链各单环由包含空心珠的聚酰亚胺树脂芯模内层与树脂基碳纤维耐牵引外层组成，芯模由依托榫卯结构的可拆卸单链环芯模与完整单链环芯模间隔拼接组成，以保证碳纤维不间断缠绕单环体且实现多环组装延展；所述可拆卸单链环由两个C型半环通过榫卯结构连接并嵌入榫棒进行固定，所述完整单链环为完整长圆形环结构；所提出的复合材料浮力系泊链可基于芯模与碳纤维层尺寸设计，使整体密度小于海水密度，可在海面呈漂浮态。
[0007]进一步地，可拆卸单链环芯模包括两个C型半链环，C型半链环的两端部分别设置圆柱形卯眼和规格与其匹配的圆柱形榫头，并在垂直于契合界面方向上设置一贯穿孔位，贯穿孔与嵌入其中的榫棒过盈配合，且与完整单链环芯模间隔装配，从而实现多环组装，可无限延长。
[0008]进一步地，碳纤维耐牵引外层通过湿法缠绕法使连续碳纤维丝缠绕在内部芯模外侧，针对系泊链环圆柱体部分与圆环体部分的不同结构，在满足纤维缠绕不架空条件下，确定圆环体旋转拉伸半径R、芯模截面半径r与截面上纤维起点与终点所呈角度纤维缠绕角α之间的数值关系。
[0009]进一步地，圆环面缠绕的线型微分方程满足以下公式条件：
[0010][0011]圆环面内侧的缠绕属于凹曲面缠绕，纤维在缠绕时会脱离芯模圆环面表面产生架空现象，故纤维缠绕满足以下不架空条件：
[0012][0013]圆柱面缠绕的方程满足以下公式条件：
[0014][0015]其中s为圆柱长度。
[0016]进一步地，芯模中空体截面半径与芯模体截面半径占比约为1:4，碳纤维结构层依照上述纤维缠绕角α铺设4.8mm
‑
5.5mm，确保主体部分强度，同时满足其整体密度低于海水密度，使所述系泊链可漂浮在海面之上。
[0017]本专利技术具有以下优点：本专利技术采取低密度材料与可拆榫卯结构组合形式，可实现系泊链的拆卸缩短与组合延展，还可大大降低系泊链整体密度，使得系泊链可漂浮在海面之上，并提升海上平台工作回收便捷度。此外侧结构层采用不同碳纤维丝束缠绕方式，在满足海洋环境中的耐腐蚀性要求的同时，可显著提高系泊链整体的强度与耐牵引度。本专利技术的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链可有效减轻各海上平台的连接负重、减少浮漂等额外助浮工具、改善淹没态系泊链腐蚀状况并延长其使用寿命。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术系泊链整体结构示意图；
[0020]图2为本专利技术单链环尺寸图；
[0021]图3为本专利技术所述可拆卸单链环芯模榫卯结构尺寸图；
[0022]图4为本专利技术所述圆环面纤维缠绕角示意图；
[0023]图5为本专利技术所述圆柱面纤维缠绕角示意图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术实施例公开了一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，由若干单链环连接而成，各单链环均由内部芯模15和缠绕在所述内部芯模外侧的外部耐牵引层14组成，所述内部芯模15包括空心珠的聚酰亚胺树脂，所述外部耐牵引层14包括树脂基碳纤维，通过这种设置方式使得系泊链整体密度小于海水密度。为提高整体结构的耐牵引度，作为优选的实施方式，单链环包括间隔装配的可拆卸单链环芯模1与完整单链环芯模2，为实现两种系泊链环芯模之间的连接以及外部碳纤维材料的铺设，内部芯模之间通过榫卯结构11、13凹凸相连，嵌入榫棒12进行固定，从而提高结构的稳定性。所述单链环为长圆形环结构，所述外部耐牵引层14缠绕后长圆形环结构的圆柱体与圆环体两部分的纤维覆盖均匀。
[0026]本实施例中，系泊链环三维模型的外形尺寸是根据系泊链国家标准GB/T20848
‑
2017设计。如图1所示，链环直径为D，长度为L，宽度为W，且其中L≈6D，W≈3.35D。本实施例中，圆环直径D＝38mm，总长度L＝228mm，宽度W＝127mm。
[0027]本实施例中，所述空心珠为空心微珠，所述粘合剂树脂选用聚酰亚胺树脂，从而能够减轻重量，增强力学性能。具体地，本实施例中提供的空心微珠/聚酰亚胺树脂复合材料最低密度可达到0.7g/cm3，吸水率低于3％，不与水反应，更不溶于水。同时其机械强度高，最高耐压强度为110MPa，可承受高海洋静水压力，耐海水腐蚀，体积弹性模量与海水相近或者略高于海水。空心微珠添加量占比70％时，其密度约为0.85g/cm3，仍然低于海水密度(1.05g/cm3)，耐压强度约为65MPa。芯模部分体积约为280cm3，重量约为238g。芯模中空部分体积约为205cm3。芯模本体与中空部分体积共计约485cm3。
[0028]空心微珠强度远低于树脂强度，且所需填充量大，因此芯模的抗压强度小。保证芯模强度的前提下提高空心微珠的填充率，首先对基体进行增强改性，提高树脂的强度，降低粘度，实现空心微珠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在于，系泊链各单环由包含空心珠的聚酰亚胺树脂芯模内层与树脂基碳纤维耐牵引外层组成，芯模由依托榫卯结构的可拆卸单链环芯模与完整单链环芯模间隔拼接组成，以保证碳纤维不间断缠绕单环体且实现多环组装延展；所述可拆卸单链环由两个C型半环通过榫卯结构连接并嵌入榫棒进行固定，所述完整单链环为完整长圆形环结构；所提出的复合材料浮力系泊链可基于芯模与碳纤维层尺寸设计，使整体密度小于海水密度，可在海面呈漂浮态。2.根据权利要求1所述的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在于，可拆卸单链环芯模包括两个C型半链环，C型半链环的两端部分别设置圆柱形卯眼和规格与其匹配的圆柱形榫头，并在垂直于契合界面方向上设置一贯穿孔位，贯穿孔与嵌入其中的榫棒过盈配合，且与完整单链环芯模间隔装配，从而实现多环组装，可无限延长。3.根据权利要求1所述的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍永杰，马宇薪，杨宇星，曲庆，陈晨，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：