用于高压高温加强橡胶软管的端部连接件制造技术

在此披露了一种用于高压大直径加强柔性橡胶软管的改进的锻压安装的端部连接件，该端部连接件利用加强物的正弦波锁定和小心机加工的内部夹持器以使得一部分加强丝线直接连接到该连接件上，并且尤其适合于石化和钻探工业。连同其他实施例一起讨论了一种与高温高压大直径丝线加强橡胶软管结合使用的连接件。所有连接件将禁得起该软管的额定爆裂压力和温度，而不抽出或泄露；因此，利用了该改进装置的任何软管将在该连接件脱离该软管之前失效。讨论了两个替代性实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高压高温加强橡胶软管的端部连接件专利
本专利技术总体上涉及加强橡胶软管工业，并且确切地说，涉及用于将能源、航海、石化以及类似工业中所使用的大直径高压柔性加强橡胶软管进行端接的锻压式软管联接器，并且该锻压式软管联接器被专门设计用于在橡胶受热软化并且开始蠕变的高温中使用。专利技术背景高压橡胶软管用于工业上的许多例子中，但尤其用于采矿、建筑、能源、航海以及石化工业中。柔性橡胶软管用于在两点之间传送不同压力和温度下的流体；两点中的一点或两点可相对于彼此或相对于空间内的另一个固定点移动。这些橡胶软管的目前用途正开始使用越来越高的液体传送温度，这些温度剧烈影响该加强橡胶软管。基本上，橡胶开始在高温下软化并且蠕变，从而使得整个软管系统出问题。两点处的管路通常是金属（或固定管道的一些其他形式），并且柔性软管必须在两端附接到该管路上。这要求在软管的每端上有一个联接器。在钻探工业中，一个柔性橡胶软管穿行于钻塔上的泵管路系统与联接至旋转钻柱上的方钻杆之间。泵系统迫使钻井液从钻管的中心向下并且通过井筒返回，以便将钻屑从井筒中冲走（附带提供了井筒稳定性等）。在这种情况中，柔性软管承受高压。需要高压不仅是用于将钻井液传送到井筒中，而且用于克服静态回流水头压力—井筒越深，压力越高。旋转式钻探软管承受进一步的应力，这是因为它悬挂在由软管上的金属联接器支撑于任一端的起重吊杆内，并且在钻探操作过程中方钻杆差不多上下移动数千次。这意味着软管在金属联接器处承受应力（除了贯穿其长度承受应力之外）。因此，为保护人员和设备并且为保持压力，需要软管与联接器之间高度可靠的结合。如果软管从联接器挣脱，那么它可能容易掉落并且对钻塔的钻台造成严重损坏。以类似的方式，如果软管破裂，则可能丧失循环，造成井喷。为了获得高压柔性橡胶软管（术语橡胶是广义上使用的，而不特别指代天然存在的橡胶），软管制造商加入加强材料。因此，软管将由一个内部密封膜（不漏流体的元件）或一个内管、一个加强元件、一个外部橡胶元件、以及最后的某种抗磨损覆盖物组成。该内管可以是橡胶、尼龙、塑料、波纹金属或类似类型材料。该加强元件可以是聚酯或类似有机材料、碳纤维或类似高科技材料、或通常处于丝线或缆索形式的金属（钢）。该加强物通常以被称为“叠层（ply）”的多个层来使用并且通常由高拉力钢制成。软管制造商采用不同类型的加强，这些加强被设定成偶数层（即，2层、4层、6层等），并且使用分级系统来规定软管的爆裂压力。例如，在旋转式钻探工业中，C级软管具有10,000psi的最小爆裂压力、D级软管具有12,500psi的最小爆裂压力，并且E级软管具有18,750psi的最小（保证）爆裂压力。C级和D级软管是2叠层软管，但存在一些4叠层D软管。大多数E级软管是4叠层。目前可获得的是用于两叠层软管的锻压端部连接件，因此现有技术涵盖了C和D软管的爆裂压力范围，只是在高温下，橡胶蠕变的作用导致连接件失效。（本专利技术的目的。）通常软管制造商根据购买者的特定订单来制造柔性软管，该购买者指定长度、直径、压力、使用等级以及所需要的端部连接。这些柔性软管通常被称为“具有端部连接件的软管组件”或“装配软管（built-uphose）组件”。本术语在工业中通用。在具有端部连接的装配软管组件中，制造商在制造过程期间使橡胶软管终止在购买者所指定的金属配件（端部连接件）内。因此，制造商将会制造内橡胶膜（第一皮层（Carcass））和其结合的内密封层（内管），并且将这个组件终止在端部连接件内。然后制造商将根据需要来添加丝线加强物，使每根加强丝线（或缆索）终止在端部连接件内。软管制造商通常采用两种技术来使加强丝线终止在端部连接件内或端部连接件自身上，但这些技术超出了本讨论的范围。最后将围绕加强丝线或缆索形成外橡胶层（第二皮层）和外覆盖物（覆盖物），并且使整体产品硬化以获取一种粘结产品。应指出，在装配软管中将发生高温橡胶蠕变，导致在高温下失效。制造具有装配端部连接的软管组件是需要时间的，而通常这种软管在工业上几乎是立即需要的。为了满足此需求，被称为当地市场经销商的单独产业已经逐渐形成。该当地市场经销商以库存形式持有散装加强软管—没有连接件的软管。购买者将向当地市场经销商指定软管要求—直径、长度、压力等级以及端部连接件。然后当地市场经销商从库存中取出散装加强橡胶软管、将软管切割至所要求的长度、并且在软管的每端放置一个联接器。从软管制造商处可得到不同长度的散装软管，并且实际散装长度（在90英尺[27m]与110英尺[34m]之间）将取决于该制造商使用的心轴。取决于用于将端部连接件“放置”到软管上的方法，所得软管被称为锻压或压接软管，其中使用术语“放置”包括了锻压和/或压接操作二者。应指出，锻压和压接达到类似的最终结果。锻压（或压接）连接件的现有技术已发展为使用具有节点（内部隆起）的外套圈，这些节点围绕着一个加强软管的在一个杆周围的那端被压缩，该杆插入到该软管的该端中。杆可具有或可不具有意图改善软管与端部连接件之间“夹持”的倒钩。通常，软管橡胶的外层是“被刮削的”，这意味着橡胶的外层被去除，从而显露出加强物（但是一些当地经销商不进行刮削）。加强软管实际上是通过套圈的、经由软管抵靠着杆压缩来夹持该加强物的这些隆起而被保持在端部连接件内。套圈抵靠着加强物以及抵靠着内杆的压缩操作（锻压或压接）在内管内产生严重的应力和应变。用于橡胶软管的高压锻压端部连接件的开发已经延续了多年的时间，并且该技术使防护手套从低温和/或低压发展至高温和/或高压应用：只是高温正变得更高，尤其是在钻探工业中，因为井变得更深。软管直径发生变化，并且连接件的制造商/供应商认识到，配件上的抽出力（pump-offforce）与软管的内径以及施加的压力成比例。如在通过引用以其全部内容结合在本披露中的Baldwin等人的美国专利7,388,090中所解释的，大多数标准现有技术使用一种具有面向后的齿的锯齿状杆，该锯齿状杆夹持软管的内衬以将该杆保持在软管内。另外，该技术还使用套圈内的咬入了软管和加强物的外层中的一系列隆起、并且可能导致杆的齿（或倒钩）进一步咬入内衬中。Baldwin等人解释，因为连接件的锋利边缘损坏该加强物，所以标准技术可导致加强缆索（或丝线）的严重失效。为了克服这一基础性失效，Baldwin等人提出一种专利技术，该专利技术由一个“波浪形”套圈和一个杆组成，它将一个端部连接件接合到柔性加强橡胶软管上，从而在该套圈与该杆之间形成一个“双正弦波锁定”，但是该锁定主要形成在该套圈内（参见U.S.7,388,090）。套圈和杆在联接端处被焊接在一起，留下一个开口，该开口以与一种正常“隆起的”套圈以及“倒钩状的”杆配件几乎相同的方式来接纳加强橡胶（弹性体）软管。套圈的“隆起”和杆的高点具有一种正弦形状—一种波，而不是具有平直侧面。该波形图案具有通过将一个石子扔进水中产生的池塘上的波纹外观。该‘双正弦波锁定’专利技术将软管加强物的所有叠层锁定在端部连接件内并且位于杆、内皮层、加强物以及套圈之间，以一种正弦波的形式抵靠着套圈和杆被压缩，以给予配件超过独立式软管（没有端部连接件）的强度的一个总体强度，而不论软管是否处于压力下。E级软管具有18,750psi的最小爆裂压力；因此当与E级软管结合使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于永久性附接到具有加强物的加强软管上的端部连接件，该端部连接件包括：一个杆，该杆具有一个联接端、一个软管端、一个内部以及一个外部；一个套圈，该套圈具有在该杆的所述联接端附近固定到所述杆的所述外部上的一个内部，该套圈朝向该杆的所述软管端围绕所述杆同心地延伸、具有形成于所述套圈的所述内部内的类似一个经修正(sine x)/x波的正弦夹持和密封装置、并且进一步具有形成于所述套圈的所述内部内的加强物夹持器装置，并且其中所述杆包括在所述杆的所述外部上形成的互补的经修正(sine x)/x波以用于实现所述正弦夹持和密封装置并且进一步包括在所述杆的所述外部上形成的互补的加强物夹持器装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.03 US 61/514,5961.一种用于永久性附接到具有加强物的加强软管上的端部连接件，该端部连接件包括：一个杆，该杆具有一个联接端、一个软管端、一个内部以及一个外部；一个套圈，该套圈具有在该杆的所述联接端附近固定到所述杆的所述外部上的一个内部，该套圈朝向该杆的所述软管端围绕所述杆同心地延伸、具有：a)形成于所述套圈的所述内部内的一个经修正(sinex)/x波，以用于实现正弦夹持和密封装置、并且b)进一步具有形成于所述套圈的所述内部内的加强物夹持器装置，并且c)其中所述杆包括在所述杆的所述外部上形成的互补的经修正(sinex)/x波，以用于实现所述正弦夹持和密封装置，并且d)进一步包括在所述杆的所述外部上形成的互补的加强物夹持器装置，以及e)其中所述经修正(sinex)/x波包括轴向地加工于所述套圈内的一系列节点和脊部并且所述互补的经修正(sinex)/x波包括轴向地加工于所述杆的所述外部上的一系列节点和脊部，并且其中所述经修正(sinex)/x波与所述互补的经修正(sinex)/x波被定位成使得当所述端部连接件被锻压到该加强软管上时，所述经修正(sinex)/x波与所述互补的经修正(sinex)/x波对齐以形成所述正弦夹持和密封装置，并且f)进一步使得当所述端部连接件被锻压到该加强软管上时，所述套圈内的所述加强物夹持器装置与所述杆上的所述互补的加强物夹持器装置相互作用以稳固地夹持该加强软管的该加强物，以及g)其中所述杆具有在所述杆的所述内部内形成的一个细长台阶，以用于与一个膨胀塞相互作用从而将所述杆膨胀到该加强软管中。2.如权利要求1所述的端部连接件，进一步包括形成于所述杆的所述外部内、位于所述互补的经修正(sinex)/x波与所述互补加强物夹持器装置之间的一个内管坝，以用于抑制该加强软管的内层弹性体朝向所述联接端的蠕变。3.一种用于永久性附接到加强软管上的端部连接件，该加强软管具有一个内管和一个外皮层以及位于该外皮层与该内管之间的加强物，该端部连接件包括：一个杆，该杆具有一个联接端、一个软管端以及一个外部；一个套圈，该套圈具有在所述联接端附近固定到所述杆上的一个内部，该套圈朝向该杆的所述软管端围绕所述杆同心地延伸，从而在所述杆的所述外部与所述套圈的所述内部之间形成一个环形空腔，并且该环形空腔被适配成接纳该加强软管的一端，其中所述空腔被分成六个区带：适合作为膨胀区域的一个第一区带、适合作为停止和第一夹持区域的一个第二区带、适合作为第二夹持区域的一个第三区带、适合作为第三夹持区域的一个第四区带、适合作为第四夹持区域的一个第五区带、以及适合作为应力释放和终止区域的一个第六区带，其中所述第一区带位于所述联接端并且所述第六区带位于所述软管端，所述第二区带、所述第三区带、所述第四区带以及所述第五区带轴向地并且按数字顺序布置在所述第一区带与所述第六区带之间，并且其中所述第一夹持区域被适配成将该加强物压接在所述套圈与所述杆之间，其中所述第二夹持区域被适配成将该加强物夹持在所述套圈与所述杆之间，其中所述第三夹持区域被适配成将该加强物和该内管压接在所述套圈与所述杆之间，其中所述第四夹持区域被适配成以所述套圈与所述杆之间的一个经修正正弦波的形式将该加强物和该内管锁定在所述套圈与所述杆之间，并且其中所述应力释放和终止区域被适配成将该加强软管在该外皮层与该内管之间平缓地终止在该端部连接件内，且其中所述第二夹持区域包括在所述套圈、该加强物以及所述杆之间的互补机械锁定装置，其中所述杆具有形成于所述杆的所述内部内的一个细长台阶，该细长台阶基本上位于所述第四夹持区域的下面并且部分地延伸在所述应力释放和终止区域的下面，以用于与一个膨胀塞相互作用，从而将所述杆膨胀到该加强软管中，由此帮助在所述端部连接件与该加强软管之间形成经修正正弦波锁定。4.如权利要求3所述的端部连接件，其中所述第一夹持区域包括在所述套圈、该加强物以及所述杆之间的压接装置。5.如权利要求3所述的端部连接件，其中所述第三夹持区域包括在所述套圈、该加强物、该内管以及所述杆之间的压接装置。6.如权利要求3所述的端部连接件，其中所述第四夹持区域包括在所述套圈、该加强物、该内管以及所述杆之间的一个经修正正弦锁定装置。7.如权利要求3所述的端部连接件，其中所述第五区带与所述第六区带之间的过渡呈现一个锐角，从而起到限制由行进在该加强软管内的高温流体引起的该内管的蠕变的作用。8.如权利要求3所述的端部连接件，进一步包括位于所述第三区带与所述第四区带之间的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：加德纳·T·鲍德温，维克托·J·德利翁，拉里·M·斯威尼，
申请(专利权)人：乔治麦尔有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US