海洋工程用螺旋波纹金属输送油管结构

　　做海洋平台流体输送系统选型的时候，最先要卡的就是管路的抗形变能力，海面工况下平台结构会随浪涌产生持续微幅形变，常规光滑壁金属管在反复弯折应力下很容易在焊口位置出现疲劳裂纹，这款带连续螺旋波纹结构的金属油管，就是针对这类交变载荷场景做的结构优化。从实际安装边界来看，这类波纹油管的两端连接端保留了标准平口法兰对接面，对接尺寸和同通径的常规无缝钢管完全匹配，不需要额外做转接接头设计，现场替换旧管路的时候不用调整原有管架的开孔位置，能大幅缩短海上施工的窗口期。波纹段的螺距和波高是经过反复迭代的，波高控制在通径的8%左右，既不会因为波纹过深导致管内流体阻力陡增，也不会因为波纹太浅损失轴向和径向的形变补偿量，实际测试中整根1.2米长度的管段，

　　轴向补偿量能达到35毫米，径向偏摆补偿量能达到12毫米，完全覆盖常规导管架平台在六级海况下的管端位移量。设计的时候特意把波纹的成型圆角做了R2的圆弧过渡，没有尖锐的应力集中点，金属材质本身的延展性能得到充分发挥，不像直角褶皱的波纹管在反复形变后容易在褶皱根部出现开裂。管内壁的波纹走向和流体流向一致，不会出现明显的紊流区，输送液压油或者原油的时候，压损比同规格的编织网胶管低17%左右，长期运行的能耗优势很明显。从应用场景来说，这类管路除了海洋平台的液压站供油、原油输送之外，也能用在陆地上有振动源的设备连接端，比如柴油机和燃油箱之间的连接管路、大型冲压设备的液压系统供油管路，能抵消设备运行产生的振动传递，避免硬连接位置出现漏油故障。

　　建模的时候要注意波纹段的螺旋升角是和管径匹配的，不同通径的产品不能直接缩放螺距参数，不然会出现波纹成型后壁厚不均的问题，生成式设计阶段要把管壁的成型减薄率控制在8%以内，保证最薄位置的承压能力不低于额定工作压力的1.5倍。安装的时候管架的支撑位置要避开波纹段，架在两端的平直连接段上，不然会限制波纹段的形变补偿能力，反而容易造成管路损坏。和常规的光滑金属管相比，这款波纹结构的油管不需要额外加装伸缩节或者软连接，单根管路就能同时完成输送和形变补偿的功能，能减少管路系统的接头数量，接头越少意味着潜在的泄漏点越少，对于海洋工程这类高维护成本的场景来说，减少泄漏点就等于降低后期的运维工作量。另外管壁的连续螺旋结构还能提升管体的径向承压能力，

　　相同壁厚下，波纹结构的抗外压失稳能力比光滑管高40%左右，用在深海潜没的管路段也不会因为外部水压出现管体瘪塌的问题。做结构校核的时候要重点关注波纹根部的疲劳寿命，按照每天100次交变形变的频率计算，这款结构的疲劳寿命能达到12年以上，满足海洋工程设备的设计寿命要求。