用具有近似于多边形的形状的横截面的螺旋线加固的复合软管的制作方法

工程元件,部件;绝热;紧固件装置的制造及其应用技术1.本发明主要是对柔性复合软管的改进，这些软管主要用于化学和/或石化工业领域以及服务和运输部门的流体运输。背景技术：2.众所周知，柔性复合软管包括圆柱形的多层表面。该圆柱形的多层表面由不同的材料制成的一些层组成，并位于内加强螺旋线和外加强螺旋线之间，以使内加强螺旋线和外加强螺旋线之间产生保持复合软管的坚固的总体结构的一些反作用力。3.如今，加强螺旋线由螺旋缠绕的金属丝的组成，其中同一金属丝具有圆形的横截面。因为组成复合软管的不同层之间既没有被粘合也没有被硫化，所以仅通过这两根螺旋线的机械作用使这些层保持在一起。这产生了显著的优势，使软管具有高柔性，即使是大直径的软管也是如此；并且内部组件可以使用不同的材料制成使软管具有很高的通用性。4.然而，对于具有大直径(大于100毫米)的复合软管，棘手的技术问题已经被观察到了，该技术问题为内加强螺旋线的塌陷，主要是由频繁的使用、频繁的运动和在现场操作期间所需要的弯曲角度引起。5.事实上，发生的情况是内加强螺旋线相对于纵轴发生了平移，而且在接下来的评估和研究中上述这些情况不容易被发现。更准确地说，内加强螺旋线由螺旋缠绕的金属丝组成，其中同一金属丝具有圆形的横截面。因此，它倾向于“滑动”，从最初的位置移动直到内加强螺旋线和外加强螺旋线的机械力不再相互对抗的位置，然后复合软管因此而坍塌。6.当这种情况发生时，组成内加强螺旋线的所有金属丝移动，圆柱形的多层表面中的各层相互堆积，直至内部通道关闭，使柔性复合软管完全失去了作用。技术实现要素：7.本技术解决了上述难题，其主要目的是在化工和/或石油化工领域实现一种用于流体输送的柔性复合软管，该柔性复合软管具有内加强螺旋线和外加强螺旋线，其中在强大的外力、窄的弯曲角度和长期的使用情况下，该复合软管的总体结构能保持坚固和紧凑，即使对于大直径的复合软管也是如此。8.本技术的另一个目的是使软管的内壁呈现出尽可能光滑的、几乎没有突起的表面，从而获得对于以高传输速度为特征的流体而言的最佳通道，最大限度地减少由摩擦、湍流、局部阻塞和/或其他流体动力效应引起的压降。9.本技术的另一个更进一步的目的是，即使软管的内壁呈现出尽可能光滑的、几乎没有突起的表面，软管的内壁也不是完全平整的，从而在工厂生产过程中最小化与心轴的接触面积，并因而保持便于从同一心轴上纵向移除软管的最小的摩擦。10.本技术的另一个进一步的目的是使复合软管具有简单的结构，即由很少的基本部件组成，以便通过经济可持续的，市场上有竞争力的，技术上有效的，及使用常见的且易于找到的材料的生产过程进行大规模的工业生产。11.因此，本技术的具体主题是一种柔性复合软管，用于化工和/或石油化工领域的流体输送，包括：12.圆柱形的多层表面，所述圆柱形的多层表面由不同材料制成的各层组成，位于内加强螺旋线和外加强螺旋线之间，以使内加强螺旋线和外加强螺旋线产生保持所述柔性复合软管的坚固的总体结构的一些反作用力；13.所述内加强螺旋线由螺旋缠绕的金属丝组成，其中同一金属丝具有形状近似于多边形的横截面，在所述多边形中，所有顶角是圆角，并且至少有一条弯曲的边，该边上具有指向外部的凹面；14.沿所述柔性复合软管的长度方向上，近似于多边形的所述横截面呈现出与所述柔性复合软管的内壁对齐设置的所述弯曲的边，和作为交点设置于所述圆柱形的多层表面的内侧的相对的顶角。15.因此，本技术具有以下三个有益效果：16.一是内加强螺旋线更有效地锚定在圆柱形的多层表面上，因而避免了任何滑动运动，并增加了软管的总体结构的强度和坚固性，即使是大直径的软管也是如此。17.二是实现软管的内壁尽可能的光滑，因而允许内部流体的最佳通过，产生更高的传输速度。18.三是在整个工厂生产过程中保持软管和其上的心轴之间的最小接触面积，并在上述过程结束时便于将软管从心轴上纵向移除，同时保持最小的摩擦。附图说明19.现在将根据本技术的优选实施例，特别是参照附图中的各图，以说明性而非限制性的目的描述本技术，其中：20.图1是现有技术中的复合软管的局部剖面端的透视图，其中主要部件被显示，并且它们由位于内加强螺旋线和外加强螺旋线之间的圆柱形的侧壁表示。21.图2是本技术的改进的复合软管中某一细节的透视图，其中内加强螺旋线和外加强螺旋线均具有形状为三角形的横截面。22.图3是图2的同一改进的复合软管中的某一细节的侧视图，其中内加强螺旋线和外加强螺旋线的三角形的横截面被更好的可视化。23.图4是图2的同一改进的复合软管的整体侧视图，其中在该复合软管的两端具有相应的连接元件。24.图5是图4的同一改进的复合软管的端部侧的正视图，在该复合软管的一端可视化。25.图6是图4和图5中同一改进的复合软管的透视图，其中外加强螺旋线被更好的可视化。26.图7是其中一加强螺旋线的可能的第一横截面的正视图，该第一横截面近似于三角形的形状，在该三角形中，所有顶角是圆角的，至少一条边是弯曲的边；该边上形成的凹陷指向外部。27.图8是其中一加强螺旋线的可能的第一横截面的正视图，该第一横截面近似于三角形的形状，在该三角形中，所有顶角是圆角的，所有边是弯曲的边，这些边上形成的凹陷指向外部。28.图9是图2中同一软管的通道的透视图，其中由位于内加强螺旋线和外加强螺旋线之间的圆柱形侧壁组成的主要部件被更好地显示。29.图10是图2中的同一软管的通道的详细透视图，其中近似于三角形形状的内加强螺旋线和外加强螺旋线的横截面被更好的可视化。30.图11是图2中的同一软管的通道的详细透视图，其中近似于三角形形状的内加强螺旋线和外加强螺旋线的横截面被进一步可视化。31.图12是流体在具有障碍物的复合软管内做层流运动时流线示意图，其中该障碍物被表示为具有圆形横截面的横向元件。32.图13是流体在具有障碍物的复合软管内从层流运动过渡到湍流运动时流线的示意图，其中该障碍物与图12的障碍物相同。33.图14是流体在具有障碍物的复合软管内做湍流运动时流线的示意图，其中该障碍物与图12的障碍物相同。具体实施方式34.在此需要强调的是，本发明仅描述了众多可能的实施例中的其中几个，并且这些只是一些具体的非限制性的示例，基于本发明所公开的技术方案，还可以描述许多其他实施例。35.图1显示了现有技术中用于在化学和/或石化工业领域中输送流体的柔性复合软管200的局部剖面端。其中主要部件被显示，并且它们被表示为圆柱形的多层表面206。该圆柱形的多层表面206由不同材料制成的一些层组成，位于内加强螺旋线204和外加强螺旋线203之间，以使内加强螺旋线204和外加强螺旋线203产生保持软管200的坚固的总体结构的一些反作用力。36.内加强螺旋线204和外加强螺旋线203均由螺旋缠绕的金属丝组成，其中同一金属丝各自具有圆形的横截面208、207。37.相反，图4、5、6和9、10、11显示了一种本技术的用于输送化学和/或石油化工领域的流体的柔性复合软管100。38.在图2和图3中详细显示的主要部件被表示为圆柱形的多层表面106。该圆柱形的多层表面106由不同材料制成的一些层组成，并位于内加强螺旋线104和外加强螺旋线103之间，以使内加强螺旋线104和外加强螺旋线103产生保持软管100的坚固的总体结构的一些反作用力。39.本技术的第一个实施例中，内加强螺旋线104由螺旋缠绕的金属丝组成，其中同一金属丝具有形状近似于多边形210的横截面108。40.更准确地说，横截面108具有如图7所示的多边形210的形状，在该多边形210中，所有顶角是圆角，至少有一条弯曲的边，该边上具有指向外部的凹面。41.沿软管100的长度方向上，近似于多边形210的横截面108呈现出与软管100的内壁对齐设置的所述弯曲的边212b，和作为交点设置于圆柱形的多层表面106的内侧的相对的顶角211a。42.通过这种方式，可以实现以下三个效果：一是内加强螺旋线104更有效地锚定在圆柱形的多层表面106上，因而避免了任何滑动运动，并增加了软管100的总体结构的强度和坚固性，即使是大直径的软管100也是如此。二是实现软管100的内壁尽可能的光滑，因而允许内部流体的最佳通过，产生更高的传输速度。三是在整个工厂生产过程中保持软管100和其上的心轴之间的最小接触面积，并在所述过程结束时便于将软管100从心轴上纵向移除，同时保持最小的摩擦。43.本技术的第二个实施例中，外加强螺旋线103由螺旋缠绕的金属丝组成，其中同一金属丝具有形状近似于多边形210的横截面107。44.更准确地说，横截面107具有如图7所示的多边形210的形状，在该多边形210中，所有顶角是圆角，至少有一条弯曲的边，该边上具有指向外部的凹面。45.沿软管100的长度方向上，近似于多边形210的横截面107呈现出与软管100的内壁对齐设置的所述弯曲的边212b，和作为交点设置于圆柱形的多层表面106的内侧的相对的顶角211a。46.通过这种方式，可以实现以下一个效果，即外加强螺旋线103更有效地锚定在圆柱形的多层表面106上，因而避免了任何滑动运动，并增加了软管100的总体结构的强度和坚固性，即使是大直径的软管100也是如此。47.本技术的第三个实施例中，内加强螺旋线104由螺旋缠绕的金属丝组成，其中同一金属丝具有形状近似于多边形220的横截面108。48.更准确地说，横截面108具有如图8所示的多边形220的形状，在该多边形220中，所有顶角是圆角，所有边是弯曲的边，这些边上具有指向外部的凹面。49.沿软管100的长度方向上，近似于多边形220的横截面108呈现出与软管100内壁对齐设置的所述弯曲的边中一个，222a或222b或222c，和作为交点设置在圆柱形的多层表面106的内侧的相对的顶角，221c或221a或221b。50.通过这种方式，除了实现上述三个效果以外，还实现了另外一个效果，即由于弯曲的边222a、222b的接触面嵌入到圆柱形的多层表面106中并使横截面适应圆柱形的多层表面106，内加强螺旋线104更有效地锚定在圆柱形的多层表面106上。51.本发明的第四个实施例中，外加强螺旋线103由螺旋缠绕的金属丝组成，其中同一金属丝具有形状近似于多边形220的横截面107。52.更准确地说，横截面107具有如图8所示的多边形220的形状，在该多边形220中，所有顶角是圆角，所有边是弯曲的边，这些边上具有指向外部的凹面。53.沿软管100的长度方向上，近似于多边形220的横截面107呈现出与软管100的内壁对齐设置的所述弯曲的边中一个，222a或222b或222c，和作为交点设置在圆柱形的多层表面106的内侧的相对的顶角，221c或221a或221b。54.通过这种方式，除了实现上述三个效果外，还实现了另外两个效果：一是由于弯曲的边222a、222b的接触面嵌入到圆柱形的多层表面106中并使横截面适应圆柱形的多层表面106，外加强螺旋线103更有效地锚定在圆柱形的多层表面106上；二是便于在工厂生产过程中将金属丝应用在心轴上，以先获得复合软管100的内加强螺旋线104，再获得复合软管100的外加强螺旋线103。事实上，根据所有边222a、222b是相等的事实，对同一心轴而言，待处理的金属丝上没有优选边，此外，在从生产内加强螺旋线104到外加强螺旋线103的过程中，通过使用同一根金属丝可以最小化该金属丝的旋转角度。55.本技术的原理是，多边形210或220，其形状被近似为包括内加强螺旋线104的加强线的横截面108，可以被表示为：三角形、或正方形、或五边形、或六边形等。同样地，多边形210或220，其形状被近似为包括外加强螺旋线103的加强线的横截面107，可以被表示为：三角形、或正方形、或五边形、或六边形等。56.在柔性复合软管100中，圆柱形的多层表面106可以由不同类型的材料制成的各层组成，例如，材料可以是聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚四氟乙烯等。57.通过这种方式，复合软管100在不同的压力和温度条件下具有广泛的应用，同时可用于各种类型的具有不同的化学物理特性的化学产品的通道。58.如上所述，本技术的效果是实现软管100的内表面尽可能地光滑，形成内部流体流通的最佳通道，因而实现高速传输。59.该事实来自于对湍流现象的研究，其中当流体在具有障碍物或形状快速变化的软管中100流动时观察到湍流现象。事实上，由障碍物引起的各流线的形变通过流体粘度被传播，并可能伴随涡流的产生。60.图12、13和14显示了在三种不同的流动环境下，软管中流体围绕直径为d的圆形物的流动情况，其中圆形物被设置在垂直于图的轴上。同一圆形物准确地代表了传统技术生产的复合软管的具有圆形横截面的内加强螺旋线。内加强螺旋线以其直径的一半伸入软管中。雷诺数代表惯性效应和粘性效应之间的比率。61.由于流体250(图12)的流量处于低值，此时粘度占优势：直径为d的障碍物253的存在影响了宽区域251中流体在任何方向的流线252。62.通过增加流体260(图13)的流量，圆柱体(障碍物263)之前的区域261受到流线262的粘性形变的影响而减小：障碍物263存在的影响被降低了，且流体失去其对称性。惯性效应的影响的另一个结果被表示为与物体接触的流层。63.在流体270(图14)具有非常高的雷诺数的条件下，受障碍物273的存在影响的区域275完全位于障碍物273的后方，该区域275具有非常长的尾流区、不规则、不稳定、并以湍流为特征。64.湍流显著地减慢了软管内流体的流动，导致了诱发效应，从而降低了流体容量。这增加了油轮或油船的装卸作业时间，出于安全原因的考虑，也不能增加作业过程中的压力。65.因此，根据本技术的原理，通过改变内加强螺旋线的横截面的几何形状，例如，从圆形变为多边形或近似三角形，软管内的任何障碍物均可以被完全避开，从而保持流体流动是层状流动而不是湍流运动。66.因此，上述各实施例表明本技术达到了所有的预期目的。特别地，它允许在化学和/或石化工业领域实现一种用于输送流体的柔性复合软管，该柔性复合软管包括内加强螺旋线和外加强螺旋线，其中在强大的外力面前、狭窄的弯曲角度，以及长期使用的情况下，软管的总体结构保持坚固和紧凑，即使是大直径的软管也是如此。67.此外，本技术允许软管的内壁具有尽可能光滑的、几乎没有突起的表面，从而获得以高传输速度为特征的流体的最佳通道，最大限度地减少由摩擦、湍流、局部阻塞和/或其他流体动力效应引起的压降。68.此外，根据本技术，即使软管的内壁呈现出尽可能光滑的、几乎没有突起的表面，软管的内壁也不是完全平整的，以在工厂生产过程中最小化与心轴的接触面积，并因而保持便于从同一心轴上纵向移除软管的最小的摩擦。69.最后，本技术的复合软管具有简单的结构，即由很少的基本部件组成，以便通过经济可持续的、市场上有竞争力的、技术上有效的、及使用常见的和容易找到的材料的生产过程进行大规模的工业生产。70.根据本技术的优选实施方案，本发明已基于说明性而非限制性的目的进行描述，但很明显，本领域的技术人员可以在不偏离所附权利要求书中定义的相关范围的情况下引入修改和/或变化。









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