變徑彎管和包括該變徑彎管的泵送設備的製作方法

2023-11-07 01:54:37 2

專利名稱：變徑彎管和包括該變徑彎管的泵送設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及物料輸送領域，具體涉及一種用於輸送物料的變徑彎管和包括該變徑彎管的泵送設備。
背景技術：
隨著混凝土行業的飛速發展，尤其是高標號高性能混凝土的大範圍推廣使用，這對於混凝土泵送設備的易損構件、關鍵構件也提出了更高的要求，例如本實用新型涉及到的混凝土輸送變徑彎管。對於泵車、拖泵等泵送設備來說，其輸送管路主要由直管和彎管組成。目前常用的輸送彎管多為變徑彎管，變徑彎管的拐彎處阻力較大，且其內徑由大變小，混凝土流過時會不斷擠壓和衝刷變徑彎管的彎曲管壁，從而使得變徑彎管的使用壽命不僅比直管要低很多，而且比普通的非變徑彎管也要低不少。另一方面，堵管的情況一般也出現在輸送管路中變徑彎管的位置處，這常造成施工中斷，小則耽誤施工進度，大則出現爆管引發安全事故。 因此，如何有效降低此類關鍵位置的變徑彎管的內部阻力，同時提升變徑彎管的使用壽命是目前行業內遇到的一大難題。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種結構改進的變徑彎管及包括該變徑彎管的泵送設備，變徑彎管的彎曲變徑進行了優化設計，能夠有效地降低傳輸物料對變徑彎管的衝擊， 提供變徑彎管的使用壽命。針對上述目的，根據本實用新型的第一方面提供了一種變徑彎管，用於流體輸送管路中，變徑彎管包括輸入端和輸出端，其特徵在於，變徑彎管的曲率半徑從輸入端至輸出端呈增大的趨勢。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，變徑彎管的內徑錐度從輸入端至輸出端呈減小的趨勢。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，變徑彎管從輸入端至輸出端的曲率半徑連續增大。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，變徑彎管從輸入端至輸出端的內徑錐度連續減小。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，變徑彎管相對於其彎曲中心的曲率半徑包括變徑彎管的外管壁相對於變徑彎管的彎曲中心的近側的曲率半徑、外管壁相對於彎曲中心的遠側的曲率半徑、變徑彎管的內管壁相對於彎曲中心的近側的曲率半徑、內管壁相對於彎曲中心的遠側的曲率半徑以及變徑彎管的中心線的曲率半徑。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，變徑彎管的距離彎曲中心遠的管壁的厚度大於距離彎曲中心近的管壁的厚度。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，距離彎曲中心遠的管壁在變徑彎管中段處的厚度大於變徑彎管的兩端處的厚度。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，變徑彎管的橫截面為圓形、橢圓形、方形或矩形。進一步地，根據本實用新型第一方面的變徑彎管，其中，變徑彎管由多個曲率半徑不同的弧形區段構成，弧形區段選自由圓弧區段、橢圓弧區段、雙曲線區段、拋物線區段、漸開線區段構成的組中的一種或多種。根據本實用新型的第二方面提供了一種泵送設備，該泵送設備的流體輸送管路中包括根據本實用新型第一方面的變徑彎管。本實用新型具有以下技術效果根據本實用新型的變徑彎管，其根據混凝土的實際流體狀態對彎管本身的整個轉彎半徑的曲率變化進行了優化設計，由恆定曲率改為變曲率，使得變徑彎管總體上滿足曲率半徑從輸入端到輸出端呈增大的趨勢，即，使得變徑彎管中流速小的位置(即內徑較大的位置)的曲率半徑也較小，流速大的位置(即內徑較小的位置)的曲率半徑也較大。由此，相比現有技術變徑彎管，本實用新型變徑彎管使得流速較快的部位轉彎較緩，從而減小流體對管壁的衝擊，使管壁的磨損相對均與，不會過於集中，從而避免局部磨損過快的現象；同時本實用新型的變徑彎管通過將原流速較快部位的彎曲程度減緩，從而減少了流體的壓力損失，避免積料堵管。其次，同相比現有技術的變徑彎管相比，本實用新型的變徑彎管根據混凝土的實際流體狀態對彎管內徑的錐度變化方式也進行了優化設計，由恆定錐度改為變錐度，使得變徑彎管總體上滿足內徑錐度從輸入端到輸出端呈減小的趨勢，即，使得變徑彎管中流速大的位置(即內徑較小的位置)的內徑錐度(變徑幅度)較小，流速小的位置(即內徑較大的位置)的內徑錐度較大，從而減小流體壓力損失，減輕混凝土對管內壁局部位置的衝刷磨損，避免局部磨損過快或積料堵管。總體來說，本實用新型的變徑彎管遵循了整體等壽命的設計理念，使得彎管所有磨損部位都能基本保持相同，保證彎管各個區段具有同等的壽命，不會出現現有技術中變徑彎管經常局部磨穿報廢的情況。應該理解，以上的一般性描述和以下的詳細描述都是列舉和說明性質的，目的是為了對要求保護的本實用新型提供進一步的說明。

附圖構成本說明書的一部分，用於幫助進一步理解本實用新型。這些附圖圖解了本實用新型的一些實施例，並與說明書一起用來說明本實用新型的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表示。附圖中圖1示出了現有技術中的變徑彎管的結構示意圖；圖2示出了根據本實用新型一個實施方式的變徑彎管的結構示意圖；圖3示出了根據本實用新型一個實施方式的變徑彎管的中心線的設計方式；圖4(a)至圖4(e)分別示出了圖2中的根據本實用新型一個實施方式的變徑彎管的五個剖面的示意圖，具體包括A-A剖視圖、B-B剖視圖、C-C剖視圖、D-D剖視圖和E-E剖視圖。
具體實施方式
下面將對比現有技術中的變徑彎管，同時參照附圖並結合具體實例來對本實用新型的實施方式進行說明。首先，對圖1中所示的現有技術中使用的一種變徑彎管的結構進行說明。如圖1所示，現有技術中的變徑彎管1的結構如下彎管1具有大內徑的輸入端Ia (具有內徑Φ 1，例如175mm)和小內經輸出端Ib (具有內徑Φ2，例如150mm)，且彎管1從輸入端Ia到輸出端Ib的內徑是連續減小的。彎管1 靠外側的外管壁的曲率半徑Rl和靠外側的內管壁的曲率半徑R2具有共同的圓心01，彎管 1靠外側的內管壁的曲率半徑R4和靠內側的外管壁的曲率半徑R5具有共同的圓心02，彎管1的彎曲中心線的曲率半徑R3具有圓心03。現有技術中的彎管1將變徑彎管1的上述圓心01和圓心02彼此偏置，可以使彎管1的外側管壁與內側管壁件產生壁厚差。如圖1中所示，變徑彎管1的上述曲率半徑附、1 2、1 3、1 4、1 5中都是固定不變的。 並且由此，彎管1的內部變徑的錐度也是固定不變的。具體地，這裡所指的內徑錐度可以以這種方式計算，即截取彎管1中的任意一段，將其看做一個假想的圓臺，以圓臺底面半徑減去圓臺頂面半徑，進而處以圓臺的高度(以此段彎管中的彎管中心線的弧長作為圓臺高度)，由此即可計算出內徑錐度。通過上面的描述可知，現有技術中的變徑彎管1的內徑錐度是不變的。圖1中的變徑彎管1，由於其在整個轉彎結構(從輸入端Ia至輸出端lb)中曲率半徑都是固定不變的，因此在物料(例如，混凝土)流過彎管1的過程中，物料在內徑較大的位置處和內徑較小的位置處的流速是不同的，內徑較小的位置處物料的流速較快，這樣就會造成內徑較大部分和內徑較小部分的磨損不均勻。同時，由於彎管1內徑的錐度也是固定不變的，同樣地，彎管1內物料流速較大的位置(內徑較小處)的磨損也會比物料流速較小的位置(內徑較大處)要快。這就造成了現有技術中的變徑彎管1整體磨損不均勻， 並且局部承受衝擊過大，由此降低了彎管1的整體使用壽命。針對上述問題，本實用新型對變徑彎管進行了重新優化設計，改變了變徑彎管的半徑的設計方式，進而在此技術上，更有利地，改變了變徑彎管的內徑錐度的設計方式，以 「彎管從大端至小端的曲率半徑呈增大趨勢」、「彎管從大端至小端的內徑錐度成減小的趨勢」為設計原則，設計全新的變曲率變錐度的變徑彎管，以消除變徑彎管受力不均的問題， 同時降低物料在變徑彎管內的壓力損失。下面將結合具體實例來對上述設計方式進行說明。為了便於更好地理解本實用新型，下面首先對以下技術術語進行說明。在本說明書中，彎管的「曲率半徑」是指彎管整體的曲率半徑，即作為一個彎曲結構件的彎曲半徑， 該曲率半徑一般可以用彎管中心線的曲率半徑來表示，即彎管中心線距離其彎曲中心的半徑，例如圖1中所示的半徑R3。當然事實上，如果作進一步的精細劃分，彎管的曲率半徑可以包括彎管外壁(包括外側和內側)距離其彎曲中心的半徑(如圖1中的半徑R1、R2)，彎管內壁(包括外側和內側)距離其彎曲中心的半徑(如圖1中的半徑R4、R5)。上述曲率半徑的曲率中心可以是不同的，例如圖1中所示的那樣。彎管的中心線、外壁和內壁分別具有不同的曲率中心。本文中的術語「內徑錐度」是指在彎管的曲率半徑變化的情況下，曲率半徑變化的速度(類似於弧線的曲率)，其具體的計算方式將在下文中結合具體實例詳細說明。說明書中的術語「大端」是指本實用新型的變徑彎管的曲率半徑最大的端部(如圖 2中的IOa)，而「小端」是指變徑彎管的曲率半徑最小的端部(如圖2中的IOb)。圖2示出了根據本實用新型一個優選實施方式的變徑彎管10的結構示意圖。圖 3示出了該變徑彎管10的中心線的示意圖。圖4示出了圖2中的變徑彎管10的五個剖切面的剖面圖。圖2中所示的變徑彎管10可以用於泵送設備的物料輸送管路中，以輸送例如混凝土流體。該變徑彎管10包括輸入端IOa(具有內徑Φ1，例如179mm)和輸出端IOb(具有內徑Φ 2，例如150mm)，其中，變徑彎管10的曲率半徑從輸入端IOa至輸出端IOb呈增大的趨勢。也就是說，本實用新型的變徑彎管10的曲率半徑在彎管內徑較大的位置較小，而在彎管內徑較小的位置較大。由流體壓力分布原理可知，內徑較大的位置流速較慢，而內徑較小的位置流速較快，按照彎管等壽命設計思路，在流速慢的位置加大變徑彎管10的曲率半徑，以提高流速，在流速快的位置減小曲率半徑，以減小衝擊，從而可以保證流體在整個變徑彎管中流速均勻，避免對管壁局部位置的不均勻衝擊。具體地，上述的曲率半徑可以是下面列出的曲率半徑中的一個或多個變徑彎管10的外管壁相對於彎曲中心0的遠側(例如圖2中所示的IOp)的曲率半徑、上述外管壁相對於彎曲中心0的近側的曲率半徑、變徑彎管10的內管壁相對於彎曲中心0的遠側的曲率半徑(例如圖2中所示的IOn)、上述內管壁相對於彎曲中心0的近側的曲率半徑以及變徑彎管10的中心線IOi的曲率半徑。在優選地實施方式中，將上述的曲率半徑都按照上述原則設計。需要說明的是，這裡的外管壁是指變徑彎管10與外部環境接觸的管壁，內管壁是指變徑彎管10內部的與流體接觸的管壁。進一步地，根據本實用新型的變徑彎管10，其內徑錐度設計成從輸入端IOa至輸出端IOb呈減小的趨勢。這裡，內徑錐度的計算方式如上面針對現有技術描述的計算方式一樣。為了說明的目的，在圖2中以五個剖切面A-A、B-B, c-c、D-D、E-E將變徑彎管10示例性地分成了五個區段10c、10d、10e、10f、10g、10h，變徑彎管10的從輸入端IOa至輸出端IOb中這些區段10c、10d、10e、10f、10g、10h的曲率半徑依次增大，且這些區段IOcUOd, 10e、10f、10g、10h的內徑錐度連續減小。需要說明的是，劃分這五個區段10c、10d、10e、 10f、10g、10h僅僅是為了說明變徑彎管10的彎曲變徑和內徑錐度的變化趨勢，而並非表示本實用新型的變徑彎管10隻能以圖中所示的方式變化。事實上，對於圖2中所示的變徑彎管10，可以以任一角度區間來劃分變徑彎管10，劃分的區段可以任意小，無論是多小的區段，通過上述方式計算內徑錐度時，都將滿足從變徑彎管10的輸入端IOa至輸出端10b，彎管10的曲率半徑呈增大趨勢，內徑錐度都呈減小趨勢，即，本實用新型的變徑彎管10的彎管半徑在越靠近輸入端IOa的位置處越小，在越靠近輸出端IOb的位置處越大；同時，變徑彎管10的內徑錐度在越靠近輸入端IOa的位置處變徑程度越快(即內徑錐度較大)，而在越靠近輸出端IOb的位置處變徑程度越慢(即內徑錐度較小)。通過這種變曲率半徑並結合變內徑錐度的設計方式，能夠進一步保證本實用新型的變徑彎管10在整個彎曲結構上都具有均勻的流體衝擊力，且進一步減小流體在變徑彎管10內部由於過度衝擊而帶來的壓力損失。進一步地，如圖3中所示，本變徑彎管10的中心線IOi的彎區半徑的曲率也是漸變的，其中心線IOi不是普通圓弧，而是曲率半徑從輸入端IOa至輸出端IOb呈增大趨勢。這與變徑彎管10的曲率半徑變化趨勢是對應的。具體地，圖3中以15°、30°、45°、60°、75°、90°為單位將變徑彎管10依次劃分為多個區段，同時依次標出了這些區段佔據的水平距離L1、L2、L3、L4、L5、L6和豎直距離 HI、H2、H3、H4、H5、H6，具體尺寸參考下表。
Ll = 360mmHl = 338mmL2 = 346. 18mmH2 = 327. 79mmL3 = 306. 66mmH3 = 297. 15mmL4 = 246. 41mmH4 = 246. 41mmL5 = 171. 56mmH5 = 177.05mmL6 = 87. 83mmH6 = 92. 76mm由上表中的數據可以看到，從變徑彎管10的輸入端IOa至輸出端10b，中心線IOi 在水平方向上的距離縮短較快，在豎直方向上的距離縮短較慢，也就是，中心線IOi近似成一個橢圓弧的形狀，該橢圓弧的水平軸線為長軸，豎直軸線為短軸。由此可以看出，中心線 IOi的曲率半徑從輸入端IOa至輸出端IOb是增大的。並且，在本實用新型的優選實施方式中，將變徑彎管10構造成，從輸入端IOa至輸出端IOb的曲率半徑連續增大；從輸入端IOa至輸出端IOb的內徑錐度連續減小。相應地， 中心線IOi的曲率半徑從變徑彎管10的輸入端IOa至輸出端IOb也連續增大。這種方式有利於構造出更加光滑的內部管壁，從而進一步減小流體衝擊，避免流體壓力損失。進一步地，由於實際使用中，變徑彎管10都是遠離彎曲中心的外壁受到更大的流體衝擊。因此，根據本實用新型的變徑彎管10進行如下設計使變徑彎管10的距離彎曲中心0(如圖2中所示)較遠的外側管壁IOj的厚度大於距離彎曲中心0較近的內側管壁IOk 的厚度。這種設計方式可以使變徑彎管10以更加均勻的方式磨損，提高整體的使用壽命。 例如，可以將遠離彎曲中心0的外側管壁IOj設計成15 18mm厚，將靠近彎曲中心0的內側管壁IOk設計成IOmm厚。這種設計方式可以通過將變徑彎管10的內管壁IOn相對於外管壁IOp偏心地設置來實現。圖4(a)至圖4(e)中清楚地示出了這種偏心設置。圖4(a) 至圖4(e)中以0&、03、(^丄(1丄6來表示剖切面六-六、8-8、(-(、0-0工4處內管壁IOn相對於外管壁IOp偏心距。進一步地，在實際應用中還發現，變徑彎管10在中段部位處的磨損要大於兩端處的磨損，因此，本實用新型的變徑彎管進一步進行了如下優化設計將外側管壁IOj在變徑彎管10中段處的厚度大於變徑彎管10的兩端處的厚度。圖4(a)至圖4(e)中清楚地示出了這種變化。結合圖2可以看出，剖切面A-A基本在變徑彎管10的中部，剖切面B-B、C-C 和D-D、E-E分別分布在剖切面A-A兩側，其中，剖切面A-A、B-B, D-D處於變徑彎管10的中段，相對而言，剖切面C-C和E-E分別靠近兩端，在圖4(a)至圖4(e)所示的實例中，變徑彎管10五個剖切面A-A、B-B、C-C、D-D、E-E處的內側管壁Dal、Dbl、Del、Ddl、Del都設計成
7IOmm厚，將中段的三個剖切面A-A、B-B、D-D處的外側管壁Da2、Dl32、Dd2設計成18mm厚(對應地，偏心距Ca、Cb、Cd均為4mm)，將靠近兩端的兩個剖切面C_C、E-E處的外側管壁Dc2、 De2設計成15mm厚(對應地，偏心距Ce、Ce均為2. 5mm)。依照上述的尺寸，本實用新型的變徑彎管10可以設計成具有下表中的尺寸，其中，ΦΜ、Φa2分別表示A-A剖面處彎管10 的內徑和外徑，類似地，ΦΜ、分別表示B-B剖面處彎管10的內徑和外徑，ΦοΚ Φο2 分別表示C-C剖面處彎管10的內徑和外徑，Φ(11、Φ 2分別表示D-D剖面處彎管10的內徑和外徑，ΦθΚ Φθ2分別表示E-E剖面處彎管10的內徑和外徑，表中單位為mm。
權利要求1.一種變徑彎管，用於流體輸送管路中，所述變徑彎管(10)包括輸入端(IOa)和輸出端(10b)，其特徵在於，所述變徑彎管(10)的曲率半徑從所述輸入端(IOa)至所述輸出端(IOb)呈增大的趨勢。
2.根據權利要求1所述的變徑彎管，其特徵在於，所述變徑彎管(10)的內徑錐度從所述輸入端(IOa)至所述輸出端(IOb)呈減小的趨勢。
3.根據權利要求1或2所述的變徑彎管，其特徵在於，所述變徑彎管(10)從所述輸入端(IOa)至所述輸出端(IOb)的曲率半徑連續增大。
4.根據權利要求1或2所述的變徑彎管，其特徵在於，所述變徑彎管(10)從所述輸入端(IOa)至所述輸出端(IOb)的內徑錐度連續減小。
5.根據權利要求1或2所述的變徑彎管，其特徵在於，所述變徑彎管(10)相對於其彎曲中心(0)的所述曲率半徑包括所述變徑彎管(10)的外管壁相對於所述變徑彎管(10) 的彎曲中心(0)的近側的曲率半徑、所述外管壁相對於所述彎曲中心(0)的遠側的曲率半徑、所述變徑彎管(10)的內管壁相對於所述彎曲中心(0)的近側的曲率半徑、所述內管壁相對於所述彎曲中心(0)的遠側的曲率半徑以及所述變徑彎管(10)的中心線(IOi)的曲率半徑。
6.根據權利要求1或2所述的變徑彎管，其特徵在於，所述變徑彎管(10)的距離所述彎曲中心(0)遠的管壁(IOj)的厚度大於距離所述彎曲中心(0)近的管壁(IOk)的厚度。
7.根據權利要求6所述的變徑彎管，其特徵在於，距離所述彎曲中心(0)遠的管壁 (IOj)在所述變徑彎管(10)中段處的厚度大於所述變徑彎管(10)的兩端處的厚度。
8.根據權利要求1所述的變徑彎管，其特徵在於，所述變徑彎管(10)的橫截面為圓形、 橢圓形、方形或矩形。
9.根據權利要求1所述的變徑彎管，其特徵在於，所述變徑彎管(10)由多個曲率半徑不同的弧形區段構成，所述弧形區段選自由圓弧區段、橢圓弧區段、雙曲線區段、拋物線區段、漸開線區段構成的組中的一種或多種。
10.一種泵送設備，其特徵在於，所述泵送設備的流體輸送管路中包括根據權利要求1 至9中任一項所述的變徑彎管(10)。專利摘要本實用新型提供了一種變徑彎管及包括該變徑彎管的泵送設備。本實用新型總體涉及物料輸送領域。本實用新型的變徑彎管用於流體輸送管路中，變徑彎管包括輸入端和輸出端，其特徵在於，變徑彎管的曲率半徑從輸入端至輸出端呈增大的趨勢。本實用新型的變徑彎管的彎曲變徑進行了優化設計，能夠有效地降低傳輸物料對變徑彎管的衝擊，提高變徑彎管的使用壽命。
文檔編號F16L43/00GK201992249SQ20112002478
公開日2011年9月28日 申請日期2011年1月25日 優先權日2011年1月25日
發明者劉昆吾, 朱捷 申請人:長沙中聯重工科技發展股份有限公司