具有平滑内孔的不锈钢波纹管 相关申请的交叉参考
本申请要求2007年3月20日提交的美国临时专利申请序列号60/919,002的优先权，其揭示的内容通过参考其整体而明确地纳入本申请。
【技术领域】
本发明涉及气体、液体和浆体管道系统，尤其涉及一种包含波纹管的管道系统，其中，该波纹管通过使用填充或内衬材料而具有平滑或半平滑内孔。
背景技术
采用不锈钢波纹管(corrugated stainless steel tubing；CSST)以及配件的气体与液体管道系统已为业界熟知。此类管道系统可被设计用于结合使用约0.03MPa甚至更高的气压。与传统的刚性黑铁管道系统相比，此类管道系统的安装更为方便、快捷，无需现场测量并且降低了对诸如弯管、三通管、接头的特定配件的需求。不过，波纹管的波纹会产生旋涡，其中，回流造成气体在波纹管内壁旋转。与平滑内孔管道相比，这些旋涡导致摩擦和/或水头(head)(压力)损失。
而且，尽管波纹管有若干优点，其在气体管道之外的应用仍然存在诸多障碍。由于波纹管的薄壁，特别是当波纹管传输诸如液体或浆体的各种材料时，可能会产生腐蚀。如果波纹管未垂直安装，腐蚀问题可能更为严重。例如，如果浆体传输波纹管安装于地板搁栅之间，浆体的固体成分可能会集中于波纹管的波纹中，造成波纹剥蚀。即使浆体不会造成腐蚀风险，集中于波纹管底部的浆体的固体成分仍可能阻塞流动，造成水头(压力)损失。
除产生引起摩擦和压力减少的旋涡外，波纹还可能产生干扰噪声，特别是在高流动应用中。
因此，需要提供波纹管以实现快速、经济的安装，同时该波纹管具有平滑或半平滑内孔以降低或消除水头(压力)损失。另外，波纹管的内部结构或材料可基本防止波纹管腐蚀和/或避免固体聚集于波纹管的波纹中。最后，波纹管具有隔音(sound damping)，因而适合高流动应用，这种情况下，波纹管也可以降低或消除流动共振引起的噪声。
【发明内容】
本发明揭示具有平滑或半平滑内孔的波纹管及其制造方法。本发明泛指一节内部具有填充材料或内衬材料的波纹管。较佳地，与现有技术的波纹管相比，本发明包含填充材料或内衬材料的波纹管具有一个或多个改良特性，包含：水头(压力)损失较低、摩擦减少、隔音、阻燃和抗腐蚀。所述填充材料或内衬材料可由导电材料或绝缘材料制成。
这里所述的“平滑”和“半平滑”可相互替换，其仅仅是基于填充或内衬管的外观而作的区分，并没有数量或功能上的区别。因此，“平滑内孔波纹管”与“半平滑内孔波纹管”的功能等同。
依据本发明，平滑内孔波纹管包含一节波纹管和容置于该节波纹管内部的填充材料。较佳地，该波纹管形成有多个内波纹凹槽，并由具有基本平滑表面的所述填充材料填充这些内波纹凹槽。该波纹管还可形成有多个内波纹突起，在某些实施例中可由所述填充材料覆盖这些内波纹突起。
依据本发明，所述波纹管和填充材料可具有不同的构造，并可由若干材料形成。例如，该填充材料可填充部分内波纹凹槽。或者，该填充材料可填充全部内波纹凹槽。构成该波纹管的材料可选自由热塑性塑料、烯烃基塑料、聚乙烯、氟碳聚合物、聚四氟乙烯、金属、金属合金、不锈钢、碳钢、铜、黄铜、铝、钛、镍及其合金所组成的群组。该填充材料可为聚合物和/或树脂。该填充材料可由导电材料或绝缘材料制成。该填充材料可具有隔音、阻燃和/或防腐蚀特性。较佳地，该填充材料通过提供更为平滑的流动导引而改善流动，这种情况下，该填充材料也可作为阻尼介质以吸收噪声和能量波形。
较佳地，用于制备平滑内孔波纹管的方法包含提供一节波纹管并通过挤压头向该波纹管内注入填充材料。较佳地，该波纹管形成有多个内波纹凹槽。在不同实施例中，该填充材料可填充部分内波纹凹槽，或者，该填充材料可填充全部内波纹凹槽。在某些实施例中，该填充材料可覆盖该波纹管的内波纹突起。在其他实施例中，该填充材料可跨越这些波纹凹槽。
此外，本发明涉及一种用于制备平滑内孔波纹管的方法，包含提供一节经轧制但未焊接的管道，并在最后轧制、焊接和波纹成形前在该管道内安装预先挤压成型的内衬管。该内衬管可小于所述管道的内孔，并且/或者在焊接期间可位于所述管道的底部。波纹成形可产生多个内波纹凹槽和多个内波纹突起。该内衬管可接触该内波纹突起。作为附加或替代，该内衬管可部分接触多个内波纹凹槽。
此外，本发明涉及一种用于制备平滑内孔波纹管的方法，包含提供一节经轧制和焊接的管道，并拉动预先挤压成型的内衬管穿过所述管道。在拉动该预先挤压成型的内衬管穿过所述管道之前或之后，可波纹化所述管道以形成多个内波纹凹槽和多个内波纹突起。该内衬管可接触所述内波纹突起。作为附加或替代，该内衬管可部分接触所述波纹凹槽。
本发明还涉及一种管道系统，包含：一节波纹管，容置于该波纹管中的填充材料，以及贴附至该波纹管末端的配件。除了容置于该波纹管中的填充材料之外，还可由内衬材料容置于其中。
【附图说明】
下面结合附图作详细描述以更全面地理解本发明的本质及目的，图中类似的附图标记表示在附图中对应的部分，其中：
图1是依据本发明优选实施例制造半平滑内孔波纹管的剖面图；
图2(a)至图2(g)是依据本发明另一优选实施例形成的具有内衬材料的半平滑内孔波纹管的各种视图；
图3(a)至图3(g)是依据本发明另一优选实施例形成的具有内衬材料的平滑内孔波纹管地各种视图；
图4(a)至图4(c)是依据本发明另一优选实施例制造一节平滑内孔波纹管的各种视图；以及
图5(a)和图5(b)是依据本发明另一优选实施例贴附配件的一节半平滑内孔波纹管的剖面图。
说明
为清楚理解本发明，请参考如下说明：
说明书和权利要求书中使用的单数形式”一”、“一种”、“所述”等包含多个实施形态，除非文中另有明确规定。
在此使用的术语“不锈钢波纹管”和“CSST”指任意类型的管道，其可容置腐蚀性或侵略性气体或液体，并且该管道可由热塑性塑料、金属或金属合金材料制成，例如由烯烃基塑料(如聚乙烯(PE)、氟碳聚合物(例如聚四氟乙烯(PTFE))、碳钢、铜、黄铜、铝、钛、镍及其合金制成，但并不限于此。
【具体实施方式】
本发明揭示具有平滑或半平滑内孔的波纹管及其制造方法。在此使用的“平滑内孔波纹管”与“半平滑内孔波纹管”的功能等同，但平滑内孔通常指位于波纹管内平滑如一的填充/内衬材料的外观，而半平滑内孔通常指基本平滑但平滑不充分的填充/内衬材料。
请参照图1，提供一节波纹管2。该波纹管2可由不锈钢或任何其它合适的材料构成。可提供护套(jacket)(未图示)覆盖该管道2的外部，这里，所述护套可至少部分覆盖该管道2，并选择可露出一个或多个末端波纹以与配件(例如，见图5(a)和5(b))形成密封。该护套可由聚乙烯或类似材料制成。
较佳地，例如，通过注入填充材料4使其部分或全部填充管道的内波纹凹槽6而将填充材料4应用至该波纹管2的内部。为促进平滑或半平滑内孔的形成，可形成填充材料4在内波纹凹槽6处的厚度大于其在内波纹突起8处的厚度。
填充材料4可为任何柔性或半柔性材料，包含但不限于聚合物和/或树脂。填充材料4可由导电材料或绝缘材料制成。某些实施例中，该填充材料可具有诸如抗腐蚀和/或阻燃的特性。在其他实施例中，该填充材料可提供隔音、隔温和/或隔震的特性。不过，该填充材料4不一定要具有隔音特性来降低没有内衬或未填充管道产生的声音。相反，由于许多填充材料4与金属管2相比呈现出较少的共振，因此当流体流过包含填充材料4的管道2时，填充材料4产生较少的声音。
图1显示应用填充材料4以形成具有半平滑内孔的管道。在具有平滑内孔的管道中，填充材料4形成大约呈圆柱状的内部形状，亦即，该管道内部具有平滑如一的圆柱状外观，基本没有波纹；在具有半平滑内孔的管道中，该管道内部基本平滑，但仍在该管道中可出现一些波纹。依据本发明，无论是平滑内孔管道还是半平滑内孔管道都可降低水头(压力)损失。
图1显示一种用于制造半平滑内孔波纹管的方法。拉动引导盘12穿过一节成形的波纹管2。较佳地，该引导盘12的直径稍小于该管道2的内径。通过进口流管(inlet flow tube)14向该引导盘12提供填充材料4。可驱动该进口流管14以拉动引导盘12穿过波纹管2。如图1所示，较佳地，填充材料4通过进口流管14流入引导盘12，并流经引导盘12中的一个或多个出口(vent)16。离开引导盘12后，填充材料4与波纹管2接触并形成平滑或半平滑内孔。在某些实施例中，出口16可以连续圆形而形成。
图2(a)显示另一实施例的半平滑内孔波纹管。与图1一样，图2(a)中也提供一节管道2。图2(a)与图1的主要区别在于使用内衬材料20代替填充材料4。尽管内衬材料20和填充材料4可由相同或类似的材料构成并具有等同的特性，但其名称上的区别反映了材料4和20在应用中的区别。填充材料4基本可接触各内波纹凹槽6的全部表面，而内衬材料20通常不会接触到各内波纹凹槽6的全部表面。
内衬材料20通常不会接触到各内波纹凹槽6的全部表面的原因在于内衬材料20是在其插入波纹管2之前形成的。一种安装方法是在最后轧制、焊接和/或波纹成形前将内衬材料20引入至管道2。依照这种方法，有必要使内衬材料20离开管道2的焊接区一定距离，以避免内衬材料20燃烧和/或损坏。受重力作用的内衬材料20可下坠，从而达到预期与焊接区的分离。在其他实施例中，可使用机械力下压该内衬材料20。在其他实施例中，还可在焊接期间使用真空压力下压内衬材料20。一旦焊接结束，波纹成形即会产生多个内波纹突起22，其内径小于内波纹凹槽6，并小于内衬材料20的外径。因此，内波纹突起22会限制内衬材料20。
图3(a)显示平滑内孔波纹管的实施例。这里也提供一节波纹管2。较佳地，内衬材料20与内波纹突起22相接触，形成基本平滑的圆柱状内孔。
制造图3(a)所示的平滑内孔波纹管的一种方法包括拉动一内衬材料管20穿过预装配(例如经焊接或以其它方式连接)的管道2。可在拉动内衬材料20穿过管道2之前或之后波纹化该管道2。
图4(a)至图4(c)描述另一种制造方法，其涉及在最后轧制、焊接和/或波纹成形之前安装内衬材料20。图4(a)概要描述平滑内孔波纹管的制造，为表明制造的各种步骤，这里显示的制造并不完整。将内衬材料20放入一节未焊接的管道2中。然后焊接该管道2形成密封23。波纹成形产生多个波纹凹槽6和波纹突起22。这里所述的步骤可顺序进行或平行进行。例如，制造设备可从该节管道2的一端开始加工以形成平滑内孔波纹管。在沿该节管道的加工中，该制造设备将内衬材料20置于管道2中，焊接该管道2并形成波纹。在其他实施例中，可在焊接和波纹成形之前将该内衬材料20置于整节管道2中。该内衬材料20可由导电材料或绝缘材料制成。
与图2(a)和图3(a)描述的实施例类似，半平滑和平滑内孔管还可通过引导盘12(见图1)制造。与图1类似，通过引导盘12的进口流管14向该引导盘12提供内衬材料。可驱动该进口流管14，以拉动引导盘12穿过波纹管2。较佳地，该内衬材料通过进口流管14流入引导盘12，并流经引导盘12的一个或多个出口16。不过，在本实施例中，该内衬材料跨越管道2的内波纹凹槽6，形成基本类似图2(a)和图3(a)的半平滑或平滑内孔管。
本发明还包括用以通过管道传输气体、液体和/或浆体的系统和方法，其中至少一节管道具有平滑或半平滑内孔。该系统和方法可包含向或从一设备传输气体、液体和/或浆体，该设备例如为锅炉、熔炉、火炉、配管设备或污水系统。所述系统和方法还可应用于输水、化学品运输，以及压缩气体和其他气体输送系统。
本发明还包括在例如商业或民用建筑物的结构中安装管道系统的方法，其中该安装方法包含安装至少一节上面所述的平滑或半平滑内孔管。
图5(a)描述依据本发明实施例具有贴附一节半平滑内孔管2的配件24。配件24可实现多节波纹管与其他节管道、装置和其他类型管道的连接。配件24通常包含接口部26和套管部28。该接口部26通常与另一配件、装置或其他类型的管道相接，套管部28则容置管道2。较佳地，套管部26由金属或金属合金制成，不过也可由其他可成型材料(例如由塑料、聚合物或弹性体材料)制成。
接口部26和套管部28可为两个独立元件，以任意现有方式装配而形成配件24，从而在套管部28和接口部26之间形成流体密封。例如，套管部可通过折皱贴附至所述接口，或者将套管部28压合至接口部26的外径。其他可用来连接套管部28和接口部26的技术包括钎焊和焊接。作为附加或替代方式，可将例如树脂、粘合剂或环氧树脂的化合物应用于套管部28和接口部26之间的介面以形成合适的结合。套管部28和接口部26之间的介面可选择包含O形环、密封垫或其他弹性体材料。或者，该配件24也可由图5(a)至图5(b)所示的单块材料构成。
一些配件包含衬套30或夹头以啮合管道2的一个或多个波纹凹槽10。在图5(a)中，衬套30具有多个指部32，用以引导管道2并下压一个或多个波纹凹槽10从而形成密封34。
尽管本发明使用特殊用语描述了多个优选实施例，但此类描述仅为说明的目的，本领域的技术人员可在不背离本发明范围或精神下作各种改变与变化。
纳入以下内容作为参考
引用于此的所有专利、公开的专利申请和其他参考文献的全部内容通过参考其整体而明确地纳入本申请。