CN101994880A - 双层管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双层管(1、1’)，具有纵轴(5)、内管(2)和外管(3)，在内、外管之间限定出封闭的充满气体的隔腔(7)，利用设置在双层管(1、1’)两相对端部的端部管接头(6)，外管(3)和内管(2)分别紧密连接其上，为了提出一种除了具有良好的隔热效果，抗拉、抗压强度也非常突出，适合地热领域使用的双层管，按照本发明规定，外管(3)和内管(2)均由纤维加强的合成材料制成，特别是由填入硬化的合成树脂内的缠绕的纤维制成，沿纵轴(5)方向观察在端部管接头(6)之间以及沿径向方向观察在所述隔腔(7)中至少设置一个支撑件(9)，其以传递力的方式不但支撑在内管的外表面，且还支撑在外管(3)的内侧面。

Description

双层管
技术领域
本发明涉及一种双层管，其具有纵轴、内管和外管，内、外管之间限定出封闭的充满气体的隔腔，利用设置在双层管的两相对端部的端部管接头，外管和内管分别紧密连接其上。内管和外管间的隔腔具有环形的横截面，譬如可以充入气体。通过在双层管的两端用端部管接头封闭隔腔，以此双层管具有一个仅相当于内管内径的通道横截面。
背景技术
上述类型的双层管为普遍公知的，其尤其是以好的隔热效果而著称，这归因于充满气体的隔腔。例如，双层管，也就是双壁管，可以用来输送热能以用于集中供暖，其中内管和外管间的环形隔腔充满泡沫以提高隔热效果。此外，双壁管也用于需要防止泄漏保障的地方。
而且，在再生地热回收过程中，传输介质的主管道的隔离功能发挥重要的作用，由于其对地热管的效果有很大影响。常规管，如PE管，其作为地热管设置深度达400m左右，因此其不是由隔热材料包覆，就是由膨润土悬浮物包围。
当然，最高拉力和压力对作为地热管使用的管有影响，尤其是在孔深达2500m时，其孔底部的外压达250帕(bar)。此外，大约50℃的温度差会在管上引起应力。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种双层管，其除了具有很好的隔热特性外，还具有突出的高抗拉、抗压强度，适宜于在地热领域应用。
上述技术问题可以通过所述双层管的下面技术方案得以解决，外管和内管均由纤维加强的合成材料制成，特别是由填入硬化的合成树脂内的缠绕的纤维制成，沿纵轴方向观察在端部管接头之间以及沿径向方向观察在所述隔腔中至少设置一个支撑件，其以传递力的方式不但支撑在内管的外表面，且还支撑在外管的内侧面。
纤维加强的合成材料具有高的抗断裂强度，且具有高的弹性和好的绝热性。此外，纤维加强的合成材料相比钢材更轻，且更能抵抗化学影响。因此，本发明的双壁管可承受很高的抗拉、抗压强度负荷，其隔热效果可得到相应优化。此外，可以使用诸如纤维、玻璃纤维或碳纤维等作为制造所述合成材料的纤维。
在内管和外管间至少设置一个支撑件，这进一步提高了长度可达6m的双层管的稳定性，尤其是该种双层管在工厂组装，其中内管与支撑件相粘结，随后将外管套装其上。内管和外管与两个端部管接头粘结后，最后可获得发明的双层管。
地热管中区分为两种结构。首先一种地热管的设置由两根管组成，它们相互平行布置，在钻孔的底部经连接件相连接。其中一个管用作引流管，也就是说，将待加热的流体输送到管道中，另一个管构成回流管，从中可获得被加热的流体。
在上述第二种结构形式中，将两个不同直径的管设置成，它们纵轴线重合，在两个管之间存在用作引流的环形腔。小一点的位于内部的管的内腔可用于回流。
上述所述的两种结构可由本发明的双层管得以实现，其中在第一种结构中，两个双层管仅仅需并排设置并在底部相连。第二种结构中，围绕构成内管的本发明的双层管设置较大直径的第二管，其中此处譬如使用单壁钢管。
为得到更大长度的本发明的双层管，需要考虑将至少两个外管部段和至少两个内管部段组装在一起，其中不仅相邻的外管部段，而且相邻的内管部段经同一中间管接头彼此相连，在所述中间管接头的两个相对的端部，密闭地连接所述内管部段和外管部段。简单地说，这意味着，前述的两个双层管相连，其中所述的两个双层管都不用端部管接头，此处两个双层管使用了一个连接用中间管接头。举例说，由于双层管的长度可达大约6m，因此经前面所述的连接可获得长度12m左右的双层管。长度12m左右的双层管还可以在施工现场不增加经费开支地实施以及现场操作。
有利地，端部管接头和/或中间管接头具有用于外管或内管的圆柱形支撑面和用于所述内管或外管中另一个管的圆锥形支撑面。圆锥形支撑面相比于圆柱支撑面有优势，由于零件粘结时在彼此插接时胶粘剂前移的程度与圆柱形支撑面不同，因此零件连接可做到更好。另一方面，双壁管的不利之处在于，在圆锥形支撑面上管接头既设置在是内管上也设置在外管上，因此存在双重配合的缺点，由此零件不能最优地连接在一起。对管接头的设置来说，圆锥支撑面和圆柱支撑面的结合保证了零件的较好粘结以及最优化配合。
进一步有利的是，所述外管的外表面与端部管接头的外表面在连接段和/或与中间管接头的外表面在中间段对齐，这是由于这种方式下组装在一起的双层管在其总长度上具有平整的外表面。该平整的外表面对于在土层或岩石中双层管的均匀铺设尤其重要，由此可避免在双层管上产生额外的点应力的危险。在将本发明的双层管针对所述第二种结构方式的地热管作为内管使用时，平齐的外表面对于在引流中获得均匀的液流非常重要。
此处优选，内管的内侧面与端部接头和/或中间管接头的内侧面对齐，这是由于这种方式保证了回流水的平稳流动。
根据本发明的一项扩展设计，内管相比于外管具有较大的轴向长度，并在两端轴向突出于外管的各端部，由此可以使中间管接头或端部管接头的套装更容易。
具有套筒段的端部管接头至少设计一个，内接管的内接段或其他双层管的内接段密封插入套筒段中，因此两个本发明的双层管可互相连接在一起形成更长的双层管。如此这样，本发明的双层管可装配成任意长度。
与此相关地，特别有益的是，两个相互连接的双层管之间形状封闭地相互连接，这可防止轴向分开。
本发明的一项扩展设计为，通过一柔性的锁紧条形成所述形状封闭的连接，该锁紧条通过位于端部管接头的套筒段上的导入口插入卡锁槽内，该卡锁槽位于套筒段和内接管的内接段或其他双层管的内接段之间，由环绕的相对置的槽限定在套筒段和内接段中。
为保证连接的密封性，可设有密封圈，该密封圈位于双层管的端部管接头的套筒段与其他双层管的端部管接头或内接管的内接段间的隔腔内，优选地该密封圈至少部分设置于套筒段和/或内接段的环槽中。
此处，用于所述密封圈的槽比用于锁紧条的槽设置得更靠近所述内接管的各对应的端面。关于本发明双层管的稳定性，优选的是，多个支撑件沿双层管的纵向等距离地分布设置，其中各支撑件与端部管接头和/或中间管接头之间具有具有微小的距离。
根据本发明一项优选的扩展设计，支撑件由纤维加强的合成材料制成，和/或分别具有一个在轴向方向上沿支撑件整个横截面延伸的槽，由此支撑件在径向上可扩展，并可夹紧在内管上。
若沿轴向方向观察，支撑件的两端在支撑件的端面和外表面之间具有倒角和/或倒圆角的过渡区域，由此而言更便于装配双层管，可使外管更轻松地相对于支撑件移动。虽然此处支撑件仅须在一侧具有倒角，但是此处需要注意，周围需要在内管上粘贴支撑环。
涉及双层管的强度问题，最终优选的是，内管和/或外管包括沿轴向方向延伸的且基本上沿内管和/或外管的轴向全长延伸的纤维，另外具有螺旋形卷绕的与垂直于纵轴线定向的平面呈最大3°角的纤维，其中平行延伸的纤维被螺旋形卷绕的纤维环绕和/或翻转。由此实现了双层管轴向和径向强度的分配，更确切地说是分离，其中，沿双层管轴向方向延伸的纤维承受拉力，螺旋形卷绕的纤维承受压力。
附图说明
下面将结合附图中描述的具体实施例对本发明进行进一步说明。如下：
图1是本发明双层管的纵截面图；
图2是内接管部位两个已连接的双层管的纵截面图；
图3是图2所示入口的俯视图；
图4是图2所示内接管的纵截面图；以及
图5是中间管接头的纵截面图。
具体实施方式
图1沿纵截面示出了由玻璃纤维加强的合成材料制成的具有内管2和外管3的本发明双层管1，其中出于空间限制而仅仅示出了一个双层管1的端部4。内管2和外管3彼此轴向设置，因此它们的轴线5重合。在它们两个相对置的端部，其中仅示出了一个端部4，双层管1各设有端部管接头6，内管2和外管3都密封地连接其上。在内管2和外管3之间存在封闭的隔腔7，隔腔7的横截面为圆环形，充满空气。由此，隔腔7得到封闭，本发明的双层管1具有一个相当于内管2的内直径的通道横截面8，该内直径在此情况下大约为50mm。
在隔腔7内以大约400mm间距设置由玻璃纤维加强的合成材料制成的支撑环10形式的支撑件9，其沿径向方向完全填满隔腔7且与内管2的外表面相粘贴。此处支撑环10开有槽，可弯曲以夹紧到内管2上。双层管1可如下进行制造，首先将支撑环10粘贴在内管2上应该粘贴的位置。其次将外管3在支撑环10上推移，最后在支撑环10的面向外管的棱边各设置倒角的过渡区域11。由此使外管3的移动更容易，其中支撑环10的两侧都具有倒角，因此在夹紧到内管上时不需要考虑，如何必须要围绕支撑环10夹固。环绕支撑环10的使用是可能的，这是因为隔腔7不必用于供应水。
端部管接头6具有一突出部12，端部管接头6利用突出部12插入介于内管2和外管3之间的隔腔7内，其中突出部12完全填满隔腔7，且分别与外管3的内侧面和内管2的外表面粘贴。此外，内管2轴向长度比外管3大，并突出于外管3的端部。内管2的端部具有圆锥形延伸的外表面13，为端部管接头6的移动提供了导向作用，另一方面，端部管接头6具有与内管3的外表面相一致的圆锥形支撑面14。与此相反，外管3具有连续的圆柱形横截面，其中外管的内侧面与端部管接头6的完全相同设计的圆柱形支撑面15相粘贴。
端部管接头6在已装配好的状态下以面朝外管的端面16支靠到外管3上，而在内管2的端面17与端部管接头6的面朝该端面17的端面18之间留出一个自由空间19。这样就避免了两个管2、3与端部管接头6之间的双重配合。
外管3和内管2分别与端部管接头6相粘结的长度称为管3、2的连接段20、21。
端部管接头6的外表面与外管2的外表面平齐，因此本发明的双层管1具有平整的外表面。
在背对管2、3的一侧，端部管接头6具有用于容纳内接管24的内接段23的套筒段22，如图2所示，其中图2示出了根据本发明的两个互相连接的双层管1。所述两个双层管1在彼此相对的端部各设有端部管接头6，在它们的套筒段22内各置入所述内接管24的一半，其中内接管24的内表面与邻接的端部管接头6以及内管2的内表面对齐地延伸。
在内接管24的外表面上，内接管24在两端各设有环槽25，其内各设有用于密封的O形圈26，该O形圈26贴靠在套筒段22的从属的内表面。内接管24在O形圈26的两个槽25附近各具有另外一个环槽27，该环槽27分别与端部管接头上的相对置的环槽28一起构成用于容纳柔性的由合成材料制成的锁紧条30的卡锁槽29。为装入所述锁紧条30，由图3俯视图可见，端部管接头6分别设有导入口31。
图4示出了通过所述内接管24剖开示出的纵剖面图，在内接管24的外表面上具有不同槽25、27。用于O形圈26的槽25深度大于用作锁紧条30的半槽的槽27，这表明，槽25的槽底32相对于槽27的槽底33更接近于内接管24的内表面。
图5示出了中间管接头34的纵剖面图，该中间管接头34将两个外管部段35和两个内管部段36相互连接在一起，其中，各外管部段35与内管部段36组装在一起作为双壁管，这与图1和图2所示的结构相似。
中间管接头34制造为不但关于纵轴线对称，而且关于横轴对称，中间管接头34在其两端分别以突出部37伸入到两个双壁管的隔腔之内，其中中间管接头34的分别与双壁管贴靠的区域与端部管接头6设计得结构相同。
中间管接头34的外表面与外管3的外表面平齐，中间管接头34的内侧面与内管2的内侧面平齐，因此由管部段组装在一起的管1’不但具有平整的外表面，而且具有平整的内侧面。中间管接头34介于外管端面之间的区域，此处可以理解为中间段38。

Claims (15)

1.一种双层管(1、1’)，具有纵轴(5)、内管(2)和外管(3)，在内、外管之间限定出封闭的充满气体的隔腔(7)，利用设置在双层管(1、1’)两相对端部的端部管接头(6)，外管(3)和内管(2)分别紧密连接其上，其特征在于，外管(3)和内管(2)均由纤维加强的合成材料制成，特别是由填入硬化的合成树脂内的缠绕的纤维制成，沿纵轴(5)方向观察在端部管接头(6)之间以及沿径向方向观察在所述隔腔(7)中至少设置一个支撑件(9)，其以传递力的方式不但支撑在内管的外表面，且还支撑在外管(3)的内侧面。
2.根据权利要求1所述的双层管(1’)，其特征在于，所述外管(3)由至少两个外管部段(35)组合而成，所述内管(2)由至少两个内管部段(36)组合成成，其中不仅相邻的外管部段(35)而且相邻的内管部段(36)均经同一中间管接头(36)彼此相连，所述内管部段(36)和外管部段(35)分别密闭地连接在所述中间管接头的两个相对置的端部。
3.根据权利要求1或2所述的双层管，其特征在于，端部管接头(6)和/或中间管接头(34)具有用于外管(3)或内管(2)的圆柱形支撑面(15)和用于所述内管(2)或外管(3)中另一个管的圆锥形支撑面(14)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双层管，其特征在于，所述外管(3)的外表面与端部管接头(6)的外表面在连接段(20)和/或与中间管接头(34)的外表面在中间段(38)对齐。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的双层管，其特征在于，所述内管(2)的内侧面与端部接头(6)和/或中间管接头(34)的内侧面对齐。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的双层管，其特征在于，所述内管(2)相比于外管(3)具有较大的轴向长度，并在两端沿轴向突出于外管(3)的各端部。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的双层管，其特征在于，至少设有一个具有套筒段(22)的端部管接头(6)，内接管(24)的内接段(23)或其他双层管(1)的内接段密封地插入所述套筒段中。
8.根据权利要求7所述的双层管，其特征在于，两个相互连接的双层管(1)形状封闭地相互连接成，可防止轴向分开。
9.根据权利要求8所述的双层管，其特征在于，通过柔性是锁紧条(30)形成形状封闭的连接，该锁紧条通过位于端部管接头(6)的套筒段(22)上的导入口(31)插入卡锁槽(29)内，该卡锁槽(29)位于所述套筒段(22)和内接管(24)的内接段(23)或其他双层管(1)的内接段之间，由环绕的相对置的槽(27、28)限定在套筒段(22)和内接段(23)中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的双层管，其特征在于，所述双层管具有密封圈，该密封圈位于双层管(1)的端部管接头(6)的套筒段(22)与其他双层管的端部管接头或内接管(24)的内接段(23)之间的隔腔内，优选地该密封圈至少部分设置于套筒段和/或内接段(23)的环槽(25)中。
11.根据权利要求9或10所述的双层管，其特征在于，用于所述密封圈的槽(25)比用于锁紧条的槽(27)设置得更靠近所述内接管(24)的各对应的端面。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的双层管，其特征在于，多个支撑件(9)沿双层管(1、1’)的纵向等距离地分布设置，其中各支撑件(9)与端部管接头(6)和/或中间管接头(34)之间具有具有微小的距离。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的双层管，其特征在于，支撑件(9)由纤维加强的合成材料制成，和/或分别具有一个在轴向方向上沿支撑件(9)整个横截面延伸的槽，由此支撑件在径向上可扩展，并可夹紧在内管上。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的双层管，其特征在于，由轴向方向观察，支撑件(9)的两端在支撑件(9)的端面和外表面之间具有倒角和/或倒圆角的过渡区域(11)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的双层管，其特征在于，内管(2)和/或外管(3)包括沿轴向方向延伸的且基本上沿内管(2)和/或外管(3)的轴线全长延伸的纤维，另外具有螺旋形卷绕的与垂直于纵轴线定向的平面呈最大3°角的纤维，其中平行延伸的纤维被螺旋形卷绕的纤维环绕和/或翻转。
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