CN105221860A - 一种工业用伸缩波纹管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业用软管，特别是一种伸缩波纹管及其制作方法，包括：异形弹簧，位于伸缩波纹管内部；至少一个内层，包覆在异形弹簧外侧；纤维加强层，包覆在内层外侧；至少一个外层，包覆在纤维加强层外侧；所述的伸缩波纹管两端带有连接件，且连接部分的外侧具有固定件。本发明在现有技术的基础上增加了纤维加强层，提高伸缩波纹管承压能力、耐疲劳性，可以有效避免伸缩波纹管与内部其他结构的摩擦接触，从而达到承载管壁外部向内高压的作用；伸缩波纹管两端的连接件内部带有螺纹，并于异形弹簧配合，使伸缩波纹管与连接件紧密连接，通过固定件实现了内外四种不同材料的组合，达成密封结构的一体工业管。

Description

一种工业用伸缩波纹管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种工业用软管，特别是一种工业用伸缩波纹管及其制作方法，尤其适用于油田、深水等软管须密封且外部承载高压液体或特殊气体、内部容易磨损的工业领域。

背景技术

户外工业作业中，为避免由于作业环境的变化导致户外管体的震动，通常会将户外作业的管体设计为可发生轻度形变的工业软管，使之能够适应如液态或气态等环境的波动。这种工业软管一般设计为长度上可发生轻微上下伸缩，横向可弯转变形的状态。但是，现有技术中，橡胶或塑料制成的软管，抗外压承受能力有限，在外压力作用下容易发生变形。由于这种工业软管尤其适用于油田、深水等液态或气态作业环境，管体外部长期受到外部施加的向内压力，使工业软管长期与内部管芯等结构发生摩擦，容易导致管体磨损，以致发生气液泄漏。

现有的常见单向压力管如消防管，由内向外受到水的压力；而常见的双向压力管主要有以下3种：

平管：管内壁和外壁均为平滑结构，管壁薄厚、软硬分布均匀；

双面波纹管：管内壁和外壁均为波纹状，但管壁薄厚差异少、软硬几乎一致，且不能伸缩；

内平外有波纹的管：管内壁为平滑结构外壁为波纹状，管壁薄厚有明显差异，但软硬度一致，且不能伸缩。

以上管体结构虽然能用于承受管体内外压力，但不能伸缩，因而均不适用于既需要承受外部液体压力保持密封状态，又能够伸缩移动的工作要求。

现有技术中常用的抗外压软管主要有两种结构，一种是在管体内部分散设计纤维丝，通过纤维丝的方式加强软管抗压能力，并通过多层橡胶缠绕实现软管密封，如申请号为03147607.4的中国发明专利公开的“软管”，即为一种两层橡胶层中间为补强丝层的软管。这种软管有一定的抗压性和较好的密封性，但收到材料的限制只能制作成外表面为平面的软管，能够弯转，但不能伸缩，在波动大的外部环境下易损坏。

另一种抗外压软管设计为波状结构，如申请号为200920317454.6号的中国实用新型专利公开了一种“新型高压塑料弹簧管”，该新型高压塑料弹簧管是在塑料弹簧伸缩管的两端设置连接套，并在塑料弹簧伸缩管两端的连接套上分别连接下连接密封结构、上连接密封结构构成，塑料弹簧复合管为在塑料管的内层衬钢丝弹簧形成。

这种波纹状软管虽然能较好的适应波动环境，但是由于该塑料管依然是依靠橡胶或软塑材料承受压力，抗压能力有限，依然无法克服软管易磨损的问题。

另外，软管的密封性对使用效果有很大影响，200920317454.6号实用新型专利中上、下连接密封结构与塑料管的连接方式不牢固，密封效果差。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以有效承受外部压力、防止管体内部与管内装置摩擦损坏的伸缩波纹管，同时给出该伸缩波纹管的制作方法。

本发明实施例一提供了一种伸缩波纹管，可以有效承受管体外部压力、防止管体磨损。本发明实施例一通过下述技术方案得以实现：

一种工业用伸缩波纹管，包括：一异形弹簧，位于伸缩波纹管内部；至少一个内层，包覆在异形弹簧外侧；一纤维加强层，包覆在内层外侧；至少一个外层，包覆在纤维加强层外侧；所述的伸缩波纹管两端连接有连接件，所述连接件带有螺纹，且螺纹与异形弹簧适配，异形弹簧的端头旋入螺纹；所述的伸缩波纹管与连接件连接处注射有环状的固定件。固定件为注射成型，即注塑。

异形弹簧起到支撑管体结构，并使管体能够伸缩的作用，同时将弹簧设计为与常用的截面为圆形的弹簧不同，本发明中的弹簧采用弹簧轴向截面为近似矩形的结构，从而加强弹簧的抗压能力，防止在受压状态下弹簧变形。

内层和外层优选为橡胶或软塑性材料，能够伸缩的同时，均起到密封作用。纤维加强层为密集缠绕编织的纤维层，作为主承压层，纤维加强层的材料本身不具有明显伸缩性，但由于采用缠绕编织的结构，在伸缩波纹管轴向方向上，纤维加强层也能够实现适度伸缩，且本发明的伸缩波纹管伸缩比率可达到2倍或更大比率，弹簧螺距越大，伸缩比率也越大。

伸缩波纹管与连接件要求连接紧密且密封性好，异形弹簧本身结构稳固，通过连接件的螺纹连接异形弹簧的设计简单且抗压性强；同时，热塑性材料注塑形成的固定座将伸缩波纹管的异形弹簧、内层、纤维加强层、外层以及连接件连接为一体，实现优良的密封性。

进一步的，所述的纤维加强层为波纹状结构，且越到波峰时纤维结构越稀疏，越到波谷时纤维结构越紧密。波纹状编织缠绕结构，使纤维加强层能够伸缩的同时，波谷处结构更为紧密，抗压性以及抗磨损能力更强。

进一步的，所述的异形弹簧为相对于弹簧径向宽、轴向窄的矩形或椭圆形结构。径向宽、轴向窄的异形弹簧件相对于普通的截面为圆形的弹簧结构具有更好的抗外压能力，不宜发生变形。异形弹簧的材料横截面设计为内外边为弧形或四角为圆角。异形弹簧的外表面接触的是易磨损的内层，外表面设计为没有棱角的结构有利于防止内层磨损。

进一步的，所述固定件为热塑性材料，固定件同时将异形弹簧、内层、纤维加强层、外层以及连接件连接为一体。

进一步的，所述的内层和/或外层为波纹状结构。所述的内层和/外层为橡胶或软塑料材料。所述异形弹簧材料为钢。钢材弹簧与橡胶或软塑料材料的内层或外层之间形成厚度和软硬度的明显差异，即，使伸缩波纹管管壁的不同位置之间存在悬殊的厚薄差异和软硬差异。

本发明另一实施例提供了一种伸缩波纹管的制作方法，制成的伸缩波纹管可以有效承受内外压力、防止管体磨损。本发明实施例二通过下述步骤得以实现：

(1)将金属材料制成扁金属条；

(2)将扁金属条缠绕成异形弹簧；

(3)通过拉伸或缠绕的方式，在异形弹簧外表面包覆波纹状内层；

(4)通过缠绕或编织的方式，在内层外表面包覆纤维加强层；

(5)通过拉伸或缠绕的方式，在纤维加强层外表面包覆外层，制成伸缩波纹管；

(6)在伸缩波纹管的两端分别连接一个连接件；

(7)连接件与伸缩波纹管两端的连接处注射形成固定件；固定件同时将异形弹簧、内层、纤维加强层、外层以及连接件连接为一体。

进一步的，步骤(3)还包括以下步骤：

a.纤维加强层越到波峰I时纤维结构越稀疏；

b.纤维加强层越到波谷II时纤维结构越紧密。

进一步的，步骤(6)中的连接方法为：在连接件上设置能够匹配异形弹簧的螺纹，螺纹旋接异形弹簧两端头内。

本发明的有益效果是：

1.本发明在波纹管现有技术的基础上增加了纤维加强层，管壁薄厚差异大，软硬程度悬殊，使伸缩波纹管既能实现伸缩，也能承受高外压，耐疲劳性提高，可以有效避免伸缩波纹管与内部其他结构的摩擦接触，延长使用寿命。

2.伸缩波纹管内外均为波纹状，能够伸缩，伸缩比率可达到2倍以上，包括2倍。

3.伸缩波纹管两端的连接件通过螺纹直接旋接在伸缩波纹管的异形弹簧上，连接紧密，不易松脱。

4.在连接件与伸缩波纹管的连接处设计固定件，加强密封性。

综上，本发明既改变了以往石油直接接触抽油杆而受到污蚀的情况；也提供了弹性管随油杆拉伸压缩并能自由相对运动，释放了盘径与抽油杆的摩擦力，节省电能；同时很好的起到密封作用，有效阻止石油和天然气的外泄，达到保护环境的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一外部结构示意图；

图2为本发明实施例一剖面结构示意图；

图3为图2的I处局部放大结构示意图；

图4为本发明实施例二制作方法流程示意图。

其中：1-伸缩波纹管、11-外层、12-纤维增强层、13-内层、14-异形弹簧、2-母头连接件、21-母头卡口、22-母头螺纹、3-母头固定件、4-公头连接件、41-公头卡口、42-公头螺纹、5-公头固定件、I-波峰、II-波谷、c-开口。

具体实施方式

实施例一：

本实施例伸缩波纹管1的结构如图1、图2、图3所示，伸缩波纹管1包括4层结构，根据实际需要也可以设计为更多层，本实施例为综合制作成本和防磨损效果给出的优选实施例。

其中，最内部为螺旋状异形弹簧14，并由异形弹簧14起到支撑其他层结构的作用。这里的异形弹簧应属于一种压缩弹簧，但其材料截面与一般弹簧不同，而称之为异形弹簧。为使异形弹簧14结构更为稳定，不至于在外部压力下变形，本实施例将异形弹簧14设计为扁钢绕制成的金属异形弹簧，即异形弹簧14的截面为径向宽、轴向窄的矩形或椭圆形结构；异形弹簧14的截面设计为四角是圆角，从而防止异形弹簧14出现棱角，磨损异形弹簧14的外层结构，尤其是贴紧异形弹簧14的内层13。

所述的内层13包覆并紧贴在异形弹簧14外部，内层13为波纹状结构，材料优选为橡胶或软塑料。内层13为密封结构，起到隔绝伸缩波纹管1管体内外的作用。

内层13外侧紧密包覆着纤维加强层12，纤维加强层12采用无伸缩性或伸缩性极小纤维材料，交叉缠绕或编织而成。纤维加强层12的整体结构为波纹形，具体结构为纤维加强层12越到波峰I时纤维结构越稀疏，越到波谷II时纤维结构越紧密。这样的结构和材料使纤维加强层12形成稳定的波纹结构，波峰I受到内部异形弹簧14的支撑，不能发生形变；波谷II纤维紧密，也不易向内或向外发生形变；且纤维材料韧性更强，不易破损，以此实现稳定伸缩波纹管1的结构、防止磨损的作用。

纤维加强层12的外侧包覆有外层11，外层11结构与内层13相同，也设计为波纹状结构。外层11材料优选为橡胶或软塑料，形成密封结构，同样起到隔绝伸缩波纹管1管体内外的作用。

内层13和外层11将置于其间的纤维增强层12与伸缩波纹管1内外介质完全隔离，避免纤维增强层12被介质浸染，品性发生变化。根据实际生产中的需要，伸缩波纹管1也可以设计多个内层13或多个外层11，但不改变内层13或外层11在技术方案中起到的作用；在材料优选的情况下，本发明的技术方案设计一个内层13以及一个外层11即可。

伸缩波纹管1的两端还设计有连接件。本实施例中，伸缩波纹管1的一端连接有母头连接件2，母头连接件2上设计有能够与异形弹簧14相匹配的母头螺纹22，母头螺纹22与异形弹簧14旋接，从而将母头连接件2连接在伸缩波纹管1上。母头连接件2上还设计有母头卡口21，一个母头固定件3紧密注塑在母头连接件2与伸缩波纹管1的连接处，并包覆母头卡口21，从而将伸缩波纹管1与连接件连接处密封。

本实施例中，伸缩波纹管1的另一端连接有公头连接件4，公头连接件4上设计有能够与异形弹簧14相匹配的公头螺纹42，公头螺纹42与异形弹簧14旋接，从而将公头连接件4连接在伸缩波纹管1上。公头连接件4上还设计有公头卡口41，另一个公头固定件5紧密注塑在公头连接件4与伸缩波纹管1的连接处，并包覆公头卡口41，从而将伸缩波纹管1与连接件连接处密封。

本实施例中的固定件——母头固定件3和公头固定件5均为橡胶材料。

本实施例给出的是一个优选的实施例，伸缩波纹管1一端为公头，一端为母头，则不同的伸缩波纹管之间可以实现相互连接。根据实际需要也可以将伸缩波纹管1的连接件设计为其他结构，例如连接两个公头或两个母头等，这种本领域技术人员根据实际需要作出的改变属于对本发明的变形，均在本发明保护范围内。

实施例二：

如图4所示，本发明实施二给出了一种伸缩波纹管的制作方法，具体步骤如下：

(1)将钢材制成扁钢条；

(2)将扁钢条缠绕成异形弹簧14；

(3)通过拉伸或缠绕的方式，在异形弹簧14外表面包覆波纹状内层13；

(4)通过缠绕或编织的方式，在内层13外表面包覆纤维加强层12；

(5)通过拉伸或缠绕的方式，在纤维加强层12外表面包覆外层11，制成伸缩波纹管1；

(6)在伸缩波纹管1的两端设置连接件；

(7)连接件与伸缩波纹管1两端的连接处分别注射形成母头固定件3和公头固定件5；母头固定件3同时将异形弹簧14、内层13、纤维加强层12、外层11的一端以及母头连接件2连接为一体；公头固定件5同时将异形弹簧14、内层13、纤维加强层12、外层11的另一端以及公头连接件4连接为一体。

其中，步骤(1)中，扁钢条的两个窄边均为弧形；步骤(2)中，扁钢条缠绕成的异形弹簧14，截面为径向尺寸大于轴向尺寸的矩形或椭圆形结构。

步骤(3)中，在内层13外表面包覆纤维加强层12的具体方法为：

I.纤维加强层12越到波峰I时纤维结构越稀疏；

II.纤维加强层12越到波谷II时纤维结构越紧密。

所述的纤维加强层12采用无伸缩性或伸缩性极小纤维材料。所述的内层13和/或外层11采用橡胶或软塑料制成。

连接件可以是公头连接件4或母头连接件2，具体的连接方式为：

在连接件上设置能够匹配异形弹簧14的螺纹，螺纹旋接异形弹簧14端头。

另外，连接件的螺纹旋接异形弹簧14时，在螺纹末端位置设计一个开口c，当异形弹簧14与螺纹螺紧时，异形弹簧14的末端插入开口c中，进一步加强连接件与伸缩波纹管1的紧密度。

本发明的有益效果是：本发明在内层13以及外层11之间设计结构紧密的纤维增强层12，用以在异形弹簧14的基础上进一步支撑内层13和外层11，使伸缩波纹管1整体上更不容易在外力作用下变形，内层材料在运动过程中避免与内部结构接触摩擦。尤其是本发明将纤维增强层12的波谷II处设计为更加紧密的结构，使伸缩波纹管1无论在由外向内的力的作用下均不易变形，结构简单且能有效避免磨损，增加伸缩波纹管的使用寿命。

以上对本发明所提供的一种伸缩波纹管及其制作方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种工业用伸缩波纹管(1)，其特征在于，包括：

一异形弹簧(14)，位于伸缩波纹管(1)内部；

至少一个内层(13)，包覆在异形弹簧(14)外侧；

一纤维加强层(12)，包覆在内层(13)外侧；

至少一个外层(11)，包覆在纤维加强层(12)外侧；

所述的伸缩波纹管(1)两端旋有连接件(2、4)，所述连接件(2、4)带有螺纹(22、42)，且螺纹与异形弹簧(14)适配，异形弹簧(14)的端头旋入螺纹(22、42)；

所述的伸缩波纹管(1)与连接件(2、4)的连接处注射有环状的固定件(3、5)。

2.根据权利要求1所述的伸缩波纹管(1)，其特征在于，所述的纤维加强层(12)为波纹状结构，且越到波峰(I)时纤维结构越稀疏，越到波谷(II)时纤维结构越紧密。

3.根据权利要求1所述的伸缩波纹管(1)，其特征在于，所述的异形弹簧(14)为相对于弹簧径向宽、轴向窄的矩形结构。

4.根据权利要求1所述的伸缩波纹管(1)，其特征在于，所述的固定件(3、5)为热塑性材料，由固定件(3、5)将异形弹簧(14)、内层(13)、纤维加强层(12)、外层(11)以及连接件(2、4)合为一体。

5.根据权利要求1所述的伸缩波纹管(1)，其特征在于，所述的内层(13)和/或外层(11)为波纹状结构。

6.根据权利要求1所述的伸缩波纹管(1)，其特征在于，所述的内层(13)和/外层(11)为橡胶或软塑料材料。

7.根据权利要求1-6任一所述的伸缩波纹管(1)，其特征在于，所述异形弹簧(14)材料为钢，所述连接件(2、4)为金属件；使伸缩波纹管(1)管壁的不同位置之间存在悬殊的厚薄差异和软硬差异。

8.一种伸缩波纹管(1)的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将金属材料制成截面为矩形的线条；

(2)将矩形线条缠绕成径向窄、轴向宽的异形弹簧(14)；

(3)通过缠绕的方式，在异形弹簧(14)外表面包覆波纹状内层(13)；

(4)通过缠绕编织的方式，在内层(13)外表面包覆纤维加强层(12)；

(5)通过拉伸或缠绕的方式，在纤维加强层(12)外表面包覆外层(11)，制成伸缩波纹管(1)；

(6)在伸缩波纹管(1)的两端分别连接一个连接件；

(7)连接件旋入伸缩波纹管(1)两端的连接部位注射形成固定件(3、5)；固定件(3、5)将异形弹簧(14)、内层(13)、纤维加强层(12)、外层(11)以及连接件(2、4)合为一体。

9.根据权利要求8所述的伸缩波纹管(1)的制作方法，其特征在于，步骤(4)还包括以下步骤：

纤维加强层(12)越到波峰(I)时纤维结构越稀疏；

纤维加强层(12)越到波谷(II)时纤维结构越紧密。

10.根据权利要求8所述的伸缩波纹管(1)的制作方法，其特征在于，步骤(6)中的连接方法为：在连接件(2、4)上设置能够匹配异形弹簧(14)的螺纹，螺纹旋入异形弹簧(14)的两端头内壁。