CN108413139A - 一种碳纤维真空管道 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维真空管道，其特征在于：包括管道骨架和将管道骨架包覆的管道蒙皮，管道蒙皮和管道骨架之间固定连接；其中管道蒙皮是由碳纤维复合材料经湿法缠绕而成的铺层，所述管道骨架为由钛合金材料制作而成的框架式管体结构；在管道内，靠近管道的圆形截面底部，设置与管道横截面垂直且沿管道轴向延伸的管道地板支撑结构；管道地板支撑结构的上表面和管道内壁均固定连接管道蒙皮。轻质高效，抗弯性能好，耐腐蚀，气密性和减振降噪性能好，在服役过程中更加安全可靠。

Description

一种碳纤维真空管道
技术领域
本发明属于真空管道运输领域，尤其涉及一种碳纤维真空管道。
背景技术
随着经济全球化和世界一体化格局的形成和快速发展，人们对于出行的便利性和物流的配送效率的要求越来越高，现有的交通运输方式已经难以适应全球化的需求。因此，为了适应全球化的需求，非常有必要探索一种新的交通运输模式。
真空管道运输是一个有前景的方向，它不仅能提高物流的配送效率，还能够解决交通拥堵、环境污染以及安全等交通相关问题，有效地提升人们出行的便利性。真空管道运输的基本设想是：将磁悬浮系统置于密闭的真空管道之中，由于没有空气阻力与机械阻力的制约，也不受气候条件影响，磁悬浮列车在管道中的运行速度可以达到飞机速度的数倍。
真空管道运输主要包括管道和磁悬浮列车两部分。德国、日本的磁悬浮列车技术早已成熟，因此，目前真空管道运输的主要研究对象是管道。真空管道用于交通运输领域主要涉及强度、抗弯性能和抗腐蚀性能，而传统的真空管道大多都是以金属材料或者混凝土材料为原材制作的管材，其材料性能无法满足真空管道运输系统的服役要求。且真空管道过长，质量就会过大，这就使得真空管道的加工、布置和安装变得非常困难，且容易引起强烈的振动，影响加工精度。因此，非常有必要探索一种强度更高、质量更轻的新材料，使真空管道能够在服役过程中安全可靠。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服传统真空管道质量大，抗弯性能和抗腐蚀性能差等不足，提供一种碳纤维真空管道，其轻质高效，抗弯性能好，耐腐蚀，气密性和减振降噪性能好，在服役过程中更加安全可靠。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种碳纤维真空管道，其特征在于：包括管道骨架和将管道骨架包覆的管道蒙皮，管道蒙皮和管道骨架之间固定连接；其中管道蒙皮是由碳纤维复合材料经湿法缠绕而成的铺层，所述管道骨架为由钛合金材料制作而成的框架式管体结构；在管道内，靠近管道的圆形截面底部，设置与管道横截面垂直且沿管道轴向延伸的管道地板支撑结构；管道地板支撑结构的上表面和管道内壁均固定连接管道蒙皮。
进一步的，管道蒙皮碳纤维复合材料的铺层角度采用±45°和0°，按-45°、0°、45°、0°的顺序反复铺设，且铺层角度关于碳纤维真空管道蒙皮的中性面对称。
进一步的，管道骨架的框架式管体结构主要包括位于管体两端的环形管体加强框、以及与两管体加强框之间轴向连接且沿管体周向间隔分布的若干管体轴向长梁，在筒体上沿筒体轴向间隔设置若干与管体加强框平行的环状管体隔框使得筒体面形成网状；管道地板支撑结构主要包括若干相互连接的管道地板支承梁和管道地板轴向长梁；在各管体加强框和各管体隔框的两个水平对称点上，均设置水平的管道地板支承梁，各管道地板支承梁之间通过若干间隔设置且轴向平行分布的管道地板轴向长梁连接形成网状水平面；各管道地板支承梁与各管道地板轴向长梁交点处均设置竖直方向的管道地板径向长梁，同一管道地板支承梁上的若干管道地板径向长梁相互平行构成竖向平面。
进一步的，多节管道首尾连接装配连接后在管道蒙皮表面涂覆纳米涂层，管道之间使用螺栓连接和胶接，在连接处安装密封圈，且在各机械连接开孔处和缝隙处涂覆密封胶。
进一步的，整个管道通过立式支架支撑在地面上。
进一步的，管道骨架的外壁网状筒体采用填充物填充，形成实体壁面，然后再固定蒙皮层，所述填充物材料采用丁基橡胶材料。
进一步的，管道蒙皮和管道骨架的连接方式是胶接和铆接，且用L形补偿连接片加固连接处。
进一步的，在各单个管道两端的环形管体加强框上，沿环形管体加强框圆周方向的端面均匀开设轴向孔，相邻的单个管道之间通过螺钉在轴向孔中实现对接，在各轴向孔处和缝隙处涂覆密封胶。
进一步的，密封圈为金属橡胶密封圈，且密封圈表面涂覆纳米涂层。
碳纤维复合材料因其比强度高、比刚度高、抗腐蚀性能优良和材料铺层可设计性等优点而成为改善产品性能的关键材料，被广泛应用于航空、航天、汽车等工程领域。与传统的真空管道相比，碳纤维真空管道具有轻质高效、抗弯性能好、减振降噪性能好、耐腐蚀和安全性能好等特点，特别适用于真空管道运输的工况。
由此，本发明的碳纤维蒙皮和钛合金骨架的创新结构组合，与传统的真空管道相比，其设计合理，结构简单，轻质高效，能够大幅度减轻真空管道的质量，降低运输难度，增强其强度，抗弯性能和耐腐蚀性能，且气密性和减振降噪性能好，在服役过程中安全可靠，特别适用于真空管道运输系统的工况。
附图说明
图1是根据本发明实施的一种碳纤维真空管道的示意图。
图2是一种碳纤维真空管道的骨架示意图。
图3是一种碳纤维真空管道的轴向地板骨架示意图。
图4是一种碳纤维真空管道的径向地板骨架示意图。
图5是一种碳纤维真空管道的地板骨架各长梁连接示意图。
图6是一种碳纤维真空管道的蒙皮与骨架的连接示意图。
图7是一种碳纤维真空管道的连接示意图。
图8是一种碳纤维真空管道的连接剖面示意图。
图中：1.管体加强框；1.1、管道外表面、1.2、真空管道地板；2、管体轴向长梁；3、管体隔框；4、管道地板轴向长梁；5、管道地板支承梁；6、管道地板径向长梁；7、第一L形补偿连接片；8、第一螺栓；9、第一螺钉；10、蒙皮；11、第二L形补偿连接片；12、铆钉；13、第二螺钉；14、第三螺钉；15、螺母；16、衬套；17、第二螺栓。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加明白清晰，以下结合实施例及附图对本发明做了进一步详细说明。
根据本发明实施的一种碳纤维真空管道，其结构如图1-8所示，碳纤维真空管道的管道外表面1.1中设置真空管道地板1.2,外表面1.1由蒙皮10构成，蒙皮10内部为管道骨架，蒙皮10和管道骨架之间固定连接。其中，所述蒙皮10使用碳纤维复合材料经缠绕而成，缠绕方式采用湿法缠绕，其成本低，且制造过程中纤维损伤少，广泛应用于各个领域。采用碳纤维复合材料制造蒙皮不仅可以显著降低管道重量，而且能使管道的减振降噪性能提高，且为增强真空管道的抗弯性能，在满足碳纤维复合材料铺层设计的一般原则下，碳纤维复合材料的采用[-45°/0°/45°/0°]的顺序反复铺设，其中，且铺层角度关于碳纤维真空管道蒙皮的中性面对称。该铺层设计在一定程度上增强了其抗弯性能，使碳纤维真空管道在服役过程中更加安全可靠。
管道骨架示意图如图2所示，包括管体加强框1、管体轴向长梁2、管体隔框3、管道地板轴向长梁4、管道地板支承梁5、管道地板径向长梁6。碳纤维真空管道的骨架地板轴向和径向骨架如图3和图4所示。其中，管体加强框1和管体轴向长梁2的连接、管体轴向长梁2和管体隔框3的连接均使用铆接技术；管道地板支承梁4与管体加强框1和管体隔框3的连接使用螺栓连接和胶接技术；管道地板支承梁4与管道地板轴向长梁5和管道地板径向长梁6的连接使用螺栓连接，并使用第一L形补偿连接片7通过第一螺栓8和第一螺钉9加固其连接，如图5所示。
蒙皮10和管体轴向长梁2的连接使用铆接技术和胶接技术，蒙皮10通过第三螺钉14铆接在管体轴向长梁2上。且在管体隔框3和蒙皮10之间使用第二L形补偿连接片11通过铆钉12和第二螺钉13加固连接，连接方式采用机械连接和胶接的混合技术，如图6所示。在碳纤维真空管道的骨架各部件的间隔空白处采用填充物填充，填充物材料采用丁基橡胶材料。其中，装配成型后在每个机械连接开孔处和缝隙处涂覆密封胶密封，且在管道表面涂覆纳米涂层材料，进一步保证其管道气密性。
碳纤维真空管道的连接示意图如图7所示，连接方式采用螺栓连接和胶接使首尾相接的两管道能在管体加强框1的外圆周面内实现对接。其中，在管体加强框1圆周方向上均匀分布螺纹孔，以使管体加强框1均匀受力，结构稳定可靠。管体加强框1螺栓连接的剖面示意图如图8所示，在其中一侧的管体加强框1相反圆周面设置衬套16，然后在螺纹孔中设置第二螺栓17，在衬套16外侧设置螺母15将两个管体加强框1的圆周面贴合固定。且两管道实现对接之后，在其连接处缝隙涂覆密封胶，安装密封圈。其中，密封圈为金属橡胶密封圈，且密封圈表面涂覆纳米涂层，进一步增加了管道连接处的气密性。
由此，整个真空管道通过立式支架支撑在地面上，支撑结构稳定可靠。
以上所述的具体实施例，对本发明专利的目的、技术方案和有益效果进行进一步说明，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，不至于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳纤维真空管道，其特征在于：包括管道骨架和将管道骨架包覆的管道蒙皮，管道蒙皮和管道骨架之间固定连接；其中管道蒙皮是由碳纤维复合材料经湿法缠绕而成的铺层，所述管道骨架为由钛合金材料制作而成的框架式管体结构；在管道内，靠近管道的圆形截面底部，设置与管道横截面垂直且沿管道轴向延伸的管道地板支撑结构；管道地板支撑结构的上表面和管道内壁均固定连接管道蒙皮。
2.根据权利要求1所述的碳纤维真空管道，其特征在于：管道蒙皮碳纤维复合材料的铺层角度采用±45°和0°，按-45°、0°、45°、0°的顺序反复铺设，且铺层角度关于碳纤维真空管道蒙皮的中性面对称。
3.根据权利要求1所述的碳纤维真空管道，其特征在于：管道骨架的框架式管体结构主要包括位于管体两端的环形管体加强框、以及与两管体加强框之间轴向连接且沿管体周向间隔分布的若干管体轴向长梁，在筒体上沿筒体轴向间隔设置若干与管体加强框平行的环状管体隔框使得筒体面形成网状；管道地板支撑结构主要包括若干相互连接的管道地板支承梁和管道地板轴向长梁；在各管体加强框和各管体隔框的两个水平对称点上，均设置水平的管道地板支承梁，各管道地板支承梁之间通过若干间隔设置且轴向平行分布的管道地板轴向长梁连接形成网状水平面；各管道地板支承梁与各管道地板轴向长梁交点处均设置竖直方向的管道地板径向长梁，同一管道地板支承梁上的若干管道地板径向长梁相互平行构成竖向平面。
4.根据权利要求1-3之一所述的碳纤维真空管道，其特征在于：多节管道首尾连接装配连接后在管道蒙皮表面涂覆纳米涂层，管道之间使用螺栓连接和胶接，在连接处安装密封圈，且在各机械连接开孔处和缝隙处涂覆密封胶。
5.根据权利要求1所述的碳纤维真空管道，其特征在于：整个管道通过立式支架支撑在地面上。
6.根据权利要求1-3之一所述的碳纤维真空管道，其特征在于：管道骨架的外壁网状筒体采用填充物填充，形成实体壁面，然后再固定蒙皮层，所述填充物材料采用丁基橡胶材料。
7.根据权利要求1-3之一所述的碳纤维真空管道，其特征在于：管道蒙皮和管道骨架的连接方式是胶接和铆接，且用L形补偿连接片加固连接处。
8.根据权利要求4所述的碳纤维真空管道，其特征在于：在各单个管道两端的环形管体加强框上，沿环形管体加强框圆周方向的端面均匀开设轴向孔，相邻的单个管道之间通过螺钉在轴向孔中实现对接，在各轴向孔处和缝隙处涂覆密封胶。
9.根据权利要求4所述的碳纤维真空管道，其特征在于：密封圈为金属橡胶密封圈，且密封圈表面涂覆纳米涂层。
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