CN117781049A - 一种适用于低温介质输送的复合软管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于低温介质输送的复合软管及其制备方法，通过内钢丝缠绕在芯棒上并在锁固约束后提供向外的弹性预张力，再分别呈角度依次缠绕编织物和薄膜材质，以形成两个不同的结构层，通过外钢丝相对内钢丝错位设置的缠绕在外层的结构层上，对应提供给结构层向内的塑形约束力，且内钢丝呈第一螺距等间距设置，外钢丝呈第二螺距等间距设置，从而产生更为稳定的夹持，确保各个结构层之间的紧密联系；且通过第一角度缠绕编织物形成抗拉结构层，通过第二角度缠绕薄膜材质形成密封结构层，且第一角度和第二角度与芯棒呈夹角设置，可以有效减少编织物和薄膜材质的用量，降低管身的重量，且保持管内的结构层受力均匀稳定，爆破压力恒定、可控。

Description

一种适用于低温介质输送的复合软管及其制备方法

技术领域

本发明涉及管件技术领域，具体而言，涉及一种适用于低温介质输送的复合软管及其制备方法。

背景技术

低温介质例如是低温液体，是指温度低于常温(25℃)的液体,通常指的是LPG、LNG、液氮、液氧、液氩、液氢、液氦等。这些液体在自然界中并不常见,但在现代科技中有着广泛的应用。

在全球节能减排的大背景下，基于船舶传输、加注系统及路面加注系统对于复合软管的需求，针对低温介质输送的管道中，在综合介质特性、应用的评估后，现阶段的复合软管的产品指标，例如密封性能、结构性能等方面，仍存在明显的劣势，难以满足管道对低温液体的输送要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于低温介质输送的复合软管及其制备方法，以解决上述问题。

本发明采用了如下方案：

本申请提供了一种复合软管的制备方法，用于制作出适于输送低温介质的复合软管，包括如下步骤：

S1：将内钢丝以第一螺距等间距的缠绕在芯棒上，在锁固约束后以提供向外的弹性预张力；

S2：通过编织物对应以第一角度缠绕在内钢丝上，在预设宽幅和指定搭接率的基础上对应形成抗拉结构层；

S3：通过薄膜材质对应以第二角度缠绕在抗拉结构层上，在缠绕至偶数层级后搭接形成密封结构层；

S4：将外钢丝以第二螺距等间距的缠绕在密封结构层上，并与内钢丝相互错位设置，以提供向内的塑性约束力；

S5：在抗拉结构层形成与内钢丝相配合的内接触表层，在密封结构层形成与外钢丝相配合的外表层，对应由钢丝夹持结构层得到复合软管的管身；

S6：在管身的两端安装有接头，以此获得整个的复合软管。

作为进一步改进，在步骤S1中，还包括：

选用线径为2mm至6mm的内钢丝，以及第一螺距限定在12mm至24mm，对应将内钢丝缠绕呈内金属骨架。

作为进一步改进，所述内金属骨架的抗拉强度为900MPa至950MPa，通过缠绕力矩设置后用抱箍锁附固定内钢丝的首尾端后，使其具备有10%至15%的向外张力。

作为进一步改进，在步骤S2中，还包括：

选用芳纶或高分子量聚乙烯的编织物，编织物与芯棒所形成的第一角度大于65°，缠绕搭接后的厚度为0.3mm至0.75mm。

作为进一步改进，所述预设宽幅定义为编织物的有效宽度，且所述有效宽度小于管身长度；所述指定搭接率定义为编织物在搭接处的重叠长度与总长度的比例，且所述指定搭接率为45%至50%。

作为进一步改进，在步骤S3中，还包括：

选用聚酰亚胺或高分子量聚乙烯的薄膜材质，薄膜材质与芯棒所形成的第二角度大于65°，缠绕搭接后的厚度为0.03mm至0.1mm。

作为进一步改进，在步骤S4中，还包括：

选用线径为2mm至6mm的外钢丝，以及第二螺距限定在12mm至24mm，对应将外钢丝缠绕呈外金属骨架。

作为进一步改进，所述外金属骨架的抗拉强度为800MPa至850MPa，通过预制塑形变形使得外金属骨架形成向内的约束作用至密封结构层，以实施稳定夹持。

本申请另提供一种适用于低温介质输送的复合软管，包括如上述的复合软管的制备方法所制备的管身、以及配置在管身端部的接头；所述管身包括自内向外设置的内钢丝、抗拉结构层、密封结构层、以及外钢丝；在抗拉结构层的内侧面设有内接触表层，在密封结构层的外侧面设有外表层。

作为进一步改进，所述接头包括内螺管、焊接在内螺管外的外钢圈、以及配置在内螺管端部的法兰件；所述内螺管的外圈与内接触表面及内钢丝相贴合，所述外钢圈的内圈与外表层及外钢丝相贴合；所述外圈层内设置有一密封圈。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

1、本申请的复合软管的制备方法，通过内钢丝缠绕在芯棒上并在锁固约束后可以提供向外的弹性预张力，再分别呈角度依次缠绕编织物和薄膜材质，以形成两个不同的结构层，最后通过外钢丝相对内钢丝错位设置的缠绕在外层的结构层上，对应提供给结构层向内的塑形约束力，且内钢丝呈第一螺距等间距设置，外钢丝呈第二螺距等间距设置，从而产生更为稳定的夹持，确保各个结构层之间的紧密联系。

2、缠绕编织物形成抗拉结构层，用于吸收抵消掉内钢丝的向外张力，缠绕的薄膜材质形成密封结构层，以通过表面张力与抗拉结构层相缠绕贴合，且密封结构层具体是缠绕至偶数层级后进行搭接，增长了渗透路径从而显著提升整体的密封性能，从而，抗拉结构层通过摩擦力和整体连续的均匀度控制达成力学性能需求，密封结构层的薄膜材质通过平整的工艺设定形成表面张力，并通过渗透路径的最大化工艺设定以搭接率及面积的方式在工艺中实现达成良好的密封性能，实现了抗拉结构层和密封结构层的有效协作配合，使软管具备更为优异的抗拉性能和密封性能。

3、通过第一角度缠绕编织物形成抗拉结构层，通过第二角度缠绕薄膜材质形成密封结构层，且第一角度和第二角度与芯棒呈夹角设置，可以有效减少编织物和薄膜材质的用量，降低管身的重量，且保持管内的结构层受力均匀稳定，爆破压力恒定、可控。

附图说明

图1是本发明实施例的复合软管的制备方法的流程框图；

图2是本发明实施例的适用于低温介质输送的复合软管的结构示意图，其中为了便于展示做局部剖解示意；

图3是图2中的放大示意图；

图4是本发明实施例的适用于低温介质输送的复合软管的爆炸渲染示意图，其中渲染图能更为直观的展示出内部的各结构层。

图标：

1-内钢丝；2-抗拉结构层；3-密封结构层；4-外钢丝；5-内接触表层；6-外表层；7-内螺管；8-外钢圈；9-法兰件；10-密封圈。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

结合图1至图4，本实施例提供了一种复合软管的制备方法，用于制作出适于输送低温介质的复合软管，包括如下步骤：

S1：将内钢丝1以第一螺距等间距的缠绕在芯棒上，在锁固约束后以提供向外的弹性预张力；

S2：通过编织物对应以第一角度缠绕在内钢丝1上，在预设宽幅和指定搭接率的基础上对应形成抗拉结构层2；

S3：通过薄膜材质对应以第二角度缠绕在抗拉结构层2上，在缠绕至偶数层级后搭接形成密封结构层3；

S4：将外钢丝4以第二螺距等间距的缠绕在密封结构层3上，并与内钢丝1相互错位设置，以提供向内的塑性约束力；

S5：在抗拉结构层2形成与内钢丝1相配合的内接触表层5，在密封结构层3形成与外钢丝4相配合的外表层6，对应由钢丝夹持结构层得到复合软管的管身；

S6：在管身的两端安装有接头，以此获得整个的复合软管。

上述中的复合软管的制备方法，通过内钢丝1缠绕在芯棒上并在锁固约束后可以提供向外的弹性预张力，再分别呈角度依次缠绕编织物和薄膜材质，以形成两个不同的结构层，最后通过外钢丝4相对内钢丝1错位设置的缠绕在外层的结构层上，对应提供给结构层向内的塑形约束力，且内钢丝1呈第一螺距等间距设置，外钢丝4呈第二螺距等间距设置，从而产生更为稳定的夹持，确保各个结构层之间的紧密联系。

其中，缠绕编织物形成抗拉结构层2，用于吸收抵消掉内钢丝1的向外张力，缠绕的薄膜材质形成密封结构层3，以通过表面张力与抗拉结构层2相缠绕贴合，且密封结构层3具体是缠绕至偶数层级后进行搭接，增长了渗透路径从而显著提升整体的密封性能，从而，抗拉结构层2的编织物通过摩擦力和整体连续的均匀度控制达成力学性能需求，密封结构层3的薄膜材质通过平整的工艺设定形成表面张力，并通过渗透路径的最大化工艺设定以搭接率及面积的方式在工艺中实现达成良好的密封性能，实现了抗拉结构层2和密封结构层3的有效协作配合，使软管具备更为优异的抗拉性能和密封性能。

尤其是，通过第一角度缠绕编织物形成抗拉结构层2，通过第二角度缠绕薄膜材质形成密封结构层3，且第一角度和第二角度与芯棒呈夹角设置，可以有效减少编织物和薄膜材质的用量，降低管身的重量，且保持管内的结构层受力均匀稳定，爆破压力恒定、可控。

在本实施例中，在步骤S1中，还包括：

选用线径为2mm至6mm的内钢丝1，以及第一螺距限定在12mm至24mm，对应将内钢丝1缠绕呈内金属骨架。从而，能够确保内金属骨架的均匀性和稳定性，增强了复合软管的整体结构的稳定性。并且，通过优化内钢丝1的线径和缠绕方式，使得复合软管能够承受更高的压力，从而提升了其耐压性能，适应了低温液体输送时面临的高压环境。另外，内钢丝1被处理成能够提供向外的弹性预张力，为软管提供良好的支撑，有助于在输送过程中保持其形状和稳定性，使得复合软管具有较高的耐用性和可靠性，能够降低因泄漏或损坏而导致的维护成本和停机时间，提升了输送系统的可靠性和经济性。

具体地，所述内金属骨架的抗拉强度为900MPa至950MPa，通过缠绕力矩设置后用抱箍锁附固定内钢丝1的首尾端后，使其具备有10%至15%的向外张力。以此，控制内金属骨架的抗拉强度和向外张力能够确保复合软管在使用过程中保持稳定的结构，减少因形变或扭曲而导致的性能下降或故障。且适度的向外张力有助于使软管保持稳定的形态，增强了其抵抗外部压力的能力，从而提高了软管的耐压性能，降低了泄漏和破损的风险。而通过抱箍来固定内钢丝1的首尾端，可以有效减少内部材料的振动和摩擦，从而降低了软管在使用过程中产生的噪音，并减少了与周围结构的摩擦损耗。并且使得结构稳定、耐压性能强的软管能够在各种恶劣环境下稳定运行，保障了输送系统的安全性和稳定性。

在本实施例中，在步骤S2中，还包括：

选用芳纶或高分子量聚乙烯的编织物，编织物与芯棒所形成的第一角度大于65°，缠绕搭接后的厚度为0.3mm至0.75mm。其中，芳纶或高分子量聚乙烯等高强度、耐磨损的材料作为编织物的材料，具有优异的耐化学性能和耐磨损性能，适用于制作复合软管的抗拉结构层2。而确保编织物与芯棒所形成的第一角度大于65°，增加编织物的相对夹角，大角度的缠绕可以有效降低编织物的使用量，且提高软管的抗拉性能和结构强度。另外，缠绕搭接后的厚度控制在0.3mm至0.75mm之间，以确保抗拉结构层2具有适当的厚度和密度，保证软管在使用过程中的稳定性和耐用性。

具体地，所述预设宽幅定义为编织物的有效宽度，且所述有效宽度小于管身长度；所述指定搭接率定义为编织物在搭接处的重叠长度与总长度的比例，且所述指定搭接率为45%至50%。使得编织物在搭接处有适当的重叠长度，能够确保编织物之间的连接牢固，增加了软管的耐用性。 通过优化编织物的预设宽幅和指定搭接率，可以减少软管在使用过程中可能出现的受张力而导致损坏的情况。

在本实施例中，在步骤S3中，还包括：

选用聚酰亚胺或高分子量聚乙烯的薄膜材质，薄膜材质与芯棒所形成的第二角度大于65°，缠绕搭接后的厚度为0.03mm至0.1mm。其中，聚酰亚胺和高分子量聚乙烯具有出色的耐化学性能，能够抵御低温液体等特殊介质的侵蚀和腐蚀，保证软管在严苛环境下的耐用性和密封性，，能够有效提高软管的密封性能，防止低温液体的泄漏和挥发，确保输送系统的安全性和稳定性。并且，缠绕搭接后的薄膜厚度控制在0.03mm至0.1mm之间，保证了足够的密封性能的同时，减少了软管的厚度和重量，提高了软管的柔韧性和轻量化。需要提到的是，呈角度缠绕的薄膜材质或编织物，采用的是现有的制管缠绕工艺，实现高效的生产制造。

在本实施例中，在步骤S4中，还包括：

选用线径为2mm至6mm的外钢丝4，以及第二螺距限定在12mm至24mm，对应将外钢丝4缠绕呈外金属骨架。其中，优选地，外钢丝4的线径大于内钢丝1的线径，且第二螺距和第一螺距相等。从而，选用较粗的外钢丝4线径能够提供更大的结构强度和稳定性，增强软管的耐压性能和抗拉性能，且外钢丝4缠绕成的外金属骨架相对内金属骨架有适当的间距和交错，形成有效的约束力，增加软管的稳定性和耐用性。另外，外金属骨架能够有效保护软管内部的编织物和薄膜层，减少外部冲击和磨损对软管的影响，提高软管的耐用性和可靠性。而外钢丝4被处理成预制的塑形金属骨架，能够提供向内的塑形约束力，从而配合内钢丝1对应产生更为稳定的夹持。

具体地，所述外金属骨架的抗拉强度为800MPa至850MPa，通过预制塑形变形使得外金属骨架形成向内的约束作用至密封结构层3，以实施稳定夹持。其中，预制塑形变形能够使外金属骨架形成向内的约束作用，有效地夹持和固定密封结构层3，确保其与内钢丝1和编织物之间的良好连接，提高了软管的密封性能和耐压性能。且稳定的夹持能够有效地防止密封结构层3与外部环境之间的泄漏，降低了液体泄漏的风险，保障了输送系统的安全性和稳定性。需要提到的是，预制塑形变形是一种相对简单且可控的制造工艺，能够实现对外金属骨架约束作用的精准控制。

进一步地，如表1、表2和表3所示：

表1：制程数据

表2：对比例检测数据

表3：实施例检测数据

其中，上述中的缠绕角度即为第一角度和第二角度，并保证第一角度和第二角度始终相等。如上述表格可知，在爆破压力恒定的情况下，实施例的较大的缠绕角度相对于对比例的较小的缠绕角度，可得，实施例中的每米软管重量更轻了1.2kg，并且编织物少了7层，薄膜材质少了13层，有效减少编织物和薄膜材质的用量，并且根据实施例中的五次不同长度测压爆破试验结果能确定，采用大角度的缠绕能有效控制软管的爆破值，使得软管性能稳定、可控。

进一步地，内外钢丝的上丝角度与第一角度和第二角度的夹角被限定在0-15°之间，且之间的夹角越小，钢丝对编织物和薄膜材质在芯棒上的夹持力越大，使得结构层的伸长率就越小。并且，内外钢丝与结构层的接触面积越大，软管的轴向伸长率就越小。其中，伸长率是指在受到拉伸或挤压时所发生的伸长量。

优选地，第一角度和第二角度为75°，抗拉结构层的搭接率为0.5，密封结构层的搭接率为0.67，且采用同转向的同起点的交叉上布缠绕工艺，使得交叉布幅的面积更小，且扭转率更大，在实验测试中得出，其伸长率为2.1%，而扭转量为10.5°/m。而在对比例中，其他条件都保持一样，并控制单一变量，采用第一角度和第二角度为30°，其交叉布幅的面积更大，其伸长率为3%，而扭转量为2.1°/m。而采用第一角度和第二角度为60度，其伸长率为2.7%，而扭转量为6.3°/m。由此，角度越大，其性能越佳。

需要指出的是，采用芯棒同一转向且不同起点，由芯棒头至尾及由芯棒尾至头的方式形成交叉上布缠绕，在合力方向上不能解决扭转量小的问题。另外，采用双向的同起点上布缠绕工艺，在芯棒周长方向上相互作用抵消应力，会对软管的扭转率造成非良性影响。对此，本申请中所采用同转向的同起点的交叉上布缠绕工艺，使得交叉布幅的面积更小，且扭转率更大。

如图2至图3所示，本实施例另提供一种适用于低温介质输送的复合软管，包括如上述的复合软管的制备方法所制备的管身、以及配置在管身端部的接头。所述管身包括自内向外设置的内钢丝1、抗拉结构层2、密封结构层3、以及外钢丝4。在抗拉结构层2的内侧面设有内接触表层5，在密封结构层3的外侧面设有外表层6。优选地，内接触表层5为单独于抗拉结构层2的疏水抗拉棉布材质，外表层6为单独于密封结构层3的防护膜材质。

其中，所述接头包括内螺管7、焊接在内螺管7外的外钢圈8、以及配置在内螺管7端部的法兰件9。所述内螺管7的外圈与内接触表面及内钢丝1相贴合，所述外钢圈8的内圈与外表层6及外钢丝4相贴合。所述外圈层内设置有一密封圈10。从而，接头中的各个部件与管身的紧密贴合，能够确保复合软管的安全可靠连接，并提供良好的密封性能，适用于各种低温液体输送系统的应用场景。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合软管的制备方法，用于制作出适于输送低温介质的复合软管，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将内钢丝以第一螺距等间距的缠绕在芯棒上，在锁固约束后以提供向外的弹性预张力；

S2：通过编织物对应以第一角度缠绕在内钢丝上，在预设宽幅和指定搭接率的基础上对应形成抗拉结构层；

S3：通过薄膜材质对应以第二角度缠绕在抗拉结构层上，在缠绕至偶数层级后搭接形成密封结构层；

S4：将外钢丝以第二螺距等间距的缠绕在密封结构层上，并与内钢丝相互错位设置，以提供向内的塑性约束力；

S5：在抗拉结构层形成与内钢丝相配合的内接触表层，在密封结构层形成与外钢丝相配合的外表层，对应由钢丝夹持结构层得到复合软管的管身；

S6：在管身的两端安装有接头，以此获得整个的复合软管。

2.根据权利要求1所述的复合软管的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括：

选用线径为2mm至6mm的内钢丝，以及第一螺距限定在12mm至24mm，对应将内钢丝缠绕呈内金属骨架。

3.根据权利要求2所述的复合软管的制备方法，其特征在于，所述内金属骨架的抗拉强度为900MPa至950MPa，通过缠绕力矩设置后用抱箍锁附固定内钢丝的首尾端后，使其具备有10%至15%的向外张力。

4.根据权利要求1所述的复合软管的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，还包括：

选用芳纶或高分子量聚乙烯的编织物，编织物与芯棒所形成的第一角度大于65°，缠绕搭接后的厚度为0.3mm至0.75mm。

5.根据权利要求4所述的复合软管的制备方法，其特征在于，所述预设宽幅定义为编织物的有效宽度，且所述有效宽度小于管身长度；所述指定搭接率定义为编织物在搭接处的重叠长度与总长度的比例，且所述指定搭接率为45%至50%。

6.根据权利要求1所述的复合软管的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，还包括：

选用聚酰亚胺或高分子量聚乙烯的薄膜材质，薄膜材质与芯棒所形成的第二角度大于65°，缠绕搭接后的厚度为0.03mm至0.1mm。

7.根据权利要求1所述的复合软管的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括：

选用线径为2mm至6mm的外钢丝，以及第二螺距限定在12mm至24mm，对应将外钢丝缠绕呈外金属骨架。

8.根据权利要求7所述的复合软管的制备方法，其特征在于，所述外金属骨架的抗拉强度为800MPa至850MPa，通过预制塑形变形使得外金属骨架形成向内的约束作用至密封结构层，以实施稳定夹持。

9.一种适用于低温介质输送的复合软管，其特征在于，包括如权利要求1至8所述的复合软管的制备方法所制备的管身、以及配置在管身端部的接头；所述管身包括自内向外设置的内钢丝、抗拉结构层、密封结构层、以及外钢丝；在抗拉结构层的内侧面设有内接触表层，在密封结构层的外侧面设有外表层。

10.根据权利要求9所述的适用于低温介质输送的复合软管，其特征在于，所述接头包括内螺管、焊接在内螺管外的外钢圈、以及配置在内螺管端部的法兰件；所述内螺管的外圈与内接触表面及内钢丝相贴合，所述外钢圈的内圈与外表层及外钢丝相贴合；所述外圈层内设置有一密封圈。