JP2020509309A - 保護されるセンサを有する管構造および保護されるセンサを有する管構造を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

金属の内側管（３）と金属の外側管（２）とを備える管構造（１）において、内側管（３）は外側管（２）より内部で延在し、スペーサ管（４）は内側管（３）と外側管（２）との間に位置し、スペーサ管（４）は少なくとも１つのスリット（５）を備え、少なくとも１つのスリット（５）は、スペーサ管（４）の長手方向にかつスペーサ管（４）の長手方向伸長部全体にわたって延在し、少なくとも１つのスリット（５）は、内側管（３）の外側表面から外側管（２）の内側表面まで延在する管構造（１）の半径方向に空間を形成し、管構造（１）は、スペーサ管（４）の少なくとも１つのスリット（５）内に位置する少なくとも１つの信号ライン（９）をさらに備え、少なくとも１つの信号ライン（９）はスペーサ管（４）の長手方向に延在する、管構造（１）に関する。【選択図】図１

Description

本開示は、管構造であって、金属の内側管および金属の外側管を備え、内側管が外側管より内部に延在する、管構造に関係する。本開示は、金属の内側管および金属の外側管を設けるステップを含む管構造を製造するための方法にさらに関係する。

金属、特にステンレス鋼の管は、管が複数回の応力を受ける複数の用途で使用される。これらの応力は、例えば、それぞれの管の置換を必要とするだけでなく、コストも増加させるパイプ破裂をもたらす場合がある。幾つかの場合、センサが、したがって、これらの管に取り付けられ、センサは、損傷が管内に現れるときを示し、また同様に、信号を送信することになる。しかしながら、取付けられたセンサを環境影響から保護することが非常に難しいことがわかった。

少なくとも１つの信号ラインが保護的な方法で管内に位置することができる、金属の管構造ならびにそのような管構造を製造するための方法を提供することによって、この問題に対する解決策を提供することが本開示の態様である。

したがって、本開示は、管構造に関係し、管構造は、金属の内側管と金属の外側管とを備え、内側管は外側管より内部で延在し、スペーサ管は内側管と外側管との間に位置し、スペーサ管は少なくとも１つのスリットを備え、少なくとも１つのスリットは、スペーサ管の長手方向にかつスペーサ管の長手方向伸長部全体にわたって延在し、少なくとも１つのスリットは、内側管（３）の外側表面から外側管の内側表面まで延在する管構造の半径方向に空間を形成し、管構造は、スペーサ管の少なくとも１つのスリット内に位置する少なくとも１つの信号ラインを備え、少なくとも１つの信号ライン（９）はスペーサ管の長手方向に延在する少なくとも１つの信号ラインはスペーサ管の長手方向に延在することを特徴とする。

この設計において、スペーサ管は、半径方向に内側管と外側管との間で、規定された最小間隔を提供するだけでなく、管構造の長手方向に延在する信号ラインを収容することを可能にする断面も提供する。安定した管構造を提供するために、スリットは、内側管の外側表面および外側管の内側表面に接続する、すなわち、スペーサ管は、管構造の円周方向に不連続であり、スリットは、スペーサ管の長手方向伸長部全体にわたって延在する。

このスリットを設けることによって、本開示の実施形態において、内側管、スペーサ管、および外側管がスペーサ管の長手方向伸長部の一部にわたって機械的に圧力ばめにされることが可能である。スペーサ管内にスリットを設けることによって、外側管の径を減らそうとするいずれの試みも、外側管とスペーサ管との間の密な圧力ばめをもたらすだけでなく、スペーサ管の内径の減少、したがって、スペーサ管と内側管との間の圧力ばめも直接もたらす。外側管とスペーサ管との間に密な圧力ばめが存在するように外側管の内径を減少させると、スペーサ管の円周方向（すなわち、スペーサ管の長手方向に垂直な方向の）伸長部も減少することが明らかである。一実施形態によれば、スペーサ管及び外側管は、内側管の長手方向伸長部の一部にわたって機械的に圧力ばめにされる。一実施形態によれば、スペーサ管及び外側管は、内側管の長手方向伸長部全体にわたって機械的に圧力ばめにされる。さらに、用語「圧力ばめにされる（ｆｏｒｃｅ−ｆｉｔｔｅｄ）」は、管が、動作条件の外側と内側の任意の差、例えば、管がさらされることになる温度差および／または圧力差に耐えるほどに、管の間の接続が強いことを保証することになる力によって、管が機械的に接合されることを意味する。これを述べる他の用語は「締りばめにされる（ｔｉｇｈｔ−ｆｉｔｔｅｄ）」または「締りばめ（ｔｉｇｈｔ−ｆｉｔｔｉｎｇ）」である。

本開示の一実施形態において、内側管、スペーサ管、および外側管は、互いに対して同心に延在する。

原理上、スペーサ管は、必要とされる安定性を提供する任意の材料で作られる可能性があり、したがって、材料は、プラスチック材料と金属材料の両方から選択される場合がある。

本開示の一実施形態において、スペーサ管は、ちょうど１つのスリットを備える。しかしながら、スペーサ管が複数のスリット、特に、３〜５のスリットを備える実施形態が実現可能である。スペーサ管が複数のスリットを備える一実施形態において、スペーサ管が実際には複数部分構造であり、スペーサ管の様々なセグメントが内側管上で円周方向に手作業で分配されなければならないことが理解されるものとする。

本開示の一実施形態において、内側管および／またはスペーサ管および／または外側管は、鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、マンガン鋼、ニッケルベース合金、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌベース合金、銅（Ｃｕ）、銅ベース合金、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｚｒベース合金、チタン（Ｔｉ）、Ｔｉベース合金、鉄クロムアルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金、フェライト鋼、またはその任意の組み合わせからなる群から選択される金属から製造される。

内側管および／またはスペーサ管および／または外側管を提供または製造するために使用される中空体が、一実施形態において、鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、マンガン鋼、ニッケルベース合金、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌベース合金、銅（Ｃｕ）、銅ベース合金、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｚｒベース合金、チタン（Ｔｉ）、Ｔｉベース合金、鉄クロムアルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金、フェライト鋼、またはその任意の組み合わせからなる群から選択される金属で作られることが理解されるものとする。

さらに、概して、内側管および／またはスペーサ管および／または外側管の材料が互いに独立して選択される場合があることが理解されるものとする。本開示の一実施形態において、内側管および外側管ならびに任意選択でスペーサ管は同一材料からなる。代替の実施形態において、外側管および内側管は、互いに異なる材料を含む。後者の実施形態は、この方法によって、外側管および内側管について材料の異なる特性が提供されてもよいため有利である。その異なる特性は、特定の用途のために採用される管を得るために任意に組み合わすことができる。別の実施形態において、内側管および外側管は第１の材料で作られ、スペーサ管は第２の材料で作られ、第１の材料および第２の材料は互いに異なる。

本開示の一実施形態において、内側管および／またはスペーサ管および／または外側管は、シームレス管または溶接管である。

さらに、本開示による上記態様を解決するために、管構造を備えるシステムが提案されており、なぜならば、そのシステムが本開示の実施形態に従って上述されたからである。

本発明の意味での信号ラインは、送信機から受信機に信号、すなわち情報を送信できる任意のラインとして理解される。しかし、本開示の一実施形態にいて、信号ラインは、電気信号用ライン、電磁信号用ライン、光信号用ライン、およびその組み合わせからなる群から選択される。信号ラインについての例は絶縁された導電性ワイヤまたは光学ガラス繊維である。

本開示の一実施形態において、少なくとも１つのセンサは、内側管の外側表面と外側管の内側表面との間に位置する。一実施形態において、この少なくとも１つのセンサは、スリット内を通る少なくとも１つの信号ラインに接続される。

一実施形態において、少なくとも１つのセンサはスペーサ管のスリット内に位置しうる。しかしながら、別の実施形態において、少なくとも１つのセンサはスペーサ管内に設けられ、少なくとも１つの凹所は少なくとも１つのスリットに接続し、信号ラインに接続された少なくとも１つのセンサは少なくとも１つの凹所内に少なくとも部分的に位置する。スリットに接続する凹所は、本開示の意味で、スペーサ管内のスリットおよび凹所が、少なくとも１つのセンサおよび少なくとも１つの信号ラインを収容する連続空間または体積を提供することを意味する。一実施形態において、凹所は、管構造の長手方向に或る位置でスリットの幅を広くすることによって形成されうる。

本開示の一実施形態において、センサは、加速度センサ、振動センサ、導電率センサ、圧力センサ、温度センサ、歪ゲージ、腐食センサ、磁界センサ、熱流束センサ、トルクセンサ、およびその組み合わせからなる群から選択される。

本開示の一実施形態において、信号ラインおよび／またはセンサは、接着剤の助けを借りてスリットおよび／または凹所内に接着される。そのような接着は、管構造の製造中に、センサおよび／または信号ラインをスリットまたは凹所内に固定する。別の実施形態によれば、信号ラインおよび／またはセンサはスリットおよび／または凹所内に溶接される。

上記態様は、管構造を製造するための方法によって同様に解決され、方法は、金属の内側管を設けるステップと、金属の外側管を設けるステップとを含み、方法は、スペーサ管を設けるステップであって、スペーサ管の長手方向に少なくとも１つのスリットが延在する、上記設けるステップと、スペーサ管を内側管の外側表面に装着するステップと、信号ラインをスペーサ管のスリットに挿入するステップと、内側管およびスペーサ管が外側管より内部で延在するように、内側管およびスペーサ管を外側管に挿入するステップとをさらに含み、スリットは、内側管の外側表面と外側管の内側表面との間に延在する管構造の半径方向に空間を形成することを特徴とする。

本開示の一実施形態において、スペーサ管を設けることは、少なくとも１つのスリットを形成するためにスペーサ管を機械加工すること、特に、チップ除去機械加工によってスペーサ管を機械加工することを含む。例えば、本開示の一実施形態において、スペーサ管は、モールドから中空体を熱間押し出し、特に、冷間ピルガー圧延または冷間引き抜きによってスペーサ管になるよう中空体を冷間成形し、その後、スペーサ管になるようスリットを機械加工することによって提供されうる。

少なくとも１つのスリットを形成するためにスペーサ管を機械加工することは、圧延、切断、またはレーザー機械加工によって行われることもある。

本開示の一実施形態において、スペーサ管を内側管の外側表面に装着することは、内側管をスペーサ管に挿入することを含む。

さらなる実施形態において、スペーサ管を内側管の外側表面に装着することは、内側管の外側表面上でスペーサ管の少なくとも２つの別個のセグメントを溶接または接着することを含む。スペーサ管の長手方向全体にわたって延在する複数のスリットがスペーサ管に設けられると、スペーサ管の別個のセグメントを溶接または接着することが必要となることが明らかである。

本開示の一実施形態において、スペーサ管は、内側管に装着する前に、内側管の外径より小さい内径を有する。スペーサ管内に形成されるスリットによって、依然として内側管がスペーサ管に挿入され、スペーサ管をわずかに開口するよう屈曲させることができる。この方法によって、スペーサ管と内側管との間で密な圧力ばめが提供され、したがって、この密な圧力ばめを提供するためにさらなるステップは必要とされない。

本開示の一実施形態において、本開示による管構造を製造するための方法は、スペーサ管および外側管を、内側管の伸長の一部にわたって機械的に圧力ばめにするステップをさらに含む。別の実施形態によれば、機械的に圧力ばめにするこのステップは、内側管の全長にわたる。

管構造を形成する３つ全ての管の圧力ばめがどのように達成できるかについて、原理上２つの方法が存在する。内側管は、スペーサ管が外側管との密な圧力ばめを経験するように拡張する、または、外側管の内径は、外側管が、スペーサ管との、したがって、内側管との密な圧力ばめを経験するように減少する。

本開示の一実施形態において、内側管、スペーサ管、および外側管は、引き抜きダイを通じて共に引き抜かれ、内側ツール表面は外側管の外側表面を形成する。そのような方法の一実施形態において、引き抜きダイの内側ツール表面のツール径は、引き抜きによって、外側管の内径が減少するように選択され、それにより、引き抜き後に、外側管およびスペーサ管は内側管と圧力ばめにされる。

上記でまたは以降で規定される方法の一実施形態において、信号ラインがスリットに挿入されるだけでなく、センサもまた、外側管と内側管との間に画定された空間に挿入される。後者は、センサをスリット内に位置付けることによって、または、スリットに接続する凹所を設け、センサを凹所内に少なくとも部分的に位置付けることによって達成される場合がある。一実施形態において、凹所は、管構造の長手方向に或る位置でスリットの幅を広くすることによって形成されうる。センサが設けられる一実施形態において、このセンサが信号ラインに接続されうることが明らかである。

一実施形態において、少なくとも１つの信号ラインおよび少なくとも１つのセンサは、内側管をスペーサ管に挿入した後でかつ内側管およびスペーサ管を共に外側管に挿入する前にスリット内に設置される。

実施形態の上記のならびに以下の詳細な説明は、添付図面と併せて読まれるとよりよく理解される。述べる実施形態が、示す厳密な配置構成および手段に限定されないことが理解されるべきである。

本開示による管構造および信号ラインを有するシステムの第１の実施形態の概略断面図である。 図１の管構造のスペーサ管の概略断面図である。 本開示による管構造および信号ラインを有するシステムの代替の実施形態の概略断面図である。

図において、同一要素は同一参照数字で示された。図１〜３は全て、本開示の一実施形態またはその一部による管構造を有するシステムの概略断面図を示す。断面図は、それぞれの管構造の長手方向伸長部またはその一部に垂直な平面内で描かれる。

本開示によるシステムは、外側管２および内側管３を有する管構造１、１’を常に備える。システムは、信号ライン９をさらに備える。外側管２と内側管３との間の一定距離はスペーサ管４、４’によって保証される。

示す全ての実施形態において、内側管３は、外側管２がそうであるように、冷間引き抜きステンレス鋼管である。図１および図２の実施形態において、スペーサ管４は、同様に、シームレス冷間引き抜きステンレス鋼管によって提供される。冷間引き抜き後に、スリット５が管に導入された。

単一切断によって冷間引き抜きスペーサ管を切断する代わりに、スペーサ管は２回切断され、それにより、図２の点線で描かれたセグメント６が管から除去される。スペーサ管４から材料セクション６を除去することは、スリット５が、内側管３の外側表面７から外側管２の内側表面８まで半径方向に延在する空間を形成することを保証する。そのため、スリット５は、スリット５内に信号ライン９を設置するのに十分に大きい空間を提供する。内側管３、スペーサ管４、および外側管２の内径および外径は、緩い嵌合を提供するように互いに一致し、内側管３をスペーサ管４内に手作業で押すまたは移動させることができるとともに、スペーサ管４を、内側管３と共に、外側管２内に手作業で押すことができる。

図１に示す管構造１の実施形態の場合、第１のステップにて、内側管３がスペーサ管４に挿入される。第２のステップにて、信号ライン９がスリット５内に設置され、その後、第３のステップにて、信号ライン９を含む内側管３およびスペーサ管４が外側管２に挿入される。

さらに、製造ステップの最後において、管構造１は、外側管２、スペーサ管４、および内側管３が互いに圧力ばめにされるようなものでなければならない。保証される密な圧力ばめは、互いに対して同心に配置されるが、引き抜きダイを通じて共に緩く嵌合された内側管３、スペーサ管４、および外側管２から形成される管構造を冷間引き抜きすることによって達成される。この引き抜きダイの内側ツール径は、引き抜きステップ前に、外側管２の外径より小さい。管構造１を冷間引き抜きするときに外側管２の外径を減少させることによって、外側管２は、内側管３およびスペーサ管４によって形成されるコア上に引き抜かれる。スリット５は、構造を冷間引き抜きした後でも、内側管の外側表面から外側管の内側表面まで管構造の半径方向に延在する空間をスリットが形成するほどに十分に大きいサイズである。その結果、冷間引き抜きした後でも、スリットは、信号ライン９を収容するのに十分に広い。

図３は、スペーサ管４’が４つのスリット５を備える管構造１’を有するシステムの代替の実施形態を示す。その結果、スペーサ管４’は、４つのセグメント４ａ’〜４ｄ’によって設けられる。

この設計において、内側管３およびスペーサ管４’が外側管２に挿入される前に、セグメント４ａ’〜４ｄ’のそれぞれが、例えば、点溶接によって内側管３上に固定される場合が有利であることが指摘されるべきである。

図１、２、および図３の両方の実施形態において、スペーサ管４、４’内の各スリット５は、管構造１、１’の円周方向に伸長部を有し、それにより、信号ライン８がスリット５内に収容される場合があるだけでなく、センサが、管構造１、１’の別個の長手方向位置に設置されて、内側管３の完全性を示す、必要とされる測定を提供することもできる。

内側管３をスペーサ管４と共に外側管２に挿入する前に、信号ライン（複数可）ならびにセンサ（複数可）は、該当する場合、スリット５に挿入され、スリット５内に固定されて、管構造の確実かつ迅速な組み立てを可能にする。

独創的な開示のために、全ての特徴が、本説明、図、および特許請求の範囲から、たとえ本説明、図、および特許請求の範囲が特定のさらなる特徴を参照して述べられても、当業者にとって明らかになり、また、そのような組み合わせが明示的に排除されない限り、あるいは、技術的事実がそのような組み合わせを排除しまたはそのような組み合わせを無用にする限り、自分自身に関してあるいは本明細書で開示される他の特徴または特徴の群との任意の組み合わせで組み合わされ得ることが留意される。特徴の考えられるそれぞれの組み合わせの広範囲の明示的説明は、短くかつ読み易い説明を提供するために単に省略された。本開示が、図および上記説明において詳細に示されたが、この説明は例に過ぎず、保護範囲が特許請求の範囲によって規定されるため、保護範囲を制限すると考えられない。本開示は、開示する実施形態に制限されない。

開示する実施形態に対する修正は、図面、説明、および添付特許請求の範囲から当業者にとって明らかである。添付特許請求の範囲において、語「備えている（ｃｏｍｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素またはステップ排除せず、不定冠詞「１つの（ａ）」は、複数を排除しない。幾つかの特徴が異なる添付特許請求の範囲において特許請求されたという単なる事実は、それらの組み合わせを排除しない。添付特許請求の範囲の参照数字は、保護範囲を制限すると考えられない。

１、１’ 管構造
２ 外側管
３ 内側管
４、４’ スペーサ管
４ａ’〜４ｄ’ スペーサ管４’のセグメント
５ スリット
６ セグメント、材料セクション
７ 内側管の外側表面
８ 外側管の内側表面
９ 信号ライン

Claims (16)

1. 金属の内側管（３）と、
   金属の外側管（２）と、
   を備える管構造（１，１’）において、
   前記内側管（３）は前記外側管（２）より内部で延在し、
   スペーサ管（４，４’）は前記内側管（３）と前記外側管（２）との間に位置し、
   前記スペーサ管（４，４’）は少なくとも１つのスリット（５）を備え、
   前記少なくとも１つのスリット（５）は、前記スペーサ管（４，４’）の長手方向にかつ前記スペーサ管（４，４’）の長手方向伸長部全体にわたって延在し、
   前記少なくとも１つのスリット（５）は、前記内側管（３）の外側表面から前記外側管（２）の内側表面まで延在する管構造（１，１’）の半径方向に空間を形成し、
   前記管構造（１，１’）は、前記スペーサ管（４，４’）の前記少なくとも１つのスリット（５）内に位置する少なくとも１つの信号ライン（９）を備え、
   前記少なくとも１つの信号ライン（９）は前記スペーサ管（４，４’）の長手方向に延在することを特徴とする、管構造（１，１’）。
2. 前記外側管（２）および前記スペーサ管（４，４’）は、前記内側管（３）の伸長の一部にわたって機械的に圧力ばめにされる、請求項１に記載の管構造（１，１’）。
3. 前記内側管（３）、前記スペーサ管（４，４’）、および前記外側管（２）は、互いに対して同心に延在する、請求項１または２に記載の管構造（１，１’）。
4. 前記信号ライン（９）は、電気信号用ライン、電磁信号用ライン、光信号用ライン、およびその組み合わせからなる群から選択される、請求項３に記載の管構造（１，１’）。
5. 前記内側管（３）の外側表面（７）と前記外側管（２）の内側表面（８）との間に位置する少なくとも１つのセンサを備える、請求項１から４に記載の管構造（１，１’）。
6. 少なくとも１つの凹所は前記スペーサ管（４，４’）内に設けられ、前記少なくとも１つの凹所は前記少なくとも１つのスリット（５）に接続し、信号ライン（９）に接続された少なくとも１つのセンサは前記少なくとも１つの凹所内に少なくとも部分的に位置する、請求項１から５に記載の管構造（１，１’）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の前記管構造（１，１’）を備えるシステム。
8. 管構造（１，１’）を製造するための方法において、
   金属の内側管（３）を設けるステップと、
   金属の外側管（２）を設けるステップとを含み、
   前記方法は、
   スペーサ管（４，４’）を設けるステップであって、前記スペーサ管（４，４’）の長手方向に少なくとも１つのスリット（５）が延在する、前記設けるステップと、
   前記スペーサ管（４，４’）を前記内側管（３）の外側表面に装着するステップと、
   信号ライン（９）を前記スペーサ管（４，４’）の前記スリット（５）に挿入するステップと、
   前記内側管（３）および前記スペーサ管（４，４’）が前記外側管（２）より内側で延在するように、前記内側管（３）および前記スペーサ管（４，４’）を前記外側管（２）に挿入するステップとをさらに含み、
   前記スリット（５）は、前記内側管（３）の前記外側表面（７）と前記外側管（２）の内側表面（８）との間に延在する前記管構造（１，１’）の半径方向に空間を形成することを特徴とする、方法。
9. 前記スペーサ管（４，４’）を設けることは、前記少なくとも１つのスリット（５）を形成するために前記スペーサ管（４，４’）を機械加工することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記スペーサ管（４，４’）を前記内側管（３）の前記外側表面（７）に装着することは、前記内側管（３）を前記スペーサ管（４，４’）に挿入することを含む、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記スペーサ管（４，４’）を前記内側管（３）の前記外側表面（７）に装着することは、前記内側管（３）の前記外側表面（７）に前記スペーサ管（４，４’）の少なくとも２つの別々のセグメントを溶接または接着することを含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記スペーサ管（４，４’）及び前記外側管（２）を、前記内側管（３）の伸長の一部にわたって機械的に圧力ばめにするステップをさらに含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記内側管（３）、前記スペーサ管（４，４’）、および前記外側管（２）は、引き抜きダイを通じて共に引き抜かれ、内側ツール表面は前記外側管（２）の外側表面を形成する、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記引き抜きダイの内側ツール表面のツール径は、前記引き抜きによって、前記外側管（２）の内径が減少するように選択され、それにより、引き抜き後に、前記外側管（２）および前記スペーサ管（４，４’）は前記内側管（３）と圧力ばめにされる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記信号ライン（９）に動作可能に接続された少なくとも１つのサンサは、前記スペーサ管（４，４’）の前記スリット（５）に挿入される、請求項８から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 管構造を備えるシステムを製造するための方法であって、請求項８から１５のいずれか一項に記載の方法を含む、方法。

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