专利名称：变径弯管和包括该变径弯管的泵送设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及物料输送领域，具体涉及一种用于输送物料的变径弯管和包括该变径 弯管的泵送设备。
背景技术：
随着混凝土行业的飞速发展，尤其是高标号高性能混凝土的大范围推广使用，这 对于混凝土泵送设备的易损构件、关键构件也提出了更高的要求，例如本发明涉及到的混 凝土输送变径弯管。对于泵车、拖泵等泵送设备来说，其输送管路主要由直管和弯管组成。目前常用 的输送弯管多为变径弯管，变径弯管的拐弯处阻力较大，且其内径由大变小，混凝土流过时 会不断挤压和冲刷变径弯管的弯曲管壁，从而使得变径弯管的使用寿命不仅比直管要低很 多，而且比普通的非变径弯管也要低不少。另一方面，堵管的情况一般也出现在输送管路中 变径弯管的位置处，这常造成施工中断，小则耽误施工进度，大则出现爆管引发安全事故。 因此，如何有效降低此类关键位置的变径弯管的内部阻力，同时提升变径弯管的使用寿命 是目前行业内遇到的一大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构改进的变径弯管及包括该变径弯管的泵送设备， 变径弯管的弯曲变径进行了优化设计，能够有效地降低传输物料对变径弯管的冲击，提供 变径弯管的使用寿命。针对上述目的，根据本发明的第一方面提供了一种变径弯管，用于流体输送管路 中，变径弯管包括输入端和输出端，其特征在于，变径弯管的曲率半径从输入端至输出端呈 增大的趋势。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，变径弯管的内径锥度从输入端 至输出端呈减小的趋势。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，变径弯管从输入端至输出端的 曲率半径连续增大。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，变径弯管从输入端至输出端的 内径锥度连续减小。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，变径弯管相对于其弯曲中心的 曲率半径包括变径弯管的外管壁相对于变径弯管的弯曲中心的近侧的曲率半径、外管壁 相对于弯曲中心的远侧的曲率半径、变径弯管的内管壁相对于弯曲中心的近侧的曲率半 径、内管壁相对于弯曲中心的远侧的曲率半径以及变径弯管的中心线的曲率半径。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，变径弯管的距离弯曲中心远的 管壁的厚度大于距离弯曲中心近的管壁的厚度。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，距离弯曲中心远的管壁在变径弯管中段处的厚度大于变径弯管的两端处的厚度。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，变径弯管的横截面为圆形、椭 圆形、方形或矩形。进一步地，根据本发明第一方面的变径弯管，其中，变径弯管由多个曲率半径不同 的弧形区段构成，弧形区段选自由圆弧区段、椭圆弧区段、双曲线区段、抛物线区段、渐开线 区段构成的组中的一种或多种。根据本发明的第二方面提供了一种泵送设备，该泵送设备的流体输送管路中包括 根据本发明第一方面的变径弯管。本发明具有以下技术效果根据本发明的变径弯管，其根据混凝土的实际流体状态对弯管本身的整个转弯半 径的曲率变化进行了优化设计，由恒定曲率改为变曲率，使得变径弯管总体上满足曲率半 径从输入端到输出端呈增大的趋势，即，使得变径弯管中流速小的位置(即内径较大的位 置)的曲率半径也较小，流速大的位置(即内径较小的位置)的曲率半径也较大。由此，相 比现有技术变径弯管，本发明变径弯管使得流速较快的部位转弯较缓，从而减小流体对管 壁的冲击，使管壁的磨损相对均与，不会过于集中，从而避免局部磨损过快的现象；同时本 发明的变径弯管通过将原流速较快部位的弯曲程度减缓，从而减少了流体的压力损失，避 免积料堵管。其次，同相比现有技术的变径弯管相比，本发明的变径弯管根据混凝土的实际流 体状态对弯管内径的锥度变化方式也进行了优化设计，由恒定锥度改为变锥度，使得变径 弯管总体上满足内径锥度从输入端到输出端呈减小的趋势，即，使得变径弯管中流速大的 位置(即内径较小的位置)的内径锥度(变径幅度)较小，流速小的位置(即内径较大的位 置)的内径锥度较大，从而减小流体压力损失，减轻混凝土对管内壁局部位置的冲刷磨损， 避免局部磨损过快或积料堵管。总体来说，本发明的变径弯管遵循了整体等寿命的设计理念，使得弯管所有磨损 部位都能基本保持相同，保证弯管各个区段具有同等的寿命，不会出现现有技术中变径弯 管经常局部磨穿报废的情况。应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是 为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。
附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附解了本发 明的一些实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的 标号表示。附图中图1示出了现有技术中的变径弯管的结构示意图；图2示出了根据本发明一个实施方式的变径弯管的结构示意图；图3示出了根据本发明一个实施方式的变径弯管的中心线的设计方式；图4(a)至图4(e)分别示出了图2中的根据本发明一个实施方式的变径弯管的五 个剖面的示意图，具体包括A-A剖视图、B-B剖视图、C-C剖视图、D-D剖视图和E-E剖视图。
具体实施例方式下面将对比现有技术中的变径弯管，同时参照附图并结合具体实例来对本发明的 实施方式进行说明。首先，对图1中所示的现有技术中使用的一种变径弯管的结构进行说明。如图1所示，现有技术中的变径弯管1的结构如下弯管1具有大内径的输入端Ia (具有内径Φ 1，例如175mm)和小内经输出端Ib (具 有内径Φ2，例如150mm)，且弯管1从输入端Ia到输出端Ib的内径是连续减小的。弯管1 靠外侧的外管壁的曲率半径Rl和靠外侧的内管壁的曲率半径R2具有共同的圆心01，弯管 1靠外侧的内管壁的曲率半径R4和靠内侧的外管壁的曲率半径R5具有共同的圆心02，弯 管1的弯曲中心线的曲率半径R3具有圆心03。现有技术中的弯管1将变径弯管1的上述 圆心01和圆心02彼此偏置，可以使弯管1的外侧管壁与内侧管壁件产生壁厚差。如图1中所示，变径弯管1的上述曲率半径附、1 2、1 3、1 4、1 5中都是固定不变的。 并且由此，弯管1的内部变径的锥度也是固定不变的。具体地，这里所指的内径锥度可以 以这种方式计算，即截取弯管1中的任意一段，将其看做一个假想的圆台，以圆台底面半径 减去圆台顶面半径，进而处以圆台的高度(以此段弯管中的弯管中心线的弧长作为圆台高 度)，由此即可计算出内径锥度。通过上面的描述可知，现有技术中的变径弯管1的内径锥 度是不变的。图1中的变径弯管1，由于其在整个转弯结构(从输入端Ia至输出端lb)中曲率 半径都是固定不变的，因此在物料(例如，混凝土)流过弯管1的过程中，物料在内径较大 的位置处和内径较小的位置处的流速是不同的，内径较小的位置处物料的流速较快，这样 就会造成内径较大部分和内径较小部分的磨损不均勻。同时，由于弯管1内径的锥度也是 固定不变的，同样地，弯管1内物料流速较大的位置(内径较小处)的磨损也会比物料流速 较小的位置(内径较大处)要快。这就造成了现有技术中的变径弯管1整体磨损不均勻， 并且局部承受冲击过大，由此降低了弯管1的整体使用寿命。针对上述问题，本发明对变径弯管进行了重新优化设计，改变了变径弯管的半径 的设计方式，进而在此技术上，更有利地，改变了变径弯管的内径锥度的设计方式，以“弯管 从大端至小端的曲率半径呈增大趋势”、“弯管从大端至小端的内径锥度成减小的趋势”为 设计原则，设计全新的变曲率变锥度的变径弯管，以消除变径弯管受力不均的问题，同时降 低物料在变径弯管内的压力损失。下面将结合具体实例来对上述设计方式进行说明。为了便于更好地理解本发明，下面首先对以下技术术语进行说明。在本说明书中， 弯管的“曲率半径”是指弯管整体的曲率半径，即作为一个弯曲结构件的弯曲半径，该曲率 半径一般可以用弯管中心线的曲率半径来表示，即弯管中心线距离其弯曲中心的半径，例 如图1中所示的半径R3。当然事实上，如果作进一步的精细划分，弯管的曲率半径可以包 括弯管外壁(包括外侧和内侧)距离其弯曲中心的半径(如图1中的半径R1、R2)，弯管内 壁(包括外侧和内侧)距离其弯曲中心的半径(如图1中的半径R4、R5)。上述曲率半径 的曲率中心可以是不同的，例如图1中所示的那样。弯管的中心线、外壁和内壁分别具有不 同的曲率中心。本文中的术语“内径锥度”是指在弯管的曲率半径变化的情况下，曲率半径 变化的速度(类似于弧线的曲率)，其具体的计算方式将在下文中结合具体实例详细说明。 说明书中的术语“大端”是指本发明的变径弯管的曲率半径最大的端部(如图2中的10a)，而“小端”是指变径弯管的曲率半径最小的端部(如图2中的10b)。图2示出了根据本发明一个优选实施方式的变径弯管10的结构示意图。图3示 出了该变径弯管10的中心线的示意图。图4示出了图2中的变径弯管10的五个剖切面的 剖面图。图2中所示的变径弯管10可以用于泵送设备的物料输送管路中，以输送例如混凝 土流体。该变径弯管10包括输入端IOa(具有内径Φ1，例如179mm)和输出端IOb(具有 内径Φ 2，例如150mm)，其中，变径弯管10的曲率半径从输入端IOa至输出端IOb呈增大的 趋势。也就是说，本发明的变径弯管10的曲率半径在弯管内径较大的位置较小，而在弯管 内径较小的位置较大。由流体压力分布原理可知，内径较大的位置流速较慢，而内径较小的 位置流速较快，按照弯管等寿命设计思路，在流速慢的位置加大变径弯管10的曲率半径， 以提高流速，在流速快的位置减小曲率半径，以减小冲击，从而可以保证流体在整个变径弯 管中流速均勻，避免对管壁局部位置的不均勻冲击。具体地，上述的曲率半径可以是下面列 出的曲率半径中的一个或多个变径弯管10的外管壁相对于弯曲中心0的远侧(例如图2 中所示的IOp)的曲率半径、上述外管壁相对于弯曲中心0的近侧的曲率半径、变径弯管10 的内管壁相对于弯曲中心0的远侧的曲率半径(例如图2中所示的IOn)、上述内管壁相对 于弯曲中心0的近侧的曲率半径以及变径弯管10的中心线IOi的曲率半径。在优选地实 施方式中，将上述的曲率半径都按照上述原则设计。需要说明的是，这里的外管壁是指变径 弯管10与外部环境接触的管壁，内管壁是指变径弯管10内部的与流体接触的管壁。进一步地，根据本发明的变径弯管10，其内径锥度设计成从输入端IOa至输出端 IOb呈减小的趋势。这里，内径锥度的计算方式如上面针对现有技术描述的计算方式一样。 为了说明的目的，在图2中以五个剖切面A-A、B-B, C-C、D-D、E-E将变径弯管10示例性地 分成了五个区段10C、10d、10e、10f、10g、10h，变径弯管10的从输入端IOa至输出端IOb中 这些区段10c、10d、10e、10f、10g、10h的曲率半径依次增大，且这些区段10c、IOcU 10e、10f、 IOgUOh的内径锥度连续减小。需要说明的是，划分这五个区段10c、10d、10e、10f、10g、10h 仅仅是为了说明变径弯管10的弯曲变径和内径锥度的变化趋势，而并非表示本发明的变 径弯管10只能以图中所示的方式变化。事实上，对于图2中所示的变径弯管10，可以以任 一角度区间来划分变径弯管10，划分的区段可以任意小，无论是多小的区段，通过上述方式 计算内径锥度时，都将满足从变径弯管10的输入端IOa至输出端10b，弯管10的曲率半径 呈增大趋势，内径锥度都呈减小趋势，即，本发明的变径弯管10的弯管半径在越靠近输入 端IOa的位置处越小，在越靠近输出端IOb的位置处越大；同时，变径弯管10的内径锥度在 越靠近输入端IOa的位置处变径程度越快(即内径锥度较大)，而在越靠近输出端IOb的位 置处变径程度越慢(即内径锥度较小)。通过这种变曲率半径并结合变内径锥度的设计方 式，能够进一步保证本发明的变径弯管10在整个弯曲结构上都具有均勻的流体冲击力，且 进一步减小流体在变径弯管10内部由于过度冲击而带来的压力损失。进一步地，如图3中所示，本变径弯管10的中心线IOi的弯区半径的曲率也是渐 变的，其中心线IOi不是普通圆弧，而是曲率半径从输入端IOa至输出端IOb呈增大趋势。 这与变径弯管10的曲率半径变化趋势是对应的。具体地，图3中以15°、30°、45°、60°、75°、90°为单位将变径弯管10依次划 分为多个区段，同时依次标出了这些区段占据的水平距离L1、L2、L3、L4、L5、L6和竖直距离HI、H2、H3、H4、H5、H6，具体尺寸参考下表。
Ll = 360mmHl = 338mmL2 = 346. 18mmH2 = 327. 79mmL3 = 306. 66mmH3 = 297. 15mmL4 = 246. 41mmH4 = 246. 41mmL5 = 171. 56mmH5 = 177.05mmL6 = 87. 83mmH6 = 92. 76mm由上表中的数据可以看到，从变径弯管10的输入端IOa至输出端10b，中心线IOi 在水平方向上的距离缩短较快，在竖直方向上的距离缩短较慢，也就是，中心线IOi近似成 一个椭圆弧的形状，该椭圆弧的水平轴线为长轴，竖直轴线为短轴。由此可以看出，中心线 IOi的曲率半径从输入端IOa至输出端IOb是增大的。并且，在本发明的优选实施方式中，将变径弯管10构造成，从输入端IOa至输出端 IOb的曲率半径连续增大；从输入端IOa至输出端IOb的内径锥度连续减小。相应地，中心 线IOi的曲率半径从变径弯管10的输入端IOa至输出端IOb也连续增大。这种方式有利 于构造出更加光滑的内部管壁，从而进一步减小流体冲击，避免流体压力损失。进一步地，由于实际使用中，变径弯管10都是远离弯曲中心的外壁受到更大的流 体冲击。因此，根据本发明的变径弯管10进行如下设计使变径弯管10的距离弯曲中心 0(如图2中所示)较远的外侧管壁IOj的厚度大于距离弯曲中心0较近的内侧管壁IOk的 厚度。这种设计方式可以使变径弯管10以更加均勻的方式磨损，提高整体的使用寿命。例 如，可以将远离弯曲中心0的外侧管壁IOj设计成15 18mm厚，将靠近弯曲中心0的内侧 管壁IOk设计成IOmm厚。这种设计方式可以通过将变径弯管10的内管壁IOn相对于外管 壁IOp偏心地设置来实现。图4(a)至图4(e)中清楚地示出了这种偏心设置。图4(a)至 图4(e)中以0&、03、(^丄(1丄6来表示剖切面六-六、8-8、(-(、0-0工4处内管壁IOn相对于 外管壁IOp偏心距。进一步地，在实际应用中还发现，变径弯管10在中段部位处的磨损要大于两端处 的磨损，因此，本发明的变径弯管进一步进行了如下优化设计将外侧管壁IOj在变径弯管 10中段处的厚度大于变径弯管10的两端处的厚度。图4 (a)至图4(e)中清楚地示出了这种 变化。结合图2可以看出，剖切面A-A基本在变径弯管10的中部，剖切面B-B、C-C和D-D、 E-E分别分布在剖切面A-A两侧，其中，剖切面A-A、B-B、D-D处于变径弯管10的中段，相对 而言，剖切面C-C和E-E分别靠近两端，在图4(a)至图4(e)所示的实例中，变径弯管10五 个剖切面六4、8-8、(-(、0-0工4处的内侧管壁Dal、Dbl、Del、Ddl、Del都设计成IOmm厚， 将中段的三个剖切面A-A、B-B, D-D处的外侧管壁Da2、Db2、Dd2设计成18mm厚(对应地， 偏心距Ca、Cb、Cd均为4mm)，将靠近两端的两个剖切面C_C、E-E处的外侧管壁Dc2、De2设 计成15mm厚(对应地，偏心距&、&均为2.5讓)。依照上述的尺寸，本发明的变径弯管10可以设计成具有下表中的尺寸，其中，Oal、Φa2分别表示A-A剖面处弯管10的内径和外 径，类似地，ΦΜ、分别表示B-B剖面处弯管10的内径和外径，Φο 、分别表示 C-C剖面处弯管10的内径和外径，Φ(1ΚΦ 2分别表示D-D剖面处弯管10的内径和外径， ΦθΚ Φθ2分别表示E-E剖面处弯管10的内径和外径，表中单位为mm。
权利要求
1.一种变径弯管，用于流体输送管路中，所述变径弯管(10)包括输入端(IOa)和输出 端(10b)，其特征在于，所述变径弯管(10)的曲率半径从所述输入端(IOa)至所述输出端(IOb)呈增大的趋势。
2.根据权利要求1所述的变径弯管，其特征在于，所述变径弯管(10)的内径锥度从所述输入端(IOa)至所述输出端(IOb)呈减小的趋势。
3.根据权利要求1或2所述的变径弯管，其特征在于，所述变径弯管(10)从所述输入端(IOa)至所述输出端(IOb)的曲率半径连续增大。
4.根据权利要求1或2所述的变径弯管，其特征在于，所述变径弯管(10)从所述输入端(IOa)至所述输出端(IOb)的内径锥度连续减小。
5.根据权利要求1或2所述的变径弯管，其特征在于，所述变径弯管(10)相对于其弯 曲中心(0)的所述曲率半径包括所述变径弯管(10)的外管壁相对于所述变径弯管(10) 的弯曲中心(0)的近侧的曲率半径、所述外管壁相对于所述弯曲中心(0)的远侧的曲率半 径、所述变径弯管(10)的内管壁相对于所述弯曲中心(0)的近侧的曲率半径、所述内管壁 相对于所述弯曲中心(0)的远侧的曲率半径以及所述变径弯管(10)的中心线(IOi)的曲 率半径。
6.根据权利要求1或2所述的变径弯管，其特征在于，所述变径弯管(10)的距离所述 弯曲中心(0)远的管壁(IOj)的厚度大于距离所述弯曲中心(0)近的管壁(IOk)的厚度。
7.根据权利要求6所述的变径弯管，其特征在于，距离所述弯曲中心(0)远的管壁 (IOj)在所述变径弯管(10)中段处的厚度大于所述变径弯管(10)的两端处的厚度。
8.根据权利要求1所述的变径弯管，其特征在于，所述变径弯管(10)的横截面为圆形、 椭圆形、方形或矩形。
9.根据权利要求1所述的变径弯管，其特征在于，所述变径弯管(10)由多个曲率半径 不同的弧形区段构成，所述弧形区段选自由圆弧区段、椭圆弧区段、双曲线区段、抛物线区 段、渐开线区段构成的组中的一种或多种。
10.一种泵送设备，其特征在于，所述泵送设备的流体输送管路中包括根据权利要求1 至9中任一项所述的变径弯管(10)。
全文摘要
本发明提供了一种变径弯管及包括该变径弯管的泵送设备。本发明总体涉及物料输送领域。本发明的变径弯管用于流体输送管路中，变径弯管包括输入端和输出端，其特征在于，变径弯管的曲率半径从输入端至输出端呈增大的趋势。本发明的变径弯管的弯曲变径进行了优化设计，能够有效地降低传输物料对变径弯管的冲击，提供变径弯管的使用寿命。
文档编号F16L43/00GK102109077SQ20111002809
公开日2011年6月29日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者刘昆吾, 朱捷 申请人:长沙中联重工科技发展股份有限公司