螺旋管的制作方法

1.本发明涉及螺旋管，该螺旋管能够提高对由内部压力与外部压力之间的差异产生的塌陷载荷进行抵抗的阻力性能。


背景技术：

2.例如，在300km/h或更高的高速列车系统中，必须根据速度解决两个阻力。一个是设计空气动力学行驶本体，以降低以指数方式上升的空气阻力，并且另一个是引入磁悬浮系统，以降低行驶本体与轨道之间的摩擦阻力。
3.同时，在由elon musk于2012年提出并由特斯拉(tesla)和太空探索技术公司(spacex)的技术人员首次引入的超级高铁概念(hyperloop concept)中，提出了这样一种技术，该技术可以通过将小型行驶本体(通常为28个座位)插入到在大约0.001atm的压力下密封的真空管中来以1200km/h的最大速度无空气阻力地运送乘客。此后，已经进行了各种尝试来实际实现这样的系统。
4.在这种尝试中，虽然电磁和机械悬浮及推进系统很重要，但也很重要的是实现管结构，以在基础设施中保持大约0.001个大气压的亚真空状态，这占初始投资价值的大约50％或更多。
5.由于管是运送乘客或货物的行驶本体移动通过的通道，因此管被设定成大于行驶本体的横截面积，通常由行驶本体的横截面积与管的横截面积表示的阻塞比为0.38至0.60。
6.例如，在2012年提出的超级高铁概念中，表明的是当行驶本体的直径为1.38m时，阻塞比为0.38，而当行驶本体的直径为1.38m、人不能站立的高度时，可能会影响乘客的登车能力。近来，在诸如维珍超级高铁(virgin hyperloop one)之类的方法中，行驶本体的直径为2.4m，并且管的直径为3.66m，这有放大化的趋势。
7.对管有若干机械性能要求。若干机械性能要求中的一个是除气率必须低以保持大约0.001atm的亚真空。例如，钢材具有优异的诸如屈服强度和抗拉强度之类的特性，但在约0.001atm时，与用于管的其他候选材料的混凝土或聚合物复合材料相比，除气率非常优异，因此首先考虑由钢材制成的管。
8.随着管的直径增加，管的厚度也增加。例如，根据管道设计标准(dnv-os-f101标准)，例如，当直径增加到4m时，确保对塌陷载荷的阻力连同安全系数的安全厚度增加到28.4mm。此处，如果钢的厚度厚于25mm，则对管的生产方法存在很大的限制。
9.具体而言，生产装备被设定成使得钢的热轧卷材具有25mm或更小的厚度，并且具有25mm或更厚的厚度的钢材通常必须被制造为厚板。在制造管时，厚的板产品使用无法进行连续加工的方法，生产成本远高于热轧卷材的连续加工的生产成本。因此，有必要使管的厚度为25mm或更小，以能够进行管制造中的连续加工并降低初始投资成本。
10.作为相关的现有技术，存在一种在韩国专利公开no.1731869b1中公开的发明(2017年5月4日注意到的)。


技术实现要素：

11.技术问题
12.本公开的一方面是提供了一种螺旋管，该螺旋管能够提高对由内部压力与外部压力之间的差异产生的塌陷载荷进行抵抗的阻力性能，同时具有减小的厚度。
13.问题解决方案
14.根据本公开的一方面，一种螺旋管包括：管本体，在该管本体中，以螺旋形状连接有条状件并且该条状件在该条状件的前端端部处被焊接；以及加强件，该加强件设置在管本体的内表面上。
15.发明的有利效果
16.如上所述，根据本公开，通过将加强件安置在管本体中，可以提高抵抗塌陷载荷的阻力性能，同时减小管的厚度。
附图说明
17.图1是图示了根据本公开的实施方式的螺旋管的一部分的立体图。
18.图2是在图1中图示的螺旋管的局部放大图。
19.图3是图示了根据本公开的实施方式的螺旋管的改型示例的一部分的立体图。
20.图4是图2中所示的螺旋管的局部放大图。
21.图5a和图5b是图示了根据现有技术和根据本公开的螺旋管的塌陷分析的视图。
具体实施方式
22.由于一般管道输送压力流体，内部压力会大于外部压力，因此重点在于加强抗爆裂而不是抗塌陷。
23.例如，在制造具有1m或更大的直径的管时，主要使用经济的螺旋焊接方法作为热轧卷材的连续加工。
24.在以这种方式生产的螺旋管中，例如当直径为4m以及厚度为28.4mm时，直径与厚度的比(d/t)为130或更大，使得螺旋管可以具有与一般管道的情况(例如，直径为762mm以及厚度为20mm，d/t＝38)相比相对更大的直径，并且具有非常薄的结构。
25.如上所述，当直径与厚度比(d/t)增加时，在螺旋管的自身重量的影响下很难控制椭圆度。
26.一般管道的椭圆度的控制量在小直径(直径《500mm，d/t《30)的情况下可以例如为0.5％或更小，并且在中等直径(直径《1300mm，d/t《45)的情况下，一般管道的椭圆度的控制量可以控制成1.5％或更小。
27.然而，在4m的大直径和130的直径厚度比(d/t)的情况下，预期椭圆度约为5.0％。
28.在输送压力流体的管道的情况下，控制这种椭圆度的主要原因是匹配各个管子之间的连接横截面。
29.同时，在制造螺旋管时，拉伸和扭曲具有一定宽度的、例如由钢材制成的热轧卷材的条状件，并将其以根据所需直径设定的角度焊接成螺旋形状。
30.常规的螺旋管加工成尽可能保持表面的光滑，通过根据条状件的厚度进行对焊的方式在管的内部和外部仅留下一焊道。这种光滑的表面尤其适用于流体(气体、油、水等)在
螺旋管内部的平稳运动。
31.另一方面，根据本公开的螺旋管旨在用作其中行驶本体在距内表面预先确定距离处移动并且内部具有真空的管。在螺旋管中，可以充分确保抵抗塌陷载荷的阻力性能。
32.在下文中，将参照示例性附图详细描述本公开。在给每个附图的部件附加附图标记时，应当注意的是，相同的部件尽可能地被赋予相同的附图标记，即使它们在不同的附图中被指示。
33.另外，在描述本公开时，如果确定相关已知构型或功能的详细描述可能会模糊本公开的主旨，则将省略相关已知构型或功能的详细描述。
34.图1是图示了根据本公开的实施方式的螺旋管的一部分的立体图，以及图2是在图1中图示的螺旋管的局部放大图。
35.如这些附图中所图示的，根据本公开的实施方式的螺旋管包括：管本体(1)，在管本体(1)中，条状件以螺旋形状连接并在该条状件的前端端部处接合；以及加强件(2)，加强件(2)安装在管本体的内表面上。
36.管本体(1)例如由用钢材制成的热轧卷材制成，并且在拉伸和扭曲具有一定宽度的条状件的同时以根据所需直径设定的角度焊接成螺旋形状。
37.当条状件是诸如钢材之类的金属时，条状件可以具有例如约400mpa的屈服强度和约440mpa的抗拉强度。
38.在此，根据本公开的实施方式的螺旋管不需要在管的内部或外部上的光滑表面，因为目的不是输送流体。
39.加强件(2)接合至管本体(1)的内表面并且可以安装成向管本体的内部径向地突出。
40.图1和图2图示了例如具有大约100mm的径向长度(即，加强件的宽度)和大约8mm的厚度的、平坦的板状形式的加强件(2)。
41.然而，加强件的尺寸不一定限于此，并且加强件的宽度和厚度可以根据螺旋管的直径而改变。
42.加强件(2)可以在焊接时定位在焊接线(3)上，同时通过连续加工扭曲例如热轧卷材的条状件以形成管本体(1)，从而以螺旋形状联接至管本体的内部，而无需额外的焊接过程。
43.尽管附图示出了加强件(2)沿大致正交方向定位在管本体(1)的内侧部上的螺旋焊接线(3)上的示例，但并不一定限于此。
44.例如，加强件(2)可以定位成远离焊接线，或者可以接合成相对于管本体(1)的内表面稍微倾斜。
45.另外，虽然上面已经描述了在形成管本体(1)时使用焊接线(3)同时焊接加强件(2)的连续加工，但是也可以在制造管本体之后执行单独安装加强件的过程。
46.图3是图示了根据本公开的实施方式的螺旋管的改型示例的一部分的立体图，以及图4是图2中所图示的螺旋管的局部放大图。
47.如这些图中所示的，在根据本公开的实施方式的螺旋管的改型示例中，采用了下述加强件(2)：具有诸如弯曲的近似《形状、u形形状或曲面形状之类的横截面形状，使得可以进一步提高增强螺旋管的刚性的效果。
48.如上所述，根据本公开的实施方式的螺旋管采用联接至螺旋管的内表面的加强件(2)，使得可以安全地确保螺旋管对由内部压力与外部压力之间的压力差引起的塌陷载荷进行抵抗的阻力性能，其中，该内部压力几乎是真空，该外部压力是大气压。
49.特别地，当在普通管道中直径增加到4m时，确保抵抗塌陷载荷的阻力性能连同安全系数的安全厚度增加到28.4mm，但是在根据本公开的实施方式的螺旋管中，管本体(1)的厚度可以减小到25mm或更小，同时由于加强件(2)而确保了相同的性能。
50.其次，影响螺旋管抵抗塌陷载荷的阻力性能的重要因素是椭圆度，椭圆度是管本身的几何特征。
51.例如，当管本体(1)具有是大直径的4m的直径并且具有约5.0％的椭圆度时，管本体的长轴直径与4m的标称直径相比增加约100mm。随着短轴直径减小约100mm，管本体可以具有椭圆形横截面形状。
52.椭圆现象可以在形成管本体(1)时出现，并且可能在管本体的运输或构造期间由于外部载荷而进一步劣化。
53.在内部几乎保持真空状态的螺旋管的情况下，由于这种椭圆现象，当外部大气压作为载荷时，趋向于在短轴直径的方向上发生塌陷，因此需要控制椭圆现象。
54.随着椭圆现象的增加，抵抗塌陷载荷的阻力性能降低，使得根据本公开的实施方式的螺旋管可以在形成管本体(1)时采用联接至管本体(1)的内表面的加强件(2)，从而通过使椭圆现象最小化来安全地确保抵抗塌陷载荷的阻力性能。
55.图5a和图5b是图示了根据现有技术和根据本公开的螺旋管的塌陷分析的视图。
56.图5a图示了对根据现有技术的螺旋管的塌陷形状的数值分析，现有技术的螺旋管具有4m的直径、25mm的厚度，并且应用于该螺旋管的椭圆度为5％。
57.另外，通过应用具有400mpa的屈服强度和440mpa的抗拉强度的钢材，最大抗压为0.17mpa。
58.然而，考虑到2.0的安全系数，可以看出根据现有技术的螺旋管在其内部几乎处于真空状态并且塌陷时不能抵抗大气压力。换言之，如果直径为4m，则不能使用具有的厚度为25mm的管，必须进一步增加管的厚度。
59.图5b图示了对根据本公开的螺旋管的塌陷形状的数值分析，并且本公开的螺旋管具有4m的直径和25mm的厚度，并且应用于该螺旋管的椭圆度为5％。
60.另外，使用了与现有技术的螺旋管的钢材相同的钢材。
61.在根据本公开的螺旋管中，通过联接至螺旋管的内表面的加强件(2)显示出最大阻力压力为0.30mpa，并且当螺旋管的内部为真空时，即使考虑到2.0的安全系数，也可以看出，该螺旋管能抵抗1atm的外部大气压力。
62.如上所述，根据本公开，通过将加强件定位在管本体中，可以提供抵抗塌陷载荷的阻力性能，同时减小管的厚度。
63.在下文中，将通过示例更详细地描述本公开。然而，应注意的是，以下示例仅用于说明目的，并且不旨在限制本公开的范围。本公开的范围可以由权利要求中描述的内容以及能够从中合理地推断出的内容来确定。本发明的主题不限于上述内容。本发明的主题将从本说明书的全部内容中理解，并且本发明所属领域的普通技术人员将不难理解本发明的附加主题。
64.工业适用性
65.因此，如上所述，本公开用于构造一种在高速列车系统或超级高铁概念中行驶本体移动通过的通道。