软管的制作方法

1.本发明涉及一种软管，并且更具体地涉及一种用于由石膏浆料生产建筑产品的软管。


背景技术：

2.建筑产品如石膏板的生产包括在混合器内混合石膏浆料。各种类型的混合器在本领域中是众所周知的，其中最常见的类型是切向出口混合器和底部出口混合器。在使用底部出口混合器的情况下，软管连接到混合器的底部以将石膏浆料从混合器引导到成形台。或者，可以使用切向出口混合器。石膏浆料从切向出口混合器的侧面离开，然后经由罐移动到软管中。


技术实现要素：

3.申请人已经发现，在使用底部出口混合器的情况下，混合器中石膏浆料的旋转运动通过软管传播，导致石膏浆料在软管内的流动中的显著旋转分量。
4.申请人还发现，旋转分量存在于连接到切向出口混合器的软管内。这里，罐将旋转分量引入石膏浆料的流动中。因此，无论使用底部出口混合器还是切向出口混合器，进入软管的石膏浆料对其流动具有旋转分量。
5.当生产建筑产品时，与石膏流动相关联的旋转分量可能证明是有问题的。在石膏浆料经由单个出口离开软管到达成形台上的情况下，流体流的旋转分量可能导致石膏浆料在成形台上的不均匀铺展。在石膏浆料经由多个出口离开软管到达成形台的情况下，石膏浆料流中存在的旋转分量可能导致甚至更大的问题。这里，不同体积的石膏浆料可以离开每个单独的出口，当需要石膏浆料在成形台上均匀铺展时具有挑战性。
6.鉴于上述情况，期望减少石膏浆料在软管内的流动中的旋转分量。申请人已经理解，软管内石膏浆料的旋转分量的减少可以导致石膏浆料在成形台上更均匀地铺展。本发明寻求至少解决这个问题。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种用于由石膏浆料生产建筑产品的软管，所述软管包括具有横截面面积a1的第一部分和具有横截面面积a2的第二部分，所述第一部分与所述第二部分流体连通，其中，在使用中，所述第一部分位于所述第二部分的上游，其中a1是a2的尺寸的至少两倍，其中所述软管包括第三部分，所述第三部分包括位于所述第一部分和所述第二部分中间的横截面面积a3，其中所述第一部分通过弯头连接到所述第三部分，其中所述第一部分在垂直于其纵向轴线的平面中包括最长尺寸d1，并且其中所述弯头包括至少为d1的一半的外部曲率半径。
8.以这种方式，提供了一种软管，其增加了流体(最常见的是石膏浆料)在表面上铺展的均匀性。申请人已经进行了数值建模和物理实验，表明提供具有上述特征的软管具有改进的流动特性。申请人认为这些改进的流动特性是由于所要求保护的软管内的许多现象，其中这些特征中最重要的是在软管的主体内形成再循环区域域，该再循环区域域用于
在流体流进入软管时破坏流体流的旋转分量。通常，在由石膏浆料生产建筑产品时，该旋转分量经由底部出口混合器或切向出口混合器的罐引入石膏流中。
9.优选地，a1是第一部分的最大横截面面积。优选地，a2是第二部分的最小横截面面积。
10.a1是a2的尺寸的至少两倍。更优选地，a1是a2的尺寸的至少三倍。在软管的尺寸满足这些限制的情况下，软管内的再循环区域更大且更显著，确保石膏流的旋转分量更有效地被破坏，从而增加离开软管的任何流的均匀性。
11.优选地，a1的尺寸至多为a2的尺寸的四倍。虽然申请人的建模工作表明，增加a1与a2的比率的有益效果继续高于该值，但是该上限通常是优选的，因为它确保软管可以装配到现有的石膏板生产系统，并且不会变得不必要的庞大。
12.软管包括第三部分，该第三部分包括位于第一部分和第二部分中间的横截面面积a3。优选地，a1等于或大于a3。优选地，a1至多是a3尺寸的四倍。其中a3≤a1≤4a3，软管中的流体流在遇到第三部分的限制部时产生涡流。当流体进入限制部时，这种涡流有效地抵消了流体的旋转分量，从而导致离开软管的良好平衡的流动。优选地，a3是第三部分的最小横截面面积。
13.优选地，第一部分的纵向轴线大致垂直于第三部分的纵向轴线。优选地，第一部分的纵向轴线大致垂直于第二部分的纵向轴线。优选地，第二部分的纵向轴线大致平行于第三部分的纵向轴线。
14.第一部分通过弯头连接到第三部分。第一部分在垂直于其纵向轴线的平面中包括最长尺寸d1。更优选地，d1是第一部分在垂直于其纵向轴线的平面中的最长尺寸，其中所述平面是第一部分的最靠近弯头的平面。弯头包括至少为d1的一半的外部曲率半径。优选地，弯头包括至多两倍于d1的外部曲率半径。有利地，在该范围内的曲率半径增加了软管内的再循环区域的尺寸。
15.优选地，弯头包括连续的外部曲率半径。替代地，弯头包括可变的外部曲率半径。
16.优选地，弯头包括内曲率半径((r
in
)，其中内曲率半径等于外部曲率半径减去d1。当外部曲率半径小于或等于d1时，内曲率半径等于零。优选地，内曲率半径位于该范围0≤r
in
≤d1内。更优选地，内曲率半径等于零。
17.优选地，第二部分包括至少两个子部分，其中子部分的总横截面面积等于a2。在第二部分包括多个子部分的情况下，a2被认为所有子部分的累积总横截面面积。在第二部分包含多个子部分的情况下，离开软管的流体的不均匀铺展通常可以被视为离开每个单独出口的不同体积的流体。在第二部分包括单个出口而没有子部分的情况下，通常可以经由流体在成形台或类似物上的优先铺展来观察离开第二部分的流体的不均匀铺展。
18.优选地，子部分随着它们远离第一部分延伸而发散。优选地，多个子部分内的每个子部分的横截面面积基本上相等。
19.优选地，第一部分包括基本上圆形的横截面。优选地，第二部分包括基本上圆形的横截面。优选地，第三部分包括基本上圆形的横截面。优选地，多个子部分内的子部分包括基本上圆形的横截面。设想了所描述的横截面的任何组合。
20.优选地，第一部分沿其大部分长度具有基本相同的横截面面积。更优选地，第一部分沿其长度的至少75％具有基本相同的横截面面积。更优选地，第一部分沿其长度的至少
90％具有基本相同的横截面面积。最优选地，第一部分沿其整个长度具有基本相同的横截面面积。
21.优选地，第二部分沿其大部分长度具有基本相同的横截面面积。更优选地，第二部分沿其长度的至少75％具有基本相同的横截面面积。更优选地，第二部分沿其长度的至少90％具有基本相同的横截面面积。最优选地，第二部分沿其整个长度具有基本相同的横截面面积。
22.优选地，在第二部分包括多个子部分的情况下，每个子部分沿着其大部分长度具有基本相同的横截面面积。更优选地，每个子部分沿其长度的至少75％具有基本相同的横截面面积。更优选地，每个子部分沿其长度的至少90％具有基本相同的横截面面积。最优选地，每个子部分沿其整个长度具有基本相同的横截面面积。
23.优选地，第三部分沿其大部分长度具有基本相同的横截面面积。更优选地，第三部分沿其长度的至少75％具有基本相同的横截面面积。更优选地，第三部分沿其长度的至少90％具有基本相同的横截面面积。最优选地，第三部分沿其整个长度具有基本相同的横截面面积。
24.优选地，第二部分在包含第三部分的纵向轴线的平面下方延伸。优选地，第二部分比第一部分长。优选地，软管包括塑料。更优选地，软管基本上由塑料组成。
25.优选地，软管包括镜像对称平面。更优选地，第一部分、第二部分或第三部分的纵向轴线位于镜像对称平面中。
26.本发明的第二方面在于如前所述的软管在制造建筑产品中的用途。
27.根据本发明的第三方面，提供了一种分配石膏浆料的方法，该方法包括提供具有多个分配部的软管，其中该软管包括具有相应横截面面积a1和a2的至少两个部分，其中a1与a2的比率使得所述分配部中的流动不对称性低于1％。
28.优选地，该方法是分配石膏浆料以生产石膏基产品的方法。
29.优选地，该方法还包括提供混合器，提供成形台，以及通过所述软管将所述石膏浆料从所述混合器分配到所述成形台上。
30.优选地，软管是先前描述的软管。
31.根据本发明的第四方面，提供了一种制造石膏产品的方法，该方法包括以下步骤：在混合器中混合石膏浆料，将石膏浆料通过如前所述的软管从混合器排出到成形台上，并凝固石膏浆料。
32.优选地，凝固石膏浆料的步骤包括加热浆料。
33.优选地，混合浆料的步骤包括在切向出口混合器或底部出口混合器中混合浆料。
34.优选地，石膏浆料包含泡沫。更优选地，该方法包括将泡沫添加到切向出口混合器的罐中的石膏浆料中。泡沫用于降低石膏产品的密度。通过包含增加量的泡沫来制备轻质石膏产品。
附图说明
35.现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的实施例，在附图中：
36.图1是用于制造建筑产品的现有技术软管的图像；
37.图2是用于制造建筑产品的根据本发明的软管的图像；
38.图3是示出了数值建模的软管系统的右/左流动不均匀性的图表；
39.图4是示出改变a1与a2的比率对建模的流量偏差的影响的图表；
40.图5是示出改变a1与a3的比率对建模的流量偏差的影响的图表；和
41.图6是示出改变弯头部分的外部曲率半径对建模的流量偏差的影响的图表。
具体实施方式
42.首先转到图1，示出了现有技术中已知的靴状部或软管100。从图1的插图可以看出，软管包括第一部分110和第二部分120，第二部分120包括两个子部分121。第一部分110和第二部分120流体连通，并且第一部分110连接到切向出口混合器(未示出)的罐(未示出)。
43.从图1中可以看出，作为建筑产品制造过程的一部分，软管100在使用中将石膏浆料160分配到成形台170上。这里，所形成的建筑产品是轻质石膏板。
44.图1还示出了该现有技术软管100将石膏浆料160分配到成形台170上的不均匀性质。来自第二部分120的右子部分121的石膏浆料160的流量远大于离开第二部分120的左子部分121的石膏浆料160的流量，如通过石膏浆料160从每个子部分121沿着成形台170的长度延伸的距离可以看出的。从每个子部分延伸的石膏浆料的端部之间的距离在图1上标记为x1。
45.现在转到图2，示出了根据本发明的软管200。从图2的插图可以看出，软管包括第一部分210、包括两个子部分221的第二部分220和位于第一部分210和第二部分220之间的第三部分230。第一部分210、第二部分220和第三部分230中的每一个彼此流体连通，并且第一部分210连接到切向出口混合器(未示出)的罐(未示出)。软管还包括将第一部分210连接到第三部分230的弯头。
46.从图2可以看出，作为建筑产品制造过程的一部分，靴状部或软管200在使用中将石膏浆料260分配到成形台270上。这里，形成的建筑产品再次是具有与用于生产图1相同配方的轻质石膏板。
47.与图1相反，图2示出了软管200比图1的现有技术软管100在整个成形台上均匀得多地分配石膏浆料260。虽然来自第二部分220的右子部分221的石膏浆料260的流量仍然大于离开第二部分220的左子部分221的石膏浆料260的流量，但两个子部分221之间的差异大大减小。长度x2远小于长度x1，表明软管200极大地增加了通过两个子部分221的流动的均匀性。
48.虽然软管200与现有技术的软管100相比具有明显的优点，但是两种软管在许多设计特征上彼此不同。因此，为了隔离有助于改善软管200的流动特性的设计特征，进行了数值建模。
49.数值建模
50.基础模型
51.为了确保可靠的数据，作为第一阶段，开发了数值模型以复制图1和图2中观察到的物理结果。为此目的，使用ansys fluent计算动力学软件包使用连续单相模型进行数值建模。在模型的框架内，将图1和图2中描绘的试验中使用的发泡石膏浆料建模为具有非牛顿流变学的有效不可压缩流体。此外，模型中使用的流变定律是herschel-bulkley流变学，
模型中使用的系数基于用实验室流变仪进行的实验测量。
52.另外，为了复制用于产生图1和图2的图像的试验条件，数值模型集中在使用切向出口混合器和罐的系统上。在这种系统中，通过罐将旋转流动分量引入石膏浆料中。在使用底部出口混合器的替代系统中，混合器本身在石膏浆料进入软管时负责石膏浆料中的旋转流动分量。因此，虽然本文讨论的数值模型集中于切向出口混合器的使用，但是结果也适用于底部出口混合器，因为两种混合器变化将等效的旋转分量引入到软管内的石膏浆料的流动中。
53.为了比较图1的现有技术软管100与图2中描绘的软管200的效果，对两者进行建模并完成模拟。这些模拟的结果在图3中描绘。
54.图3描绘了离开现有技术软管100和图2的软管200两者中的右子部分和左子部分的流的不均匀性。当计算流量的不均匀性时，使用以下等式计算通过每个子部分的流量：
55.q
slurry
＝∫
ωut
dω
56.其中u
t
是横向于横截面面积的局部速度，并且ω是横截面的积分面积。然后将右/左不均匀性确定为左和右子部分流量之间的百分比差异。
57.从图3可以看出，数值模型成功地复制了在使用现有技术软管100和图2的软管200期间看到的结果。由于已经成功建立了基线模型，因此进行参数研究以隔离软管200的特征，其产生观察到的流量不均匀性的降低。
58.参数研究
59.在参数分析中，将图1所示的现有技术软管100作为基线。现有技术软管100的各种尺寸和特征被单独地改变，并且进而隔离影响软管的右/左不均匀性的那些尺寸和特征。
60.在参数研究过程中，确定以下特征以影响软管的右/左不均匀性。
61.第一部分和第二部分-横截面面积的比率
62.参数研究表明，第一部分(a1)的横截面面积与第二部分(a2)的横截面面积的尺寸的比率对软管的右/左均匀性具有最大的影响。在这些计算中，a1被认为是第一部分的总横截面面积。a2被认为第二部分的总横截面面积，在这种情况下是软管的两个子部分的横截面面积的总和。
63.从图4中可以看出，当a1与a2的比率达到1时，可以看到右/左不均匀性的改善。然而，当a1与a2的比率为2或更高时，可以看到右/左不均匀性的最大改善。
64.a1与a2的比率对软管的右/左不均匀性具有非常强的影响，并且单独控制该比率足以将软管的右/左不均匀性降低到可接受的水平。从对数值数据的分析，申请人假设当a1与a2比率增加时看到的降低的不均匀性是由于在软管内产生再循环区域。申请人认为，当石膏浆料进入软管时，该再循环区域破坏石膏浆料流的旋转分量。流体流动的旋转分量的这种破坏有效地降低石膏浆料的涡流，无论其来源如何：直接来自混合器(如在底部出口混合器中)或由于罐(如在切向出口混合器中)。因此，对于切向出口混合器和底部出口混合器，增加a1与a2的比率改善了离开软管的流动的均匀性。
65.第一部分和第三部分-横截面面积的比率
66.参数研究进一步揭示，第一部分(a1)的横截面面积与第三部分(a3)的横截面面积的尺寸的比率也影响建模软管的右/左均匀性。在这些计算中，a1再次被认为第一部分的总横截面面积。另外，a3被认为是第三部分的总横截面面积。
67.如图5所示，参数研究表明，当a1与a3的比率达到1时，可以看到建模软管的右/左均匀性的改善。当a1与a3的比率在2至3的范围内时，可以看到模型软管的右/左均匀性的更显著的改善。最后，所进行的数值建模表明，一旦a1与a3的比率超过4，建模软管的右/左均匀性再次降低。
68.虽然控制a1与a3的比率对软管的右/左均匀性具有很强的影响，但是控制该比率不如控制a1与a2的比率那么强大。从对数值数据的分析，申请人假设当改变a1与a3比率时观察到的右/左不均匀性的变化是在软管的弯头中看到的再循环的变化的结果。如前所述，从切向混合器的罐进入软管的石膏浆料对其流动具有旋转分量。如果石膏浆料直接从底部出口混合器进入软管，则也是如此。
69.在a3小于a1或与a1尺寸相同的情况下，石膏浆料流在遇到第三部分的限制部时产生涡流。在图5中突出显示的范围内，申请人相信，当石膏浆料进入限制部时，这种涡流有效地抵消石膏浆料的旋转分量，从而产生良好平衡的流动。在a1与a3的比率增加超过图5中突出显示的比率的情况下，右/左不均匀性再次增加，这显然是由于在进入第三部分时横截面面积的大变化将其自身的旋转分量引入到流动中。
70.弯头-外部曲率半径
71.本发明的某些实施例包括弯头或过渡部，该弯头或过渡部(1)将第一部分连接到第二部分，其中仅存在两个部分，或者(2)将第一部分连接到第三部分，其中存在三个部分。在这些实施例中，弯头对软管的右/左不均匀性具有直接影响。
72.弯头的形状以及第一部分与第三部分之间的过渡可以由弯头的外部曲率半径r
ex
来描述。弯头的外部曲率半径被测量为弯头的最大曲率半径，如图6所示。
73.在存在弯头的情况下，参数研究表明，修改r
ex
可以改善流动的右/左均匀性。这些效果也在图6中示出。在第一部分在垂直于其纵向轴线d1的平面中被认为具有最长内部尺寸的情况下，所进行的数值建模表明，当r
ex
等于d1的一半时，看到右/左不均匀性的改善。所进行的数值建模表明，在r
ex
在减小之前等于d1的两倍的情况下，仍然存在这些改进。这些发现在图6中示出。
74.再次，数值模型示出了相对于d1控制r
ex
对软管的右/左均匀性有影响。然而，这种效果不如改变a1与a2的比率和改变a1与a3的比率明显。此外，申请人进行的分析进一步表明，相对于d1控制r
ex
对软管的右/左不均匀性没有影响，除非a1与a2比率的控制已经将再循环区域引入软管中。
75.申请人进行的数值建模表明，在以下范围内看到的右/左不均匀性的改善
[0076][0077]
是由于软管内的再循环区域域的延伸。再循环区域的这种延伸确保进入软管的石膏浆料流的旋转分量在石膏浆料到达第二部分之前被破坏，从而增加流动均匀性。
[0078]
本发明的方面、实施例和特征也可以由以下条款限定。
[0079]
1.一种用于由石膏浆料生产建筑产品的软管，所述软管包括：具有横截面面积a1的第一部分，以及具有横截面面积a2的第二部分，所述第一部分与所述第二部分流体连通，其中，在使用中，所述第一部分位于所述第二部分的上游，其中a1的尺寸是a2的尺寸的至少两倍。
[0080]
2.根据条款1所述的软管，其中a1的尺寸至多为a2的尺寸的四倍。
[0081]
3.根据条款1或条款2所述的软管，其中所述软管包括第三部分，该第三部分包括位于所述第一部分和所述第二部分中间的横截面面积a3。
[0082]
4.根据条款3所述的软管，其中a1的尺寸与a3相同或大于a3。
[0083]
5.根据条款3或条款4所述的软管，其中a1的尺寸至多为a3的尺寸的四倍。
[0084]
6.根据条款3至5中任一项所述的软管，其中所述第一部分的纵向轴线大致垂直于所述第三部分的纵向轴线。
[0085]
7.根据条款1至2中任一项所述的软管，其中所述第一部分通过弯头连接到所述第二部分。
[0086]
8.根据条款3至6中任一项所述的软管，其中所述第一部分通过弯头连接到所述第三部分。
[0087]
9.根据条款8所述的软管，其中所述第一部分在垂直于其纵向轴线的平面中包括最长尺寸d1，并且其中所述弯头包括至少为d1的一半的外部曲率半径。
[0088]
10.根据条款9所述的软管，其中所述弯头包括至多两倍于d1的外部曲率半径。
[0089]
11.根据前述任一条款所述的软管，其中所述第二部分包括至少两个子段，所述子段的总横截面面积等于a2。
[0090]
12.根据条款11所述的软管，其中所述多个子部分内的每个子部分的横截面面积是基本上相等的。
[0091]
13.一种制造石膏产品的方法，包括以下步骤：
[0092]
在混合器中混合石膏浆料，
[0093]
通过条款1至13中任一项所述的软管将所述石膏浆料从所述混合器排出到成形台上，
[0094]
凝固所述石膏浆料。
[0095]
14.一种分配石膏浆料的方法，包括提供具有多个分配部的软管，其中所述软管包括具有相应横截面面积a1和a2的至少两个部分，其中a1与a2的比率使得所述分配部中的流动不对称性低于1％。
[0096]
15.根据条款14所述的方法，其中所述方法是分配石膏浆料以生产石膏基产品的方法。
[0097]
16.根据条款15所述的方法，其中所述方法包括：
[0098]
提供混合器，
[0099]
提供成形台，和
[0100]
通过所述软管将所述石膏浆料从所述混合器分配到所述成形台上。
[0101]
17.根据条款15所述的方法，其中所述软管是根据条款1至13中任一项所述的软管。