CN110337556A - 具有受保护的传感器的管结构和用于制造具有受保护的传感器的管结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种管结构(1)，包括金属内管(3)和金属外管(2)，其中内管(3)在外管(2)中延伸，其中间隔管(4)位于内管(3)和外管(2)之间，其中间隔管(4)包括至少一个狭缝(5)，其中该至少一个狭缝(5)在间隔管(4)的纵向方向上并且在间隔管(4)的整个纵向延伸上延伸，并且其中该至少一个狭缝(5)在管结构(1)的径向方向上形成从内管(3)的外表面(7)延伸到外管(2)的内表面(8)的空间，其中管结构(1)还包括位于间隔管(4)的所述至少一个狭缝(5)中的至少一条信号线(9)，其中该至少一条信号线(9)在间隔管(4)的纵向方向上延伸。

Description

具有受保护的传感器的管结构和用于制造具有受保护的传感 器的管结构的方法

技术领域

本公开涉及一种包括金属内管和金属外管的管结构，其中内管在外管中延伸。本公开还涉及一种用于制造管结构的方法，该方法包括提供金属内管和金属外管的步骤。

背景技术

金属管，特别是不锈钢管被用在多种应用中，其中管受到多种应力。这些应力可能例如导致管道爆裂，这不仅需要更换相应的管，而且还增加了成本。因此，在某些情况下，传感器被附接到这些管，当在管中出现损坏时，传感器将指示并且还发送信号。然而，已经证明很难保护所附接的传感器免受环境影响。

本公开的一个方面是通过提供一种金属管结构以及一种用于制造这种管结构的方法来提供针对这一问题的解决方案，其中至少一条信号线能够以受保护的方式位于管内。

发明内容

因此，本公开涉及一种包括金属内管和金属外管的管结构，其中内管在外管中延伸，其中间隔管位于内管和外管之间，其中间隔管包括至少一个狭缝，其中该至少一个狭缝在间隔管的纵向方向上并且在间隔管的整个纵向延伸上延伸，并且其中该至少一个狭缝在管结构的径向方向上形成从内管(3)的外表面延伸到外管的内表面的空间，其特征在于，管结构包括位于间隔管的所述至少一个狭缝中的至少一条信号线，其中该至少一条信号线(9)在间隔管的纵向方向上延伸，该至少一条信号线在间隔管的纵向方向上延伸。

在该设计中，间隔管不仅在径向方向上在内管和外管之间提供限定的最小间距，而且还提供允许容纳在管结构的纵向方向上延伸的信号线的截面。为了提供一种稳定的管结构，狭缝连接内管的外表面和外管的内表面，即间隔管在其周向方向上是不连续的，并且狭缝在间隔管的整个纵向延伸上延伸。

通过设置该狭缝，在本公开的实施例中，内管、间隔管和外管能够在间隔管的纵向延伸的一部分上机械地压配合(force-fitted)。通过在间隔管中设置狭缝，任何减小外管直径的尝试不仅会导致在外管和间隔管之间的紧密压配合，而且会直接导致间隔管的内径的减小和因此在间隔管和内管之间的压配合。显然，当减小外管的内径以使得在外管和间隔管之间存在紧密压配合时，间隔管的周向延伸(即，在垂直于间隔管的纵向方向的方向上的延伸)也被减小。根据一个实施例，间隔管和外管在内管的纵向延伸的一部分上机械地压配合。根据一个实施例，间隔管和外管在内管的整个纵向延伸上机械地压配合。此外，术语“压配合”意味着管通过力被机械连接起来，这将确保在管之间的连接将如此强大，以至于它将承受操作条件中的任何外部和内部差异，例如温度和/或压力差异，其中管将被暴露于该温度和/或压力差异。用于描述这一点的其它术语是“被紧密配合”或“紧密配合”。

在本公开的实施例中，内管、间隔管和外管相对于彼此同心地延伸。

原则上，间隔管能够由提供所需稳定性的任何材料制成，因此材料可以选自塑料和金属材料这两者。

在本公开的实施例中，间隔管恰好包括一个狭缝。然而，其中间隔管包括多个狭缝，特别是三到五个狭缝的实施例是可行的。应当理解的是，在间隔管包括多个狭缝的实施例中，间隔管实际上是多部分结构，其中必须手动地在内管上沿周向方向分布间隔管的不同管段。

在本公开的实施例中，内管和/或间隔管和/或外管由以下金属组成，所述金属选自由钢、碳钢、不锈钢、锰钢、镍基合金、铝(Al)、铝基合金、铜(Cu)、铜基合金、锆(Zr)、锆基合金、钛(Ti)、钛基合金、铁-铬-铝(FeCrAl)合金、铁素体钢或它们的任何组合组成的组。

应当理解的是，在一个实施例中，用于提供或制造内管和/或间隔管和/或外管的中空部由以下金属组成，所述金属选自由钢、碳钢、不锈钢、锰钢、镍基合金、铝(Al)、铝基合金、铜(Cu)、铜基合金、锆(Zr)、锆基合金、钛(Ti)、钛基合金、铁-铬-铝(FeCrAl)合金、铁素体钢或它们的任何组合组成的组。

此外，应该理解的是，通常内管和/或间隔管和/或外管的材料可以彼此独立地选择。在本公开的实施例中，内管和外管并且可选地是还有间隔管由相同的材料构成。在可替代实施例中，外管和内管包括彼此不同的材料。后者是有利的，因为通过这种方式，可以提供用于外管和用于内管的材料的不同特性，这些特性能够被任意组合，以获得针对特定应用而采用的管。在另一个实施例中，内管和外管由第一材料制成，而间隔管由第二材料制成，其中第一材料和第二材料彼此不同。

在本公开的实施例中，内管和/或间隔管和/或外管是无缝管或焊接管。

此外，为了解决根据本公开的以上方面，提出了一种系统，该系统包括已经如上根据管结构的实施例描述的管结构。

在本公开的意义上的信号线被理解为能够从发射器向接收器发送信号(即信息)的任何线。但是，在本公开的实施例中，信号线选自由用于电信号的线、用于电磁信号的线、用于光信号的线及它们的组合组成的组。信号线的示例是绝缘的导电线或光学玻璃纤维。

在本公开的实施例中，至少一个传感器位于内管的外表面和外管的内表面之间。在一个实施例中，该至少一个传感器被连接到在狭缝中延伸的至少一条信号线。

在一个实施例中，至少一个传感器可以位于间隔管的狭缝中。然而，在另一个实施例中，至少一个凹部被设置在间隔管中，其中该至少一个凹部连接到该至少一个狭缝，并且其中连接到信号线的该至少一个传感器至少部分地位于该至少一个凹部中。在本公开的意义上的连接到狭缝的凹部意味着间隔管中的狭缝和凹部提供了连续的空间或容积，以容纳该至少一个传感器和该至少一条信号线。在一个实施例中，可以通过在管结构的纵向方向上的特定位置处加宽狭缝来形成凹部。

在本公开的实施例中，传感器选自由加速度传感器、振动传感器、电导率传感器、压力传感器、温度传感器、应变计、腐蚀传感器、磁场传感器、热通量传感器、扭矩传感器及它们的组合组成的组。

在本公开的实施例中，借助于粘合剂，信号线和/或传感器被胶合到狭缝和/或凹部中。在管结构的制造期间，这种胶合将传感器和/或信号线固定在狭缝中或凹部中。根据另一个实施例，信号线和/或传感器被焊接到狭缝和/或凹部中。

以上方面还通过一种用于制造管结构的方法来解决，该方法包括以下步骤：提供金属内管，提供金属外管，其特征在于，该方法还包括以下步骤：提供间隔管，该间隔管具有在间隔管的纵向方向上延伸的至少一个狭缝，将间隔管安装在内管的外表面上，将信号线插入到间隔管的狭缝中，并将内管和间隔管插入到外管中，使得内管和间隔管在外管中延伸，其中狭缝在管结构的径向方向上形成在内管的外表面和外管的内表面之间延伸的空间。

在本公开的实施例中，提供间隔管包括加工间隔管，特别是通过去屑加工来加工间隔管，以形成该至少一个狭缝。例如，在本公开的实施例中，间隔管可以通过以下方式提供：从模具热挤出中空部；特别是通过冷轧制或通过冷拉拔将中空部冷成形为间隔管；并且然后将狭缝加工到间隔管中。

加工间隔管以形成该至少一个狭缝能够例如通过铣削、切削或激光加工来实现。

在本公开的实施例中，将间隔管安装在内管的外表面上包括将内管插入到间隔管中。

在另一个实施例中，将间隔管安装在内管的外表面上包括将间隔管的至少两个分开的管段焊接或胶合到内管的外表面上。显然，一旦间隔管提供在间隔管的整个纵向方向上延伸的多个狭缝，则会需要焊接或胶合间隔管的分开管段。

在本公开的实施例中，在安装到内管上之前，间隔管的内径小于内管的外径。由于在间隔管中形成的狭缝，内管仍然能够被插入到间隔管中，从而使间隔管稍微地弯折打开。通过这种方式，提供了在间隔管和内管之间的紧密压配合，因此不需要任何进一步的步骤来提供这种紧密的压配合。

在本公开的实施例中，根据本公开的用于制造管结构的方法还包括在内管的长度的一部分上机械地压配合间隔管和外管的步骤。根据另一个实施例，该机械压配合的步骤在内管的整个长度上进行。

原则上有两种方式能够实现形成管结构的所有三个管的压配合。内管膨胀，使得间隔管经受与外管的紧密压配合，或者外管的内径减小，使得外管经受与间隔管(并且因此与内管)的紧密压配合。

在本公开的实施例中，内管、间隔管和外管通过拉拔模具被一起拉拔，其中内工具表面形成管的外表面。在这种方法的实施例中，选择拉拔模具的内工具表面的工具直径，使得通过拉拔，外管的内径减小，使得在拉拔之后，外管和间隔管压配合在内管上。

在如上文或下文中限定的方法的一个实施例中，不仅信号线被插入到狭缝中，而且传感器也被插入在外管和内管之间限定的空间中。后者可以通过将传感器定位在狭缝中或者通过提供连接到狭缝的凹部并将传感器至少部分地定位在该凹部中来实现。在一个实施例中，可以通过在管结构的纵向方向上的特定位置处加宽狭缝来形成凹部。显然，在设置有传感器的实施例中，该传感器可以连接到信号线。

在一个实施例中，在将内管插入到间隔管中之后并且在将内管和间隔管一起插入到外管中之前，将该至少一条信号线和该至少一个传感器放置在狭缝中。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解实施例的前述以及以下详细描述。应该理解的是，所描绘的实施例不限于所示的精确布置结构和手段。

图1是根据本公开的具有管结构和信号线的系统的第一实施例的概略截面视图。

图2是图1的管结构的间隔管的概略截面视图。

图3是根据本公开的具有管结构和信号线的系统的可替代实施例的概略截面视图。

具体实施方式

在图中，相同的元件已经用相同的附图标记表示。所有的图1至图3示出根据本公开的实施例的具有管结构或其部分的系统的概略截面视图。这些截面视图是在垂直于相应的管结构或其部分的纵向延伸的平面中绘制的。

根据本公开的系统总是包括具有外管2和内管3的管结构1、1'。该系统还包括信号线9。在外管2和内管3之间的恒定距离由间隔管4、4'保证。

在所描绘的所有实施例中，内管3是冷拉拔的不锈钢管，外管2也是如此。在图1和图2的实施例中，间隔管4也由无缝的冷拉拔的不锈钢管提供。在冷拉拔之后，狭缝5已经被引入到管中。

将间隔管切割两次(而不是通过单次切割来切割冷拉拔的间隔管)，使得在图2中以虚线绘制的管段6从管被移除。从间隔管4移除材料段6确保了狭缝5形成在径向方向上从内管3的外表面7到外管2的内表面8延伸的空间。因此，狭缝5提供了足够大的空间，以将信号线9放置在狭缝5中。内管3、间隔管4和外管2的内径和外径彼此匹配，使得提供松配合，其中内管3能够以手动方式推入或移动进入到间隔管4中，并且间隔管4与内管3一起能够以手动方式推入到外管2中。

对于在图1中描绘的管结构1的实施例，在第一步骤中，内管被插入到间隔管4中。在第二步骤中，信号线9被放置在狭缝5中，并且然后在第三步骤中，内管3和包括信号线9的间隔管4被插入到外管2中。

此外，在制造步骤结束时，管结构1必须使得外管2、间隔管4和内管3相对于彼此压配合。通过用拉拔模具将管结构冷拉拔实现了所保证的紧密压配合，所述管结构由相对于彼此同心地布置在一起但是松配合的内管3、间隔管4和外管2形成。该拉拔模具的内工具直径小于在拉拔步骤之前的外管2的外径。通过在冷拉拔的管结构1时减小外管2的外径，外管2被拉拔到由内管3和间隔管4形成的芯部上。狭缝5的尺寸足够大，使得即使在结构的冷拉拔后，狭缝也形成从内管的外表面到外管的内表面在管结构的径向方向上延伸的空间。因此，即使在冷拉拔之后，狭缝也足够宽，以容纳信号线9。

图3示出了具有管结构1'的系统的可替代实施例，其中间隔管4'包括四个狭缝5。因此，间隔管4'由四个管段4a'-4d'提供。

应该指出的是，在这种设计中，有利的是，在内管3和间隔管4'被插入到外管2中之前，管段4a'-4d'中的每个管段例如通过点焊被固定在内管3上。

在图1、2和图3的两个实施例中，间隔管4、4'中的每个狭缝5在管结构1、1'的周向方向上具有延伸，使得不仅信号线8可以容纳在狭缝5中，而且传感器也能够放置在管结构1、1'的不同的纵向位置处，以便提供指示内管3的完整性的所需测量值。

在将内管3与间隔管4一起插入到外管2中之前，信号线以及传感器(如果能够应用的话)被插入到狭缝5中并被固定在狭缝中，以允许管结构的可靠且快速的组装。

出于原始公开的目的，应当注意的是，对于本领域技术人员而言，从本说明书、附图和权利要求书中，所有特征都变得显而易见，即使它们仅参考特定的进一步特征进行了描述，并且它们能够被组合，即自身组合或者与本文中公开的其它特征或特征组任意组合，只要这些组合没有被明确地排除或技术事实排除这些组合或使这些组合无用。为了提供简短易读的描述，仅省略了对每种可能的特征组合的广泛、明确的描述。尽管已经在附图和以上描述中详细示出了本公开，但是描述仅是示例，并且不被认为限制由权利要求书限定的保护范围。本公开不限于所公开的实施例。

根据附图、说明书和所附权利要求书，对于本领域技术人员而言，对所公开实施例的改型是显而易见的。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且未定义的冠词“一个”不排除多个。一些特征在不同的权利要求中要求保护的事实并不排除它们的组合。权利要求书中的附图标记不被视为限制保护范围。

附图标记

1、1' 管结构

2 外管

3 内管

4、4' 间隔管

4a'-4d' 间隔管4'的管段

5 狭缝

6 管段、材料段

7 内管的外表面

8 外管的内表面

9 信号线

Claims (16)

1.一种管结构(1、1')，包括

金属内管(3)，和

金属外管(2)，

其中，所述内管(3)在所述外管(2)中延伸，

其中，间隔管(4、4')位于所述内管(3)和所述外管(2)之间，

其中，所述间隔管(4、4')包括至少一个狭缝(5)，

其中，所述至少一个狭缝(5)在所述间隔管(4、4')的纵向方向上并且在所述间隔管(4、4')的整个纵向延伸上延伸，并且

其中，所述至少一个狭缝(5)在所述管结构(1、1')的径向方向上形成从所述内管(3)的外表面(7)延伸到所述外管(2)的内表面(8)的空间，

其特征在于，所述管结构(1、1')包括至少一条信号线(9)，所述至少一条信号线(9)位于所述间隔管(4、4')的所述至少一个狭缝(5)中，

其中，所述至少一条信号线(9)在所述间隔管(4、4')的所述纵向方向上延伸。

2.根据权利要求1所述的管结构(1、1')，其中，所述外管(2)和所述间隔管(4、4')在所述内管(3)的长度的一部分上机械地压配合。

3.根据前述权利要求中任一项所述的管结构(1、1')，其中，所述内管(3)、所述间隔管(4、4')和所述外管(2)相对于彼此同心地延伸。

4.根据权利要求3所述的管结构(1、1')，其中，所述信号线(9)选自由用于电信号的线、用于电磁信号的线、用于光信号的线及它们的组合组成的组。

5.根据前述权利要求所述的管结构(1、1')，包括位于所述内管(3)的外表面(7)和所述外管(2)的内表面(8)之间的至少一个传感器。

6.根据前述权利要求所述的管结构(1、1')，其中，至少一个凹部被设置在所述间隔管(4、4')中，其中所述至少一个凹部连接到所述至少一个狭缝(5)，并且其中连接到信号线(9)的至少一个传感器至少部分地位于所述至少一个凹部中。

7.一种系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的管结构(1、1')。

8.一种用于制造管结构(1、1')的方法，包括以下步骤：

提供金属内管(3)，

提供金属外管(2)，

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

提供间隔管(4、4')，所述间隔管具有在所述间隔管(4、4')的纵向方向上延伸的至少一个狭缝(5)，

将所述间隔管(4、4')安装在所述内管(3)的外表面(7)上，

将信号线(9)插入到所述间隔管(4、4')的所述狭缝(5)中，并且

将所述内管(3)和所述间隔管(4、4')插入到所述外管(2)中，使得所述内管(3)和所述间隔管(4、4')在所述外管(2)中延伸，

其中，所述狭缝(5)在所述管结构(1、1')的径向方向上形成在所述内管(3)的所述外表面(7)和所述外管(2)的内表面(8)之间延伸的空间。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，提供所述间隔管(4、4')包括加工所述间隔管(4、4')，以形成所述至少一个狭缝(5)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，将所述间隔管(4、4')安装在所述内管(3)的所述外表面(7)上包括将所述内管(3)插入到所述间隔管(4、4')中。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，将所述间隔管(4、4')安装在所述内管(3)的所述外表面(7)上包括将所述间隔管(4、4')的至少两个分开的管段焊接或胶合在所述内管(3)的所述外表面(7)上。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括在所述内管(3)的长度的一部分上机械地压配合所述间隔管(4、4')和所述外管(2)的步骤。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，所述内管(3)、所述间隔管(4、4')和所述外管(2)通过拉拔模具()被一起拉拔，所述拉拔模具具有形成所述外管(2)的外表面的内工具表面。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，选择所述拉拔模具的内工具表面的工具直径，使得通过拉拔，所述外管(2)的内径减小，使得在拉拔之后，所述外管(2)和所述间隔管(4、4')被压配合到所述内管(3)上。

15.根据权利要求8至14所述的方法，其中，以可操作的方式连接到所述信号线(9)的至少一个传感器被插入到所述间隔管(4、4')的所述狭缝(5)中。

16.一种用于制造包括管结构的系统的方法，其中，所述方法包括根据权利要求8至15中任一项所述的方法。