ШЛАНГ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЖИДКОСТЕЙ
LIQUID TRANSPORTATION HOSE

Область техники
Настоящее изобретение относится к шлангам для транспортировки жидкостей, например, к шлангам для плавательных бассейнов, которые во время использования находятся под землей или под полом.
Уровень техники
К настоящему времени уже предложено много шлангов для транспортировки жидкостей, используемых для подачи или забора жидкостей. Такие шланги обычно содержат основной трубчатый корпус, в который может быть встроена армирующая спираль, имеющая большую жесткость, чем основной трубчатый корпус.
Шланги такого типа описаны, например, в патентах ЕР 1117958 В1, ЕР 2209850 В2 и FR 2978812a1, принадлежащих заявителю настоящей патентной заявки.
В других областях техники, не относящихся к плавательным бассейнам, предложены другие шланги, например, описанные в документах СН 681911 А5 и ЕР 1118809 А2, которые содержат армирующую спираль сложной геометрической формы и не обеспечивают механических характеристик соответствующего шланга.
То же можно сказать и о документе DE 202009003394, который относится к шлангу для систем вентиляции и регулирования климата в зданиях и не подходит для использования в плавательных бассейнах или под землей.
Цели изобретения
Основной целью настоящего изобретения является реализация нового шланга для транспортировки жидкостей, в частности, для транспортировки воды и, более конкретно, для использования в плавательных бассейнах (при необходимости).
Другой целью настоящего изобретения является реализация шланга, описанного выше, имеющего высокую прочность, превышающую прочность обычных шлангов.
Еще одной целью настоящего изобретения является реализация шланга с высокой кольцевой жесткостью и высокой стойкостью к сдавливанию, который при этом имеет гибкость, сравнимую с гибкостью обычных шлангов.
В соответствии с одним аспектом изобретения реализован шланг по п. 1 формулы изобретения.
Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным и преимущественным вариантам осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества данного изобретения разъяснены в описании вариантов осуществления шланга, проиллюстрированных, в качестве примера, следующими чертежами.
На фиг. 1 представлен аксонометрический вид прозрачного основного корпуса шланга согласно известному уровню техники.
На фиг. 2 представлен аксонометрический вид прозрачного основного корпуса шланга согласно настоящему изобретению.
На фиг. 3 представлено продольное сечение части шланга по фиг. 2.
На фиг. 4 представлен вид, аналогичный виду на фиг.3, другого варианта осуществления шланга согласно настоящему изобретению.
На фиг. 5-12 представлены подробности соответствующих вариантов осуществления шланга согласно настоящему изобретению, на которых спиральный элемент, проходящий через сечение, условно не показан.
На фиг. 13 представлен график, иллюстрирующий зависимость деформации от приложенной нагрузки для шланга согласно настоящему изобретению по сравнению с такой же зависимостью для шланга согласно известному уровню техники.
На фиг. 14-16 представлены графики, из которых более ясно видны преимущества, обеспечиваемые шлангом согласно настоящему изобретению.
На всех чертежах эквивалентные части или элементы имеют одинаковые позиционные обозначения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан шланг А согласно известному уровню техники, содержащий основной трубчатый корпус В и спираль С круглого поперечного сечения, встроенную в основной трубчатый корпус В.
На фиг. 2-8 показан шланг 1 для транспортировки жидкостей согласно настоящему изобретению. Такой шланг может использоваться, например, для транспортировки воды, при необходимости, для бассейнов, и может располагаться или размещаться в земле или под полом, причем шланг содержит основной корпус или опорный корпус 2, имеющий внутреннюю трубчатую поверхность 2а, образующую осевую полость AL для прохода жидкости внутри шланга 1, и наружную трубчатую поверхность 2b, при этом такой основной корпус образует первую горловину 2 с и вторую горловину или кольцевой конец (на фигурах не показано) для введения в осевую полость AL или выведения из нее жидкости. Основной корпус 2 имеет продольную ось х-х симметрии. Предпочтительно, поперечное сечение шланга или сечение, перпендикулярное оси х-х, является круглым.
Основной корпус 2 герметичен, например, за счет изготовления из материала, выбранного из группы, состоящей из термопластичных материалов, таких как поливинилхлорид (ПВХ), содержащий пластификаторы (пластифицированный ПВХ или ПВХ П), термопластичные эластомеры (ТПЭ) любого вида, например, ТПЭ-У, ТПЭ-О, ТПЭ-В, ТПЭ-С, ТПЭ-Э.
Предпочтительно, основной корпус 2 выполнен в виде единого целого или изготовлен из однородного материала. Кроме того, шланг 1 может иметь наружные или внутренние слои покрытия основного корпуса, например, как описано в вышеупомянутых европейских патентах.
Шланг 1 также содержит по меньшей мере один спиральный или винтовой армирующий элемент 3, который встроен или образован внутри основного корпуса 2 (если необходимо, одновременно с ним) и обвивает продольную ось х-х симметрии или проходит вокруг нее, предпочтительно, от первой горловины 2 с до второй горловины или кольцевого конца, при этом такой спиральный или винтовой элемент 3 имеет поперечное сечение 4 с первым участком 4а периметра, приближенным к внутренней трубчатой поверхности 2а и удаленным от наружной трубчатой поверхности 2b, и по меньшей мере одним вторым участком 4b периметра, удаленным от внутренней трубчатой поверхности 2а и приближенным к наружной трубчатой поверхности 2b, где первый участок 4а периметра, при необходимости, совместно с другими участками, как описано ниже, определяет наружный периметр или внешний периметр поперечного сечения 4.
Спиральный или винтовой элемент 3 может выступать из внутренней трубчатой поверхности 2а и/или наружной трубчатой поверхности 2b основного корпуса 2. Тем не менее, предпочтительно, чтобы он не выступал из этих поверхностей и был полностью встроен в трубчатый корпус 2.
При необходимости, первый участок 4а и/или второй участок 4b периметра располагаются на одном уровне или смежно, соответственно, с внутренней трубчатой поверхностью 2а и/или с наружной трубчатой поверхностью 2b, то есть при этом отсутствуют участки основного корпуса между первым участком 4а периметра и внутренней трубчатой поверхностью 2а и/или отсутствуют участки основного корпуса между вторым участком 4b периметра и наружной трубчатой поверхностью 2b.
Поперечное сечение 4 выполнено вдоль плоскости РР, в которой лежит продольная ось х-х симметрии, иными словами, вдоль плоскости из семейства или множества плоскостей, проходящих через общую продольную ось х-х симметрии.
Спиральный или винтовой элемент 3 может быть изготовлен из материала, выбранного из группы, состоящей из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полиоксиметилена (ПОМ), акрилонитрилбутадиенстирола (АБС), стиролакрилонитрила (САН), полибутилентерефталата (ПБТ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полифениленоксида (ПФО), полифениленового эфира (ПФЭ), полиамида ПА6, полиамида ПА66, поликарбоната (ПК), поликарбоната/акрилонитрилбутадиенстирола (ПК/АБС) или из их смесей.
Спиральный или винтовой элемент 3 имеет большую жесткость, чем основной корпус 2.
Предпочтительно, спиральный или винтовой элемент 3 содержит по всей своей длине множество по существу круглых витков или участков 3а, последовательно расположенных рядом друг с другом. Спиральный или винтовой элемент 3 выполнен в виде единого целого или изготовлен из однородного материала, например, получен путем экструзии, и преимущественно проходит по всей длине шланга 1, то есть, от первой горловины 2 с до второй горловины или кольцевого конца, обеспечивая армирование основного корпуса 2 по всей его длине. Тем не менее, в качестве альтернативы, спиральный или винтовой элемент может покрывать только один участок, например, он может не доходить до концов шланга, или может быть предусмотрено несколько спиральных или винтовых элементов, расположенных последовательно один за другим вдоль продольной оси х-х симметрии.
При необходимости, продольная ось х-х симметрии является также продольной осью симметрии спирального или винтового элемента 3, то есть осью его витков 3а.
Кроме того, первый участок 4а периметра является, по существу, прямым (тем не менее, он может не быть прямым) и параллельным внутренней трубчатой поверхности 2а (см. фиг. 3), или он по существу совпадает (см. фиг. 4) с внутренней трубчатой поверхностью 2а или с соответствующим ее участком и в таком случае первый участок 4а периметра может совместно с основным корпусом образовывать осевую полость AL.
В альтернативном варианте, первый участок 4а периметра может быть слегка изогнут и может иметь больший радиус кривизны, чем второй участок 4b периметра.
Предпочтительно, первый участок 4а периметра по существу параллелен продольной оси х-х симметрии.
Предпочтительно, второй участок 4b периметра содержит изогнутый участок, вогнутая сторона которого направлена в сторону внутренней трубчатой поверхности 2а, или он имеет множество наклонных сегментов или участков, которые образуют острый угол, направленный к внутренней трубчатой поверхности 2а.
При необходимости, второй участок 4b периметра по меньшей мере частично совпадает, в частности, на своем концевом или вершинном участке, с наружной трубчатой поверхностью 2b или выступает из нее.
В настоящей патентной заявке под радиусом кривизны следует понимать радиус окружности, называемой окружностью кривизны, являющейся наилучшим приближением кривой в конкретной точке, т.е. радиус кривизны второго участка 4b периметра является радиусом окружности, на которой, по существу, лежит второй участок 4b периметра.
При необходимости, поперечное сечение имеет третий участок 4 с и четвертый участок 4d, расположенные на противоположных друг от друга сторонах, причем каждый из них предназначен для соединения, подобно мосту, одного конца первого участка 4а с одним концом второго участка 4b. Третий участок 4 с и четвертый участок 4d по существу параллельны и располагаются в поперечном направлении или перпендикулярно продольной оси х-х симметрии.
Таким образом, один край (см. фиг. 6 и фиг. 7) или оба края (см. фиг. 8), расположенные между первым участком 4а и третьим участком 4 с или четвертым участком 4d, могут быть или не быть радиусными, закругленными.
По сути, шланг согласно настоящему изобретению в соответствии с фиг. 2-8 содержит спиральный или винтовой элемент 3, который имеет по существу D-образное поперечное сечение 4, где первый участок 4а периметра соответствует, по существу, прямой стороне основания D, а второй участок 4b периметра соответствует изогнутой или куполообразной части D, выступающей от, по существу, прямой стороны. В таком случае третий участок 4с и четвертый участок 4d, если они имеются, соответствуют соединительным частям между по существу прямой стороной основания и изогнутой или куполообразной частью.
В альтернативном варианте шланг согласно настоящему изобретению может иметь спиральный или винтовой элемент с сечением 4 прямоугольной формы (см. фиг. 9 и фиг. 10) и в этом случае первый участок 4а периметра представляет собой сторону многоугольного сечения.
Таким образом, сечение 4 спирального или винтового элемента 3 согласно настоящему изобретению не является ни круглым, ни эллиптическим.
Кроме того, при необходимости, третий участок 4с и четвертый участок 4d могут быть наклонены (см. фиг. 11 и фиг. 12), например, на угол от 10° до 40° относительно продольной оси х-х симметрии; в этом случае такие участки не перпендикулярны этой оси.
Третий участок 4с и четвертый участок 4d являются, по существу, прямыми.
Предпочтительно, поперечное сечение 4 армирующего спирального или винтового элемента 3 непрерывно уменьшается (т.е. нет промежуточных участков, где сечение увеличивается, а затем снова уменьшается) и/или является постоянным при переходе от первого участка 4а ко второму участку 4b.
В связи с этим расстояние между концами участков 4с и 4d, соединенных проксимально или мостовым образом с первым участком 4а, равно или превышает расстояние между концами участков 4с и 4d, соединенных проксимально или мостовым образом со вторым участком 4b периметра.
В шланге согласно настоящему изобретению высота Н сечения 4 определена как размер сечения в направлении от наружной трубчатой поверхности 2b к внутренней трубчатой поверхности 2а, а ширина L этого сечения определена как размер сечения в направлении, перпендикулярном высоте Н, т.е. по существу в направлении от кольцевого конца для введения жидкости к кольцевому концу для выведения жидкости шланга, при этом ширина L сечения 4 меньше, равна или превышает в 1,5 раза высоту Н.
При необходимости, высота Н может составлять от 1 мм до 25 мм, например от 1 мм до 15 мм, при этом ширина L может составлять от 1 мм до 25 мм, например, от 1 мм до 15 мм.
Предпочтительно, первый участок 4а периметра имеет размер, равный ширине L соответствующего сечения 4.
Что касается первого участка 4а периметра, если он имеет только один радиус кривизны, то этот радиус кривизны может составлять от 1,3 L до +∞, следовательно, по существу, до прямой линии.
Если второй участок 4b периметра имеет только один радиус кривизны, то такой радиус может составлять от L/2 до 6L.
Очевидно, что первый и/или второй участок периметра могут иметь несколько радиусов кривизны, например, они могут содержать промежуточный участок, имеющий первый радиус кривизны, и два боковых соединительных участка, имеющих радиус кривизны, меньший первого радиуса кривизны.
Предпочтительно, высота Н поперечного сечения 4 определяется вторым участком, а при необходимости - также третьим участком 4 с и четвертым участком 4d.
Толщина основного корпуса равна или несколько превышает высоту Н сечения 4.
Тем не менее, если толщина основного корпуса 2 не постоянна и имеет ограничение на промежуточных участках между одним витком и следующим витком спирального или винтового элемента 3, то толщина таких промежуточных участков будет меньше высоты Н. В таком случае толщина основного корпуса 2 будет равна или немного превышать высоту Н сечения 4 только на соответствующих участках размещения витков спирального или винтового элемента 3.
Предпочтительно, сечение 4 спирального или винтового элемента 3 по существу одинаково по всей его длине вдоль спирали, даже если оно изменяется от одного конца спирального или винтового элемента 3 к другому.
Для получения шланга согласно настоящему изобретению может использоваться один из предложенных к настоящему времени способов изготовления шлангов со спиральными или винтовыми элементами.
В одном из таких способов может сначала обеспечиваться нагрев первого материала, например, пластмассы, и второго материала, например, пластмассы, до тех пор, пока они не примут пастообразное состояние, затем может выполняться совместное экструдирование этих материалов в пастообразном состоянии в направлении выпускного отверстия, чтобы сформировать полосу подходящего сечения, содержащую несущий слой или основной корпус, выполненный из первого материала, в который внедрен армирующий элемент, выполненный из второго материала. Затем полоса по спиральной или винтовой траектории подается на вращающуюся оправку, причем витки находятся в боковом контакте друг с другом, образуя, по существу, трубчатую армированную стенку шланга.
Очевидно, что шланг также может иметь другие слои, которые могут быть получены путем совместной экструзии или предварительной экструзии или последующей экструзии относительно основного корпуса. Такие слои могут быть получены, начиная с элемента, подобного или идентичного элементу, составляющему основной корпус 2, и также могут быть образованы снаружи или внутри основного корпуса 2, например, для покрытия спирального или винтового элемента 3.
Боле подробные сведения содержатся в европейском патенте ЕР 117958 В1, в частности, в описании уровня техники.
На фиг. 13 представлен график, иллюстрирующий зависимость деформации от нагрузки в ньютонах на шланг согласно настоящему изобретению по сравнению с такой же зависимостью для шланга согласно известному уровню техники.
В частности, шланг согласно известному уровню техники содержал спиральный или винтовой элемент 3 круглого сечения с радиусом, приблизительно равным 1,6-1,7 мм, и, следовательно, с высотой и шириной, приблизительно равными 3,2-3,4 мм, а шланг согласно настоящему изобретению содержал спиральный или винтовой элемент, имеющий некруглое сечение с высотой, приблизительно равной 3,80 мм, и шириной, приблизительно равной 2,50 мм. Оба шланга имели длину около 30 см.
Такие шланги подвергали деформации, в результате которого с использованием метода, определенного в стандарте ISO 9969 «Трубы из термопластичных материалов. Определение кольцевой жесткости», был получен график, представленный на фиг. 13.
На графике представлены две кривые: первая кривая L1 относится к результатам испытаний шланга согласно известному уровню техники, а вторая кривая L2 относится к результатам испытаний шланга согласно настоящему изобретению.
Кроме того, с помощью соответствующих прямых линий на кривой L2 указаны точки L2a, L2b, L2c и L2d, соответствующие приложению силы или нагрузки для получения, соответственно, 3%, 10%, 20% и 30% деформации внутреннего диаметра шланга.
Было обнаружено, что испытанный шланг согласно известному уровню техники деформировался на 3% при нагрузке приблизительно 420 Н, а шланг согласно настоящему изобретению деформировался на 3% при нагрузке 754 Н.
Следовательно, шланг согласно настоящему изобретению, благодаря форме сечения соответствующего спирального или винтового элемента, обладает высокой кольцевой жесткостью и высокой стойкостью к сдавливанию.
Эта характеристика особенно важна для шлангов, предназначенных для использования под землей, в отношении предотвращения деформации под весом грунта и возможного последующего разрушения.
Также было обнаружено, что шланг согласно настоящему изобретению обладает гибкостью, сравнимой с гибкостью обычных шлангов.
Ссылаясь на предшествующий уровень техники, следует отметить, что документы СН 681911А5, ЕР 1118809 А2 и DE 202009003394 не предусматривают размещение шланга для плавательных бассейнов под землей и, кроме того, они не раскрывают спираль, имеющую прямоугольное поперечное сечение или D-образное поперечное сечение, где участки эквивалентны описанным выше третьему участку 4с и четвертому участку 4d.
Что касается отличий от DE 202009003394, то помимо конкретной области использования, основными признаками гибкого шланга с армирующей спиралью являются:
- прочность при сжатии, сопротивление внутреннему давлению, сопротивление сдавливанию, сопротивление закруглению при изгибе, все признаки, связанные с геометрией и составом армирующей спирали, и
- эластичность, возможность изгибаться, простота установки, все признаки, связанные с геометрией и составом гибкого или основного корпуса.
При проектировании шланга с армирующей спиралью сначала следует оценить давление транспортируемой жидкости, использование шланга во время установки (радиус кривизны, гибкость и, следовательно, простоту использования), а затем необходимо оценить другие внешние силы, такие как нагрузки от грунта, особенно в случае укладки под землей.
Согласно экспериментальным данным, рабочее давление (см. фиг. 14) прямо пропорционально сечению армирующей спирали на единицу длины шланга, поэтому если соотношение между сечением армирующей спирали и сечением основного корпуса постоянно, то для оптимизации механических характеристик шланга необходимо обеспечить оптимальное сечение армирующей спирали.
Из экспериментальных исследований следует, что формы армирующей спирали, выбранные в данной патентной заявке, обеспечивают как максимальную стойкость к сдавливанию, так и максимальную гибкость шланга по сравнению с известными круглыми или аналогичными формами, или даже по сравнению со шлангом согласно DE 202009003394.
В связи с этим для максимального увеличения стойкости к сдавливанию необходимо максимально увеличивать высоту Н при заданном сечении спирали, учитывая, что при постоянном сечении увеличение Н приводит к уменьшению L.
2
На фиг. 15 представлен график нагрузки (при 10% деформации внутреннего диаметра), нормированный на единицу сечения армирующего элемента (Н/ммспирали), в зависимости от величины Н.
Если армирующая спираль имеет криволинейное сечение, особенно по бокам, как описано в документе DE 202009003394, то соотношение между высотой Н и сечением спирали уменьшается по сравнению со случаем, когда спираль имеет сечение со сторонами согласно настоящему изобретению, и, соответственно, ее стойкость к сдавливанию снижена.
Геометрия спирали также влияет на гибкость шланга, под которой понимается сила, необходимая для придания шлангу определенного радиуса кривизны.
Таким образом, например, при том же сечении армирующей спирали расстояние между двумя смежными участками армирующей спирали в настоящем изобретении превышает соответствующее расстояние согласно DE 202009003394. Это расстояние заполнено основным корпусом, который подвергается сжатию при изгибе шланга. Вследствие этого шланг согласно настоящему изобретению требует меньшего усилия для изгиба.
В связи с этим, из экспериментальных данных (см. фиг. 16) следует, что существует линейная зависимость между расстоянием между двумя смежными участками армирующей спирали и изгибом или усилием для изгиба.
Следует понимать, что возможны модификации и изменения изобретения, лежащие в пределах объема охраны, определенного формулой изобретения.