流體輸送裝置和包括這種裝置的設備的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于在兩個分開的結構物(5、7)之間輸送流體的裝置，該裝置包括沿著縱軸線(x)延伸的具有雙殼層的剛性管路，該管路包括外殼層(2)，該外殼層(2)在其內體積空間中容納至少一個用于流體輸送的內導管(3)，該管路在第一端部處包括將外殼層(2)連接至第一結構物(5)的第一剛性連接件(4)，并且在第二端部處包括將外殼層(2)連接至第二結構物(7)的第二剛性連接件(6)，外殼層(2)的第一和第二端部剛性地連接至該至少一個內導管(3)，該管路包括用于補償移動的系統，該系統在縱向(x)上包括至少一個柔性區域(13、14)和至少一個彈性區域(10、11、30)，用于補償位移的系統還包括在外殼層(2)和第一結構物(5)之間沿著縱軸線(x)滑動的連接件(12)，和萬向接頭機構(17)，該機構(17)包括兩個萬向接頭，并且機械地連接柔性區域(13、14)的兩個端部。
【專利說明】
流體輸送裝置和包括這種裝置的設備
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種流體輸送裝置和包括這種裝置的設備。
[0002]更具體地，本發明涉及一種用于在兩個端部之間輸送流體的裝置，所述端部被設計成分別連接至兩個分開的結構物，例如兩個不同的建筑物，該裝置包括沿著縱軸線延伸的剛性雙殼層管路，該管路包括外殼層，該外殼層在其被設計成處于真空的內體積中容納至少一個用于輸送流體的內導管，該管路在第一端部處包括將外殼層連接至第一結構物的第一剛性連接件，并且在第二端部處包括將外殼層連接至第二結構物的第二剛性連接件，外殼層的第一和第二端部剛性地連接至該至少一個內導管，該管路包括用于補償其第一端部和第二端部之間的相對位移的系統。
【背景技術】
[0003]在真空下連接至分開的結構物(例如不同的建筑物)的剛性雙殼層管路必須包括用于補償位移的系統，從而防止由于由其端部錨固點的位移而產生的相對位移或由于由寒冷引起的收縮而破裂。
[0004]—種稱為“按照三個軸線XYZ的曲柄類型”(典型地有呈90°的四個方向變化)系統的已知系統使用一個彎曲成S或雙S的形狀的管路部段。
[0005]這種類型的系統使得能在設備中接受合理的應力，但是在流體回路中產生附加的負載損失。
[0006]另外，這種類型的系統在相應的設施(特別是土地上的表面區域)中占據顯著的體積。另外，這種類型的結構在豎向上較不穩定。為了解決該豎向穩定性問題，設置有豎向限制該系統的豎向止動件。流體方向的變化在管路中和/或在支承件處引起所謂的“端部負載”效應(使曲柄伸長的內力)。這降低了管路的穩定性。
【發明內容】
[0007]本發明的一個目標是消除現有技術的上述缺點中的一些或全部。
[0008]為此，根據本發明的并且符合在前序部分中給出的一般定義的裝置主要特征在于用于補償位移的系統包括至少一個柔性區域和至少一個彈性區域，所述至少一個彈性區域沿著縱向具有彈性，另外，該用于補償位移的系統還包括在外殼層和第一結構物之間沿著縱軸線滑動的連接件，和具有萬向接頭的機構，該機構包含兩個萬向接頭，并且機械地連接柔性區域的兩個端部。
[0009]另外，本發明的實施例可以包括一個或多個下列特征:
[0010]-兩個萬向接頭各自具有兩個不同的垂直于縱軸線的接合軸線；
[0011]-兩個萬向接頭中的一個具有兩個分別與另一個萬向接頭的兩個接合軸線平行的接合軸線；
[0012]-當該裝置處于安裝好的位置時，萬向接頭的兩個第一平行接合軸線位于豎直平面上，以允許管路的有限的水平偏轉，而另外兩個第二平行接合軸線位于水平面上，以允許管路的柔性區域的有限的豎直偏轉；
[0013]-兩個第一接合軸線在縱向上定位在兩個第二接合軸線之間；
[0014]-彈性區域包括外殼層的第一彈性部段和該至少一個內導管的第一彈性部段，該至少一個內導管的所述彈性部段定位在位于外殼層和該至少一個內導管之間的兩個剛性連接件之間；
[0015]-外殼層的第一彈性部段和該至少一個內導管的第一彈性部段各自包括彈性波紋管；
[0016]-柔性區域包括外殼層的第二柔性彈性部段和該至少一個內導管的第二柔性部段，具有萬向接頭的機構連接外殼層的分別定位在該外殼層的第二柔性彈性部段的兩側的兩個端部；
[0017]-外殼層的第二柔性彈性部段包括兩個波紋管，該波紋管串聯地連接在中心剛性部段的兩側；
[0018]-該至少一個內導管的第二柔性部段包括兩個柔性單元，該柔性單元串聯地連接在中心剛性部段的兩側；
[0019]-第一萬向接頭將外殼層的中心剛性部段連接至外殼層的朝著第一結構物定向的第一側，而第二萬向接頭將外殼層的中心剛性部段連接至外殼層的朝著第二結構物定向的第二側；
[0020]-各萬向接頭包括各自的第一對連接臂部，該連接臂部具有剛性連接至中心剛性部段的第一端部和鉸接在圍繞各自的柔性單元布置的各自的第一連接環上的第二端部，各萬向接頭包括各自的第二對連接臂部，該連接臂部具有鉸接在各自的第一連接環上的第一端部和剛性連接至外殼層的一相關側的第二端部；
[0021]-該至少一個內導管在該至少一個內導管的第二柔性部段的兩側經由各自的連接件連接至外殼層，該連接件沿著平行于管路的縱軸線的方向滑動，即，外殼層的第二柔性部段和該至少一個內導管的第二柔性部段定位在兩個連接件之間，該連接件在外殼層和該至少一個內導管之間滑動；
[0022]-彈性區域包括該至少一個內導管的第三彈性部段；
[0023]-第三彈性部段定位在具有萬向接頭的機構和在第二結構物側位于外殼層和該至少一個內導管之間的剛性連接件之間；
[0024]-兩個萬向接頭沿著縱向沿著管路串聯布置；
[0025]-至少一個柔性單元包括覆蓋有編織層的波紋管，該編織層防止波紋管的長度沿著縱向變化；
[0026]-在沒有應力差時或在其端部之間沒有相對位移時，管路具有大體上直線的形式，否則，用于補償位移的系統允許導管的S形的有限的局部變形。
[0027]本發明還涉及一種包括兩個分開的結構物的設施，該結構物通過根據上文或下文所述的任一項特征的用于輸送流體的裝置相連接，其中第一結構物包括下列結構物之一:建筑物、低溫流體源、橋，而第二結構物包括下列結構物之一:建筑物、容納“Tokamak”類型的用于產生等離子體的設備的外殼。
[0028]本發明還可以涉及包括上文或下文所述的特征的任何組合的任何可選擇的裝置或方法。
【附圖說明】
[0029]從對下文參見附圖提供的描述的閱讀中，其它具體特征和優點將變得顯而易見，圖中:
[0030]-圖1表示示意性且局部剖視的側視圖，示出本發明的一個可能的實施例；
[0031]-圖2表示縱向半剖視圖，示出可以在根據本發明的裝置中使用的波紋管的結構的一個示例；
[0032]-圖3表示局部透明的透視圖，示意性且局部地示出設置有根據本發明的輸送裝置的設施；
[0033]-圖4表示局部透明的上部透視圖，示出圖1和3中的裝置的管路；
[0034]-圖5表示縱向剖視的示意性側視圖，示出圖5的管路；
[0035]-圖6表示圖4的細部的放大圖，示出該裝置的具有萬向接頭的機構的一個示例。
【具體實施方式】
[0036]圖1示意性且局部地示出用于在分別連接至兩個分開的結構物5、7的兩個端部之間輸送流體的裝置的一個實施例。各結構物5、7可以是建筑物、橋或任何其它物理結構物。輸送裝置I被設計成保證在兩個結構物5、7之間輸送流體，例如低溫流體，同時抵抗兩個結構物5、7的相對位移(例如在地震或刮風的情況下，或由于裝置中的膨脹/收縮)。
[0037]裝置I包括大體上由金屬管形成的直線剛性管路。該管路是雙殼層型，并且沿著縱軸線X延伸。
[0038]該管路包括例如由金屬或不銹鋼制成的外殼層2，該外殼層2在其被設計成處于真空的內體積中容納至少一個用于輸送流體的內導管3(即，至少一個被設計成輸送流體的由金屬或不銹鋼制成的內導管)。
[0039]為了簡化，圖1中僅通過實線示意性地表示出一個內導管3。將意識到的是，如在圖3-5中更加詳細地示出的那樣，多個平行的獨立的內導管3可以容納在外殼層2中(相同的元件在不同的附圖中用相同的附圖標記指示出)。
[0040]該管路在第一端部處包括將外殼層2連接至第一結構物5的第一剛性連接件4，并且在第二端部處包括將外殼層2連接至第二結構物7的第二剛性連接件6。
[0041]外殼層2的第一和第二端部剛性地連接至該至少一個內導管3。
[0042]按照慣例，該管路包括用于補償該管路的第一端部4和第二端部6之間的相對位移和用于補償部件之間的差脹的系統。
[0043]用于補償位移的該系統包括至少一個柔性區域和至少一個彈性區域(這些區域是不同的或相結合的)。彈性區域10、11、30為至少部分管路提供沿著縱向X的彈性。
[0044]另外，該裝置包括沿著縱軸線X在外殼層2和第一結構物5之間滑動的連接件12。該裝置附加地包括機構17，該機構17包含兩個萬向接頭并且連接柔性區域13、14的兩個端部。如下文更加詳細描述的那樣，該萬向接頭優選地各自具有兩個不同的垂直于縱軸線X的接合軸線(鉸接軸)18、20、19、21。
[0045]該彈性區域包括外殼層2的第一彈性部段10和該至少一個內導管3的第一彈性部段11。
[0046]優選地，如圖1和5所示，外殼層2的第一彈性部段10與內導管3的第一彈性部段11同軸。另外，該至少一個內導管3的所述彈性部段11優選地位于在外殼層2和該至少一個內導管3之間形成的兩個剛性連接件8、9之間。如圖3和5中可看到的那樣，在外殼層2和該至少一個內導管3之間形成的剛性連接件8、9可以各自包括一分隔盤，該分隔盤被布置成橫切外殼層2的內部，并且設置有用于使內導管3通過和保持的孔。可以經由這些分隔盤8、9提供外殼層2和內導管3之間的連接。
[0047]如圖1所示意性示出的那樣，各彈性部段10、11可以由波紋管形成。
[0048]該至少一個內導管3的第一彈性部段11通過波紋管的收縮或伸長來允許內導管3的軸向位移。類似地，外殼層2的第一彈性部段10通過波紋管的收縮或伸長來允許外殼層2的軸向位移。
[0049]圖2通過示例示出內導管3的波紋管11的布置，該波紋管11包括金屬波紋段，該波紋段的兩個端部分別連接至焊接在導管3的部段上的兩個環111。按照慣例，如圖所示，柱形套管110可以與波紋段相對地就位在導管3內部，從而限制在導管3中流動的流體中的擾動。
[0050]柔性區域13、14自身包括外殼層2的第二柔性彈性部段13和該至少一個內導管3的第二柔性部段14。具有萬向接頭的機構17機械連接外殼層2的分別定位在該外殼層2的第二柔性部段13的兩側的兩個端部。
[0051]外殼層2的第二柔性彈性部段13可以包括如下文描述的一個(優選地是兩個)波紋管130、131。
[0052]外殼層2的第二柔性彈性部段13通過管路的局部旋轉(球形接頭)允許沿著與縱軸線X垂直的方向y和Z (y =水平面上的橫向，z =豎向)的位移。盡管波紋管的長度沿著縱向X的變化在理論上是可能的，但是實際上是不可能的，因為具有萬向接頭的機構17被按照慣例形成，以防止沿著外殼層2的柔性彈性部段13的縱向的擴張。
[0053]類似地，內導管3的第二柔性部段14允許沿著橫向y和z的位移。
[0054]允許管路圍繞方向y和方向z旋轉的具有萬向接頭的機構17保證了該部分的穩定性和對力的吸收。
[0055]實際上，具有萬向接頭的機構17吸收所謂的“波紋管端部”力，即由于零內部壓力(外殼層2中的隔離真空)而由外部壓力(大氣)在波紋管130、131的波紋段上施加的壓縮力。
[0056]導管3的第二柔性部段14包括至少一個柔性單元。
[0057]如圖1所示意性示出的那樣，各柔性單元14可以包括例如覆蓋有編織層31的波紋管，由此防止波紋管的長度變化。換句話說，該柔性單元允許管路的扭轉運動，但不允許伸長或縱向收縮。
[0058]內導管3的第二柔性部段14位于在外殼層2和內導管3之間滑動的兩個連接件15、16之間(參見圖1和5，例如經由如上所述的分隔盤，但是允許對內導管3關于外殼層2的相對位移的導向)。
[0059]特別地，如圖3、5和6中可看到的那樣，外殼層2的第二柔性彈性部段13可以包括兩個波紋管130、131，該波紋管130、131串聯地連接(焊接等)在剛性管狀部段26的兩側。類似地，如圖5中可看到的那樣，各內導管3的第二柔性部段14可以包括兩個柔性單元140、141，該柔性單元140、141串聯地連接(焊接等)在剛性管狀部段126的兩側。
[0060]多個部段130、131、140、141中的波紋管/柔性單元的串聯構造使得在兩個相鄰的波紋管/柔性單元之間布置內部分隔盤以維持導管3之間的空間成為可能，并且使得在必要時熱化內導管3(即將它們置于熱連接中)成為可能。
[0061]如圖3至5所示，特別是如圖6所示，第一萬向接頭將外殼層2的中心剛性部段26連接至外殼層2的第一側(朝著第一結構物5)，而第二萬向接頭將外殼層2的中心剛性部段26連接至外殼層2的第二側(朝著第二結構物7)。
[0062]各萬向接頭因此具有兩個不同的垂直于縱軸線X的接合軸線(分別是18、19和20、21)。另外，一個萬向接頭的兩個接合軸線18、19分別平行于另一個萬向接頭24、25的兩個接合軸線20、21。
[0063]萬向接頭的兩個第一平行接合軸線18、20位于豎直平面上，從而允許管路的有限的水平偏轉(方向y)。兩個平行接合軸線19、21自身位于水平面上，從而允許管路的有限的豎直偏轉(方向z)。
[0064]更具體地，各萬向接頭可以包括各自的第一對連接臂部23、35，該連接臂部23、35具有剛性連接(焊接等)至中心剛性部段26的第一端部123、125和鉸接在圍繞各自的波紋管130、131布置的各自第一連接環27、28上的第二端部。另外，各萬向接頭可以包括各自的第二對連接臂部22、24，該連接臂部22、24具有鉸接在各自的第一連接環27、28上的第一端部
18、20和剛性連接(焊接等)至外殼層2的一相關側的第二端部122。
[0065]換句話說，兩個萬向接頭相對于中心剛性部段26的中心部分對稱地連接至中心剛性部段26。
[0066]各第一對臂部23、25的兩個臂部例如沿著縱軸線X定位，并且以關于直徑相對的方式布置在外殼層2周圍。
[0067]類似地，各第二對臂部22、24的兩個臂部例如沿著縱軸線X定位，并且以關于直徑相對的方式布置在外殼層2周圍。
[0068]為了進一步改善具有萬向接頭的機構沿著縱向X的穩定性，兩個第一接合軸線18、20優選地定位在兩個第二接合軸線19、21之間。換句話說，兩個第一水平旋轉軸線18、20(平行于方向z)沿著縱向定位在兩個豎直旋轉軸線19、21(平行于方向y)之間。圖6表示出單個萬向接頭的軸線之間的縱向間距D。該間距優選地介于20mm和50mm之間。該構型在具有萬向接頭的機構上產生合力，該合力傾向于使具有萬向接頭的機構保持穩定在直線位置。該偏移產生有利于該系統在直線穩定位置的穩定性的正向力。換句話說，通過這種方式，在沒有給定的應力的情況下，管路傾向于保持直線，而不在其自身的重量下采用S形的變形。
[0069]特別地，如在圖1中可看到的那樣，彈性區域可以包括該至少一個內導管3的第三彈性部段30。第三彈性部段30例如定位在具有萬向接頭的機構17和介于外殼層2和該至少一個內導管3之間的剛性連接件29(在第二端部7處)之間。
[0070]該第三彈性部段30使得在沿著橫向y或z移位期間補償內導管3的長度的偏差成為可能。另外，該第三彈性部段30使得補償由溫度變化引起的長度變化(例如:內導管3在兩個固定點29、9之間冷卻期間的收縮)成為可能。
[0071 ]特別地，如圖3至5所示，第三彈性部段30在內導管3上包括例如波紋管。
[0072]優選地，在第二柔性部段的柔性單元140、141和波紋管30之間設置有橫截面的偏差，從而維持波紋管的波紋段中的張力以抵抗內部壓力。
[0073]在沒有應力時，管路具有大體上直線的形式。另一方面，在其端部之間存在相對位移的情況下，和/或在導管3和殼層2存在差脹的情況下，上述結構允許外殼層2和內導管3的有限的局部變形(例如豎直地或側向地呈S形)，以在不損壞管路的情況下補償這些差別。
[0074]根據本發明的輸送裝置因此使得為直線管路提供一種允許吸收膨脹、風力和由地震引起的位移的系統成為可能。
[0075]根據本發明的裝置因此使得能避免“曲柄”類型的彎曲管路一一其非常多并且產生附加負載損失。
[0076]在該實施例中，第一彈性部段10、11遠離第一柔性部段(在縱向上隔開)。將意識至IJ，作為一個變型，彈性部段可以定位在具有萬向接頭的機構處。例如，可以用在縱向上具有彈性的柔性單元代替波紋管13、14，并且萬向接頭可以包含一在縱向上具有彈性的部段(例如在臂部22、23、24、25處)。換句話說，柔性和彈性部段可以結合在單個部段中。
【主權項】
1.一種用于在兩個端部之間輸送流體的裝置，所述端部被設計成分別連接至兩個分開的結構物(5、7)，例如兩個不同的建筑物，該裝置包括沿著縱軸線(X)延伸的剛性雙殼層管路，該管路包括外殼層(2)，該外殼層(2)在其被設計成處于真空的內體積中容納至少一個用于輸送流體的內導管(3)，該管路在第一端部處包括將外殼層(2)連接至第一結構物(5)的第一剛性連接件(4)，并且在第二端部處包括將外殼層(2)連接至第二結構物(7)的第二剛性連接件(6)，外殼層(2)的第一和第二端部剛性地連接至該至少一個內導管(3)，該管路包括用于補償其第一端部(4)和第二端部(6)之間的相對位移的系統，該系統包括至少一個柔性區域(13、14)和至少一個彈性區域(10、11、30)，所述至少一個彈性區域(10、11、30)沿著縱向(X)具有彈性，用于補償位移的系統還包括在外殼層(2)和第一結構物(5)之間沿著縱軸線(X)滑動的連接件(12)，和具有萬向接頭的機構(17)，該機構(17)包含兩個萬向接頭，并且機械地連接柔性區域(13、14)的兩個端部。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，兩個萬向接頭各自具有兩個不同的垂直于縱軸線&)的接合軸線(18、20、19、21)。3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，兩個萬向接頭中的一個(22、23)具有分別與另一個萬向接頭(24、25)的兩個接合軸線(20、21)平行的兩個接合軸線(18、19)。4.根據權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，當該裝置處于安裝好的位置時，萬向接頭的兩個第一平行接合軸線(18、20)位于豎直平面上，以允許管路的有限的水平偏轉(方向y)，而另外兩個第二平行接合軸線(19、21)位于水平面上，以允許管路的柔性區域(13、14)的有限的水平偏轉(方向z)。5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，兩個第一接合軸線(18、20)在縱向(X)上定位在兩個第二接合軸線(19、21)之間。6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，彈性區域(10、11、30)包括外殼層(2)的第一彈性部段(10)和該至少一個內導管(3)的第一彈性部段(11)，該至少一個內導管(3)的所述彈性部段(11)定位在位于外殼層(2)和該至少一個內導管(3)之間的兩個剛性連接件(8、9)之間。7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，外殼層(2)的第一彈性部段(10)和該至少一個內導管(3)的第一彈性部段(11)各自包括彈性波紋管。8.根據權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于，柔性區域(13、14)包括外殼層(2)的第二柔性彈性部段(13)和該至少一個內導管(3)的第二柔性部段(14)，并且，具有萬向接頭的機構(17)連接外殼層(2)的分別定位在該外殼層(2)的第二柔性彈性部段(13)的兩側的兩個端部。9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，外殼層(2)的第二柔性彈性部段(13)包括兩個波紋管(130、131)，該波紋管(130、131)串聯地連接在中心剛性部段(26)的兩側。10.根據權利要求8或9所述的裝置，其特征在于，該至少一個內導管(3)的第二柔性部段(14)包括兩個柔性單元(140、141)，該柔性單元(140、141)串聯地連接在中心剛性部段(126)的兩側。11.根據權利要求9或10所述的裝置，其特征在于，第一萬向接頭將外殼層(2)的中心剛性部段(26)連接至外殼層(2)的朝著第一結構物(5)定向的第一側，而第二萬向接頭將外殼層(2)的中心剛性部段(26)連接至外殼層(2)的朝著第二結構物(7)定向的第二側。12.根據權利要求9至11中任一項所述的裝置，其特征在于，各萬向接頭包括各自的第一對連接臂部(23、35)，該連接臂部(23、35)具有剛性連接至中心剛性部段(26)的第一端部(123、125)和鉸接在圍繞各自的柔性單元(130、131)布置的各自的第一連接環(27、28)上的第二端部，各萬向接頭包括各自的第二對連接臂部(22,24),該連接臂部(22,24)具有鉸接在各自的第一連接環(27、28)上的第一端部(18、20)和剛性連接至外殼層(2)的一相關側的第二端部(122)。13.根據權利要求8至12中任一項所述的裝置，其特征在于，該至少一個內導管(3)在該至少一個內導管(3)的第二柔性部段(14)的兩側經由各自的連接件(15、16)連接至外殼層(2)，該連接件(15、16)沿著平行于管路的縱軸線(X)的方向滑動，S卩，外殼層(2)的第二柔性部段(13)和該至少一個內導管(3)的第二柔性部段(14)定位在兩個連接件(15、16)之間，該連接件(15、16)在外殼層(2)和該至少一個內導管(3)之間滑動。14.根據權利要求1至13中任一項所述的裝置，其特征在于，彈性區域(10、11、30)包括該至少一個內導管(3)的第三彈性部段(30)。15.—種包括兩個分開的結構物(4、7)的設施，該結構物(4、7)通過根據權利要求1至14中任一項所述的用于輸送流體的裝置相連接，其特征在于，第一結構物(5)包括下列結構物之一:建筑物、低溫流體源、橋，而第二結構物(7 )包括下列結構物之一:建筑物、容納“Tokamak”類型的用于產生等離子體的設備的外殼。
【文檔編號】F16L51/02GK105829790SQ201480051547
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年6月27日
【發明人】J-L·富爾內爾, T·諾韋
【申請人】喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司