CN107631118A - 一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管及制作方法，包括扣压接头，扣压接头包括芯管，所述芯管的右侧外径小于芯管的左侧外径，所述芯管的右侧外壁套接有套管，且套管的内壁设置有锯齿牙型槽，所述芯管的外壁上设置有锯齿牙型槽，所述套管的内壁与芯管的外壁形成装配空腔，且装配空腔与设置在扣压接头右侧的复合管的管壁大小相适配，所述芯管外壁上的锯齿牙型槽的外壁和套管内壁上的锯齿牙型槽的内壁上均设置有形状记忆合金环，且形状记忆合金环的外壁与复合管相贴合，有效提升金属芯管或套筒与复合管的机械结合力，达到提升扣压接头密封性能的目的。该方法简单有效，制作效率高，且无需消耗额外能量。
Description
技术领域
本发明涉及非金属复合管产品制造技术领域，具体为一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管及制作方法。
背景技术
增强热塑性塑料复合管因其连续成型，单根可达数百米、接头少，柔性好、抗冲击性能优良，重量轻、运输成本低，安装快速简单等一系列优点，在油气田得到广泛应用，成为我国最具有发展潜力的非金属管。
我国增强热塑性塑料复合管产品结构基本为内衬层、增强层和外保护层等典型的三层结构，管材连接方式通常采用金属接头连接。金属接头制作采用扣压方式：将金属芯管插入复合管内壁，随后采用液压装置沿复合管径向压缩复合管外壁的金属套筒，借助于足够的径向压缩应力，实现金属接头与复合管的机械结合。通常而言，为了保障扣压接头部位的连接强度和密封性，金属芯管和金属套筒均进行特殊的齿形设计，同时需施加足够的径向压力。但随着时间的延长，复合管接头部位压缩变形的非金属材料(尤其是内衬层和外保护层等高分子材料)会缓慢发生蠕变(即在一定温度和恒定外力作用下，高分子材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象)和应力松弛(即在固定的温度和形变下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象)，金属接头与复合管的结合由此减弱。另外，在复合管服役过程中，随着运行温度的提升，内衬层、增强层和外保护层等高分子材料的大分子链活动能力增加，蠕变速率增加明显，将进一步削弱金属接头与复合管的结合能力，接头部位的连接完整性及密封性能受到极大影响。输送介质通常会沿松动的复合管内壁与金属芯管的扣压界面渗入金属套筒，进而渗入复合管端面，并沿着复合管内衬层、结构层和外保护层之间界面继续流通。积聚在各结构层之间的输送介质会造成复合管结构失稳，外保护层鼓包进而发生爆裂的可能性大大增加。
由此，必须考虑进一步优化增强热塑性塑料复合管的接头结构组件设计，提升复合管扣压接头部位的密封性，才能为确保复合管的连接完整性，降低产品失效风险提供重要保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管及制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管，包括扣压接头，扣压接头包括芯管，所述芯管的右侧外径小于芯管的左侧外径，所述芯管的右侧外壁套接有套管，且套管的内壁设置有锯齿牙型槽，所述芯管的外壁上设置有锯齿牙型槽，所述套管的内壁与芯管的外壁形成装配空腔，且装配空腔与设置在扣压接头右侧的复合管的管壁大小相适配，所述芯管外壁上的锯齿牙型槽的外壁和套管内壁上的锯齿牙型槽的内壁上均设置有形状记忆合金环，且形状记忆合金环的外壁与复合管相贴合。
优选的，所述芯管与套管所组成的扣压接头为涤纶纤维增强聚乙烯复合管接头、钢带增强聚乙烯复合管接头或连续玻纤带增强聚乙烯复合管接头。
优选的，所述锯齿牙型槽均匀设置在芯管的外壁上和套管的内壁上。
优选的，所述形状记忆合金环的表面设置有楔形平面，且楔形平面与与锯齿牙型槽的斜面的夹角为10-25°。
优选的，所述形状记忆合金环的转变温度与复合管的使用温度相适配。
优选的，该一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管的制作方法包括如下步骤：
S1形状记忆合金环加工：选择转变温度为20-25℃的形状记忆合金材料，调整室内温度，加工形状记忆合金环，确保形状记忆合金环内径与芯管外径或套管的内径相同，设定形状记忆合金环宽度和最小壁厚为，设定形状记忆合金环外表面楔形角度；
S2形状记忆合金环装配：装配2-3条形状记忆合金环至芯管外部或至套管的内部，设定好2-3条形状记忆合金环间距；
S3形状记忆合金环处理：调整室内温度，将装配有形状记忆合金环的芯管或套管置于液压机，对完全夹持的形状记忆合金环进行径向压缩，设定压缩变形量；
S4扣压接头安装：在设定好的室内温度下，将装配有形状记忆合金环的芯管插入复合管内壁，随后采用液压装置沿复合管径向压缩复合管外壁的金属套筒，借助于设定的径向压缩应力，实现扣压接头与复合管的机械结合；
S5形变回复：将制作扣压接头后的复合管置于设定好的环境中时，形状记忆合金环将缓慢自动恢复处理前的形状，其厚度逐渐增加，进而同时持续压缩复合管内壁和外壁，提升了复合管与金属接头之间的机械结合力，确保两者之间的结合更为牢固紧密，达到有效提升复合管与扣压接头连接密封性的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在不改变复合管传统成熟的扣压接头制作工艺基础上，仅通过将形状记忆合金环装配至芯管外部或套筒内部，利用形状记忆合金材料随温度变化而产生的形状变化能力，即可有效提升金属芯管或套筒与复合管的机械结合力，达到提升扣压接头密封性能的目的。该方法简单有效，制作效率高，且无需消耗额外能量。
2、形状记忆合金环的设置还起到了橡胶密封圈的作用，但避免了橡胶密封圈长期压缩易失效的问题，更是杜绝了橡胶密封圈在输送介质苛刻、运行温度提升、运行压力波动等情况下的老化失效问题。
3、高于转变温度时，记忆合金环的形状恢复有效补偿了热塑性塑料内衬、非金属增强层、热塑性塑料保护层等高分子材料的蠕变回复及应力松弛现象，避免对金属接头与复合管的机械结合力造成削弱。
4、当复合管承受轴向拉伸载荷作用时，形状记忆合金环的楔形结构起到越拉越紧的作用，有效提升了复合管接头部位的拉伸强度。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明芯管装配示意图；
图3为本发明套管装配示意图。
图中：1芯管、2套筒、3锯齿牙型槽、4形状记忆合金环、5复合管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管，包括扣压接头，扣压接头包括芯管1，所述芯管1的右侧外径小于芯管1的左侧外径，所述芯管1的右侧外壁套接有套管2，且套管2的内壁设置有锯齿牙型槽3，所述芯管1的外壁上设置有锯齿牙型槽3，所述套管2的内壁与芯管1的外壁形成装配空腔，且装配空腔与设置在扣压接头右侧的复合管5的管壁大小相适配，所述芯管1外壁上的锯齿牙型槽3的外壁和套管2内壁上的锯齿牙型槽3的内壁上均设置有形状记忆合金环4，且形状记忆合金环4的外壁与复合管5相贴合。
其中，所述芯管1与套管2所组成的扣压接头为涤纶纤维增强聚乙烯复合管接头、钢带增强聚乙烯复合管接头或连续玻纤带增强聚乙烯复合管接头，所述锯齿牙型槽3均匀设置在芯管1的外壁上和套管2的内壁上，所述形状记忆合金环4的表面设置有楔形平面，且楔形平面与与锯齿牙型槽3的斜面的夹角为10-25°，所述形状记忆合金环4的转变温度与复合管5的使用温度相适配。
一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管的制作方法包括如下步骤：
S1形状记忆合金环加工：选择转变温度为20-25℃的形状记忆合金材料，调整室内温度，加工形状记忆合金环4，确保形状记忆合金环4内径与芯管1外径或套管2的内径相同，设定形状记忆合金环4宽度和最小壁厚为，设定形状记忆合金环4外表面楔形角度；
S2形状记忆合金环装配：装配2-3条形状记忆合金环4至芯管1外部或至套管2的内部，设定好2-3条形状记忆合金环4间距；
S3形状记忆合金环处理：调整室内温度，将装配有形状记忆合金环4的芯管1或套管2置于液压机，对完全夹持的形状记忆合金环4进行径向压缩，设定压缩变形量；
S4扣压接头安装：在设定好的室内温度下，将装配有形状记忆合金环4的芯管1插入复合管5内壁，随后采用液压装置沿复合管5径向压缩复合管5外壁的金属套筒2，借助于设定的径向压缩应力，实现扣压接头与复合管5的机械结合；
S5形变回复：将制作扣压接头后的复合管5置于设定好的环境中时，形状记忆合金环4将缓慢自动恢复处理前的形状，其厚度逐渐增加，进而同时持续压缩复合管5内壁和外壁，提升了复合管5与金属接头之间的机械结合力，确保两者之间的结合更为牢固紧密，达到有效提升复合管5与扣压接头连接密封性的目的。
实施例1
提升涤纶纤维增强聚乙烯复合管接头的密封性能。
(1)形状记忆合金环加工：选择转变温度为25℃的形状记忆合金材料，调整室内温度＞25℃，加工形状记忆合金环4，确保形状记忆合金环4内径与芯管1外径相同，形状记忆合金环4宽度为10mm，最小壁厚为5mm，形状记忆合金环4外表面楔形角度为10°；(2)形状记忆合金环装配：装配2条形状记忆合金环4至芯管1外部，2条形状记忆合金环4间距为5个锯齿牙型(3)；(3)形状记忆合金环处理：调整室内温度＜25℃，将装配有形状记忆合金环4的芯管1置于液压机，对完全夹持的形状记忆合金环4进行径向压缩，压缩变形量为3mm；(4)扣压接头安装：在＜25℃的室内温度下，将装配有形状记忆合金环4的芯管1插入复合管5内壁，随后采用液压装置沿复合管5径向压缩复合管5外壁的金属套筒2，借助于设定的径向压缩应力，实现扣压接头与复合管5的机械结合；(5)形变回复：将制作金属接头后的复合管5置于＞25℃的环境中时，形状记忆合金环4将缓慢自动恢复处理前的形状，其厚度逐渐增加，进而持续压缩复合管5内壁，提升了复合管5与金属接头之间的机械结合力，确保两者之间的结合更为牢固紧密，达到提升复合管5与扣压接头连接密封性的目的。
实施例2
提升钢带增强聚乙烯复合管接头的密封性能
(1)形状记忆合金环加工：选择转变温度为20℃的形状记忆合金材料，调整室内温度＞20℃，加工形状记忆合金环4，确保形状记忆合金环4径与套筒2内径相同，形状记忆合金环4宽度为12mm，最小壁厚为6mm，形状记忆合金环4内表面楔形角度为15°；(2)形状记忆合金环装配：装配3条形状记忆合金环4至套筒2内部，3条形状记忆合金环4间距为4个锯齿牙型；(3)形状记忆合金环处理：调整室内温度＜20℃，将装配有形状记忆合金环4的套管2置于液压机，对形状记忆合金环4进行均匀的径向扩径，扩径变形量为3.5mm；(4)扣压接头安装：在＜20℃的室内温度下，将芯管1插入复合管5内壁，随后采用液压装置沿复合管5径向压缩复合管5外壁的装配有形状记忆合金环4的金属套筒2，借助于设定的径向压缩应力，实现扣压接头与复合管5的机械结合；(5)形变回复：将制作金属接头后的复合管5置于＞20℃的环境中时，形状记忆合金环4将缓慢自动恢复处理前的形状，其厚度逐渐增加，进而持续压缩复合管5外壁，提升了复合管5与金属接头之间的机械结合力，确保两者之间的结合更为牢固紧密，达到提升复合管5与扣压接头连接密封性的目的。
实施例3
提升连续玻纤带增强聚乙烯复合管接头密封性能
(1)形状记忆合金环加工：选择转变温度为25℃的形状记忆合金材料，调整室内温度＞25℃，加工与芯管1外径相匹配的形状记忆合金4环，形状记忆合金环4宽度为11mm，最小壁厚为5.5mm，形状记忆合金环4外表面楔形角度为10°；同时，加工与套筒2内径相匹配的形状记忆合金环4，形状记忆合金环4宽度为10mm，最小壁厚为4mm，形状记忆合金环4内表面楔形角度为11°；(2)形状记忆合金环装配：装配2条形状记忆合金环4至芯管1外部，2条形状记忆合金环4至套管2内部，形状记忆合金环4间距为3个锯齿牙型；(3)形状记忆合金环处理：调整室内温度＜25℃，将装配有形状记忆合金环4的芯管1置于液压机，对完全夹持的形状记忆合金环4进行径向压缩，压缩变形量为3mm；对装配在套管2内部的形状记忆合金环4进行均匀的径向扩径，扩径变形量为2mm；(4)扣压接头安装：在＜25℃的室内温度下，将装配有形状记忆合金环4的芯1管插入复合管5内壁，随后采用液压装置沿复合管5径向压缩复合管5外壁的带有形状记忆合金环4的金属套筒2，借助于设定的径向压缩应力，实现扣压接头与复合管5的机械结合；(5)形变回复：将制作扣压接头后的复合管5置于＞25℃的环境中时，形状记忆合金环4将缓慢自动恢复处理前的形状，其厚度逐渐增加，进而同时持续压缩复合管5内壁和外壁，提升了复合管5与金属接头之间的机械结合力，确保两者之间的结合更为牢固紧密，达到有效提升复合管5与扣压接头连接密封性的目的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管，包括扣压接头，其特征在于：扣压接头包括芯管(1)，所述芯管(1)的右侧外径小于芯管(1)的左侧外径，所述芯管(1)的右侧外壁套接有套管(2)，且套管(2)的内壁设置有锯齿牙型槽(3)，所述芯管(1)的外壁上设置有锯齿牙型槽(3)，所述套管(2)的内壁与芯管(1)的外壁形成装配空腔，且装配空腔与设置在扣压接头右侧的复合管(5)的管壁大小相适配，所述芯管(1)外壁上的锯齿牙型槽(3)的外壁和套管(2)内壁上的锯齿牙型槽(3)的内壁上均设置有形状记忆合金环(4)，且形状记忆合金环(4)的外壁与复合管(5)相贴合。
2.根据权利要求1所述的一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管，其特征在于：所述芯管(1)与套管(2)所组成的扣压接头为涤纶纤维增强聚乙烯复合管接头、钢带增强聚乙烯复合管接头或连续玻纤带增强聚乙烯复合管接头。
3.根据权利要求1所述的一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管，其特征在于：所述锯齿牙型槽(3)均匀设置在芯管(1)的外壁上和套管(2)的内壁上。
4.根据权利要求1所述的一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管，其特征在于：所述形状记忆合金环(4)的表面设置有楔形平面，且楔形平面与与锯齿牙型槽(3)的斜面的夹角为10-25°。
5.根据权利要求1所述的一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管，其特征在于：所述形状记忆合金环(4)的转变温度与复合管(5)的使用温度相适配。
6.根据权利要求1所述的一种带密封扣压接头的热塑性塑料复合管的制作方法,其特征在于：包括如下步骤：
S1形状记忆合金环加工：选择转变温度为20-25℃的形状记忆合金材料，调整室内温度，加工形状记忆合金环(4)，确保形状记忆合金环(4)内径与芯管(1)外径或套管(2)的内径相同，设定形状记忆合金环(4)宽度和最小壁厚为，设定形状记忆合金环(4)外表面楔形角度；
S2形状记忆合金环装配：装配2-3条形状记忆合金环(4)至芯管(1)外部或至套管(2)的内部，设定好2-3条形状记忆合金环(4)间距；
S3形状记忆合金环处理：调整室内温度，将装配有形状记忆合金环(4)的芯管(1)或套管(2)置于液压机，对完全夹持的形状记忆合金环(4)进行径向压缩，设定压缩变形量；
S4扣压接头安装：在设定好的室内温度下，将装配有形状记忆合金环(4)的芯管(1)插入复合管(5)内壁，随后采用液压装置沿复合管(5)径向压缩复合管(5)外壁的金属套筒(2)，借助于设定的径向压缩应力，实现扣压接头与复合管(5)的机械结合；
S5形变回复：将制作扣压接头后的复合管(5)置于设定好的环境中时，形状记忆合金环(4)将缓慢自动恢复处理前的形状，其厚度逐渐增加，进而同时持续压缩复合管(5)内壁和外壁，提升了复合管(5)与金属接头之间的机械结合力，确保两者之间的结合更为牢固紧密，达到有效提升复合管(5)与扣压接头连接密封性的目的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 710065, No. two, No. 32, Xi'an, Shaanxi Applicant after: China Petroleum Engineering Materials Research Institute Co.,Ltd. Applicant after: JIANGSU PURCELL ULTRA-HIGH PRESSURE SPECIAL PIPE INDUSTRY CO.,LTD. Address before: 710,065 No. 32, Dianzi Second Road, Xi'an, Shaanxi Applicant before: CNPC TUBULAR GOODS Research Institute Applicant before: JIANGSU PURCELL ULTRA-HIGH PRESSURE SPECIAL PIPE INDUSTRY CO.,LTD. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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