CN108253203A - 管道及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于输水、油等流体的管道领域，公开了一种管道，所述管道包括金属筒(2)和套装在所述金属筒(2)外部的混凝土筒(6)，所述金属筒(2)和所述混凝土筒(6)之间设置有弹性垫层(3)。本发明的管道能够承受高内压和高外压，具有良好的抗渗性和耐久性，而且造价较低。

Description

管道及其组件

技术领域

本发明涉及一种管道及其组件，该管道用于输水、油等流体。

背景技术

管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。以输水管道为例，输水管道是从水库、调压室、前池向水轮机或由水泵向高处送水，以及埋设在土石坝坝体底部、地面下或露天设置的过水管道。可用于灌溉、水力发电、城镇供水、排水、排放泥沙、放空水库、施工导流配合溢洪道宣泄洪水等。

在长距离、大流量的引调水工程中，管材的选择至关重要，它既是保证供水系统安全的关键，又是决定工程造价和运行经费所在。目前国内用于输水的管道，主要有钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管和夹砂玻璃钢管。但是，这些管材都各自存在缺陷，具体表现为：钢管造价高，抗外压能力较差，且施工工序复杂；球墨铸铁管单位长度造价比较高，连接方式比较复杂，且笨重，管径偏小；夹砂玻璃钢管为柔性管道，抗外压能力较差，对沟槽回填要求高，用量及用途有限；预应力钢筒混凝土管在混凝土管芯外壁缠绕一层或多层预应力钢丝来承受较高的内水压力和外荷载，由于预应力钢丝外侧由干砂浆保护，耐腐蚀性相对较差，爆管失效情况不断发生，管材耐久性差。

因此，急需研制一种能够承受高内压和高外压，耐久性好，造价较低的管道，以克服目前工程设计施工中管道选型困难的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足提供一种管道及其组件，该管道能够承受 高内压和高外压，具有良好的抗渗性和耐久性，且造价较低。

为了实现上述目的，本发明提供一种管道，所述管道包括金属筒和套装在所述金属筒外部的混凝土筒，所述金属筒和所述混凝土筒之间设置有弹性垫层。

优选地，所述弹性垫层的厚度为1mm-30mm，弹性模量1MPa-5MPa，泊松比小于或者等于0.5。

优选地，所述弹性垫层材料为包括橡胶的弹性材料。

优选地，所述金属筒的筒壁厚度为：金属筒内径/130mm-金属筒内径/300mm；和/或

所述混凝土筒的筒壁的厚度为8mm-500mm。

优选地，所述金属筒内壁上设置有防腐层。

优选地，所述防腐层由包括混凝土的防腐材料形成，所述防腐层内设置有金属网。

优选地，所述混凝土筒内置有加强结构，所述加强结构包括，第一加强网和第二加强网，所述第一加强网和第二加强网为环形结构，且第一加强网和第二加强网径向间隔设置。

优选地，所述第一加强网包括第一环向加强件和沿周向布置在所述第一环向加强件内侧或外侧且沿轴向延伸的多根第一轴向加强件；和/或

所述第二加强网包括第二环向加强件和沿周向布置在所述第二环向加强件内侧或外侧且沿轴向延伸的多根第二轴向加强件。

优选地，所述管道还设置有环形的加强肋，所述加强肋从所述金属筒径向向外延伸穿过所述弹性垫层。

优选地，所述金属筒为钢筒、铸铁筒、玻璃钢筒。

本发明还提供一种管道组件，该管道组件包括多根以上所述的管道，每 根管道还包括管道接头、所述管道接头包括：

插口环，所述插口环焊接于所述金属筒的一端的端部并沿所述第一金属筒的轴向向外延伸；和

承口环，所述承口环焊接于所述金属筒的另一端的端部，并与所述插口环相适配；

其中，一根所述管道的承口环与相邻一根管道的插口环相连接。

通过上述技术方案，本发明的管道在输送水、油等流体时，能够承受高内压和高外压，具有良好的抗渗性和耐久性，而且造价较低，解决了目前工程设计施工中管道选型困难的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是管道横断面示意图

图2是图1中A处的放大图

图3是管道的纵剖面示意图

图4是图3中B处的放大图

图5是承口环示意图

图6是插口环示意图

附图标记说明

1 防腐层 2 金属筒

3 弹性垫层 4 第一加强网

41 第一环向加强件 42 第一轴向加强件

5 第二加强网 51 第二环向加强件

52 第二轴向加强件 6 混凝土筒

7 加强肋 8 橡胶圈

9 砂浆 10 承口环

11 插口环 111 凹槽

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种管道，该管道包括金属筒2和套装在所述金属筒2外部的混凝土筒6，所述金属筒2和所述混凝土筒6之间设置有弹性垫层3。

对于可承受高内压、高外压的管道，目前工程中常用的管型为钢衬钢筋混凝土管和预应力钢筒混凝土管，但是钢衬钢筋混凝土管中绝大部分内水压力由外壁混凝土承担，钢筋应力很低，在较高内水压力的作用下，势必在钢管周围增加钢筋的密度，既不经济也不便于施工。而预应力钢筒混凝土管的预应力钢丝承受较高内水的压力和外荷载，由于预应力钢丝外保护不到位，导致预应力钢丝易腐蚀且耐久性差、造成整个管道的腐蚀破坏，爆管失效的情况不断发生。

本发明通过采用上述带有弹性垫层3的金属筒的管道，能够使管道承受高内压和高外压。并且内压由金属筒2承担，外压由混凝土筒6承担，缓解了管道外压失稳的问题。可靠度高，耐久性好，能够实现快速装配，便于机械化作业，管道的口径可大可小，适用范围非常广泛。

具体地，弹性垫层3能够将金属筒2和混凝土筒6分离。可以理解的是，弹性垫层3能够通过金属筒2和混凝土筒6的挤压发生压缩变形并吸收金属 筒2的径向变位，同时将金属筒2的变形以一定比例传递给混凝土筒6。不同弹性垫层3材料的传递比例不同。为了能够让传递比例小，也就是说，为了最大限度地使内压由金属筒2承担，外压由混凝土筒6承担，优选地，所述弹性垫层3的厚度为1mm-30mm，弹性模量1-5MPa，泊松比小于或者等于0.5。其中，弹性垫层3设置在金属筒2外周面，并形成一个整体，无接缝，能够避免混凝土进入缝隙后增大传递比例，导致管道失效。优选地，所述弹性垫层3材料为包括橡胶的弹性材料，橡胶具有压缩弹模、低泊松比、低吸水性、高耐久性、遇火自熄，并且在流态混凝土作用下不产生膨胀，对金属筒2无腐蚀，便于施工。

能够可以理解的是，弹性垫层3的厚度尺寸范围能够保证管道的金属筒2和混凝土筒6在分别受到管道内压以及外压的作用下，不会大比例地相互传递载荷而导致管道失效。并且相对于以往常用的复合管道受力不明确，会造成材料的浪费或受力不合理的问题。而本发明的管道结构受力明确，技术经济上更加合理，具有较强的可实施性。

进一步地，金属筒2主要承受内压。因此，金属筒2的厚度主要取决于所承担的内压的大小。而各种金属本身应力均不得超过规定的允许应力值，否则会失效。为了保证安全性，所述金属筒2的筒壁厚度为金属筒2内径/130mm-金属筒2内径/300mm；和/或所述混凝土筒6的筒壁的厚度为8mm-500mm。

进一步地，由于管道用于输送水、油等液体，为了防腐，需要将所述金属筒2内壁上设置有防腐层1。该防腐层1可以是砂浆、混凝土或防腐涂层中的一种或几种的组合。优选地，所述防腐层1由包括混凝土的防腐材料形成，所述防腐层1内设置有金属网。由于管道内输送液体，防腐层1需要浸泡在管道内，且不易维修。金属网能够将防腐层1牢固地固定在金属筒2的内壁上，延长了防腐层1的使用寿命，防止金属筒2腐蚀。

进一步地，由于管道埋在地下，管道承担的外部水土压很大。为了加强混凝土筒6承受外压的能力，避免混凝土筒6断裂失效，优选地，所述混凝土筒6内置有加强结构，所述加强结构包括，第一加强网4和第二加强网5，所述第一加强网4和第二加强网5为环形结构，且第一加强网4和第二加强网5径向间隔设置。这里，可以理解的是，第一加强网4和第二加强网5仅为了将各个加强网进行区分，不做顺序要求。加强结构可以设置单层、双层或多层加强网，需要根据具体的情况进行选择。优选地设置第一加强网4和第二加强网5且二者间隔设置，既能达到增强混凝土筒6承受外力的效果也不会造成材料的浪费。

进一步地，第一加强网4和第二加强网5的结构可以是双方向延伸并且交错的网，牢固且可靠性好。所述第一加强网4包括第一环向加强件41和沿周向布置在所述第一环向加强件41内侧/外侧且沿轴向延伸的多根第一轴向加强件42；和/或所述第二加强网5包括第二环向加强件51和沿周向布置在所述第二环向加强件51内侧/外侧且沿轴向延伸的多根第二轴向加强件52。

进一步地，所述加强结构具体的材质为钢筋，还可以是比较粗的金属丝、金属框架等，钢筋承载力强且较经济。

进一步地，当内水压力增大时，为了增加管道的安全性以及可靠性，为了增加管道的安全性以及可靠性，缓解管道外压失稳的问题。所述管道还设置有加强肋7，所述加强肋7从所述金属筒2径向向外延伸穿过所述弹性垫层3。进一步地，加强肋7还能够起到防止金属筒2与混凝土筒6之间窜水的作用。

优选地，所述金属筒为钢筒、铸铁筒或玻璃钢筒(还可以是工程塑料)。耐蚀性好，强度高，较经济。

为了使管道具有任意长度以适应各种不同需求，本发明还提供一种管道组件，该管道组件包括多根以上所述的管道，每根管道还包括管道接头，如 图6和图5所示，所述管道组件包括多根所述管道，每根管道还包括管道接头、所述管道接头包括：插口环11和承口环10，所述插口环11焊接于所述金属筒2的一端的端部并沿所述第一金属筒2的轴向向外延伸；所述承口环10焊接于所述金属筒2的另一端的端部，并与所述插口环11相适配；其中，一根所述管道的承口环10与相邻一根管道的插口环11相连接。这里，管道接头采用承口、插口形式通过橡胶圈8密封连接。所述管道接头还包括设置于凹槽111内的橡胶圈8，通过插口环11将凹槽111设置为单凹槽或者双凹槽，来确定橡胶圈8的数量。为了增强密封效果，防止液体从接缝处泄露，优选地，设置凹槽111设置为双凹槽，并相应的设置两个橡胶圈8。橡胶圈8的形状根据与插口环11的凹槽形状来确定。安装橡胶圈8时，将橡胶圈8填充在凹槽111内，橡胶圈8受双向挤压，密封性高。

承口环10和插口环11是管道连接、止水的重要部件，为了保证管道组装后的密封性，具体地，承口环10和插口环11工作面直接配合间隙大于等于0.5mm，小于等于2mm，可以理解的是这个配合间隙能够更好的保证管道连接时的密封性。承口环10可以是与插口环11配合的阶梯型，但是优选地，承口环10为钟形，该形状具有安装自定位的作用。其中，承口环10和插口环11可采用钢材料。承口环10和插口环11相互配合安装后向管道与管道之间灌入砂浆9。

以下具体介绍本发明管道及其组件的制备方法：

a、承、插口环的制备

由承、插口钢板型材经剪切下料、卷圆焊接、轧边成型、胀圆等工序制得。

b、金属筒2的制备

将a中加工好的承、插口环装在螺旋制筒机上，按设计要求将卷板卷成钢筒，边卷边焊，使承、插口环与金属的两端一次焊接成型，然后通过打压 试验有无渗漏点。

c、弹性垫层安装、浇筑

将弹性垫层套在预制好的金属筒外周面、并连同第一加强网和第二加强网由内而外依次设置，各个结构之间设置间隔。然后向径向间隔内浇筑混凝土，并经过高频强力震动，使混凝土密实成型。

d、在金属筒的内周面设置金属网并在金属网上涂防腐层，即得到本发明所述的管道。

e、管道对接

将橡胶圈填充在凹槽内，然后将一根管道的承口环与相邻一根管道的插口环相连接。并在两根管道的中间灌入砂浆，使两根管道连接牢靠。

本发明通过将金属筒、弹性垫层套在一起，可以使弹性垫层充分发挥材料本身的特性，保证管道的金属筒和混凝土筒在分别受到管道内压以及外压的作用下，不会大比例地相互传递载荷而导致管道失效。其不仅发挥了金属筒不透水可靠性的优势，也发挥了钢筋混凝土抗外压、寿命长的优势。本发明的管道各层受力明确，充分发挥了材料各自的优势。此种结构形式可以充分发挥金属筒的强度，使金属筒承受较高内压，而外压大部分由混凝土筒承担，解决了现有钢管外压失稳的问题，其相对于单独铺设的钢管可以有效减小钢管壁厚，不仅寿命成倍增长，节约投资，而且适用范围更加广泛。

此外，本发明的管道还具有如下优点：机械化作业程度高，管道经管厂预制后运至现场施工，实现快速组装，符合节能环保的设计理念，能够节省工期，提高效率；可适用于大口径、高内压、高覆土的输水工程；管道外包普通钢筋混凝土后，耐久性好，钢筋不易锈蚀，可靠度高，使用寿命长；抗渗性能好，由于本发明采用金属筒加弹性垫层混凝土管道，充分利用了金属筒抗渗性能好的特点，使管道结构具有较好的抗渗性能；这种复合式的管道可批量生产，施工工艺采用流水作业。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.管道，其特征在于，所述管道包括金属筒(2)和套装在所述金属筒(2)外部的混凝土筒(6)，所述金属筒(2)和所述混凝土筒(6)之间设置有弹性垫层(3)。

2.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述弹性垫层(3)的厚度为1mm-30mm，弹性模量1MPa-5MPa，泊松比小于或者等于0.5。

3.根据权利要求2所述的管道，其特征在于，所述弹性垫层(3)材料为包括橡胶的弹性材料。

4.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述金属筒(2)的筒壁厚度为：金属筒(2)内径/130mm-金属筒(2)内径/300mm；和/或

所述混凝土筒(6)的筒壁的厚度为8mm-500mm。

5.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述金属筒(2)内壁上设置有防腐层(1)。

6.根据权利要求5所述的管道，其特征在于，所述防腐层(1)由包括混凝土的防腐材料形成，所述防腐层(1)内设置有金属网。

7.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述混凝土筒(6)内置有加强结构，所述加强结构包括第一加强网(4)和第二加强网(5)，所述第一加强网(4)和第二加强网(5)为环形结构，且第一加强网(4)和第二加强网(5)径向间隔设置。

8.根据权利要求7所述的管道，其特征在于，所述第一加强网(4)包括第一环向加强件(41)和沿周向布置在所述第一环向加强件(41)内侧或外侧且沿轴向延伸的多根第一轴向加强件(42)；和/或

所述第二加强网(5)包括第二环向加强件(51)和沿周向布置在所述第二环向加强件(51)内侧或外侧且沿轴向延伸的多根第二轴向加强件(52)。

9.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述管道还设置有环形的加强肋(7)，所述加强肋(7)从所述金属筒(2)径向向外延伸穿过所述弹性垫层(3)。

10.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述金属筒(2)为钢筒、铸铁筒或玻璃钢筒。

11.管道组件，其特征在于，该管道组件包括多根根据权利要求1-10中任意一项所述的管道，每根管道还包括管道接头、所述管道接头包括：

插口环(11)，所述插口环(11)焊接于所述金属筒(2)的一端的端部并沿所述金属筒(2)的轴向向外延伸；和

承口环(10)，所述承口环(10)焊接于所述金属筒(2)的另一端的端部，并与所述插口环(11)相适配；

其中，一根所述管道的承口环(10)与相邻一根管道的插口环(11)相连接。