CN108253204B - 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，该管道包括金属筒和套装在该金属筒外部的混凝土筒(7)，所述金属筒包括套装的第一金属筒(2)和第二金属筒(4)，所述第一金属筒(2)和所述第二金属筒(4)之间设置有空隙(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；玻璃钢管刚度小，受力不均匀时易变形，密封性差；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，由于该管材质量受预应力钢丝生产质量影响极大，断丝现象难以避免，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该金属筒外部的混凝土筒，所述金属筒包括套装的第一金属筒和第二金属筒，所述第一金属筒和所述第二金属筒之间设置有空隙。

优选地，所述空隙的径向尺寸为1mm-20mm。

优选地，所述第二金属筒的筒壁的厚度为1mm-12mm。

优选地，所述第一金属筒的筒壁的厚度为：第一金属筒内径/130mm-第一金属筒内径/300mm。

优选地，所述第二金属筒的内周面与所述第一金属筒的外周面之间形成包括所述空隙3的封闭空腔，该封闭空腔内填充有液体。

优选地，所述第一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5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，所述加强肋从所述第一金属筒径向向外延伸穿过所述第二金属筒。

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12，所述插口环12焊接于所述第一金属筒2或所述第二金属筒4的一端的端部并沿所述第一金属筒2的轴向向外延伸；和

承口环11，所述承口环11焊接于所述第一金属筒2或所述第二金属筒4的另一端的端部，并与所述插口环12相适配；

其中，一根所述管道的承口环11与相邻一根管道的插口环12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是图2中B处的放大图

图4是管道组件的纵剖面示意图

图5是图4中C处的放大图

图6是承口环示意图

图7是插口环示意图

附图标记说明

1 防腐层 2 第一金属筒

3 空隙 4 第二金属筒

5 第一加强网 51 第一环向加强件

52 第一轴向加强件 6 第二加强网

61 第二环向加强件 62 第二轴向加强件

7 混凝土筒 8 加强肋

9 橡胶圈 10 砂浆

11 承口环 12 插口环

121 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，该管道包括金属筒和套装在该金属筒外部的混凝土筒7，所述金属筒包括套装的第一金属筒2和第二金属筒4，所述第一金属筒2和所述第二金属筒4之间设置有空隙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。

本发明通过采用带有空隙3的双金属筒的管道，能够使管道承受高内压和高外压。并且内压由第一金属筒2承担，外压由混凝土筒7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，空隙3能够将第一金属筒2和第二金属筒4分离，实现第一金属筒2与第二金属筒4分离受力。内压由第一钢筒2承担，避免传入第二金属筒4以及混凝土筒7。在内水压力的作用下，第一金属筒2的环向拉应力不应超过第一金属筒2的金属材料本身的允许拉应力。相较于单独设置金属筒的管道来说本发明所提供的技术方案能够使管道承担更高的内压和外压。空隙3的径向尺寸应考虑管道内压引起的第一金属筒2径向变形和外荷载作用引起的混凝土筒7径向变形两部分，优选地，所述空隙3的径向尺寸为1mm-20mm。例如，在具体实施过程中，优选地，将空隙3的径向尺寸设置为2mm-10mm能够很好起到上述作用。可以理解的是，该尺寸范围能够保证管道承受高内压以及高外压的作用下的正常使用。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，第二金属筒4与第一金属筒2配合构成空隙3，使得内压和外压分别由不同的结构承担，使得管道各个结构的受力明确，大大增加了管道承受压力的能力，优选地，所述第二金属筒4的筒壁厚度范围为1mm-12mm。

进一步地，第一金属筒2主要承受内压，不承受外压等荷载。因此，第一金属筒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，设置所述第一金属筒2的筒壁厚度为第一金属筒2内径/130mm-第一金属筒2内径/300mm。

进一步地，所述第二金属筒4的内周面与所述第一金属筒2的外周面之间形成包括所述空隙3的封闭空腔，该封闭空腔内填充有液体。可以理解的是，通过在第一金属筒2和第二金属筒4之间填充液体，能够抵消浇筑混凝土对第二金属筒4的压力，防止第二金属筒4变形。浇筑完毕后，放空空隙3内的液体。优选地，为了增强上述效果，还可以在空隙3内适当地加入压力。

进一步地，由于管道用于输送水、油等液体，为了防腐，需要将所述第一金属筒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牢固地固定在第一金属筒2的内壁上，延长了防腐层1的使用寿命，防止第一金属筒2腐蚀。

进一步地，由于管道埋在地下，管道的混凝土筒7承担的外部水土压很大。为了加强混凝土筒7承受外压的能力，避免混凝土筒7断裂失效，优选地，所述混凝土筒7内置有加强结构，所述加强结构包括第一加强网5和第二加强网6，所述第一加强网5和第二加强网6为环形结构，且第一加强网5和第二加强网6径向间隔设置。这里，可以理解的是，第一加强网5和第二加强网6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5和第二加强网6且二者间隔设置，既能达到增强混凝土筒7承受外压的效果也不会造成材料的浪费。

进一步地，第一加强网5和第二加强网6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5包括第一环向加强件51和沿周向布置在所述第一环向加强件51内侧/外侧且沿轴向延伸的多根第一轴向加强件52；和/或所述第二加强网6包括第二环向加强件61和沿周向布置在所述第二环向加强件61内侧/外侧且沿轴向延伸的多根第二轴向加强件62。

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，缓解管道外压失稳的问题。所述管道还设置有环形的加强肋8，所述加强肋8从所述第一金属筒2径向向外延伸穿过所述第二金属筒4。进一步地，加强肋8还能够起到防止第二金属筒4与混凝土筒7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7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12和承口环11，如图5所示，所述插口环12焊接于所述第一金属筒2或所述第二金属筒4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11焊接于所述第一金属筒2或所述第二金属筒4的另一端的端部，并与所述插口环12相适配；其中，一根所述管道的承口环11与相邻一根管道的插口环12相连接。这里，管道接头采用承口、插口形式通过橡胶圈9密封连接。所述管道接头还包括设置于凹槽121内的橡胶圈9，通过插口环12将凹槽121设置为单凹槽或者双凹槽，来确定橡胶圈9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121设置为双凹槽，并相应的设置两个橡胶圈9。橡胶圈9的形状根据与插口环12的凹槽形状来确定。安装橡胶圈9时，将橡胶圈9填充在凹槽121内，橡胶圈9受双向挤压，密封性高。

承口环11和插口环12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11和插口环12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11可以是与插口环12配合的阶梯型，但是优选地，承口环11为钟形，该形状具有安装自定位的作用。其中，承口环11和插口环12可采用钢材料。承口环11和插口环12相互配合安装后向管道与管道之间灌入砂浆10。

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、第一金属筒和第二金属筒的制备

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、插口环分别与第一金属筒的两端一次焊接成型，然后将和第二金属筒装在螺旋制筒机上卷制。将卷好的第一金属筒吊入第二金属筒内，第一金属筒与第二金属筒两端分别焊制，将然后通过打压试验有无渗漏点。

c、空隙充水加压，浇筑

将预制好的第一金属筒、第二金属筒、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。通过预设的孔在第一金属筒和第二金属筒之间充水并施加适当压力。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，浇筑完成后通过孔卸掉第一金属筒和第二金属筒之间的水。

d、在第一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。

本发明通过将第一金属筒、第二金属筒套在一起，在第一金属筒、第二金属筒之间设置空隙，保证空隙是封闭的。在空隙内充入液体(例如水、油等)，可以避免在浇筑混凝土时第一金属筒、第二金属筒变形，在管道组装现场卸掉空隙中的液体。这种带有空隙的第一金属筒、第二金属筒可以使内压由第一金属筒承担，外压由第二金属筒和混凝土筒承担。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，使第一金属筒承受较高内压，而外压由混凝土筒承担，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，由于本发明采用带有空隙的双金属筒混凝土管道，充分利用了金属筒抗渗性能好的特点，因此本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 (1)

1.管道组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、由承、插口钢板型材经剪切下料、卷圆焊接、轧边成型、胀圆工序制得承口环（11）和插口环（12），并将加工好的所述承口环（11）和插口环（12）装在螺旋制筒机上，按设计要求将卷板卷成钢筒，边卷边焊，使所述承口环（11）和插口环（12）分别与第一金属筒（2）的两端一次焊接成型，然后将和第二金属筒（4）装在所述螺旋制筒机上卷制；

S2、将卷好的所述第一金属筒（2）吊入所述第二金属筒（4）内，所述第一金属筒（2）与第二金属筒（4）两端分别焊制，并通过打压试验检测有无渗漏点；

S3、将预制好的所述第一金属筒（2）、第二金属筒（4）以及第一加强网（5）和第二加强网（6）由内而外依次设置，且各个结构之间径向间隔设置；

在所述第一金属筒（2）和第二金属筒（4）之间预设空隙（3）并充水，施加适当压力，避免在浇筑混凝土时，所述第一金属筒（2）、第二金属筒（4）变形；

然后向所述第一加强网（5）和第二加强网（6）之间的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，浇筑完成后通过所述空隙（3）卸掉所述第一金属筒（2）和第二金属筒（4）之间的水；

S4、在所述第一金属筒（2）的内周面设置金属网，并在所述金属网上涂防腐层（1），得到管道，其中，内压由所述第一金属筒（2）承担，外压由所述第二金属筒（4）和混凝土筒（7）承担；

S5、通过所述插口环（12）将凹槽（121）设置为单凹槽或者双凹槽，将橡胶圈（9）填充在所述凹槽（121）内，然后将一根管道的所述承口环（11）与相邻一根管道的所述插口环（12）相连接，并在两根管道的中间灌入砂浆（10），使两根管道连接牢靠。