CN108317310A - 一种复合实壁管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合实壁管，包括：第一管层，所述第一管层由第一实心条带通过螺旋缠绕形成，其中螺旋缠绕的第一实心条带通过热熔连接的方式结合在一起。

Description

一种复合实壁管

技术领域

本发明涉及管道技术领域，更具体地，本发明涉及一种复合实壁管。

背景技术

随着城镇化的进一步发展以及农村居住条件的逐步改善，公共基础设施以及家庭给水排水需求进一步提升，这就离不开管道安装、维修等施工工作。

承插接口的钢筋混凝土管接口不抗拉，止水性能不高，管材自重大，耐腐蚀性能、光滑度都低于HDPE(高密度聚乙烯)实壁管，因此HDPE实壁管具有广阔的市场应用前景。HDPE实壁管是传统的钢铁管材、聚氯乙烯饮用水管的换代产品。现有的大口径(DN≥300mm)HDPE实壁管的管节长度为有6 米、9米、12米等，现有实壁管的生产方式都是采取挤出成型工艺，原料经加热塑化，经过挤出成型，冷却，形成实壁管。

常规实壁管的缺点包括：1、生产工艺复杂，需要真空成型设备；2、生产效率低，由于生产工艺复杂，需要真空吸塑水冷成型，工序繁多生产效率低； 3、管壁厚度难以控制，厚薄不均。原料在塑化挤出、真空成型过程中，受重力影响，容易下厚上薄，即使经过调校挤出尺寸，也难以控制均匀度；4、管道圆度不标准，由于原料塑化挤出后，塑性较高，是靠四周真空吸塑，水冷降温成型的，受重力影响，管道不能达到标准圆度；5、管壁径向抗裂能力低，在管口出现裂口时，很容易沿裂口撕裂。

发明内容

本发明提出了一种新型的复合实壁管，至少部分地克服以上问题，简化实壁管的生产工艺，提高实壁管的生产效率，以及提高实壁管的整体性能。

根据本发明的一个实施例，提供一种复合实壁管，包括：

第一管层，所述第一管层由第一实心条带通过螺旋缠绕形成，

其中螺旋缠绕的第一实心条带通过热熔连接的方式结合在一起。

在本发明的一个实施例中，所述管壁厚度由螺旋缠绕的第一管层的宽度、厚度、倾斜角度以及缠绕偏移角度决定。

在本发明的一个实施例中，复合实壁管还包括设置在管体外表面的外管。

在本发明的一个实施例中，所述外管可以是钢筋混凝土管、金属管、玻璃管或陶瓷管。

当外管是钢筋混凝土管时，复合实壁管外壁可以辊压出凸起条纹，便于两种管材的衔接。

在本发明的一个实施例中，复合实壁管还包括：

第二管层，所述第二管层由第二条带通过螺旋缠绕在所述第一实心条带的内侧，其中螺旋缠绕的第二实心条带通过热熔连接的方式与第一管层结合在一起，或夹在热熔连接的第一管层之间。

在本发明的一个实施例中，所述第二管层与第一管层同时缠绕。

在本发明的一个实施例中，所述第一管层的材料与所述第二管层的材料不同。

在本发明的一个实施例中，所述复合管体的管壁厚度由两种螺旋缠绕的条带的宽度、厚度、倾斜角度以及缠绕偏移角度共同决定。

在本发明的一个实施例中，复合实壁管还包括与第一管层和第二管层同时缠绕的第三管层至第N管层，其中N是大于或等于3的整数。

根据本发明的另一个实施例，提供一种利用复合实壁管形成的承插接口，包括：

承口，所述承口包括承口管体、位于所述承口管体外表面的承口外壁、位于所述承口管体内表面的承口内壁，基于所述承口内壁加工而成的第一类环状凸起；

插口，所述插口包括插口管体、位于所述插口管体外表面的插口外壁、位于所述插口管体内表面的插口内壁，基于所述插口外壁加工而成的第二类环状凸起，其中当将所述插口装配到所述承口后，第一类环状凸起与第二类环状形成自锁。

本发明公开的复合实壁管及其制造方法具有以下优点：1、生产工艺简单，不需要长长的真空吸塑水冷成型设备，缠绕后直接水冷成型；2、生产效率高，相对于原有工艺生产效率大大提高；3、管壁厚度容易控制，厚薄均匀；4、管道圆度标准，因为是简单的缠绕工艺，圆度绝对标准；5、管道抗撕裂强度高，不容易撕裂。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例的复合实壁管100的立体图。

图2示出根据本发明的一个实施例的复合实壁管100的部分管壁的截面图。

图3示出根据本发明的一个实施例的复合实壁管的制造工艺的流程图。

图4A示出螺旋缠绕在成型机的滚筒上的第一实心条带的正视图。

图4B示出螺旋缠绕在成型机的滚筒上的第一实心条带的截面图。

图5示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的具有承口和插口结构的管体400。

图6示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的双密封自锁承插接口结构的截面示意图。

图7A示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的柔性密封自锁承插接口的截面示意图。

图7B示出承口管体和插口管体以小角度α偏转后的接口横截面示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

根据本发明的复合实壁管可以是基于工作要求的特定尺寸HDPE实壁管、 PE管或者其他类似材料的管道。其材质具有一定弹性变形能力，以满足后续承插接口的装配需求。

图1示出根据本发明的一个实施例的复合实壁管100的立体图。

图2示出根据本发明的一个实施例的复合实壁管100的部分管壁的截面图。

参见图1和图2，复合实壁管100可包括位于管体最内侧的第一条带110

在本发明的优选实施例中，复合实壁管100可包括N个管层，其中N为大于等于1的整数。因此，复合实壁管100可以仅包含一个管层110，或者复合实壁管100还可包括在第一管层110外侧依次层叠的第二至第N管层110₂至110_N。每个管层的厚度可根据实际需要而变化。不同管层的厚度可以相同，也可以不同。不同管层可由相同的材料形成，或者不同管层可由不同种类的材料形成，从而获得不同强度的实壁管。例如，第一管层可以是聚乙烯层，第二管层可以是网状金属层、纤维层或其它类似材料层。再例如，可以采用四层结构，第一管层采用实心PE条带，第二管层采用网状金属条带，第三管层采用实心PE条带，第四管层采用网状纤维层。

图3示出根据本发明的一个实施例的复合实壁管的制造工艺的流程图。

在步骤310，形成复合实壁管的第一管层，该步骤包括将第一种原料加热、塑化，通过挤出机连续挤出第一实心条带，让挤出的第一实心条带螺旋缠绕在成型机的滚筒上。第一实心条带的截面可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形等等。本领域的技术人员应该理解，本发明的实施例对第一实心条带的截面形状没有具体要求，只要能够形成满足性能要求的管层，就应该落入本发明的保护范围之内。第一种原料可以是以聚乙烯PE或高密度聚乙烯HDPE为主要成分的材料，其中可根据需要添加适当的增塑剂、增强剂等。

第一实心条带之间可以通过热熔形成连接，螺旋缠绕在成型机的滚筒上的第一实心条带具有一定塑性，可将辊压器置于挤出机的后端，通过辊压器的挤压作用，使得相邻的第一实心条带结合在一起。

在本发明的一个实施例中，为了便于相邻的第一实心条带之间的热熔连接，可增加加热装置，对第一实心条带进行加热，然后通过辊压器对第一实心条带进行压实。

本发明使用的加热装置可以是吹风机构，通过吹风机构对第一实心条带吹热风，从而通过辊压器对第一实心条带进行压实时，相邻的第一实心条带形成热熔连接。通过辊压器对第一实心条带进行压实还可增强大口径实壁管的强度。

可以根据工程需求灵活调整第一管层的厚度。图4A示出螺旋缠绕在成型机的滚筒上的第一实心条带的正视图。图4B示出螺旋缠绕在成型机的滚筒上的第一实心条带的截面图。通过调整第一实心条带410的宽度W、厚度T、倾斜角度α以及缠绕偏移角度β，能够增加或减少所形成的第一管层的厚度。例如，当增加缠绕偏移角度时，通过辊压器的挤压，相邻的第一实心条带结合在一起，所形成的第一管层的厚度变薄。当减小缠绕偏移角度时，通过辊压器的挤压，相邻的第一实心条带结合在一起，所形成的第一管层的厚度变厚。

在步骤320，形成复合实壁管的第二管层。该步骤可包括将第二条带螺旋缠绕在第一实心条带的内侧。形成第二管层的原料以及第二管层的结构和制造方法可以与第一管层完全相同或类似。或者，形成第二管层的原料以及第二管层的结构和制造方法可以不同。第二原料可以是与第一原料相同的材料，也可以是不同的材料。当管层采用非PE基材的原料时，用来缠绕该管层的条带应为网状结构。

第二管层与第一管层可以通过热熔形成连接，或者是网状条带夹于热熔连接的实心条带之间。可将辊压器置于挤出机的后端，通过辊压器的挤压作用，使得相邻的第二实心条带热熔连接到第一管层，和/或相邻第二实心条带结合在一起。

例如，为了便于相邻的第一实心条带与第一/二实心条带的热熔连接，可增加加热装置，对第一管层和/或第二实心条带进行加热，然后在缠绕第二实心条带之后通过辊压器对第二实心条带进行压实。

本发明使用的加热装置可以是吹风机构，通过吹风机构对第一管层/或第二实心条带吹热风，从而通过辊压器对第二实心条带进行压实时，相邻的以 PE为基材的条带之间形成热熔连接。通过辊压器对条带进行压实还可增强大口径实壁管的强度。

在本发明的一些实施例中，第二条带还可以是网状金属带、纤维带等。

另外，本领域的技术人员应该理解，为了便于说明按照先后顺序描述了第一管层和第二管层的形成，然而第一管层与第二管层可以是基本同时形成，即，第二条带的原料出口紧邻第一条带的挤出机出口，使得第一管层和第二管层基本同时形成一种复合实壁管体。

重复步骤320，以便形成复合实壁管第三管层至第N管层。第三管层和第 N管层的原料出口与第一管层和第二管层的原料出口基本同时供给第一至第N 条带，在中心滚轴的转动过程中，将它们缠绕在成型机的滚筒上。

完成缠绕后，可直接水冷成型，然后将管层从成型机的滚筒上脱出。

在本发明的一些实施例中，通过图3所示的工艺形成的复合实壁管可以作为其它管材的内衬。当外附的其它管材为混凝土时，可以在实壁管外壁辊压形成条状凸起，便于两者的结合。例如，在形成实壁管之后，将其作为内衬材料，外包混凝土，从而形成复合实壁管内衬的钢筋混凝土管。同理，实壁管的外管结构可以是金属管、玻璃管、陶瓷管等等。

在本发明的一些实施例中，可以将本发明公开的复合实壁管焊接到其它材料的管材上，或者还可利用复合实壁管加工承插口结构。下面提供利用本发明公开的复合实壁管加工而成的承口和插口结构的几个实施例。

图5示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的具有承口和插口结构的管体400。如图5所示，管体400的一端为承口101，另一端位插口201，承口101包括承口管体、位于承口管体外表面的承口外壁、位于承口管体内表面的承口内壁，以及基于承口内壁加工而成的第一类环状凸起104。插口201包括插口管体、位于插口管体外表面的插口外壁、位于插口管体内表面的插口内壁，以及基于插口外壁加工而成的第二类环状凸起204，其中第一类环状凸起的形状尺寸与第二类环状凸起的形状尺寸互补，当将插口装配到承口时，第一类环状凸起与第二类环状凸起啮合，形成自锁密封。

在图5所示的实施例中，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状是三角形，然而本发明的保护范围不限于此，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状还可以是梯形或半圆形。

另外，在图5所示的实施例中，承口101的内壁和插口201的外壁基本上为圆柱形，然而本发明的保护范围不限于此，承口101的内壁和插口201的外壁可以是锥形。

图6示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的双密封自锁承插接口结构300的截面示意图。如图6所示，该双密封自锁承插接口结构300 由承口结构、插口结构以及设置在密封槽中的密封圈310装配而成，进一步包括承口管体101、插口管体201以及承插口301。

承口结构包括承口管体101、位于承口管体101外表面的承口外壁、位于承口管体内表面的承口内壁，基于承口内壁加工而成的第一类环状凸起104，以及基于承口内壁加工而成的从承口端面延伸到所述第一类环状凸起的第一平壁段105，其中第一平壁段105的管壁厚度小于未加工过的管壁厚度。

插口结构包括插口管体201、位于插口管体外表面的插口外壁、位于插口管体内表面的插口内壁，基于插口外壁加工而成的第二类环状凸起204，基于插口外壁加工而成的与第二类环状凸起相邻的密封槽，以及基于插口外壁加工而成的与密封槽相邻的第二平壁段206，其中第二平壁段206的管壁厚度小于未加工过的管壁厚度，密封槽相对于第二类环状凸起204和第二平壁段206向管体中心凹陷。密封槽的数量可以大于或等于1个，且每个密封槽内均设置有密封圈310。

第一类环状凸起104的形状尺寸与第二类环状凸起204的形状尺寸互补，当将插口装配到承口时，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204啮合。承口管体101的平壁段与插口管体201的平壁段贴合。

密封圈310可以选自V型密封圈、U型密封圈、O型密封圈、Y型密封圈等等。密封圈310的材料可以选自丁腈橡胶、硅胶、氟胶、乙丙橡胶、聚四氟乙烯、聚氨酯等等。

在图6中，为了图示清楚，将插口管体201向左平移，使得第一类环状凸起104与第二类环状凸起204分开特定距离，以便清楚观察，本领域的技术人员应该清楚，这并不代表实际装配后，第一类环状凸起104与第二类环状凸起 204之间存在错位。

另一方面，承口管体101的第一类环状凸起104卡入插口管体201的密封槽，挤压密封圈，从而实现双密封。在本发明的其它实施例中，承口管体101 的第一类环状凸起104可以不卡入插口管体201的密封槽，而是通过平壁段挤压密封圈，形成双密封。

承口管体和插口管体均增加平壁段105和206，更方便安装。在管节安装时，新装管节可插入承口段更多，方便对口，安装更加方便，增加了密封性能。即使在安装不完全到位时也能实现密封圈密封。

在图6所示的实施例中，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状是三角形，然而本发明的保护范围不限于此，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状还可以是梯形或半圆形。

图7A示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的柔性密封自锁承插接口300的截面示意图。如图7A所示，该双密封自锁承插接口结构300 由承口结构、插口结构以及设置在密封槽中的密封圈310装配而成，进一步包括承口管体101、插口管体201以及承插口301。

图7A所示的柔性密封自锁承插接口与图6所示的承插接口结构类似，区别在于当将插口装配到承口后，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204形成自锁，且第一类环状凸起104与第二类环状凸起204之间具有空隙，使得承口管体101能够相对于插口管体201偏转。换言之，承口管体101上相对于第一类环状凸起104的凹齿的宽度大于插口管体201的第二类环状凸起204的宽度，插口管体201上相对于第二类环状凸起204的凹齿宽度大于承口管体101 的第一类环状凸起104的宽度，因此承口管体101与插口管体201完成装配后，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204之间具有空隙。

承口管体101的平壁段与插口管体201的平壁段之间也可具有接触空隙，使得接口能够偏转。

图7B示出承口管体和插口管体以小角度α偏转后的接口横截面示意图。

在图7A和7B所示的实施例中，第一类环状凸起104与第二类环状凸起 204的剖面形状是三角形，然而本发明的保护范围不限于此，第一类环状凸起 104与第二类环状凸起204的剖面形状还可以是梯形或半圆形。

根据本发明的该种柔性密封自锁承插口及承接方法，采用在承口结构上加工第一类环形凸起，在插口结构上加工能与第一类环形凸起形成自锁安装的第二类环形凸起，增加密封圈密封，然后将插口结构对准承口结构进行挤压安装，其中安装完成后，第一类环形凸起与第二类环形凸起之间具有一定空隙，使得安装后的承插口能够小角度偏转，比如0-3度，适应性更好。承口和插口部分增加平壁段，更方便安装。在管节安装时，新装管节可插入承口段更多，方便对口，依靠平壁段与密封圈的接触实现密封。还可在平壁段增加接触空隙，使接口可以偏转。通过第一类环形凸起和第二类环形凸起，承插口实现自锁和偏转，能够更好地适应不均匀沉降。

本发明公开的双密封承插接口及承接方法具有1)管道连接整体性强，连接后无法分离；2)管道接口抗拉拔，可以用于拉顶管施工；3)管道连接密闭性好，止水性能优异；4)管道连接方便，施工快速，一个接口可以在2分钟内完成连接；5)管道接口无内翻边；6)管道接口所需空间小，工具简单；7) 成本低等优点。

在以上图7A和7B所示的实施例中，第一类环形凸起和第二类环形凸起的形状互补，并且完成装配后，第一类环形凸起和第二类环形凸起沿管轴具有一定空隙。然而本领域的技术人员应该认识到本发明的保护范围不限于此，第一类环形凸起和第二类环形凸起的形状可以不是互补形状，只要安装完成后第一类环形凸起和第二类环形凸起能形成自锁且两者之间具有空隙，使得承口和插口能相对小角度偏转，就应落入本发明的保护范围。

在本发明的一些实施例中，本发明中所述的第一类环形凸起和/或第二类环形凸起还可以是曲面凸起。

在具体应用中，本发明公开的承口和/或插口结构还可以用于其他管道，例如，将PE管制成的承插口焊接到其他管材。例如，可将PE管制成的承插口焊接到内肋增强管、中空壁管或双壁波纹管上。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (13)

1.一种复合实壁管，包括：

第一管层，所述第一管层由第一实心条带通过螺旋缠绕形成，

其中螺旋缠绕的第一实心条带通过热熔连接的方式结合在一起。

2.如权利要求1所述的复合实壁管，其特征在于，所述管体的管壁厚度由螺旋缠绕的第一实心条带的宽度、厚度、倾斜角度以及缠绕偏移角度共同决定。

3.如权利要求1所述的复合实壁管，其特征在于，还包括设置在第一管层外表面的外管。

4.如权利要求3所述的复合实壁管，其特征在于，所述外管是钢筋混凝土管、金属管、玻璃管或陶瓷管。

5.如权利要求3所述的复合实壁管，其特征在于，作为内衬管的第一管层外侧带有凸起条纹。

6.如权利要求1所述的复合实壁管，其特征在于，还包括：

第二管层，所述第二管层由第二条带通过螺旋缠绕在所述第一实心条带的内侧形成，其中螺旋缠绕的第二管层通过热熔连接的方式与第一管层结合在一起，或者夹于热熔连接的第一管层之间。

7.如权利要求6所述的复合实壁管，其特征在于，所述第二管层与第一管层同时缠绕。

8.如权利要求6所述的复合实壁管，其特征在于，所述第一管层的材料与所述第二管层的材料不同。

9.如权利要求6所述的复合实壁管，其特征在于，所述形成第二管层的第二条带是网状的非PE材料。

10.如权利要求6所述的复合实壁管，其特征在于，所述形成第二管层的第二条带是实心的或网状的PE材料。

11.如权利要求6所述的复合实壁管，其特征在于，所述复合实壁管的管壁厚度由螺旋缠绕的管层的宽度、厚度、倾斜角度以及缠绕偏移角度共同决定。

12.如权利要求6所述的复合实壁管，其特征在于，还包括与第一管层和第二管层同时缠绕的第三管层至第N管层，其中N是大于或等于3的整数。

13.一种利用权利要求1至12中的任一项所述的复合实壁管形成的承插接口，包括：

承口，所述承口包括承口管体、位于所述承口管体外表面的承口外壁、位于所述承口管体内表面的承口内壁，基于所述承口内壁加工而成的第一类环状凸起；

插口，所述插口包括插口管体、位于所述插口管体外表面的插口外壁、位于所述插口管体内表面的插口内壁，基于所述插口外壁加工而成的第二类环状凸起，其中当将所述插口装配到所述承口后，第一类环状凸起与第二类环状形成自锁。