CN109268584B - 一种梯形圆孔pe缠绕波纹管、型材及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种梯形圆孔PE缠绕波纹管、型材及生产方法，该波纹管包括由PE带材螺旋缠绕而成的基体和以螺旋方式缠绕在相邻挤出PE带材的搭接部处的型材，型材包括单壁波纹管和包覆在单壁波纹管外围的梯形包覆层，这种设置有利于型材与基体的连接，这种型材惯性矩高，波纹管结构稳定，上述波纹管的生产方法是将PE带材并排螺旋缠绕在成型滚轴上形成基体；单壁波纹管成型机挤出单壁波纹管并将其送入型材模头；在型材模头内在单壁波纹管的外围包覆梯形PE包覆层形成型材；将型材并排螺旋缠绕在搭接部处。这种结构的波纹管结构稳定，能承受较大的来自径向方向的压力，可显著提高波纹管的环刚度。

Description

一种梯形圆孔PE缠绕波纹管、型材及生产方法

技术领域

本发明涉及一种市政用波纹管，具体涉及一种梯形圆孔PE缠绕波纹管、型材及这种管材的生产方法。

背景技术

具有加强筋的螺旋波纹管，由于具有良好的管土共用作用和环刚度而被广泛应用于市政排污管道建设中，在申请号为CN201611114726.3，公布日为2017年3月8日的专利文件中公开了一种增强克拉管及其制造方法，其管身包括支撑管和内层，所述支撑管为单壁波纹管包覆PE材料得到；所述内层为PE片材热态缠绕得到；其中所述PE片材内包覆了弹性模量高于PE的刚性材料；其支撑管置于PE片材间的叠合处。同时还提供了一种增强克拉管的制造方法。本发明在内层材料中包覆了高刚度材料后，在管材受压时，由于高刚度材料的刚性远远高于PE材料的刚性，能够达到大幅提高环刚度的效果。但是，管材的环刚度是满足需要就好，如果管材的环刚度太小，管材可能发生过大变形或出现压屈失稳破坏。反之，如果环刚度选择得太高，必然采用过大的截面惯性矩，将造成用材料太多，成本过高。在内层材料中包覆高刚度材料的设置虽然能提高环刚度，但是增加了生产的工序进而增加了生产的成本；另外其支撑管置于PE片材间的叠合处，由于其支撑管是圆形的，因此支撑管与片材的接触面积小，在支撑管受到压力时，其受到的压力会通过这个小的接触面传递到片材的内层，容易使内层产生形变，而使波纹管向管壁内凸出，从而增大波纹管内流体的阻力。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种梯形圆孔PE缠绕波纹管、型材及生产方法，本发明的波纹管、型材和生产方法，能进一步提升波纹管的环刚度，且波纹管的结构稳定。

为达到上述目的，本发明提供一种梯形圆孔PE缠绕波纹管，包括由PE带材螺旋缠绕而成的基体和以螺旋方式缠绕在基体上的型材，型材包括单壁波纹管和包覆在单壁波纹管外围的梯形包覆层。

以上设置，单壁波纹管的内、外表面均为波纹状，其弯曲性、柔韧性和承压能力均优良；梯形包覆层的截面惯性矩比圆形包覆层的截面惯性矩大，抵抗弯曲的能力更强，因此环刚度也会更强；梯形包覆层的底面积大，型材所受的外部压力能通过梯形的底面分散到基体上，能防止基体局部受压而变形。

进一步的，所述单壁波纹管为PP单壁波纹管；梯形包覆层为PE梯形包覆层。PP刚性好，耐冲击性强，这种结构的型材结构稳定，能承受较大的来自径向方向的压力，可显著提高波纹管的环刚度；由于基体是由PE材质的带材螺旋缠绕而成，同为PE材质的梯形包覆层能与基体相互熔接成一个整体，波纹管的结构更稳定。

进一步的，所述梯形包覆层为等腰梯形包覆层。以上形状的包覆层与基体的接触面积大，截面惯性矩大，有利于波纹管结构的稳定和环刚度的提升。

进一步的，所述梯形包覆层的截面满足关系式：其中a为梯形的上底长度；b为梯形的下底长度；h为梯形的高度。这种关系式，能进一步增大矩形包覆层的截面惯性矩，使得梯形包覆层的截面惯性矩大于现有技术中的圆形包覆层的截面惯性矩，截面惯性矩越大，截面抵抗变形的能力越强，型材越不容易变形，则波纹管的环刚度越高。

为达到上述目的，本发明还提供了一种梯形圆孔型材，包括单壁波纹管和包覆在单壁波纹管外围的梯形包覆层。

以上设置，单壁波纹管的内、外表面均为波纹状，其弯曲性、柔韧性和承压能力均优良；梯形包覆层的截面惯性矩比圆形截面的惯性矩大，抵抗弯曲的能力更强，因此环刚度也会更强；梯形包覆层的底面积大，型材所受的外部压力能通过梯形的底面分散到基体上，能防止基体局部受压而变形。

进一步的，所述单壁波纹管为PP单壁波纹管；梯形包覆层为PE梯形包覆层。PP刚性好，耐冲击性强，这种结构的型材结构稳定，能承受较大的来自径向方向的压力，可显著提高波纹管的环刚度；由于基体是由PE材质的带材螺旋缠绕而成，同为PE材质的梯形包覆层能与基体相互熔接成一个整体，波纹管的结构更稳定。

进一步的，所述梯形包覆层为等腰梯形包覆层。以上形状的包覆层与基体的接触面积大，截面惯性矩大，有利于波纹管结构的稳定和环刚度的提升。

进一步的，所述梯形包覆层的截面满足关系式：其中a为梯形的上底长度；b为梯形的下底长度；h为梯形的高度。这种关系式，能进一步增大矩形包覆层的截面惯性矩，使得梯形包覆层的截面惯性矩大于现有技术中的圆形包覆层的截面惯性矩，截面惯性矩越大，截面抵抗变形的能力越强，型材越不容易变形，则波纹管的环刚度越高。

为达到上述目的，本发明又提供了一种梯形圆孔PE缠绕波纹管的生产方法，包括以下步骤：

a)、PE带材挤出机将挤出的PE带材并排螺旋缠绕在连续滚动的成型滚轴上，并用第一压轮将各相邻边缘压紧熔接成基体；

b)、单壁波纹管成型机挤出单壁波纹管，并将单壁波纹管送入型材模头；

c)、在型材模头内第二挤出机在单壁波纹管的外围包覆梯形包覆层，形成具有梯形包覆层的型材；

d)、将从型材模头内挤出的型材并排螺旋缠绕在基体上；

e)、第二压轮对型材进行碾压，使型材与基体紧密熔接。

以上生产方法，单壁波纹管成型机挤出的单壁波纹管在型材模头内包覆一层梯形包覆层后，直接缠绕在基体上，在熔融状态下，通过碾压，型材与基体相互熔接成一个整体，由于型材和基体是通过型材的底面与基体熔接的，熔接面积大，型材能可靠地固定在基体上，因此波纹管结构稳定，且环刚度高。

进一步的，步骤a)具体包括：PE带材挤出机将挤出的PE带材并排螺旋搭接缠绕在连续滚动的成型滚轴上，并用第一压轮将相互搭接的PE带材压紧熔接成基体。经过第一压轮的碾压，相邻的PE带材能结合更加紧密。

且步骤d)具体包括：将从型材模头内挤出的型材并排螺旋缠绕在相邻PE带材的搭接部处。这种设置可增强搭接部处的强度，增强波纹管的结构稳定性。

附图说明

图1为现有技术中波纹管的剖视图。

图2为图1中A处放大图。

图3为本发明中波纹管的剖视图。

图4为图3中B处放大图。

图5为相邻的PE带材相互搭接还没有经过碾压的结构示意图。

图6为本发明的梯形包覆层与现有技术的圆形包覆层惯性矩对比示意图。

图7为使用本发明方法生产波纹管的设备平面布置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图3至图5所示：一种梯形圆孔PE缠绕波纹管，包括由PE带材2螺旋缠绕而成的基体1和以螺旋方式缠绕在基体1上的型材3。

PE带材2包括搭接部21，相邻的PE带材2通过搭接部21相连，在熔融状态下，通过第一压轮6将相邻的PE带材2的搭接部21压平熔接在一起，形成一体的基体1，型材3以螺旋方式缠绕在搭接部21处。

所述型材3包括PP单壁波纹管31和包覆在PP单壁波纹管外围的PE梯形包覆层32，所述梯形包覆层即包覆层截面的外轮廓为梯形。

PP单壁波纹管31的内、外表面均为波纹状，其弯曲性、柔韧性和承压能力均优良，PP刚性好，耐冲击性强，这种结构的型材结构稳定，能承受较大的来自径向方向的压力，可显著提高波纹管的环刚度；PE梯形包覆层32的底面积大，型材3所受的外部压力能通过梯形的底面分散到基体1上，能防止基体1局部受压而变形。

当所述梯形包覆层的截面满足关系式：时，进一步增大梯形包覆层的惯性矩，使得PE梯形包覆层32包覆克拉管的截面惯性矩比现有技术中圆形包覆层包覆克拉管(结构如图1和图2所示)的截面惯性矩大，具体验证过程如下：

如图6所示，a为梯形的上底长度；b为梯形的下底长度；h为梯形的高度；dA为梯形上取出的微面积；L为微面积的宽度；dy为微面积的高度；L₁为梯形的腰与上底形成的三角形顶点到梯形上底的高度；y为所取的微面积到x轴的距离，D为现有技术中圆形包覆层的外径；d为克拉管的外径；Ι_x梯为梯形相对x轴的惯性矩；Ι_z梯为梯形相对z轴的惯性矩；Ι_z克拉管为克拉管相对z轴的惯性矩；Ι_{z梯-克拉管}为包覆在克拉管上的梯形包覆层的惯性矩；Ι_{z圆-克拉管}为现有技术中包覆在克拉管上的圆形包覆层的惯性矩。

根据相似三角形的面积之比等于相似比的平方，可得：

综合式①和式②可得

根据惯性矩平行移轴公式可得:

另

根据相对相同轴上惯性矩叠加原理，

则

已知

在本发明中，PE梯形包覆层32的高度h等于现有技术中圆形包覆层的直径D，且满足关系式：则

由于且h＝D

则

即Ι_{z梯-克拉管}>Ι_{z圆-克拉管}

从上述推理的结论可以看出，当满足关系式时，能进一步增大梯形包覆层的惯性矩，使得包覆在克拉管上的PE梯形包覆层32的惯性矩大于现有技术中包覆在克拉管上的圆形包覆层的惯性矩，PE梯形包覆层32抵抗变形的能力比圆形包覆层抵抗变形的能力强，型材3不容易变形，波纹管的环刚度更高。为防止应力集中及使PE梯形包覆层32美观和安全，将PE梯形包覆层32的上底与腰相交的两条棱倒角，在PE梯形包覆层32的腰与基体1的相交处设置圆弧过渡。

如图3至图5所示：一种梯形圆孔型材，包括PP单壁波纹管31和包覆在PP单壁波纹管31外围的PE梯形包覆层32。

PP单壁波纹管31的内、外表面均为波纹状，其弯曲性、柔韧性和承压能力均优良，PP刚性好，耐冲击性强，这种结构的型材结构稳定，能承受较大的来自径向方向的压力，可显著提高波纹管的环刚度；PE梯形包覆层32的底面积大，型材3所受的外部压力能通过梯形的底面分散到基体1上，能防止基体1局部受压而变形。

当所述梯形包覆层的截面满足关系式：时，进一步增大梯形包覆层的截面惯性矩，使得PE梯形包覆层32包覆克拉管的截面惯性矩比现有技术中圆形包覆层包覆克拉管(结构如图1和图2所示)的截面惯性矩大，具体验证过程如下：

如图6所示，a为梯形的上底长度；b为梯形的下底长度；h为梯形的高度；dA为梯形上取出的微面积；L为微面积的宽度；dy为微面积的高度；L₁为梯形的腰与上底形成的三角形顶点到梯形上底的高度；y为所取的微面积到x轴的距离，D为现有技术中圆形包覆层的外径；d为克拉管的外径；Ι_x梯为梯形相对x轴的惯性矩；Ι_z梯为梯形相对z轴的惯性矩；Ι_z克拉管为克拉管相对z轴的惯性矩；Ι_{z梯-克拉管}为包覆在克拉管上的梯形包覆层的惯性矩；Ι_{z圆-克拉管}为现有技术中包覆在克拉管上的圆形包覆层的惯性矩。

根据相似三角形的面积之比等于相似比的平方，可得：

综合式①和式②可得

根据惯性矩平行移轴公式可得:

另

根据相对相同轴上惯性矩叠加原理，

则

已知

在本发明中，PE梯形包覆层32的高度h等于现有技术中圆形包覆层的直径D，且满足关系式：则

由于且h＝D

则

即Ι_{z梯-克拉管}>Ι_{z圆-克拉管}

从上述推理的结论可以看出，当满足关系式时，能进一步增大梯形包覆层的截面惯性矩，使得包覆在克拉管上的PE梯形包覆层32的惯性矩大于现有技术中包覆在克拉管上的圆形包覆层的惯性矩，PE梯形包覆层32抵抗变形的能力比圆形包覆层抵抗变形的能力强，型材3不容易变形，波纹管的环刚度更高。

如图3至图5及图7所示，一种梯形圆孔PE缠绕波纹管的生产方法，包括以下步骤：

a)、PE带材挤出机4将挤出的PE带材2并排螺旋缠绕在连续滚动的成型滚轴5上，并用第一压轮6将通过搭接部21相互搭接的PE带材2压紧熔接成基体1；

b)、单壁波纹管成型机7挤出PP单壁波纹管31，并将PP单壁波纹管31送入型材模头8；

c)、在型材模头8内第二挤出机9在PP单壁波纹管的外围包覆PE梯形包覆层32，形成具有PE梯形包覆层32的型材3；

d)、将从型材模头8内挤出的型材3并排螺旋缠绕在相邻挤出PE带材2的搭接部21处；

e)、第二压轮10对型材3进行碾压，使型材3与基体1紧密熔接。

以上生产方法，相邻的PE带材2通过搭接的方式连接后再用第一压轮6碾压平整，由于波纹管在使用时主要受径向方向的力作用，采用搭接的方式连接相邻的PE带材2时，相邻的PE带材2的连接面积大，径向方向的力作用在搭接处时，能使上面一层PE带材2时刻压紧下面一层PE带材2，能有效防止在搭接部处开裂的现象，比采用通过用侧面连接PE带材2更可靠；单壁波纹管成型机7挤出PP单壁波纹管31，PP刚性好，耐冲击性强，能承受较大的来自径向方向的压力，保证波纹管不变形；在PP单壁波纹管31的外层包覆PE层32，由于波纹管的基体1都是采用PE材质，在PP骨架31的外层包覆PE包覆层32的设置可以有利于型材3与基体1的连接；将型材3缠绕在相邻挤出PE带材2的搭接部21处，能使搭接部21处的连接更牢固，在熔融状态下，通过第二压轮10的碾压，型材3与基体1相互熔接成一个整体，由于型材3和基体1是通过型材3的底面与基体1熔接的，且型材3的包覆层为梯形包覆层，梯形包覆层的截面惯性矩比圆形包覆层的截面惯性矩大，抵抗弯曲的能力更强，因此环刚度也会更强；梯形包覆层的底面积大，熔接面积大，因此型材3能可靠地固定在基体1上，因此波纹管结构稳定，环刚度高。

Claims (6)

1.一种梯形圆孔PE缠绕波纹管，包括由PE带材螺旋缠绕而成的基体和以螺旋方式缠绕在基体上的型材，其特征在于：所述型材包括单壁波纹管和包覆在单壁波纹管外围的梯形包覆层；所述梯形包覆层的截面满足关系式： 其中a为梯形的上底长度；b为梯形的下底长度；h为梯形的高度；所述单壁波纹管为PP单壁波纹管；所述梯形包覆层为PE梯形包覆层。

2.根据权利要求1所述的一种梯形圆孔PE缠绕波纹管，其特征在于：所述梯形包覆层为等腰梯形包覆层。

3.一种梯形圆孔型材，其特征在于：包括单壁波纹管和包覆在单壁波纹管外围的梯形包覆层；所述梯形包覆层的截面满足关系式： 其中a为梯形的上底长度；b为梯形的下底长度；h为梯形的高度；所述单壁波纹管为PP单壁波纹管；所述梯形包覆层为PE梯形包覆层。

4.根据权利要求3所述的一种梯形圆孔型材，其特征在于：所述梯形包覆层为等腰梯形包覆层。

5.一种梯形圆孔PE缠绕波纹管的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)、PE带材挤出机将挤出的PE带材并排螺旋缠绕在连续滚动的成型滚轴上，并用第一压轮将各相邻边缘压紧熔接成基体；

b)、单壁波纹管成型机挤出单壁波纹管，并将单壁波纹管送入型材模头；

c)、在型材模头内第二挤出机在单壁波纹管的外围包覆梯形包覆层，形成具有梯形包覆层的型材；所述梯形包覆层的截面满足关系式： 其中a为梯形的上底长度；b为梯形的下底长度；h为梯形的高度；

d)、将从型材模头内挤出的型材并排螺旋缠绕在基体上；

e)、第二压轮对型材进行碾压，使型材与基体紧密熔接。

6.根据权利要求5所述的梯形圆孔PE缠绕波纹管的生产方法，其特征在于：步骤a)具体包括：PE带材挤出机将挤出的PE带材并排螺旋搭接缠绕在连续滚动的成型滚轴上，并用第一压轮将相互搭接的PE带材压紧熔接成基体；步骤d)具体包括：将从型材模头内挤出的型材并排螺旋缠绕在相邻PE带材的搭接部处。