CN112848244A - 一种回转式管道扩径器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回转式管道扩径器，属于管道施工领域。其技术方案：前端盖和后端盖整体为圆盘型，并安装到转筒上；支座整体为U字型，支座安装到前端盖和后端盖的径向滑槽内；心轴固定到支座上，滚轮套在心轴上，支座和转筒之间设置油缸；转筒外端设置转接头，转接头连接液压管线；转筒安装到基座上，液压马达固定到基座内，液压马达与转筒之间设置传动装置。本发明采用液压驱动，适合大口径热塑性管道扩径操作；通过滚轮在管道内壁转动实现扩径，管道扩径后内壁质量容易保障。
Description
技术领域
本发明涉及管道施工领域，更具体地说，涉及热塑性管道扩径施工。
背景技术
聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、聚甲醛管等具有成本低、耐腐蚀、便于施工等优势，广泛应用于油气输送、城市燃气、自来水管网等领域。目前上述管道主要采用热熔对接的方式连接，即通过加热软化后将管道端部挤压在一起。该类型连接方式施工较为简单，但是因为聚合物材料本身特性的限制，热熔连接部位轴向强度较低；并且管道挤压部位留下凸出的环状残留，限制了清管器通过，造成管道难以进行清管施工。该类连接方式，连接部位凸出的环状残留，不利于在管道外层设置缠绕层。另外，由于管道两段夹具结构的限制，对于大口径的薄壁管道，难以采用热熔对接的方式连接。
柔性复合管道因其耐温优、柔韧性好、重量轻、成本低、抗腐蚀性和抗渗透能力突出，广泛应用于石油化工行业。该管道由内而外主要由内衬层、增强层和保护层组成。内衬层，也称之为传输层，通常由交联聚乙烯或者聚乙烯组成，具有抗小分子渗透性能；增强层由涤纶纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等纤维材质交错缠绕形成，硫化氢应力开裂风险较低，承压能力强；保护层由交联聚乙烯或者聚乙烯组成，耐温性能优良。
复合材料管道的连接方法通常有机械压紧方式和非机械压紧方式两大类。机械压紧方式的原理是把复合管的各层依靠机械作用压紧到接头件上，实现密封的同时实现轴向负载的传递。机械压紧连接，需要将一个金属管件的宝塔式接头插入复合管道内部；然后再管道外套一个金属套，通过拧紧金属套将管道压紧。但是，高压柔性复合材料管由于具有增强层，采用机械式压紧方式容易破坏增强层结构。尤其是针对于承压能力更高的、增强层为脆性较大复合材料的柔性复合管，增强层一旦破坏，将会造成负载的传递减弱，压力承受能力降低，容易发生泄漏事故。非机械压紧方式是采用分层连接的方式，将复合管道逐层连接。其中内衬层主要采用热熔对接的方式连接，即管道端部加热软化后挤压在一起实现连接效果。但是此类连接方式同样存在连接强度低、凸出的环状残留的问题。
基于上述技术背景，有相关学者提出了热塑性管道扩径连接方法；即管道一端加热软化后进行扩径操作，然后套入待连接管道，通过电热丝等继续加热，实现两段管道的对接。这样的连接方式强度高，并且管内不存在凸出的环状残留，有利于管道清管作业。通过调研，目前管道扩径主要有以下专利技术。
专利CN204661780U公布了一种管道扩径装置，包括内管、扩管部、液氮供应装置、液氮收集装置和管道，液氮供应装置与内管的一端连接，所述的液氮收集装置与内管的另一端连接，扩管部设置在内管的两端之间，所述的扩管部包括金属管、翅片和绝缘体，翅片设置在金属管上，所述翅片之间的金属管外部设置绝缘体；内管包括软管和绝缘体，所述绝缘体设置在软管外部；内管与扩径部之间通过接头连接，所述的内管装入到管道内，当扩径部放置到管道内需扩径的部位，管道内充满水，启动液氮供应装置将液氮通过内管一端输入，经过内管、扩径部再经过内管流入到液氮收集装置。该方案需要对施工管段内充满水；需要将液氮通过内管输送到扩径部位，并通过内管输送到管道出口进行收集。因此不具备充水、排水条件的管道难以使用该方案。
专利CN210919606U公布了一种螺旋管管端扩径的液压系统，包括机架、滑动连接于机架上的一对扩径模块、置于两扩径模块之间且与扩径模块配合使用的扩径斜块，其中扩径斜块通过油缸驱动，油缸上连接有油路管道，油路管道一端连接有油箱，油路管道包括低压大流量油路管道和高压小流量油路管道，低压大流量油路管道和高压小流量油路管道之间安装有切换油液流通路径的二位四通电磁换向阀和三位四通电磁阀；高压小流量油路管道上安装有可调式压力继电器。该技术方案采用两个独立液压输出单位，根据所需工作状态自动转换实现不同工作过程对工作压力、移动速度的不同需求，节省能力、提高效率，非工作状态、非压力输出油泵为空载状态，可减少电能的消耗，减低油泵的损耗。但是，该方案采用斜块作为执行机构，扩径行程有限；并且不能对管道圆周方向同时扩径，因此难以保证管道扩径后的圆整度。
专利CN204934380U公布了一种管端液压冷扩径机，包括：液压系统、支架、外胎、内胎、垂直导向块、支撑管、导向杆及位置传感器。液压系统安装在支架上，液压系统的活塞杆与内胎的后端固定连接。内胎的表面设置有多个环绕内胎分布的倾斜面，倾斜面上设置有T型槽。外胎的内侧设置有与T型槽相配合的T型块，T型块配合在T型槽内。支撑管固定在支架上，垂直导向块与支撑管前端T型槽相配合。垂直导向块与外胎固定连接。导向杆与活塞杆连接，位置传感器固定在支撑上。该方案采用T型槽相配合的斜块作为执行机构，扩径行程有限；并且不能对管道圆周方向同时扩径，因此难以保证管道扩径后的圆整度。
专利CN209903918U公布了一种管道补口热收缩套扩径装置，包括底座、支架、液压缸、压头、连接杆、提拉座和扩径模具；所述底座固定在水平地面上，在底座上固定安装扩径模具和支架；所述扩径模具主体部分为圆柱体结构；所述支架顶端设有横梁，在所述横梁上安装液压缸；所述液压缸呈倒置状态，在其伸缩臂下端安装压头；所述压头与扩径模具中心轴线重合；所述提拉座布置在压头下方，通过连接杆和压头连接，由压头、连接杆和提拉座组成一体式框架，在提拉座上设有与扩径模具外径尺寸匹配的中心孔。该技术方案通过轴向挤压的方式，将锥形扩径模具塞入交联聚乙烯管道，进行管道扩径。由于该技术方案结构的特殊性，只能对较短的一段管道进行扩径操作；并且待扩径管道轴向阻力过大时，管道容易发生屈曲而不能套入到锥形扩径模具。
综上所述，现有技术主要是对金属管道进行扩径操作，消除焊接部位应力；对热塑性塑料管扩径，采用锥形模具挤压的方式。相关现有技术，难以适应热塑性管的扩径施工。因此，发明一种针对热塑性塑料管的扩径方法和工具，具有现实意义和应用前景，相关技术具有较大应用价值。
发明内容
本发明的目的：提出一种针对热塑性塑料管的扩径工具，克服现有管道扩径技术扩径程度小、扩径后管道圆整度低、不适应长管道端部扩径等问题；解决现有热塑性管道热熔对接轴向强度低、连接部位存在凸出环状残留的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下。
一种回转式管道扩径器，包括前端盖、后端盖、转筒、支座、心轴、滚轮、油缸、转接头、基座、液压马达，其特征在于：前端盖和后端盖整体为圆盘型，并安装到转筒上；支座整体为U字型，支座两边安装到前端盖和后端盖的径向滑槽内；心轴固定到支座上，滚轮套在心轴上，支座和转筒之间设置油缸；转筒外端设置转接头，转接头连接液压管线；转筒安装到基座内，液压马达固定到基座上，液压马达与转筒之间设置传动装置。
所述传动装置包括小齿轮、大齿轮和连接套；大齿轮固定到连接套上，连接套与转筒连接；连接套和后端盖分别设置在基座两端，连接套和后端盖将转筒轴向固定；小齿轮与液压马达的输出轴连接，小齿轮和大齿轮相互啮合。
支座和转筒之间设置弹簧，所述弹簧为拉伸弹簧。
还包括底座，其特征在于：底座与基座连接，底座起支撑作用。
所述油缸包括缸体和活塞杆；所述缸体与转筒连接，所述活塞杆端部与支座内侧接触。
心轴一端铰接到支座上，另一端通过螺栓固定到支座上。
滚轮一端与心轴通过心轴的台阶面轴向固定，滚轮另一端通过挡环固定；所述挡环套在心轴上，挡环与心轴通过销钉固定。
滚轮整体为圆筒形，滚轮的外侧为圆柱面，滚轮外侧端部设置过渡段，所述过渡段为圆弧形或者圆锥形。
支座两边在与前端盖和后端盖连接的位置，设置纵向滑槽；前端盖和后端盖在支座所述纵向滑槽位置安装限位销钉，所述限位销钉伸出端设置在支座所述纵向滑槽内。
本发明具有的有益效果是：（1）本发明采用液压驱动，适合大口径热塑性管道扩径操作；（2）通过滚轮在管道内壁转动实现扩径，管道扩径后内壁质量容易保障；（3）扩径尺寸多档位可调节，适应多种管径的扩径施工，设备适应范围广。
附图说明
图1为本发明的结构简图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图1的B-B剖视图。
图中：1.管道；2.前端盖；3.支座；4.挡环；5.心轴；6.滚轮；7.活塞杆；8.缸体；9.弹簧；10.后端盖；11.转筒；12.基座；13.液压马达；14.小齿轮；15.大齿轮；16.连接套；17.转接头；18.底座。
具体实施方式
本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合附图对本发明作以下描述。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。
前端盖2和后端盖10整体为圆盘型，前端盖2和后端盖10设置径向滑槽；前端盖2和后端盖10所述径向滑槽相对布置；前端盖2和后端盖10安装到转筒11上，前端盖2安装到转筒11端部，后端盖10安装到转筒11中间位置。支座3整体为U字型，支座3两边安装到前端盖2和后端盖10之间的径向滑槽内，支座3可以在前端盖2和后端盖10之间的径向滑槽内滑动。心轴5固定到支座3上，滚轮6套在心轴5上，滚轮6与心轴5之间可以相对转动。支座3和转筒11之间设置油缸。转筒11外端设置转接头17，所述转接头17连接液压管线，将液压油与转筒11内腔连通，同时能够保证转筒11旋转。液压马达13固定到基座12上，液压马达13与转筒11之间设置传动装置。
所述传动装置包括小齿轮14、大齿轮15和连接套16；大齿轮15固定到连接套16上，连接套16与转筒11连接；连接套16和后端盖10分别设置在基座12两端，连接套16和后端盖10将转筒11轴向固定。小齿轮14与液压马达13的输出轴连接，小齿轮14和大齿轮15相互啮合。
支座3和转筒11之间设置弹簧，所述弹簧为拉伸弹簧。弹簧使得支座3回位，支座3带动滚轮6收拢。
基座12整体为圆筒形，转筒11安装到基座12内，并采用转动连接。底座18与基座12连接，底座18支撑整个装置。
所述油缸包括缸体8和活塞杆7；所述缸体8与转筒11连接，所述活塞杆7端部与支座3内侧接触。油缸腔体与转筒11内腔连通，通过转筒11内腔输送的液压油驱动油缸的活塞杆7伸出；从而推动支座3伸出。
4个滚轮6在转轴圆周方向均匀布置，滚轮6撑开后对管道1的多个位置均匀撑开，有利于管道1变形的协调性。
心轴5一端铰接到支座3上，另一端通过螺栓固定到支座3上。滚轮6一端与心轴5通过心轴5的台阶面轴向固定，滚轮6另一端通过挡环4固定；所述挡环4套在心轴5上，挡环4与心轴5通过销钉固定。滚轮6整体为圆筒形，滚轮6的外侧为圆柱面，滚轮6外侧端部设置过渡段，所述过渡段为圆弧形或者圆锥形。
支座3两边在与前端盖2和后端盖10连接的位置，设置纵向滑槽；前端盖2和后端盖10在支座3所述纵向滑槽位置安装限位销钉，所述限位销钉伸出端设置在支座3所述纵向滑槽内。这样支座3径向伸出距离可控，能够保证多个支座3和滚轮6张开相同的距离，管道1变形更加协调。
本发明的原理是：在进行热塑性管道1扩径作业时，将本发明所述滚轮6置于管道1内，从转接头17通入高压液压油，油液通过转筒11内腔进入到油缸，油缸的活塞杆7推动支座3向外撑开，从而滚轮6将管道1扩径。再通过液压马达13驱动转筒11旋转，从而带动滚轮6在管道1内壁滚动，对管道1内壁实现均匀扩径。
Claims (9)
1.一种回转式管道扩径器，包括前端盖、后端盖、转筒、支座、心轴、滚轮、油缸、转接头、基座、液压马达，其特征在于：前端盖和后端盖整体为圆盘型，并安装到转筒上；支座整体为U字型，支座两边安装到前端盖和后端盖的径向滑槽内；心轴固定到支座上，滚轮套在心轴上，支座和转筒之间设置油缸；转筒外端设置转接头，转接头连接液压管线；转筒安装到基座内，液压马达固定到基座上，液压马达与转筒之间设置传动装置。
2.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，其特征在于：所述传动装置包括小齿轮、大齿轮和连接套；大齿轮固定到连接套上，连接套与转筒连接；连接套和后端盖分别设置在基座两端，连接套和后端盖将转筒轴向固定；小齿轮与液压马达的输出轴连接，小齿轮和大齿轮相互啮合。
3.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，其特征在于：支座和转筒之间设置弹簧，所述弹簧为拉伸弹簧。
4.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，还包括底座，其特征在于：底座与基座连接，底座起支撑作用。
5.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，其特征在于：所述油缸包括缸体和活塞杆；所述缸体与转筒连接，所述活塞杆端部与支座内侧接触。
6.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，其特征在于：心轴一端铰接到支座上，另一端通过螺栓固定到支座上。
7.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，其特征在于：滚轮一端与心轴通过心轴的台阶面轴向固定，滚轮另一端通过挡环固定；所述挡环套在心轴上，挡环与心轴通过销钉固定。
8.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，其特征在于：滚轮整体为圆筒形，滚轮的外侧为圆柱面，滚轮外侧端部设置过渡段，所述过渡段为圆弧形或者圆锥形。
9.根据权利要求1所述一种回转式管道扩径器，其特征在于：支座两边在与前端盖和后端盖连接的位置，设置纵向滑槽；前端盖和后端盖在支座所述纵向滑槽位置安装限位销钉，所述限位销钉伸出端设置在支座所述纵向滑槽内。
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