CN113154143A - 分段式耐磨复合直管及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分段式耐磨复合直管及制备方法，该分段式耐磨复合直管包括至少一根短管，多根所述短管连接形成长管；还包括套设于所述长管外的复合层，所述复合层包括钢丝层以及压套复合于所述钢丝层外的橡胶层，所述钢丝层沿所述长管的轴向方向螺旋缠绕形成，所述橡胶层的厚度至少大于所述钢丝层的厚度。复合层包括钢丝层以及橡胶层，钢丝层可以提高长管的承压能力和稳定性，而橡胶层的设置可以避免长管破损而使得物料直接掉落至复合直管外，由此提高复合直管输送物料的安全性。

Description

分段式耐磨复合直管及制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨输送管道设计技术领域，尤其涉及一种分段式耐磨复合直管及制备方法。

背景技术

耐磨输送管道主要应用于电力、煤炭、冶金、石油、机械以及化工等行业，尤其对于混凝土泵送而言，物料的输送过程会对管道造成非常严重的磨损。

为了避免管道磨损而更换过快，一般会采用双层直管，以提高管道的耐磨程度，而双层管道同时会增大材料的成本，且双层直管之间需要复合形成，一旦其中一根发生破损，另一根破损的几率便会大大增加，且金属管道在高层泵送时，由于金属管道的脆性，一旦金属管道破损，混凝土会直接从高空泄漏，有一定的几率砸伤地面的施工人员，具有很高的安全隐患。可见，现有技术中输送管道的安全系数较低。

发明内容

本发明实施例提供一种分段式耐磨复合直管及制备方法，用以解决现有技术中输送管道安全系数较低的技术问题。

本发明实施例提供一种分段式耐磨复合直管，包括：至少一根短管，多根所述短管连接形成长管；

还包括套设于所述长管外的复合层，所述复合层包括钢丝层以及压套复合于所述钢丝层外的橡胶层，所述钢丝层由钢丝绳沿所述长管的轴向方向螺旋缠绕形成，所述橡胶层的厚度至少大于所述钢丝层的厚度。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管，所述钢丝层包括至少一根所述钢丝绳，且所述钢丝绳缠绕于所述长管外壁。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管，所述钢丝绳的数量为2根至20根。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管，所述钢丝层与所述长管之间弹性抵压以使得所述长管处于预应力压缩状态。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管，所述钢丝绳通过点焊与所述长管外壁连接，且所述钢丝绳在所述长管外壁表面形成的焊点均匀间隔设置。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管，所述橡胶层的厚度大于1.2倍的所述钢丝绳的直径；

所述钢丝绳缠绕的角度为30度至70度；

且所述钢丝绳为镀锌钢丝、镀铜钢丝、无镀层钢丝中的一者。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管，所述短管通过砂芯铸造或者钢模铸造制成；

相邻所述短管之间通过氩弧焊或者激光焊接连接。

本发明还提供一种基于上述的分段式耐磨复合直管的制备方法，包括：

将多根短管连接形成长管；

在长管外螺旋缠绕钢丝绳形成钢丝层；

对所述钢丝层外侧敷设橡胶材料并盖覆于所述钢丝层以形成橡胶层。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管的制备方法，所述在所述长管外螺旋缠绕钢丝绳形成钢丝层，包括：

在对所述钢丝绳施加预设预应力后，将所述钢丝绳螺旋缠绕所述长管形成所述钢丝层，使得所述钢丝绳与所述长管之间弹性抵压。

根据本发明一个实施例的分段式耐磨复合直管的制备方法，所述钢丝绳通过点焊与所述长管外壁连接，且所述钢丝绳在所述长管外壁表面形成的焊点均匀间隔设置。

本发明实施例提供的分段式耐磨复合直管及制备方法，复合层包括钢丝层以及橡胶层，钢丝层可以提高长管的承压能力和稳定性，而橡胶层的设置可以避免长管破损而使得物料直接掉落至复合直管外，由此提高复合直管输送物料的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明分段式耐磨复合直管的一实施例的结构示意图；

图2为图1所示的A处的放大结构示意图；

图3为图1所示的长管的结构示意图；

图4为图1所示的分段式耐磨复合直管制作工艺图；

图5为本发明实施例的分段式耐磨复合直管制备方法流程图；

附图标记：

10、短管； 20、长管； 30、复合层；

310、钢丝层； 320、橡胶层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它组件或单元。

请参照图1至图4，本发明提供一种分段式耐磨复合直管，包括：至少一根短管10，多根短管10连接形成长管20，需要说明的是，长管20由多根短管10连接形成，同等材料，相较于长管20，每根短管10的生产效率会更高，进而将生产好的短管10连接形成长管20，进而长管20的生产效率也会提高，且短管10的成产良率高于直接生产长管20。分段式耐磨复合直管还包括套设于长管20外的复合层30，复合层30包括钢丝层310以及压套复合于钢丝层310外的橡胶层320，钢丝层310由钢丝绳沿长管20的轴向方向螺旋缠绕形成，橡胶层320的厚度至少大于钢丝层310的厚度。

可以理解的是，复合层30主要用于对长管20的刚度进行增强，进而提高长管20输送物料的安全性。钢丝层310对长管20外进行螺旋缠绕，由此可以提高长管20的承压能力和稳定性。橡胶层320复合于钢丝层310，且橡胶层320的厚度大于钢丝层310的厚度，由此复合层30的最外侧为橡胶层320，进而长管20在输送物料的过程中一旦发生破损，由于橡胶具有很好的抗拉强度和抗撕裂性，进而使得物料不会第一时间漏出复合层30，由此可以使得工作人员有时间对长管20进行修复或者远离物料掉落的危险区，进而可以提高复合直管的安全性。

在本发明一实施例中，多根短管10可以通过铸造制成，制成后的多根短管10可以通过焊接进行连接。例如，多根短管10可以通过砂芯铸造或者钢模铸造形成长管20。而对于相连短管10之间的连接，可以通过氩弧焊或者激光焊接形成长管20。例如需要制造一根3米长的长管20，可以先制作短管10，例如可以做成300mm至600mm的短管10，也相当于将3米的长管20分成5至10段，由此短管10的生产效率更高，且可以降低生产成本。在本发明一实施例中，优选焊接对短管10进行连接形成长管20，焊接可以增强短管10之间的整体性。需要说明的是，短管10的长度小于1米，对应长管20的长度在3米至6米之间。因为短管10的生产工艺更加简单，且良率更高，且短管10的生产成本更低，所以可以大批量生产短管10，进而将多根短管10连接形成长管20，但是需要同时满足长管20自身的强度，每根长管20包括的短管过多，则自身的强度会不满足使用要求，所以长管20的长度优选为3米左右。请参照图2和图3，E为两根短管之间形成的焊缝，多根短管10焊接便可以形成长管20。

短管10的材料可以选用65Mn、高铬铸铁或GCr15中的其中一种。在本发明一实施例中，短管10的制备可以对钢板进行卷切，进而采用氩弧焊形成焊管，进而经过淬火热处理形成短管10。在其他实施例中，也可以选取无焊缝的短管10，在此不做限定。

在本发明一实施例中，钢丝层310包括至少一根钢丝绳，每根钢丝绳根据预设节距螺旋缠绕于长管20外壁。为平衡生产效率和牢固性，可以根据短管10的长度或实际场景的螺旋缠绕需求确定预设节距的取值。多根钢丝绳之间可以具有一定的间隔，且相邻的钢丝绳不重叠设置，钢丝绳可以左螺旋，也可以右螺旋，在此均不做限定。

钢丝绳通过点焊与长管20外壁连接，且钢丝绳在长管20外壁表面形成的焊点均匀间隔设置。具体地，钢丝绳的数量可以为2-20根，间隔缠绕形成钢丝绳。优选地，钢丝绳的数量可以为2-10根，进一步优选可以为2-6根。钢丝绳的材质组成可以选择镀锌钢丝、镀铜钢丝以及无镀层钢丝中的一种。且钢丝绳缠绕的角度可以为30度至70度，优选为53度至56度，进一步优选为54.5度。经钢丝绳缠绕形成的钢丝层310对于长管20外壁的稳定性更好，进而复合直管的重量不会因为钢丝绳缠绕过多而超重，同时另一方面钢丝层310的强度也满足复合直管的强度要求。

需要说明的是，钢丝层310在与长管20进行连接时，需要施加预设的预应力值，使得长管20处于预应力压缩状态。也即钢丝层310与长管20之间弹性抵压，由此使得长管20在对物料进行输送时，长管20可以抵消泵送物料时的承压力，进而提高长管20输送的稳定性。在本发明一实施例中，预应力为3至10Mpa。

请继续参照图2，橡胶层320复合于钢丝层310，且橡胶层320的厚度大于钢丝层310的厚度，由此使得钢丝层310不会外漏于橡胶层320外。在本发明一实施例中，橡胶层320的厚度大于1.2倍的钢丝绳的直径。也即图2中D2为D1的1.2倍，且D1对应钢丝层310的厚度，D2对应橡胶层320的厚度，且橡胶层320与钢丝层310复合的部分与钢丝层310的厚度相对应，而D2与D1的差值为纯橡胶结合层。

为符合泵车轻量化的要求，复合直管的质量不能太高，且需要使得橡胶层320可以对长管20形成保护，所以优选橡胶层320厚度至少多于钢丝绳直径的五分之一，进而橡胶层320增加的厚度不多，且橡胶层320除了与钢丝层310复合外，还外设有一部分纯橡胶形成的橡胶结合层，进而一旦长管20发生破损，橡胶层320最外一侧复合层30会行成鼓包，而不会直接破裂，由此物料不会很快直接掉落出复合层30，而是暂存于长管20与复合层30之间，由此提高长管20输送的安全性。以一般采用的钢材为例，如Q345，密度为7.85g/cm³，同时按照2～3mm的壁厚进行计算，一根3米长，壁厚2mm的内径120mm的钢管，重量为9kg左右。而本申请的复合直管，根据钢丝层310的疏密，可以将整体重量控制在4.5kg～6.5kg之间，与现有的钢材进行比对，本申请的钢材减重比例约为28％～38％，由此轻量化效果显著。

因为金属的长管20是脆性的，在极端工况状态下，材料会存在缺陷，极易爆裂，导致混凝土泄漏，砸伤操作人员，而橡胶的抗拉强度和抗撕裂性能都优于钢材，所以橡胶层320与钢丝层310复合完成后，既增加了支管的稳定性和强度，也使得即便长管20破裂，橡胶层320与长管20之间会产生鼓包现象，而不会发生直接爆裂的风险，由此长管20对于物料的运输稳定性更高，且安全性更好。

请参照图4，本发明一实施例中，通过制备多根短管10，进而将多根短管10连接形成长管20，以达到生产长管20的目的。且短管10的生产效率和良率均过高，所以可以提高长管20的生产效率。进一步地，为提高长管20自身的刚度，通过在长管20外壁缠绕钢丝层310，以提高长管20的强度，同时为避免长管破裂，使得长管20内的原料流出产生安全隐患，所以在钢丝层310外套设橡胶层320，利用橡胶层320良好的韧性，当长管20部分发生破裂，流出的原料也仅仅会在橡胶层320产生鼓包现象，而不会立马流出而产生安全隐患，由此提高复合直管输送原料的安全性。

综上所述，多个短管10连接形成长管20，短管10的生产效率远高于长管20，所以可以大批量生产短管10进而连接形成长管20，由此可以提高长管20的生产效率。复合层30包括钢丝层310以及橡胶层320，钢丝层310可以提高长管20的承压能力和稳定性，而橡胶层320的设置可以避免长管20破损而使得物料直接掉落至复合直管外，由此提高复合直管输送物料的安全性。

请参照图5，本发明还提供一种分段式耐磨复合直管的制备方法，包括：

S110、将多根短管连接形成长管。

需要说明的是，可以选用65Mn、高铬铸铁或GCr15材料轧制生产的无缝管，生产成本高、管壁较厚、且管壁不均匀，从而限制了该类材料在耐磨管上的应用。因此，采用短管连接得到长管，可以将65Mn、高铬铸铁或GCr15材料应用在耐磨管上。因为在实际生产过程中，长管由多根短管连接形成，同等材料，相较于长管，每根短管的生产效率会更高，将生产好的短管连接形成长管，进而长管的生产效率也会提高，且短管的成产良率高于直接生产长管，从而可以降低生产成本。

另外，短管可以通过砂芯铸造或者钢模铸造制成。相邻短管之间可以通过氩弧焊或者激光焊接连接。

S120、在所述长管外螺旋缠绕钢丝绳形成钢丝层。

钢丝层对长管外进行螺旋缠绕，由此可以提高长管的承压能力和稳定性。具体地，在发明一实施例中，钢丝层包括至少一根钢丝绳，每根钢丝绳根据预设节距螺旋缠绕于长管外壁。为平衡生产效率和牢固性，可以根据短管的长度或实际场景的螺旋缠绕需求确定预设节距的取值。多根钢丝绳之间可以具有一定的间隔，且相邻的钢丝绳不重叠设置，钢丝绳可以左螺旋，也可以右螺旋，在此均不做限定。

钢丝绳通过点焊与长管外壁连接，且钢丝绳在长管外壁表面形成的焊点均匀间隔设置。具体地，缠绕的钢丝绳的数量可以为2-20根，多根钢丝绳可以间隔缠绕形成钢丝层。优选地，钢丝绳的数量可以为2-10根，进一步优选可以为2-6根。钢丝绳的材质组成可以选择镀锌钢丝、镀铜钢丝以及无镀层钢丝中的一种。且钢丝绳缠绕的角度可以为30度至70度，优选为53度至56度，进一步优选为54.5度。钢丝绳缠绕的角度在54.5度时，形成的钢丝层在满足整体复合管的重量处于预设范围内的同时所达到的刚度也处于所要求的范围内。经钢丝绳缠绕形成的钢丝层对于长管外壁的稳定性更好，进而复合直管的重量不会因为钢丝绳缠绕过多而超重，同时另一方面钢丝层的强度也满足复合直管的强度要求。

需要说明的是，在钢丝层与长管进行连接时，可以对钢丝绳施加预设预应力后，将钢丝绳螺旋缠绕于长管，如此，钢丝绳与长管之间弹性抵压，使得长管处于预应力压缩状态。也即钢丝层与长管之间弹性抵压，由此使得长管在对物料进行输送时，长管可以抵消泵送物料时的承压力，进而提高长管输送的稳定性。在本发明一实施例中，对钢丝绳施加预设预应力将钢丝绳绷直，在钢丝绳螺旋缠绕于长管外壁时，施加在钢丝绳上的预设预应力可以与长管产生弹性抵压，预设预应力值优选为3至10Mpa。

S130、对所述钢丝层外侧敷设橡胶材料并盖覆于所述钢丝层以形成橡胶层。

橡胶层和钢丝层复合形成的为复合层，以对外管进行形成保护。具体地，橡胶层的厚度大于钢丝层的厚度，由此使得钢丝层不会外漏于橡胶层外。在本发明一实施例中，橡胶层的厚度大于1.2倍的钢丝绳的直径。也即图2中D2为D1的1.2倍，且D1对应钢丝层的厚度，D2对应橡胶层的厚度，且橡胶层与钢丝层复合的部分与钢丝层的厚度相对应，而D2与D1的差值为纯橡胶结合层。

为符合泵车轻量化的要求，优选橡胶层厚度至少多于钢丝绳直径的五分之一。橡胶层除了与钢丝层复合外，还外设有一部分纯橡胶形成的橡胶结合层，进而一旦长管发生破损，橡胶层最外一侧复合层会形成鼓包，而不会直接破裂，由此物料不会很快直接掉落出复合层，而是暂存于长管与复合层之间，由此可以提高长管输送的安全性。

因为金属的长管是脆性的，在极端工况状态下，材料会存在缺陷，极易爆裂，导致混凝土泄漏，砸伤操作人员，而橡胶的抗拉强度和抗撕裂性能都优于钢材，所以橡胶层与钢丝层复合完成后，既增加了支管的稳定性和强度，也使得即便长管破裂，橡胶层与长管之间会产生鼓包现象，而不会发生直接爆裂的风险，由此长管对于物料的运输稳定性更高，且安全性更好。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分段式耐磨复合直管，其特征在于，包括：至少一根短管，多根所述短管连接形成长管；

还包括套设于所述长管外的复合层，所述复合层包括钢丝层以及压套复合于所述钢丝层外的橡胶层，所述钢丝层由钢丝绳沿所述长管的轴向方向螺旋缠绕形成，所述橡胶层的厚度至少大于所述钢丝层的厚度。

2.根据权利要求1所述的分段式耐磨复合直管，其特征在于，所述钢丝层包括至少一根所述钢丝绳，且所述钢丝绳缠绕于所述长管外壁。

3.根据权利要求2所述的分段式耐磨复合直管，其特征在于，所述钢丝绳的数量为2根至20根。

4.根据权利要求2所述的分段式耐磨复合直管，其特征在于，所述钢丝层与所述长管之间弹性抵压以使得所述长管处于预应力压缩状态。

5.根据权利要求4所述的分段式耐磨复合直管，其特征在于，所述钢丝绳通过点焊与所述长管外壁连接，且所述钢丝绳在所述长管外壁表面形成的焊点均匀间隔设置。

6.根据权利要求1所述的分段式耐磨复合直管，其特征在于，所述橡胶层的厚度大于1.2倍的所述钢丝绳的直径；

所述钢丝绳缠绕的角度为30度至70度；

且所述钢丝绳为镀锌钢丝、镀铜钢丝、无镀层钢丝中的一者。

7.根据权利要求1所述的分段式耐磨复合直管，其特征在于，所述短管通过砂芯铸造或者钢模铸造制成；

相邻所述短管之间通过氩弧焊或者激光焊接连接。

8.一种分段式耐磨复合直管的制备方法，其特征在于，包括：

将多根短管连接形成长管；

在所述长管外螺旋缠绕钢丝绳形成钢丝层；

对所述钢丝层外侧敷设橡胶材料并盖覆于所述钢丝层以形成橡胶层。

9.根据权利要求8所述的分段式耐磨复合直管的制备方法，其特征在于，所述在所述长管外螺旋缠绕钢丝绳形成钢丝层，包括：

在对所述钢丝绳施加预设预应力后，将所述钢丝绳螺旋缠绕所述长管形成所述钢丝层，使得所述钢丝绳与所述长管之间弹性抵压。

10.根据权利要求9所述的分段式耐磨复合直管的制备方法，其特征在于，所述钢丝绳通过点焊与所述长管外壁连接，且所述钢丝绳在所述长管外壁表面形成的焊点均匀间隔设置。

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