CN204083541U - 一种钢塑复合压力管 - Google Patents

Abstract

一种钢塑复合压力管，它包括由塑钢复合带材缠绕成型的内外都是平壁的芯管，且在所述塑钢复合带材中复合有至少两组立式钢带，由聚乙烯带材缠绕成型在所述芯管外侧形成的外层，以及钢丝网层，所述钢丝网层位于外层和内层之间的夹层中，所述钢丝网层是由钢丝网、金属板或者金属孔板连续的螺旋缠绕形成的且在相邻的钢丝网搭接处设有重合的搭接边。本管材中采用立式加筋结构及钢丝网骨架两种双增强结构，既保证了管材具有较高的环刚度，又可承载较高的内压；同时管材中采用立式加筋结构及钢丝网骨架两种双增强结构，极大地降低了塑料原材料的使用量，使管材成本、重量更低。

Description

一种钢塑复合压力管

技术领域

本实用新型专利涉及一种金属加筋及复合钢丝网的可承受内外压输送液体的复合管，该管材主要用于液体输送领域尤其是给水领域，对于埋地深度要求不高的场所，可以不用金属立筋结构的钢塑复合管材。

背景技术

聚乙烯塑料管材，由于其具有长久的使用寿命、卓越的耐腐蚀性能、良好的卫生性能、耐磨性能好、连接方便且安全可靠，是近年来国内大力推广和广泛使用的产品，目前国内一般做到DN≦1200mm以下，只有个别厂家可以做到DN＝1600mm，绝大部分厂家生产规格在DN≦630mm。

国内普通铸铁管、UPVC管、PE管的工程造价对比表

从上表看出，在DN＜500mm时，PE(聚乙烯)管材在工程造价上还是比普通铸铁管低的，但随着口径的增大，聚乙烯塑料管不在占优势。同时随着生产规格尺寸的增大，设备投资也随之增大。由于其是全塑管材，因此在满足使用压力时，管材一般壁厚较厚，用料大，在较大口径时管材的原料成本就非常高，同时由于塑料管材的弹性模量较低，管材抗外压能力低(环刚度低，越大口径时越明显)；人们为了利用聚乙烯管材的优点，同进为了降低管材成本，人们开发出钢丝网骨架管材，由于增加了钢丝网骨架层，使管材的耐压能力大大提高，同时降低了聚乙烯原来的用量，使用成本得到了很大的降低，但由于这种管材的生产工艺为用同等规格的模具先直接挤出聚乙烯芯管(见图1中的94)，然后再利用两台专用钢丝缠绕装置来缠绕钢丝网层93，现场编织钢丝网，再用一台热熔胶挤出机和大于芯管外径的挤出模具来挤出专用胶92(92’)，最后再用一台挤出机和模具来挤出外层聚乙烯91，这里面挤出外层聚乙烯91所用的模具尺寸比所生产管材的外径要大些，同时由于复合了钢丝网层和热熔胶层及外层聚乙烯塑料，生产线的设备价格是同等口径聚乙烯管材设备的价格2倍以上，同时生产线也比原来的生产设备长50％以上。国内目前设备最大生产口径为DN＝630mm，大口径管材的生产还是空白。

同时这种钢丝网骨架管材由于管材壁厚较薄，管材耐外压能力很差(环刚度低)，不适合在埋地深度很深的场合。

聚乙烯塑钢缠绕管(图2)，采用螺旋搭接缠绕的方式成型，由于采用了独特的钢塑复合结构，钢带84采用立式方式，使钢材的高弹性模量得到了极大的发挥，使管材具有较高的环刚度，能支承土壤作用的外部载荷并保证长期安全使用，可以使用在埋地较深的场合和其它多种场合，管材生产口径目前国内最大可以生产到DN＝3000mm，但正是由于这种管材的独特结构，管材不具备耐内压能力，因此基本上被用在无压排水领域。

实用新型内容

本实用新型专利要解决的技术问题是提供一种节能环保、具有良好的卫生性能、使用寿命长、可承受内压、消耗材料少、同时又具有较高的环刚度，综合性能更好的液体输送管道。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种钢塑复合压力管，是一种具有钢筋增强层和钢丝网加强层的复合三重缠绕管材，该管材的管壁为实壁型，而且在塑料内嵌入钢带和钢丝，这样既利用了聚乙烯塑料的长久使用寿命、卫生环保，连接安全可靠的性能又利用了嵌入钢带和钢丝保证了埋地管材的耐内压性能。还利用了立式钢带的独特刚性，使管材具有较高的环刚度；同时由于管材的复合结构，降低了塑料的用量，在保证刚度的情况下减小壁厚，降低了管材的综合造价，大幅度提高了管材的性价比。同时这种独特的方法能生产大口径的流体输送管道，解决了国内大口径塑料压力管材生产难、成本高的问题。

这种新的管材有两种成型方案，

方案1、一种钢塑复合压力管，其特征在于，包括

由塑钢复合带材缠绕成型的内外都是平壁的芯管，且在所述塑钢复合带材中复合有至少两组立式钢带，

由聚乙烯带材缠绕成型在所述芯管外侧形成的外层，

钢丝网层，所述钢丝网层位于外层和内层之间的夹层中，所述钢丝网层是由钢丝网、金属板或者金属孔板连续的螺旋缠绕形成的且在相邻的钢丝网搭接处设有重合的搭接边。

进一步地，在所述钢丝网搭接处采用焊接连接，使得钢丝网形成一个整体。

进一步地，在所述钢丝网层和外层之间还设有一热熔胶层，增加二者之间粘接的强度。

进一步地，在所述压力管的两端端面分别设有防锈聚乙烯热压封头。

制作简要步骤如下：1先生产双平壁的塑钢带材图3，在该塑钢带材中含有钢带，其钢带完全隐藏在带材中，2再通过专用缠绕成型笼生产出具有独特结构的芯管，该芯管的内外为平壁，3将一定宽度的钢丝网缠绕在塑钢缠绕管材的外壁上(在这一步骤中，此处钢丝网边缘处有搭接，此搭接处可以不处理，也可以采用焊接处理，当采用焊接处理时，用一个专用焊接机在搭接处把缠绕的钢丝网焊接在一起即可)，4对有钢丝网部分的管材的表面进行加热处理，使得管材的表层变为熔融状态，5通过一台专用挤出机挤出一定宽度的板材，趁热通过缠绕工艺将具有一定温度的板材包裹在钢丝网外面(在这一步骤中，为了增加粘接效果可以在此增加一台挤热熔胶的挤出机，使它们粘接更牢固)，6通过一个压辊把外表面压平压实，7用水进行冷却，8定长切割，9端面防锈处理；

方案二：

一种钢塑复合压力管，其特征在于，包括

由塑钢复合带材缠绕成型的内外都是平壁的芯管，且在所述塑钢复合带材中复合有至少两组立式钢带，

内部复合有钢丝网、金属板或者金属孔板的聚乙烯增强型带材缠绕在所述芯管的外侧形成外层，且在相邻的聚乙烯增强型带材搭接处设有热焊缝。

进一步地，在所述芯管和聚乙烯增强型带材之间设有热熔胶层。

进一步地，在所述压力管的两端端面分别设有防锈聚乙烯热压封头。

进一步地，所述复合带材搭接处的为梯形搭接面。

进一步地，在所述梯形搭接面处设有凹凸配合的锁扣。

制作简要步骤如下：1、先生产平壁的塑钢带材，在该塑钢带材中含有钢带，其钢带完全隐藏在带材中，2再通过专用缠绕成型笼生产出具有独特结构的芯管，该芯管的内外为平壁，3用一台专用挤出机通过复合模具直接挤出一定宽度和厚度中间含钢丝网的聚乙烯增强型带材，该聚乙烯增强型带材的基材中含有钢丝网，(在这一步骤中，聚乙烯增强型带材为热的熔融状态)，4将热的熔融状态的所述聚乙烯和钢丝网形成的聚乙烯增强型带材缠绕在塑钢缠绕管外表面(在这一步骤中，为了增加粘接效果可以在此增加一台挤热熔胶的挤出机，挤在塑钢缠绕管的外表面和熔融状态的外管的内表面，使它们粘接更牢固)，5通过一个压辊把外表面压平压实，6用水进行冷却，7定长切割，8端面防锈处理。

方案二和一的区别是方案二中钢丝网不是单独缠绕上的，而是生成了复合钢丝网板材，两者合二为一了，但这时的钢丝网是没办法焊接成一体了，这就要求外层的聚乙烯板材也得有个搭接面，这个聚乙烯板材的左右两侧各有一个交错的长方形搭接口，当然可以是梯形的或者斜形的，就是内外板材都得有搭接面。

由于上述的管材的内外层为聚乙烯塑料，管材的卫生性能、使用寿命等具有和聚乙烯全塑管材相同的优点。

由于管材中复合有钢丝网，使管材的抗内能力得到了极大的增强。

由于芯管中含有钢带，使得管材比同等壁厚的纯塑料管材更耐内压，又由于是立式结构，提高了管材的环刚度，使管材的环刚度能满足工程的需要。

由于管材为实壁结构，同时采用钢带和钢丝网增强，管材拉伸强度得到了极大的增加。远远高于同等壁厚或者更厚壁的全塑管材。

由于采用了现有的钢丝网直接缠绕工艺，节省了钢丝缠绕成型装置，而且在缠绕过程中不会出现缠绕不均匀的现象。缠绕时设备不动而管材旋转，只需要一台放卷机和焊接设备，更节省空间，同时利用专用焊接设备使钢丝网成为一体，强度更高。

采用钢丝网放卷机对成卷的钢丝网进行放卷，用完时换成下一卷，中间把断点焊接上即可。

本实用新型的有益效果是：

1、管材中采用立式加筋结构及钢丝网骨架两种双增强结构，既保证了管材具有较高的环刚度，又可承载较高的内压；

2、管材中采用立式加筋结构及钢丝网骨架两种双增强结构，极大地降低了塑料原材料的使用量，使管材成本、重量更低；

3、采用独特的立筋缠绕工艺和钢丝网骨架缠绕工艺，解决了大口径的压力管道生产工艺难、设备昂贵的问题；

4、芯管带材生产线和管材生产线成90度角排列，空间利用更好同，节约场地；

5、管材内外壁均为平壁结构，管材强度高，堆放高度相对较高，同时可以套管堆放，可以减少管材堆放时占用的场地面积，管材运输成本也同样降低；

6、由于钢丝网骨架部分的独特成型工艺，使管材的断裂强度大大增强，抗拉强度高，可广泛应用于各种工程场合；

7、由于管材的内外表面为均平壁结构，可采用内电热熔连接方式、承插焊接方式、外电热熔连接方式、法兰连接方式等，不需要用专用的支承工装，连接非常方便而且牢固可靠；

8、由于生产带材及缠绕带材都是采用缠绕结构方式，设备模具体积小，投资少，且模具种类少，总体设备投资成本小；

9、带材和管材一次成型，生产效率高。

附图说明

图1为现有的钢丝网骨架聚乙烯挤出管的结构示意图。

图2为现有的带有立筋的塑钢缠绕管结构示意图。

图3为构成芯管的带材的样式一(平壁结构)。

图4为构成芯管的带材的样式二。

图5为构成芯管的带材的样式三。

图6为方案一的全剖视图。

图7为复合管材断面防腐处理示意图。

图8为方案二的管壁结构示意图。

图9为方案一中的缠绕过程示意图。

图10为聚乙烯防护层在芯管上的成型示意图。

图11为方案二中的缠绕过程示意图。

图12为方案一的工艺路线图。

图13为方案二的工艺路线图。

具体实施方式

如图3至图6所示，一种钢塑带材，包括挤塑成型的带材本体201，且在带材本体的内部肋内镶嵌有钢带202；这样既利用了塑料的防腐性能又利用了钢带的刚性，保证了埋地管材环刚度。

同时在带材本体的侧面结合处采用搭接结构，并在搭接面处设置密封凹槽203，该搭接结构最佳的结构是梯形结构加斜面的样式如图3至图6，在搭接处的为梯形搭接面(图5和图4)，在梯形搭接面处设有凹凸配合的锁扣(图6)，这种结构在缠绕过程中具有很好的自动找平功能，能有效的解决现有的带材缠绕过程中出现的偏离现象，这种结构比图1中的结构更方便缠绕。

通过一台冷却定型机对所生产的带材进行冷却，在这里我们不必用太过于冷的水进行冷却，因为钢带已完全被包裹在塑料当中，不会出现倒筋现象，所以经冷却的带材只要温度不是过高就可以进入到下一道工序中。

通过缠绕机将平壁的带材缠绕形成芯管结构。

如图7和图8，一种钢塑复合压力管，在所述压力管的两端端面分别设有防锈功能的聚乙烯热压封头205。

由聚乙烯带材缠绕成型的内外都是平壁的芯管，且在所述带材中复合有至少两组立式钢带，由聚乙烯带材缠绕成型在所述芯管形成的外层。钢丝网层204，其中，钢丝网可以采用金属板、金属孔板或者金属网替代，所述钢丝网层位于外层和内层之间的夹层中，所述钢丝网层是由钢丝网连续的螺旋缠绕形成的且在相邻的钢丝网搭接处设有重合的搭接边。进一步地，在所述搭接处采用焊接连接，采用激光点焊机，使得钢丝网形成一个整体。进一步地，在所述钢丝网层和外层之间还设有一热熔胶层。

下面通过其制造过程对其结构的形成进行进一步的了解：

方案1，如图9、图10和图12所示，

(1)钢带开卷：先将复合用的碳素结构钢冷轧钢带盘安装在开卷机的支撑轴上，并由三台开卷机上引出三根钢带(对于生产较大规格的管材时设置了四台开卷机，引出四根钢带，下同)；。每台开卷机设计了两套带盘悬挂系统用来安装、固定钢带盘，可以同时各挂一盘钢带。开卷机上的两套带盘系统交替工作，保证源源不断地向带材生产线供给钢带；

(2)钢带输送：引出的钢带在牵引机施加的牵引力作用下，经过储带机进入七辊平带机；经平整后的钢带穿过挤出机前的复合模具，并从另一侧牵引出，在此处与一个穿过第一台牵引机和冷却水槽的钢塑复合带材焊接成一体，由于带材生产采用的是连续复合挤出的生产方式，而使用的钢带则是采用一定长度的钢带卷绕成钢带盘的供应方式，所以在生产过程中钢带需要连接才能保证带材生产的连续和稳定。因此这些设置了一台剪焊机，通过剪焊机，采用人工氩弧焊接的方法使钢带连接成起来，保证向生产线连续供应钢带；

(3)PE真空上料：在颗粒状聚乙烯主料中添加2-2.5％的黑色母颗粒配成钢塑复合增强缠绕管内、外层聚乙烯管原料，将原料按比例放置在混料机混合均匀并进行干燥处理，再通过真空上料机分别吸入到内层聚乙烯管螺杆挤塑机和外层聚乙烯管挤塑机的料斗内；

(4)加热熔融：按工艺要求设定好挤出机各区段温度，同时在开机前保证挤出机机筒和复合模头升温到指定要求，并保温1至1.5小时；

(5)复合挤出：开动挤出机，使熔融的塑料通过挤出机的复合模头和穿过模具的钢带进行复合挤出；经过复合挤出的带材具有了一定的带材特征；

(6)定型、冷却：经过模具挤出后的带材，需要进行水浴冷却，同时在冷却水槽里设置有定型模具，了为提高生产效率和保证定型的稳定，在定型模具中开有多个水流道，用一台真空泵来加速模具内的水循环和冷却，，冷却水槽的水采用循环水，根据需要配置冷却塔和冷水机组；

(7)带材牵引(1)：对生产冷却定型后的塑钢复合带材进行牵引；

(8)带材切割：刚开机调试时的带材或者生产中不合格的带材在此处进行切割，以保证合格的带材进入到下一步工序中；

(9)带材牵引(2)：合格的带材通过带材牵引机往缠绕机中进行输送；

(10)带材预热：在进入到缠绕成型机时，对带材的搭接面要进行热风加热以提高粘接效果，同时对进入缠绕成型机一周的带材的另一个搭接面进行加热处理；

(11)缠绕成芯管：通过一台专用的小型挤出机，挤出专用的料条，对两个带材的搭接处挤出熔融的料条，再通过一个压辊把搭接处压平，成为钢塑复合管，此管为芯管3，如图9中所示；

(12)缠绕钢丝增强层、焊接：通过一台钢丝网开卷机，把钢丝网4缠绕在已成型的芯管上，并使用焊机把钢丝网沿螺旋搭接处焊一个整体(也可不焊接，焊接的强度更高)；

(13)胶层挤出：用一台专用挤出机挤出专用热熔胶层，此热熔胶的粘接效果比我们使用的聚乙烯塑料粘接效果好，同时为了保证粘接效果，可以对缠绕上钢丝的芯管进行加热处理；

(14)外层PE挤出：对熔融状态的聚乙烯通过一台挤出机挤出带材5，将该带材粘接在缠绕有钢丝增强的芯管外层的胶层上，通过管材的旋转，使带材均匀地缠绕在管材上，并用一对压轮对外表面进行压平处理，使外表面成为光滑的圆柱形；

(15)管材冷却：对已经成型的管材外表面进行冷却，冷却采用循环水；

(16)定长切割：用切割机将钢塑复合增强管切割成规定长度；

(17)管材封口印字：管材切割后，端面会有钢丝和钢带裸露在空气中，为了防止它们在空气中被腐蚀或者在使用过程中在水中腐蚀而影响水质，管材封口用一台微型挤出机，先对管材端面加热，再用微型挤出机挤出熔融的塑料直接粘接在管材的两个端面上，并压平，在管材的外表面上印上规格厂家等必要信息(此步骤也可以管材切割前在线印字)。

(18)检验入库：对生产出来的管材进行检验，检验合格的管材办理入库。

此方法不用专用的钢丝缠绕设备，直接缠绕到芯管表面，节省空间，操作方便。

方案2的成型过程：如图11和图13所示，

(1)钢带开卷：先将复合用的碳素结构钢冷轧钢带盘安装在开卷机的支撑轴上，并由三台开卷机上引出三根钢带(对于生产较大规格的管材时设置了四台开卷机，引出四根钢带，下同)；每台开卷机设计了两套带盘悬挂系统用来安装、固定钢带盘，可以同时各挂一盘钢带。开卷机上的两套带盘系统交替工作，保证源源不断地向带材生产线供给钢带；

(2)钢带输送：引出的钢带在牵引机施加的牵引力作用下，经过储带机进入七辊平带机；经平整后的钢带穿过挤出机前的复合模具，并从另一侧牵引出，在此处与一个穿过第一台牵引机和冷却水槽的钢塑复合带材焊接成一体，由于带材生产采用的是连续复合挤出的生产方式，而使用的钢带则是采用一定长度的钢带卷绕成钢带盘的供应方式，所以在生产过程中钢带需要连接才能保证带材生产的连续和稳定。因此这些设置了一台剪焊机，通过剪焊机，采用人工氩弧焊接的方法使钢带连接成起来，保证向生产线连续供应钢带；

(3)PE真空上料：在颗粒状聚乙烯主料中添加2-2.5％的黑色母颗粒配成钢塑复合增强缠绕管内、外层聚乙烯管原料，将原料按比例放置在混料机混合均匀并进行干燥处理，再通过真空上料机分别吸入到内层聚乙烯管螺杆挤塑机和外层聚乙烯管挤塑机的料斗内；

(4)加热熔融：按工艺要求设定好挤出机各区段温度，同时在开机前保证挤出机机筒和复合模头升温到指定要求，并保温1至1.5小时；

(5)复合挤出：开动挤出机，使熔融的塑料通过挤出机的复合模头和穿过模具的钢带进行复合挤出；经过复合挤出的带材具有了一定的带材特征；

(6)定型、冷却：经过模具挤出后的带材，需要进行水浴冷却，同时在冷却水槽里设置有定型模具，了为提高生产效率和保证定型的稳定，在定型模具中开有多个水流道，用一台真空泵来加速模具内的水循环和冷却，，冷却水槽的水采用循环水，根据需要配置冷却塔和冷水机组；

(7)带材牵引(1)：对生产冷却定型后的塑钢复合带材进行牵引；

(8)带材切割：刚开机调试时的带材或者生产中不合格的带材在此处进行切割，以保证合格的带材进入到下一步工序中；

(9)带材牵引(2)：合格的带材通过带材牵引机往缠绕机中进行输送；

(10)带材预热：在进入到缠绕成型机时，对带材的搭接面要进行热风加热以提高粘接效果，同时对进入缠绕成型机一周的带材的另一个搭接面进行加热处理；

(11)缠绕成芯管：通过一台专用的小型挤出机，挤出专用的料条，对两个带材的搭接处挤出熔融的料条，再通过一个压辊把搭接处压平，成为钢塑复合管，此管为芯管3’，如图11所示；

(12)把钢丝网4’和聚乙烯塑料通过一台复合模头将二者进行复合挤出成带材5’；

(13)缠绕钢丝增强层：通过管材的旋转，把高温的复合有钢丝网的聚乙烯增强型带材缠绕在芯管的外表面；并用一对压轮对外表面进行压平处理，使外表面成为光滑的圆柱形；

(14)管材冷却：对已经成型的管材外表面进行冷却，冷却采用循环水；

(16)定长切割：用切割机将钢塑复合增强管切割成规定长度；

(17)管材封口印字：管材切割后，端面会有钢丝和钢带裸露在空气中，为了防止它们在空气中被腐蚀或者在使用过程中在水中腐蚀而影响水质，管材封口用一台微型挤出机，先对管材端面加热，再用微型挤出机挤出熔融的塑料直接粘接在管材的两个端面上，并压平，在管材的外表面上印上规格厂家等必要信息(此步骤也可以管材切割前在线印字)。

(18)检验入库：对生产出来的管材进行检验，检验合格的管材办理入库。

尽管说明了为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进，均应扩如本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种钢塑复合压力管，其特征在于，包括 

由塑钢复合带材缠绕成型的内外都是平壁的芯管，且在所述塑钢复合带材中复合有至少两组立式钢带， 

由聚乙烯带材缠绕成型在所述芯管外侧形成的外层， 

以及钢丝网层，所述钢丝网层位于外层和内层之间的夹层中，所述钢丝网层是由钢丝网、金属板或者金属孔板连续的螺旋缠绕形成的且在相邻的钢丝网搭接处设有重合的搭接边。 

2.根据权利要求1所述的一种钢塑复合压力管，其特征在于，在所述搭接处采用焊接连接，使得钢丝网形成一个整体。 

3.根据权利要求1或2所述的一种钢塑复合压力管，在所述钢丝网层和外层之间还设有一热熔胶层。 

4.根据权利要求1或2所述的一种钢塑复合压力管，其特征在于，在所述压力管的两端端面分别设有聚乙烯热压封头。 

5.一种钢塑复合压力管，其特征在于，包括 

由塑钢复合带材缠绕成型的内外都是平壁的芯管，且在所述塑钢复合带材中复合有至少两组立式钢带， 

内部复合有钢丝网、金属板或者金属孔板的聚乙烯增强型带材缠绕在所述芯管的外侧形成外层，且在相邻的聚乙烯增强型带材搭接处设有热焊缝。 

6.根据权利要求5所述的一种钢塑复合压力管，其特征在于，在所述芯管和聚乙烯增强型带材之间设有热熔胶层。 

7.根据权利要求5或6所述的一种钢塑复合压力管，其特征在于，在所述压力管的两端端面分别设有聚乙烯热压封头。 

8.根据权利要求7所述的一种钢塑复合压力管，其特征在于，所述塑钢复合带材搭接处为梯形搭接面。 

9.根据权利要求8所述的一种钢塑复合压力管，其特征在于，在所述梯形搭接面处设有凹凸配合的锁扣。