CN209084195U - 一种纤维增强复合材料与金属复合管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纤维增强复合材料与金属复合管，包括金属内衬管，所述金属内衬管两端设有金属接头、且金属内衬管外周设有纤维增强复合材料管，所述金属接头上设有圆锥面，且沿所述金属内衬管的端部向中心方向，所述圆锥面与所述金属内衬管轴心的距离逐渐增加，所述圆锥面上固设有至少一圈固定销，同一圈中固定销的数量为多个并均匀布置，所述纤维增强复合材料管端部缠绕于所述固定销上，所述固定销外周设有用于压紧所述纤维增强复合材料管的外保护套。其中，外保护套优选采用两个半圆形分套并通过紧固件连接为一体。本实用新型具有安全可靠性高、能够传递较高的扭矩和轴向受力、易于加工制造等优点。

Description

一种纤维增强复合材料与金属复合管

技术领域

本实用新型涉及复合材料管件，尤其涉及一种纤维增强复合材料与金属复合管。

背景技术

相比金属材料，纤维增强复合材料具有比强度、比模量等方面的优势，应用也愈来愈广，尤其是在航空航天、车辆等具有减重需求的领域。通常设备和零件存在多种工况应用需求，靠单一材料难以满足复杂工况需求，因此，需采用多种材料组合，形成复合零部件。基于纤维增强复合材料管道的受力和工作环境特点，最适用于拉伸应力、耐腐蚀环境。因此，它与耐腐蚀、耐磨等功能的金属材料管道组合使用，在内部压力、耐腐蚀、耐磨工况下输送气、液、固单相或多相(包括双相)物料输送领域具有广泛性应用前景，例如混凝土泵车的混凝土输送管、钻井系统的钻杆、石油化工行业的耐腐蚀合金管等。

混凝土泵车具有施工灵活、效率高等特点，因而备受青睐。对于使用客户来说，比较关注泵车在工地施工时的灵活移动、泵送到达高度和长度、高效施工、安全可靠、行驶通过性。要实现灵活移动，需要减少车辆长度、车桥数量以及支腿长度；要实现泵送达到高度和长度，需要增长泵车臂架的长度；要实现高效施工，需要增加泵送混凝土的压力和管道的直径；要实现安全可靠，需要防止泵车几大高强钢结构件断裂；要实现良好的通过性，需要减少车辆长度、高度、宽度和车桥数量。前述几个方面都离不开一项泵车设计制造关键技术——轻量化技术，这样可以实现在相同重量下，减少车桥数量、增长臂架长度、提高车辆抗倾翻能力。此外，混凝土输送管在一定的压力下，将混凝土以一定的流速输送到相应位置。而混凝土是由粗骨料(鹅卵石、碎石)、细骨料(天然砂、机制砂)、水泥、其他添加物组成。因此，输送管既需要承受压力，又需要承受混凝土骨料的冲刷磨损。

纤维增强复合材料管件由于自身固有缺点(例如低剪切强度、低弹性模量、纤维脆性等)，导致其连接方式不如金属管件(例如钢铁、铝及合金、钛及合金等)多样且有效(例如焊接、法兰连接、螺纹连接等)，因此通常采用复合材料管首先与金属接头连接，然后金属接头与金属接头之间采用卡箍连接、螺栓连接、螺纹连接、焊接等方式将复合管连接起来，形成管路系统。中国专利文献CN 103115200 B公开了一种纤维增强复合材料外层与钢铁内层的双层混凝土输送管，该输送管主要由主管、法兰、以及纤维复合材料层组成，其中法兰由锯齿部分的连接管和端头法兰盘组成，法兰与主管通过点焊形成组焊件，纤维复合材料层通过纤维缠绕在连接管上的锯齿部位连接成为一体。这种接头理论上能承受较大的轴向拉力载荷，但实际上缠绕纤维操作不方便，容易出现脱落，尤其是法兰需要同时承受弯曲、扭曲载荷时。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种安全可靠性高、能够传递较高的扭矩和轴向受力、易于加工制造的纤维增强复合材料与金属复合管。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种纤维增强复合材料与金属复合管，包括金属内衬管，所述金属内衬管两端设有金属接头、且金属内衬管外周设有纤维增强复合材料管，所述金属接头上设有圆锥面，且沿所述金属内衬管的端部向中心方向，所述圆锥面与所述金属内衬管轴心的距离逐渐增加，所述圆锥面上固设有至少一圈固定销，同一圈中固定销的数量为多个并均匀布置，所述纤维增强复合材料管端部缠绕于所述固定销上，所述固定销外周设有用于压紧所述纤维增强复合材料管的外保护套。其中，外保护套优选采用两个半圆形分套并通过紧固件连接为一体。

作为上述技术方案的进一步改进：所述纤维增强复合材料管的纤维层数为N₁、所述固定销的圈数为N₂，则2≤N₂≤N₁，相邻两圈所述固定销相互错开且错开角度与纤维缠绕角度相差不超过±10°，所述圆锥面与所述金属内衬管轴线的夹角为β₁，则2°≤β₁≤30°。固定销的圈数应当与纤维层数关联，增加固定销的数量，有利于分担受力，增加固定销的圈数并相互错开一定角度，有利于提高传递扭矩和抗扭曲变形的能力；每一圈中固定销的数量根据单层布丝密度和角度而定，本实用新型优选6～45个；圆锥面与金属内衬管轴线之间特定的夹角

β₁有利于传递扭矩和轴向拉力，进一步优选值为2°～8°。

作为上述技术方案的进一步改进：所述圆锥面上开设有盲孔，所述固定销设于所述盲孔内且与盲孔过盈配合，其中，盲孔可采用标准刀具以数控钻孔方式加工，固定销可采用市购标准件，可采用冷装或机械压装的方式装入盲孔内，该种金属接头结构简单、易于加工，降低了制造成本；或者也可采用将所述固定销直接焊接于所述圆锥面上，实现固定销与金属接头的固定连接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述纤维增强复合材料管的各层纤维按照沿金属内衬管轴向+45°～60°、90°、-45°～60°、90°交替布丝，或按照沿金属内衬管轴向-45°～60°、90°、+45°～60°、90°交替布丝，各+45°～60°布丝和-45°～60°布丝纤维层厚度之和为t₄₅(总层数x单层厚度)、各90°布丝纤维层的厚度之和为t₉₀(总层数x单层厚度)，则1.5≤t₄₅/t₉₀≤2.0。根据内压管路对管壁的径向载荷大约为轴向载荷的2倍。而在限位增强复合材料中布丝方向对拉伸受力有重要影响，与拉伸应力方向成0度布丝的拉伸强度是90度布丝的拉伸强度的十倍甚至几十倍，45度布丝时两个方向拉应力几乎相等，但0度布丝和90度布丝会带来应力集中问题。基于此，对于承压管道，合理的布丝方向应采用与管体轴向宜近90度和近45度交替布丝，从而最优化地实现管体径向拉伸是轴向拉伸强度的两倍，优化纤维增强复合材料管的厚度。

作为上述技术方案的进一步改进：所述金属内衬管包括主管、耐磨管和两件耐磨套，所述耐磨管和所述耐磨套的耐磨性能优于所述主管的耐磨性能，所述耐磨管的出口端与所述主管的入口端采用锥形套接，两件所述耐磨套分别与所述主管的出口端和所述耐磨管的入口端对接，其中一件所述金属接头套设于所述耐磨管和耐磨管入口端的耐磨套外周，另一件所述金属接头套设于所述主管和主管出口端的耐磨套外周，所述金属接头与耐磨管之间、以及金属接头与主管之间采用过盈配合或强力胶粘。对于轻量化耐磨管道需求最大的是高空作业机械，例如泵车。受流动混凝土的冲刷磨损影响，管道入口段200mm范围内磨损更加剧烈，使用寿命更短，因此可采用局部使用更耐磨的材质来提高整管使用寿命，提高性价比。例如超耐磨管采用模具钢或马氏体不锈钢，如Cr12、Cr12MoV、Cr5Mo，4Cr13或9Cr18，主管采用轴承钢，如GCr15，耐磨套采用相对主管更耐磨的高铬铸铁、硬质合金等；可在金属接头上设置连接法兰，作为与其他管道的接口，该接口在混凝土输送管领域符合《JB/T 11187建筑施工机械与设备混凝土输送管型式与尺寸》建筑行业标准中的A、B、C型法兰。

作为上述技术方案的进一步改进：所述耐磨管和入口端耐磨套的总长度为L₁、耐磨管和主管伸入对应的金属接头的长度为L₂、锥形套接的套接长度为L₃，则60mm≤L₁≤200mm、3mm≤L₂≤60mm、3mm≤L₃≤15mm。进一步优选值为10mm≤L₂≤30mm、5mm≤L₃≤8mm。

作为上述技术方案的进一步改进：所述金属内衬管包括主管和两件耐磨套，两件所述耐磨套分别与所述主管的两端对接，所述主管的入口端外周套设有增厚管，其中一件所述金属接头套设于所述增厚管和对应的耐磨套外周，另一件所述金属接头套设于所述主管和对应的耐磨套外周，所述金属接头与增厚管之间、以及所述金属接头与主管之间采用过盈配合或胶粘；或所述主管的入口端和出口端外周均套设有增厚管，所述金属接头套设于所述增厚管和对应的耐磨套外周，所述金属接头与增厚管之间采用过盈配合或胶粘。对于轻量化耐磨管道需求最大的是高空作业机械，例如泵车。受流动混凝土的冲刷磨损影响，管道入口段200mm范围内磨损更加剧烈，使用寿命更短，因此可采用局部加厚来提高整管使用寿命，提高性价比，例如两端加厚或者仅入口端加厚，增厚管可通过冷装实现过盈配合套入主管和耐磨套外周。

作为上述技术方案的进一步改进：所述金属接头套设于所述金属内衬管外周，且金属接头两端与金属内衬管之间通过密封焊缝密封；或所述金属接头与所述金属内衬管通过熔透焊缝对接。耐腐蚀管道设计原理与耐磨管道设计原理基本相同，仅金属内衬管道的材质和金属接头的连接结构不同，可将金属内衬管插入金属接头之中，并采用两条封焊焊缝密封，金属接头的连接方式也可以采用《JB/T 11187建筑施工机械与设备混凝土输送管型式与尺寸》建筑行业标准中的A、B、C型法兰；或者将金属内衬管与金属接头进行对接熔透焊，金属接头也可采用前述的连接方式。如果输送介质仅具有腐蚀性，金属内衬管道金属接头，可以根据腐蚀介质选用不锈钢、镍基合金、钛合金等耐腐蚀金属材料；如果输送介质既具有腐蚀性，又具有磨损介质，可采用马氏体不锈钢等耐磨耐腐蚀金属材料。采用纤维增强复合材料与耐腐蚀金属材料复合管，可以大幅降低管道造价，小口径管道采用B型法兰连接，现场安装方便；大口径管道采用C型法兰连接，相对现场焊接，大大降低施工成本，提高工效。

作为上述技术方案的进一步改进：纤维增强复合材料与金属复合管还包括管件固定组件，所述管件固定组件包括U型螺栓以及橡胶缓冲垫，所述橡胶缓冲垫上设有凹槽，所述U型螺栓卡设于所述凹槽内。对于耐磨管道，提高耐磨材料的耐磨性和增加耐磨材料的厚度是延长管道寿命的最有效方式。泵车输送管增加管道壁厚，如果减小内径，势必引起流速增加、压力升高；增大外径，则不影响混凝土泵送工效。而现有专利和实际应用产品U形固定件内径相对固定，与输送管装配留有1-2mm间隙，但是由于加工误差等原因导致较多时候存在强行装配。本实用新型通过利用U形螺栓的橡胶缓冲垫厚度变化来调节整个管件固定组件的内径，既实现灵活适应输送管外径增加，也降低了管件固定组件的制造难度和成本。作为优选的技术方案：混凝土输送管的外径从133mm开始每隔2-4mm变化一次，则U型螺栓尺寸保持不变，通过橡胶缓冲垫的厚度变化来实现匹配，例如每隔1.5mm确定一个型号，材质采用纤维增强橡胶。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型公开的纤维增强复合材料与金属复合管，在金属接头上设置圆锥面、且沿金属内衬管的端部向中心方向，圆锥面与金属内衬管轴心的距离逐渐增加，在圆锥面上布置至少一圈固定销，同一圈中固定销的数量为多个并沿圆周方向均匀布置，将纤维丝缠绕于固定销上并利用外保护套将纤维增强复合材料管压紧与金属接头紧密贴合，该种结构易于加工制造，且确保了纤维增强复合材料管与金属接头的连接强度，纤维增强复合材料管的拉伸受力、扭曲应力首先传递至固定销，固定销再传递给金属接头；或在金属接头上间隔设置多圈凸台，纤维增强复合材料管上间隔设置多圈凸起部，凸台与凸起部凹凸配合，并利用外保护套将纤维增强复合材料管压紧与金属接头紧密贴合，纤维增强复合材料管的拉伸受力、扭曲应力直接传递至金属接头上；其能够传递与管体相当的扭矩和轴向受力，同时外保护套也能够有效防护纤维增强复合材料管和金属接头的脱落，固定销也可避免损伤脆性纤维丝导致断裂，提高了复合材料管的安全、可靠性。

一种纤维增强复合材料与金属复合管，包括金属内衬管，所述金属内衬管两端设有金属接头、且金属内衬管外周设有纤维增强复合材料管，所述金属接头上间隔设置有多圈凸台，同一圈中凸台的数量为多个并均匀布置，所述纤维增强复合材料管上间隔设置有多圈凸起部，多圈凸起部与多圈凸台凹凸配合，所述凸台外周设有用于压紧所述纤维增强复合材料管的外保护套。

附图说明

图1是本实用新型纤维增强复合材料与金属复合管第一种实施例的主视结构示意图。

图2是本实用新型中的金属接头的第一种实施例的结构示意图。

图3是本实用新型中的金属接头的第二种实施例的结构示意图。

图4是图3的A-A视图。

图5是本实用新型中的外保护套的结构示意图。

图6是本实用新型用作耐磨管道的第一种实施例的结构示意图。

图7是本实用新型用作耐磨管道的第二种实施例的结构示意图。

图8是本实用新型用作耐磨管道的第三种实施例的结构示意图。

图9是本实用新型用作耐腐蚀管道的第一种实施例的结构示意图。

图10是本实用新型用作耐腐蚀管道的第二种实施例的结构示意图。

图11是本实用新型中的管道固定组件的结构示意图。

图12是图11的B-B视图。

图13是本实用新型纤维增强复合材料与金属复合管第二种实施例的主视结构示意图。

图中各标号表示：1、金属内衬管；11、主管；12、耐磨管；13、耐磨套；14、增厚管；15、密封焊缝；16、熔透焊缝；2、金属接头；21、圆锥面；22、固定销；23、凸台；3、纤维增强复合材料管；31、凸起部；4、外保护套；5、管件固定组件；51、U型螺栓；52、橡胶缓冲垫；53、凹槽。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1至图12示出了本实用新型纤维增强复合材料与金属复合管的第一种实施例，其中：

金属接头2

金属接头2的外接口端外表面是一个圆锥面21，圆锥面21与轴线呈β1角，2°≤a1≤30°，优选2°≤a1≤8°；在圆锥面21上分布垂直于轴线的N2周数(或称圈数)的盲孔，每个盲孔过盈配合装入固定销22，1≤N2≤N1(N1为纤维缠绕层数)，优选2≤N2≤N1；盲孔的周个数优选6～45(包括端点值)；周与周之间盲孔错开的角度与纤维缠绕角度相差不超过±10°。当然在其他实施例中，也可直接将固定销22焊接于圆锥面21上；作为优选的技术方案，固定销22采用圆柱销，当然在其他实施例中，也可采用螺柱销实现功能。

纤维增强复合材料管3与金属接头2相结合的外周，采用两个半圆的外保护套4通过6个锁紧螺母件紧固，进一步防止纤维增强复合材料管3与金属接头2脱落。金属内衬管1是采用耐磨材料(轴承钢、工具钢、高碳钢、模具钢、中高铬铸铁等淬火后低温回火硬度可达HRC58—67钢或铸铁)或耐腐蚀材料(不锈钢、镍基合金、铜合金、铝合金等耐腐蚀钢铁或有色金属)，或者采用耐磨耐腐蚀表面处理方式制造的金属管材)。

用作耐磨管道

对于轻量化耐磨管道需求最大的是高空作业机械，例如泵车。受流动混凝土的冲刷磨损影响，管道入口段200mm范围内磨损更加剧烈，使用寿命更短，因此采用局部加厚或采用更耐磨的材质来提高整管使用寿命，提高性价比，具体可见图4-6。

实施例一中，主管11入口段耐磨管12采用模具钢或马氏体不锈钢，如Cr12、Cr12MoV、Cr5Mo，4Cr13或9Cr18，主管11采用轴承钢，如GCr15。主管11与耐磨管12之间采用锥套配合连接，其锥面长度3mm≤L3≤15mm，优选5mm≤L3≤8mm。耐磨管12和耐磨套13的总长度60mm≤L1≤200mm(对本实用新型所有耐磨管道适用)；主管11和耐磨管12分别插入对应的金属接头2的长度3mm≤L2≤60mm，优选10mm≤L2≤30mm，且采用过盈配合或强力胶粘或者同时采用过盈配合和强力胶粘(对本实用新型所有耐磨管道适用)；耐磨套13采用相对主管11更耐磨的高铬铸铁、硬质合金；可在金属接头2上设置法兰，用作与其他管道的接口，该接口在混凝土输送管领域符合《JB/T 11187建筑施工机械与设备混凝土输送管型式与尺寸》建筑行业标准中的A、B、C型法兰(对本实用新型所有耐磨管道适用)。

实施例二中，在主管11的L1段及出口段均采用局部加厚设计原理，相对实施例一的不同之处在于，直接在主管11的外壁通过冷装实现过盈配合套入增厚管14；实施例三中，则仅在主管11的L1段采用局部加厚设计，实施例二的技术方案成本相对实施例一更低，实施例三相对实施例二成本更低，耐磨套13的结构也可进一步简化以降低成本，为了适应耐磨套13的变化，相应地金属接头2上的连接法兰形状尺寸做出相应变更。

用作耐腐蚀管道

耐腐蚀管道设计与耐磨管道设计原理基本相同，仅金属内衬管1和金属接头2稍有不同，具体请见图7至图8。

耐腐蚀管的实施例一中，将主管11(此时也即金属内衬管1)插入金属接头2中，并采用两条封焊焊缝密封，金属接头2上设置的法兰的连接方式也可以采用《JB/T 11187建筑施工机械与设备混凝土输送管型式与尺寸》建筑行业标准中的A、B、C型法兰。

耐腐蚀管的实施例二中将主管11(此时也即金属内衬管1)与金属接头2进行对接熔透焊，金属接头2上设置的法兰也可与实施例一相同。

如果输送介质仅具有腐蚀性，主管11和金属接头2，可以根据腐蚀介质选用不锈钢、镍基合金、钛合金等耐腐蚀金属材料；如果输送介质既具有腐蚀性，又具有磨损介质，可采用马氏体不锈钢等耐磨耐腐蚀金属材料。

采用纤维增强复合材料与耐腐蚀金属材料复合管，可以大幅度降低管道造价，小口径管道采用B型法兰连接，现场安装方便；大口径管道采用C型法兰连接，相对现场焊接，大大降低施工成本，提高工效。

管道固定组件5

对于耐磨管道，提高耐磨材料的耐磨性和增加耐磨材料的厚度是延长管道寿命的最有效方式。泵车输送管增加管道壁厚，如果减小内径，势必引起流速增加、压力升高；增大外径，则不影响混凝土泵送工效。而现有技术中U形固定件内径相对固定，与输送管装配留有1-2mm间隙，但是由于加工误差等原因，实际应用时较多时候存在强行装配。

本实用新型通过利用U型螺栓51的橡胶缓冲垫52厚度的变化来调节整个管道固定组件5的内径，既灵活实现适应输送管外径增加，也降低管道固定组件5的制造难度和成本。具体方案如下：管道固定组件5包括一个U型螺栓51和橡胶缓冲垫52，橡胶缓冲垫52上设有凹槽53，U型螺栓51卡设于凹槽53内，U型螺栓51保持不变，橡胶缓冲垫52的厚度变化。混凝土输送管的外径从133mm开始每隔2-4mm变化一次，则橡胶缓冲垫52的厚度优选每隔1.5mm定一个型号，由纤维增强橡胶制作。

金属接头2的制造方法

本实用新型的金属接头2制造方法为：钢管锯切下料—车削平两端面—车接口端、车倒锥面(也即前述的圆锥面21)和顺锥面(利用该顺锥面使金属接头2表面过渡至金属内衬管1表面)、内径—数控钻用于安装固定销22的盲孔—过盈配合装配圆销柱22(可采用冷装或机械压装)；或，钢管锯切下料—车削平两端面—车接口端、车倒锥面(也即前述的圆锥面21)和顺锥面(利用该顺锥面使金属接头2表面过渡至金属内衬管1表面)、内径，采用螺柱焊、电阻焊、硬钎焊将固定销22按钻孔位置焊接于金属接头2的圆锥面21上。

固定销2采购标准件。

这种制造方法的优势在于：a)可采用标准刀具加工，数控钻孔，效率高，成本低；b)固定销22标准化制造采购，成本低，且不易损伤纤维；c)过盈装配冷装，效率高，结构可靠。

耐磨管道的制造方法

金属接头2制造如前所述，其他工序如下：

a.主管11采用无缝管或焊管锯切下料，锥面配合的需要机加工，

b.热处理，淬火回火，热处理后使得管体具有高硬度的同时具有一定的韧性和疲劳寿命，

c.主管体组装，锥面配合、或外加耐磨套管，

d.高铬铸铁型耐磨套铸造成型后热处理、模具钢和轴承钢型机加工后热处理、硬质合金型烧结成型，

e.在内芯工装下，将金属接头2、耐磨套12、主管11组成一体，整长误差控制在±1mm范围内，

f.纤维编制，第一层按沿主管11轴向﹢45°布丝，第二层按90°，第三层按-45°，第四层按90°，第五层按﹢45°，如层数进一步增加则按此循环，在首尾金属接头2位置编制确保纤维缠绕紧固在圆销柱22上，且与圆锥面21紧密配合；布丝的层数与丝束大小相关，可增加或减少，但需满足1.5≤t₄₅/t₉₀≤2.0，

g.外缠纤维布料，为了保证管件外观，可在纤维增强复合材料管3外周再缠绕一层纤维布，

h.树脂固化，在130-160℃的烤房中，将管件加热保持30-60分钟，

i.外观处理，需要油漆的管件经过打磨后喷漆，无需油漆的管件打磨修整、安装外保护套4后入库。

耐腐蚀耐磨管道的制造方法

金属接头2的制造如前所述，其他工序如下：

a.主管11锯切下料，需要耐磨耐腐蚀的管体还需要热处理，

b.主管11与金属接头2铆接后焊接成整体，

c.纤维缠绕编制(同上)；

d.外缠纤维布(同上)；

e.树脂固化(同上)；

f.外观处理(同上)

管道固定组件5的制造方法

U型螺栓51的制造方法：

a.圆钢锯切下料

b.两头螺纹机加工，

c.热辊制(或冷轧制)成型，同时实现弯制成型，

d.镀锌表面处理，

橡胶缓冲垫52的制造方法：

采用纤维增强橡胶，炼胶后，模具成型并硫化，橡胶底部厚度t按每隔1.5mm一等制造，长度相同。

纤维增强复合材料受纤维布置影响大，沿纤维长度方向的拉伸强度高，是垂直方向的十倍甚至几十倍以上；纤维与纤维之间通过树脂或其它高分子材料连接，剪切模量低；因此，根据受力特点，合理布置纤维，成为纤维增强复合材料设计制造关键技术。

本实用新型中，复合材料管通过优化布丝，实现管体径向拉伸是轴向拉伸强度的两倍，使得纤维增强复合材料管3厚度最小化；通过纤维丝直接缠绕在金属接头2上，将单丝的拉伸受力传递给圆销柱22，圆销柱22再传递给金属接头2，其轴向承载拉伸应力能力基本与管体一致，且增加外金属保护套，有效防止纤维增强复合材料管3与金属接头2的脱落；圆销柱22列阵布置，能够有效传递纤维增强复合材料管3带来的扭曲应力，确保了纤维增强复合材料管3与金属接头2的连接强度，提高复合管的安全可靠性。

在耐磨功能上，采用2.5mm厚GCr15轴承钢+2mm厚Q345钢制作的双层混凝土输送管，输送C30混凝土可达5万方以上，售价250元/米，性价比约为150元/万方。本实用新型专利实施案例采用4mm后GCr15做内管，换算C30混凝土输送方量可以8万方以上，售价333元/米，性价比约为125元/万方；如果采用2.5mmGCr15轴承钢+2.5mm复合材料管，在同等寿命下，3米管的重量可以由约44Kg降为33Kg减轻约11Kg，减重约25％，60米长泵车臂架管，可减重约220Kg，对倾翻力矩的贡献可高达约6吨·米，这一轻量化优势是全钢输送管无法达到的。

在耐腐蚀功能上，例如油气输送领域，采用3-5mm厚的304不锈钢内管和不锈钢接头，外缠绕15mm复合材料，抗拉强度约600MPa，这与X70管线钢强度相当，每米重量减轻50％，且可以实现免维护，无需采用其他外加电流、牺牲阳极保护阴极锌铝合金块等防腐蚀保护。

由此可见，本实用新型的纤维增强复合材料与金属材料复合管在耐磨物料、油气输送等气液固单相或多相物料输送领域具有高性价比、重量轻、维护安装简单等优势，具有推广价值。

图13示出了本实用新型纤维增强复合材料与金属复合管的第二种实施例，本实施例的纤维增强复合材料与金属复合管与第一种实施例基本相同，不同之处在于，金属接头2上设有多圈凸台23用于连接、固定纤维增强复合材料管3，纤维增强复合材料管3上设置有多圈凸起部31，纤维增强复合材料管3与金属接头2之间采用凹凸配合，相比现有技术，纤维缠绕较方便，有利于避免脱落，相比于第一种实施例，主要适用于非恶劣工况下。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种纤维增强复合材料与金属复合管，包括金属内衬管(1)，所述金属内衬管(1)两端设有金属接头(2)、且金属内衬管(1)外周设有纤维增强复合材料管(3)，其特征在于：所述金属接头(2)上设有圆锥面(21)，且沿所述金属内衬管(1)的端部向中心方向，所述圆锥面(21)与所述金属内衬管(1)轴心的距离逐渐增加，所述圆锥面(21)上固设有至少一圈固定销(22)，同一圈中固定销(22)的数量为多个并均匀布置，所述纤维增强复合材料管(3)端部缠绕于所述固定销(22)上，所述固定销(22)外周设有用于压紧所述纤维增强复合材料管(3)的外保护套(4)。

2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：所述纤维增强复合材料管(3)的纤维层数为N₁、所述固定销(22)的圈数为N₂，则2≤N₂≤N₁，相邻两圈所述固定销(22)相互错开且错开角度与纤维缠绕角度相差不超过±10°，所述圆锥面(21)与所述金属内衬管(1)轴线的夹角为β₁，则2°≤β₁≤30°。

3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：所述圆锥面(21)上开设有盲孔，所述固定销(22)设于所述盲孔内且与盲孔过盈配合；或所述固定销(22)焊接于所述圆锥面(21)上。

4.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：所述纤维增强复合材料管(3)的各层纤维按照沿金属内衬管(1)轴向+45°～60°、90°、-45°～60、90°交替布丝，或按照沿金属内衬管(1)轴向-45°～60°、90°、+45°～60°、90°交替布丝，各+45°～60°布丝和-45°～60°布丝纤维层厚度之和为t₄₅、各90°布丝纤维层的厚度之和为t₉₀，则1.5≤t₄₅/t₉₀≤2.0。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：所述金属内衬管(1)包括主管(11)、耐磨管(12)和两件耐磨套(13)，所述耐磨管(12)和所述耐磨套(13)的耐磨性能优于所述主管(11)的耐磨性能，所述耐磨管(12)的出口端与所述主管(11)的入口端采用锥形套接，两件所述耐磨套(13)分别与所述主管(11)的出口端和所述耐磨管(12)的入口端对接，其中一件所述金属接头(2)套设于所述耐磨管(12)和耐磨管(12)入口端的耐磨套(13)外周，另一件所述金属接头(2)套设于所述主管(11)和主管(11)出口端的耐磨套(13)外周，所述金属接头(2)与耐磨管(12)之间、以及金属接头(2)与主管(11)之间采用过盈配合或胶粘。

6.根据权利要求5所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：所述耐磨管(12)和入口端耐磨套(13)的总长度为L₁、耐磨管(12)和主管(11)伸入对应的金属接头(2)的长度为L₂、锥形套接的套接长度为L₃，则60mm≤L₁≤200mm、3mm≤L₂≤60mm、3mm≤L₃≤15mm。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：所述金属内衬管(1)包括主管(11)和两件耐磨套(13)，两件所述耐磨套(13)分别与所述主管(11)的两端对接，所述主管(11)的入口端外周套设有增厚管(14)，其中一件所述金属接头(2)套设于所述增厚管(14)和对应的耐磨套(13)外周，另一件所述金属接头(2)套设于所述主管(11)和对应的耐磨套(13)外周，所述金属接头(2)与增厚管(14)之间、以及所述金属接头(2)与主管(11)之间采用过盈配合或胶粘；或所述主管(11)的入口端和出口端外周均套设有增厚管(14)，所述金属接头(2)套设于所述增厚管(14)和对应的耐磨套(13)外周，所述金属接头(2)与增厚管(14)之间采用过盈配合或胶粘。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：所述金属接头(2)套设于所述金属内衬管(1)外周，且金属接头(2)两端与金属内衬管(1)之间通过密封焊缝(15)密封；或所述金属接头(2)与所述金属内衬管(1)通过熔透焊缝(16)对接。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维增强复合材料与金属复合管，其特征在于：还包括管件固定组件(5)，所述管件固定组件(5)包括U型螺栓(51)以及橡胶缓冲垫(52)，所述橡胶缓冲垫(52)上设有凹槽(53)，所述U型螺栓(51)卡设于所述凹槽(53)内。

10.一种纤维增强复合材料与金属复合管，包括金属内衬管(1)，所述金属内衬管(1)两端设有金属接头(2)、且金属内衬管(1)外周设有纤维增强复合材料管(3)，其特征在于：所述金属接头(2)上间隔设置有多圈凸台(23)，同一圈中凸台(23)的数量为多个并均匀布置，所述纤维增强复合材料管(3)上间隔设置有多圈凸起部(31)，多圈凸起部(31)与多圈凸台(23)凹凸配合，所述凸台(23)外周设有用于压紧所述纤维增强复合材料管(3)的外保护套(4)。