CN102269298B - 输水管,制造输水管的带材、方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种输水管包括螺旋缠绕形成的复合增强外管，还包括螺旋缠绕形成的复合增强内衬管。所述的外管为金属增强的塑料复合波纹管结构或具有金属增强塑料复合竖直肋的管结构。所述内衬管由至少二层纤维增强的塑料复合带材沿着所述外管内壁连续螺旋缠绕并贴合在外管内壁上形成，所述内衬管覆盖所述外管的螺旋缠绕接缝。本发明还提供了制造上述输水管内衬管的带材、方法和装置。该管道可作为大中型输水管在城市水厂水源长输中使用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种输水管，具体的说是一种具有螺旋缠绕的外管和由纤维编织物增强塑料复合的带材沿外管内壁螺旋缠绕形成内衬管的金属增强塑料输水管。本发明还涉及制造该内衬管的带材、方法和装置。
背景技术
在用于排水管制造的金属增强结构壁管的专利ZL200510082911.4和ZL100320114847.X中公开了两种钢带增强塑料排水管道的制造方法，利用上述专利都可以制造直径大于1000mm、环刚度≥8KN/m2的大口径、高环刚度塑料排水管道。现有塑料排水管道多为无压结构壁管道，都具有足够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，但只允许承受较小的内部压力，不能作为有压输水管道使用。
上述发明的排水管由于承受内压能力低而无法用于液体压力输送的压力管道领域。
有压输水塑料管道为压力管道，常见的是纯塑料原料制造的管道。为保证其使用压力和环刚度必须具有足够的管材壁厚，其单位长度上管道消耗的原材料用量就比较多。小直径压力管道通常在满足内压时，其环刚度(抵抗外部载荷能力)自然满足；但大直径压力管道，在其满足内压强度时，其抵抗外部压力的能力远远不足，如果要使大直径压力管同时具有抵抗内外压力能力，其壁厚要大幅度增加，从而使其制造成本难以被市场接受。尽管近几年开发出了级别更高、性能更好的塑料材料，也开发了为节省塑料原材料、性能更优的复合增强的压力管产品，但常见纯塑管道也只有规格730毫米及以下的产品。有代表性的钢骨架塑料复合管(ZL94104509.9)做为纯塑料管的升级产品，也只能生产直径600毫米及以下的钢塑复合压力管道。
发明内容
本发明的目的是提供一种消耗材料少、大口径、具有足够的环刚度，又可承载内压的输水管。
本发明的第二个目的是提供一种制造上述输水管的内衬管的增强复合塑料带材。
本发明的第三个目的是提供一种制造上述输水管的内衬管的方法。
本发明的第四个目的是提供一种制造上述输水管的内衬管的装置。
为实现上述第一个目的，本发明提供的输水管包括螺旋缠绕形成的增强复合外管，和由纤维增强塑料复合带材螺旋缠绕形成的增强复合内衬管。
进一步，所述的外管为金属增强塑料复合的波纹管结构或具有金属增强塑料复合竖直肋的管结构。
进一步，所述内衬管由至少二层纤维增强塑料复合的带材沿着所述外管内壁连续螺旋缠绕并贴合在外管内壁上形成，所述内衬管覆盖所述外管的螺旋缠绕接缝。
进一步，带材的宽度是外管螺旋缠绕接缝之间宽度的整数倍。
上述输水管，其外管主要用于保证输水管具有足够的环刚度；内衬管主要用于承载内压；缠绕结构可实现大口径制造；复合结构可在保证环刚度和承载内压的功能下，节省材料；至少两层带材可增加轴向抗拉强度；带材的宽度是外管螺旋缠绕接缝之间宽度的整数倍可保证对输水管全长实现内衬管覆盖外管的螺旋缠绕接缝。
为实现上述第二个目的，本发明提供的制造上述输水管的内衬管的带材，包括塑料带材基层和与带材基层复合的纤维增强层，纤维增强层是金属网或非金属纤维编织物。
进一步，所述的纤维增强层镶嵌在塑料带材基层内部，或镶嵌在塑料带材基层表面。金属网为钢丝网，非金属纤维编织物包括尼龙纤维、碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维的一种或它们的组合。
进一步，纤维增强层的经线数是纬线数的一至两倍，其纤维抗拉强度为所使用的基层塑料的5倍以上，其所用的基层塑料是PE、PP、PVC。
上述带材结构完全是针对满足输水管功能而选择的，特别是经线数和纬线数的关系，及纤维与塑料的强度关系尤为重要。
为实现上述第三个目的，本发明提供的制造上述输水管中内衬管的方法包括如下步骤：螺旋缠绕形成复合增强外管；沿着外管内壁覆盖外管接缝连续地螺旋缠绕至少二层带材，螺旋缠绕时将与外管内壁直接贴合的第一层带材焊合或粘接到外管内壁上，同时滚压第一层带材的非贴合表面使贴合表面与外管内壁均匀紧密焊合或粘合；将管端处带材平头处理后形成结合在外管内壁上的内衬管。
进一步，选择沿着外管内壁连续螺旋缠绕的带材的宽度是外管螺旋缠绕接缝之间宽度的整数倍。
进一步，焊合包括火焰加热焊合、热风加热焊合、挤出焊合。
进一步，当沿着外管内壁连续螺旋缠绕多层带材时，各层带材的螺旋缠绕方向同向或反向，同向时相邻各层带材的缠绕接缝互相覆盖，各层带材之间焊合或粘接成一体。
进一步，沿着外管内壁覆盖外管接缝连续地螺旋缠绕是通过使外管旋转的同时轴向移动实现的。
进一步，沿着外管内壁覆盖外管接缝连续地螺旋缠绕是通过使外管旋转的同时带材轴向移动实现的。
为实现上述第四个目的，本发明提供的制造上述输水管内衬管的装置包括螺旋缠绕形成外管的装置，还包括释放形成所述内衬管的带材的装置；沿着外管内壁螺旋缠绕所述带材的缠绕装置；将带材加热焊接到外管内壁的加热焊接装置；使带材均匀加热紧密焊接到外管内壁上的压合装置；切割平头装置。
进一步，缠绕装置包括带动外管旋转的装置和使外管轴向移动的装置。
进一步，缠绕装置包括带动外管旋转的装置和使带材轴向移动的装置。
进一步，带动外管旋转的装置是一组承托外管并可旋转的摩擦托辊；使外管轴向移动的装置是一个固定摩擦托辊并沿外管轴向移动的托架。
进一步，带动外管旋转的装置是一组承托外管并可旋转的摩擦托辊；使带材轴向移动的装置是其上设置有释放形成所述内衬管的带材的装置及一个沿外管轴向移动的支架。
进一步，释放形成所述内衬管的带材的装置包括储带盘、悬臂支架和设置在悬臂支架上的导带辊组。
进一步，加热焊接装置是设置在悬臂支架上的火焰加热器、热风加热器及挤出焊机。
进一步，压合装置是设置在悬臂支架上的可调整压力的压辊装置。
本发明的输水管是通过在专用的缠绕机上，经过缠绕、焊合将上述纤维编织物与塑料复合成的增强复合带材贴合在公知的金属肋增强塑料复合管(如ZL20050112528.4)，或金属增强的波纹管(如ZL100320114847.X)的内壁上，形成内壁光滑、可承载内压负荷和满足外部环刚度要求、可做为输水管道的大口径增强复合塑料压力管。
附图说明：
下面将结合附图详细描述本发明。
图1是本发明的输水管的截面图；
图2是形成图1的输水管的内衬管的带材截面图；
图3是形成图1的输水管内衬管的另一种形式的带材截面图；
图4是图2和3的带材内编织物经纬线的示意图；
图5是本发明的一种实施方式的示意图；
图6表示从图5所示装置中管端A向观察缠绕过程的示意图；
图7是本发明的另一种实施方式的示意图；
图8表示从图7所示装置中管端A向观察缠绕过程的示意图。
具体实施方式
图1所示的输水管10包括螺旋缠绕形成的增强复合外管11，和螺旋缠绕形成的增强复合内衬管12。
所述外管11为金属增强的塑料复合波纹管结构或具有金属增强塑料复合竖直肋的管结构。所述内衬管12由至少二层纤维增强的塑料复合带材沿着所述外管内壁连续螺旋缠绕并贴合在外管内壁上形成，所述内衬管覆盖所述外管的螺旋缠绕接缝13。当内衬管12由多层纤维增强的塑料复合带材复合形成时，各层带材的缠绕接缝14由相邻层带材覆盖。
图2示出了形成输水管内衬管的带材20，包括塑料带材基层21和镶嵌在带材基层内的纤维增强层22。
图3示出了另一种形式的带材20，其中纤维增强层22镶嵌在塑料带材基层21的表面。
图4是带材内编织物的分布图，其示意了经线23与纬线24的关系。
图2-4的带材20的纤维增强层22可以是非金属纤维编织物，也可以是金属网，特别是钢丝网。借助纤维增强层22上的孔隙，纤维增强层22与塑料复合后形成的带材是一种结构稳定性好，不脱层的复合带材。
根据缠绕形成内衬管的需要，增强复合塑料带材20的宽度可以在150-500毫米之间选择，并且为了覆盖所有外管接缝，所选择的宽度应为外管接缝间宽度的整数倍；厚度以能实现复合性能最佳为标准，同时兼顾成卷和放带的便利，以2-5毫米为好。
带材使用的塑料可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)。
参见图5和6，作为本发明的一种实施方式，沿着外管的内壁螺旋缠绕带材形成内衬管的装置30包括一个可移动的托架31，其上安装了一组承托外管11并能旋转的摩擦托辊32和驱动摩擦托辊32旋转的驱动装置33，摩擦托辊32的旋转带动外管11转动；在托架31下面安装若干可以在导轨34上轴向移动的支轮35，轴向移动驱动装置39驱动支轮35沿导轨34的移动使托架32带动放置在其上的外管11沿轴向移动。一个固定的悬臂支架36，其上设置若干导带辊组38用于支撑和传送来自储带盘37的带材20；悬臂支架36上设置加热器40和压力可调节压辊41。具体实施过程如下：在轴向移动驱动装置39驱动下托架31沿导轨34轴向移动，从而使放置在托架31上的外管11轴向移动；随着外管11的轴向移动，固定的悬臂支架36带着来自储带盘37的带材20靠近外管11的端部；托架31停车，将带材20的端部与外管11端部的内壁以覆盖内壁接缝的方式进行最初的焊合后，托架31继续轴向移动，当带材20从外管11朝向储带盘的外管端开始进行贴合内壁焊合时，托架31选择轴向向储带盘的方向移动，同时旋转驱动装置33驱动摩擦托辊32旋转，从而带动外管11转动。当带材20从外管11远离储带盘的外管端开始进行贴合内壁焊合时，托架31选择轴向向远离储带盘的方向移动，同时旋转驱动装置33驱动托辊32旋转，从而带动外管11转动。带材20开始沿着外管11的内壁螺旋缠绕，同时加热器40对外管内壁和带材的贴合面加热，压辊41对带材的非贴合面施压，压辊41具有压力调节的功能。这样增强复合塑料带材20被缠绕并贴合在外管11的内壁上，达到增强复合带材12与金属增强塑料复合外管11内壁塑料粘接熔合成一体。根据选用的塑料不同，加热器40采用电加热器或火焰加热器。
这样，通过悬臂支架36和储带盘37施放出定宽的增强复合带材20，在金属增强的复合外管11内壁上的一端起头粘接熔合，然后随着外管11的旋转和移动，增强复合带材20连续不断地从管11的一端复合到管11的另一端，完成第一层内衬管贴合，然后根据需要再反方向轴向运动，增强复合带材20在外管11内进行第二层内衬管贴合，直到所需要的层数和厚度形成内衬管12。第二层内衬管贴合时，带材可以与第一层同方向贴合，也可以与第一层交叉(反)方向的贴合。多层内衬粘合时，可以选择复合叠加的内衬粘合方式。
参见图7和8，作为本发明的另一种实施方式，沿着外管的内壁螺旋缠绕带材形成内衬管的装置50包括基座51，其上安装了一组承托外管11并能旋转的摩擦托辊52和驱动摩擦托辊52旋转的驱动装置53，摩擦托辊52的旋转带动外管11转动；一个悬臂支架54固定连接在一个可轴向移动的支架56上，支架56下面安装若干可以在导轨57上轴向移动的支轮58，轴向移动驱动装置59驱动支轮58沿导轨57的移动使支架56带动固定连接在其上的悬臂支架54和储带盘37沿轴向移动；悬臂支架54上设置若干导带辊55用于支撑和传送来自储带盘37的带材20；悬臂支架54上设置有挤出焊机42和压力可调节压辊41。具体实施过程如下：在轴向移动驱动装置驱动下，支架56沿导轨57轴向移动，从而使固定连接在其上的悬臂支架54和储带盘37沿轴向移动；随着悬臂支架54的轴向移动，悬臂支架54带着来自储带盘37的带材20靠进外管11的端部；支架56停车，将带材20的端部与外管11端部的内壁以覆盖内壁接缝的方式焊合后，支架56继续轴向移动，当带材20从外管11朝向储带盘的外管端开始进行贴合内壁焊合时，支架56选择轴向向基座51的前进方向移动，同时旋转驱动装置53驱动摩擦托辊52旋转，从而带动外管11转动；当带材20从外管11远离储带盘的外管端开始进行贴合内壁焊合时，支架56选择轴向向远离基座51的后退方向移动，同时旋转驱动装置53驱动托辊52旋转，从而带动外管11转动；带材20开始沿着外管11的内壁螺旋缠绕，同时挤出焊机42对外管内壁和带材的粘合面之间挤出塑料融料，压辊41对带材的非贴合侧施压，压辊41具有压力调节的功能。这样增强复合塑料带材20被缠绕并贴合在外管11的内壁上，达到增强复合带材20与钢带增强塑料复合外管11内壁塑料粘接熔合成一体。
通过悬臂支架54和储带盘37施放出定宽的增强复合带材20，在金属增强的复合外管11内壁上的一端起头粘接贴合，然后随着外管11的旋转和悬臂支架54轴向移动，增强复合带材20连续不断地从管11的一端复合到管11的另一端，完成第一层内管衬贴合，然后根据需要再反方向轴向运动或退回到第一层的起点，增强复合带材20在外管11内进行第二层内衬管贴合，直到所需要的层数和厚度形成内衬管12。第二层内衬管粘合时，带材可以与第一层同方向的贴合，也可以与第一层交叉(反)方向的贴合。多层内衬管贴合时，可以选择复合叠加的内衬管贴合方式。
上述实施例仅仅是用于解释本发明，并不对本发明的实施方式形成限制，根据本发明的概念可以对实施方式进行改变，例如，本发明中提供旋转运动的摩擦托辊也可以由旋转卡盘替换，这些替换将落在本发明概念的范畴内。
Claims (20)
1.一种螺旋缠绕形成的增强复合输水管，包括螺旋缠绕形成的增强复合外管，其特征在于还包括由纤维增强塑料复合带材螺旋缠绕形成的增强复合内衬管；所述内衬管由至少二层纤维增强塑料复合的带材沿着所述外管内壁连续螺旋缠绕并焊合或粘接贴合在外管内壁上形成，所述内衬管覆盖所述外管的螺旋缠绕接缝，各层复合带材的缠绕接缝由相邻层带材覆盖，所述复合带材的宽度是外管螺旋缠绕接缝之间宽度的整数倍；所述复合带材包括塑料带材基层和与带材基层复合的纤维增强层，纤维增强层是金属网或非金属纤维编织物。
2.根据权利要求1所述的输水管，其特征在于所述的外管为金属增强塑料复合的波纹管结构或具有金属增强塑料复合竖直肋的管结构。
3.根据权利要求1所述的输水管，其特征在于所述的纤维增强层镶嵌在带材基层内部，或镶嵌在带材基层表面。
4.根据权利要求3所述的输水管，其特征在于所述的金属网为钢丝网，所述的非金属纤维编织物包括尼龙纤维、碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维的一种或它们的组合。
5.根据权利要求4所述的输水管，其特征在于所述的纤维增强层的经线数是纬线数的一至两倍，其纤维抗拉强度为所使用的基层塑料的5倍以上。
6.根据权利要求3所述的输水管，其特征在于所用的基层塑料是PE、PP、PVC。
7.制造权利要求1所述输水管的方法，包括如下步骤：螺旋缠绕形成复合增强外管；沿着外管内壁覆盖外管接缝连续地螺旋缠绕至少二层带材，螺旋缠绕时将与外管内壁直接贴合的第一层带材焊合或粘接到外管内壁上，同时滚压第一层带材的非贴合表面使贴合表面与外管内壁均匀紧密焊合或粘合；将管端处带材平头处理后形成结合在外管内壁上的内衬管。
8.根据权利要求7所述的方法，其中沿着外管内壁连续螺旋缠绕的带材的宽度是外管螺旋缠绕接缝之间宽度的整数倍。
9.根据权利要求7所述的方法，所述焊合包括火焰加热焊合，热风加热焊合及挤出焊合。
10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括当沿着外管内壁连续螺旋缠绕多层带材时，各层带材的螺旋缠绕方向同向或反向，同向时相邻各层带材的缠绕接缝互相覆盖，各层带材之间焊合或粘接成一体。
11.根据权利要求7所述的方法，其中沿着外管内壁覆盖外管接缝连续地螺旋缠绕是通过使外管旋转的同时轴向移动实现的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中沿着外管内壁覆盖外管接缝连续地螺旋缠绕是通过使外管旋转的同时带材轴向移动实现的。
13.制造权利要求1所述输水管的装置，包括螺旋缠绕形成外管的装置，其特征在于还包括释放形成所述内衬管带材的装置；沿着外管内壁螺旋缠绕所述带材的缠绕装置；将带材加热焊接到外管内壁的加热焊接装置；使带材均匀加热紧密焊接到外管内壁上的压合装置；切割平头装置。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于缠绕装置包括带动外管旋转的装置和使外管轴向移动的装置。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于缠绕装置包括带动外管旋转的装置和使带材轴向移动的装置。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于带动外管旋转的装置是一组承托外管并可旋转的摩擦托辊；使外管轴向移动的装置是一个固定摩擦托辊并沿外管轴向移动的托架。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于带动外管旋转的装置是一组承托外管并可旋转的摩擦托辊；使带材轴向移动的装置是一个沿外管轴向移动的支架，其上设置有释放形成所述内衬管带材的装置。
18.根据权利要求13或17所述的装置，其特征在于释放形成所述内衬管带材的装置包括储带盘、悬臂支架和设置在悬臂支架上的导带辊组。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于加热焊接装置是设置在悬臂支架上的火焰加热器，热风加热器及挤出焊机。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于压合装置是设置在悬臂支架上的可调整压力的压辊装置。
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