CN112833269A - 一种纤维增强电熔法兰接头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强电熔法兰接头，包括RTP、纤维增强电熔接头和法兰，RTP外层为熔接聚合物层，纤维增强电熔接头包括电热熔电阻丝、纤维增强层、电熔套筒和接线柱，电熔套筒的一端平直，另一端为倾斜的锥面，电熔套筒内侧设置有加热熔接区域，加热熔接区域内螺旋缠绕有电热熔电阻丝，电熔套筒内螺旋缠绕有纤维增强层，纤维增强层对应电熔套筒，在电熔套筒中具有一平直段和一倾斜段，平直段和倾斜段相互承接，电熔套筒外套接法兰。本发明用于实现RTP管路系统中的钢塑转换连接，并解决传统电熔接头难以应用于高压工况的问题，同时保留了电熔接头安装便捷，可靠性高等优点；并提出该纤维增强电熔法兰接头的制造方法。

Description

一种纤维增强电熔法兰接头及其制造方法

技术领域

本发明涉及塑料复合管管道连接领域，尤其涉及一种纤维增强电熔法兰接头及其制造方法。

背景技术

增强热塑性塑料复合管（Reinforced thermoplastic composite pipe，简称RTP），通常为三层结构，内层是HDPE、PERT等热塑性塑料，中间层是由玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维、钢丝、钢带以及孔网钢骨架等其它增强体构成的增强层，外层为HDPE等热塑性塑料保护层。RTP具有耐腐蚀、耐高压以及可盘卷运送等显著优点，目前已广泛应用于石油、天然气、市政输水等领域。管道连接技术是管路运输系统的核心环节，RTP连接技术的发展与应用显著影响RTP的推广与应用。

电熔接头以其耐腐蚀性好、安装便捷、可靠性高等优点广泛应用于传统聚乙烯压力管路系统中。但RTP管路系统与传统聚乙烯压力管路系统相比，在管路口径相同时，一般来说前者的管路压力要高于后者，此时传统的电熔接头并不能应用于此高压工况。另外，RTP管材与其它管件或设备连接时，一般涉及钢塑连接转换。

因此亟待开发一种新型的RTP接头结构，既能保留传统电熔接头耐腐蚀性好、安装便捷、可靠性高的优点，又能适用于RTP管路系统的高压工况以及钢塑转换等。

发明内容

鉴于传统电熔接头并不适用于高压RTP管路系统，且RTP连接中确存在钢塑转换的要求，本发明的目的在于提出一种纤维增强电熔法兰接头，用于实现RTP管路系统中的钢塑转换连接，并解决传统电熔接头难以应用于高压工况的问题，同时保留了电熔接头安装便捷，可靠性高等优点；并提出该纤维增强电熔法兰接头的制造方法。

本发明采用如下技术方案：

一种纤维增强电熔法兰接头，包括RTP、纤维增强电熔接头和法兰，RTP外层为熔接聚合物层，纤维增强电熔接头包括电热熔电阻丝、纤维增强层、电熔套筒和接线柱，电熔套筒的一端平直，另一端为倾斜的锥面，电熔套筒内侧设置有加热熔接区域，加热熔接区域内螺旋缠绕有电热熔电阻丝，电熔套筒内螺旋缠绕有纤维增强层，纤维增强层对应电熔套筒，在电熔套筒中具有一平直段和一倾斜段，平直段和倾斜段相互承接，电熔套筒外套接法兰，法兰内表面与电熔套筒倾斜的锥面配合，电熔套筒上位于电热熔电阻丝两端固定连接有接线柱，接线柱突出于电熔套筒外。

作为优选，所述法兰上设置有螺栓安装孔和法兰安装补偿孔。螺栓安装孔用以安装螺栓；法兰安装补偿孔用以将法兰安装至纤维增强电熔接头的目的位置，绕过接线柱。

作为优选，所述纤维增强层由多层纤维束螺旋缠绕形成。纤维增强层为通过一定的缠绕角度每两层交互缠绕在电熔套筒中，用以增强电熔套筒的强度，使该电熔套筒能够承受较高的内压载荷。

作为优选，所述纤维束采用玻璃纤维束。

作为优选，所述电熔套筒内位于法兰连接端的端面内侧固定连接有限位台阶。限位台阶用以纤维增强电熔法兰接头安装时RTP的定位。

作为优选，所述电熔套筒内位于法兰连接端的端面上内凹设置有截面为半圆形的环形凹槽。截面为半圆形的环形凹槽用以安装圆形密封圈，用以实现纤维增强电熔接头的端面密封。同时法兰的连接端面通过设置A型凸台和B型凸台连接，A型凸台和B型凸台设置的法兰相互配拼合，拼合处安装密封垫，进一步实现该纤维增强电熔法兰接头连接端面的紧密连接和密封。

作为优选，所述电熔套筒上设置有观察孔，观察孔连通加热熔接区域。观察孔用以判断纤维增强电熔接头在通电熔接后接头的熔接质量；电热熔电阻丝在通电后产生热量，使纤维增强电熔接头的内层材料和RTP外层材料熔化并粘结。

作为优选，所述RTP位于中间的增强层为纤维增强，内层和外层为熔接的高分子聚合物。

该纤维增强电熔法兰接头的制造方法，包括如下步骤：

（1）先将电热熔电阻丝外表面包覆一层方形聚乙烯层，方形聚乙烯层的一侧设置有圆形凹槽，所述圆形凹槽的圆心角弧度取值范围为（π，2π），所述方形聚乙烯层上位于圆形凹槽的对侧对应设置有与圆形凹槽配合的凸起；

（2）将所述包覆有方形聚乙烯层的电热熔电阻丝缠绕至生产纤维增强电熔接头的模具型芯上，其中处于电熔套筒加热熔接区域的电热熔电阻丝紧密排列，方形聚乙烯层一侧的凸起结构嵌入前一圈缠绕完成的方形聚乙烯层的圆形凹槽；

（3）将步骤（2）缠绕好电热熔电阻丝的模具型芯放入注塑模具A，并将两侧的接线柱放入注塑模具A，通过挤出机将熔融的高分子物料挤入注塑模具A，制成电熔接头A，电熔套筒由纤维增强层两侧分开，分为电熔套筒内层和电熔套筒外层，电熔接头A包括电熔套筒内层和两侧固定的接线柱；

（4）将步骤（3）制成的电熔接头A放入缠绕机，使用缠绕机夹具A和夹具B将电熔接头A夹紧固定，将缠绕机的缠绕组件中的纤维束固定在电熔接头A上，启动缠绕机，缠绕机带动夹具A和夹具B转动，同时带动电熔接头A转动，同时缠绕组件缓慢移动，将缠绕组件中的纤维束以一定的缠绕角度缠绕在电熔接头A上，形成电熔接头的纤维增强层，并制成电熔接头B；

（5）将步骤（4）制成的电熔接头B和模具型芯放入注塑模具B中，通过挤出机将熔融的高分子物料挤入注塑模具A，并制成纤维增强电熔接头；

（6）将步骤（5）制成的纤维增强电熔接头位于法兰连接侧的端面用铣床加工出截面为半圆形的环形凹槽，即制成纤维增强电熔接头，最后套上法兰和RTP即形成纤维增强电熔法兰接头。

本发明的有益效果是：（1）、纤维增强电熔接头有玻璃纤维增强层，首先平直段的玻璃纤维增强层增强了电熔套筒的强度，尤其是其环向强度，提高了电熔套筒承载内压载荷的能力；其次玻璃纤维增强层的倾斜段通过其倾斜角可以承受法兰所传递的轴向力；（2）、电热熔电阻丝产生热量并完成加热熔接区域熔接，实现了RTP与纤维增强电熔接头的密封，并且加热熔接区域实现轴向力传递；（3）、电熔套筒一端的锥面实现法兰的安装和定位，方便快捷；（4）、纤维增强电熔接头的端面通过截面为半圆形的环形凹槽安装圆形密封圈，实现该接头结构端面密封；（5）、电热熔电阻丝外层包覆的方形聚乙烯层一侧加工有凹槽，凹槽的圆心角弧度大于π且小于2π，凹槽的对侧加工有凸起，凸起的圆心角弧度等于凹槽的圆心角弧度，电热熔电阻丝紧密排列时凸起靠外力挤入凹槽，凹槽圆心角大于π，对凸起起自锁作用。

附图说明

图1是本发明的一种内部结构示意图；

图2是本发明通过法兰相互连接时的一种结构示意图；

图3是本发明中纤维增强电熔接头的一种结构示意图；

图4是本发明中电热熔电阻丝包覆的方形聚乙烯层的一种结构示意图；

图5是本发明中注塑模具A注塑时的一种结构示意图；

图6是本发明中电熔接头A的一种结构示意图；

图7是本发明中电熔接头A缠绕纤维增强层的一种使用状态图；

图8是图7中纤维增强层缠绕时的一种局部放大图；

图9是本发明中电熔接头B的一种结构示意图；

图10是本发明中注塑模具B注塑时的一种结构示意图；

图11是本发明中纤维增强电熔接头的一种内部结构示意图。

图中：1、RTP，2、观察孔，3、电热熔电阻丝，4、纤维增强层，5、电熔套筒，6、接线柱，7、法兰，8、环形凹槽，9、限位台阶，10、连接端面，11、螺栓安装孔，12、纤维增强电熔接头，13、A型凸台，14、B型凸台， 15、圆形密封圈，16、密封垫，17、法兰安装补偿孔，18、方形聚乙烯层，19、凸起，20、凹槽，21、模具型芯，22、注塑模具A，23、缠绕机，24、缠绕组件，25、纤维束，26、电熔接头A，27、夹具A，28、夹具B，29、电熔接头B，30、注塑模具B。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：如附图1所示，一种纤维增强电熔法兰接头，包括RTP1、纤维增强电熔接头12和法兰7，RTP外层为熔接聚合物层，纤维增强电熔接头包括电热熔电阻丝3、纤维增强层4、电熔套筒5和接线柱6，电熔套筒的一端平直，另一端为倾斜的锥面，电熔套筒内侧设置有加热熔接区域，加热熔接区域内螺旋缠绕有电热熔电阻丝，电熔套筒内螺旋缠绕有纤维增强层，纤维增强层对应电熔套筒，在电熔套筒中具有一平直段和一倾斜段，平直段和倾斜段相互承接，电熔套筒外套接法兰，法兰内表面与电熔套筒倾斜的锥面配合，电熔套筒上位于电热熔电阻丝两端固定连接有接线柱，接线柱突出于电熔套筒外。纤维增强层由多层纤维束螺旋缠绕形成。纤维束采用玻璃纤维束。电熔套筒内位于法兰连接端的端面内侧固定连接有限位台阶9。

电熔套筒内位于法兰连接端的端面上内凹设置有截面为半圆形的环形凹槽8。截面为半圆形的环形凹槽用以安装圆形密封圈15，用以实现纤维增强电熔接头的端面密封。同时法兰的连接端面10通过设置A型凸台13和B型凸台14连接，A型凸台和B型凸台设置的法兰相互配拼合，拼合处安装密封垫16，进一步实现该纤维增强电熔法兰接头连接端面的紧密连接和密封。电熔套筒上设置有观察孔2，观察孔连通加热熔接区域。RTP位于中间的增强层为纤维增强，内层和外层为熔接的高分子聚合物。

如附图3所示，法兰上设置有螺栓安装孔11和法兰安装补偿孔17。螺栓安装孔用以安装螺栓；法兰安装补偿孔用以将法兰安装至纤维增强电熔接头的目的位置，绕过接线柱。

该纤维增强电熔法兰接头的制造方法，包括如下步骤：

（1）先将电热熔电阻丝外表面包覆一层方形聚乙烯层18（如附图4所示），方形聚乙烯层的一侧设置有圆形凹槽20，所述圆形凹槽的圆心角弧度取值范围为（π，2π），所述方形聚乙烯层上位于圆形凹槽的对侧对应设置有与圆形凹槽配合的凸起19；

（2）将所述包覆有方形聚乙烯层的电热熔电阻丝缠绕至生产纤维增强电熔接头的模具型芯21上，其中处于电熔套筒加热熔接区域的电热熔电阻丝紧密排列，方形聚乙烯层一侧的凸起结构嵌入前一圈缠绕完成的方形聚乙烯层的圆形凹槽；

（3）如附图5所示，将步骤（2）缠绕好电热熔电阻丝的模具型芯放入注塑模具A22，并将两侧的接线柱放入注塑模具A，通过挤出机将熔融的高分子物料挤入注塑模具A，制成电熔接头A26（如附图6所示），电熔套筒由纤维增强层两侧分开，分为电熔套筒内层和电熔套筒外层，电熔接头A包括电熔套筒内层和两侧固定的接线柱；

（4）如附图7和附图8所示，将步骤（3）制成的电熔接头A放入缠绕机23，使用缠绕机夹具A27和夹具B28将电熔接头A夹紧固定，将缠绕机的缠绕组件24中的纤维束25固定在电熔接头A上，启动缠绕机，缠绕机带动夹具A和夹具B转动，同时带动电熔接头A转动，同时缠绕组件缓慢移动，将缠绕组件中的纤维束以一定的缠绕角度缠绕在电熔接头A上，形成电熔接头的纤维增强层，并制成电熔接头B29（如附图9所示）；

（5）如附图10所示，将步骤（4）制成的电熔接头B和模具型芯放入注塑模具B30中，通过挤出机将熔融的高分子物料挤入注塑模具A，并制成纤维增强电熔接头（如附图11所示）；

（6）将步骤（5）制成的纤维增强电熔接头位于法兰连接侧的端面用铣床加工出截面为半圆形的环形凹槽，即制成纤维增强电熔接头，最后套上法兰和RTP即形成纤维增强电熔法兰接头。

该纤维增强电熔法兰接头的具体安装方法为：

（1）将带有A型凸台的法兰通过法兰安装补偿孔穿过接线柱安装至纤维增强电熔接头端部锥面的目标位置，法兰安装的目标位置为图1所示法兰的位置；

（2）将RTP装入纤维增强电熔法兰接头内部，RTP端部安装至图1所示限位台阶的位置；

（3）将图1所示接线柱连接至外部电源，将图1所示电热熔电阻丝通电并产生热量，纤维增强电熔接头与RTP开始熔接；

（4）通过图1所示观察孔判断纤维增强电熔接头与RTP熔接完成程度，当观察孔中出现少量非流淌状溢料时为熔接完成，冷却后完成第一纤维增强电熔法兰接头的安装；

（5）将图2所示带B型凸台的法兰通过图3所示法兰安装补偿孔安装至纤维增强电熔接头端部锥面的目标位置，法兰安装的目标位置为图1所示法兰7的位置；

（6）重复步骤（2）-（4），完成第二纤维增强电熔法兰接头的安装；

（7）将图2所示圆形密封圈安装至第二纤维增强电熔法兰接头截面为半圆形的环形凹槽中，并将图2所示密封垫安装至第二纤维增强电熔法兰接头B型凸台处，密封垫的安装位置见图2所示位置；

（8）将第一纤维增强电熔法兰接头与第二纤维增强电熔法兰接头按照图2所示方式对接，将螺栓安装至图3所示法兰的螺栓安装孔并紧固，完成最终安装。

本发明涉及的纤维增强电熔法兰接头可用于但不限于与管件、管路设备的钢塑过渡连接，以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种纤维增强电熔法兰接头，其特征是，其包括RTP、纤维增强电熔接头和法兰，RTP外层为熔接聚合物层，纤维增强电熔接头包括电热熔电阻丝、纤维增强层、电熔套筒和接线柱，电熔套筒的一端平直，另一端为倾斜的锥面，电熔套筒内侧设置有加热熔接区域，加热熔接区域内螺旋缠绕有电热熔电阻丝，电熔套筒内螺旋缠绕有纤维增强层，纤维增强层对应电熔套筒，在电熔套筒中具有一平直段和一倾斜段，平直段和倾斜段相互承接，电熔套筒外套接法兰，法兰内表面与电熔套筒倾斜的锥面配合，电熔套筒上位于电热熔电阻丝两端固定连接有接线柱，接线柱突出于电熔套筒外。

2.根据权利要求1所述的纤维增强电熔法兰接头，其特征是，所述法兰上设置有螺栓安装孔和法兰安装补偿孔。

3.根据权利要求1所述的纤维增强电熔法兰接头，其特征是，所述纤维增强层由多层纤维束螺旋缠绕形成。

4.根据权利要求3所述的纤维增强电熔法兰接头，其特征是，所述纤维束采用玻璃纤维束。

5.根据权利要求1所述的纤维增强电熔法兰接头，其特征是，所述电熔套筒内位于法兰连接端的端面内侧固定连接有限位台阶。

6.根据权利要求1所述的纤维增强电熔法兰接头，其特征是，所述电熔套筒内位于法兰连接端的端面上内凹设置有截面为半圆形的环形凹槽。

7.根据权利要求1所述的纤维增强电熔法兰接头，其特征是，所述电熔套筒上设置有观察孔，观察孔连通加热熔接区域。

8.根据权利要求1所述的纤维增强电熔法兰接头，其特征是，所述RTP位于中间的增强层为纤维增强，内层和外层为熔接的高分子聚合物。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的纤维增强电熔法兰接头的制造方法，其特征是，其包括如下步骤：

（1）先将电热熔电阻丝外表面包覆一层方形聚乙烯层，方形聚乙烯层的一侧设置有圆形凹槽，所述圆形凹槽的圆心角弧度取值范围为（π，2π），所述方形聚乙烯层上位于圆形凹槽的对侧对应设置有与圆形凹槽配合的凸起；

（2）将所述包覆有方形聚乙烯层的电热熔电阻丝缠绕至生产纤维增强电熔接头的模具型芯上，其中处于电熔套筒加热熔接区域的电热熔电阻丝紧密排列，方形聚乙烯层一侧的凸起结构嵌入前一圈缠绕完成的方形聚乙烯层的圆形凹槽；

（3）将步骤（2）缠绕好电热熔电阻丝的模具型芯放入注塑模具A，并将两侧的接线柱放入注塑模具A，通过挤出机将熔融的高分子物料挤入注塑模具A，制成电熔接头A，电熔套筒由纤维增强层两侧分开，分为电熔套筒内层和电熔套筒外层，电熔接头A包括电熔套筒内层和两侧固定的接线柱；

（4）将步骤（3）制成的电熔接头A放入缠绕机，使用缠绕机夹具A和夹具B将电熔接头A夹紧固定，将缠绕机的缠绕组件中的纤维束固定在电熔接头A上，启动缠绕机，缠绕机带动夹具A和夹具B转动，同时带动电熔接头A转动，同时缠绕组件缓慢移动，将缠绕组件中的纤维束以一定的缠绕角度缠绕在电熔接头A上，形成电熔接头的纤维增强层，并制成电熔接头B；

（5）将步骤（4）制成的电熔接头B和模具型芯放入注塑模具B中，通过挤出机将熔融的高分子物料挤入注塑模具A，并制成纤维增强电熔接头；

（6）将步骤（5）制成的纤维增强电熔接头位于法兰连接侧的端面用铣床加工出截面为半圆形的环形凹槽，即制成纤维增强电熔接头，最后套上法兰和RTP即形成纤维增强电熔法兰接头。

Images