CN1263977C - 纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头。本发明的纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头包括夹有金属电熔丝的聚烯烃电熔套筒，其中所述聚烯烃电熔套筒外表面制有轴向凹凸结构，内表面制有对应轴向凹凸结构的金属套筒嵌合包裹在所述聚烯烃电熔套筒外。所述金属套筒之外包裹玻璃钢，所述玻璃钢的基材纤维沿金属套筒周向缠绕。本发明以紧凑合理的结构，使采用该连接接头的纤维增强热塑性塑料复合管的工作压力显著提高，并且制作方便，易于实施，与现有技术相比，具有显著的实质性特点和突出的进步。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于管路连接的连接件，尤其是一种纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头。
背景技术
众所周知，塑料有热塑性和热固性两大类。目前，除玻璃钢管外，绝大多数塑料管都是热塑性塑料管。
热塑性塑料复合管是以热塑性塑料为基体材料，与其它一种或者一种以上材料组成的结构层复合成多层管结构。复合管利用组成材料的优点互补，达到更好的技术经济效果。
增强热塑性塑料复合管以聚烯烃材料为基体，采用非金属纤维丝、带或者金属丝、带等材料作为增强材料，以提高管道的耐压能力。这种管道种类较多，包括玻璃纤维增强热塑性塑料管、芳纶纤维增强复合管、聚酯纤维增强复合管、孔网钢带塑料复合管、钢骨架塑料复合管等。这类管道可以通过控制增强材料层的材料、结构和层数等，显著提高管道的承压能力，工作压力可达到10MPA以上。因此，这类复合管作为压力管道，可以广泛适用于市政、石油化工、矿山等行业。
增强热塑性塑料管接头需要实现的功能是：将管段与管段连接成一条管线，或将管线与设备连接，并实现连接处的密封以及提供足够的连接强度，即接头需要实现三种功能：包括连接、密封和提供连接强度。
实际应用中，热熔对接和电熔连接是热塑性塑料管用于管道连接的最常见的方法。高密度聚乙烯管材热熔对接参数参考德国焊接协会标准DVS2207-1995，聚乙烯配套管件在我国参照GB15558.2-1995生产和制造，施工参数按照不同厂商提供的参数实施。与纯塑料管道相比，增强热塑性塑料管配套管接头除连接与密封可靠外，还需要对管件进行增强，以提高连接部位的强度和刚度。
目前，国内已有的孔网钢带塑料复合管和钢骨架塑料复合管使用的接头，都采用在孔网钢板或者钢丝骨架上注塑聚乙烯热塑性塑料、然后布电热丝的结构制造。这样，采用孔网钢板或者钢丝骨架作为中间层，可以提高管件的强度和刚度，以符合承受内压、平衡轴向应力和径向和环向应力的要求。公开号为CN1269482A、名称为《金属骨架增强塑料复合管道的连接方法》的中国发明专利申请即如此(参见该专利申请文件附图2、4、6、10、13、16、17、18、19)。但是，这种连接方法仍以聚烯烃材料作为主承力构件，因为聚烯烃、尤其是聚乙烯材料属粘弹性材料，其机械强度有限，以其作为主承力构件，难以显著提高整个接头的承压能力。
国外相关专利中记载的技术方案，如PCT专利WO 00/55538《JOINING OF REINFORCED THERMOPLASTIC PIPE(RTP)FOR HIGHPRESSURE TRANSPORTATION APPLICATIONS》中描述的增强构件(FIG3序号24)，在实际应用中，承受的内压较高时，需要有较长的轴向尺寸，其制作的可行性和可靠性较差，不实用。而FIG8中序号62的增强网格，在制作成法兰时，难以处理成端面结构。其他形式的增强构件(FIG9中序号64、66、68等)，作为高压管道的连接接头，则存在径向尺寸明显偏大，在应力变化或温度影响下，容易松脱等缺陷。事实上，对于目前大规模推广应用的聚乙烯材料来说，由于材料本身具有强极性特性，不经过强氧化剂(如98％浓硫酸加10％重铬酸盐浸泡)的复杂、适时的工艺处理，其表面与其它材料不能形成具有一定机械强度的有效粘接界面(俗称不粘)。聚乙烯材料的这一特性使它难以复合增强，这直接影响了复合管使用压力的提高。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种结构紧凑、制作方便、可以同时满足连接、密封和提供连接强度要求的纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头。
为了解决以上技术问题，申请人认识到，为承受极高的工作内压力，需要对高压复合接头进行科学的分层设计，使得高压复合接头能够承受由内压产生的环向和轴向应力。经过反复比较实验，得出了如下技术方案：本发明的纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头包括夹有金属电熔丝的聚烯烃电熔套筒，以及金属套筒，其中所述聚烯烃电熔套筒外表面制有轴向凹凸结构，所述金属套筒内表面制有对应的轴向凹凸结构，并嵌合包裹在所述聚烯烃电熔套筒外。该金属套筒即可以是整体结构，通过螺纹旋合包裹在聚烯烃电熔套筒外，也可以是对合结构(俗称金属哈夫)，合抱包裹在聚烯烃电熔套筒外。所述金属套筒之外包裹玻璃钢，所述玻璃钢的基材纤维沿金属套筒周向缠绕。
连接时，内层的聚烯烃电熔套筒通过电熔焊接与纤维增强热塑性塑料复合管连接，电熔焊接的焊接熔区承受内压推力产生的拉剪应力，当连接两段纤维增强热塑性塑料复合管时，两段管段的最内层塑料管层通过热熔对接以保证密封，而在连接法兰的情况下，则由密封结构保证密封；金属套筒通过凹凸结构传力，作为轴向应力的主要承力构件；玻璃钢外层则借助周向缠绕的基材纤维成为环向应力的主要承力构件。可以理解，本发明通过合理设计各层结构，使不同材料通过有机结合，充分发挥各自特性，从而满足连接、密封和提供连接强度的要求，取得相得益彰的效果。
本发明以紧凑合理的结构，使采用该连接接头的纤维增强热塑性塑料复合管的爆破工作压力超过40MPA，并且制作方便，易于实施，与现有技术相比，具有显著的实质性特点和突出的进步。尤其值得一提的是，由于外层包裹玻璃钢后，在实施电熔焊接时，保温效果十分理想，热损失小、节能效果好，并且由于包裹玻璃钢在焊接时产生的径向收紧力，有利于提高焊接质量，进一步增强连接强度，可取得一举多得的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为实施例一的连接结构示意图。
图3为本发明实施例二的结构示意图。
图4为实施例二的连接结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例为纤维增强热塑性塑料复合管直管高压连接接头，其结构如图1所示，分为三层，内层为聚烯烃电熔套筒1，中间层为金属哈夫2(或金属套筒)，外层为玻璃钢3。内层的聚烯烃电熔套筒1通过电熔焊接，实现两纤维增强热塑性塑料高压复合管4和7的连接(参见图2)。
电熔焊接的焊接熔区承受内压推力产生的拉剪应力，但内层的聚烯烃电熔套筒1的轴向强度有限，在内压的作用下，接头内部的轴向应力的承力构件主要是金属哈夫2。为实现轴向应力由聚烯烃电熔套筒1向金属哈夫2的传递，需要解决聚烯烃电熔套筒1与金属哈夫2层间的连接，即内层与中间层之间的连接强度要大于、至少等于内层聚烯烃电熔套筒的拉剪强度，该连接强度为层间连接的剪切强度。鉴于聚烯烃材料、尤其是聚乙烯材料与其它材料的粘合性能很差，因此将聚烯烃电熔套筒1的外圆面加工成一定宽度和深度的环型槽，环型槽的截面可以是方形、矩形或者圆弧形。将金属哈夫2内圆面加工成与聚烯烃电熔套筒1的外圆面槽型相对应的槽型，两者扣紧配合，形成环槽榫合连接结构，以提高内层聚烯烃电熔套筒与中间层金属哈夫的界面连接强度，实现轴向应力的传递(如采用整体式金属套筒，则可以通过螺纹连接的方式实现轴向应力的传递)。
外层玻璃钢3与中间层的连接界面承受的轴向应力可以忽略，玻璃钢的基材纤维沿金属套筒周向缠绕，两者之间的粘接强度可以保证不会脱层。
制造时，在一次或二次注塑成型聚烯烃电熔套筒或采用嵌丝法成型的聚烯烃电熔套筒1外壁开槽后，将与之相配合的金属哈夫2扣紧配合，然后将浸过树脂的玻璃纤维、聚酯纤维或碳纤维缠绕在金属件外壁，形成一定厚度的玻璃钢纤维缠绕增强层3。
如所选用制作玻璃钢的树脂原料不具备较高的耐候性能，可以在玻璃钢层外表面涂覆诸如抗紫外线油漆之类的耐候性涂料。
实验表明，采用本实施例的接头后，纤维增强热塑性塑料高压复合管的爆破压力超过40MPA，显著高于现有技术各种接头所能达到的最高承压能力，其结构简单，易于大规模制造，现场施工方便，可以保证纤维增强热塑性塑料高压复合管连接无泄露，并且使用寿命长。此外，由于玻璃钢是导热性差，因此，电熔焊接时，外层无以往的发烫现象，保温效果理想，焊接质量得到提高。
实施例二
本实施例的纤维增强热塑性塑料复合管法兰高压连接接头如图3所示，其基本机构与实施例一类似，也分为三层，即内层的聚烯烃电熔套筒1、中间层的金属哈夫或金属套筒2、外层的玻璃钢3。不同之处在于，金属套筒(或哈夫)构件设计成阶梯轴状，缠绕玻璃钢后形成可以与法兰连接的突环。组合法兰21、24套在最外层上，尾端止口卡在金属阶梯轴缠绕玻璃钢后形成的突环处，轴向定位，从而可以实现与其它管道或设备28的相关法兰25的连接(参见图4)。
为了获得可靠的密封效果，组合法兰21、24端头镶嵌有密封座23，连接时，夹持金属或非金属密封圈26，以防止管道内介质向环境泄露；密封座23的内孔表面开有沟槽，嵌装与纤维增强热塑性塑料高压复合管聚烯烃内管外表面20紧密贴合的非金属密封圈22。管道内孔中衬有衬套27，相互配合实现径向密封，防止管道内介质向纤维增强热塑性塑料高压复合管的纤维增强层渗漏，避免分层失效。
具体制造、施工过程，可以结合图3、图4，并参考实施例一，不另赘述。
上述组合法兰21、24可以对接焊接成型、承插焊接成型或整体锻件加工成型。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，包括夹有金属电熔丝的聚烯烃电熔套筒，其特征在于：还含有金属套筒，所述聚烯烃电熔套筒外表面制有轴向凹凸结构，所述金属套筒内表面制有对应的轴向凹凸结构，并嵌合包裹在所述聚烯烃电熔套筒外，所述金属套筒之外包裹玻璃钢，所述玻璃钢的基材纤维沿金属套筒周向缠绕。
2.根据权利要求1所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：所述金属套筒为整体结构，通过螺纹旋合包裹在聚烯烃电熔套筒外。
3.根据权利要求1所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：所述金属套筒为对合结构，合抱包裹在聚烯烃电熔套筒外。
4.根据权利要求2或3所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：所述玻璃钢的基材纤维为玻璃纤维、聚酯纤维或碳纤维，所述玻璃钢层外表面覆盖有耐候性涂料层。
5.根据权利要求3所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：所述聚烯烃电熔套筒的外圆面制有截面为方形、矩形或者圆弧形的环型槽，所述金属套筒内圆面制有相对应的槽型，两者扣紧配合。
6.根据权利要求2或3所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：所述金属套筒制成阶梯轴状，外缠绕玻璃钢形成突环，组合法兰套在外层上，尾端止口卡在金属阶梯轴缠绕玻璃钢后形成的突环处轴向定位。
7.根据权利要求6所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：所述组合法兰端头镶嵌有密封座，连接时夹持密封圈。
8.根据权利要求7所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：所述密封座的内孔表面开有沟槽，嵌装与纤维增强热塑性塑料高压复合管聚烯烃内管外表面紧密贴合的密封圈。
9.根据权利要求8所述纤维增强热塑性塑料复合管高压连接接头，其特征在于：管道内孔中衬有衬套。
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Legal Events
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Application publication date: 20050330 Assignee: AEROSUN CORPORATION SPECIAL PIPELINE SUBSIDIARY CO. Assignor: Aerosun Corp. Contract record no.: 2013320000091 Denomination of invention: High pressure connector lug for fiber enhanced thermoplastic composite plastic tube Granted publication date: 20060712 License type: Exclusive License Record date: 20130312 |
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Change date: 20160317 Contract record no.: 2013320000091 Assignee after: NANJING CHENGUANG COMPOSITE PIPE ENGINEERING Co.,Ltd. Assignee before: AEROSUN CORPORATION SPECIAL PIPELINE SUBSIDIARY CO. |
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| CX01 | Expiry of patent term |