一种增强型一体式耐磨弯管、输送管道及混凝土泵车的制作方法

本实用新型涉及一种建筑、矿山、冶金、电力、石油、煤炭、粮食加工等行业的输送管道结构，更具体地说，更具体地说，涉及一种增强型一体式耐磨弯管、输送管道及混凝土泵车。

背景技术：

从流体力学角度来看，物料颗粒在输送过程中撞击管壁，动能损失，速度降低；与其他的运动颗粒相碰撞，发生能量交换，速度较大的颗粒运动减慢，而速度较小的颗粒运动加快，再撞击管道内侧内壁，在反复冲撞中前移通过管道。从物料在管道中的受力分析来看，物料在管道内受到重力、粘性阻力、压力梯度力、附加质量力、巴塞特(basset)加速度力、萨夫曼(saffman)升力、马格努斯(magnus)力、管壁的摩擦力、撞击管壁产生的反作用力，以及改变颗粒运动方向的离心力作用。而在管道系统中，弯管被认为是一个关键的部件，主要是因为管道弯曲处受力复杂，应力水平高，危险性大，是管道系统中最易磨损的部位，在同样的工况条件下，弯管部位的磨损率比直管部分高出50倍，且为不均匀磨损，如若不及时更换，最终将危及安全生产。综上所述，物料颗粒群既有沿管道轴向的滑移运动，又有沿管道径向的扩散运动。当物料颗粒在管道壁面擦移时，对弯管内壁产生摩擦磨损；当物料颗粒撞击弯管内壁时，对弯管内壁产生冲击磨损，使弯管内壁面产生凹痕。所以对弯管的设计来说要兼顾这两方面因素。

弯管的成型技术主要有铸造成型、模压成型等，它们都是依靠成型模具，通过浇注或是热冷压工艺仿形生成的；无论是哪一种机器设备及管道，大部分都用到弯管，主要用以输送各种物料；弯管的材料有铸铁、不锈钢、合金钢、可锻铸铁、碳钢、有色金属及塑料等材质；在建筑、矿山、冶金、电力、石油、煤炭、粮食加工等行业中，物料的输送是通过管道压力输送，输送管受到较大的压力和严重的磨损。虽然铸造件的耐冲蚀磨损性能较好，但为了满足韧性和强度的要求，铸造型弯管的硬度必然会受到限制，其耐磨料磨损性能也就相对差一些，为了弥补这个缺陷，铸造型弯管就只能采取增加壁厚的方式来达到延长其使用寿命的目的。但是，增加壁厚却存在一定缺陷：一方面，增加壁厚必然使得弯管变重，不符合泵车减重的发展趋势；另一方面，增加壁厚必然会增加生产成本。因此对输送管，特别是连接弯管有较高的综合性能要求，提高弯管的使用寿命，现已成为很难攻克的难题。

现有技术中关于耐磨抗冲击弯管已有相关技术方案公开，如专利公开号：cn204717206u，公开日：2015年10月21日，发明创造名称为：一种外整体、内两分双层式耐磨抗冲击弯管，该申请案公开了一种外整体、内两分双层式耐磨抗冲击弯管，它由外整体内两分双层弯管、两个耐磨连接法兰、法兰焊缝组成；本外整体、内两分双层式耐磨抗冲击弯管用于建筑、矿山、冶金、电力、石油、煤炭、粮食加工等行业的恶劣环境，设计为外整体、内两分双层的独特结构，分为保护层与耐磨层，耐磨性能好，使用寿命长，性价比高，容易实现大批量生产，质量稳定可靠，安全性能高。但是，上述申请案存在的技术问题在于：其中的半弯管虽然具有耐磨层的保护，但是耐磨层的耐磨性能受限于现有钢材，从而无法进一步提高半弯管的使用寿命。

再如利公开号：cn202691407u，公开日：2013年01月23日，发明创造名称为：一种高分子增强复合耐磨弯管，该申请案的耐磨弯管包括耐磨钢铁弯管本体以及紧固包覆于弯管本体外周面的一层玻纤或碳纤维增强高分子层，该申请案克服了单一弯管由于韧性的不足带来的安全问题。但是，该申请案的不足之处在于：该申请案中将碳纤维增强高分子层包覆于弯管本体外周面，虽然提高了弯管的韧性，但却无法提高弯管内部的耐磨性。

现有技术中关于耐磨抗冲击弯管已有相关技术方案公开，本申请人已于2016年12月31日申报了关于半弯管制造方法的相关技术方案(申请号：201611268911.8)，其中半弯管的结构参考图1-3。但是，现有铁质半弯管受限于自身材质，很难再进一步提高自身使用寿命，此外，半弯管后期采用两片拼接成整管，拼接处采用焊接，制作工艺较为简单，但是在实际使用过程中，由于拼接存在缝隙，容易造成拼接处穿管现象，甚至造成安全事故。

综上所述，如何提高弯管的使用寿命，同时可以保证安全使用，是现有技术中亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有的弯管采用两个半管拼接而成容易造成穿管的问题，本实用新型提供一种增强型一体式耐磨弯管、输送管道及混凝土泵车，避免出现穿管现象，保证安全使用。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型的增强型一体式耐磨弯管，包括弯管本体，所述弯管本体设计为从两端a向中间b厚度增加与两侧c向中间d厚度增加，所述弯管本体为整体铸造成型，且弯管本体的出口端向前延伸形成耐磨平直段l。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述耐磨平直段l的长度为40-50mm。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述两端a向中间b厚度增加与两侧c向中间d厚度增加为线性增加。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述两端a向中间b厚度增加与两侧c向中间d厚度增加为指数增加。厚度呈直线线性减小，例如较大的厚度为dj，较小的厚度为di，dj＝k*di，这里的k为数值系数；或者是dj＝diⁿ，这里的n为数值系数，n大于1小于等于1.2。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述弯管本体的较小厚度为12mm，较大厚度为28mm。

于本实用新型一种可能的实施方式中，还包括外套管，所述外套管包括两个半管，弯管本体置于两个半管间，拼接处采用焊接。

本实用新型还提供了一种输送管道，包括上述的增强型一体式耐磨弯管。

本实用新型还提供了一种混凝土泵车，包括上述的输送管道。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的增强型一体式耐磨弯管，其弯管本体为整体铸造成型，且弯管本体的出口端向前延伸形成耐磨平直段l，改变现有技术中采用两个半管进行拼接的制造方法，使得弯管本体内壁平顺，减小物料输送阻力，最重要的是有效避免弯管的穿管问题，延长了弯管的使用寿命至少10％以上，使用更为安全可靠；此外，该耐磨平直段l在浇铸时，对工艺进行调整，使其耐磨性能达到与合金钢相媲美；

(2)本实用新型的增强型一体式耐磨弯管，两端a向中间b厚度增加与两侧c向中间d厚度增加均为线性增加，这种结构变化，可以通过模拟进行设计，并结合相关的工艺参数，使得变径部分不易出现孔隙和裂纹；

(3)本实用新型的增强型一体式耐磨弯管，结构简单，易于制造。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有半弯管的结构示意图；

图2为图1中半弯管的横剖面结构示意图(图中f所示为弯管的折弯方向)；

图3为图1中半弯管的纵剖面结构示意图；

图4为本实用新型的弯管结构示意图；

图5为本实用新型的弯管管体剖视图；

图6为本实用新型的弯管剖视图；

图7为本实用新型的弯管剖切图。

图中标记说明：

100、弯管本体；110、耐磨平直段l；

200、外套管。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

如图4至图6所示，本实施例的增强型一体式耐磨弯管，包括弯管本体100，所述弯管本体100设计为从两端a向中间b厚度增加与两侧c向中间d厚度增加，所述弯管本体100为整体铸造成型，且弯管本体100的出口端向前延伸形成耐磨平直段l110。在图5中，箭头的方向表示物料颗粒的输送方向。

现有技术中，如图2和图3所示，半弯管实现了弯管内径的变径设计，然后将两个半弯管通过焊接成整体，如专利号为zl201210049721.2，两个半弯管在拼接处会存在缝隙，由于物料颗粒在运动时，一旦遇到输送压力的变动，就会出现管道内部的紊流现象，对管壁造成的压力局部放大，尤其是混凝土，其中夹杂着砂石颗粒，对管壁的冲击力甚是巨大，在拼接处就会出现受力导致焊缝爆裂。但是对于变径的整体弯管来说，目前尚未公开相关的报道，相关技术人员进行了尝试，对最终浇铸得到的产品进行现场剖切，其中管壁的变径部出现孔隙及裂纹，根本无法进行使用。

此外，由于混凝土泵车在输送过程中，需要将多级的管道支架伸展开来，延伸到需要进行混凝土灌注的目标区域，而目标区域通常不会在泵车车体上方，而往往位于混凝土泵车的车体斜上方方向，所以耐磨管道自身的重量通过混凝土泵车伸展支架传导之后会形成强大的力矩，国内已经发生多起混凝土泵车在混凝土泵送过程中倒塌造成人员伤亡的案例。混凝土泵送管道为了增加耐磨性，其自身材料密度往往很高，每增加0.1mm的管壁厚度，其单位长度(1m)的自身重量就会大幅增加，在管道长度达到几十米、上百米之后，其所产生的重量和力矩是不容小视的。能够提供高耐磨性、重量轻、管壁薄的耐磨管道一直是耐磨管道制备领域在孜孜以求却又很难实现的目标，因为重量轻、管壁薄的耐磨管往往耐磨性差，而提高耐磨性必然会增加管壁重量。

本实施例的弯管本体100采用整体铸造成型，克服了现有技术中的技术难点，分析可能的原因是：在浇铸过程中，变径部的厚度大于两侧，金属液体冷却的速率不同，从而造成两端冷却快，中间慢的现象，通过在模具的前端设置平直空腔，可以增加弯管本体100的补缩，同时，平直空腔形成耐磨平直段l110，无需在增加过渡管，直接与直管相对接，减少成本投入。

在本实施例中，所述耐磨平直段l110的长度为40-50mm，最佳的取值为45mm。

此外，所述两端a向中间b厚度增加与两侧c向中间d厚度增加为线性增加或指数增加。厚度呈直线线性减小，例如较大的厚度为dj，较小的厚度为di，k*dj＝di，这里的k为数值系数；或者是dj＝diⁿ，这里的n为数值系数，n大于1小于等于1.2。例如，所述弯管本体100的较小厚度为12mm，较大厚度为28mm。

在正常使用是，弯管本体100的外侧包裹有外套管200，所述外套管200包括两个半管，弯管本体100置于两个半管间，拼接处采用焊接，外套管200采用焊接性能好的合金钢材质制作而成，例如低碳钢、低合金钢或者不锈钢，便于在外套管200上焊接连接法兰，利于快速安装。

外套管200与弯管本体100之间为间隙配合，因此，所述弯管本体100与外套管200之间填充有胶合物，专利201820095392.8中记载胶合物由水泥、高分子聚合物混合而成，在实际生产中，水泥的添加直接影响输送管道的重量，本实施例中的胶合物采用树脂泡沫(可以为环氧树脂泡沫)，质量轻，且填充密实，可以减小输送过程中的振动。

将本实施例得到的弯管进行现场剖切，并进行切面观察，如图7所示，未发现孔隙和裂纹；同时采用探伤仪进行探伤，内部基本无孔隙和裂纹的存在，弯管的耐磨性能好。

实施例2

本实施例提供了一种输送管道，包括实施例1的增强型一体式耐磨弯管。

实施例3

本实施例提供了一种混凝土泵车，包括实施例2的输送管道，输送管道具有很好的耐磨性能，使用寿命长。

以上说明是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能确定本实用新型具体实施只局限于以上说明。在本实用新型所述技术领域的普通技术员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应属于本实用新型的保护范围。