抗渗、耐热、防腐管路系统及其施工方法
【专利摘要】本发明抗渗、耐热、防腐管路系统及其施工方法，属于复合管路系统，钢塑复合管，包括内、中、外三层，内层为采用辐射交联工艺生产的聚乙烯（PE?xc）管，外层为薄壁钢管，内外层利用热熔胶粘合在一起；专用管接头主体上设置外管螺扣，和锁紧螺母配合形成偶件。从主体螺扣处延伸出的套装管头外表面为锥形密封台，复合管扩口后套装于此密封台上，锁紧螺母套于复合管上、借助其内表面的螺纹连接在主体螺扣上、使从其螺纹端延伸出的内外锥面管形锁紧台压紧在复合管上形成密封连接。借助于改进的钢塑复合管和专用的管连接装置结合形成管路系统，具有长时间保持耐压防渗的效果，并具备施工简便和富于装饰性的美感。
【专利说明】
抗渗、耐热、防腐管路系统及其施工方法
技术领域
[0001]本发明属于复合管路系统，涉及钢塑复合管、专用连接装置及由其组成的抗渗、耐热、耐腐管路系统的施工方法。
【背景技术】
[0002]目前应用于居民住宅楼内给、排水管道、暖气管道、天然气管道、楼宇消防管道、空调管道、工厂防腐、抗渗漏专用管道中的管材主要有五种。第一种为镀锌铁管，该管使用电镀化学方法在铁的表面镀上一层锌以达到防锈目的，强度高，不易损坏;但长时间使用，管内会因为积水和氧气的存在生锈，不利于水质清洁;另外管材普遍采用焊接成型，管道内的焊接残留易造成二次污染，且焊接部位防腐性能较低，施工工艺复杂，局部维修困难。第二种为不锈钢管，强度高，具有优良的抗腐性，但成本较高，不可避免借助密封材料圈，因而，材料老化和热涨缩引起的管道渗漏几乎成为这种管子的顽疾。第三种是普通铝塑复合管，它是一种多层结构管材，内、外两层为塑料层，中间是铝合金层，金属层与塑料层通过热熔粘合剂粘合;该管材强度高、可弯曲，但长时间使用后金属与塑料会分层，使管材强度下降；特别是用作热水管时，分层现象更严重，管件连接部位渗漏的现象比较普遍。另外，该复合管不避免的缺陷是没有一个理想的管接头结构来解决管路系统的连接牢固和管路渗漏问题，尤其是在复合管经历温度变化的过程中。第四种是PP-R类型的塑料管，包括PE-X，该类管材使用树脂粒料借助热变形挤出成型管材，管材采用热熔连接，抗老化能力较差，使用寿命短。第五种是PE-Xc:对高压聚乙烯系列管材采用的新加工工艺，由高密度聚乙烯成型的管材经高能射线辐照后，使聚乙烯大分子主链形成新的游离基，游离基间再结合即形成交联，分子结构从线性排列改变为三维立体网状结构，从而改善聚乙烯管的使用性能。这种交联方法大大增强了塑性管材的各项力学性能，交联结构的化学指标亦非常稳定。但它有一个特点，产品形成的交联程度，表皮交联度高，随着深度增加，交联度越来越低。所以，目前市场上的PE-Xc管壁厚度只能做到5mm以内，无法适应大口径管材的需要。
[0003]PE-Xc管材耐热、耐磨、防酸碱腐蚀等理化特性十分显著，国内外厂家积极研发、拓展其应用方案，并利用复合技术进行了积极探讨。CN 102434726 B公开了一种将PE-Xc管和聚烯烃管复合的管材;CN205118569U公开了一种在PE管外缠绕PE-Xc带或套装PE-Xc管的技术方案。虽然对提高耐温、防火及防锈等一系列问题有所改进，但对于形成寿命长、高密封、高强度、易维护、富于装饰美感的高档管材还有差距。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种抗渗、耐热、防腐的管路系统。本发明借助于改进的钢塑复合管和专用的管连接装置结合形成管路系统，具有长时间保持耐压防渗的效果，并具备施工简便和富于装饰性的美感。
[0005]本发明的技术方案是:一种薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管，结构中包括不锈钢外层、PE塑料内层及中间的胶粘层，关键在于: A、不锈钢管采用厚度hl=0.15-0.95mm的板材、借助激光同步卷焊成型；
B、强化PE采用高密度聚乙烯管经钴60辐照处理、辐照强度不小于120KGy，壁厚h2=5?12hl；
C、复合管的内径为8?10倍的(hi+h2)。
[0006]进一步的胶粘层使用的材料是钢塑复合树脂胶。
[0007]进一步的，所述辐射交联聚乙烯管的壁厚是薄壁钢管壁厚的5-10倍。
[0008]该钢塑复合管，包括内、中、外三层，内层高密度聚乙烯(PE-xc)管经钴60辐照处理，辐照强度不小于120KGy。当应用于大口径管材、需要选用较厚的PE-XC时，可以采用管内棒形、管外环形结合的双面辐照方法，增加辐照深度，以达到较高的交联度。外层为不锈钢管，力学强度高，另外因该复合管需要借助专用接头连接，连接时需将复合管端头扩成锥形口，要求具有较好的塑性和延展性，所以采用薄壁钢管，壁厚控制在0.15-0.95_之间，使其具有较高的刚性和塑性，力学性能优越，且可降低重量和成本。内外层利用固化性热熔胶粘合在一起，形成胶连缓冲层，且热固性树脂软化点温度在120°C以上，耐高温，受热不软化；结合钢管膨胀系数低及PE-XC本身优越的抗热胀冷缩特性，温度变化导致的内、外层形变微小，可有效避免分层现象。
[0009]—种复合管的连接装置，结构中至少设置一个与薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管对接的管接头，关键在于:该管接头的结构中包括定位在管接头主体上的内圆柱外圆台形的套装管头和配套定位在主体螺扣上的呈内外锥面管形台的锁紧螺母，套装管头外锥面倾斜角β角和锁紧螺母的配合内锥面的倾斜角α角取值范围均为1.5?3.8°，同时套装管头的圆台形外锥面母线与锁紧螺母内锥面母线的交角γ角不大于2.5°。
[00?0]进一步的，定位在管接头主体上的内圆柱外圆台形的套装管头的高度Gl=25 mm-35mm、端头外径小于复合管的内径0.2?0.5mm、端头壁厚h3=l?1.5mm。
[0011]进一步的，配套定位在锁紧螺母主体上的呈内外锥面的管形台高度G2=18mm-22mm，端头内径大于复合管的外径0.1?0.3mm，端头壁厚h4=l.8?2.2mm。
[0012]管接头主体上设置外管螺扣，和锁紧螺母配合形成偶件。从主体螺扣处延伸出的套装管头外表面为锥形密封台，复合管扩口后套装于此密封台上，锁紧螺母套于复合管上、借助其内表面的螺纹连接在主体螺扣上、使从其螺纹端延伸出的内外锥面管形锁紧台压紧在复合管上形成密封连接。套装管头和锁紧螺母的径向尺寸需与复合管尺寸匹配，高度要保证连接可靠，壁厚的选择既要考虑连接强度还要考虑其经济性。
[0013]进一步的，在套装管头的圆台形外锥面上加工有1-3道螺旋密封槽;该螺旋密封槽槽宽0.8-1.2_、槽中心深度为0.2-1.2_。
[0014]其中，套装管接头外锥面倾斜角β角和锁紧螺母的配合内锥面的倾斜角α角均在
1.5?3.8°的范围内，所选择角度为可以实现锁紧螺母内锥面和套装管头密封台外锥面自我锁紧的配合摩擦角，并可以大大简化施工中对密封要素调整的复杂性，有效的保证复合管接头处的防渗漏要求。复合管端口经标准化的扩口处理后不但免受损伤地实现高质量密封连接，而且可保证安装锁紧后接口处的抗拉强度和密封性高标准。同时，α和β角的取值并不相等，要满足套装管头和锁紧螺母的配合面形成内窄外宽的配合间隙。套装管头的圆台形外锥面母线与锁紧螺母内锥面母线的交叉γ角不大于2.5°，随着锁紧螺母的旋进，其内锥面对于套装管头的圆台形外锥面沿轴向补偿性的移动，两个锥面之间的间距缩小，对复合管扩张段的管壁压力从小径端向大径端逐渐传递，使得扩口段塑性较大的PE-xc塑料向中段压延。锁紧螺母压紧到位的同时，一方面PE-xc管在压力的作用下弹性变形，部分材料向压力小的地方发生蠕动，最终流入螺旋密封槽中，且扩口过程中大径端壁厚变薄、小径端壁厚相对较大，压延过程中材料从小径端向大径端蠕动，在两者之间形成中间厚两边薄的鼓形形变，鼓面顶紧在套装管头和锁紧螺母之间，强力抗拉拔;另一方面利用PE-XC管的蠕变记忆效应，复合管扩口后具有向内抱紧套装管头的力，使连接处形成摩擦闭锁面，具有面型挤压力，抗拉拔，可保证长时间不泄漏。
[0015]为了进一步增强连接的可靠性，在主体螺扣上锁紧螺母的前端配套设置有锁紧备母。
[0016]一种抗渗、耐热、耐腐管路系统的施工方法，包括复合管段端口的预加工，和将加工好的复合管段定位在连接装置上，关键在于本方法包括以下步骤:
A、按照管路系统结构设计图给出的管压、流量、标称尺寸选择薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管对应的型号与长度，下料成段待用；
B、选择与上述的复合管段配套的连接装置；
C、借助锥形管口扩管器将复合管段一端扩成锥形口；复合管的扩口段形成的内锥面顶角与复合管的连接装置中的套装管头外锥面的锥顶角相匹配、扩口段的有效装配长度为18mm-22 mm；
D、将扩口复合管端套在复合管的连接装置中的套装管头上，将套在复合管段上的配套的锁紧螺母拧紧、加压、锁紧扩口段；
E、复合管段另一端套入另一个锁紧螺母后修正复合管段长度；
F、重复执行C、D两步骤形成带有管接头的管路段。
[0017]进一步的，步骤E所说的修正复合管段长度包括:
A、按照图纸要求实际测量复合管段一端定位后的系统段，将超出设计尺寸的部分截去，再扩口作业；
B、按照图纸要求实际测量复合管段一端定位后的系统段长度，根据超出设计尺寸的数值减少下一段备料复合管段长度。
[0018]本发明的有益效果是:1、内层的辐射交联聚乙烯管为较强的辐照处理后形成的，是物理交联，并没有任化学交联剂和催化剂添加，因此不会在使用过程中有低分子成分析出，符合严格的卫生标准，不会对输送流体产生污染，符合安全用水及食品安全标准，可用于供水及食用物加工管路;该管经挤管机挤出成型，气密性好、内壁光滑，可有效减小阻力，不易矿物质垢形成；利用辐射交联聚乙烯的耐高低温(-70°C-110°C)性能卓越、耐腐蚀性好，可用于输送冷热水管道、天然气和化学物质；另外辐射交联聚乙烯管具有蠕变记忆效应，当形状发生改变之后，能够还原至原状，与本发明的专用管接头相匹配下、可以在PE-xc内壁面与套装管头接触面之间形成极好的面型密封层，经受长时间的考验，大大提升管道抗渗漏性能。2、将PE-xc与薄壁钢管借助固化性热熔胶复合，结合不锈钢钢管良好延展性、防锈、防腐、抗老化等特性，大大提升了 PE-xc的应用寿命。3、在套装管头上设有螺旋密封槽，复合管被压紧后内壁发生变形被压入螺旋密封槽内起到密封作用，使得整个管路组件具有良好的密封性;锁紧备母能够有效的防止整个组件安装好后锁紧螺母的松动，保证了复合管连接后的可靠性。4、该强化高压聚乙烯复合管材，内、外两层，内层为采用辐射处理的材料管，外层为薄壁不锈钢材料，内外层利用热熔胶粘合在一起，形成优秀的延展特性和较好的形变强度及长时间的稳定性，与本专用管接头连接，采用扩口对接、压紧式的自锁面密封，具有高密封可靠性，适用于热水、媒气管道系统中，并具有较高的强度、优良的抗老化、防火、防腐蚀、抗渗漏、装饰性能。
【附图说明】
[0019]图1是本发明钢塑复合管管路系统的结构示意图；
图2是复合管的结构示意图；
图3是锁紧螺母的结构示意图；
图4是管接头的结构示意图；
图5是管接头和锁紧螺母配合的结构示意图；
附图中，I代表塑料内层，2代表不锈钢外层，3代表胶粘层，hi代表不锈钢管壁厚，h2代表PE-xc管壁厚，4代表管接头主体，4-1代表套装管头，Gl代表套装管头的高度，h3代表套装管头的端头壁厚，4-1-1代表螺旋密封槽，4-2代表锁紧螺母，G2代表锁紧螺母主体上的管形台高度，h4代表管形台端头壁厚，4-3代表主体螺扣。
【具体实施方式】
[0020]一种薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管，结构中包括不锈钢外层2、PE塑料内层I及中间的胶粘层3，其中:
A、不锈钢管采用厚度hl=0.2mm的板材、借助激光同步卷焊成型；
B、强化PE采用高密度聚乙烯管经钴60辐照处理、辐照强度不小于120KGy，壁厚h2=2mm;
C、复合管的内径为22mm。
[0021 ]胶粘层3使用的材料是钢塑复合树脂胶。
[0022]复合管的连接装置，至少设置一个与复合管对接的管接头，该管接头的结构中包括定位在管接头主体4上的内圆柱外圆台形的套装管头4-1和配套定位在主体螺扣4-3上的呈内外锥面管形台的锁紧螺母4-2，套装管头4-1外锥面倾斜角β角为3.5度，锁紧螺母4-2的配合内锥面的倾斜角α角为2°，同时套装管头4-1的圆台形外锥面母线与锁紧螺母4-2内锥面母线的交叉γ角为1.5度。管接头可以根据安装需要设置为单向、双向(两通)、三通等各种结构。
[0023]定位在管接头主体4上的内圆柱外圆台形的套装管头4-1的高度Gl=25mm、端头外径小于复合管的内径0.3_、端头壁厚113=1.2_
配套定位在锁紧螺母4-2主体上的呈内外锥面的管形台高度G2=18 mm，端头内径大于述复合管的外径0.2mm，端头壁厚h4=2mm。
[0024]在套装管头4-1的圆台形外锥面上设置有螺旋密封槽4-1-1，槽宽0.8-1.2mm、槽中心深度为0.2-1.2mm。对应上面内径22mm的复合管，设置3道，槽宽0.8、槽深0.3mm。密封槽的作用是在管接头偶件锁紧后，其夹持压力可传递至管材端口的PE-xc内表面上，使其变形并部分嵌入该槽，从而使密封效果和抗拉能力大大改善。
[0025]为了使连接更为可靠，还可以在主体螺扣4-3上锁紧螺母4-2的前端配套设置锁紧备母。
[0026]具体施工时，包括以下步骤:
A、按照管路系统结构设计图给出的管压、流量、标称尺寸选择权利要求1所述的薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管对应的型号与长度，下料成段待用；
B、选择与上述的复合管段配套的连接装置；
C、借助锥形管口扩管器将复合管段一端扩成锥形口；复合管的扩口段形成的内锥面顶角与复合管的连接装置中的套装管头4-1外锥面的锥顶角相匹配、扩口段的有效装配长度为20mm;
D、将扩口复合管端套在复合管的连接装置中的套装管头4-1上，将套在复合管段上的配套的锁紧螺母4-2拧紧、加压、锁紧扩口段，按需加装锁紧锥套5;
E、复合管段另一端套入另一个锁紧螺母4-2后修正复合管段长度；
F、重复执行C、D两步骤形成带有管接头的管路段。
[0027]步骤E所说的修正复合管段长度包括:
A、按照图纸要求实际测量复合管段一端定位后的系统段，将超出设计尺寸的部分截去，再扩口作业；
B、按照图纸要求实际测量复合管段一端定位后的系统段长度，根据超出设计尺寸的数值减少下一段备料复合管段长度。
[0028]该管路系统具有卓越的耐热耐寒性能，可在-40—120度的温度范围内使用，冬季不会冻裂，施工方便，使用寿命长，可达50年。主要用于地板辐射采暖、冷热水系统、纯净输水系统、太阳能热水系统、天然气输送系统及各种化学流体的输送。
【主权项】
1.一种薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管，结构中包括不锈钢外层(2)、PE塑料内层(I)及中间的胶粘层(3)，其特征在于: A、不锈钢管采用厚度hl=0.15-0.95mm的板材、借助激光同步卷焊成型； B、强化PE采用高密度聚乙烯管经钴60辐照处理、辐照强度不小于120KGy，壁厚h2=5?12hl； C、复合管的内径为8?10倍的(hi+h2)。2.根据权利要求1所述薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管，其特征在于:胶粘层(3)使用的材料是钢塑复合树脂胶。3.根据权利要求1所述薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管，其特征在于:所述辐射交联聚乙烯管(I)的壁厚是薄壁钢管(2)壁厚的5-10倍。4.一种复合管的连接装置，结构中至少设置一个与权利要求1所述的薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管对接的管接头，其特征在于:该管接头的结构中包括定位在管接头主体(4)上的内圆柱外圆台形的套装管头(4-1)和配套定位在主体螺扣(4-3)上的呈内外锥面管形台的锁紧螺母(4-2)，套装管头(4-1)外锥面倾斜角β角和锁紧螺母(4-2)的配合内锥面的倾斜角α角取值范围均为1.5?3.8°，同时套装管头(4-1)的圆台形外锥面母线与锁紧螺母(4-2)内锥面母线的交角γ角不大于2.5°。5.根据权利要求4所述的复合管的连接装置，其特征在于:定位在管接头主体(4)上的内圆柱外圆台形的套装管头(4-1)的高度Gl=25 mm-35mm、端头外径小于权利要求1所述复合管的内径0.2?0.5mm、端头壁厚h3=l?1.5mm。6.根据权利要求5所述的复合管的连接装置，其特征在于:配套定位在锁紧螺母(4-2)主体上的呈内外锥面的管形台高度G2=18 mm-22 mm，端头内径大于权利要求1所述复合管的外径0.1?0.3mm，端头壁厚h4=l.8?2.2mm。7.根据权利要求4所述的复合管的连接装置，其特征在于:在套装管头(4-1)的圆台形外锥面上加工有1-3道螺旋密封槽(4-1-1);该螺旋密封槽(4-1-1)槽宽0.8-1.2mm、槽中心深度为 0.2-1.2mm。8.根据权利要求4所述的复合管的连接装置，其特征在于:所述主体螺扣(4-3)上锁紧螺母(4-2 )的前端配套设置有锁紧备母。9.一种抗渗、耐热、耐腐管路系统的施工方法，包括权利要求1所述的复合管段端口的预加工，和将加工好的复合管段定位在权利要求4所述的连接装置上，其特征在于本方法包括以下步骤: A、按照管路系统结构设计图给出的管压、流量、标称尺寸选择权利要求1所述的薄壁不锈钢和强化PE塑料的复合管对应的型号与长度，下料成段待用； B、选择与上述的复合管段配套的连接装置； C、借助锥形管口扩管器将复合管段一端扩成锥形口；复合管的扩口段形成的内锥面顶角与复合管的连接装置中的套装管头(4-1)外锥面的锥顶角相匹配、扩口段的有效装配长度为18 mm-22 mm； D、将扩口复合管端套在复合管的连接装置中的套装管头(4-1)上，将套在复合管段上的配套的锁紧螺母(4-2)拧紧、加压、锁紧扩口段； E、复合管段另一端套入另一个锁紧螺母(4-2)后修正复合管段长度； F、重复执行C、D两步骤形成带有管接头的管路段。10.根据权利要求9所说的抗渗、耐热、耐腐管路系统的施工方法，其特征在于步骤E所说的修正复合管段长度包括: A、按照图纸要求实际测量复合管段一端定位后的系统段，将超出设计尺寸的部分截去，再扩口作业； B、按照图纸要求实际测量复合管段一端定位后的系统段长度，根据超出设计尺寸的数值减少下一段备料复合管段长度。
【文档编号】F16L19/025GK105889651SQ201610413735
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】张天林, 郝凯风
【申请人】张天林