CN112895407B - 一种热塑性管道扩张装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热塑性管道扩张装置，属于管道施工领域。其技术方案：基座整体为圆盘型，基座径向安装油缸，基座轴向固定转筒，转筒内腔与油缸腔体之间通过基座空腔连通；滑套安装到转筒外；油缸包括缸体和活塞杆，缸体与基座连接，活塞杆安装顶靴；拉杆一端与顶靴铰接，拉杆另一端与滑套铰接；转筒伸出端的端部安装转接头，所述转接头连接液压管道。本发明通过机械结构约束多个顶靴同步扩张，防止热塑性管道偏斜破损，有利于扩径后的管道尺寸达到设计需求；通过设置油缸或者滑套的不同位置限位，可以实现不同管径的管道扩径操作，设备适应性强。

Description

一种热塑性管道扩张装置

技术领域

本发明涉及管道施工领域，更具体地说，涉及热塑性管道扩径施工。

背景技术

聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、聚甲醛管等具有成本低、耐腐蚀、便于施工等优势，广泛应用于油气输送、城市燃气、自来水管网等领域。目前上述管道主要采用热熔对接的方式连接，即通过加热软化后将管道端部挤压在一起。该类型连接方式施工较为简单，但是因为聚合物材料本身特性的限制，热熔连接部位轴向强度较低；并且管道挤压部位留下凸出的环状残留，限制了清管器通过，造成管道难以进行清管施工。该类连接方式，连接部位凸出的环状残留，不利于在管道外层设置缠绕层。另外，由于管道两段夹具结构的限制，对于大口径的薄壁管道，难以采用热熔对接的方式连接。

柔性复合管道因其耐温优、柔韧性好、重量轻、成本低、抗腐蚀性和抗渗透能力突出，广泛应用于石油化工行业。该管道由内而外主要由内衬层、增强层和保护层组成。内衬层，也称之为传输层，通常由交联聚乙烯或者聚乙烯组成，具有抗小分子渗透性能；增强层由涤纶纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等纤维材质交错缠绕形成，硫化氢应力开裂风险较低，承压能力强；保护层由交联聚乙烯或者聚乙烯组成，耐温性能优良。

复合材料管道的连接方法通常有机械压紧方式和非机械压紧方式两大类。机械压紧方式的原理是把复合管的各层依靠机械作用压紧到接头件上，实现密封的同时实现轴向负载的传递。机械压紧连接，需要将一个金属管件的宝塔式接头***复合管道内部；然后再管道外套一个金属套，通过拧紧金属套将管道压紧。但是，高压柔性复合材料管由于具有增强层，采用机械式压紧方式容易破坏增强层结构。尤其是针对于承压能力更高的、增强层为脆性较大复合材料的柔性复合管，增强层一旦破坏，将会造成负载的传递减弱，压力承受能力降低，容易发生泄漏事故。非机械压紧方式是采用分层连接的方式，将复合管道逐层连接。其中内衬层主要采用热熔对接的方式连接，即管道端部加热软化后挤压在一起实现连接效果。但是此类连接方式同样存在连接强度低、凸出的环状残留的问题。

基于上述技术背景，有相关学者提出了热塑性管道扩径连接方法；即管道一端加热软化后进行扩径操作，然后套入待连接管道，通过电热丝等继续加热，实现两段管道的对接。这样的连接方式强度高，并且管内不存在凸出的环状残留，有利于管道清管作业。通过调研，目前管道扩径主要有以下专利技术。

专利CN204661780U公布了一种管道扩径装置，包括内管、扩管部、液氮供应装置、液氮收集装置和管道，液氮供应装置与内管的一端连接，所述的液氮收集装置与内管的另一端连接，扩管部设置在内管的两端之间，所述的扩管部包括金属管、翅片和绝缘体，翅片设置在金属管上，所述翅片之间的金属管外部设置绝缘体；内管包括软管和绝缘体，所述绝缘体设置在软管外部；内管与扩径部之间通过接头连接，所述的内管装入到管道内，当扩径部放置到管道内需扩径的部位，管道内充满水，启动液氮供应装置将液氮通过内管一端输入，经过内管、扩径部再经过内管流入到液氮收集装置。该方案需要对施工管段内充满水；需要将液氮通过内管输送到扩径部位，并通过内管输送到管道出口进行收集。因此不具备充水、排水条件的管道难以使用该方案。

专利CN210919606U公布了一种螺旋管管端扩径的液压***，包括机架、滑动连接于机架上的一对扩径模块、置于两扩径模块之间且与扩径模块配合使用的扩径斜块，其中扩径斜块通过油缸驱动，油缸上连接有油路管道，油路管道一端连接有油箱，油路管道包括低压大流量油路管道和高压小流量油路管道，低压大流量油路管道和高压小流量油路管道之间安装有切换油液流通路径的二位四通电磁换向阀和三位四通电磁阀；高压小流量油路管道上安装有可调式压力继电器。该技术方案采用两个独立液压输出单位，根据所需工作状态自动转换实现不同工作过程对工作压力、移动速度的不同需求，节省能力、提高效率，非工作状态、非压力输出油泵为空载状态，可减少电能的消耗，减低油泵的损耗。但是，该方案采用斜块作为执行机构，扩径行程有限；并且不能对管道圆周方向同时扩径，因此难以保证管道扩径后的圆整度。

专利CN204934380U公布了一种管端液压冷扩径机，包括：液压***、支架、外胎、内胎、垂直导向块、支撑管、导向杆及位置传感器。液压***安装在支架上，液压***的活塞杆与内胎的后端固定连接。内胎的表面设置有多个环绕内胎分布的倾斜面，倾斜面上设置有T型槽。外胎的内侧设置有与T型槽相配合的T型块，T型块配合在T型槽内。支撑管固定在支架上，垂直导向块与支撑管前端T型槽相配合。垂直导向块与外胎固定连接。导向杆与活塞杆连接，位置传感器固定在支撑上。该方案采用T型槽相配合的斜块作为执行机构，扩径行程有限；并且不能对管道圆周方向同时扩径，因此难以保证管道扩径后的圆整度。

专利CN209903918U公布了一种管道补口热收缩套扩径装置，包括底座、支架、液压缸、压头、连接杆、提拉座和扩径模具；所述底座固定在水平地面上，在底座上固定安装扩径模具和支架；所述扩径模具主体部分为圆柱体结构；所述支架顶端设有横梁，在所述横梁上安装液压缸；所述液压缸呈倒置状态，在其伸缩臂下端安装压头；所述压头与扩径模具中心轴线重合；所述提拉座布置在压头下方，通过连接杆和压头连接，由压头、连接杆和提拉座组成一体式框架，在提拉座上设有与扩径模具外径尺寸匹配的中心孔。该技术方案通过轴向挤压的方式，将锥形扩径模具塞入交联聚乙烯管道，进行管道扩径。由于该技术方案结构的特殊性，只能对较短的一段管道进行扩径操作；并且待扩径管道轴向阻力过大时，管道容易发生屈曲而不能套入到锥形扩径模具。

综上所述，现有技术主要是对金属管道进行扩径操作，消除焊接部位应力；对热塑性塑料管扩径，采用锥形模具挤压的方式。相关现有技术，难以适应热塑性管的扩径施工。因此，发明一种针对热塑性塑料管的扩径方法和工具，具有现实意义和应用前景，相关技术具有较大应用价值。

发明内容

本发明的目的：提出一种针对热塑性塑料管的扩径工具，克服现有管道扩径技术扩径程度小、扩径后管道圆整度低、不适应长管道端部扩径等问题；解决现有热塑性管道热熔对接轴向强度低、连接部位存在凸出环状残留的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下。

一种热塑性管道扩张装置，包括顶靴、基座、油缸、拉杆、转筒、滑套和转接头，其特征在于：基座整体为圆盘型，基座径向安装油缸，基座轴向固定转筒，转筒内腔与油缸腔体之间通过基座空腔连通；滑套安装到转筒外；油缸包括缸体和活塞杆，缸体与基座连接，活塞杆安装顶靴；拉杆一端与顶靴铰接，拉杆另一端与滑套铰接；转筒伸出端的端部安装转接头，所述转接头连接液压管道。

还包括支架和挡环，其特征在于：转筒固定到支架上，转筒与支架之间设置轴承，所述轴承为滑动轴承；支架两端设置挡环，所述挡环为圆环形并与转筒之间通过螺栓固定。

滑套和基座之间设置弹簧，所述弹簧为压缩弹簧，所述弹簧套在转筒上。

至少3个油缸在基座圆周方向中心对称布置。

顶靴包括弧形板，所述弧形板的母线与转筒轴线平齐，弧形板内侧与油缸的活塞杆连接，弧形板靠近管道一侧的端部设置过渡段，所述过渡段为锥形或者圆弧形。

本发明具有的有益效果是：（1）本发明通过机械结构实现多个顶靴同步扩张，防止热塑性管道偏斜，有利于扩径后的管道尺寸达到设计需求；（2）通过顶靴的特殊结构，管道扩径后大端和小端之间存在光滑过渡段，防止热塑性管道破损；（3）液压驱动，配合手动调整扩径部位，操作简单方便；（4）通过设置油缸或者滑套的不同位置限位，可以实现不同管径的管道扩径操作，设备适应性强。

附图说明

图1为本发明的结构简图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为本发明所述顶靴的结构简图。

图中：1.管道；2.顶靴；3.基座；4.缸体；5.活塞杆；6.弹簧；7.拉杆；8.转筒；9.滑套；10.挡环；11.支架；12.轴承；13.转接头。

具体实施方式

本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合附图对本发明作以下描述。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。

一种热塑性管道扩张装置，包括顶靴2、基座3、油缸、拉杆7、转筒8、滑套9和转接头13。基座3整体为圆盘型，基座3径向安装油缸，基座3轴向固定转筒8，转筒8内腔与油缸腔体之间通过基座3空腔连通。滑套9安装到转筒8外，滑套9可以在转筒8轴向滑动。油缸包括缸体4和活塞杆5，所述缸体4与基座3连接，活塞杆5伸出端的端部安装顶靴2。拉杆7一端与顶靴2铰接，拉杆7另一端与滑套9铰接。转筒8伸出端的端部安装转接头13，所述转接头13连接液压管道；支架11固定不动，转筒8旋转的情况下，转接头13保证液压管道正常连接。

转筒8固定到支架11上，转筒8与支架11之间设置轴承12，所述轴承12为滑动轴承12。支架11两端设置挡环10，所述挡环10为圆环形并与转筒8之间通过螺栓固定。

滑套9和基座3之间设置弹簧6，所述弹簧6为压缩弹簧6，所述弹簧6套在转筒8上。在油缸卸去压力后，所述弹簧6使得顶靴2复位。

至少3个油缸在基座3圆周方向中心对称布置，这样多个顶靴2同步伸出，对管道1多部位同时扩张，防止管道1偏斜变形。

顶靴2包括弧形板，所述弧形板的母线与转筒8轴线平齐，弧形板内侧与油缸的活塞杆5连接，弧形板靠近管道1一侧的端部设置过渡段，所述过渡段为锥形或者圆弧形。通过所述顶靴2的特殊结构，管道1扩径后大端和小端之间存在光滑过渡段，防止热塑性管道1破损。

本发明的原理是：在进行热塑性管道1扩径作业时，将本发明所述顶靴2置于管道1内，从转接头13通入高压液压油，油液依次通过转筒8和基座3进入到油缸，油缸推动顶靴2向外撑开，从而将管道1扩径。卸去油缸压力后，在压缩弹簧6的作用下，顶靴2回位；手动转动拉杆7和顶靴2，使得顶靴2在管道1圆周方向不同位置进行扩径操作。顶靴2多次顶出，管道1整个圆周方向均匀扩张，达到扩径的效果。通过上述方案，在拉杆7和滑套9的作用下，多个顶靴2协同工作，同步扩张，防止热塑性管道1偏斜破损，有利于扩径后的管道1尺寸达到设计需求。

Claims (1)

1.一种热塑性管道扩张装置，包括顶靴、基座、油缸、拉杆、转筒、滑套和转接头，其特征在于：基座整体为圆盘型，基座径向安装油缸，基座轴向固定转筒，转筒内腔与油缸腔体之间通过基座空腔连通；滑套安装到转筒外；油缸包括缸体和活塞杆，缸体与基座连接，活塞杆安装顶靴；拉杆一端与顶靴铰接，拉杆另一端与滑套铰接；转筒伸出端的端部安装转接头，所述转接头连接液压管道；

还包括支架和挡环，转筒固定到支架上，转筒与支架之间设置轴承，所述轴承为滑动轴承；支架两端设置挡环，所述挡环为圆环形并与转筒之间通过螺栓固定；

滑套和基座之间设置弹簧，所述弹簧为压缩弹簧，所述弹簧套在转筒上；

至少3个油缸在基座圆周方向中心对称布置；

顶靴包括弧形板，所述弧形板的母线与转筒轴线平齐，弧形板内侧与油缸的活塞杆连接，弧形板靠近管道一侧的端部设置过渡段，所述过渡段为锥形或者圆弧形。

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