本發(fā)明屬于復(fù)合管，具體為一種承插口包覆的復(fù)合管及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合管是一種廣泛用于液體輸送管網(wǎng)系統(tǒng)中的管材。使用時(shí)，要求管材與液體接觸的部位具有良好的防腐性，防止管材因?yàn)殚L期接觸到液體導(dǎo)致銹蝕，影響輸送液體的品質(zhì)?，F(xiàn)有復(fù)合管，一般外層為金屬管、內(nèi)層為塑料管，內(nèi)層和外層之間通過復(fù)合工藝復(fù)合起來。即對外層金屬管的內(nèi)壁通過塑料管進(jìn)行包覆。復(fù)合時(shí)，內(nèi)層塑料管受熱熔融，溫度過高時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)表面不平整或局部熔穿現(xiàn)象，輸送液體時(shí)內(nèi)表面不平整會導(dǎo)致阻力增大，內(nèi)層塑料管局部熔穿導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，生產(chǎn)成本提高，內(nèi)層塑料管熱膨脹系數(shù)大，在低溫下收縮大，與外層金屬管產(chǎn)生的相互剝離的內(nèi)應(yīng)力較大，長期使用存在內(nèi)襯分層的風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有復(fù)合管的結(jié)構(gòu)為承插式結(jié)構(gòu)，金屬管的一端為插口、另一端為承口。在管網(wǎng)安裝時(shí)，多根復(fù)合管依次連接，一根復(fù)合管的插口插入與其相鄰的復(fù)合管的承口。然而，這種方式?jīng)]有使管材的防腐包覆形成一整體，在使用過程中管道內(nèi)液體長期沖刷下會導(dǎo)致液體通過不同材料間的間隙滲入金屬管內(nèi)壁，導(dǎo)致防腐失效、管壁發(fā)生腐蝕，影響管道使用壽命，對管道內(nèi)輸送液體產(chǎn)生污染。

2、對于正常使用的給水管，會承受較大的內(nèi)部供水壓力，該內(nèi)部壓力為正壓，因此管材必須滿足規(guī)定的強(qiáng)度要求?，F(xiàn)有一些標(biāo)準(zhǔn)（團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)）中規(guī)定了不同壓力等級和不同公稱直徑下的公稱壁厚，符合標(biāo)準(zhǔn)的管材在對應(yīng)的壓力等級范圍內(nèi)均能滿足強(qiáng)度要求。因此，現(xiàn)有管材生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的管材一般都符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3、但是，當(dāng)管網(wǎng)出現(xiàn)故障，例如，管網(wǎng)中有管材發(fā)生爆管時(shí)，管網(wǎng)中的水會從爆管處噴出，管網(wǎng)中的壓力會迅速下降，甚至形成負(fù)壓。另外，管材還會受到一些外部壓力，例如埋在土體中的管材會受到其上部土體的重力。在上述外部壓力和內(nèi)部負(fù)壓作用下，管材會產(chǎn)生徑向上的變形，若插口變形量過大，插口會和與其連接的承口分離，導(dǎo)致承口和插口的連接處發(fā)生泄漏，使水管內(nèi)部受到污染。因此，需要保證管材的插口在上述情況下的變形不超出一定范圍。為此，對于插口，要獲得滿足變形要求的最小插口厚度，若選用的管材的插口厚度小于滿足變形要求的最小插口厚度，則需要采取措施，使其滿足變形要求，例如，在管材二次加工或安裝時(shí)，在插口套接環(huán)形加強(qiáng)圈，形成復(fù)合插口，以增強(qiáng)抵抗變形的能力。然而，加強(qiáng)圈的材質(zhì)往往與基管（即外管）的材質(zhì)不同，因?yàn)榧訌?qiáng)圈直接接觸管內(nèi)水，其需要采用不銹鋼等耐腐蝕材質(zhì)，而基管一般采用球墨鑄鐵、q235等相對便宜材質(zhì)。因此，如何保證上述復(fù)合插口滿足最大變形要求同時(shí)厚度最小或接近最小成為待解決的問題。所述基管是指處于出廠設(shè)置的管材，即基管沒有安裝加強(qiáng)圈、沒有進(jìn)行復(fù)合工藝等二次加工。所述基管包括依次連接的承口、管身和插口。管身可分為兩部分，分別為主體部和過渡部，過渡部用于主體部和承口的過渡連接，即承口、過渡部、主體部和插口依次連接。管身內(nèi)壁面為圓柱面，即過渡部的內(nèi)徑和主體部的內(nèi)徑相等。主體部為圓筒狀，過渡部外壁面為錐面，換言之，主體部各處厚度基本均勻，過渡部厚度沿著從承口到插口的方向逐漸減小。管身外徑是指所述主體部的外徑，管身厚度是指所述主體部的厚度，基管外徑即為管身外徑。圖15中，x為插口端部倒角的沿軸線方向的長度，y為插口端部倒角的高度（即徑向上的尺寸），de是插口的外徑，t6是插口的長度。

4、對于承口，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)沒有給出其壁厚要求，但一般都需要保證其厚度足夠以滿足強(qiáng)度要求，最好使承口各處的厚度在滿足使用強(qiáng)度的同時(shí)厚度最小或接近最小。當(dāng)前，一般基管的承口的材質(zhì)只有一種，比如為球墨鑄鐵或q235鋼，這種承口是單層承口。然而，為了提高管材的性能，承口可以被制作成復(fù)合承口，即包括至少兩層同軸的從內(nèi)到外依次套接的不同材質(zhì)的結(jié)構(gòu)，例如內(nèi)層為不銹鋼、外層為q235鋼，節(jié)省成本的同時(shí)可以提高管材的耐腐蝕性。同理，該復(fù)合承口若能滿足強(qiáng)度同時(shí)厚度最小或接近最小，也能大大降低成本。對于復(fù)合承口，基管承口內(nèi)壁可以完全被內(nèi)襯覆蓋或未完全被內(nèi)襯覆蓋，當(dāng)基管承口內(nèi)壁未完全被內(nèi)襯覆蓋時(shí)，復(fù)合承口包括單層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)部分，所述單層結(jié)構(gòu)只有一層，即最外層的基管，所述多層結(jié)構(gòu)包括至少兩層，即包括最外層的基管以及套接在基管內(nèi)的各內(nèi)襯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種承插口包覆的復(fù)合管及其制造方法，耐腐蝕材質(zhì)的內(nèi)管作為內(nèi)襯，覆蓋外管內(nèi)壁、復(fù)合管插口端面和插口外壁，運(yùn)送環(huán)境潔凈程度高、復(fù)合管防腐性能佳、安裝簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、使用壽命長。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種承插口包覆的復(fù)合管，包括內(nèi)管和外管，內(nèi)管套接在外管內(nèi)，外管包括依次連接的承口、管身和插口，內(nèi)管采用耐腐蝕金屬材料制成，承口的內(nèi)壁設(shè)有階梯和/或凹槽，內(nèi)管的一段覆蓋部分承口的內(nèi)壁和管身的內(nèi)壁，內(nèi)管的另一段完全包覆插口。

4、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

5、優(yōu)選的，內(nèi)管包括內(nèi)套和插口套，覆蓋插口外壁的一段內(nèi)管為插口套，覆蓋外管內(nèi)壁的一段內(nèi)管為內(nèi)套。

6、優(yōu)選的，內(nèi)套和插口套為一整體。

7、更優(yōu)選的，插口套為將內(nèi)管一端旋壓外翻成型。

8、更優(yōu)選的，插口套和內(nèi)套焊接在一起。

9、優(yōu)選的，插口套和內(nèi)套的焊接處位于插口的端面上，覆蓋插口端面的內(nèi)管區(qū)域由插口套翻邊和/或內(nèi)套翻邊后焊接形成。

10、優(yōu)選的，內(nèi)套的厚度不小于0.1mm。

11、優(yōu)選的，管身和插口整體由不銹鋼與碳鋼的復(fù)合板焊接形成。

12、優(yōu)選的，相鄰兩根所述復(fù)合管連接時(shí)，一根復(fù)合管的插口插入與其相鄰的復(fù)合管的承口內(nèi)并通過密封圈密封，密封圈的外圈接觸一根復(fù)合管承口的內(nèi)管內(nèi)壁、密封圈的內(nèi)圈接觸相鄰復(fù)合管插口外壁上的插口套的外壁。

13、更優(yōu)選的，密封圈設(shè)有至少一個(gè)，密封圈安裝在承口的內(nèi)壁凹槽內(nèi)或通過限位件對密封圈限位。

14、承口和內(nèi)管覆蓋承口內(nèi)壁的部分形成復(fù)合承口，插口和內(nèi)管覆蓋插口的部分形成復(fù)合插口。

15、復(fù)合插口厚度的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：

16、步驟a1：根據(jù)圓環(huán)的撓曲線微分方程和力矩平衡方程獲得圓環(huán)的徑向變形的微分方程和微分方程的通解；

17、步驟a2：根據(jù)步驟a1得到的微分方程的通解計(jì)算并獲得所述圓環(huán)徑向變形最大量的計(jì)算公式；

18、步驟a3：根據(jù)步驟a2獲得的徑向變形最大量的計(jì)算公式求得基管的滿足變形要求的插口最小厚度；

19、步驟a4：對于插口厚度小于步驟a3得到的最小厚度的基管，在基管的插口內(nèi)套接至少一層環(huán)形加強(qiáng)圈，形成復(fù)合插口，若加強(qiáng)圈的材質(zhì)和基管的插口的材質(zhì)相同，則復(fù)合插口的厚度不小于步驟a3得到的最小厚度即可，若加強(qiáng)圈的材質(zhì)和基管的插口的材質(zhì)不相同，則轉(zhuǎn)步驟a5；

20、步驟a5：確定加強(qiáng)圈的最小厚度，加強(qiáng)圈的厚度不小于所述最小厚度，則復(fù)合插口的厚度即為滿足變形要求的最小厚度。

21、設(shè)復(fù)合承口的最外層為基層，其它層為非基層，對于所述復(fù)合承口中的多層結(jié)構(gòu)，所述設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：

22、步驟c1：基于復(fù)合承口各層應(yīng)變相同、根據(jù)非單層材料平衡方程獲得任一非基層的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式；

23、步驟c2：確定任一非基層的厚度和基層的厚度的關(guān)系，確定原則為：非基層的應(yīng)力與非基層的材質(zhì)的屈服強(qiáng)度的比值不大于管身內(nèi)壁應(yīng)力與管身材質(zhì)的屈服強(qiáng)度的比值；

24、步驟c3：根據(jù)步驟c2確定的關(guān)系計(jì)算非基層和/或基層的厚度。

25、步驟a2包括如下步驟：

26、步驟a21：假設(shè)所述圓環(huán)受到至少兩個(gè)相對圓心對稱的徑向集中力，基于所述假設(shè)，計(jì)算微分方程通解中的常數(shù)項(xiàng)，獲得微分方程第一形式；

27、步驟a22：基于步驟a21獲得的微分方程第一形式，假設(shè)所述圓環(huán)只受到兩個(gè)相對圓心對稱的徑向集中力，則微分方程第一形式變換為微分方程第二形式；

28、步驟a23：通過引入系數(shù)將所述圓環(huán)受到的內(nèi)部負(fù)壓引入微分方程第二形式，獲得微分方程第三形式；

29、步驟a24：根據(jù)步驟a23得到的微分方程第三形式獲得帶系數(shù)的所述圓環(huán)直徑最大變化量的計(jì)算公式。

30、步驟a3包括如下步驟：

31、步驟a31：根據(jù)已有剪切載荷公式計(jì)算一參考管材的參數(shù)，所述參考管材的材質(zhì)、外徑分別和基管的材質(zhì)、外徑相同；

32、步驟a32：根據(jù)步驟a31計(jì)算得到的參數(shù)通過仿真模擬獲得所述參考管材插口最大變形量；

33、步驟a33：將步驟a32獲得的插口最大變形量代入步驟a2的計(jì)算公式，得到所述計(jì)算公式中的系數(shù)值，從而得到已知系數(shù)的圓環(huán)徑向變形最大量的計(jì)算公式；

34、步驟a34：根據(jù)許用變形規(guī)定和步驟a33得到的公式計(jì)算得到基管的滿足變形要求的插口最小厚度。

35、步驟a1中，得到的徑向變形量 u的微分方程為：，

36、其通解為：

37、，

38、其中， r為所述圓環(huán)的外圓半徑和內(nèi)圓半徑的平均值； e是管材的彈性模量，pa； i是圓管截面的慣性矩，m4； m是局部區(qū)域某段圓環(huán)承受的彎矩，單位n*m；建立二維坐標(biāo)系， φ是變形量為 u處的點(diǎn)和坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線與二維坐標(biāo)系中 x軸正方向之間的夾角，；a1、a2、a3、b2、b3為常數(shù)。

39、步驟a2中，假設(shè)所述圓環(huán)受到至少兩個(gè)相對圓心對稱的徑向集中力p，且相鄰兩個(gè)徑向集中力p之間的夾角為，所述圓環(huán)滿足以下三個(gè)邊界條件：

40、第一、在處，由于對稱性，處截面的轉(zhuǎn)角為0，即滿足以下公式：；

41、第二、由于對稱性，每一等分段內(nèi)的圓弧的總的切向位移為0；即有：；

42、第三、在a點(diǎn)臨近切開，去除a點(diǎn)及作用的力p，由對稱性及平衡條件可知，圓環(huán)切口處截面上的剪力，即有：；

43、聯(lián)立以上三個(gè)公式和微分方程的通解，得到微分方程第一形式：

44、；

45、假設(shè)所述圓環(huán)只受到兩個(gè)相對圓心對稱的徑向集中力p，則：，得到微分方程第二形式：

46、；

47、引入系數(shù)m，得到微分方程第三形式：

48、；

49、作用力p的作用點(diǎn)處為最大變形量處，圓環(huán)直徑變化量為：

50、，其中，i=s3/12，s為管身的壁厚。

51、步驟a5中，通過實(shí)驗(yàn)或仿真或理論計(jì)算獲得和確定加強(qiáng)圈的最小厚度，通過理論計(jì)算獲得和確定加強(qiáng)圈的最小厚度時(shí)，基于基管的插口厚度和根據(jù)縱向復(fù)合梁的抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式獲得加強(qiáng)圈的最小厚度。

52、對于同一基管，沿著從承口到插口的方向，承口的內(nèi)壁包括依次排列的第一階梯、第二階梯、第三階梯、第四階梯、第五階梯，管身內(nèi)壁一端為第六階梯，第四階梯和第五階梯連接處的倒角為第一倒角，第五階梯和第六階梯連接處的倒角為第二倒角，第二階梯和第三階梯連接處的倒角為第三倒角，第一階梯和第二階梯連接處的倒角為第四倒角、第三階梯和第四階梯連接處的倒角為第五倒角。

53、步驟c1中，把所述多層結(jié)構(gòu)視作包括至少一個(gè)內(nèi)壁為圓錐面的壓力容器加上至少一個(gè)安裝在壓力容器內(nèi)壁上的環(huán)形加強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)，步驟c1中，第一圓錐為一個(gè)內(nèi)壁為圓錐面的壓力容器，第一倒角處和第二倒角處位于第一圓錐的內(nèi)壁上。

54、步驟c1中，設(shè)具有m層非基層和一層基層，則所述多層結(jié)構(gòu)的平衡方程為：

55、；

56、其中， p為圓錐形容器的內(nèi)部壓力，d為圓錐形容器待計(jì)算處的直徑，為圓錐高度，s1、s2、…、sm分別為各非基層的厚度，sb是基層的厚度，、、…、分別為各非基層的環(huán)向應(yīng)力，是基層的環(huán)向應(yīng)力， α為圓錐形容器的半錐角；

57、步驟c1中，基層的應(yīng)變和各非基層的應(yīng)變相同，滿足：，即，其中，e1、e2、…、em分別為各非基層的彈性模量，eb是基層的彈性模量，結(jié)合所述平衡方程得到第n層非基層的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式為：，其中，是第n層非基層的環(huán)向應(yīng)力，n取1~m，en是第n層非基層的彈性模量。

58、步驟c2中，為了使復(fù)合承口達(dá)到強(qiáng)度要求，則第n層非基層內(nèi)部應(yīng)力與管身內(nèi)壁應(yīng)力之間滿足：，，其中，q0、qn分別為管身和第n層非基層的材料的屈服強(qiáng)度；為管身的環(huán)向應(yīng)力，s為管身厚度，d0為管身外徑，p是管內(nèi)流體給的壓力，聯(lián)立第n層非基層的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式，得到第n層非基層的厚度和基層的厚度的關(guān)系：。

59、已知應(yīng)力最大處對應(yīng)的基層的厚度時(shí)，根據(jù)第n層非基層的厚度和基層的厚度關(guān)系求出屈服應(yīng)力最小一層的最小厚度，設(shè)該層為最小應(yīng)力層，將其它非基層的厚度設(shè)為不小于最小應(yīng)力層的最小厚度；已知非基層的厚度時(shí)，首先，選取基層應(yīng)力易集中的至少一處，選取原則為：各選取處的強(qiáng)度滿足要求后，按照外壁設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出的基層的其它地方強(qiáng)度也滿足要求；然后根據(jù)第n層非基層的厚度和基層的厚度關(guān)系求出各選取處的厚度。

60、一種承插口包覆的復(fù)合管的制造方法，用于制造所述的復(fù)合管，包括如下步驟：

61、步驟s1：處理外管的內(nèi)壁和外壁、制作內(nèi)管；

62、步驟s2：將內(nèi)管套接并壓緊在外管上。

63、步驟s2中，通過旋壓成型或者液壓成型，使內(nèi)套緊壓在外管內(nèi)壁。

64、步驟s3中，插口套由將內(nèi)管的一端旋壓成型獲得。

65、優(yōu)選的，步驟s1中，制作內(nèi)管時(shí)，分別制作內(nèi)套和插口套，將插口套套在插口外壁上，在步驟s3和步驟s4之間，將內(nèi)套和插口套焊接，焊接處位于所述復(fù)合管的插口一端的端面上。

66、本發(fā)明的有益效果是：

67、（1）耐腐蝕材質(zhì)的內(nèi)管覆蓋外管內(nèi)壁、插口端面和插口外壁，將外管與所述復(fù)合管內(nèi)流通的液體完全隔離，有效阻止外管發(fā)生銹蝕，起到較好的防腐作用，提高了管材的使用壽命，避免外管的銹蝕污染水質(zhì)，提高了液體輸送性能。

68、（2）耐腐蝕金屬材質(zhì)的內(nèi)管作為內(nèi)襯，與塑料管內(nèi)襯相比，提高了復(fù)合管內(nèi)表面光潔度，內(nèi)襯厚度較小，提高了管道輸水效率、降低運(yùn)行能耗。

69、（3）內(nèi)襯為耐腐蝕金屬材質(zhì)的內(nèi)管，與塑料管內(nèi)襯相比，大幅降低了內(nèi)管與外管之間因材料膨脹系數(shù)不一致產(chǎn)生的相互剝離的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)襯不易發(fā)生分層、變形。

70、（4）耐腐蝕金屬材質(zhì)的內(nèi)管作為內(nèi)襯，與塑料管內(nèi)襯相比，管材可應(yīng)用于輸送高溫液體介質(zhì)，在管材受到外界火災(zāi)等高溫影響時(shí)，內(nèi)襯不會受到破壞。

71、（5）安裝時(shí)，所述復(fù)合管的插口插入相鄰復(fù)合管的承口并通過密封圈密封，密封圈外圈緊壓承口的內(nèi)管內(nèi)壁、內(nèi)圈壓緊插口外壁的插口套，防止作為內(nèi)襯的內(nèi)管脫落，同時(shí)防止水流對內(nèi)襯耐腐蝕端口直接沖擊造成復(fù)合管分層。

72、（6）相鄰兩根復(fù)合管連接后，一根復(fù)合管的插口端面和與其相鄰的復(fù)合管的管身端面之間存在間隙，液體會通過此間隙滲入、接觸到插口外壁，此時(shí)，耐腐蝕材質(zhì)的插口套會起到防腐作用，同時(shí)，密封圈的內(nèi)圈緊壓插口的外壁，將管身和承口完全與液體隔開，防止管身和承口接觸到液體發(fā)生腐蝕。

73、（7）插口套和內(nèi)套通過焊接連接，且焊接點(diǎn)設(shè)置在插口端面，制造加工方便，焊縫對管材安裝無任何影響。

74、（8）管身可通過不銹鋼與碳鋼的復(fù)合板焊接形成，內(nèi)襯防腐、加工工藝簡單、管材強(qiáng)度高。

75、（9）可通過理論分析和計(jì)算獲得不同管徑的承插式管材滿足變形要求的復(fù)合插口最小或接近最小的厚度以及滿足強(qiáng)度要求的復(fù)合承口最小或接近最小厚度，節(jié)約了材料，降低了管材的生產(chǎn)、制造和運(yùn)輸成本，設(shè)計(jì)最小壁厚的方法為理論計(jì)算，成本低、效率高，為實(shí)驗(yàn)和管材設(shè)計(jì)提供了有力支撐，為二次加工和安裝提供參考；管網(wǎng)系統(tǒng)使用更可靠，大大降低了管材發(fā)生爆管時(shí)由于插口變形過度導(dǎo)致相鄰管材的插口和承口分離導(dǎo)致的漏水和供水被污染的情況、承口發(fā)生裂開的情況，提高了管材的耐腐蝕性能。