资深工程师对HDPE大口径中空壁缠绕管介绍
HDPE中空壁缠绕管是国际上90年代发展起来的新型塑料排水管材,目前已在替代水泥管排水工程上广泛使用。去年以来,青岛德意利机械有限公司从德国和韩国引进几条生产线,可向市场提供5200~ 51500的中空壁缠绕管材,总生产能力115万吨/年。并从2001年开始研制新型的中空壁大口径缠绕管生产线及配套的管件连接系统。
1规格、性能、特点和用途,部份参考HDPE双壁波纹管
1.1中空壁管结构中空壁管属于全塑缠绕熔接管,管材内壁基本光滑,管材壁的几何形状和尺寸如图1。
1.2规格性能中空壁缠绕管规格性能见表1。
1.3特点中空壁缠绕管的特性决定了本身的优越性,具体特点如下。
(1)化学性质稳定耐酸、碱、盐能力强,耐污水、废水及化学药品的腐蚀,耐土壤中腐蚀物质的腐蚀,无锈蚀。
(2)抗冲击管材壁采用/工字型0结构,耐冲击、耐压,弹性变形大而不易破坏,对任何地基都有很好的适应性。
(3)耐老化管材通常为黑色,可承受存放和施工过程中太阳的直晒。在管材设计过程中,充分考虑了长时期材质性能的衰减等因素。
(4)适应温度范围广在-80e到60e的环境条件下,管子不会冻破或膨胀漏水。
(5)重量轻是水泥管重量的1/8,便于运输,施工方便,不需大型施工设备。
(6)连接方便管材可先在沟外连接,用挖土机推到沟中。在城市排水工程建设中,可减少施工时间和工程费用。
(7)耐磨性好比钢管、水泥管耐磨,使用寿命长, 可达50年。
(8)输水量大排水流通性好、内壁光滑,内壁糙率 n值约为01001,因此,输送流体时比摩阻小,相对同内径水泥管在同等使用条件下,输水量可提高40%,因此可用内径较小的缠绕管替代内径较大的水泥管。
(9)经济性原材料价位低,施工、管理、维修费用低。
(10)环保性HDPE是无毒性原料,对土壤无害, 对任何微生物都是非营养源,并且完全能再生使用。是环保绿色型产品。
1.4用途
可用于市政建筑地下排水、排污管道;远距离低压输水;农业用灌溉水管道;工厂及养畜场等的污水管道;广场、运动场、高尔夫球场、道路的排水管道;排水终末处理场、粪尿处理场;通风管道及化工容器制作。
2环刚度
2.1环刚度是埋地排水管重要的性能指标在埋地排水的应用中管材内几乎无压力,管材承受的负载主要是外压负载(包括动负载和静负载)。如果管材的环刚度太小,管材将发生过大变形或屈曲等破坏。所以选择的环刚度不够就不能保证产品的安全使用。如果环刚度选择的太高,必然采用过大的截面惯性矩,将造成用材过多,成本过高。目前国内结构壁管的价格是个重要因素,而结构壁管的成本中材料成本占很大比例。所以必须要选择一个合适的环刚度(在截面设计上在尽量减少材料的用量下实现这个环刚度)。
2.2环刚度的定义国家规定采用的/环刚度0指标是按照国际标准 ISO9969的定义,单位kN/m2 。环刚度用S表示。从以上定义可以看出,环刚度取决于中空壁管的材料(弹性模量)、直径和截面惯性矩。根据用途等因素选定材料和直径后,就可根据截面的设计来实现对环刚度的要求。而管壁截面是由设备和模具来实现的,设备模具做好后就很难改变。所以在投资定购生产线前必须认真选择要求的环刚度。我国的行业标准QB/T1916-93报批的国家标准中管材管件公称环刚度分级(见表2)。
2.3国内外埋地排水用结构壁管选择的环刚度我国早期引进设备生产的PVC双壁波纹管和加肋管(直径<400以下)大都选择了环刚度等于或大于 8kN/m2 。近年国外对于塑料结构壁管进行了试验、研究和几十年实际经验,证明塑料结构壁管可以使用比较低的环刚度。在环刚度的选择与生产速度,管材成本,重量及断面形状等指标的关系方面形成实验数据。
3生产工艺流程及设备
3.1中空壁缠桡管生产工艺流程(见图2)
3.2中空壁缠绕管在生产、联接、施工应用方面的特点中空壁缠绕管生产线使用以PE63和PE80级 HDPE为基料,采用挤出方型管缠绕方式,同时通过挤出熔胶黏接,可生产5200~53000规格系列的缠绕管。这种管材具有以下几个方面的特点。
(1)同一规格的管材可具有不同的环刚度系列,只需改变方型管的几何形状、尺寸、调整熔胶宽度,方型管模具加工比较简单;
(2)管材外壁平整,连接方便,5600以下规格可用螺旋扭紧、外表焊接方式,5700以上规格可电热焊接,联接成本低,现场施工方便;
(3)施工适于暗挖或旧水泥管穿管。明沟埋管可在路面联接后推入沟中,施工速度快,废管回收方便,运输时可大管套小管,工程综合造价低,易于推广应用;
(4)设备投资小,更换规格只需调整成型台直径和型管尺寸。
3.3设备的构成及特点中空壁缠绕管生产线是参照欧洲prEN-13476- 1排水管道标准,参照德国、芬兰和韩国的技术研制开发的。
(1)设备构成中空壁型管挤出机:590~5150, 长径比为30B1;模头;真空定径水槽:长度6m;冷却水槽:长度6m;熔胶挤出机:565~5120,长径比为30B 1;缠绕成型机:缠绕管直径5200~52200;冷却水槽; 切割机;堆放架长度6m;转运工具;环刚度检测装置。
(2)设备特点型管挤出机采用专用减压BM高效螺杆,可使用部分或全部回收料,塑化质量好,效率高;熔胶挤出机采用意大利进口专用减速箱,承载能力大、效率高、噪音低。传动扭矩大,以利于提高塑化效果;机头采用螺旋机头,保证壁厚均匀,无熔接痕;真空定型采用圆方型定型技术,以保高速挤出;挤出型管截面设计合理,在相同环刚度条件下,与韩国标准相比, 使缠绕管每米重量降低10%至20%,速度提高15%; 翻转架配有轴向移动装置,缠绕管切断后能马上移开, 确保缠绕机正常工作;整条生产线采用PLC控制系统,生产操作自动化程度高。
4结束语
城市排水设施工程已成为基础建设的重点,随着城市污水处理量的增加,城市的扩建和地下工程的改建,埋地排水管网将大量增加。我们将提高中空壁缠绕管的生产技术和设备水平,为促进我国城市排水事业的发展和提高做出努力。
1规格、性能、特点和用途,部份参考HDPE双壁波纹管
1.1中空壁管结构中空壁管属于全塑缠绕熔接管,管材内壁基本光滑,管材壁的几何形状和尺寸如图1。
1.2规格性能中空壁缠绕管规格性能见表1。
1.3特点中空壁缠绕管的特性决定了本身的优越性,具体特点如下。
(1)化学性质稳定耐酸、碱、盐能力强,耐污水、废水及化学药品的腐蚀,耐土壤中腐蚀物质的腐蚀,无锈蚀。
(2)抗冲击管材壁采用/工字型0结构,耐冲击、耐压,弹性变形大而不易破坏,对任何地基都有很好的适应性。
(3)耐老化管材通常为黑色,可承受存放和施工过程中太阳的直晒。在管材设计过程中,充分考虑了长时期材质性能的衰减等因素。
(4)适应温度范围广在-80e到60e的环境条件下,管子不会冻破或膨胀漏水。
(5)重量轻是水泥管重量的1/8,便于运输,施工方便,不需大型施工设备。
(6)连接方便管材可先在沟外连接,用挖土机推到沟中。在城市排水工程建设中,可减少施工时间和工程费用。
(7)耐磨性好比钢管、水泥管耐磨,使用寿命长, 可达50年。
(8)输水量大排水流通性好、内壁光滑,内壁糙率 n值约为01001,因此,输送流体时比摩阻小,相对同内径水泥管在同等使用条件下,输水量可提高40%,因此可用内径较小的缠绕管替代内径较大的水泥管。
(9)经济性原材料价位低,施工、管理、维修费用低。
(10)环保性HDPE是无毒性原料,对土壤无害, 对任何微生物都是非营养源,并且完全能再生使用。是环保绿色型产品。
1.4用途
可用于市政建筑地下排水、排污管道;远距离低压输水;农业用灌溉水管道;工厂及养畜场等的污水管道;广场、运动场、高尔夫球场、道路的排水管道;排水终末处理场、粪尿处理场;通风管道及化工容器制作。
2环刚度
2.1环刚度是埋地排水管重要的性能指标在埋地排水的应用中管材内几乎无压力,管材承受的负载主要是外压负载(包括动负载和静负载)。如果管材的环刚度太小,管材将发生过大变形或屈曲等破坏。所以选择的环刚度不够就不能保证产品的安全使用。如果环刚度选择的太高,必然采用过大的截面惯性矩,将造成用材过多,成本过高。目前国内结构壁管的价格是个重要因素,而结构壁管的成本中材料成本占很大比例。所以必须要选择一个合适的环刚度(在截面设计上在尽量减少材料的用量下实现这个环刚度)。
2.2环刚度的定义国家规定采用的/环刚度0指标是按照国际标准 ISO9969的定义,单位kN/m2 。环刚度用S表示。从以上定义可以看出,环刚度取决于中空壁管的材料(弹性模量)、直径和截面惯性矩。根据用途等因素选定材料和直径后,就可根据截面的设计来实现对环刚度的要求。而管壁截面是由设备和模具来实现的,设备模具做好后就很难改变。所以在投资定购生产线前必须认真选择要求的环刚度。我国的行业标准QB/T1916-93报批的国家标准中管材管件公称环刚度分级(见表2)。
2.3国内外埋地排水用结构壁管选择的环刚度我国早期引进设备生产的PVC双壁波纹管和加肋管(直径<400以下)大都选择了环刚度等于或大于 8kN/m2 。近年国外对于塑料结构壁管进行了试验、研究和几十年实际经验,证明塑料结构壁管可以使用比较低的环刚度。在环刚度的选择与生产速度,管材成本,重量及断面形状等指标的关系方面形成实验数据。
3生产工艺流程及设备
3.1中空壁缠桡管生产工艺流程(见图2)
3.2中空壁缠绕管在生产、联接、施工应用方面的特点中空壁缠绕管生产线使用以PE63和PE80级 HDPE为基料,采用挤出方型管缠绕方式,同时通过挤出熔胶黏接,可生产5200~53000规格系列的缠绕管。这种管材具有以下几个方面的特点。
(1)同一规格的管材可具有不同的环刚度系列,只需改变方型管的几何形状、尺寸、调整熔胶宽度,方型管模具加工比较简单;
(2)管材外壁平整,连接方便,5600以下规格可用螺旋扭紧、外表焊接方式,5700以上规格可电热焊接,联接成本低,现场施工方便;
(3)施工适于暗挖或旧水泥管穿管。明沟埋管可在路面联接后推入沟中,施工速度快,废管回收方便,运输时可大管套小管,工程综合造价低,易于推广应用;
(4)设备投资小,更换规格只需调整成型台直径和型管尺寸。
3.3设备的构成及特点中空壁缠绕管生产线是参照欧洲prEN-13476- 1排水管道标准,参照德国、芬兰和韩国的技术研制开发的。
(1)设备构成中空壁型管挤出机:590~5150, 长径比为30B1;模头;真空定径水槽:长度6m;冷却水槽:长度6m;熔胶挤出机:565~5120,长径比为30B 1;缠绕成型机:缠绕管直径5200~52200;冷却水槽; 切割机;堆放架长度6m;转运工具;环刚度检测装置。
(2)设备特点型管挤出机采用专用减压BM高效螺杆,可使用部分或全部回收料,塑化质量好,效率高;熔胶挤出机采用意大利进口专用减速箱,承载能力大、效率高、噪音低。传动扭矩大,以利于提高塑化效果;机头采用螺旋机头,保证壁厚均匀,无熔接痕;真空定型采用圆方型定型技术,以保高速挤出;挤出型管截面设计合理,在相同环刚度条件下,与韩国标准相比, 使缠绕管每米重量降低10%至20%,速度提高15%; 翻转架配有轴向移动装置,缠绕管切断后能马上移开, 确保缠绕机正常工作;整条生产线采用PLC控制系统,生产操作自动化程度高。
4结束语
城市排水设施工程已成为基础建设的重点,随着城市污水处理量的增加,城市的扩建和地下工程的改建,埋地排水管网将大量增加。我们将提高中空壁缠绕管的生产技术和设备水平,为促进我国城市排水事业的发展和提高做出努力。