砂夹玻璃钢管道的制造工艺及应用大学论文.doc

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1、夹砂玻璃钢管道的制造工艺及应用摘要：本文从夹砂玻璃钢管道的结构、制造设备及设备，同时根据其特有的性质所产生的经济效益进行详细介绍。关键字：夹砂玻璃钢管 管道 应用一. 引言： 玻璃钢管道简称FRP管道， 是一种轻质、高强、耐腐蚀的非金属管道，它是由树脂为基体，玻璃纤维为增强材料经特殊工艺制作而成。这种管道具有耐腐蚀性能、抗渗漏性能、隔热性能等优点，轻质高强、寿命长、可设计性强、流体阻力小、安装方便、综合造价低等优点。广泛运用在石油、电力、化工、造纸、制革、冶金、城市供水、废水处理及农业浇灌等领域。二.PM管的构成及制作 玻璃钢管，就是玻璃纤维增强树脂管（GRP管），其成型的方法通常有如下几种：

2、 1.玻璃纤维粗纱缠绕成型; 2.夹砂连续玻璃纤维粗纱增强树脂缠绕成型; 3.夹砂定长玻璃纤维粗纱增强树脂缠绕成型（RPMP）; 4.玻璃布卷制成型; 5.玻璃纤维短切粗纱增强树脂砂浆离心浇铸成型等。 其中，最先进、最有代表性的是（夹砂）定长玻璃纤维粗纱增强树脂缠绕成型工艺，下面就此成型法作详细的说明。 2.1 RPM管的管壁内、外层结构、各层材料及作用 夹砂玻璃钢管从功能上分，可简化成五层，如图2。 表2 各层材料及作用名称材料作用外保护层树脂耐腐、耐候、防老化增强层玻纤、树脂使管壁具有轴、环向的内外压强度结构层玻纤、树脂、石英砂使管壁具有承受变形强度内衬层树脂、涤纶表面毡耐腐、防渗、水力特

3、性好2.2 GRP管的缠绕成型原理及制造设备 2.2.1成型原理 纤维缠绕成型是在控制张力和预定线型的条件下,以浸有树脂胶液的连续玻璃纤维纱缠绕到芯模或模具上成型增强塑料制品的一种方法。其缠绕成型原理如图3所示。 2.2.2 制造设备 定长长丝缠绕管工艺所用的设备按制作流程主要包括制衬机、固化装置、缠绕加砂机、脱模机、修整机五部分。下面主要介绍缠绕管设备原理。1.制衬机制衬机是制作管道内衬的设备，它由车头箱、模芯、车尾座、工作平台、工作小车、树脂喷涂机、电控柜等组成。车头箱由电动机通过减速器，联轴器提供芯模的旋转运动；工作小车的往复运动则通过小车的驱动装置沿工作平台导轨运行。芯模的转速与工作小

4、车的运行速度的调节，由电控柜来控制。树脂喷涂机用来输送制衬时所需的树脂、固化剂。 2固化装置 固化装置是管道制衬或缠绕后使其快速固化的设备，主要由车头箱、车尾座、电加热器、电控制柜组成。 3缠绕加砂机 缠绕加砂机是定长玻璃钢夹砂管生产线的主要设备。该机有计算机控制完成管道的环向缠绕、螺旋缠绕、加砂缠绕工序。其主要的结构由车头箱、车尾座、工作平台、缠绕工作车、加砂工作车、恒温树脂槽、树脂喷涂机、纱架、微机控制柜等部分组成。车头箱的作用是带动芯模旋转，其转速的调节，与工作车往复运动的协调匹配用计算机控制，以适应各种缠绕工艺的需要。缠绕工作车的往复运动是沿着工作平台两侧导轨进行。缠绕工作车上装有浸胶

5、装置，通过专门的输砂设备把石英砂均匀地加在芯模上。4脱模机脱模机的任务是将玻璃钢夹砂管从芯模上脱离出来。5修整机修整机的任务是对管道的承口、插口两端面和插口外密封圈环槽进行机加工，以达到产品要求的形状尺寸。修整机主要由车头箱、车尾座、承口切刀装置、插口端面切刀装置、插口外径磨削装置、电控柜等组成。修整机的车头箱、车尾座与缠绕机基本相同，主要是驱动、支承模具的旋转。插口、承口两端面的切刀装置，是由电动机直接带动特制切刀，固定在一个能够进退刀的底座上。工作时启动，将管道端面切平修正。插口外径的磨削，则通过电机带动特殊磨刀来实现。刀具是根据插口外表形状尺寸设计制造的。磨削时，工件和磨刀同时旋转，磨刀

6、还要通过进退刀装置作进刀运动。进刀装置上设有限位块。当进刀深度到位时，限位控制进刀停止，插口外径磨好后，刀架退回。2.3 RPM管的制作过程 RPM管的制作根据其成型的工艺流程可以分为以下七个步骤： 1.设备配备、芯模的准备 在管道开始制作以前，应当检查机械设备配备是否完善，条件具备后在模具上均匀涂刷一层脱模剂，然后外包一层薄膜。 2.内衬的糊制 首先在准备好的模具外表面上涂刷一层内衬树脂，再按工艺规定的层数包覆内衬材料，用树脂使其内衬材料充分浸透。 3.管道的缠绕 在内衬层尚未完全固化（表面有粘手感）时,开始进行增强层的缠绕,缠绕参数按工艺要求进行制作。 4.管道固化 将缠绕好的管道吊至固化

7、架上进行固化，直至其完全固化。 5.管道脱模 将固化好的管道吊至脱模架上，把芯模从管道中脱出。 6.管道修整 管道脱模以后，按规定技术要求对管道进行外观及尺寸上的修整。 7.水压试验 对制作成型的管道应按要求进行水压试验，试验结果应符合设计要求才能视为合格。 三.RPM管道的经济性、适用性分析 目前，城市供水中所使用的大口径管道出现生锈、结垢等现象，会严重地污染水质，而夹砂玻璃钢管内层采用防腐性能优良的食品级树脂作为原材料，因此管道不生锈、不结垢，可以彻底解决目前自来水输送中水源二次污染问题，提高居民用水的质量，且管道的价格稍低于钢管、球墨铸铁管，安装运输成本低，水能耗低，社会经济效益明显。以

8、下是根据杭州自来水公司提供的数据，在同一工程环境条件下使用钢管、球墨铸铁管、加砂玻璃钢管、水泥管在综合成本上的比较如表8。 工程使用条件： 管道规格：DN1000 土壤条件：三类干土 施工方式：人工挖沟槽上方、并平整场地填土夯实 表8 同口径的管道综合成本比较（每米综合成本） 单位：元 编号 名称 钢管 球墨铸铁管 夹砂玻璃钢管 水泥管 （一） 管 材 1489 1688 1209 610 （二） 安装部分 1613 1817 1221.23 831 1 直接费 1552 1756 1219.93 793 （1） 人工费 23 23 0.5 13.7 （2） 材料费 1513 1716 121

9、7.15 773 （3） 机械费 16 16 2.28 6.3 2 综合费用 61 61 1.338 （三） 土 方 180 180 141.2 233 3 直接费 73 73 57 83 （4） 人工费 73 73 57 83 （5） 材料费 0 0 0 0 （6） 机械费 0 0 0 0 4 综合费用 107 107 84.2 150 （四） 工程造价 1793 1997 1362.43 1064 （五） 预备费 72 80 54.5 43 （六） 综合成本 1865 2077 1416.9 1107 注： 表中 （四）=(一)+(二)+(三）； (二)= 1 + 2； 1 = (1)+(

10、2)+(3)； (三) = 3 + 4 ； 3 =(4)+(5)+(6)； (六)=（四）+(五)。 1钢管和球墨铸铁管的数据由杭州供水工程公司提供； 2水泥管的数据为杭州市中河路现场安装数据； 3以上成本比较若加上运输、使用能耗及维修服务项目，则加砂玻璃管综合效益最好。 工程的综合效益是指由建设投资、安装维修费用、使用寿命、节能等多种因素形成的总体成本长远效益。从表8可以看出，如果考虑到管道的各种功能和使用的长期性，夹砂玻璃钢管的综合效益是最好的，特别是管径越大，成本越低，而且对于埋地管可连续使用几十年，无需年年检修，更可以发挥它优越的综合效益，具有很强的适用性。 对于水泥管、铸铁管、夹砂玻

11、璃钢管在不同口径管道下的输水能力、耗能比较（如表9）： 表9 各种管道输水能力、耗能能比较表（以管路长L=10km计算）口径 流 量Q(m3S-1) 日输出量Q(104 m3） 管 类 沿程水头损失hf（m） 年耗电量E (104 KWh） DN400 0.1256 1.085 水泥管 4832 8186 铸铁管 3719 6295 夹砂玻璃钢管184 3115 DN600 0.2827 2.443 水泥管 2822 10752 铸铁管 2197 8370 夹砂玻璃钢管 1118 4259 DN800 0.5024 4.431 水泥管 1923 13020 铸铁管 151 10224 夹砂玻璃

12、钢管 784 5308 DN1000 0.7854 6.786 水泥管 143 15117 铸铁管 1131 11971 夹砂玻璃钢管 597 7210 DN1200 1.131 9.772 水泥管 1123 21384 铸铁管 892 15141 夹砂玻璃钢管 473 8273 DN1400 1.539 13.297 水泥管 1031 21384 铸铁管 73 15141 夹砂玻璃钢管 394 8273 DN1600 2.010 17.366 水泥管 765 20723 铸铁管 614 16632 夹砂玻璃钢管 335 9075 DN1800 2.542 21.972 水泥管 654 244

13、14 铸铁管 526 18027 夹砂玻璃钢管 289 9905 DN2000 3.142 27.147 水泥管 569 24094 铸铁管 46 19478 夹砂玻璃钢管 254 10756 注：1、计算有关的参数：混凝土：f=0.00232,m=2,b=5.33;铸铁管：f=0.00179,m=1.9,b=5.1;夹砂玻璃钢管：f=0.000915,m=1.77,b=4.77。2、 沿程损失hf=fLQm/db。3、泵容：N=10Qhf/0.65,年耗电量：E=N8760度（kWh）。 从表9数据可以看出，各种管道输水能力、耗能比较，夹砂玻璃钢管在沿程水头损失最小，年耗电量最少。夹砂玻璃钢

14、管的沿程水头损失、年耗电量分别大约为水泥管的40%，铸铁管的50%。这种优势正是由夹砂玻璃钢的特性所决定的，具有其它管道无法比拟的优越性。 在下表10中，列出了不同的管径的夹砂玻璃钢在常用流速范围内，管道的输水能力，其压力损失采用的是常用的哈森-威廉方程计算所得。 由哈森-威廉公式，摩擦阻力系数 f的计算为： f=194.62/(C1.852D1/6V0.148) Hf=fv2/(2Dg) 式中C RPMP取150 D 管道计算内径 V 流速 g 重力加速度 9.81m/s2 表10 不同口径夹砂玻璃钢管在不同的流量下的输水能力 口径（DN）(mm) V (m/s) Q (m3/s) Hf (

15、m/1000m) 800 0.8 0.402 0.795 1.0 0.502 1.120 1.2 0.603 1.685 1.4 0.703 2.241 900 0.8 0.509 0.693 1.0 0.636 1.048 1.2 0.763 1.468 1.4 0.890 1.954 1000 0.8 0.628 0.613 1.0 0.785 0.926 1.2 0.942 1.300 1.4 1.099 1.728 1200 0.8 0.904 0.495 1.0 1.130 0.749 1.2 1.356 1.050 1.4 1.582 1.396 1400 0.8 1.231 0.

16、414 1.0 1.539 0.626 1.2 1.846 0.877 1.4 2.154 1.167 1600 0.8 1.608 0.354 1.0 2.010 0.535 1.2 2.412 0.750 1.4 2.813 0.998 1800 0.8 2.035 0.309 1.0 2.543 0.467 1.2 3.052 0.654 1.4 3.561 0.870 2000 0.8 2.512 0.273 1.0 3.140 0.413 1.2 3.768 0.578 1.4 4.396 0.769 由表10的计算可以看出，对于同口径的夹砂玻璃钢管，流速增加，压力损失逐渐增大，但随着管径的逐渐增大，管道的压力损失会逐渐减小。所以，对于口径越大的夹砂玻璃钢管，其水力特性越好。 综上所述，夹砂玻璃钢管的广泛应用前景可观，具有良好的社会经济效益。 第 10 页 共 10 页