復(fù)合材料說明書

1、 1 引言管道是現(xiàn)代工業(yè)中流體（氣體或液體）輸送的重要材料，傳統(tǒng)的管道有鋼管、混凝土管和鑄鐵管，但由于其易銹蝕、質(zhì)量大，已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要，又由于玻璃鋼的諸多優(yōu)勢，使得玻璃鋼管道（簡稱GRP管）應(yīng)運(yùn)而生1、2。玻璃鋼管是玻璃纖維增強(qiáng)塑料管道的簡稱，它廣泛應(yīng)用于石油、化工、供水、排污、灌溉、供氣、污水處理、能源、采礦、海洋開發(fā)等諸多領(lǐng)域。表1.1 各種材質(zhì)管道的性能3性 能RPMP鋼管鑄鐵管混凝土管環(huán) 向 拉 伸 強(qiáng) 度 （MPa）3604801502.1軸 向 拉 伸 強(qiáng) 度 （MPa）5504801352.1比 強(qiáng) 度 （MPa）20061.520.80.8熱 導(dǎo) 系 數(shù) （kcal

2、/ mh）0.2527.215.02.1與傳統(tǒng)管道相比，玻璃鋼管道具有很多優(yōu)點(diǎn)： 耐久性好 金屬和混凝土管的防銹、耐化學(xué)腐蝕性差，容易生銹； 比強(qiáng)度高 比鋼管略低，但密度僅為鋼管的四分之一，因此，比強(qiáng)度高； 質(zhì)量輕 玻璃鋼管的密度較小，質(zhì)量較輕； 造價(jià)低、壽命長 玻璃鋼管的原材料較便宜，壽命一般在50年之上； 無污染 關(guān)閉無雜質(zhì)剝離和脫落、無腐蝕結(jié)垢，不會(huì)產(chǎn)生微生物； 電絕緣性好 玻璃鋼為非導(dǎo)體，其電絕緣性優(yōu)異； 可設(shè)計(jì)性強(qiáng) 可根據(jù)玻璃鋼管使用情況，對(duì)其性能及連接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜上所述，玻璃鋼管的綜合性能優(yōu)于其他材料管道，特別是用在有腐蝕介質(zhì)的條件下，玻璃鋼管的使用壽命比鋼管長幾倍，體現(xiàn)出明顯

3、的經(jīng)濟(jì)效益。該設(shè)計(jì)內(nèi)容是內(nèi)徑d=370mm，工作壓力Pw=0.5 MPa，支撐架距離L=400cm，介質(zhì)為H2S氣體的架空管道，利用玻璃鋼管道耐腐蝕、壽命長、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以分別對(duì)其造型、性能、結(jié)構(gòu)、工藝、連接、安裝和檢測等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面介紹一下各個(gè)設(shè)計(jì)方法。2 造型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：玻璃鋼架空管設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)任務(wù)：內(nèi)徑d=370mm，工作壓力Pw=0.5MPa，支撐架距離L=400cm，介質(zhì)為H2S氣體，使用溫度為80，安全系數(shù)K=10，管道連接處不允許產(chǎn)生相對(duì)位移，連接管件為彎管。因?yàn)樵O(shè)計(jì)條件中工作壓力Pw=0.5 MPa，使用內(nèi)壓：0-1.6 MPa低壓管、1.6 MPa -4 MPa

4、中壓管、5 MPa -30 MPa高壓管，所以選用低壓管。圖2.1 管道造型主視圖圖2.2 管道造型俯視圖如圖2.1、2.2所示，設(shè)計(jì)選取6米定長玻璃鋼管道，根據(jù)所給設(shè)計(jì)條件可將管道連接設(shè)計(jì)成玻璃鋼管道與90彎管對(duì)接包纏連接，這樣可以使連接更為方便，且氣密性也比較好。包纏高度和寬度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定。該設(shè)計(jì)中架空管道可以采用固定支架。3 性能設(shè)計(jì)玻璃鋼的性能主要取決于原材料的種類和用量。原材料又可分為兩個(gè)部分：樹脂原料和增強(qiáng)材料。3.1 樹脂基體樹脂是玻璃鋼的基體材料，樹脂在玻璃鋼中，一方面將玻璃纖維粘結(jié)成一個(gè)整體，起著傳遞載荷的作用，另一方面又賦于玻璃鋼各種優(yōu)異的性能，其中包括耐蝕性能4、7

5、。玻璃鋼所用的樹脂原料主要有:聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂及其相關(guān)改性樹脂，依據(jù)樹脂的分子結(jié)構(gòu)不同，其性質(zhì)也各不相同。3.1.1 聚酯樹脂主要是指不飽和聚酯樹脂，由線型不飽和聚酯與有聚合能力的單體混溶而成。聚酯樹脂耐酸、耐水性好，耐熱溫度為60120，機(jī)械性能、電氣性能和工藝性好，固化時(shí)無揮發(fā)物，并且價(jià)格低廉。3.1.2 環(huán)氧樹脂典型的環(huán)氧樹脂是指在聚合物分子鏈中含有反應(yīng)活性環(huán)氧基的一類聚合物。環(huán)氧樹脂是線型結(jié)構(gòu)，呈熱塑性。由于在分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基以及輕基、醚鍵等，故可與多種類型的環(huán)氧樹脂固化劑發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，生成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高聚物。其中用于玻璃鋼行業(yè)的環(huán)氧樹脂多為E型環(huán)氧

6、樹脂及雙酚A型環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的粘接性，優(yōu)異的力學(xué)性能，收縮率和吸水性小，耐化學(xué)腐蝕性，電絕緣性以及耐熱性良好(熱變形溫度高)1。3.1.3 酚醛、呋喃樹脂酚醛樹脂常用的有苯酚甲醛樹脂及其改性樹脂，常用于玻璃鋼行業(yè)的為熱固性酚醛樹脂。呋喃樹脂是由糠醛或糠醇本身進(jìn)行均聚、或者與其他單體進(jìn)行共縮聚而得的縮聚產(chǎn)物。酚醛玻璃鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐燒蝕性、耐水性、耐化學(xué)腐蝕性。3.2 纖維玻璃鋼所用纖維主要是玻璃纖維。玻璃纖維是玻璃中的承力部分，它不僅能夠提供玻璃鋼的強(qiáng)度和彈性模量，而且能夠減少收縮變形，提高變形溫度和低溫沖擊強(qiáng)度等。玻璃纖維主要分為無堿玻璃纖維(E玻璃纖維)、中堿玻璃(C玻

7、璃纖維)纖維和高堿玻璃纖維(A玻璃纖維)。高堿玻纖已很少使用。而常用無堿和中堿纖維是存在一定的性能差別，見表3.1。表3.1無堿和中堿玻瑞纖維性能對(duì)比種類耐酸性耐水性機(jī)械強(qiáng)度防老化性電絕緣性成本樹脂適用條件無堿纖維一般好高較好好較高好用于強(qiáng)度高的場合中堿纖維好差低差低低差用于強(qiáng)度低的場合另外，在樹脂中加入一些助劑，如促進(jìn)劑、固化劑、引發(fā)劑、填料、著色劑等。促進(jìn)劑的作用是使固化劑低溫分解，產(chǎn)生游離基，達(dá)到樹脂引發(fā)固化的效果。常用的為兩類：a叔胺類，如：二甲基苯胺，常配成10的苯乙烯溶液，與過氧化苯甲酰并用，用量為0.52。b金屬鈷鹽類，如：環(huán)烷酸鈷，它的苯乙烯溶液為紫色，與過氧化環(huán)己酮或過氧化甲

8、乙酮并用，用量14。它可通過不同的用量來調(diào)節(jié)樹脂固化速度；固化劑的作用是促使環(huán)氧樹脂固化，用量視固化劑種類而定。分為反應(yīng)固化劑和催化型固化劑；引發(fā)劑（不飽和聚酯樹脂）加入樹脂中使樹脂固化，但不參加反應(yīng)，只起引發(fā)作用，真正固化劑是苯乙烯，它與樹脂交聯(lián)而達(dá)到固化；填料的加入可以降低成本，改善樹脂基體性能；著色劑可以改變制品的顏色，獲得美麗的外觀。3.3玻璃鋼的各結(jié)構(gòu)層材料選擇玻璃鋼管與一般均質(zhì)材料（如鋼管、混凝土管、塑料管等）的構(gòu)造不同，主要以玻璃纖維紗作為增強(qiáng)材料和樹脂作為基體制成，它分成三層結(jié)構(gòu)，即內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層和外保護(hù)層3.3.1內(nèi)襯層材料的選擇內(nèi)襯層的功能主要有兩個(gè)，一是滿足管道內(nèi)流通介質(zhì)

9、所需達(dá)到的要求，例如，內(nèi)表面應(yīng)光滑、無缺陷、耐磨性好；對(duì)于輸送化學(xué)介質(zhì)管，所選原材料必須具有相應(yīng)的耐腐蝕性和耐熱性；另一功能是抗?jié)B漏，這就要求材料韌性好、不易開裂。內(nèi)襯層選用耐腐蝕的乙烯基樹脂，無堿玻璃纖維表面氈或短切氈。為了提高使用可靠性和壽命，內(nèi)襯層厚度一般在2mm左右，含膠量達(dá)到65%95%左右5、18。3.3.2 結(jié)構(gòu)層材料選擇結(jié)構(gòu)層用來承受管的環(huán)向和軸向應(yīng)力，根據(jù)受力分析采用螺旋纏繞，其鋪層角控制在30；由連續(xù)纖維纏繞成型或由纖維織物手糊成型，含膠量均為3040，選擇通用型不飽和聚酯樹脂，中堿玻璃纖維無捻粗紗。3.3.3 外表層材料選擇外表層（耐腐、耐候、防老化）：主要作用是防護(hù)作用

10、，是富樹脂層。 196不飽和聚酯樹脂，樹脂本身耐雨水性好，但為了防止光老化，需要在樹脂中加入20%UV9紫外線吸收劑，表面氈，或中堿玻璃纖維短切氈。綜上所述，在管內(nèi)徑d=370mm,輸送介質(zhì)為H2S氣體，使用溫度為80的管道設(shè)計(jì)中，原材料中內(nèi)襯層選用耐腐蝕的乙烯基樹脂，無堿玻璃纖維表面氈或短切氈，厚度為2mm；結(jié)構(gòu)層選用通用型不飽和聚酯樹脂，中堿玻璃纖維無捻粗紗；外保護(hù)層選擇196不飽和聚酯樹脂，樹脂本身耐雨水性好，但為了防止光老化，需要在樹脂中加入20%UV9紫外線吸收劑，表面氈，或中堿玻璃纖維短切氈。4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 按環(huán)向強(qiáng)度計(jì)算壁厚由表4.1知環(huán)向拉伸強(qiáng)度的范圍為230MPa300M

11、Pa,取環(huán)向強(qiáng)度為280 MPa，則環(huán)向許用應(yīng)力=28 MPa。由可求得管壁厚： MPa初選玻璃鋼管壁厚為3.4mm。表4.1 纏繞聚酯玻璃鋼管物理力學(xué)性能6項(xiàng)目數(shù)值項(xiàng)目數(shù)值密度（g/3）1.61.9軸向彎曲模量/MPa（0.81.1）104環(huán)向拉伸強(qiáng)度/ MPa230300水壓失效壓力/MPa120230環(huán)向拉伸模量/ MPa（1.72.6）104沖擊強(qiáng)度（J/2）19.0軸向拉伸強(qiáng)度/ MPa85160熱膨脹系數(shù)/()（11.219.6）10-4軸向拉伸模量/ MPa(0.81.3) 104導(dǎo)熱系數(shù)/W/(m)0.267環(huán)向彎曲強(qiáng)度/ MPa130230吸水率/%0.2環(huán)向彎曲模量/ MP

12、a(0.91.3) 104巴氏硬度40軸向彎曲強(qiáng)度/ MPa1001504.2 校核軸向強(qiáng)度由表4.1知玻璃鋼軸向拉伸強(qiáng)度為85 MPa160 MPa，取軸向拉伸強(qiáng)度為120 MPa，則許用應(yīng)力為x=12 MPa由公式可得：管的壁厚：MPa當(dāng)求得的壁厚大于3.6mm時(shí)，應(yīng)增加管壁厚度。按軸向允許應(yīng)力求得玻璃鋼管壁厚為3.9mm，大于按環(huán)向應(yīng)力取得的厚度，故管的厚度應(yīng)取3.9mm方為可靠。4.3 剛度校核當(dāng)壁厚為3.9mm時(shí)，按簡支梁受均勻荷載計(jì)算，求其最大撓度。管上的均勻荷載q等于玻璃鋼管自重(玻璃鋼的密度m=1.8t/m3)，當(dāng)管道為輸氣或輸熱時(shí)，輸送介質(zhì)L =0 t/m50N/m玻璃鋼管截

13、面慣性矩由下式求出cm代入mm6.5 mm架空管道的彎曲變形要求有一定限制。玻璃鋼管或其他塑料管的撓度，在滿載的情況下不允許大于6.5mm，否則應(yīng)增加壁厚或縮短支撐點(diǎn)距離以降低撓度。該設(shè)計(jì)條件滿足剛度條件按國標(biāo)規(guī)定。表4.2 玻璃鋼管的最小壁厚公稱直徑/mm最小壁厚/mm公稱直徑/mm最小壁厚/mm2005004.4180013.76004.8200015.27005.4210016.08006.3240018.510007.6260019.812009.3300023.0140010.8330025.2150011.5360027.5160012.3400030.5 但根據(jù)查表4.2要求6，

14、管壁厚度最終確定為4.4mm?？偤穸葹椋?t=2.0+4.4+0.8=7.2mm4.4 強(qiáng)度穩(wěn)定性校核玻璃鋼管道的強(qiáng)度校核需考慮管的軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力。玻璃鋼架空管道的平均半徑為mm單層的縱向?yàn)閳A筒的環(huán)向，圓管在工作壓力為pw=0.5MPa時(shí)，近似按薄壁圓筒計(jì)算環(huán)向應(yīng)力，為MPa軸向應(yīng)力為MPa由表4.1，環(huán)向拉伸強(qiáng)度=230MPa300MPa，軸向拉伸強(qiáng)度=85 MPa 160MPa，用最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則校核得：所以該玻璃鋼管道設(shè)計(jì)是安全的。4.5 總層數(shù)的確定各層層數(shù)按下式計(jì)算： 式中：A制品的厚度(mm)；mf增強(qiáng)纖維單位面積質(zhì)量 (kg/m2)；kr樹脂基體的厚度常數(shù) mm/(kgm-2

15、)；kf增強(qiáng)纖維的厚度常數(shù) mm/(kgm-2)；c樹脂與增強(qiáng)材料的質(zhì)量比。按上式計(jì)算內(nèi)表層的層數(shù)：內(nèi)襯層取結(jié)構(gòu)層外表層 故取層總層數(shù)層5 工藝設(shè)計(jì)5.1 成型工藝的選擇玻璃鋼管道成型工藝很多，成熟的制造方法有手糊成型、預(yù)浸布卷管成型、纖維纏繞成型、拉擠-纏繞成型、PVC-玻璃鋼復(fù)合管成型和離心澆鑄成型等等10。手糊成型生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不易控制，因此一般不采用；又由于預(yù)浸布卷管成型工藝復(fù)雜，且只能生產(chǎn)小直徑（直徑200mm以下）玻璃鋼管，故也不能選用。此外，拉擠纏繞工藝生產(chǎn)出來的玻璃鋼管道，其管壁不具有多功能層斷面，一般只用作結(jié)構(gòu)型材；而離心澆鑄玻璃鋼管工藝設(shè)備投資大，不適合小口徑管生產(chǎn)，也不

16、宜采用。比較上述各種成型方法之后可知，其中，玻璃纖維粗紗增強(qiáng)樹脂纏繞成型工藝最常用。纖維纏繞成型是在控制張力和預(yù)定線型的條件下，以浸有樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維紗纏繞到芯?；蚰＞呱瞎袒尚汀⒚撃３蔀樵鰪?qiáng)塑料制品的一種方法11。對(duì)于一般工業(yè)生產(chǎn)的纏繞玻璃鋼管，常采用單螺旋（54.7）纏繞成型。5.2 纏繞成型連續(xù)纏繞成型，其主要設(shè)備為自動(dòng)連續(xù)纏繞機(jī)，如圖5.1所示。圖5.1 纏繞機(jī)俯視圖12該設(shè)備的模具為鋼帶組合式芯軸，隨著管道的成型、固化，芯軸會(huì)自動(dòng)解體并與管道分離，鋼帶返回另一端重新組合成芯軸，管道則連續(xù)不斷地被生產(chǎn)出來，形成理論上可以無限長的連續(xù)纏繞管道。由于運(yùn)輸條件的限制，事實(shí)上不會(huì)去生產(chǎn)無

17、限長的管道，因此管體達(dá)到一定長度時(shí)自動(dòng)切割系統(tǒng)會(huì)將管道切成設(shè)定的長度。本設(shè)計(jì)采用6m18定長切斷。切割下來的管道經(jīng)過管端修整和倒角后被送到水壓試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行水壓試驗(yàn)。本設(shè)計(jì)條件由于是輸氣管道設(shè)計(jì)，故可以選擇定長纏繞以便統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、便于安裝。為減少模具裝卸時(shí)間，大型纏繞機(jī)常采用組合模具。即4根或6根芯模同裝在一個(gè)大轉(zhuǎn)鼓上，隨轉(zhuǎn)鼓公轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)。以4根組合模為例，它分四個(gè)工作狀態(tài)；第一狀態(tài)為在芯模上制造內(nèi)襯和纏繞結(jié)構(gòu)層；第二和第三狀態(tài)為旋轉(zhuǎn)固化；第四狀態(tài)為脫模，即由油壓裝置將已固化的管從芯模脫下20。每根芯模的位置和該位置上的停留時(shí)間，由大轉(zhuǎn)鼓根據(jù)工藝要求定時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)決定。纏繞成型用的玻璃纖維紗一般為Tex1

18、200、Tex2400、Tex4800纏繞工藝專用紗。使用前應(yīng)烘干處理，其烘干溫度控制住110左右13。膠液配制可根據(jù)管壁各層的用量和種類用小型攪拌器配制。膠液要均勻；凝膠固化速度要適當(dāng)。在纏繞機(jī)上主要完成結(jié)構(gòu)層的纏繞成型，內(nèi)襯層和外保護(hù)層可以采用手糊成型。成型內(nèi)表層：首先在制襯機(jī)上安裝已認(rèn)真清理過的芯模，然后在芯模的圓柱形表面纏繞一層聚酯薄膜，薄膜寬帶為20 cm，薄膜搭接寬度約3cm左右，在模具的乘口（大頭）涂石蠟和聚乙烯醇脫模劑。再根據(jù)設(shè)計(jì)的要求制作內(nèi)襯層，內(nèi)襯層的厚度一般為2mm，增強(qiáng)材料包括表面氈和短切氈，樹脂采用雙酚A型不飽和聚酯樹脂（如323號(hào)，197號(hào)）。制作內(nèi)襯層時(shí)，應(yīng)使氈層

19、都浸透膠液，要特別注意氣泡的驅(qū)除。待內(nèi)襯層固化后，應(yīng)仔細(xì)檢查內(nèi)襯缺陷，氣泡直徑在2mm以上就需要修復(fù)。在內(nèi)襯層的成型中主要采用手糊工藝。結(jié)構(gòu)層：主要用來承受管的環(huán)向和軸向應(yīng)力，根據(jù)受力分析可知適合采用纏繞工藝，做好纏繞設(shè)備各系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作后，即可進(jìn)行纖維纏繞，整個(gè)纏繞過程自動(dòng)控制。纏繞結(jié)構(gòu)層的含膠量一般控制在25左右，膠液粘度通常0.35Pas0.50 Pas范圍內(nèi)，纏繞紗線速度一般不超過0.90m/s，小車速度不大于0.75 m/s。在纖維纏繞過程中，張力大小、各束纖維間張力的均勻性以及各纏繞層之間纖維張力均勻性對(duì)纏繞成型管道的質(zhì)量有很大影響。為了防止管道各纏繞層在纏繞張力作用下出現(xiàn)內(nèi)松外緊

20、現(xiàn)象，應(yīng)使張力逐層遞減，從而使管道承壓后內(nèi)外層纖維同時(shí)承受載荷。單螺旋纏繞的纏繞角一般大于70單螺旋纏繞角大約在50左右，在本設(shè)計(jì)中取54。含膠量為203011。外保護(hù)層：外保護(hù)層的主要作用是保護(hù)玻璃鋼加砂管道不被周圍環(huán)境所腐蝕?？紤]到本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，我們決定采用手糊成型。這樣操作簡便，而且也能有效的節(jié)約成本。芯模是纏繞設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，是成型中空制品的內(nèi)模。生產(chǎn)中要生產(chǎn)一定形狀和結(jié)構(gòu)尺寸的纖維纏繞制品，必須采用外形和制品內(nèi)腔、形狀、尺寸一致的芯模。固化后，既能把芯模脫下來，又不損壞纏好的制品。芯模的設(shè)計(jì)需要滿足下列幾個(gè)要求：具有足夠的強(qiáng)度和剛度；滿足制品形狀和尺寸精度要求；易于脫模；

21、制造簡單，造價(jià)便宜且取材方便。6 安裝、連接設(shè)計(jì)6.1 安裝架空管道( elevated pipeline) , 顧名思義, 就是指架設(shè)在地面或水面上空的用于輸送氣體、液體或松散固體的管道6。玻璃鋼管道由于具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕、水利性能優(yōu)異、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣。但玻璃鋼管道的應(yīng)用是一個(gè)工程系統(tǒng)，不是單一的部件，在該系統(tǒng)中，安裝也是非常重要的一環(huán)，如果安裝不合格，生產(chǎn)出的產(chǎn)品再優(yōu)質(zhì)，也會(huì)功虧一簣。玻璃鋼架空管的安裝，是管-支架體系，其原則是避免管線因不合理支撐和錨固造成管體承受過大的應(yīng)力或應(yīng)變，保證長期撓度保持在可接受的限度內(nèi)。支撐、導(dǎo)向、錨固應(yīng)避免線接觸和點(diǎn)荷載，其最小支撐面角度應(yīng)

22、不小于1200。支撐帶寬度不少于公稱直徑的1/3，支架不能出現(xiàn)沉降，所有較重的部件(如閥門、泵)均應(yīng)單獨(dú)設(shè)立支承，凡可能遭受機(jī)械損傷的部位，都應(yīng)采取保護(hù)措施，其最大水平支撐間距應(yīng)按計(jì)算或制造廠的建議設(shè)置14。在有凍害地區(qū)地面鋪設(shè)及架空安裝玻璃鋼管道時(shí)，應(yīng)加保溫層。為了減少吊裝工作量，利用玻璃鋼管輕質(zhì)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，應(yīng)盡可能根據(jù)吊裝設(shè)備能力，將管子預(yù)先連接成盡可能長的長度，以加快安裝進(jìn)度。管子吊裝時(shí)盡可能用尼龍繩綁扎，如用鋼絲繩時(shí)，則需在鋼絲繩和玻璃鋼管的接觸處加墊柔性襯墊，防止損傷管道。玻璃鋼管道安裝過程中不能使用電焊，要注意防火。管道安裝的水平偏差要保持在小于2%3%，垂直偏差小于2%5%，坡

23、度可取3%。6.2 連接玻璃鋼管道連接分為限制性連接（包纏對(duì)接、承插黏結(jié)和法蘭連接）、非限制性連接（承插式O形橡膠圈密封連接和套筒承插式唇形橡膠圈密封連接）。一般情況下，玻璃鋼管采用包纏對(duì)接連接，可保證快捷、準(zhǔn)確、省時(shí)、省力。此外，也可采用法蘭連接等其他連接方式。15圖6.1 限制性連接形式由于設(shè)計(jì)條件為管道連接處不允許產(chǎn)生相對(duì)位移，所以應(yīng)采用限制性連接。玻璃鋼管道與彎頭的連接采用包纏對(duì)接，這樣操作比較簡便，且密封性也比較好。采用外包纏之后，可以承受較大內(nèi)壓，易于安裝，連接管件為彎管(90彎管)，所以總結(jié)以上種種原因，該管道可以選擇包纏對(duì)接形式9，保證其密封性。其性能同樣具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐溫、

24、耐腐蝕的特性。7 零部件該玻璃鋼架空管道的設(shè)計(jì)中，零部件比較簡單，下面簡單介紹一下。在管道的安裝過程中需要一些配件的配定，定型管配件常見的主要有四種：彎頭、三通、法蘭、異徑管等16。另外，在管道安裝的過程中，往往根據(jù)實(shí)際情況需要現(xiàn)場制作管配件。這種常見的管道配件也如上幾種，而與定型配件所不同的是，配件的有關(guān)具體尺寸是根據(jù)現(xiàn)場管線的相對(duì)位置測量出來的。這種現(xiàn)場制作出來的管配件安裝起來更方便、更迅速17。玻璃鋼管道選用的支架一般為鋼結(jié)構(gòu)，分為滑動(dòng)支架、固定支架、導(dǎo)向支架和懸吊支架4種。選用哪種支架形式，主要考慮管道的強(qiáng)度、剛度、輸送介質(zhì)溫度、工作壓力、管材的膨脹系數(shù)、管道運(yùn)行后的受力狀態(tài)及安裝現(xiàn)場

25、環(huán)境條件等因素。從各方面綜合考慮，固定支架更為安全、可靠，故在本設(shè)計(jì)中選用固定支架，支撐架間距為400cm。固定管道用的管卡同樣也為鋼結(jié)構(gòu)。8 玻璃鋼管道的檢測 玻璃鋼管因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，且性能依成型工藝、成型條件、人員素質(zhì)等因素的差異離散性較大，工程量大、投資大，制品的性能將在一定范圍內(nèi)直接影響國計(jì)民生，因而對(duì)制品的要求比較嚴(yán)格，對(duì)產(chǎn)品的性能檢測也是必不可少的。玻璃鋼管道性能試驗(yàn)及檢測主要是根據(jù) GB1443-83 纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則來測試的，在這里，我們簡要介紹一下其檢測方法。8.1 軸向拉伸試驗(yàn)玻璃鋼管軸向拉伸性能試驗(yàn)方法是將試樣安裝在上、下夾持裝置上，然后將夾持裝置放在試驗(yàn)機(jī)

26、的兩夾頭中間，使試樣受軸向拉伸，荷載逐漸增加，直至破壞。根據(jù)測量的破壞荷載（或最大荷載）及試樣的變形值計(jì)算管軸向拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量和破壞伸長率。記錄管道開始出現(xiàn)裂紋以及拉斷時(shí)的數(shù)值，作為極限拉伸應(yīng)力，并要求安裝、使用時(shí)不得超過此應(yīng)力值。8.2 軸向壓縮試驗(yàn)玻璃鋼管軸向壓縮性能試驗(yàn)方法是將試樣放在試驗(yàn)機(jī)兩壓頭中心，使試樣受軸線方向的壓縮荷載作用。根據(jù)測量所得的壓縮荷載及試樣的變形值計(jì)算其壓縮強(qiáng)度和壓縮彈性模量。記錄數(shù)據(jù)管道開始出現(xiàn)裂紋以及壓斷時(shí)的數(shù)值，作為極限壓縮應(yīng)力19，并要求安裝、使用時(shí)不得超過此應(yīng)力值。8.3 平行板外載試驗(yàn) 方法：把管試樣平放在兩平行加載板中間，在試驗(yàn)機(jī)上對(duì)管試樣施加

27、徑向荷載作用。根據(jù)測量的荷載及變形，計(jì)算管試樣的剛度、剛度因子、荷載-變形曲線以及出現(xiàn)顯著性事件的荷載和變形。試樣的處理：長度、端面、加壓部位的特殊處理每組試樣至少3根6。記錄管道開始出現(xiàn)裂紋、開始?jí)罕庖约巴耆冃位蛘邤嗔褧r(shí)的數(shù)值，作為極限壓縮應(yīng)力，并要求使用時(shí)不得超過此應(yīng)力值。8.4 松弛校核 同其它許多工程材料一樣，RPM管也有松弛性，它是由長期實(shí)驗(yàn)得出的。松弛性是用來確定安全工作載荷，例如剛度比(SRA)：SRA = 長期剛度/短期剛度。增強(qiáng)的和非增強(qiáng)的塑料制品，標(biāo)準(zhǔn)的制定是以這種材料在應(yīng)力作用下發(fā)生蠕變?yōu)榍疤?，由于有蠕變發(fā)生，就導(dǎo)致這種材料的物理性能將隨時(shí)間的增加有所變化。因此，通常是

28、以50年的強(qiáng)度為產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)基礎(chǔ)16。表8.1 不同管的松弛要求10 年50 年非 壓 力 管0.750.4壓 力 管0.750.4-0.58.5 水壓壓力試驗(yàn)為了使產(chǎn)品合格，玻璃鋼管出廠前必須經(jīng)過1.5倍額定工作壓力8的水壓測試，方法：用壓力泵以一定的加壓時(shí)間將清水打入兩端密封的管試樣里，均勻、連續(xù)加壓，直至試樣失效。試樣失效包括下述內(nèi)容：主要失效形式為爆破即瞬時(shí)或快速泄壓現(xiàn)象；在打壓過程中，管體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象?？捎^察管壁漏水現(xiàn)象和引起均勻連續(xù)加壓過程中斷的降壓現(xiàn)象。記錄微滲漏、大量滲漏以及完全爆裂時(shí)的數(shù)值，作為短時(shí)水壓失效壓力試驗(yàn)的極限壓力值21，要求輸水時(shí)的水壓不得超過此值。8.6 外觀質(zhì)

29、量檢測外觀檢驗(yàn)的方法的是目視檢驗(yàn)尺寸檢驗(yàn)主要包括管的厚度、管的平均內(nèi)徑、平均外徑、耐腐蝕襯里層的厚度和管的直線度。巴柯爾硬度檢驗(yàn)：主要測試制件的強(qiáng)度和剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求15。將所得結(jié)果與GB1446-83 纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則的要求進(jìn)行對(duì)比，若不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)，一定要使制品在設(shè)計(jì)上沒有失誤，以保證最終應(yīng)用時(shí)能勝任要求。9 小結(jié)綜上，在管內(nèi)徑d=370mm,輸送介質(zhì)為H2S氣體，工作壓力Pw=0.5MPa，使用溫度為80的管道設(shè)計(jì)中，原材料中內(nèi)襯層選用耐腐蝕的乙烯基聚酯樹脂，無堿玻璃纖維表面氈或短切氈，厚度為2mm；結(jié)構(gòu)層選用通用型不飽和聚酯樹脂，中堿玻璃纖維無捻粗紗

30、，厚度為4.4 mm；外保護(hù)層選擇196不飽和聚酯樹脂，樹脂本身耐雨水性好，但為了防止光老化，需要在樹脂中加入20%UV9紫外線吸收劑, 表面氈，或中堿玻璃纖維短切氈，厚度為0.8 mm?？偙诤駷?.2 mm。玻璃鋼管道成型工藝采用玻璃纖維纏繞成型和手糊成型，在管道安裝中選用固定支架，鋼結(jié)構(gòu)，支撐架間距為400cm。因?yàn)檫B接處不允許出現(xiàn)相對(duì)位移，故采用限制性連接。為了使設(shè)計(jì)操作起來更加簡便，連接采用包纏對(duì)接形式，統(tǒng)一采用6m定長切斷，與90彎管對(duì)接。再經(jīng)過包纏，使氣密性提高，防滲漏。經(jīng)過拉伸、壓縮、平行板外載、松弛校核、短時(shí)水壓失效壓力、外觀質(zhì)量檢測實(shí)驗(yàn)并正確安裝、檢測合格后，即可投入使用。為

31、期兩周的復(fù)合材料制品課程設(shè)計(jì)，讓我了解到復(fù)合材料的現(xiàn)狀，發(fā)展歷史以及未來的發(fā)展趨勢，讓我學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)玻璃鋼管道，如何將課本理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合，使我對(duì)課堂上學(xué)到的東西有了更直觀、更深入的了解。學(xué)會(huì)了怎樣獨(dú)立思考，如何正確查找所需資料，并在設(shè)計(jì)過程中，更加了解了復(fù)合材料的性能和工藝手段。實(shí)際設(shè)計(jì)既需要深厚的基礎(chǔ)知識(shí)，也需要有很強(qiáng)的動(dòng)手能力。它要求我們要時(shí)刻關(guān)注專業(yè)的發(fā)展。復(fù)合材料不僅僅是一門獨(dú)立的學(xué)科，而且與其他學(xué)科密不可分，需要化學(xué)知識(shí)來研究材料的結(jié)構(gòu)以及合成，也需要力學(xué)知識(shí)來研究材料的性質(zhì)和用途。 總之，通過這次課程設(shè)計(jì)，我熟悉了一件復(fù)合材料制品從設(shè)計(jì)到畫圖紙，再到最后制成成品的全過程，親自動(dòng)手設(shè)計(jì)一遍，讓我獲益頗多，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，也讓我們更加體會(huì)到團(tuán)隊(duì)精神的重要性，