【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天然气、氢气等清洁能源开发，涉及一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道。
技术介绍
1、在全球向清洁能源转型的大背景下，天然气和氢气作为低碳能源的应用愈加广泛，安全高效的输送管道需求也随之增加。然而，现有的传统金属管道在使用中逐渐暴露出一些不足。首先，金属管道在长期输送高压气体时，容易受到腐蚀、磨损等问题的影响，特别是在海洋、地下等复杂环境中，其维护成本高昂，使用寿命有限。其次，氢气由于其极小的分子结构和高扩散性，会导致氢脆问题，使金属管道的强度和韧性显著下降，增加了输送过程中的安全隐患。此外，传统钢管的重量较大，安装和维护过程中需要耗费更多的能源和人力资源，不利于在一些复杂工况下的灵活应用。为了解决这些问题，采用新型的热塑性复合管道(thermoplastic composite pipe,tcp)逐渐成为一种趋势。热塑性复合材料具有优异的耐腐蚀性、轻质高强度、易于维护的优势，且在氢气输送过程中具有较低的渗透率，能够有效避免氢脆问题。然而，现有的复合管道在承受拉伸和扭转载荷时尚存在一定局限，且结构形式通常较简单，难以在同时承受复杂多向力的情况下保持稳定性，尤其是面对外部冲击、机械碰撞或环境压力时，易发生变形或破损，降低了其在苛刻条件下的耐久性，存在一定安全风险。
技术实现思路
1、鉴于上述技术中的缺陷或不足，本专利技术设计了一种含有金属铠装加强层的热塑性复合管道，能同时起到抗拉伸、抗外部环境载荷冲击的作用，又可避免对内部结构的挤压，以期为天然气和氢气的输送提供
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，所述的高强度热塑性复合管道从内到外主要包括内衬层1、增强层2、防磨层3、保温层4、保护层5、辅助层6、金属铠装层7、防磨层8、金属铠装加强层9。所述的增强层2包覆在内衬层1的外侧，防磨层3包覆于增强层2的外侧，保温层4包覆于防磨层3的外侧，保护层5包覆于保温层4的外侧，辅助层6包覆于保护层5的外侧，金属铠装层7包覆于辅助层6的外侧，防磨层8包覆于金属铠装层7的外侧，金属铠装加强层9包覆于防磨层8的外侧。
4、进一步的，所述内衬层1由聚四氟乙烯材料制成，用于管道的基本流体输送和防渗功能
5、进一步的，所述增强层2至少包含2层采用高强度碳纤维材料制成的材料层，以＞75°角度进行螺旋缠绕而成，主要抵抗管道内部压力。
6、进一步的，所述防磨层3采用厚度不超过2mm的聚乙烯(pe)材料制成，用来防止内部结构的磨损。
7、进一步的，所述保温层4采用气凝胶材料制成，用于隔热，保持管道内部的温度稳定性。
8、进一步的，所述保护层5采用高密度聚乙烯(hdpe)材料制成，提供对管道内部结构的保护作用，防止物理或化学侵蚀。
9、进一步的，所述辅助层6采用聚氨酯泡沫制成，用于减缓挤压和磨损。
10、进一步的，所述金属铠装层7由多根c形互锁结构扣合交错连接，并螺旋缠绕在辅助层6的外侧，螺旋缠绕角度为30°。c形互锁结构由外锁扣和内锁扣组成。互锁结构在受到轴向拉力时，c形互锁结构之间自适应收紧并达到紧密包围的状态，在形成一个最小包围圆后便不会继续收紧，避免了对管道内部结构的挤压破坏，这有利于增加管道的机械强度，提供抗拉伸变形的能力。
11、进一步的，所述防磨层8采用厚度不超过2mm的聚乙烯(pe)材料制成，用来防止金属铠装层之间的磨损。
12、进一步的，所述金属铠装加强层9由多根c形互锁结构扣合交错连接并以与金属铠装层7缠绕方向相反的角度缠绕在防磨层外侧，螺旋缠绕角度为30°。两层金属铠装层由反向缠绕的用于增强管道的抗拉强度和抗扭转性能。c形互锁结构由外锁扣和内锁扣组成。互锁结构在受到轴向拉力时，c形互锁结构之间自适应收紧并达到紧密包围的状态，此时形成一个最小包围圆即使拉力增大也不会继续收紧，避免了对管道内部结构的挤压破坏，这有利于增加管道的机械强度，提供抗拉伸变形的能力。同时内外锁扣的紧密贴合阻挡了外部流体进入管道内部造成腐蚀和破坏，各构件之间相互咬合，避免了结构失去稳定性。
13、本专利技术的创新之处在于，设计了一种含金属铠装加强层的热塑性复合管道，多根金属c型互锁铠装结构扣合交错连接，能同时起到抗拉伸、抗外部环境载荷冲击的作用，又可避免对内部结构的挤压。实现了管道在复杂工况下的高强度、耐久性和安全性，特别适用于天然气、氢气等清洁能源的输送。
14、本专利技术的有益效果为：
15、(1)铠装层提供关键的机械防护屏障：本专利技术将金属铠装互锁加强层包覆于管道的最外层，形成第一道防线，直接抵御外部的机械冲击，物理损伤。同时通过互锁结构设计可以保证管道在受到轴向拉力情况下不会过分的径向收缩对管道内部造成挤压破坏。相比传统管道结构，本专利技术的设计能够将外部压力通过螺旋缠绕的金属层有效分散，避免应力集中在内部功能层(如内衬层、增强层等)，从而大幅提高管道整体的结构完整性和使用寿命。此外，外置铠装层的适度重量也增强了管道在恶劣环境下的抗冲击能力。
16、(2)小角度螺旋缠绕的金属铠装层显著提升抗拉性能：与传统热塑性复合管道结构相比，本专利技术采用了金属铠装层的小角度螺旋缠绕设计，显著提升了管道的抗拉伸性能。反向缠绕的金属层通过均匀分担拉力，确保管道在长距离铺设时，不会因拉力过大而发生断裂或过度变形，特别适合在高压和复杂环境下使用。这种结构创新性地解决了传统热塑性复合管道在长距离输送中的承载能力局限。
17、(3)反向缠绕金属铠装层提高抗扭性能：由于热塑性复合材料虽然具有良好的耐腐蚀性和轻质高强度，但其柔性较大，面对扭转应力时容易出现应力集中，导致管道发生扭曲变形甚至失效。尤其是在没有金属铠装加强的情况下，管道的单一结构使其难以有效抵抗或分散扭转力，局部受力不均匀，稳定性较低，长时间使用后易出现累积的扭转损伤。本专利技术设计的双层反向缠绕的金属铠装层，显著提升其抗扭强度。反向缠绕的两层结构则能够平衡和抵消扭转应力，平衡局部负载，增强管道在复杂环境下的稳定性和使用寿命
18、(4)保温层维持温度稳定性并防止湿气侵蚀：管道的保温层采用气凝胶材料制成，能够有效隔绝内部介质与外界环境的热交换，减少热量损失，防止表面凝结、冻结或结霜现象的发生。这不仅保护了管道的结构完整性，还提升了整体的运行安全性，尤其是在极端气候条件下。
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1.一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的高强度热塑性复合管道为多层结构，其从内到外依次为内衬层(1)、增强层(2)、防磨层(3)、保温层(4)、保护层(5)、辅助层(6)、金属铠装层(7)、防磨层(8)、金属铠装加强层(9)；所述增强层(2)至少包含两层采用高强度碳纤维材料制成的材料层，所述金属铠装层(7)由多根C形互锁结构扣合交错连接而成，所述金属铠装加强层(9)由多根C形互锁结构扣合交错连接而成。
2.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的金属铠装加强层(9)以与金属铠装层(7)缠绕方向相反的角度缠绕在防磨层外侧，所述的金属铠装加强层(9)螺旋缠绕角度为30°；所述金属铠装层(7)螺旋缠绕角度为30°。
3.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的C形互锁结构由外锁扣和内锁扣组成，互锁结构在受到轴向拉力时，C形互锁结构之间自适应收紧并达到紧密包围的状态，在形成最小包围圆后不继续收紧，避免对管道内部结构的挤压破坏。
4.根据权
5.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的内衬层(1)由聚四氟乙烯材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的防磨层(3)采用厚度不超过2mm的聚乙烯PE材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的保温层(4)采用气凝胶材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的保护层(5)采用高密度聚乙烯HDPE材料制成。
9.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的辅助层(6)采用聚氨酯泡沫制成。
10.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的防磨层(8)采用厚度不超过2mm的聚乙烯PE材料制成。
...【技术特征摘要】
1.一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的高强度热塑性复合管道为多层结构，其从内到外依次为内衬层(1)、增强层(2)、防磨层(3)、保温层(4)、保护层(5)、辅助层(6)、金属铠装层(7)、防磨层(8)、金属铠装加强层(9)；所述增强层(2)至少包含两层采用高强度碳纤维材料制成的材料层，所述金属铠装层(7)由多根c形互锁结构扣合交错连接而成，所述金属铠装加强层(9)由多根c形互锁结构扣合交错连接而成。
2.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的金属铠装加强层(9)以与金属铠装层(7)缠绕方向相反的角度缠绕在防磨层外侧，所述的金属铠装加强层(9)螺旋缠绕角度为30°；所述金属铠装层(7)螺旋缠绕角度为30°。
3.根据权利要求1所述的一种带有金属铠装加强层的高强度热塑性复合管道，其特征在于，所述的c形互锁结构由外锁扣和内锁扣组成，互锁结构在受到轴向拉力时，c形互锁结构之间自适应收紧并达到紧密包围的状态，在形成最小包围圆后不继续收紧，避免对管道内部结构的挤压破坏。
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：阎军，殷旭，卢海龙，沈航，胡海涛，范志瑞，杨志勋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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