专利名称：地源热泵专用加筋塑料管成型机的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种地源热泵专用加筋塑料管成型机。
背景技术：
宇宙是在100 150亿年前，一次大碰撞中产生的。根据科学测算，地 球已形成45亿年，地球表面凝结成的地壳也有40亿年的历史。无数高度压缩的太空物质和 内部放射性物质的衰变加热了这个环绕太阳运动的岩团(地球)，熔化了的铁、镍等元素往 地球中心下沉，轻的物质上浮，最终形成了地壳、地幔和地核。地壳是地球最外面的表层，其 厚度不一。海洋下的地壳厚3 15km，平均8 IOkm ；大陆地壳厚20 65km，平均40km。 地壳表面5km(占地壳厚度的1/8)以内，是目前国际上公认的浅层地热能开发区。广泛存 在于大地的近表层中，其温度水平略高于当地的平均气温，在不同地域、不同气候条件下， 浅层地热的温度变化不大，相对稳定。人类生活的大气环境，随着季节的变化，温度有很大的差异。有些地方夏季炎热， 气温达40°C ；冬季寒冷，气温有时在-30°C以下。为了避免严寒与酷暑的煎熬，人类发明了 用火取暖，科技发达以后出现了“空调”。空调以电为动力，夏天制冷调节温度，冬天制热供 暖。电能是一种高位能，它由煤、石油及可再生能源产生，而煤和石油等是不可再生能源，能 源是人类赖以生存和发展的物质基础。随着人类文明进步和社会发展，人类对能源的消耗 越来越多，会导致能源枯竭、环境恶化等严重后果。地源热泵技术是随着全球性的能源危机和环境问题的出现，逐渐兴起的一门热泵 技术。它是一种通过输入少量的高位能(电能)，实现从浅层地热能(土壤热能、地下水中 的低位热能或地表水中的低位热能)向高位热能转移的热泵空调系统。它是减少CO2排放 的低碳技术，是低碳生活中低碳住宅的重要组成部分。地源热泵系统主要由四部分组成① 浅层地热能采集系统、②水源热泵机组(水/水热泵或水/空气热泵)、③室内采暖空调系 统、④控制系统。所谓浅层地热采集系统，是指通过水或添加防冻剂的水溶液，将岩土体或地下水、 地表水中的热能采集出来并输送给热泵系统。地源热泵空调系统与传统空调的主要区别在 于增加了一个地热换热器，即地下埋管环路。无论是采用地源热泵空调还是采用传统的锅 炉和制冷机，对建筑物内部空调系统来说，在设计上没有大的差别。因此，地源热泵技术的 应用，其关键和难点也就在于对地热换热器进行合理的设计、施工与安装，使其与热泵机组 和空调末端系统优化匹配。地下埋管换热器可分为水平埋管和竖直埋管两大类。水平埋管 的优点是埋在软土地区，造价较低，但传热条件受外界冬、夏气候的影响，主要缺点是占地 面积大，不适合中国地少人多的国情。竖直埋管是在若干竖直孔内设置地下埋管换热器。由 于竖直埋管换热器具有占地少，工作性能稳定等优点，已成为工程应用中的主导形式。竖直埋管换热器竖直孔，钻孔的深度一般为60 100m，孔直径150 200mm，孔与 孔的间距4 6m。竖直孔中的埋管与通常的换热器不同，它不是两种流体之间的换热，而是 埋管中流体与固体(地层)的换热。这种换热过程涉及的物理模型很复杂，涉及的因素也 很多，它是非稳态的，时间跨度很长。因此，要求地下埋管有良好的导热性，有较高的强度， 有极高的耐腐蚀性以保证50年以上的使用寿命(中间不维修、也无法维修)。经过详细计 算，多次试验和工程实用对比(镀锌管、铸铁管、钢塑复合管、铝塑复合管、PI3R管、PE管等)，从工艺性、耐久性、经济性等多方面分析，最后公认聚乙烯(PE)作为埋地换热器管子的材 质最为合适。这种PE管的内径为^mm,壁厚3mm，外径32mm，其优点是耐腐蚀，造价适中，缺 点是强度低，热阻大。无论是国内还是国外、无论是北方还是南方，所有设计单位都是选用 Φ32*3的PE管作为地源热泵换热器的埋管。这也是不得已而为之，因为到目前为止，全世 界还没有找到一种综合性能优于现有PE管的埋地换热器用管。发明内容本发明的目的就是提供一种与传统Φ32*3的PE管比较，导热系数提 高3 4倍、强度提高2 3倍，成本降低1/3，使用寿命在50年以上的地源热泵埋地专用 加筋塑料管。传统的Φ32*3的PE管，是用螺杆挤出机，将改性PE颗粒料加热熔融，通过圆模 机头挤出成型，经冷却定径后成为产品。本发明是将改性PE颗粒料加热熔融用挤出机加 压，通过平板机头挤出高弹态的塑料带材，缠绕到Φ^πιπι的芯棒上，一边缠绕(圆周运动) 一边用拨网轴使其作轴向直线移动(直线运动)，圆周运动和直线运动合成螺旋运动，高弹 态下的塑料带材就卷成了管子。调节螺距则可以调节壁厚(缠绕的层数多，壁厚就相应增 大)。在几层塑料带材的中间(例如共6层缠到第3层后)，从另一方向缠入钢丝网带，钢 丝网带的螺距也可以调节，后面的塑料带材覆盖到钢丝网带上，经压紧后，钢丝网带就热嵌 在塑料管壁中间，形成加筋塑料管。本发明生产的地源热泵专用加筋塑料管，导热系数提高3 4倍是根据下面列出 的半经验性计算公式计算和实验数据得出的。地埋换热器的传热分析，迄今为止还没有国 际上普遍公认的模型和规范。土壤多孔介质中传热传质问题的复杂性，国际上现有的地埋 管换热器传热模型大多采用纯导热模型，忽略了多孔介质的影响。以热阻概念为基础的半 经验性设计计算公式，主要用来根据冷、热负荷估算地埋管换热器所需埋管的长度。这类方 ^43 ￠11 ! '^^ (International Ground Source Heat Pump Association) (IGSHPA)推荐的方法影响最大，我国在2005年制定的《地源热泵系统工程技术规范》中基 本参考了 IGSHPA方法。供热和供冷所需的地埋管换热器钻孔总长度按下式计算
Lh二CAPh (Rp+RsFc) / (T°o-Tmin) * (C0Ph-1/C0Ph) \
(1)
Lc=CAPc (Rp+RsFc) / (Tmax-Too) * (C0Pc+1 /COPc) /式中H--供热；C--供冷；L-钻孔的长度；CAP-热泵的在设计进水温度下的额定出力(制热或制冷量)；COP-热泵的性能系数；F-运行份额；RP和Rs-分别是管壁的热阻和岩土的热阻；T00-地下未受干扰是的平均温度；Tfflax和Tmin-最高和最低进水温度。从上式可以看出，要减少钻孔的总长度L (即减少PE管的用量)，最重要的措施是
减少管壁的热阻和岩土的热阻。减少岩土的热阻，可以对回填材料进行细致研究，例如回填
的渗透系数、渗透比率、回填材料与PE管之间的粘合力、抗压和抗折强度、弹性模量、切变模量及泊松比等力学特性，对热压变形的有限元分析，用有限元分析法来估计界面接触热 阻对传热的影响等等，减少岩土的热阻在精心设计和精心施工中完成，减少管壁的热阻由 本发明完成。本发明生产的地源热泵专用加筋塑料管，导热系数提高3 4倍，主要是减少管壁 的热阻。减少管壁的热阻有两个途径一是在管壁中增加了钢丝网，在强度不减(只会提 高)的前提下，壁厚从3mm变为2mm，减薄1mm，热阻相应减少；二是在管壁中增加了钢丝网， 相当于在管壁中架起“热桥”，钢的热导率为48w/(m. k)，聚乙烯(PE)的热导率在IOw/(m. k) 左右，可见减少管壁的热阻(提高热导率)是非常明显的。本发明生产的地源热泵专用加筋塑料管，强度提高2 3倍是基于以下理论和实 验得出的。与钢质管道的应力分析及管道壁厚计算不同(钢质管道壁厚计算从约)，埋地塑 料管设计中，ISO、英国、芬兰等国家广泛应用环刚度概念，环刚度SK，Kpa Se = EI/Dm3(2)式中E-管子材料的弹性模量，Kpa ；I-单位长度管壁的惯性矩，对于实壁管，I = e3/12e-实壁管壁厚，mDm-管平均直径，m。上式写为& = E(e3/12)/Dm3(3)从式C3)可以看出，管径相同，壁厚相等的管子，管材弹性模量(E)越大的管子，环 刚度就越大。本发明在塑料管壁中嵌入缠绕钢丝网，钢的弹性模量是塑料的580倍，显著增 加了管壁的弹性模量，经压扁试验得知，加筋塑料管的强度提高了 2 3倍。从式C3)还可以看出，管径相同(Dm)，环刚度(Sk)要求一样的管子，管材弹性模量 (E)大的管子，壁厚就可以做得较薄。壁厚减薄，PE料用量减少，这是本发明每米单价降低 1/3的原因。由于本发明缠绕钢丝网是PE料在高弹状态下，热嵌在塑料管壁中，不同于其他加 筋方法。2009年8月沈HCCTV新闻联播报道某厂生产的加筋塑料管供不应求，该厂生产加 筋塑料管的工艺是先用圆模机头挤出内管，待内管冷却后，在内管外表面缠单根钢丝(螺 旋缠绕)，对特殊要求者还要加纵向钢丝。再在缠绕上去的钢丝外面缠绕胶带，以保护钢丝 不松散、不锈蚀。此种方法很难保证从缠绕的胶带搭接处不进水，所以整个管子的使用寿命 也得不到保证。本发明是热嵌状态下缠绕钢丝网，塑料与钢丝网为无缝搭接，水汽根本无法 进入管壁，根据改性PE料的寿命测算，所以能保证管子的使用寿命在50年以上。
以下结合附图，对本发明作进一步详细说明附
图1是地源热泵专用加筋塑料管成型机主视图。它由机架1、芯棒齿轮2、减速 器齿轮3、拨网轴4、芯棒5、压光拨出轴6、塑料平板机头7、钢丝网8等组成。机架1由型钢组焊而成，芯棒齿轮2固定在机架1中间的支承座上。芯棒5套在 芯棒齿轮2上，芯棒齿轮2转动芯棒5亦能随之转动。拨网轴4能在气缸动力作用下，上下 运动并能在电动减速机带动下转动。压光拨出轴6在液压缸的作用下，能向上压紧芯棒5， 也能向下离开，压光拨出轴6能在自身电减速机带动下转动。塑料挤出机平板机头7可以 挤出带宽可以调整的高弹态PE带。钢丝网8有合适的幅宽，成卷套在小轴上，可随小轴的转动松开放长。
具体实施方式
检查加筋塑料管成型机各部件安装是否牢固，运动是否灵活，压缩 空气、冷却水、电源是否接通，检查完毕后准备开机。将螺杆挤出机预热并从料斗中加入改 性PE料，从挤出机螺杆挤出的PE料，经平板机头7形成约300mm宽、0. 4mm厚高弹态的热 PE带材。启动减速器齿轮3的减速机，此减速机的动力为三相异步电动机，用变频调速将 减速器齿轮3调到合适的转速，带动芯棒齿轮2转动，套在芯棒齿轮2上的芯棒5也随之转 动。将连续不断的PE带材搭在芯棒5上，同时将钢丝网带也搭在芯棒上，钢丝网的幅宽为 100 150mm，钢丝网位于PE料带材的中间，PE料带材幅宽完全能盖住钢丝网。此时，PE料 盖住钢丝网在芯棒5上作圆周运动，用手(带石棉手套)推动PE钢丝网圈(向出管方向)， 到达拨网轴4下方以后，开动气缸使拨网轴4压到PE钢丝网圈上(即压到芯棒5上)，同时 让拨网轴4转动(附图1中为反时针旋转)，使PE钢丝网圈在芯棒5上作轴向直线运动，与 原有芯棒5的圆周运动合成螺旋运动。不断的供料，不断的螺旋运动，就可以生产螺旋缠绕 的加筋塑料管。为了消除螺旋缠绕搭接处的痕迹，并且使PE料与钢丝网嵌合得更紧密，故 增设压光拨出轴6，压光拨出轴6的操作与拨网轴4相同，但旋转方向相反，以便于脱模(脱 芯棒)。生产出来的加筋塑料管离开成型机后，立即用水冷却定型，当生产到一定长度 (80m或100m)后，用无齿锯切断，然后上卷、包装出厂。关于80m或IOOm长加筋塑料管尚未 切断前，生产线上的传送机构，将另行申请专利。
权利要求
1.一种地源热泵专用加筋塑料管成型机，其特征在于它由机架、芯棒齿轮、减速器齿 轮、拨网轴、芯棒、压光拨出轴、塑料挤出机平板机头、钢丝网等组成。
2.根据权利要求1所述的地源热泵专用加筋塑料管成型机，其特征在于机架由型钢 组焊而成，芯棒齿轮被支承在机架中间，减速器齿轮带动芯棒齿轮转动。
3.根据权利要求1所述的地源热泵专用加筋塑料管成型机，其特征在于芯棒用螺栓 连接在芯棒齿轮上，在芯棒齿轮的带动下可以作勻速圆周运动。
4.根据权利要求1所述的地源热泵专用加筋塑料管成型机，其特征在于平板机头挤 出的高弹态塑料带材搭在芯棒上缠绕，钢丝网带也搭在芯棒上缠绕，钢丝网带的幅宽小于 塑料带材的幅宽，钢丝网能被塑料包裹在其中。
5.根据权利要求1所述的地源热泵专用加筋塑料管成型机，其特征在于拨网轴转动 使缠绕在芯棒上的钢丝网带沿芯棒作轴向直线运动，芯棒还自身转动作圆周运动，就合成 了钢丝网的螺旋运动。
6.根据权利要求1所述的地源热泵专用加筋塑料管成型机，其特征在于压光拨出轴 转动并压紧已螺旋成型的加筋塑料管，迫使其脱离芯棒，脱离芯棒的加筋塑料管用水冷却， 经定尺寸后切断便可收卷、包装出厂。
全文摘要
人类居住的地表以下(约＞5m)是恒温层，其温度相当于当地年平均气温(20℃左右)。于是就出现了利用高位能(电能)将地热这种低位能与房间空气进行热交换的地源热泵空调系统，冬季可以利用地下恒温层供暖，夏季可以利用地下恒温层降温。地源热泵的关键和难点在于埋地换热管，目前普遍采用的是D32*3mm的聚乙烯(PE)材质换热管。本发明生产的地源热泵专用埋地换热管，是用平板机头挤出高弹态的塑料带材在芯棒上螺旋缠绕，同时螺旋缠绕钢丝网带，热嵌在塑料带材之中，经压光、冷却后形成嵌入式加筋塑料管。这种加筋塑料管与普通聚乙烯管比较，导热系数提高3～4倍，强度提高2～3倍，成本降低1/3，使用寿命在50年以上。
文档编号B29L23/00GK102101356SQ20091026352
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者徐中全, 徐洋, 徐海 申请人:徐中全