本发明涉及到一种复合管材的成型设备，尤其涉及到一种石墨烯传热增强多层复合管生产装置及方法。
背景技术：
复合管由于外层和内衬层可以采取特性各异的材料制成，外层管负责承压和刚性支撑的作用，内衬层则承担耐腐蚀、耐磨损等作用。外层管可以根据输送介质的流量和压力要求，选用不同通径和壁厚的金属管材，例如：热镀锌钢管、直缝焊管、螺旋管、低中压流体输送用无缝钢管、高压锅炉及石油裂化用无缝管钢管、管线管等。根据输送介质化学成分，内衬层选用不同的耐腐蚀合金或其它材料。内衬材料主要以不锈钢、铜基合金、镍基合金、钛合金、双相不锈钢等新型高耐磨、腐蚀合金为主。但双金属复合管一般先各自成型，然后再经清洗 塑性加工复合的方法，其技术路线较长且复杂、成本较高。
而涂塑复合金属管是以焊接管、无缝管为基材，内外壁涂敷环氧树脂或聚乙烯粉末，是防腐、耐侵蚀、无毒、无辐射的绿色环保管材，应用于各种流体输送。这种金属/塑料复合管同时具有阻氧作用，可直接用于直饮水工程，而其内外层又是塑料材质，具有非常好的耐腐蚀性。涂塑复合金属管具有如此优良的性能，使得其用途非常广泛，在石油、天然气输送、工矿用管、饮水管、排水管等等各种领域均可以见到其身影。
但在一些磨损、腐蚀严重的场合下，并且需要热力交换场合，那么这种内衬层为树脂因其导热差，而双金属复合管则因耐腐蚀能力相对较差，这两类复合管均不太合适于这类工况下使用。
技术实现要素：
本发明针对内衬树脂复合管和双金属复合管的以上不足，提出一种石墨烯传热增强多层复合管生产装置及方法，所述多层复合管为三层结构，外层为金属管，其金属管的内径不小于25mm，中间层为添加了石墨烯的酚醛树脂，酚醛树脂层的厚度为0.1-1mm，酚醛树脂层石墨烯的质量百分比为0.5-8%wt，内层为酚醛树脂，树脂层厚度为0.05-0.2mm。
所述添加了石墨烯的酚醛树脂，石墨烯的添加方式为：石墨烯通过筛子筛分加入强力搅拌的酚醛树脂之中；
所述石墨烯传热增强多层复合管生产设备由操作与控制系统、硬质管、金属管旋转装置、挡环、硬质管支撑轴承、钢丝刷、金属管支撑架、复合树脂喷嘴、树脂喷嘴、传动轮、加热固化装置、传动带、移动电机、移动导轨、树脂泵、复合树脂泵、过渡支撑管组成。
所述移动电机通过传动轮、传动带，带动金属管旋转装置和金属管支撑架的支座在移动导轨上作往复移动，支座的移动采用行程控制器和延时控制器联动移动电机来控制，工作状态时，金属管固定于金属管旋转装置和金属管支撑架，金属旋转装置提供金属管的旋转动力，金属支撑架则可被动旋转，且金属管支撑架的数量不小于1。
所述金属管旋转装置为组合机构，包含旋转电机、轴承、轴、金属管卡紧装置、支座，旋转电机固定于支座，轴通过轴承固定于支座，金属管卡紧装置通过机械连接方式与轴连接，旋转电机通过传动机构带动轴旋转，金属管卡紧装置采用刚性三爪或四爪卡盘的结构形式。
所述金属管支撑架包括支座、轴承、金属管固定装置，金属管固定装置通过轴承固定于支座，金属管固定装置采用刚性三爪或四爪卡盘的结构形式，金属管固定装置与被固定金属管的接触部位采用柔性材料如橡胶、毛毡等包覆。
所述硬质管，其包含树脂输送管、复合树脂输送管和支撑环组成的复合结构，树脂输送管或复合树脂输送管至少有一种管采用金属管或外套金属管的形式，硬质管一端与泵相连，一端与对应的喷嘴相连，树脂输送管和复合树脂输送管从支撑环中穿过或通过支撑环形成管与管之间的连接，支撑环与硬质管固定连接，支撑环且内嵌于硬质管支撑轴承，支撑环的数量不少2个，硬质管支撑轴承两侧装配有挡环，挡环固定于支撑环，挡环主体为两个环形薄片，环形薄片大圆半径大于硬质管支撑轴承外圈的内径，环形薄片与硬质管支撑轴承的外圈之间的轴向间隙为0.5-2mm，且在环形薄片与硬质管支撑轴承的外圈之间的轴向间隙设置柔性封条。
所述树脂喷嘴和复合树脂喷嘴的数量均大于1个；喷嘴固定于硬质管，树脂喷嘴置于复合树脂喷嘴之前（如图1中所示），树脂喷嘴或复合树脂喷嘴错开角度并分别在同一圆周断面均布；
进一步，在所述支撑环之间设置有抗扭的加固杆件；
进一步，所述档环为圆环结构，档环外径不大于硬质管支撑轴承的外圈。
所述过渡支撑管，其特征在于，过渡支撑管为金属材质，过渡支撑管内径与被喷涂金属管内径一致，过渡支撑管固定于移动导轨并不参与被喷涂金属管的自转和硬质管的轴向移动，被喷涂金属管中心轴线和过渡支撑管中心轴线的同轴度不大于it12级，两管端面之间的缝隙不大于5mm。
进一步，所述钢丝刷固定于硬质管支撑轴承的外圈，钢丝刷在圆周方向为多段结构，钢丝刷的钢丝在轴向宽度不小于10mm，钢丝朝向为硬质管支撑轴承外圈向外的径向。
所述移动导轨为倾斜布置，后喷的金属管端处于相对较低位置，金属管旋转轴线与水平面的夹角为0-0.2rad，移动导轨长度不小于被喷涂金属管长度的2倍，其中移动导轨处于加热固化装置内的长度不小于移动导轨长度的一半，可确保喷涂完毕的金属管完整处于加热固化装置内。
所述加热固化装置为分段式结构，段与段之间采用隔热棉分开，依酚醛树脂和固化剂种类的不同，分别设定加热固化装置各段的加热温度。
进一步，所述加热固化装置各分段的温度设置为，第一段工作温度为60-100℃，相连段之间的工作温度之差为20-40℃，最高工作温度段为不高于250℃。
所述操作与控制系统包含控制单元、显示单元、传感器单元及信号传输及转换单元，实现联动控制、参数调节与自动控制、参数显示功能。
进一步，所述传感器单元的监测对象包含硬质管的位移、金属管转速、硬质管移动速度、固化加热装置各段的温度、复合树脂泵及树脂泵的工作压力；
进一步，所述联动控制包含：支座位移联动复合树脂泵和树脂泵的启/停，支座位移和延时控制器联动控制移动电机、旋转电机。参数显示功能包含加热固化各段的加热功率和温度、旋转电机转速、金属管轴向的移动速度、复合树脂泵工作压力、树脂泵工作压力、树脂剩余量；参数调节与控制包含复合树脂泵工作压力、树脂泵工作压力、旋转电机转速、加热固化装置各段功率和工作温度、金属管轴向的移动速度、金属管内壁喷涂完毕至停止旋转的时间。
进一步，所述移动电机采用三相交流电机，其往复移动的换向采用电路控制，即通过电路变换相电流的顺序实现电机旋转方向变换实现。
所述复合管制备工艺参数：喷涂时金属管的自转速度为100-800转/min，金属管轴向移动速度为0.05-0.5m/s，添加固化剂后酚醛树脂25℃的黏度为0.05-0.10pa·s，树脂泵工作压力为0.2-1.5mpa，复合树脂泵工作压力为0.3-2mpa。
所述复合管的固化工艺分为两阶段，第一阶段为金属管喷涂开始直至旋转停止的时间为0.5-10min，此时加热固化装置的加热温度为60-100℃，第二阶段，金属管停止旋转转入加热固化装置其它段，加热固化装置的工作温度为100-250℃，加热时间为0.5-2h。
相比常规喷涂与固化，本树脂层更为致密和结合强度高，制成的石墨烯传热增强酚醛树脂复合管具有高导热、导电、高耐蚀的特性。
本发明的优点具体在于：
1.由于内层为添加石墨烯的热固性树脂，其抗腐蚀能力相比双金属复合管来说得到大大加强；
2.与双金属复合管相比来说，其生产工艺及条件更简单，生产效率更高；
3.钢丝刷可打磨金属管内壁，提高金属管内壁的清洁度和粗糙度，以增大树脂与金属管的结合强度；
4.与内村为塑料的金属复合管相比，由于树脂层添加了石墨烯，极大的增加了树脂层的导热能力，且由于石墨烯具有导电性能，故本复合管可用于一些腐蚀情况严重，强导热，且需要防止流动介质产生静电的输送管道；
5.酚醛树脂层由于金属管旋转产生的离心力，通过调整加热温度、固化剂等，可让酚醛树脂在旋转时初步完成固化，形成加压加热的固化效果，树脂层致密与金属管结合强度高；
6.金属管倾斜放置，便于钢丝刷刮擦产生的废物从管内扫出来；
7.喷嘴采用对称结构，与前期单一喷嘴相比，消除了树脂喷射反作用力对喷嘴稳定性的不利影响；
8.采用一边搅拌，一边筛分石墨烯的形式添加，石墨烯在酚醛树脂中分散性好，不会有石墨烯团聚及粒度大不均等问题；
9.喷嘴采用均布设置树脂喷嘴和复合树脂喷嘴错开角度并均布，喷嘴之间的相互干扰降低，喷嘴的稳定性大大提高，在被喷金属管末端加置了过渡支撑管，可保证被喷金属管孔表面积100%被喷涂；提高喷涂末期喷嘴的稳定性；
10.本发明设备简单，容易实现自动化和机械化，生产效率高。
附图说明
下面结合附图，对本发明做进一步说明。
本装置原理如如图1所示。
图1为本发明装置的示意图，图中（1）为操作与控制系统；（2）为硬质管；（3）为金属管旋转装置；（4）为挡环；（5）为硬质管支撑轴承；（6）为钢丝刷；（7）为金属管支撑架；（8）为复合树脂喷嘴；（9）为树脂喷嘴；（10）为喷涂后的复合层；（11）为金属管；（12）为传动轮，采用链轮或带轮方式；（13）为加热固化装置；（14）为传动带，采用链条或皮带；（15）为移动电机，采用三相交流电机；（16）为移动导轨，采用金属材料制成；（17）树脂泵；（18）为复合树脂泵，（19）为过渡支撑管。
具体实施方式
图1为本发明装置的示意图，图中（1）为操作与控制系统，控制系统采用plc方式，内嵌wifi；（2）为硬质管，采用树脂输送管和复合树脂输送管全段外套金属管的形式；（3）为金属管旋转装置，装置为组合机构，包含旋转电机、轴承、轴、金属管卡紧装置、支座，旋转电机固定于支座，轴通过轴承固定于支座，金属管卡紧装置通过机械连接方式与轴连接，旋转电机通过传动机构带动轴旋转，金属管卡紧装置采用刚性三爪卡盘结构；（4）为挡环，采用塑料拼合而成，挡环与硬质管外径之间设置有不小于1mm的间隙；（5）为硬质管支撑轴承，采用向心轴承；（6）为钢丝刷，采用胶接方式固定于挡环；（7）为金属管支撑架，支撑架包括支座、轴承、金属管固定装置，金属管固定装置通过轴承固定于支座，金属管固定装置采用刚性三爪卡盘的形式；（8）为复合树脂喷嘴；（9）为树脂喷嘴；（10）为喷涂后的复合层；（11）为金属管；（12）为传动轮，采用同步皮带轮方式；（13）为加热固化装置；（14）为传动带，采用同步皮带形式；（15）为移动电机，采用三相交流电动机；（16）为移动导轨，采用铸铁制成；（17）为树脂泵；（18）为复合树脂泵；（19）为过渡支撑管采用金属材质。
1.一种石墨烯传热增强多层复合管生产装置及方法，生产设备由操作与控制系统、硬质管、金属管旋转装置、挡环、硬质管支撑轴承、钢丝刷、金属管支撑架、复合树脂喷嘴、树脂喷嘴、传动轮、加热固化装置、传动带、移动电机、移动导轨、树脂泵、复合树脂泵、支撑过渡管组成；其特征在于：
所述多层复合管为三层结构，外层为金属管，其金属管的内径不小于25mm，中间层为添加了石墨烯的酚醛树脂，其厚度为0.1-1mm，酚醛树脂层石墨烯的质量百分比为0.5-8%wt，内层为酚醛树脂，厚度为0.05-0.2mm；
进一步，所述石墨烯的添加方式为，石墨烯通过筛子筛分方式加入强力搅拌的树脂之中；
所述移动电机通过传动轮、传动带，带动金属管旋转装置和金属管支撑架的支座在移动导轨上作往复移动，支座的移动采用行程控制器和延时控制器联动移动电机来控制，工作状态时，金属管固定于金属管旋转装置和金属管支撑架，金属旋转装置提供金属管的旋转动力，金属支撑架则可被动旋转，且金属管支撑架的数量不小于1；
所述硬质管为包含树脂输送管、复合树脂输送管和支撑环组成的复合结构，树脂输送管或复合树脂输送管至少有一种管采用金属管或外套金属管的形式，硬质管一端与泵相连，一端与对应的喷嘴相连，树脂输送管和复合树脂输送管从支撑环中穿过或形成管与管之间的连接，支撑环与硬质管固定连接，支撑环且内嵌于硬质管支撑轴承，支撑环的数量不少2个，硬质管支撑轴承两侧装配有挡环，挡环固定于支撑环，挡环主体为两个环形薄片，环形薄片大圆半径大于硬质管支撑轴承外圈的内径，环形薄片与硬质管支撑轴承的外圈之间的轴向间隙为0.5-2mm，且在环形薄片与硬质管支撑轴承的外圈之间的轴向间隙设置柔性封条；
所述树脂喷嘴和复合树脂喷嘴数量均大于1个，喷嘴固定于硬质管，树脂喷嘴或复合树脂喷嘴错开角度并分别在同一圆周断面均布；
所述过渡支撑管为金属材质，过渡支撑管内径与被喷涂金属管内径一致，过渡支撑管固定于移动导轨并不参与被喷涂金属管的自转和硬质管的轴向移动，被喷涂金属管中心轴线和过渡支撑管中心轴线的同轴度不大于it12级，两管端面之间的缝隙不大于5mm；
所述钢丝刷固定于硬质管支撑轴承的外圈，钢丝刷在圆周方向为多段结构，钢丝刷的钢丝在轴向宽度不小于10mm，钢丝朝向为硬质管支撑轴承外圈向外的径向；
所述移动导轨为倾斜布置，后喷的金属管端处于相对较低位置，金属管旋转轴线与水平面的夹角为0-0.2rad，移动导轨长度不小于被喷涂金属管长度的2倍，其中移动导轨处于加热固化装置内的长度不小于移动导轨长度的一半；
所述加热固化装置为分段式结构，段与段之间采用隔热棉分开，第一段的工作温度为60-100℃，相连段之间的工作温度之差为20-40℃，加热固化装置的最高工作温度为不高于250℃。
2.根据权利要求1所述挡环，其特征在于，挡环和钢丝刷采用独立结构或一体结构，挡环主体部件为设置于轴承滚动体两侧面的环形薄片，环形薄片与轴承端面间隙不大于1mm，环形薄片与硬质管的外径的径向间隙有不大于0.5mm。
3.根据权利要求1所述操作与控制系统，其特征在于，系统包含控制单元、显示单元、传感器单元及信号传输及转换单元，实现联动控制、参数调节与自动控制、参数显示功能；
进一步，所述传感器单元的监测对象包含硬质管的位移、金属管转速、硬质管移动速度、固化加热装置各段的温度、复合树脂泵及树脂泵的工作压力；
进一步，所述联动控制包含：支座位移联动复合树脂泵和树脂泵的启/停，支座位移和延时控制器联动控制移动电机、旋转电机；
进一步，所述参数显示功能包含加热固化各段的加热功率和温度、旋转电机转速、金属管轴向的移动速度、复合树脂泵工作压力、树脂泵工作压力、树脂剩余量；参数调节与控制包含复合树脂泵工作压力、树脂泵工作压力、旋转电机转速、加热固化装置各段功率和工作温度、金属管轴向的移动速度、金属管内壁喷涂完毕至停止旋转的时间。
4.根据权利要求1所述多层复合管生产方法，其特征在于，喷涂复合树脂和树脂时，金属管的自转速度为100-800转/min，金属管轴向移动速度为0.05-0.5m/s，添加固化剂后酚醛树脂25℃的黏度为0.05-0.10pa·s，树脂泵工作压力为0.2-1.5mpa，复合树脂泵工作压力为0.3-2mpa；
所述复合管的固化工艺分为两阶段，第一阶段为金属管喷涂开始直至旋转停止的时间为0.5-10min，此时加热固化的工作温度为60-100℃，第二阶段，金属管停止旋转转入加热固化装置其它段，加热固化装置的工作温度为100-250℃，加热时间为0.5-2h。
技术总结