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供水管道橡胶密封圈的选择与应用

发布时间:2011-12-02 13:07:48 浏览次数:0来源:

 

供水管道橡胶密封圈的选择与应用
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
中国水协设备材料委管道部
2010年8月
 


前 言
为了深入贯彻建设部《城市供水行业2010年技术进步发展规划和2020年远景目标》,中国水协设备材料委管道部按照计划要求,2009年的重点工作之一是帮助城市供水企业和橡胶密封圈生产厂家解决橡胶密封圈的选择和应用中存在的问题,全力宣传、推广和择优使用生产工艺技术先进、质量安全可靠、节能降耗的橡胶密封圈产品,以确保城市供水管网安全供水,编写此专题材料作为《城市供水行业2010年技术进步发展规划和2020年远景目标》中关于实施“橡胶密封圈的优化选择与应用”专题的参考材料。文中重点论述了输水管材和橡胶密封圈的选择、管道的柔性接口连接及形式、橡胶密封圈标准、制造橡胶密封圈的材料、橡胶密封圈的生产制造及质量控制、国内外橡胶密封圈生产现状及发展方向、球墨铸铁管、塑料管、PCCP复合钢套筒水泥管等各种管材橡胶密封圈的应用方法。
按照有关领导的指示和要求,管道部参照过去的做法,考察研究,进一步采用“全面调研—重点考察—深入研讨—科学论证—集体编写—专家把关”六个步骤,比较好的完成了专题编写任务。
第一步:全面调研。管道部在2008年部分供水企业和生产厂家对橡胶圈产品的生产和应用提出重视的基础上,先后对北京、上海、广州等30多个供水企业以及马鞍山宏力橡胶制品有限公司、太原恒晋减震科技有限公司、奥维科雅阀门(上海)有限公司、广东茂名恒威橡胶制品有限公司、江苏靖江三星橡塑制品有限公司及有关行业协会进行了全面调研,对存在问题进行了综合分析。
第二步:重点考察。管道部组织专家对马鞍山宏力橡胶制品有限公司、奥维科雅阀门(上海)有限公司等重点生产厂家进行了现场考察,了解了生产流程,与厂方交流座谈,讨论了行业的发展趋势.供需双方进行了互动交流,有问有答,讨论热烈,场面生动活泼。供水企业积极索取各种资料,并且高度评价这种互动交流形式很好,实现了无障碍沟通,双方收获很大。
第三步:深入研讨。 2009年10月24日-25日,管道部在北京专门召开了“城镇供水管网橡胶密封圈、阀门橡胶密封件专题研讨会”。11家供水企业领导、3家相关协会、13个生产厂家共计27个单位的52位代表参会,大家对橡胶密封件的选择与应用、生产制造及质量控制进行了深入、细致的讨论,针对一些现存的问题及解决方案提出了宝贵意见,会后,管道部根据各代表的回馈意见,又对两个专题资料进行了两次修改,最终定稿。
第四步。科学论证:编写过程经过了半年的书面调研分析及考察,论证并参考了有关国家政策、科技文献资料和国外科技动态,做到了文有出处。
第五步:集体编写。此资料编撰历时1年,共计有40个单位提供了资料参考和数据说明,共约50位技术人员和专家参与编写。
第六步:专家把关。中国城镇供水排水协会顾问、水务专家肖绍雍先生、孙文章先生、中国铸造协会铸管及管件分会薛纪二秘书长、胡家骢副秘书长、中国塑料加工工业协会副会长兼管道专业委员会王占杰秘书长以及多家供水企业领导和生产厂家技术专家参与了编写和修改。
本专题主编单位:中国城镇供水排水协会设备材料委管道部、中国铸造协会铸铁管及管件分会、北京自来水集团来水亭物资有限公司、马鞍山宏力橡胶制品有限公司、新兴铸管集团有限公司。
主编人员:白迪祺、薛纪二、胡家骢、肖绍雍、孙文章、张可欣、高法训、高强、刘荣强、宋书燕、马利杰。
参编单位:上海自来水管线工程有限公司、湖北武汉水务集团物资管理中心、厦门水务集团自来水公司、郑州自来水总公司、山西太原自来水总公司、河北石家庄供水集团、南京自来水总公司天寅实业公司、西安市水业运营有限公司物资供应部、佛山市水业集团有限公司、广东惠州市自来水总公司、昆明市自来水集团有限公司、太原恒晋减震科技有限公司、广东茂名恒威橡胶制品有限公司、靖江市三星橡塑制品有限公司、中国塑料加工工业协会管道专业委员会、广州联塑科技实业有限公司、新疆国统管道股份有限公司
参编人员:杨日宝、伍正春、常枢、张银发、张宏伟、曾广德、郭刚、李国胜、张国华、梁惠华、王占杰、李军、朱岭生、郑杏建、陈进松、陈国南、林少全、田媛、张戎、刘新、徐永平
 
中国水协设备材料委管道部办公室  联系电话:010-63425774
联系人:宋书燕 13701268786     田媛 13401192202
地址:北京市宣武区马连道路12号 
邮编:100055
 
 


目 录
 
 
1 概述
水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源,是生态环境的控制性要素,在国民经济和国家安全中具有重要的战略地位。我国是一个资源性、水质性缺水大国,水资源的人均占有量只有世界平均水平的1/3,水资源供需矛盾十分突出。全国655个城市中有400多个城市供水不足,其中严重缺水的城市有111个,每年因缺水影响工业产值就达到2000多亿元。我国目前面临着水资源短缺、水资源恶化、水土流失和洪涝灾害四大水问题,预计到2030年,用水量达7000~8000亿立方米,如果不进一步采取措施,未来可预见到我国严重水危机的发生。然而,目前我国水资源的浪费现象非常严重:据统计,2008年我国城市供水管网平均漏损率达17.66%,有的城市高达30%以上,因此我们必须科学合理地选用输水管材及高性能的密封材料,提高供水管网运行的质量和安全,降低管网漏损率,建设资源节约型和环境友好型社会。
2 输配水管材和橡胶密封圈的选择
2.1 输配水管材的选择
要建设好城乡供水管网,首要问题就是选好管材。据统计我国每年铺设的各种管材约2万多公里。选择输配水管材的原则要求是:强度高、耐压韧性好、卫生性能好,价格低、使用寿命长、柔性接口、安全性高。选择的主要输配水管材有:离心球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土(PCCP)管、钢管、塑料-金属复合管塑料管。各种输配水管材的特点见表1。在管网的选材上,离心球墨铸铁管应用于DN80mm各种口径管道;钢管应用于DN600mm口径管道;预应力钢筒混凝土(PCCP)管应用于大或特大口径管道;塑料管和塑料-金属复合管主要应用于DN300mm以下规格管道。
1     各种输配水管材的特点

管材种类
 材 特 点
离心球墨铸铁管
强度高、韧性好、耐压,施工方便,抗震性好,使用寿命长,接口密封性好。但生产工序较多,工艺控制要求高
钢管
强度高、韧性好、耐压。但耐腐性能较差,施工时接口需焊接
塑料管
重量轻、耐腐性好,内表面光滑,水流阻力小。但强度低,耐高压性差,管材易老化
塑料-金属复合管
结合金属管材和非金属管材的优点:强度韧性高,耐腐性好、使用寿命长,内表面光滑,水流阻力小。但价格较高
预应力钢筒混凝土(PCCP)管
强度高、刚度好,接口密封性好,抗震性好,维护方便,使用寿命长。但重量重,运输、安装不方便

2.2 管道的柔性接口连接及形式
离心球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土(PCCP)管采用橡胶密封圈柔性接口。所谓柔性接口:指管和管或管件之间的连接处,通常采用密封圈密封,可以实现角度偏转、轴向和/或与轴向垂直运动的接口。改变了过去管道刚性连接的弊端:管道受压或地基沉降以及四季温度变化产生的热胀冷缩现象和地震影响导致管道接口开裂受损,从而使密封失效造成漏水。据有关试验报道,当管道的绕曲值为±1.2mm时刚性接口便开始漏水,而柔性接口离心球墨铸铁管横向振动绕曲值可达±31.5至±43.5mm,管道仍不渗不漏不破坏。许多大地震的统计资料显示:地震对管道接口的破坏率是直管部分的3~4倍,所以柔性接口连接对保障输水管网安全运行具有重要作用。在城市输水管网建设中,采用柔性接口形式可大大提高管网的抗震性和安全性,我国属地震多发区,全国88.8%城市都有地震设防要求,在城市管网设计时要事先考虑,认真设防,这样才能大大减少地震对城市输水管网的破坏程度。这对发生地震时尽快恢复供水,减少地震损失,保障人民生命安全都具有重大意义。2008年中国四川省汶川大地震各种管材破坏情况,也证明了柔性接口离心球墨铸铁管具有良好的抗震性。     
国内的离心球墨铸铁管DN80~1600mm使用Tyton型插入式柔性接口,橡胶密封圈是由50±5IRHD、88±5 IRHD两种不同硬度的胶料复合组成。DN1600mm以上球管则为K形橡胶密封圈的压兰形式连接;预应力钢筒混凝土(PCCP)管采用双O形橡胶密封圈的柔性接口,采用50±5IRHD单硬度胶料。这些不同形式的柔性接口连接都是通过管道的承、插口对接插入时对橡胶密封圈进行压缩得到密封,接口的连接可允许有一定的伸缩性和角度偏转,并且这种插入式的连接,安装简便、快捷,密封性能好,具有较强的抗震和抗基础下沉的能力。所以城市供水的安全性和稳定性不但取决于管网管材的优劣,接口密封材料及质量也是管网安全运行的重要因素之一。据测算,国内最好的柔性接口橡胶密封圈其价格也只占管线价格的1%~1.5%,占总工程造价的0.2%~0.3%,但橡胶密封圈的质量和管道的质量不匹配,同样也影响着管线的总体安全和使用寿命。
2.3 供水管网用橡胶密封圈的选择
供水管网用橡胶密封圈长期直接与自来水接触,必须保证其符合卫生要求,不能对水质造成二次污染。因此,生产橡胶密封圈的各种原材料都不得含有对人体健康有害的物质成分,为此在供水橡胶密封圈的材料选择上严禁使用含有苯或苯的衍生物成分和含有砷、汞、镉等金属元素在内的化工助剂,还要严格控制制品中的易溶出物和其“迁移量”,防止成品在使用中因渗出物或滋生微生物对水质造成的二次污染。新的国家标准GB5749《生活饮用水卫生标准》2006版已于2007年7月1日起正式颁布实施,其卫生检测指标由1985年版标准的35项增加到106项,对水质的卫生指标要求更加严格。所以对橡胶密封圈生产的各种配合剂选择与用量都必须送检省级卫生部门检测合格后方可投入生产使用。欧洲卫生标准执行英标BS6920。
2.3.1供水管网用橡胶密封圈标准
2.3.1.1 国外各国供水管网用橡胶密封圈标准
国际标准 ISO4633
日本标准 JISK6353
欧盟标准 BS EN681-1
美国标准 ANST A21-11
ASTM G-564-70(用于污水管)
2.3.1.2 国家标准
a.离心球墨铸铁管接口用橡胶密封圈国内执行国家标准GB/T21873。橡胶密封圈物理性能执行国际标准ISO4633,橡胶密封圈的尺寸标准执行国家标准GB/T13295。
b.冷饮用水管道柔性接口用橡胶密封圈的物理性能要求见表2。
2   用于冷饮用水供应管和排水管系统的橡胶密封圈的物理性能要求
性能
单位
试验方法
章节
硬度级别的要求
40
50
60
70
80
90
公称硬度的允许公差
IRHD
GB/T6031
4.2.3
±5
±5
±5
±5
±5
±5
拉伸强度,min
MPa
GB/T528
4.2.4
9
9
9
9
9
9
扯断伸长率,min
%
GB/T528
4.2.4
400
375
300
200
125
100
压缩永久变形,最大
—23℃ 72h
—70℃ 24h
—-10℃ 72h
 
%
%
%
GB/T7759
 
 
4.2.5.2
4.2.5.2
4.2.5.3
 
12
20
40
 
12
20
40
 
12
20
50
 
15
20
50
 
15
20
60
 
15
20
60
老化,70℃ 7d
硬度变化,最大
拉伸强度变化率,最大
扯断伸长率变化率,最大
 
IRHD
%
 
%
GB/T3512
GB/T6031
GB/T528
 
GB/T528
4.2.6
 
+8~-5
-20
 
+10~-30
 
+8~-5
-20
 
+10~-30
 
+8~-5
-20
 
+10~-30
 
+8~-5
-20
 
+10~-30
 
+8~-5
-20
 
+10~-40
+8~-5
-20
 
+10~-40
应力松弛,最大
—23℃ 7d
—23℃ 100d
 
%
%
GB/T1685
4.2.7
 
13
19
 
14
20
 
15
22
 
16
23
 
17
25
 
18
26
在水中的体积变化,最大70℃ 7d
%
GB/T1690
4.2.8
 
+8~-1
 
+8~-1
 
+8~-1
 
+8~-1
 
+8~-1
 
+8~-1
耐臭氧,
GB/T7762
5.9
在未经放大的条件下观察时看一到裂纹
可选要求
压缩永久变化,最大
-25 72h
 
%
GB/T7759
 
 
4.3.1
 
60
 
60
 
60
 
70
 
70
 
70
硬度变化,最大
-25 168h
 
IRHD
GB/T12832
 
4.3.1
 
+18
 
+18
 
+18
 
——
 
——
 
——
在油中的体积变化
70 72h
在1#标准油中
在3#标准油中
%
GB/T1690
4.3.2
 
 
±10
+50~-5
 
 
±10
+50~-5
 
 
±10
+50~-5
 
 
±10
+50~-5
 
 
±10
+50~-5
 
 
±10
+50~-5
c.预应力钢筒混凝土(PCCP)管接口用橡胶密封圈的物理性能执行JC/T748。国内外橡胶密封圈指标对比见表3
3   国内外橡胶密封圈指标对比
 
国内标准(JC/T 748)
美国标准(AWWA C301)
材料组分
没有要求
聚戊二烯或合成橡胶含量>50%
直径公差
±0.4~±0.8(10~40mm)
19.8±0.4
抗拉强度
1411 MPa
聚戊二烯橡胶>18.6 MPa
或合成橡胶>13.8MPa
断裂伸长率
400%200%
聚戊二烯橡胶>400%
或合成橡胶>350%
比重
没有要求
0.951.45 波动<±0.05
永久压缩变形
25%
20%
老化强度
80%
80%
邵氏硬度
4060
5560
生产方法
模压法
模压法
注:1.中国的检验方法已经与美国的试验与材料协会ASTM方法基本接轨。
2. 本文件所引用标准,凡是注日期的引用标准,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本文件。凡是不注日期的引用标准,其最新版本适用于本文件。
2.3.2制造橡胶密封圈的材料
制造橡胶密封圈的材料有橡胶、促进剂、防老剂、硫化剂等。制造橡胶密封圈的促进剂、防老剂等应选用符合饮用水卫生规范的无污染型。
橡胶有天然及合成两种,前者强度及伸长率比后者好,但易滋生细菌,受霉菌侵蚀,且价贵。埋地管道接口用橡胶密封圈对强度及伸长率要求并不高,合成橡胶完全能满足需要,且不受霉菌及细菌侵蚀,这在埋地管道中是特别重要的条件。
合成橡胶品种有丁苯、丁腈和氯丁等,现在市场上新增加了三元乙丙橡胶。它的特点除耐高温外,就是具有极佳的抗老化性能,橡胶密封圈使用寿命可达100年左右,能够与铸铁管保持使用寿命的一致性,所以球墨铸铁管接口用密封应优先选用三元乙丙橡胶密封圈。
2.3.3三元乙丙橡胶密封圈
橡胶密封圈的使用寿命主要取决于制造材料的抗老化性能。国内管道接口橡胶密封圈一般使用天然胶和丁苯胶混合的材质较多,这类橡胶是一种不饱和的高分子弹性体,分子结构中含有大量的C=C不饱和双键,极易与空气中的臭氧、氧及其它活性物质发生化学反应,加速橡胶分子链断裂、过度交联,从而使橡胶产品物理化学性质和机械性能被破坏,导致密封失效,因此上述两种橡胶存在易老化、耐久性缺憾。橡胶密封圈被埋入地下后,主要是以热氧老化为主。欧洲国家供水管道橡胶密封圈已全部采用三元乙丙橡胶(EPDM)制成。所以三元乙丙橡胶是在如下性能方面在通用橡胶中是最好的:
1)耐臭氧性能:不但大大优于天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶等通用橡胶,而且优于目前耐老化性能比较好的丁基橡胶。例如在含臭氧100pphm的介质中,乙丙橡胶经2430h仍不龟裂;而丁基橡胶仅534h即产生大裂口,氯丁橡胶则只有46h就龟裂;在含臭氧50pphm的介质中,静拉伸30%时,乙丙橡胶试样发生龟裂的时间大于150h,而丁基橡胶只在几小时内就发生龟裂。
2)耐候性能:能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境下使用,含炭黑三元乙丙硫化橡胶在阳光下曝晒3年未发生龟裂,物理机械性能变化很小。
3)耐热性能:可以在120℃环境下长期使用,其最高使用测试为150℃。
4)耐热压缩性能:在168小时70℃的环境下普通SBR橡胶的压缩永久变形为22%,而EPDM(三元乙丙)橡胶的压缩永久变形性能只有10%。
但它的缺点是粘着性差,制品硫化速度慢,工艺复杂。
此外,三元乙丙橡胶还具有如下特点:
1)耐化学药品性极好,由于其缺乏极性,不饱和度低,因此对各种极性化学药品如醇、酸(乙酸、盐酸等)、强碱(氢氧化钠)、氧化剂(双氧水、次氯酸、过溴酸钠)、洗涤剂、动植物油、酮和某些酯类均有较大的抗耐性,长时间接触后性能变化不大。
2)优异的抗压变性能,在采用有机过氧化物硫化后,乙丙橡胶压缩永久变形很小、应力松驰特别缓慢。在截面压缩率30%下自然空气老化23年,压缩永久变形不到10%,而普通橡胶截面压缩率超过30%,压缩永久变形明显较大。
3)较高的弹性,在通用橡胶中其弹性仅次于天然橡胶和顺丁橡胶。
4)较好的低温性能,低温下仍保持较好的弹性和较小的压缩变形,某些牌号的乙丙橡胶其最低极限温度可达-50℃甚至更低。
5)好的耐蒸汽性能,耐过热水性能亦较好。
2.3.4橡胶密封圈的选择
高品质橡胶密封圈的使用寿命必须与相配套管材的使用寿命大体相当,这种观点已是供水界的共识。在输水管线接口橡胶密封圈的选择前应了解影响橡胶密封圈品质的因素。橡胶密封圈的使用寿命主要取决于它的抗老化性能。故对橡胶密封圈的选用,首先必须考虑其抗老化性能,即橡胶密封圈使用寿命应达到50年以上。
西方发达国家20年前已全部采用三元乙丙橡胶密封圈作为球墨铸铁管接口密封。随着国内社会公众节水理念的逐步提高,水务人员着眼于供水系统中各组件寿命的平衡,以及降低管网漏水率和着重长远的经济利益,三元乙丙橡胶密封圈将会在国内管道接口应用中逐步代替目前天然橡胶加丁苯橡胶等混合橡胶密封圈,并得到广泛采用。目前国内许多供水企业已使用三元乙丙材质的橡胶密封圈。
2.3.5橡胶密封圈生产制造及质量控制
2.3.5.1 原材料的选择与应用
生产橡胶密封圈的各种原、辅材料多达几百种。作为输送饮用水的管线接口橡胶密封圈,国内一般选用丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR),由于这两种橡胶在抗老化性能方面存在一定的缺陷,所以国外供水管道的橡胶密封圈大多采用三元乙丙橡胶(EPDM)。同时应选用对水体无毒副作用、符合供水卫生安全产品标准的配合剂。企业在原材料的采购和选择上应考察以下几个方面问题:
a材料供应商的质量信誉和资质的高低;
b材料是否符合环保、卫生要求,及其对下游客户的影响;
c材料的品质对产品性能及生产工艺的影响。
从事供水橡胶密封圈生产的企业在原材料采购时应奉行环保、质量第一的方针,从严把好质量关,并应具备自己检验原材料的机构,或者委托有资质的检验机构进行批量检验。
2.3.5.2 生产工艺
橡胶密封圈生产制造企业在设计生产工艺时,应尽可能地提高产品的抗压缩永久变形、抗压缩应力松驰、抗老化及耐热、耐寒等性能。生产工艺流程见图1。
 

 

 \
 

2.3.5.3 质量控制
橡胶密封圈生产企业必须建立ISO9000质量管理体系,实现全过程的质量管理。应建立完整的工艺控制文件,在生产的各道工序都要建立质量控制点,从原料采购到产品硫化的各个生产流程中必须做到每道工序都得经检验确认后方可转序放行的工作程序。对生产进行过程控制检验。在一定的生产批次内还必须对成品橡胶密封圈进行包括耐老化在内的全项性能试验,以确保橡胶密封圈的各项性能指标符合标准要求,从而及时准确地掌控产品的质量和生产工艺。加强对全体员工进的培训教育。在半成品、成品的储存库,必须严把温度控制关,以保证橡胶密封圈产品质量。
2.3.5.4 橡胶密封圈品质的简易检测方法
可从以下四种简易检测方法对比橡胶密封圈的品质高低:
a屈挠:将橡胶密封圈对折弯曲成180度置于阳光下照射一段时间,看其表面有无龟裂现象,龟裂同时间成正比;龟裂少的,品质越好。
b水煮:将橡胶密封圈切成片状放在水中煮1~2个小时,看其水的色度、浑蚀度,色度越低、浑蚀度越小,说明橡胶密封圈满足卫生要求的可靠性越大。
c抗压缩:用两块板夹住橡胶密封圈使其压缩30%~35%,在23℃压缩状态下停放7天后松开看其变形量,变形越小,说明品质越好。
d应力松驰:在橡胶密封圈上截取柱形试块,并切成标准试样,在 23下使用外来压力将其压缩25%±2%,记录各规定时段应力。
2.3.6国内橡胶密封圈的发展方向
据统计,目前国内离心球墨铸铁管产量已达250万吨,与其配套的接口橡胶密封圈约有500~600万只,即7000~8000吨的橡胶密封圈,产值约4亿元,但现阶段我国橡胶密封圈的材质主要是以丁苯橡胶(SBR)和天然橡胶(NR)混合橡胶为主,EPDM(三元乙丙)材质的橡胶密封圈只有少量应用。
在预应力钢筒混凝土(PCCP)管“O”形橡胶密封圈中,国内目前正在推广使用聚异戊二烯(IR)橡胶,以确保水质的安全卫生。但是聚异戊二烯(IR)橡胶压缩永久性变形和抗老化性能等影响管线安全寿命的性能都低于天然橡胶,更不用说三元乙丙橡胶了。
国家《城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标》中要求到2010年我国的城市供水企业管网的基本漏损率应≤12%,作为管道接口主要配件的橡胶密封圈,应具有与管材相匹配的使用寿命,为此,建议无论是球墨铸铁管还是预应力钢筒混凝土(PCCP)管都应推广使用三元乙丙橡胶密封圈。目前欧盟国家已普遍使用三元乙丙橡胶密封圈。
2.3.7国外管道密封的新方向
国外或境外地区球墨铸铁管接口都采用了橡胶柔性接口连接,并且都已普遍使用了与球墨铸铁管使用寿命相当的三元乙丙橡胶密封圈。
在欧洲现已淘汰Tyton接口,更新为性能更加优越的Standard接口,Standard接口有如下优点:
2.3.7.1 燕尾型结构密封,随着球墨铸铁管管道内水压的加大,橡胶密封圈燕尾处的张力加大,使密封效果更好。
2.3.7.2 采用单一的橡胶硬度,产品的生产工艺趋于简单,产品合格率大幅度提高。
2.3.7.3 管道接口的可偏转角更大。
3 球墨铸铁管橡胶密封圈的安装和使用
3.1 橡胶密封圈物理性能要求
橡胶密封圈物理性能指标必须满足GB/T21873《橡胶密封件 给、排水管及污水管道用接口橡胶密封圈 材料规范》标准的要求。
3.2 尺寸标准

为确保管道接口安装的顺利和密封效果,T形橡胶密封圈的各部分尺寸还必须符合和满足GB/T13295—2008标准要求(见图2和图3,及表4),特别是这种由软、硬两种胶料组成的复合体橡胶密封圈其软、硬胶的界面和比例控制好坏会直接影响橡胶密封圈的安装和密封效果。
\
图2 DN40-DN1200T型接口橡胶密封圈
 
 
 
 
 \
 

图3 DN1400T型接口橡胶密封圈
4 T型橡胶密封圈尺寸
DN
d1
d2
d3
h1
h2
t1
t2
t3
t4
t5
r
80
126
123
16
10
4.5
26
18
10
5
3
3
100
146
144
3.5
150
200
198
200
256
254
18
11
5
30
21
12
6
4
4
250
310
308
32
23
300
366
364
20
12
5.5
34
24
14
7
4.5
350
420
418
400
475
473
22
13
6
38
27
16
8
5
5
500
583
581
24
14
6.5
42
30
18
9
6
5.5
600
692
690
26
15
7
46
33
20
10
7
6
700
809
803
33.5
20
10
55
39
24
16
8
7
800
919
913
35.5
21
11
60
43
26
9
8
900
1026
1020
37.5
22
12
65
47
28
18
10
9
1000
1133
1127
39.5
23
70
51
30
1200
1352
1345
43.5
27
13.5
78
57
34
20
11
10
1400
1569
1549
41.5
27
-
80
58
28
23
22
-
(引自GB13295-2008附录C。)
3.3 卫生规范
用于输送饮用水的输水管网橡胶密封圈和润滑剂必须符合GB5749《生活饮用水卫生标准》及GB/T17219《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全性评价标准》, 供水管网施工中应使用食品级植物油、食品级色拉油等对水质不产生二次污染同时对橡胶密封圈不产生损害的安全润滑剂。严禁使用各种工业油脂、黄蜡油、回收油、地沟油及不符合GB5749《生活饮用水卫生标准》和GB/T17219《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全性评价标准》的洗涤剂在供水管网施工中应用。
3.4 贮存措施
从生产到使用之间的任何阶段,橡胶密封圈应按照GB/T 20739《橡胶制品贮存指南》中的建议进行贮存。宜注意以下几点:
1)贮存温度不宜高于25℃,最好在15℃以下;
2)橡胶密封圈宜避光贮存,尤其要避免强阳光和高紫外线含量的人造光的照射;
3)在存放橡胶密封圈的房间内,不宜有可产生臭氧的设备,如:汞蒸气灯或可产生电火花或静电的高压电器;
4)橡胶密封圈宜以无拉伸、无压缩、无其他形变的松驰方式存放,如:不宜将橡胶密封圈悬挂;
5)贮存橡胶密封圈的环境宜保持清洁。
3.5 安装方法
3.5.1  T型接口球墨铸铁管的安装
3.5.1.1 接口清理:在安装T形橡胶密封圈前,仔细清扫承口内表面及插口外表面,如右图所示。
 \
 
 
 
 
 
3.5.1.2 放置橡胶密封圈:对较小规格的橡胶密封圈,将其弄成“心”型放入承口密封槽内,对较大规格的橡胶密封圈,将其弄成“十”型,如下图所示。橡胶密封圈放入后,应施加径向力使其完全放入密封槽内。
          \                          \                               \
 
 
 
3.5.1.3 标明插入深度。如果施工时将球墨铸铁管厂商标明的插口端插入深度标记切除,必须如表5要求和右图所示在插口端重新标明插入的深度。同时检查管子倒角是否完整。
\ 
 
 
5   球墨铸铁管T型接口的承口深度P值
规格 DN(mm)
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
承口深度 P(mm)
85
88
91
94
100
105
110
110
110
120
规格 DN(mm)
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1400
 
承口深度 P(mm)
120
120
150
160
175
185
200
215
239
 
3.5.1.4 安装前涂润滑剂:如右图所示橡胶密封圈的密封面及管道的插口端。用刷子涂刷适量的润滑剂。
3.5.1.5插入:对中,将球墨铸铁管插口端插入承口 ,插入的深度最大为P-1厘米,如右图所示
3.5.1.6 检查:安装完成、插口连接后,如右图所示,沿插口圆周用金属尺插入承插口内,直到抵到橡胶密封圈的深度,检查所插入的深度应一致。
3.5.2机械式接口(K型)球墨铸铁管的安装
机械式柔性接口球墨铸铁管的安装较容易,速度较快。安装应按照以下步骤进行:
3.5.2.1 清洁
仔细清扫承口内表密封面以及插口外表面的沙、土等杂物。                                
3.5.2.2 装入压兰和橡胶密封圈
把压兰和橡胶密封圈套在插口端。注意橡胶密封圈的方向,橡胶密封圈截面积较小的一端朝向承口端,仔细检查连接用橡胶密封圈,不得粘有任何杂物。
 
3.5.2.3 承、插口定位
将插口插入承口内,完全推入承口端部后再拔出1厘米。
 
 
3.5.2.4 法兰及橡胶密封圈的安装
a 将橡胶密封圈推入承口内,然后将压兰推入顶住橡胶密封圈,插入螺栓,用手将螺母拧住。
 \      \   \     \
 
 
b 检查压兰的位置正确与否,然后用扳手按对称(如图示)顺序拧紧螺母。应反复拧紧,不要一次拧紧。
最好使用测力扳手,连接螺栓的力矩应达到要求:
φ12-22螺栓   力矩≥12 m.kg.f
φ27-30螺栓   力矩≥30 m.kg.f
c 对于口径较大的管道,在拧紧螺母过程中,要用吊车将管子或管件吊起,使承口和插口保持同心。
    试压完后一定要检查螺栓,有必要再拧紧一次。
3.5.3法兰接口管子的安装
\         \        \      \
3.5.3.1 清理和校正法兰盘
a 检查法兰盘和橡胶垫的表面质量,清理法兰盘的密封面;
b 排好安装顺序;
c 在要连接的法兰盘之间留下一点插入橡胶垫的间隙。
3.5.3.2 插入橡胶垫
a 在两个法兰之间放入橡胶垫,穿上螺栓,可借助胶带使橡胶密封圈固定;
b 使橡胶垫在两法兰盘的凸部密封面对中。
3.5.3.3 紧固螺栓\ \
按顺序坚固螺栓,最好使用测力扳手,使螺栓达到要求的力矩。\
试压完后一定要检查螺栓,有必要再拧紧一次。
 
4 给水用PVC-U管道的橡胶密封圈的安装和使用
4.1对橡胶密封圈的材料要求
4.1.1材料应不含有任何对输送中的流体、橡胶密封圈、管道或配件的寿命有害的物质。
4.1.2橡胶密封圈的材料质量必须满足GB/T21873—2008《橡胶密封件 给、排水管及污水管道用接口橡胶密封圈材料规范》标准的要求。
4.1.3输送饮用水的PVC-U管道所用橡胶密封圈应采用食品级橡胶,其卫生性能应符合现行国家标准GB4806.1《食品用橡胶制品卫生标准》的规定。
4.2 橡胶密封圈连接的施工规范
4.2.1检查管材、管件和橡胶密封圈的质量,清理承口和插口的污物,然后将橡胶密封圈安装在承口凹槽内,不得扭曲,异型橡胶密封圈应安装正确,不得装反。
4.2.2管端插入深度应留出温差产生的伸缩量,其值应按施工时的闭合温差计算确定,或可采用表6的数值。
                 6   管端插入深度应留出温差产生的伸缩量
插入时最低环境温度(℃)
设计最大升温(℃)
伸缩量(mm)
>15
25
10.5
10~15
30
12.6
5~9
35
14.7
4.2.3插入深度确定后,应在管端画出插入深度标线;
4.2.4在橡胶密封圈上和插口插入部分涂润滑剂。润滑剂必须无毒、无臭,且不会滋生细菌,对管材和橡胶密封圈无任何损害作用;
4.2.5将插口插入承口,对准轴线,用紧线器等专用拉力工具,均匀用力一次插入至标线。当插入困难时,将管道退出,检查橡胶密封圈是否放置到位;
4.2.6插入到位后,用塞尺顺接口间隙沿管圆周检查橡胶密封圈位置是否正确。
5 预应力钢筒混凝土(PCCP)管的安装和使用
5.1 橡胶密封圈卫生规范、储存、包装和运输的要求
5.1.1国内PCCP管用橡胶密封圈卫生标准规定了一些重金属的溶出量限制;橡胶密封圈润滑剂常用色拉油代替。美国有专门的橡胶密封圈用润滑剂,其标准要求“不能使用石油基的润滑材料,要使用食用级(蔬菜基)的润滑剂”。
5.1.2橡胶密封圈的外观质量要均匀,不应有游离硫、石蜡等喷出物;橡胶密封圈的材质须致密,无平面扭曲现象,无肉眼可见的杂质、气孔、裂缝及其他妨碍使用的缺陷;单个橡胶密封圈上,凹凸不超过0.4mm;橡胶密封圈上的毛刺须除净,其厚度应不超过0.4 mm。
5.1.3准备包装的橡胶密封圈应清洁,不应受到污物、灰尘、油脂类的污染。按GB/T 5721-85《橡胶密封制品标志、包装、运输的一般规定》中的盘卷规定。橡胶密封圈应有塑料袋和纸箱(麻袋)双层包装。
5.1.4产品的贮存、存货的循环和清洗规定,均按GB 5722-85《橡胶密封制品贮存的一般规定》进行。橡胶密封圈储存应采用避光、避高温方式,最高储存温度不超过35℃。温度低于5℃时应尽量减少搬运。
5.1.5橡胶密封圈在运输过程中,应防止阳光直射、雨淋雪盖,严禁与油脂类、酸碱类、化学药品及其他对人身和对橡胶有害的材料相接触。装卸时,应避免橡胶密封圈的外包装被损坏。
5.2 PCCP管连接的施工规范
5.2.1 PCCP管的接口结构 PCCP 接口分单橡胶密封圈和双橡胶密封圈两种接口形式,参见图4和图5。
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4   单橡胶密封圈密封结构图
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5   双橡胶密封圈密封结构图
5.2.2接口安装
5.2.2.1 清口、润滑 安装前须清扫管道的承插口环工作面,除去泥块、水泥或其他外来杂物,并用抹布擦拭干净。然后对承、插口工作面涂刷食品级植物类润滑油(脂)。严禁使用石油类或对密封橡胶密封圈性能有损害的润滑油(脂)。橡胶密封圈在套入插口环凹槽之前,将橡胶密封圈涂满润滑油(脂),或在装有润滑油(脂)的专用容器内浸润。
5.2.2.2 橡胶密封圈就位 套入插口环凹槽后,用一根钢棒插入橡胶密封圈下沿整个接口正、反各转一圈,使橡胶密封圈均匀、平顺地箍在插口环凹槽内,且无扭曲、翻转现象。安装好的橡胶密封圈外表面再涂刷一层润滑油(脂)。
5.2.2.3 当必须在低于O℃气温下进行管道安装时,应采取措施让橡胶密封圈恢复弹性(如在热水中浸泡使其升温)。
5.2.3对接 对接时可采用“内拉法”或“外拉法”。
5.2.3.1 内拉法:在已安装完成后的第一节管道内下部,架设受力斜梁(垂直长度略大于管道内径)。在第二节管道外端口架设横梁,用钢丝绳和手拉葫芦将两梁连接,通过手拉葫芦,将第二节管道拉至安装位置。
5.2.3.2 外拉法:一般用于口径较小的管道安装。
现场施工中,建议使用简易行车配合“内拉法”安装PCCP管道。对接靠内拉和行车移动同步进行,逐渐将两节管道顶压对接在一起。对接时应注意观察橡胶密封圈,一旦发现橡胶密封圈有异常挤压现象,应立即停止进入,并检查橡胶密封圈是否完好,找出问题,调整后重新安装。整个对接过程必须保证接口清洁,严禁砂土及其他异物进入。
5.2.4接缝灌浆 管道外部接缝灌浆的目的是为了保护外露的承插口钢件不受腐蚀。具体灌浆方法如下:认真清除接口处的泥块、浮土等异物,并用水将接口缝隙表面润湿。在接口处的外侧裹一层宽度为250mm的无纺布带,作为灌浆接口的外模(套)。应事先将无纺布的两边折回后缝制成孔道,用大包铁条穿入。将灌浆布袋沿接口围好,铁条要分别位于两根管的端部。用打包机扎紧,只在最上面留出约30cm的灌浆口。然后灌入水灰比为0.65的1:3的水泥砂浆,水泥砂浆应有较好的流动性,以使其均匀、密实、无空隙。灌浆过程中可以用手拍打布袋,促使砂浆流动。待砂浆灌满接口后,灌浆口上部用干硬砂浆填满抹光(图6)。

 

 

 

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参考文献
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[2] 郑翔.中国水行业发展现状及远景政策趋向.中国给水排水.2006,9:168.
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[3](苏)柯舍立夫. 橡胶工艺学 . 陕西科学技术出版社 , 1986,5:484-497
[4](日)久保田铁工株式会社球墨铸铁管手册,中国金属学会铸铁管委员会出版,1994, 10:80-112
[5] 马鞍山宏力橡胶制品有限公司 城市供水管网橡胶密封制品应用使用(内部资料)
[6] 刘江宁、郑杏建 预应力钢筒混凝土管(PCCP)橡胶密封圈安装方法简介(内部资料)
[7] 马鞍山宏力橡胶制品有限公司 PCCP管橡胶密封圈安装使用(内部资料)
[8] 新兴铸管股份有限公司 球墨铸铁管技术手册(内部资料)2000.9