背景技术

聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、聚甲醛管等具有成本低、耐腐蚀、便于施工等优势，广泛应用于油气输送、城市燃气、自来水管网等领域。目前上述管道主要采用热熔对接的方式连接，即通过加热软化后将管道端部挤压在一起。该类型连接方式施工较为简单，但是因为聚合物材料本身特性的限制，热熔连接部位轴向强度较低；并且管道挤压部位留下凸出的环状残留，限制了清管器通过，造成管道难以进行清管施工。该类连接方式，连接部位凸出的环状残留，不利于在管道外层设置缠绕层。另外，由于管道两段夹具结构的限制，对于大口径的薄壁管道，难以采用热熔对接的方式连接。

柔性复合管道因其耐温优、柔韧性好、重量轻、成本低、抗腐蚀性和抗渗透能力突出，广泛应用于石油化工行业。该管道由内而外主要由内衬层、增强层和保护层组成。内衬层，也称之为传输层，通常由交联聚乙烯或者聚乙烯组成，具有抗小分子渗透性能；增强层由涤纶纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等纤维材质交错缠绕形成，硫化氢应力开裂风险较低，承压能力强；保护层由交联聚乙烯或者聚乙烯组成，耐温性能优良。

复合材料管道的连接方法通常有机械压紧方式和非机械压紧方式两大类。机械压紧方式的原理是把复合管的各层依靠机械作用压紧到接头件上，实现密封的同时实现轴向负载的传递。机械压紧连接，需要将一个金属管件的宝塔式接头插入复合管道内部；然后再管道外套一个金属套，通过拧紧金属套将管道压紧。但是，高压柔性复合材料管由于具有增强层，采用机械式压紧方式容易破坏增强层结构。尤其是针对于承压能力更高的、增强层为脆性较大复合材料的柔性复合管，增强层一旦破坏，将会造成负载的传递减弱，压力承受能力降低，容易发生泄漏事故。非机械压紧方式是采用分层连接的方式，将复合管道逐层连接。其中内衬层主要采用热熔对接的方式连接，即管道端部加热软化后挤压在一起实现连接效果。但是此类连接方式同样存在连接强度低、凸出的环状残留的问题。

基于上述技术背景，有相关学者提出了热塑性管道扩径连接方法；即管道一端加热软化后进行扩径操作，然后套入待连接管道，通过电热丝等继续加热，实现两段管道的对接。这样的连接方式强度高，并且管内不存在凸出的环状残留，有利于管道清管作业。通过调研，目前管道扩径主要有以下专利技术。

专利CN204661780U公布了一种管道扩径装置，包括内管、扩管部、液氮供应装置、液氮收集装置和管道，液氮供应装置与内管的一端连接，所述的液氮收集装置与内管的另一端连接，扩管部设置在内管的两端之间，所述的扩管部包括金属管、翅片和绝缘体，翅片设置在金属管上，所述翅片之间的金属管外部设置绝缘体；内管包括软管和绝缘体，所述绝缘体设置在软管外部；内管与扩径部之间通过接头连接，所述的内管装入到管道内，当扩径部放置到管道内需扩径的部位，管道内充满水，启动液氮供应装置将液氮通过内管一端输入，经过内管、扩径部再经过内管流入到液氮收集装置。该方案需要对施工管段内充满水；需要将液氮通过内管输送到扩径部位，并通过内管输送到管道出口进行收集。因此不具备充水、排水条件的管道难以使用该方案。

专利CN210919606U公布了一种螺旋管管端扩径的液压系统，包括机架、滑动连接于机架上的一对扩径模块、置于两扩径模块之间且与扩径模块配合使用的扩径斜块，其中扩径斜块通过油缸驱动，油缸上连接有油路管道，油路管道一端连接有油箱，油路管道包括低压大流量油路管道和高压小流量油路管道，低压大流量油路管道和高压小流量油路管道之间安装有切换油液流通路径的二位四通电磁换向阀和三位四通电磁阀；高压小流量油路管道上安装有可调式压力继电器。该技术方案采用两个独立液压输出单位，根据所需工作状态自动转换实现不同工作过程对工作压力、移动速度的不同需求，节省能力、提高效率，非工作状态、非压力输出油泵为空载状态，可减少电能的消耗，减低油泵的损耗。但是，该方案采用斜块作为执行机构，扩径行程有限；并且不能对管道圆周方向同时扩径，因此难以保证管道扩径后的圆整度。

专利CN204934380U公布了一种管端液压冷扩径机，包括：液压系统、支架、外胎、内胎、垂直导向块、支撑管、导向杆及位置传感器。液压系统安装在支架上，液压系统的活塞杆与内胎的后端固定连接。内胎的表面设置有多个环绕内胎分布的倾斜面，倾斜面上设置有T型槽。外胎的内侧设置有与T型槽相配合的T型块，T型块配合在T型槽内。支撑管固定在支架上，垂直导向块与支撑管前端T型槽相配合。垂直导向块与外胎固定连接。导向杆与活塞杆连接，位置传感器固定在支撑上。该方案采用T型槽相配合的斜块作为执行机构，扩径行程有限；并且不能对管道圆周方向同时扩径，因此难以保证管道扩径后的圆整度。

专利CN209903918U公布了一种管道补口热收缩套扩径装置，包括底座、支架、液压缸、压头、连接杆、提拉座和扩径模具；所述底座固定在水平地面上，在底座上固定安装扩径模具和支架；所述扩径模具主体部分为圆柱体结构；所述支架顶端设有横梁，在所述横梁上安装液压缸；所述液压缸呈倒置状态，在其伸缩臂下端安装压头；所述压头与扩径模具中心轴线重合；所述提拉座布置在压头下方，通过连接杆和压头连接，由压头、连接杆和提拉座组成一体式框架，在提拉座上设有与扩径模具外径尺寸匹配的中心孔。该技术方案通过轴向挤压的方式，将锥形扩径模具塞入交联聚乙烯管道，进行管道扩径。由于该技术方案结构的特殊性，只能对较短的一段管道进行扩径操作；并且待扩径管道轴向阻力过大时，管道容易发生屈曲而不能套入到锥形扩径模具。

在管道封堵方面，专利CN111795252A公开了注水式堵水气囊及其使用方法。注水式堵水气囊的使用方法，具体包括如下步骤：S1、连接三相电源、调试空气压缩机并检查空气压缩机气压表至正常气压，水压车、气泵准备，检查气嘴、管接头的密封性，医用氧气表加气管与空气压缩机连接好当应急气源用；S2、潜水员进入输水管道进行水下探摸，并检查输水管道内是否有杂物毛刺。通过往气囊体中注水，增加气囊体自身重量及水对气囊体侧壁的水压，来增加气囊体与输水管道内壁之间的摩擦力，从而提高承受高水头作用下的水压力的能力，并且注水相当于减小气囊体内部空间，从而减小充气量，来达到降低气囊体重心的效果，增加气囊体的稳定性。

在管道封堵方面，专利CN212004756U公开了一种水利检测用堵水气囊，包括气囊本体，所述气囊本体的一侧安装有插袋，所述插孔的一侧安装有撑杆，且撑杆的一侧安装有伸缩杆，所述伸缩杆的一侧安装有连接板，且伸缩杆的底部安装有支撑板，所述连接板的一侧安装有手把，所述气囊本体的一侧安装有充气管，所述气囊本体上靠近充气管的一侧安装有固定板，本实用新型设置了插袋、撑杆和伸缩杆，提高了堵水气囊的使用效果，提高了安装效率，解决了堵水气囊未充气时，为软体状态，不便于安装在管道内部的问题，设置了安装杆、固定杆和固定板，有利于使用者的使用，解决了一个堵水气囊长度不够时，不能与其他的堵水气囊连接使用的问题。

综上所述，现有技术主要是对金属管道进行扩径操作，消除焊接部位应力；对热塑性塑料管扩径，采用锥形模具挤压的方式。相关现有技术，难以适应热塑性塑料管的扩径套接施工。在管道封堵方面，常用橡胶气囊充气或充水对管道进行封堵；现有技术中气囊承压较小，不适应管道扩径施工要求。因此，发明一种针对热塑性塑料管的扩径方法和工具，具有现实意义和应用前景，相关技术具有较大应用价值。