CN102182888A - 一种具有智能自修复功能的管道接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有智能自修复功能的管道接口，包括承口、插口、球壳式压兰、活络节、形状记忆合金、法兰配盘、位移传感器和套管，承口由半球形结构和圆柱形结构连接组成，球壳式压兰一侧与承口半球形一侧连接，活络节为球形中部空心结构，活络节位于球壳式压兰与承口下方组成的半球形空间内，插口位于活络节内部，插口与承口条形一侧在同一平面上，活络节与插口连接处设有胶圈和限位环；法兰配盘为圆环结构，法兰配盘位于插口和承口条形一侧圆柱管体的圆周外表面上；法兰配盘与套管间连接有形状记忆合金，套管两端分别位于插口和承口两侧圆柱管体的圆周外表面上；位移传感器通过电源线连接数据采集设备。本发明结构新颖，使用方便，避免了管线破坏，提高了管线工作可靠性。

Description

一种具有智能自修复功能的管道接口
技术领域
本发明属于管道工程的建设连接领域，具体涉及一种具有智能自修复功能的管道接口，该接口适用于较大口径的管道，尤其是市政给排水管道。
背景技术
管道的连接接口是实现将管段连接起来并保证密封的装置，形式多种多样，有刚性的也有柔性的，例如刚性连接有法兰连接、焊接连接、填料式承插连接等，柔性连接有胶圈式承插连接、机械式胶圈承插连接等。
管道工程尤其是埋地管道工程破坏事故不断，在市政供水领域，近年来不断地可以见到爆管事故的新闻，在温度变化、不均匀沉降、车行荷载等作用下，管道适应不了一定的变形之后便发生爆管。在地震作用下，管道的柔性连接会明显降低管线的震害。在发生了管线的破坏之后，通常只有等待抢修人员去修复管线，若监测措施不利，没有发现管线的泄漏，则会耽误大量的时间，浪费大量的资源。
综合起来，现有连接设施适应变形能力不足，监测管线变形情况的设施也显得不利，修复工作更是效率低下，导致管线的工作可靠性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有智能自修复功能的管道接口。
为达到上述的发明目的，本发明所采取的技术方案是：
一种具有智能自修复功能的管道接口，包括承口1、插口2、球壳式压兰3、活络节4、限位环5、胶圈6、形状记忆合金7、法兰配盘8、位移传感器9和套管10，其中：承口1一侧为半球形结构，另一侧为圆柱体结构，球壳式压兰3一侧与承口1半球形一侧通过螺栓连接，活络节4为中部圆柱空心的球体结构，圆柱管体结构的一端为承口1，另一端为插口2，活络节4球体外表面位于球壳式压兰3与承口1内部组成的半球形空间内，插口2插入活络节4圆柱体侧壁空心部位一侧，插口2外壁与承口1圆柱体外壁一侧在同一平面上，活络节4与插口2连接处设有胶圈6和限位环5；法兰配盘8为圆环结构，法兰配盘8套于球壳式压兰3与承口1组成的半球形空间外的圆柱管体圆周外表面上，由两个半圆环通过螺栓连接并由管体上的槽口定位；法兰配盘8上连接有形状记忆合金7，套管10由两个半管构成，通过螺栓连接而成，两端分别位于插口2和承口1两侧圆柱管体圆周外表面上，套管10与管体的连接处设有胶圈6；位移传感器9两端分别连接于两个法兰配盘8上，其数据线通过套管10的两个半管连接缝处引出；电源线11一端连接套管10一侧上的孔内形状记忆合金7，另一端依次连接平行连接另一根形状记忆合金7，从套管10另一侧上的孔伸出。
本发明中，位移传感器9通过数据线连接数据采集设备。
本发明中，套管10的作用是防止周围介质侵入到内部设施（如管道埋地时），以及提供驱动时受力支撑的作用；形状记忆合金（SMA）7主要利用其形状记忆效应提供驱动力使连接处能够恢复变形；位移传感器9的作用是测量连接处的轴向与转角的变形；法兰配盘8的作用是提供SMA的一段支撑点，提供位移传感器的安装位置，并增加了驱动力与变形测量的臂长；由承口1、插口2、压兰3、活络节4、限位环5及胶圈6构成的柔性接头可提供连接处的大变形空间，即使发生较大变形，连接区域的管体内力不致很高。
位移传感器的信号线可连接到数据采集设备，可长时间监测连接处的变形，当监测到的变形超过某一设定的阈值后，可控制一电源对连接SMA的两根电源线通电，通电后SMA升温，使其由马氏体向奥氏体转变，从而提供一驱动力，使其恢复到原长度，进而使连接处变形恢复。
此新型智能自修复接头的明显特点是能够监测其连接处的变形，并能够自行回复到原形状，具有生物上的智能记忆特性。
据资料和试验结果显示，镍钛系形状记忆合金在应变达到8-9%时受限回复时的驱动力能够达到700MPa。以上下左右两侧SMA横截面积各为640mm2长为200mm为例，应变达到9%时的非受限回复时平均驱动力矩为51.2kN·m，比较可观。
本发明实现了管道的智能自修复，克服了现有接口技术容易破坏，且破坏后修复效率低下的问题，使得管线接口在达到破坏变形之前第一时间就能够施加一驱动力使其恢复到原形，从而避免了管线破坏，提高了管线工作可靠性。
附图说明
图1是本发明的透视结构示意图。
图2是法兰配盘8的侧视图。
图3是套管11的俯视图和侧视图。其中：(a)为俯视图，(b)为侧视图。
图中标号：1为承口，2为插口，3为球壳式压兰，4为活络节，5为限位环，6为胶圈，7为形状记忆合金（SMA），8为法兰配盘，9为位移传感器，10为套管，11为电源线。
具体实施方式
以下结合附图所示对本发明作进一步的说明。
实施例1：图1示出了本发明的结构，由图1可见，本发明一种具有智能自修复功能的管道接口技术包括半球形承口1、插口2、球壳式压兰3、活络节4、限位环5、胶圈6、形状记忆合金（SMA）7、法兰配盘8、位移传感器9、套管10及电源线11组成。其中：承口1由半球形结构和圆柱体结构连接组成一体，球壳式压兰3一侧与承口1半球形一侧通过螺栓固定，活络节4为球形中部圆柱空心结构，活络节4位于球壳式压兰3与承口1内部组成的半球形空间内，插口2位于活络节4内部，插口2与承口1条形一侧在同一平面上，活络节4与插口2连接处设有胶圈6和限位环5；法兰配盘8为圆环结构，法兰配盘8套于球壳式压兰3与承口1组成的半球形空间外的圆柱管体的圆周外表面上；法兰配盘8上连接有形状记忆合金7，套管10两端分别位于插口2和承口1两侧圆柱管体圆周外表面上；位移传感器9两端分别连接于两个法兰配盘8上，其数据线通过套管10的两个半管连接缝处引出；电源线11一端连接套管10一侧上的孔内形状记忆合金7，另一端依次连接平行连接另一根形状记忆合金7，从套管10另一侧上的孔伸出。
本发明的安装方法如下：
首先将胶圈6在活络节4内壁槽上安装好，将球壳式压兰3先套进插口2，再将插口2推入到活络节4里，安装插口2上的限位环5，将球壳式压兰3沿插口2轴线拉回到承口1边缘，对准螺栓孔并拧紧螺栓；在承口1与插口2对应位置上安装法兰配盘8，再将形状记忆合金7一端投入其上相应孔中（SMA只在如图配盘的上下两顶面安装，别的位置不安装）并用螺帽拧紧，并按图连接电源线11，再在两个法兰配盘上安装位移传感器9，将其信号线沿着套管10连接处预留的小孔引出，最后安装两半套管，安装套管时先将套管上的开孔穿过一侧的SMA较大位移，再将另一侧的开孔对准另一侧的SMA拉回，这样便顺利使两侧SMA在套管相应的开孔上穿过，在管体与套管10接触处安放好胶圈，将两半套管用螺栓拧紧，最后在套管开孔处用螺帽拧紧SMA并连接好电源线11，调整承口、插口对套管的相对位置，保证上下两只位移传感器的初始读数为0（即连接处无初变形），与SMA接触的连接螺帽、开孔处都要采取绝缘处理，以防止驱动时管体漏电。
以埋地市政供水管为例，DN200mm球墨铸铁管埋深为1.5m。为实现此智能自修复接口技术，半球形承口为与管体一起浇注而成，其内表面直径在402~403mm；活络节4材料需硬质表面光滑（可为铸铁浇注），外表面直径400mm，圆柱状空心部分的直径为201~202mm（比管体口径略大），橡胶圈采用一般柔性接头的胶圈，直径应略小，以便于安装后被挤压密封；法兰配盘8同样为硬质金属材料，外径为260mm，内径与限位槽相应，按图示生产有加劲肋；形状记忆合金7为镍钛合金，直径29mm，每根240mm长；位移传感器9为拉线式位移传感器；套管同样采用金属材料（如铸铁），内径570mm，长度680mm。
按照发明内容中的安装程序将此接头安装好，此新型接口技术便完成了。采用此种接口技术利用位移传感器测变形，加热SMA提供回复驱动力，是管线具有了智能自修复功能，提高了地下管线工作可靠性、可知性及修复效率，节约了资源。
本接口技术各部件尺寸与材料并非固定，可根据需要调整。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有智能自修复功能的管道接口，包括承口(1)、插口(2)、球壳式压兰(3)、活络节(4)、限位环(5)、胶圈(6)、形状记忆合金(7)、法兰配盘(8)、位移传感器(9)和套管(10)，其特征在于承口(1)一侧为半球形结构，另一侧为圆柱体结构，球壳式压兰(3)一侧与承口(1)半球形一侧通过螺栓连接，活络节(4)为半球形中部空心结构，的圆柱体结构，圆柱体结构的两端为球形，活络节(4)球形端位于球壳式压兰(3)与承口(1)下方组成的半球形空间内，插口(2)插入活络节(4)圆柱体侧壁空心部位一侧，插口(2)外壁与承口(1)圆柱体外壁一侧在同一平面上，活络节(4)与插口(2)连接处设有胶圈(6)和限位环(5)；法兰配盘(8)为圆环结构，法兰配盘(8)套于球壳式压兰(3)与承口(1)组成的半球形空间外，且位于插口(2)和承口(1)两侧圆柱管体圆周外表面上；法兰配盘(8)上连接有形状记忆合金(7)，套管(10)两端分别位于插口(2)和承口(1)两侧圆柱管体圆周外表面上；位移传感器(9)两端分别连接于两个法兰配盘(8)上，其数据线通过套管(10)的两个半管连接缝处引出；电源线(11)一端连接套管(10)一侧上的孔内形状记忆合金(7)，另一端依次连接平行连接另一根形状记忆合金(7)，从套管(10)另一侧上的孔伸出。
2.根据权利要求1所述的具有智能自修复功能的管道接口，其特征在于位移传感器(9)通过电源线(11)连接数据采集设备。
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