CN116872535B - 一种电熔管件的修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电熔管件的修复系统，涉及管件修复技术领域，包括电源模块、数据采集模块和控制模块，数据采集模块用于与待修复电熔管件电连接，数据采集模块的输出端与控制模块的输入端电连接，控制模块的输出端与电源模块的输入端电连接，电源模块用于与待修复电熔管件电连接；电源模块用于提供电压；数据采集模块用于实时采集待修复电熔管件的电流数据和电压数据并传输给控制模块；控制模块用于：设置电源模块的恒定通电功率、通电时间和初始输出电压；接收并计算数据采集模块采集到的电流数据和电压数据得到实时通电功率数据；根据实时通电功率数据调整电源模块的实时输出电压。本发明具有操作简单、修复范围大、修复效果可控的优点。
Description
技术领域
本发明涉及管件修复技术领域，具体涉及一种电熔管件的修复系统。
背景技术
管道运输作为五大运输方式之一，具有成本低、运量大、可在恶劣环境连续输送等优势，承担着输送天然气、石油、饮用水等重要能源与资源的任务，对于国民经济的发展有着至关重要的作用。以聚乙烯（PE）及其增强复合管为代表的非金属塑料管道具有耐腐蚀、柔性好、寿命长、抗震等优势，在燃气和给水等领域已逐渐替代金属管道，实现“以塑代钢”。电熔连接是非金属压力管道系统中应用较为广泛的连接方式。根据美国燃气协会的数据统计，非金属燃气管道中约65%的失效来自电熔管件的损伤。因此，电熔管件的强度和可靠性在整个塑料压力管道系统中是极为重要的。
目前在电熔管件材料的损伤修复方面，现有技术多采用外加修复剂修复、可逆化学反应修复等修复方法。其中，外加修复剂修复只能完成单次修复，即修复过程不可重复，而可逆化学反应修复的修复范围较小，修复成本高。
发明内容
本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种电熔管件的修复系统，具有操作简单、修复范围大、修复效果可控的优点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电熔管件的修复系统，所述修复系统包括电源模块、数据采集模块和控制模块，其中，所述数据采集模块的输入端用于与待修复电熔管件电连接，所述数据采集模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接，所述控制模块的输出端与所述电源模块的输入端电连接，所述电源模块的输出端用于与所述待修复电熔管件电连接；所述电源模块用于提供电压；所述数据采集模块用于实时采集所述待修复电熔管件的电流数据和电压数据，并将所述电流数据和所述电压数据传输给所述控制模块；所述控制模块用于：设置所述电源模块的恒定通电功率、通电时间和初始输出电压；接收所述数据采集模块采集到的所述电流数据和所述电压数据，并根据所述电流数据和所述电压数据计算得到实时通电功率数据；根据所述实时通电功率数据调整所述电源模块的实时输出电压。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过对可导电塑料电熔管件进行通电加热，从而使电熔管件实现损伤修复。该损伤修复操作简单，修复范围大且能重复进行。并且在修复过程中通过对恒定通电功率、通电时间和电源模块实时输出电压的量化控制，使得电熔管件能够达到预期修复效果，即修复效果可控。
可选地,在所述根据所述实时通电功率数据调整所述电源模块的实时输出电压的步骤中，将所述实时通电功率调节至与所述恒定通电功率一致。
可选地，所述控制模块还用于：根据所述目标修复性能提升度，确定所述恒定通电功率和所述通电时间。
可选地，所述根据所述目标修复性能提升度，确定所述恒定通电功率和所述通电时间，包括：获取已损伤电熔管件样本的第一性能数据；获取多个已修复电熔管件样本的第二性能数据，其中，多个已修复电熔管件样本对应的修复条件互不相同，所述修复条件包括通电时间和恒定通电功率；根据所述第一性能数据和所述第二性能数据，计算得到多个已修复电熔管件样本的修复性能提升度；根据所述多个已修复电熔管件样本的修复性能提升度和对应的恒定通电功率、通电时间，得到所述修复性能提升度与所述恒定通电功率和所述通电时间的关系函数；根据目标修复性能提升度和所述关系函数得到对应的恒定通电功率和通电时间。
可选地，所述修复性能提升度包括爆破压力提升度，所述爆破压力提升度计算公式如下：其中，公式中/>表示爆破压力提升度，/>表示已损伤电熔管件样本的爆破压力，已损伤电熔管件样本通电加热处理后得到已修复电熔管件样本，/>表示所述已修复电熔管件样的爆破压力。
可选地，所述修复性能提升度包括力学性能提升度，所述力学性能提升度，所述力学性能提升度计算公式如下：其中，公式中/>表示力学性能提升度，/>表示所述已损伤电熔管件样本的力学性能，/>表示所述已修复电熔管件的力学性能。
可选地，所述力学性能提升度包括塑性提升度、抗拉强度提升度和断裂韧性提升度，所述塑性提升度的衡量指标包括断后伸长率提升度；所述控制模块用于：根据目标塑性提升度、目标抗拉强度提升度、目标断裂韧性提升度和所述关系函数，分别计算得到所述塑性提升度对应的第一恒定通电功率和第一通电时间、所述抗拉强度提升度对应的第二恒定通电功率和第二通电时间以及所述断裂韧性提升度对应的第三恒定通电功率和第三通电时间；根据所述第一恒定通电功率和所述第一通电时间、所述第二恒定通电功率和所述第二通电时间以及所述第三恒定通电功率和所述第三通电时间的交集部分，得到所述恒定通电功率和所述通电时间。
可选地，所述控制模块向所述电源模块输出控制信号，以使得所述电源模块选择性地输出直流电压或脉冲电压。
可选地，所述电源模块包括导电银胶和导电铜箔，所述待修复电熔管件由导电材料制成，所述导电银胶固定于所述待修复电熔管件表面，所述导电铜箔固定于所述导电银胶，所述电源模块通过所述导电银胶和所述导电铜箔与所述待修复电熔管件电连接。
可选地，所述电源模块包括导电铜箔，所述待修复电熔管件由导电材料制成，所述导电铜箔缠绕设置于所述待修复电熔管件外壁，所述电源模块通过所述导电铜箔与所述待修复电熔管件电连接。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种实施例的各模块连接示意图；
图2为上述实施例中待修复电熔管件塑性提升度的拟合曲面与其最大提升度50%对应平面的交集图；
图3为上述实施例中待修复电熔管件抗拉强度提升度的拟合曲面图与其最大提升度50%对应平面的交集图；
图4为上述实施例中待修复电熔管件断裂韧性提升度的拟合曲面图与其最大提升度50%对应平面的交集图；
图5为上述实施例中待修复电熔管件塑性提升度、抗拉强度提升度和断裂韧性提升度为各自最大提升度50%时对应的恒定通电功率和通电时间的函数关系图；
图6为上述实施例中待修复电熔管件塑性提升度、抗拉强度提升度和断裂韧性提升度为各自最大提升度50%时重合部分对应的恒定通电功率和通电时间的函数关系图；
图7为上述实施例中待修复电熔管件塑性提升度、抗拉强度提升度和断裂韧性提升度为各自最大提升度50%时输入热量与输入时间的函数关系图；
图8为上述实施例中待修复电熔管件的结构示意图；
图9为另一种实施例中待修复电熔管件与导电铜箔的配合示意图。
其中，1、电源模块；2、数据采集模块；3、控制模块；4、待修复电熔管件；5、导电铜箔；6、电阻丝；7、第一接线柱；8第二接线柱。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本申请公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。
参照图1的电熔管件修复系统，修复系统包括电源模块、数据采集模块和控制模块，其中，数据采集模块的输入端用于与待修复电熔管件电连接，数据采集模块的输出端与控制模块的输入端电连接，控制模块的输出端与电源模块的输入端电连接，电源模块的输出端用于与待修复电熔管件电连接；电源模块用于提供电压；数据采集模块用于实时采集待修复电熔管件的电流数据和电压数据，并将电流数据和电压数据传输给控制模块；控制模块用于：设置电源模块的恒定通电功率、通电时间和初始输出电压；接收数据采集模块采集到的电流数据和电压数据，并根据电流数据和电压数据计算得到实时通电功率数据；根据实时通电功率数据调整电源模块的实时输出电压。
具体的，电源模块1与待修复电熔管件4电连接，为待修复电熔管件4的损伤修复过程提供电压，通电后电熔管件产生热量，使得待修复电熔管件4中的基体和纤维的界面结合效果更好，从而提高了电熔管件的力学性能，实现其损伤修复。在通电修复过程中，由于管件温度升高电阻升高，电流值会随着回路电阻升高而降低。因此待修复电熔管件4还连接有数据采集模块2，数据采集模块2用于实时监测采集待修复电熔管件4中的电流和电压数据，并将电流数据和电压数据输出给控制模块3。控制模块3可以是电脑中的控制软件，用于根据设置的通电参数将相应控制信号输出给电源模块1，通电参数包括恒定通电功率以及电源模块1的初始输出电压、初始电流值和通电时间，初始输出电压和初始电流值相乘即为恒定通电功率的数值。控制模块3接收到采集的待修复电熔管件4的电流和两端电压数据后，计算出实时通电功率，根据实时通电功率调节电源模块1的实时输出电压。优选的，控制模块3通过调节电源模块1的实时输出电压，使得实时通电功率与恒定通电功率一致。
本实施例通过对待修复电熔管件进行通电加热，从而使待修复电熔管件实现损伤修复。该损伤修复操作简单，可修复的范围大，且该修复方法具有可重复性，提高了待修复电熔管件的损伤修复效率。并且在修复过程中通过对恒定通电功率、通电时间和电源模块实时输出电压的量化控制，使得电熔管件能够达到预期修复效果，即修复效果可控。
可选地，控制模块还用于：根据目标修复性能提升度，确定恒定通电功率和通电时间。具体的，包括：获取已损伤电熔管件样本的第一性能数据；获取多个已修复电熔管件样本的第二性能数据，其中，多个已修复电熔管件样本对应的修复条件互不相同，修复条件包括通电时间和恒定通电功率；根据第一性能数据和第二性能数据，计算得到多个已修复电熔管件样本的修复性能提升度；根据多个已修复电熔管件样本的修复性能提升度和对应的恒定通电功率、通电时间，得到修复性能提升度与恒定通电功率和通电时间的关系函数；根据目标修复性能提升度和关系函数得到对应的恒定通电功率和通电时间。
其中，修复性能提升度包括爆破压力提升度，根据目标爆破压力提升度，确定恒定通电功率和通电时间，具体如以下步骤所示：
（1）对一个完好的电熔管件样本进行一定范围和次数的循环载荷作用，引入疲劳损伤，得到已损伤电熔管件样本，然后对其进行爆破试验，测得其爆破压力；
（2）对多个完好的电熔管件样本进行一定范围和次数的循环载荷作用，引入与步骤（1）相同程度的疲劳损伤，得到多个已损伤电熔管件样本；
（3）对步骤（2）中的多个已损伤电熔管件样本进行通电加热处理，得到已修复电熔管件样本。通电加热处理采用控制变量法，分别改变了通电时间、恒定通电功率。
（4）对步骤（3）中通电加热后的多个已修复电熔管件样本依次进行爆破试验，得到多组不同通电时间、不同恒定通电功率条件下已修复电熔管件样本的爆破压力；
（5）对步骤（1）处理后的已损伤电熔管件样本和步骤（3）处理后的多个已修复电熔管件样本测得的爆破压力进行处理，通过以下公式对爆破压力提升度进行量化评价。
爆破压力提升度计算公式如下：其中，公式中/>表示爆破压力提升度，/>表示已损伤电熔管件样本的爆破压力，/>表示已损伤电熔管件样本通电加热处理后的爆破压力。/>大于0代表损伤修复有效，/>小于等于0代表损伤修复无效。
（6）以恒定通电功率为x轴，以时间为y轴，以爆破压力提升度为z轴，进行三维非线性曲面拟合，得到爆破压力提升度拟合曲面；
（7）选目标爆破压力提升度的数值，在步骤（6）得到的爆破压力提升度拟合曲面中选择某一截面，例如目标爆破压力提升度为最大爆破压力提升度的50%，将爆破压力提升度拟合曲面与爆破压力提升度最大值的50%对应的平面取交集，得到一条平行于x-o-y平面的闭合曲线，然后将其投影到x-o-y平面，以通电时间t为x轴，以恒定通电功率P为y轴，闭合曲线内即为爆破压力提升度最大值的50%对应的恒定通电功率和通电时间的取值范围。
进一步地，力学性能提升度包括塑性提升度、抗拉强度提升度和断裂韧性提升度，塑性提升度的衡量指标包括断后伸长率提升度；控制模块用于：根据目标塑性提升度、目标抗拉强度提升度、目标断裂韧性提升度和关系函数，分别计算得到塑性提升度对应的第一恒定通电功率和第一通电时间、抗拉强度提升度对应的第二恒定通电功率和第二通电时间以及断裂韧性提升度对应的第三恒定通电功率和第三通电时间；根据第一恒定通电功率和第一通电时间、第二恒定通电功率和第二通电时间以及第三恒定通电功率和第三通电时间的交集部分，得到恒定通电功率和通电时间。
其中，根据目标塑性提升度、目标抗拉强度提升度、目标断裂韧性提升度和关系函数确定恒定通电功率和通电时间，具体如以下步骤所示：
（a）对一个完好的电熔管件样本进行一定范围和次数的循环载荷作用，引入疲劳损伤，得到已损伤电熔管件样本，并对已损伤电熔管件样本进行拉伸试验和三点弯试验，测得已损伤电熔管件样本的塑性、抗拉强度和断裂韧性的数据，其中，塑性的衡量指标包括断后伸长率。
需要说明的是，本实施例中所述的“电熔管件样本”并非一定是电熔管件本身，在实际测试中，出于测试成本和测试便捷性考虑，在上述的拉伸实验和三点弯试验中，电熔管件样本采用的是对应的同材质的板状或块状或其它便于进行上述实验的形状的测试样本，这样可减小测试样本的体积（用量）从而降低成本，同时也便于实验过程中的夹持操作。当然可以理解的是，在前述的爆破试验中，电熔管件样本就是指电熔管件本身，虽然测试成本较高，但这样便于爆破试验的进行。
（b）对多个完好的电熔管件样本进行一定范围和次数的循环载荷作用，引入与步骤（a）相同程度的疲劳损伤，得到多个已损伤电熔管件样本。
（c）对步骤（b）的已损伤电熔管件样本进行通电加热，得到已修复电熔管件样本。其中，通电加热采用控制变量法，分别改变通电时间、恒定通电功率等参数。
（d）对步骤（c）的已修复电熔管件样本进行拉伸试验和三点弯试验，测得已修复电熔管件样本的塑性、抗拉强度和断裂韧性的数据。
（e）对步骤（a）的已损伤电熔管件样本和步骤（d）的已修复电熔管件样本测得的数据进行处理，得到塑性提升度、抗拉强度提升度/>和断裂韧性/>。通过公式（二）对上述三个力学性能提升度进行量化评价：/>
公式（二）中，其中，公式中表示力学性能提升度，/>表示已损伤电熔管件样本的力学性能，/>表示已修复电熔管件样本的力学性能。/>大于0代表损伤修复有效，/>小于等于0代表损伤修复无效。
（f）参照图2至图4，分别以恒定通电功率（即加热功率）和通电时间（即加热时间）为x、y轴，分别以塑性提升度、抗拉强度提升度/>和断裂韧性/>提升度为z轴，进行三维非线性曲面拟合，分别得到相应的拟合曲面。
（g）参照图5和图6，在控制模块设置目标塑性提升度、目标抗拉强度提升度和目标断裂韧性提升度的数值，例如目标塑性提升度、目标抗拉强度提升度和目标断裂韧性提升度均设置为各自最大爆破压力提升度的50%，在步骤（f）中得到的塑性提升度、抗拉强度提升度和断裂韧性提升度的拟合曲面中分别选择一截面，例如塑性提升度、抗拉强度提升度/>和断裂韧性提升度/>的拟合曲面与各自提升度最大值的50%对应的平面取交集，得到三条平行于x-o-y平面的闭合曲线，然后以通电时间t为x轴，以恒定通电功率P为y轴，将三条闭合曲线分别投影到在同一x-o-y平面中，三条闭合曲线交集部分即为恒定通电功率和通电时间的取值范围。
具体的，参照图7，对步骤（g）中得到的三条闭合曲线交集部分的两条曲线进行拟合，得到功率P及通电时间t的关系函数。再根据输入热量Q=P*t，得到输入热量Q与通电时间t的关系函数。根据输入热量Q与通电时间t的范围函数绘制得到输入热量和通电时间的范围函数图，每个通电时间都有对应的输入热量上限值和下限值。当实际输入的热量小于下限值，即处于曲线Q2之下时，表示该通电时间下输入热量不足，无法使断裂韧性提升度、塑性提升度以及提升度都达到各自最大提升度的50%的水平；当实际输入的热量大于上限值，即处于曲线Q1之上时，则表示加热过度，不仅无法实现损伤修复，反而会进一步降低待修复电熔管件本体材料的性能。只有当通电加热输入的热量处于曲线Q1、Q2之间时，才能使得待修复电熔管件的塑性提升度、抗拉强度提升度/>和断裂韧性提升度/>都达到各自最大提升度的50%。
优选的，参照图8，待修复电熔管件4设置有电阻丝6和至少两个接线柱，电阻丝6嵌入待修复电熔管件4内壁，接线柱设置于待修复电熔管件4外壁，电阻丝6与接线柱电连接，接线柱与电源模块1电连接。其中，待修复电熔管件4内壁开设有螺旋槽，电阻丝6嵌入螺旋槽中。接线柱包括第一接线柱7和第二接线柱8，电阻丝6的一端与第一接线柱7电连接，另一端与第二接线柱8电连接。第一接线柱7和第二接线柱8其中的一个与电源模块1的正极相连，其中的另一个与电源模块1的负极相连。如此，启动电源模块后，电阻丝6通电对待修复电熔管件4进行加热修复。
在其他的一些实施方式中，待修复电熔管件4由热塑性基体和导电填充材料制备而成，热塑性基体包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺中的至少一种，导电填充材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维、金属纤维、镀金属玻璃纤维、石墨烯、炭黑中的至少一种。
进一步地，电源模块1包括导电银胶和导电铜箔5，导电银胶固定于待修复电熔管件4表面，导电铜箔5的固定于导电银胶中间，电源模块1通过导电银胶和导电铜箔5与待修复电熔管件4电连接。通电加热时，利用待修复电熔管件4自身的导电性，对待修复电熔管件4进行通电加热，实现损伤修复。优选的，导电铜箔5还覆盖有导电银胶，以减小接触电阻。
在一些实施方式中，参照图9，电源模块1包括导电铜箔5。其中，导电铜箔5为长条状，导电铜箔5缠绕在待修复电熔管件4外壁，电源模块1通过导电铜箔5与待修复电熔管件4电连接。通电加热时，利用待修复电熔管件4自身的导电性，对待修复电熔管件4进行通电加热，实现损伤修复。
为了防止待修复电熔管件4在高电压下过热从而影响管件损伤修复效果，在一些优选的实施方式中，控制模块向电源模块输出控制信号，以使得电源模块选择性地输出直流电压或脉冲电压。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (7)
1.一种电熔管件的修复系统，其特征在于，所述修复系统包括电源模块、数据采集模块和控制模块，其中，所述数据采集模块的输入端用于与待修复电熔管件电连接，所述数据采集模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接，所述控制模块的输出端与所述电源模块的输入端电连接，所述电源模块的输出端用于与所述待修复电熔管件电连接；
所述电源模块用于提供电压；所述数据采集模块用于实时采集所述待修复电熔管件的电流数据和电压数据，并将所述电流数据和所述电压数据传输给所述控制模块；
所述控制模块用于：
设置所述电源模块的恒定通电功率、通电时间和初始输出电压；
接收所述数据采集模块采集到的所述电流数据和所述电压数据，并根据所述电流数据和所述电压数据计算得到实时通电功率数据；
根据所述实时通电功率数据调整所述电源模块的实时输出电压，并将所述实时通电功率调节至与所述恒定通电功率一致；
所述控制模块还用于根据目标修复性能提升度，确定所述恒定通电功率和所述通电时间，包括：
获取已损伤电熔管件样本的第一性能数据；
获取多个已修复电熔管件样本的第二性能数据，其中，多个已修复电熔管件样本对应的修复条件互不相同，所述修复条件包括通电时间和恒定通电功率；
根据所述第一性能数据和所述第二性能数据，计算得到多个已修复电熔管件样本的修复性能提升度；
根据所述多个已修复电熔管件样本的修复性能提升度和对应的恒定通电功率、通电时间，得到所述修复性能提升度与所述恒定通电功率和所述通电时间的关系函数；
根据目标修复性能提升度和所述关系函数得到对应的恒定通电功率和通电时间。
2.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述修复性能提升度包括爆破压力提升度，所述爆破压力提升度计算公式如下：
其中，公式中表示爆破压力提升度，/>表示已损伤电熔管件样本的爆破压力，已损伤电熔管件样本通电加热处理后得到已修复电熔管件样本，/>表示所述已修复电熔管件样本的爆破压力。
3.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述修复性能提升度包括力学性能提升度，所述力学性能提升度计算公式如下：
其中，公式中表示力学性能提升度，/>表示所述已损伤电熔管件样本的力学性能，/>表示所述已修复电熔管件的力学性能。
4.根据权利要求3所述的修复系统，其特征在于，所述力学性能提升度包括塑性提升度、抗拉强度提升度和断裂韧性提升度，所述塑性提升度的衡量指标包括断后伸长率提升度；所述控制模块用于：
根据目标塑性提升度、目标抗拉强度提升度、目标断裂韧性提升度和所述关系函数，分别计算得到所述塑性提升度对应的第一恒定通电功率和第一通电时间、所述抗拉强度提升度对应的第二恒定通电功率和第二通电时间以及所述断裂韧性提升度对应的第三恒定通电功率和第三通电时间；
根据所述第一恒定通电功率和所述第一通电时间、所述第二恒定通电功率和所述第二通电时间以及所述第三恒定通电功率和所述第三通电时间的交集部分，得到所述恒定通电功率和所述通电时间。
5.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述控制模块向所述电源模块输出控制信号，以使得所述电源模块选择性地输出直流电压或脉冲电压。
6.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述电源模块包括导电银胶和导电铜箔，所述待修复电熔管件由导电材料制成，所述导电银胶固定于所述待修复电熔管件表面，所述导电铜箔固定于所述导电银胶，所述电源模块通过所述导电银胶和所述导电铜箔与所述待修复电熔管件电连接。
7.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述电源模块包括导电铜箔，所述待修复电熔管件由导电材料制成，所述导电铜箔缠绕设置于所述待修复电熔管件外壁，所述电源模块通过所述导电铜箔与所述待修复电熔管件电连接。
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Also Published As
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| CN116872535A (zh) | 2023-10-13 |
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