專利名稱：一種具有智能自修復功能的管道接口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于管道工程的建設連接領域，具體涉及一種具有智能自修復功能的管道接口，該接口適用于較大口徑的管道，尤其是市政給排水管道。
背景技術：
管道的連接接口是實現(xiàn)將管段連接起來并保證密封的裝置，形式多種多樣，有剛性的也有柔性的，例如剛性連接有法蘭連接、焊接連接、填料式承插連接等，柔性連接有膠圈式承插連接、機械式膠圈承插連接等。管道工程尤其是埋地管道工程破壞事故不斷，在市政供水領域，近年來不斷地可以見到爆管事故的新聞，在溫度變化、不均勻沉降、車行荷載等作用下，管道適應不了一定的變形之后便發(fā)生爆管。在地震作用下，管道的柔性連接會明顯降低管線的震害。在發(fā)生了管線的破壞之后，通常只有等待搶修人員去修復管線，若監(jiān)測措施不利，沒有發(fā)現(xiàn)管線的泄漏，則會耽誤大量的時間，浪費大量的資源。綜合起來，現(xiàn)有連接設施適應變形能力不足，監(jiān)測管線變形情況的設施也顯得不利，修復工作更是效率低下，導致管線的工作可靠性不高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有智能自修復功能的管道接口。為達到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的技術方案是
一種具有智能自修復功能的管道接口，包括承口 1、插口 2、球殼式壓蘭3、活絡節(jié)4、限位環(huán)5、膠圈6、形狀記憶合金7、法蘭配盤8、位移傳感器9和套管10，其中承口 1 一側為半球形結構，另一側為圓柱體結構，球殼式壓蘭3 —側與承口 1半球形一側通過螺栓連接， 活絡節(jié)4為中部圓柱空心的球體結構，圓柱管體結構的一端為承口 1，另一端為插口 2，活絡節(jié)4球體外表面位于球殼式壓蘭3與承口 1內部組成的半球形空間內，插口 2插入活絡節(jié) 4圓柱體側壁空心部位一側，插口 2外壁與承口 1圓柱體外壁一側在同一平面上，活絡節(jié)4 與插口 2連接處設有膠圈6和限位環(huán)5 ；法蘭配盤8為圓環(huán)結構，法蘭配盤8套于球殼式壓蘭3與承口 1組成的半球形空間外的圓柱管體圓周外表面上，由兩個半圓環(huán)通過螺栓連接并由管體上的槽口定位；法蘭配盤8上連接有形狀記憶合金7，套管10由兩個半管構成，通過螺栓連接而成，兩端分別位于插口 2和承口 1兩側圓柱管體圓周外表面上，套管10與管體的連接處設有膠圈6 ；位移傳感器9兩端分別連接于兩個法蘭配盤8上，其數(shù)據線通過套管10的兩個半管連接縫處引出；電源線11 一端連接套管10—側上的孔內形狀記憶合金7， 另一端依次連接平行連接另一根形狀記憶合金7，從套管10另一側上的孔伸出。本發(fā)明中，位移傳感器9通過數(shù)據線連接數(shù)據采集設備。本發(fā)明中，套管10的作用是防止周圍介質侵入到內部設施(如管道埋地時)，以及提供驅動時受力支撐的作用；形狀記憶合金(SMA) 7主要利用其形狀記憶效應提供驅動力使連接處能夠恢復變形；位移傳感器9的作用是測量連接處的軸向與轉角的變形；法蘭配盤8的作用是提供SMA的一段支撐點，提供位移傳感器的安裝位置，并增加了驅動力與變形測量的臂長；由承口 1、插口 2、壓蘭3、活絡節(jié)4、限位環(huán)5及膠圈6構成的柔性接頭可提供連接處的大變形空間，即使發(fā)生較大變形，連接區(qū)域的管體內力不致很高。位移傳感器的信號線可連接到數(shù)據采集設備，可長時間監(jiān)測連接處的變形，當監(jiān)測到的變形超過某一設定的閾值后，可控制一電源對連接SMA的兩根電源線通電，通電后 SMA升溫，使其由馬氏體向奧氏體轉變，從而提供一驅動力，使其恢復到原長度，進而使連接處變形恢復。此新型智能自修復接頭的明顯特點是能夠監(jiān)測其連接處的變形，并能夠自行回復到原形狀，具有生物上的智能記憶特性。據資料和試驗結果顯示，鎳鈦系形狀記憶合金在應變達到8-9%時受限回復時的驅動力能夠達到700MPa。以上下左右兩側SMA橫截面積各為640mm2長為200mm為例，應變達到9%時的非受限回復時平均驅動力矩為51. 2kN · m,比較可觀。本發(fā)明實現(xiàn)了管道的智能自修復，克服了現(xiàn)有接口技術容易破壞，且破壞后修復效率低下的問題，使得管線接口在達到破壞變形之前第一時間就能夠施加一驅動力使其恢復到原形，從而避免了管線破壞，提高了管線工作可靠性。


圖1是本發(fā)明的透視結構示意圖。圖2是法蘭配盤8的側視圖。圖3是套管11的俯視圖和側視圖。其中(a)為俯視圖，(b)為側視圖。圖中標號1為承口，2為插口，3為球殼式壓蘭，4為活絡節(jié)，5為限位環(huán)，6為膠圈， 7為形狀記憶合金(SMA)，8為法蘭配盤，9為位移傳感器，10為套管，11為電源線。
具體實施例方式以下結合附圖所示對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1 圖1示出了本發(fā)明的結構，由圖1可見，本發(fā)明一種具有智能自修復功能的管道接口技術包括半球形承口 1、插口 2、球殼式壓蘭3、活絡節(jié)4、限位環(huán)5、膠圈6、形狀記憶合金(SMA)7、法蘭配盤8、位移傳感器9、套管10及電源線11組成。其中承口 1由半球形結構和圓柱體結構連接組成一體，球殼式壓蘭3 —側與承口 1半球形一側通過螺栓固定，活絡節(jié)4為球形中部圓柱空心結構，活絡節(jié)4位于球殼式壓蘭3與承口 1內部組成的半球形空間內，插口 2位于活絡節(jié)4內部，插口 2與承口 1條形一側在同一平面上，活絡節(jié)4 與插口 2連接處設有膠圈6和限位環(huán)5 ；法蘭配盤8為圓環(huán)結構，法蘭配盤8套于球殼式壓蘭3與承口 1組成的半球形空間外的圓柱管體的圓周外表面上；法蘭配盤8上連接有形狀記憶合金7，套管10兩端分別位于插口 2和承口 1兩側圓柱管體圓周外表面上；位移傳感器9兩端分別連接于兩個法蘭配盤8上，其數(shù)據線通過套管10的兩個半管連接縫處引出； 電源線11 一端連接套管10 —側上的孔內形狀記憶合金7，另一端依次連接平行連接另一根形狀記憶合金7，從套管10另一側上的孔伸出。本發(fā)明的安裝方法如下
首先將膠圈6在活絡節(jié)4內壁槽上安裝好，將球殼式壓蘭3先套進插口 2，再將插口 2推入到活絡節(jié)4里，安裝插口 2上的限位環(huán)5，將球殼式壓蘭3沿插口 2軸線拉回到承口 1 邊緣，對準螺栓孔并擰緊螺栓；在承口 1與插口 2對應位置上安裝法蘭配盤8，再將形狀記憶合金7 —端投入其上相應孔中(SMA只在如圖配盤的上下兩頂面安裝，別的位置不安裝) 并用螺帽擰緊，并按圖連接電源線11，再在兩個法蘭配盤上安裝位移傳感器9，將其信號線沿著套管10連接處預留的小孔引出，最后安裝兩半套管，安裝套管時先將套管上的開孔穿過一側的SMA較大位移，再將另一側的開孔對準另一側的SMA拉回，這樣便順利使兩側SMA 在套管相應的開孔上穿過，在管體與套管10接觸處安放好膠圈，將兩半套管用螺栓擰緊， 最后在套管開孔處用螺帽擰緊SMA并連接好電源線11，調整承口、插口對套管的相對位置， 保證上下兩只位移傳感器的初始讀數(shù)為0 (即連接處無初變形)，與SMA接觸的連接螺帽、開孔處都要采取絕緣處理，以防止驅動時管體漏電。以埋地市政供水管為例，DN200mm球墨鑄鐵管埋深為1. 5m。為實現(xiàn)此智能自修復接口技術，半球形承口為與管體一起澆注而成，其內表面直徑在402 403mm ；活絡節(jié)4材料需硬質表面光滑(可為鑄鐵澆注)，外表面直徑400mm，圓柱狀空心部分的直徑為20廣202mm (比管體口徑略大)，橡膠圈采用一般柔性接頭的膠圈，直徑應略小，以便于安裝后被擠壓密封；法蘭配盤8同樣為硬質金屬材料，外徑為^K)mm，內徑與限位槽相應，按圖示生產有加勁肋；形狀記憶合金7為鎳鈦合金，直徑四讓，每根MOmm長；位移傳感器9為拉線式位移傳感器；套管同樣采用金屬材料(如鑄鐵)，內徑570mm，長度680mm。按照發(fā)明內容中的安裝程序將此接頭安裝好，此新型接口技術便完成了。采用此種接口技術利用位移傳感器測變形，加熱SMA提供回復驅動力，是管線具有了智能自修復功能，提高了地下管線工作可靠性、可知性及修復效率，節(jié)約了資源。本接口技術各部件尺寸與材料并非固定，可根據需要調整。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種具有智能自修復功能的管道接口，包括承口(1)、插口(2)、球殼式壓蘭(3)、活絡節(jié)(4)、限位環(huán)(5)、膠圈(6)、形狀記憶合金(7)、法蘭配盤(8)、位移傳感器(9)和套管 (10)，其特征在于承口(1) 一側為半球形結構，另一側為圓柱體結構，球殼式壓蘭(3) —側與承口(1)半球形一側通過螺栓連接，活絡節(jié)(4)為半球形中部空心結構，的圓柱體結構， 圓柱體結構的兩端為球形，活絡節(jié)(4)球形端位于球殼式壓蘭(3)與承口(1)下方組成的半球形空間內，插口(2)插入活絡節(jié)(4)圓柱體側壁空心部位一側，插口(2)外壁與承口 (1)圓柱體外壁一側在同一平面上，活絡節(jié)⑷與插口⑵連接處設有膠圈(6)和限位環(huán) (5)；法蘭配盤(8)為圓環(huán)結構，法蘭配盤(8)套于球殼式壓蘭(3)與承口(1)組成的半球形空間外，且位于插口(2)和承口(1)兩側圓柱管體圓周外表面上；法蘭配盤(8)上連接有形狀記憶合金(7)，套管(10)兩端分別位于插口(2)和承口(1)兩側圓柱管體圓周外表面上；位移傳感器(9)兩端分別連接于兩個法蘭配盤(8)上，其數(shù)據線通過套管(10)的兩個半管連接縫處引出；電源線(11) 一端連接套管(10) —側上的孔內形狀記憶合金(7)，另一端依次連接平行連接另一根形狀記憶合金(7)，從套管(10)另一側上的孔伸出。
2.根據權利要求1所述的具有智能自修復功能的管道接口，其特征在于位移傳感器 (9)通過電源線(11)連接數(shù)據采集設備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有智能自修復功能的管道接口，包括承口、插口、球殼式壓蘭、活絡節(jié)、形狀記憶合金、法蘭配盤、位移傳感器和套管，承口由半球形結構和圓柱形結構連接組成，球殼式壓蘭一側與承口半球形一側連接，活絡節(jié)為球形中部空心結構，活絡節(jié)位于球殼式壓蘭與承口下方組成的半球形空間內，插口位于活絡節(jié)內部，插口與承口條形一側在同一平面上，活絡節(jié)與插口連接處設有膠圈和限位環(huán)；法蘭配盤為圓環(huán)結構，法蘭配盤位于插口和承口條形一側圓柱管體的圓周外表面上；法蘭配盤與套管間連接有形狀記憶合金，套管兩端分別位于插口和承口兩側圓柱管體的圓周外表面上；位移傳感器通過電源線連接數(shù)據采集設備。本發(fā)明結構新穎，使用方便，避免了管線破壞，提高了管線工作可靠性。
文檔編號F16L27/06GK102182888SQ20111011327
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權日2011年5月4日
發(fā)明者劉威, 李 杰, 臧正義 申請人:同濟大學