專利名稱：基于形狀記憶合金的管道內(nèi)定心裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種管道內(nèi)定心裝置，特別是一種基于形狀記憶合金的管道內(nèi)定 心裝置?？梢詰?yīng)用于管道探測(cè)和相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)背景管道內(nèi)定心機(jī)構(gòu)是在管道探測(cè)、測(cè)量等工程環(huán)境下的常用技術(shù)， 一般由支撐機(jī)構(gòu) 和支撐件組成，傳統(tǒng)的管道內(nèi)定心方式采用支撐輪結(jié)構(gòu)(附圖3為其示意圖)，其支 撐輪結(jié)構(gòu)由三支撐桿件組成的爪型結(jié)構(gòu)，三支撐桿件頂端裝有滾輪，支撐機(jī)構(gòu)定心支 撐工作時(shí)由電機(jī)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)使滑塊移動(dòng)，安裝在滑塊上的頂桿推動(dòng)支撐桿張開(kāi)或收 縮，從而使支撐桿頂端的滾輪與管壁接觸實(shí)現(xiàn)定心和支撐保持。傳統(tǒng)的支撐機(jī)構(gòu)存在如下問(wèn)題因?yàn)榻佑|方式為點(diǎn)接觸，機(jī)構(gòu)無(wú)法與管道內(nèi)壁產(chǎn)生較大定心保持力，在外 部有較大擾動(dòng)下無(wú)法定心靜止。且因?yàn)闄C(jī)構(gòu)中有多個(gè)需相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接點(diǎn)，受這些連 接點(diǎn)的工作原理特性和制造特性的影響，其定心精度受到限制。國(guó)內(nèi)外對(duì)該技術(shù)的研 究目前暫無(wú)解決問(wèn)題的有效方案。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于克服已有技術(shù)存在的問(wèn)題，它提供一種基于形狀記憶合 金的管道內(nèi)定心裝置在定心保持時(shí)能對(duì)管道內(nèi)壁產(chǎn)生較大支撐力，而又可以在外力作 用下在管道內(nèi)順暢移動(dòng)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的構(gòu)思是形狀記憶合金材料有兩種相體狀態(tài)， 一種是馬氏體狀態(tài)，在此狀態(tài)下材料呈現(xiàn)低 彈性模量低屈服強(qiáng)度的特性。還有一種就是奧氏體狀態(tài)，在此狀態(tài)下材料的彈性模量 和屈服強(qiáng)度都有了很大的提高，在常溫下材料是馬氏體狀態(tài)下的，當(dāng)把它加熱到相變溫度之上它就會(huì)相變到奧氏體狀態(tài)，而且其形狀也會(huì)恢復(fù)到其原加工形狀。利用SMA材料的這些特性就能實(shí)現(xiàn)定心支撐狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)低阻力狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。根據(jù)上述構(gòu)思，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案一種基于形狀記憶合金的管道內(nèi)定心裝置，由支撐件和支撐機(jī)構(gòu)組成，其特征在 于所述的支撐件為多塊與管道內(nèi)壁相匹配的外層圓弧形板，所述的支撐機(jī)構(gòu)是一個(gè)內(nèi) 圓筒通過(guò)形狀記憶合金絲與所述的外層圓弧形板相連接，形狀記憶合金絲外接加熱電 源；所述的內(nèi)圓筒通過(guò)形狀記憶合金絲連接外層圓弧形板的連接結(jié)構(gòu)為所述的內(nèi)圓 筒為內(nèi)層絕緣套筒，其外壁周向均布固定連接若干對(duì)軸向安置的內(nèi)層導(dǎo)電條塊；所述 的外層圓弧形板的內(nèi)壁固定連接與內(nèi)層導(dǎo)電條塊相同數(shù)量的軸向安置的連接條塊，連 接條塊為絕緣體；所述的形狀記憶合金絲為圓弧形，在外層圓弧板與內(nèi)圓筒之間，以 軸向均布的多網(wǎng)環(huán)方式排列，每列網(wǎng)環(huán)中的每一根形狀記憶合金絲的中部與所述的連 接條塊固定連接，而其兩端分別與兩塊間隔排列的內(nèi)層導(dǎo)電條塊固定連接；所述的記 憶合金絲外接加熱電源的連接結(jié)構(gòu)為形狀憶記合金絲通過(guò)所述的內(nèi)層導(dǎo)電條塊實(shí)現(xiàn) 所述的外接加熱電源。在上述的基于形狀記憶合金的管道內(nèi)定心裝置，所述的內(nèi)圓筒的兩端分別各固定 連接一個(gè)擋環(huán)；每塊外層圓弧形板兩端內(nèi)壁上各安裝1 2個(gè)滾輪，所述的滾輪分別 與兩個(gè)擋環(huán)的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)接觸。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在本實(shí) 用新型中采用內(nèi)圓筒通過(guò)記憶合金絲連接外層圓弧形板，則可以通過(guò)外接加熱電源對(duì) 記憶合金絲加熱，利用記憶合金材料的兩相性，實(shí)現(xiàn)記憶合金絲對(duì)外層圓弧形板施加 支撐力，從而使本裝置在管道內(nèi)定心定位或在管內(nèi)順暢移動(dòng)，其在定心保持時(shí)對(duì)管道 內(nèi)壁產(chǎn)生較大支撐力，又可以在外力作用下在管道內(nèi)順暢移動(dòng)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 合理。

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1中A-A處剖視圖。 圖3是傳統(tǒng)支撐輪結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是參見(jiàn)圖1和圖2，本基于形狀記憶合金的管道內(nèi)定心裝置由支撐件和支撐機(jī)構(gòu)組成，支撐件為4塊與管道內(nèi)壁相匹配的外層圓弧形 板l，該板為鋁板，支撐機(jī)構(gòu)是一個(gè)內(nèi)圓筒2通過(guò)記憶合金絲3與外層圓弧形板1相 連接，形狀記憶合金絲3外接加熱電源；上述的內(nèi)圓筒2通過(guò)形狀記憶合金絲3連接 外層圓弧形板l的連接結(jié)構(gòu)為所述的內(nèi)圓筒2為內(nèi)層絕緣套筒，其外壁圓向均布固 定連接六對(duì)(即12塊)軸向安置的內(nèi)層導(dǎo)電條塊5;外層圓弧形板1的內(nèi)壁固定連 接六對(duì)(即12塊)軸向的連接塊6，連接條塊6為絕緣體；形狀記憶合金絲3為圓 弧形，在外層圓弧板(l)與內(nèi)圓筒2之間，以軸向均布的多網(wǎng)環(huán)方式排列，每列網(wǎng)環(huán)
中的每一根形狀記憶合金絲3的中部與連接條塊6固定連接，而其兩端分別與兩塊間 隔排列的內(nèi)層導(dǎo)電條塊5固定連接，所述的記憶合金絲3外接加熱電源的連接結(jié)構(gòu)為 形狀記憶合金絲3通過(guò)內(nèi)層導(dǎo)電條塊5實(shí)現(xiàn)外接加熱電源。參見(jiàn)圖2和圖1，上述的內(nèi)圓筒2的兩端分別各固定連接一個(gè)擋環(huán)7;每塊外層 圓弧形板1兩端內(nèi)壁上各安裝2個(gè)滾輪4，滾輪4分別與兩個(gè)擋環(huán)7的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)接 觸。其工作原理如下以下通過(guò)說(shuō)明其定心保持狀態(tài)與在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)兩種狀態(tài)來(lái)就裝置如何實(shí)現(xiàn)狀態(tài) 的轉(zhuǎn)換進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。在常溫狀態(tài)之下，此時(shí)形狀記憶合金材料處于馬氏體狀態(tài)之下，此時(shí)記憶合金絲 3具有低彈性模量低屈服強(qiáng)度的特性，當(dāng)管道的直徑小于外層圓弧形板1撐開(kāi)的直徑時(shí)，管道內(nèi)壁對(duì)于外層圓弧形板1的作用力會(huì)傳遞到記憶合金絲3上，使記憶合金絲 3在支撐力的作用下發(fā)生塑性收縮變形。這樣由外層圓弧形板1形成的外圓直徑會(huì)變 得小于管道內(nèi)徑，機(jī)構(gòu)就可以在外力的推動(dòng)下以較小的運(yùn)動(dòng)阻力下在管道內(nèi)移動(dòng)。當(dāng) 裝置需要進(jìn)入定心保持狀態(tài)時(shí)，由于內(nèi)圓筒2和連接條塊6都是絕緣尼龍材料制作， 而內(nèi)層導(dǎo)電條塊5用銅制作，所以記憶合金絲3組由如串聯(lián)的電阻，此時(shí)通過(guò)控制電 路給記憶合金絲3組通電流并可對(duì)其加溫。在加熱到形狀記憶合金材料的相變溫度之 上時(shí)，其會(huì)恢復(fù)到加工形狀，也就是圖中所示的原弧形并處于高彈性模量的狀態(tài)。此 時(shí)由于設(shè)計(jì)的外層圓弧形板1形成的外圓直徑比管道內(nèi)經(jīng)要大。所以當(dāng)形狀記憶合金 相變完成后，外層圓弧形板l必然會(huì)受壓，此時(shí)記憶合金絲3也會(huì)受到外層圓弧形板 l的壓力而形變，但在彈性變形范圍內(nèi)。在這樣的情況下記憶合金絲3會(huì)對(duì)外層圓弧 形板l產(chǎn)生較大的彈性支撐力，讓外層圓弧形板與管道內(nèi)壁緊貼。由于記憶合金絲3 在周向上是均勻分布的，受力也是均勻的，所以保證了裝置結(jié)構(gòu)的中心對(duì)稱性，在不 考慮內(nèi)圓筒2的重量時(shí)，此裝置的特性可以保證內(nèi)圓筒2處于管道中心位置。在兩邊 的檔環(huán)7的作用下外層圓弧鋁板無(wú)法運(yùn)動(dòng)保證了整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛性，同時(shí)也確保了定心 精度。檔圈的直徑小于管道的內(nèi)徑一定的量，可以保證裝置在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生 運(yùn)動(dòng)干涉。
權(quán)利要求1.一種基于記憶合金的管道內(nèi)定心裝置，由支撐件和支撐機(jī)構(gòu)組成，其特征在于所述的支撐件為多塊與管道內(nèi)壁相匹配的外層圓弧形板(1)，所述的支撐機(jī)構(gòu)是一個(gè)內(nèi)圓筒(2)通過(guò)形狀記憶合金絲(3)與所述的外層圓弧形板(1)相連接，形狀記憶合金絲(3)外接加熱電源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于形狀記憶合金的管道內(nèi)定心裝置，其特征在于所述的 內(nèi)圓筒(2)為內(nèi)層絕緣套筒，其外壁周向均布固定連接若干對(duì)軸向的內(nèi)層導(dǎo)電塊 (5);所述的外層圓弧形板(1)的內(nèi)壁固定連接與內(nèi)層導(dǎo)電塊(5)相同數(shù)量的軸向的 連接塊(6),連接塊(6)為絕緣體；所述的形狀記憶合金絲(3)為圓弧形，其中部與 所述的連接塊(6)固定連接,而其兩端分別與兩塊間隔排列的內(nèi)層導(dǎo)電塊(5)固定連 接，形狀憶記合金絲(3)通過(guò)所述的內(nèi)層導(dǎo)電塊(5)實(shí)現(xiàn)所述的外接加熱電源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于形狀記憶合金的管道內(nèi)定心裝置，其特征在于所述的 內(nèi)圓筒(2)的兩端分別各固定連接一個(gè)擋環(huán)(7);每塊外層圓弧形板(l)兩端內(nèi)壁上 各安裝1 2個(gè)滾輪(4)，所述的液輪(4)分別與兩個(gè)擋環(huán)(7)的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)接觸。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于記憶合金的管道內(nèi)定心裝置。它由支撐件和支撐機(jī)構(gòu)組成，支撐件為多塊與管道內(nèi)壁相匹配的外層圓弧形板，支撐機(jī)構(gòu)是一個(gè)內(nèi)圓筒通過(guò)記憶合金絲與外層圓弧形板相連接，形狀記憶合金金絲外接加熱電源；內(nèi)圓筒為內(nèi)層絕緣套筒，其外壁周向均布固定連接若干對(duì)軸向安置的內(nèi)層導(dǎo)電條塊；外層圓弧形板的內(nèi)壁固定連接與內(nèi)層導(dǎo)電條塊相同數(shù)量的軸向安置的連接條塊，連接條塊為絕緣體；形狀記憶合金絲為圓弧形，在外層圓弧板與內(nèi)圓筒之間，以軸向均布的多網(wǎng)環(huán)方式排列，每列網(wǎng)環(huán)中的每一根形狀記憶合金絲的中部與連接條塊固定連接，而其兩端分別與兩塊間隔排列的內(nèi)層導(dǎo)電條塊固定連接，形狀憶記合金絲通過(guò)內(nèi)層導(dǎo)電條塊實(shí)現(xiàn)外接加熱電源。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了定心保持；利用了記憶合金材料的兩相性，使機(jī)構(gòu)在定心保持時(shí)能對(duì)管道內(nèi)壁產(chǎn)生較大支撐力，而又可以在管道內(nèi)順暢運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16L55/28GK201028235SQ20062004145
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者沈林勇, 章亞男, 袁少杰, 錢晉武, 勇 陳 申請(qǐng)人:上海大學(xué)