專利名稱：一種具有智能自修復(fù)功能的管道接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于管道工程的建設(shè)連接領(lǐng)域，具體涉及一種具有智能自修復(fù)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(shù)：
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(lǐng)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(yīng)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(fù)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(shè)施適應(yīng)變形能力不足，監(jiān)測管線變形情況的設(shè)施也顯得不利，修復(fù)工作更是效率低下，導(dǎo)致管線的工作可靠性不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有智能自修復(fù)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(shù)方案是
一種具有智能自修復(fù)功能的管道接口，包括承口 1、插口 2、球殼式壓蘭3、活絡(luò)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(cè)為半球形結(jié)構(gòu)，另一側(cè)為圓柱體結(jié)構(gòu)，球殼式壓蘭3 —側(cè)與承口 1半球形一側(cè)通過螺栓連接， 活絡(luò)節(jié)4為中部圓柱空心的球體結(jié)構(gòu)，圓柱管體結(jié)構(gòu)的一端為承口 1，另一端為插口 2，活絡(luò)節(jié)4球體外表面位于球殼式壓蘭3與承口 1內(nèi)部組成的半球形空間內(nèi)，插口 2插入活絡(luò)節(jié) 4圓柱體側(cè)壁空心部位一側(cè)，插口 2外壁與承口 1圓柱體外壁一側(cè)在同一平面上，活絡(luò)節(jié)4 與插口 2連接處設(shè)有膠圈6和限位環(huán)5 ；法蘭配盤8為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，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(gòu)成，通過螺栓連接而成，兩端分別位于插口 2和承口 1兩側(cè)圓柱管體圓周外表面上，套管10與管體的連接處設(shè)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(jù)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(cè)上的孔內(nèi)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(cè)上的孔伸出。本發(fā)明中，位移傳感器9通過數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)采集設(shè)備。本發(fā)明中，套管10的作用是防止周圍介質(zhì)侵入到內(nèi)部設(shè)施(如管道埋地時)，以及提供驅(qū)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(yīng)提供驅(qū)動力使連接處能夠恢復(fù)變形；位移傳感器9的作用是測量連接處的軸向與轉(zhuǎn)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(qū)動力與變形測量的臂長；由承口 1、插口 2、壓蘭3、活絡(luò)節(jié)4、限位環(huán)5及膠圈6構(gòu)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(nèi)力不致很高。位移傳感器的信號線可連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可長時間監(jiān)測連接處的變形，當(dāng)監(jiān)測到的變形超過某一設(shè)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(zhuǎn)變，從而提供一驅(qū)動力，使其恢復(fù)到原長度，進而使連接處變形恢復(fù)。此新型智能自修復(fù)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(fù)到原形狀，具有生物上的智能記憶特性。據(jù)資料和試驗結(jié)果顯示，鎳鈦系形狀記憶合金在應(yīng)變達到8-9%時受限回復(fù)時的驅(qū)動力能夠達到700MPa。以上下左右兩側(cè)SMA橫截面積各為640mm2長為200mm為例，應(yīng)變達到9%時的非受限回復(fù)時平均驅(qū)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(fù)，克服了現(xiàn)有接口技術(shù)容易破壞，且破壞后修復(fù)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(qū)動力使其恢復(fù)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(jié)構(gòu)示意圖。圖2是法蘭配盤8的側(cè)視圖。圖3是套管11的俯視圖和側(cè)視圖。其中(a)為俯視圖，(b)為側(cè)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(luò)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(jié)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(jié)構(gòu)，由圖1可見，本發(fā)明一種具有智能自修復(fù)功能的管道接口技術(shù)包括半球形承口 1、插口 2、球殼式壓蘭3、活絡(luò)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(jié)構(gòu)和圓柱體結(jié)構(gòu)連接組成一體，球殼式壓蘭3 —側(cè)與承口 1半球形一側(cè)通過螺栓固定，活絡(luò)節(jié)4為球形中部圓柱空心結(jié)構(gòu)，活絡(luò)節(jié)4位于球殼式壓蘭3與承口 1內(nèi)部組成的半球形空間內(nèi)，插口 2位于活絡(luò)節(jié)4內(nèi)部，插口 2與承口 1條形一側(cè)在同一平面上，活絡(luò)節(jié)4 與插口 2連接處設(shè)有膠圈6和限位環(huán)5 ；法蘭配盤8為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，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(cè)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(jù)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(cè)上的孔內(nèi)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(cè)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(luò)節(jié)4內(nèi)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(luò)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(yīng)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(yīng)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(yù)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(cè)的SMA較大位移，再將另一側(cè)的開孔對準另一側(cè)的SMA拉回，這樣便順利使兩側(cè)SMA 在套管相應(yīng)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(diào)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(qū)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(fù)接口技術(shù)，半球形承口為與管體一起澆注而成，其內(nèi)表面直徑在402 403mm ；活絡(luò)節(jié)4材料需硬質(zhì)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(yīng)略小，以便于安裝后被擠壓密封；法蘭配盤8同樣為硬質(zhì)金屬材料，外徑為^K)mm，內(nèi)徑與限位槽相應(yīng)，按圖示生產(chǎn)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(nèi)徑570mm，長度680mm。按照發(fā)明內(nèi)容中的安裝程序?qū)⒋私宇^安裝好，此新型接口技術(shù)便完成了。采用此種接口技術(shù)利用位移傳感器測變形，加熱SMA提供回復(fù)驅(qū)動力，是管線具有了智能自修復(fù)功能，提高了地下管線工作可靠性、可知性及修復(fù)效率，節(jié)約了資源。本接口技術(shù)各部件尺寸與材料并非固定，可根據(jù)需要調(diào)整。上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)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(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)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(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有智能自修復(fù)功能的管道接口，包括承口(1)、插口(2)、球殼式壓蘭(3)、活絡(luò)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(cè)為半球形結(jié)構(gòu)，另一側(cè)為圓柱體結(jié)構(gòu)，球殼式壓蘭(3) —側(cè)與承口(1)半球形一側(cè)通過螺栓連接，活絡(luò)節(jié)(4)為半球形中部空心結(jié)構(gòu)，的圓柱體結(jié)構(gòu)， 圓柱體結(jié)構(gòu)的兩端為球形，活絡(luò)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(nèi)，插口(2)插入活絡(luò)節(jié)(4)圓柱體側(cè)壁空心部位一側(cè)，插口(2)外壁與承口 (1)圓柱體外壁一側(cè)在同一平面上，活絡(luò)節(jié)⑷與插口⑵連接處設(shè)有膠圈(6)和限位環(huán) (5)；法蘭配盤(8)為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，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(cè)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(cè)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(jù)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(cè)上的孔內(nèi)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(cè)上的孔伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能自修復(fù)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(jù)采集設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有智能自修復(fù)功能的管道接口，包括承口、插口、球殼式壓蘭、活絡(luò)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(jié)構(gòu)和圓柱形結(jié)構(gòu)連接組成，球殼式壓蘭一側(cè)與承口半球形一側(cè)連接，活絡(luò)節(jié)為球形中部空心結(jié)構(gòu)，活絡(luò)節(jié)位于球殼式壓蘭與承口下方組成的半球形空間內(nèi)，插口位于活絡(luò)節(jié)內(nèi)部，插口與承口條形一側(cè)在同一平面上，活絡(luò)節(jié)與插口連接處設(shè)有膠圈和限位環(huán)；法蘭配盤為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，法蘭配盤位于插口和承口條形一側(cè)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(cè)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(jù)采集設(shè)備。本發(fā)明結(jié)構(gòu)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(quán)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(xué)