专利名称：基于形状记忆合金的管道内定心装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种管道内定心装置，特别是一种基于形状记忆合金的管道内定 心装置。可以应用于管道探测和相关的应用领域。
技术背景管道内定心机构是在管道探测、测量等工程环境下的常用技术， 一般由支撑机构 和支撑件组成，传统的管道内定心方式采用支撑轮结构(附图3为其示意图)，其支 撑轮结构由三支撑杆件组成的爪型结构，三支撑杆件顶端装有滚轮，支撑机构定心支 撑工作时由电机带动螺杆旋转使滑块移动，安装在滑块上的顶杆推动支撑杆张开或收 縮，从而使支撑杆顶端的滚轮与管壁接触实现定心和支撑保持。传统的支撑机构存在如下问题因为接触方式为点接触，机构无法与管道内壁产生较大定心保持力，在外 部有较大扰动下无法定心静止。且因为机构中有多个需相对运动的连接点，受这些连 接点的工作原理特性和制造特性的影响，其定心精度受到限制。国内外对该技术的研 究目前暂无解决问题的有效方案。 实用新型内容本实用新型的目的，在于克服已有技术存在的问题，它提供一种基于形状记忆合 金的管道内定心装置在定心保持时能对管道内壁产生较大支撑力，而又可以在外力作 用下在管道内顺畅移动。为达到上述目的，本实用新型的构思是形状记忆合金材料有两种相体状态， 一种是马氏体状态，在此状态下材料呈现低 弹性模量低屈服强度的特性。还有一种就是奥氏体状态，在此状态下材料的弹性模量 和屈服强度都有了很大的提高，在常温下材料是马氏体状态下的，当把它加热到相变温度之上它就会相变到奥氏体状态，而且其形状也会恢复到其原加工形状。利用SMA材料的这些特性就能实现定心支撑状态和运动低阻力状态的转换。根据上述构思，本实用新型采用下述技术方案一种基于形状记忆合金的管道内定心装置，由支撑件和支撑机构组成，其特征在 于所述的支撑件为多块与管道内壁相匹配的外层圆弧形板，所述的支撑机构是一个内 圆筒通过形状记忆合金丝与所述的外层圆弧形板相连接，形状记忆合金丝外接加热电 源；所述的内圆筒通过形状记忆合金丝连接外层圆弧形板的连接结构为所述的内圆 筒为内层绝缘套筒，其外壁周向均布固定连接若干对轴向安置的内层导电条块；所述 的外层圆弧形板的内壁固定连接与内层导电条块相同数量的轴向安置的连接条块，连 接条块为绝缘体；所述的形状记忆合金丝为圆弧形，在外层圆弧板与内圆筒之间，以 轴向均布的多网环方式排列，每列网环中的每一根形状记忆合金丝的中部与所述的连 接条块固定连接，而其两端分别与两块间隔排列的内层导电条块固定连接；所述的记 忆合金丝外接加热电源的连接结构为形状忆记合金丝通过所述的内层导电条块实现 所述的外接加热电源。在上述的基于形状记忆合金的管道内定心装置，所述的内圆筒的两端分别各固定 连接一个挡环；每块外层圆弧形板两端内壁上各安装1 2个滚轮，所述的滚轮分别 与两个挡环的内侧面滚动接触。本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点在本实 用新型中采用内圆筒通过记忆合金丝连接外层圆弧形板，则可以通过外接加热电源对 记忆合金丝加热，利用记忆合金材料的两相性，实现记忆合金丝对外层圆弧形板施加 支撑力，从而使本装置在管道内定心定位或在管内顺畅移动，其在定心保持时对管道 内壁产生较大支撑力，又可以在外力作用下在管道内顺畅移动。本实用新型结构简单、 合理。
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。 图2是图1中A-A处剖视图。 图3是传统支撑轮结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的一个优选实施例是参见图1和图2，本基于形状记忆合金的管道内定心装置由支撑件和支撑机构组成，支撑件为4块与管道内壁相匹配的外层圆弧形 板l，该板为铝板，支撑机构是一个内圆筒2通过记忆合金丝3与外层圆弧形板1相 连接，形状记忆合金丝3外接加热电源；上述的内圆筒2通过形状记忆合金丝3连接 外层圆弧形板l的连接结构为所述的内圆筒2为内层绝缘套筒，其外壁圆向均布固 定连接六对(即12块)轴向安置的内层导电条块5;外层圆弧形板1的内壁固定连 接六对(即12块)轴向的连接块6，连接条块6为绝缘体；形状记忆合金丝3为圆 弧形，在外层圆弧板(l)与内圆筒2之间，以轴向均布的多网环方式排列，每列网环
中的每一根形状记忆合金丝3的中部与连接条块6固定连接，而其两端分别与两块间 隔排列的内层导电条块5固定连接，所述的记忆合金丝3外接加热电源的连接结构为 形状记忆合金丝3通过内层导电条块5实现外接加热电源。参见图2和图1，上述的内圆筒2的两端分别各固定连接一个挡环7;每块外层 圆弧形板1两端内壁上各安装2个滚轮4，滚轮4分别与两个挡环7的内侧面滚动接 触。其工作原理如下以下通过说明其定心保持状态与在管道内运动两种状态来就装置如何实现状态 的转换进行进一步的说明。在常温状态之下，此时形状记忆合金材料处于马氏体状态之下，此时记忆合金丝 3具有低弹性模量低屈服强度的特性，当管道的直径小于外层圆弧形板1撑开的直径时，管道内壁对于外层圆弧形板1的作用力会传递到记忆合金丝3上，使记忆合金丝 3在支撑力的作用下发生塑性收縮变形。这样由外层圆弧形板1形成的外圆直径会变 得小于管道内径，机构就可以在外力的推动下以较小的运动阻力下在管道内移动。当 装置需要进入定心保持状态时，由于内圆筒2和连接条块6都是绝缘尼龙材料制作， 而内层导电条块5用铜制作，所以记忆合金丝3组由如串联的电阻，此时通过控制电 路给记忆合金丝3组通电流并可对其加温。在加热到形状记忆合金材料的相变温度之 上时，其会恢复到加工形状，也就是图中所示的原弧形并处于高弹性模量的状态。此 时由于设计的外层圆弧形板1形成的外圆直径比管道内经要大。所以当形状记忆合金 相变完成后，外层圆弧形板l必然会受压，此时记忆合金丝3也会受到外层圆弧形板 l的压力而形变，但在弹性变形范围内。在这样的情况下记忆合金丝3会对外层圆弧 形板l产生较大的弹性支撑力，让外层圆弧形板与管道内壁紧贴。由于记忆合金丝3 在周向上是均匀分布的，受力也是均匀的，所以保证了装置结构的中心对称性，在不 考虑内圆筒2的重量时，此装置的特性可以保证内圆筒2处于管道中心位置。在两边 的档环7的作用下外层圆弧铝板无法运动保证了整个结构的刚性，同时也确保了定心 精度。档圈的直径小于管道的内径一定的量，可以保证装置在管道内运动时不会产生 运动干涉。
权利要求1.一种基于记忆合金的管道内定心装置，由支撑件和支撑机构组成，其特征在于所述的支撑件为多块与管道内壁相匹配的外层圆弧形板(1)，所述的支撑机构是一个内圆筒(2)通过形状记忆合金丝(3)与所述的外层圆弧形板(1)相连接，形状记忆合金丝(3)外接加热电源。
2. 根据权利要求l所述的基于形状记忆合金的管道内定心装置，其特征在于所述的 内圆筒(2)为内层绝缘套筒，其外壁周向均布固定连接若干对轴向的内层导电块 (5);所述的外层圆弧形板(1)的内壁固定连接与内层导电块(5)相同数量的轴向的 连接块(6),连接块(6)为绝缘体；所述的形状记忆合金丝(3)为圆弧形，其中部与 所述的连接块(6)固定连接,而其两端分别与两块间隔排列的内层导电块(5)固定连 接，形状忆记合金丝(3)通过所述的内层导电块(5)实现所述的外接加热电源。
3. 根据权利要求2所述的基于形状记忆合金的管道内定心装置，其特征在于所述的 内圆筒(2)的两端分别各固定连接一个挡环(7);每块外层圆弧形板(l)两端内壁上 各安装1 2个滚轮(4)，所述的液轮(4)分别与两个挡环(7)的内侧面滚动接触。
专利摘要本实用新型涉及一种基于记忆合金的管道内定心装置。它由支撑件和支撑机构组成，支撑件为多块与管道内壁相匹配的外层圆弧形板，支撑机构是一个内圆筒通过记忆合金丝与外层圆弧形板相连接，形状记忆合金金丝外接加热电源；内圆筒为内层绝缘套筒，其外壁周向均布固定连接若干对轴向安置的内层导电条块；外层圆弧形板的内壁固定连接与内层导电条块相同数量的轴向安置的连接条块，连接条块为绝缘体；形状记忆合金丝为圆弧形，在外层圆弧板与内圆筒之间，以轴向均布的多网环方式排列，每列网环中的每一根形状记忆合金丝的中部与连接条块固定连接，而其两端分别与两块间隔排列的内层导电条块固定连接，形状忆记合金丝通过内层导电条块实现外接加热电源。本实用新型实现了定心保持；利用了记忆合金材料的两相性，使机构在定心保持时能对管道内壁产生较大支撑力，而又可以在管道内顺畅运动。
文档编号F16L55/28GK201028235SQ20062004145
公开日2008年2月27日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者沈林勇, 章亚男, 袁少杰, 钱晋武, 勇 陈 申请人:上海大学