先进制造技术

本发明公开了连接装置及用于直接监测管道内管水平位移的设备和方法，属于土木工程和供热工程试验技术领域。基于物联网技术，设计一种数据采集系统与供热管道之间的连接装置，实现对直埋供热管道钢内管水平位移的实时监测。该方法包括供电系统、数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统和连接装置。该方法不仅能直接监测具有外保温层和保温层的直埋供热管道钢内管的水平方向位移，同时适用于其它材质管道的水平方向位移监测。

供热管道在运行中产生的综合位移不仅是管道安全方面的重要数据，也是管道设计中需要考虑的重要参数，位移监测是供热工程管道安全运行中的一项重要内容。随着设计理论和施工技术的进步，供热管道的直径越来越大，铺设方式已基本上完成了由传统的地沟方式向直埋方式的过渡，越来越多的工程采用无补偿冷安装施工方式进行建设。直到19世纪80年代，直埋供热管道铺设技术才取得了新的突破，首先在东北地区推广应用。

直埋无补偿方式通过减少固定墩和补偿器的数量提高了施工效率，降低了施工成本，但同时也对热网设计和管道运行安全带来了新的挑战。欧美国家对供热管道数字化远程安全监测研究较早，更多着眼于管道应变和泄漏安全方面的监控，采用质量或体积平衡法、压力梯度法、声波检测法等。国内的发展处于由综合发展阶段向自动化控制阶段的转型阶段，采用人工检测、声波检测、红外线检测、直埋预警线、分布式光纤检测等方法。在有补偿直埋管道中，管道的变形监测目标主要是垂直方向的变形。但是对于直埋无补偿管道而言，由于锚固段所受的力以及过渡段活动端的位移量都比较大，易出现整体变形破坏；当管线附近平行开沟时，易产生整体水平方向失稳，引起安全事故。因此，水平位移监测是直埋无补偿管道安全监测的重要方面之一。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本发明连接装置采用与管道刚度相近的材料作为连接材料，并通过绝缘、耐热材料将管道内管和传感器连接，使传感器能够直接测量管道内管的数据变化，实现对管道内管数据的直接监测。

(2)本发明连接装置采用钢材和高分子材料(酚醛树脂)制作，具有刚度大和隔热效果好的特点，这两种材料的弹性模量大，采用螺扣紧固连接，连接装置整体刚度大、变形小。钢质支架与钢内管焊接以保证连接牢固，高分子材料(酚醛树脂)的连接短柱作为主要隔热组件，连接数据采集系统和钢底座，实现在高温下的数据采集。连接装置具有制作简单、安装方便、连接牢固可靠等特点；防水耐腐，适用于地下环境；刚度大变形小，能将钢内管水平方向位移引出至保温层外，便于传感器测量；隔热效果好，能使水平位移传感器免受高温影响，解决了直埋供热管道内管水平位移监测时遇到的困难。

(4)连接装置中的连接螺杆(16)和隔热短柱(17)采用了高分子材料(酚醛树脂) 制作，具有良好的隔热性能，填砂的作用能够保证传感器和外护管之间紧密接触。

(5)本发明设备可通过改变连接装置的尺寸(根据热管道保温层和外防护层的总厚度确定钢制四脚支架的长度L和与底座垂直面夹角α)，实现对不同直径的地埋供热管道钢内管水平位移进行直接监测；通过改变连接装置的材料和与管道内管的连接方式(如针对非金属材质管道四脚支架可以更换为酚醛树脂制成，通过胶液粘结的方式实现四脚支架与非金属材质管道的固定连接)，满足对不同材质的管道内管水平位移进行直接监测的要求，材料在选择时要保证连接装置能与管道内管同变形。

(6)本发明通过研制具有隔热功能的连接装置解决了高温使传感器不能正常工作的难题，实现了对高温供热管道内管水平位移的直接监测和监控，该方法具有定位精度高、监测数据准确、适用范围广等优点。

(7)本发明设备中数据采集系统是集成了数据解算模块和无线传输模块，数据解算模块将水平位移传感器采集到的倾角数据解算为位移数据，无线传输模块能够实现数据的无线传输，数据传输系统利用物联网技术，将采集系统解算后的数字信号，通过4G或5G无线网络传输至云端数据处理系统，实现了数据的远程监控。云端数据处理系统将采集到的数据在云端通过开发具有不同功能的模块分别进行存储、访问和管理，能够适用于直埋供热管道的水平位移的直接监测，实现远程可视化查看。