CN212617676U - 一种智能管及智能管网 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能管及智能管网，其中智能管包括内管层、功能层、外壁层；所述功能层处于所述内管层与所述外壁层之间；所述功能层包括高分子感知材料，所述功能层能在其所处环境基于电压、电流、电阻、压力、温度、湿度、离子度中任意一种环境参数的改变产生用于向外输出的电信号。

Description

一种智能管及智能管网

技术领域

本实用新型涉及管材领域，尤其涉及一种智能管及智能管网。

背景技术

现有不锈钢管结构单一，钢管铺设于地下需要做防腐处理，现有钢管埋地后发生泄漏需难以发现。现有城镇自来水供水管网，无论选用什么材质的水管，社区村镇供水管网常常发生跑、冒、滴、漏，水网的水耗量严重的可达30％，在检修过程中需要耗费大量时间去定位故障点，甚至是一些微小的泄漏点无从确认其具***置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术上述不足，提供一种智能管及智能管网。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种智能管，包括：

内管层、功能层、外壁层；所述功能层处于所述内管层与所述外壁层之间；所述功能层包括高分子感知材料，所述功能层能在其所处环境基于电压、电流、电阻、压力、温度、湿度、离子度中任意一种环境参数的改变产生用于向外输出的电信号。

优选地，还包括耦合层和缓冲层；所述内管层由金属制成，所述耦合层敷设于所述内管层的外周，所述缓冲层敷设于所述耦合层的外周；所述耦合层包括用于使金属与非金属之间粘连的耦合剂，所述缓冲层的外周设置所述功能层。

优选地，所述功能层包括微闭合孔材料，所述微闭合孔材料与所述高分子感知材料复合以形成所述功能层。

优选地，包括预应力网与非金属网，所述预应力网复合在所述功能层。

优选地，还包括通讯线缆，所述通讯线缆嵌设于所述功能层，用于传输所述电信号。

优选地，还包括嵌设于所述功能层的信号节点，所述信号节点按预设间距设有若干，所述信号节点与所述通讯线缆电连接；所述信号节点包括传感器，所述传感器用于采集所述功能层产生的电信号。

一种智能管网，包括：

上述智能管；信号综合处理模块，所述信号综合处理模块与所述功能层电性连接；

物联网，所述物联网能够与所述信号综合处理模块进行通信；

控制单元，接入所述物联网，能够接收并处理所述信号综合处理模块发出的信号；

故障处理单元，所述故障处理单元包括执行部件，所述故障处理单元接入所述物联网能够接收所述控制单元发出的指令、所述执行部件能够执行所述控制单元发出的指令；

数据采集传感器，所述数据采集传感器设置于所述内管层的内腔，用于采集所述内管层的内腔运送的介质的参数，所述数据采集传感器能够采集介质的压力、流量、温度、化学成分中的一种或多种。

优选地，所述执行部件包括电控阀门、声光报警器。

优选地，还包括云端控制单元，所述云端控制单元能够与所述物联网进行通信，读取所述控制单元的状态信息，发出指令操控所述控制单元。

本实用新型的有益效果是，提供一种智能管，包括：内管层、功能层、外壁层；所述功能层处于所述内管层与所述外壁层之间；所述功能层包括高分子感知材料，所述功能层能在其所处环境基于电压、电流、电阻、压力、温度、湿度、离子度中任意一种环境参数的改变产生用于向外输出的电信号。使用这种智能管能够在发生管内介质泄漏时，在其功能层产生电信号，并由所述信号综合处理模块采集、发送，为管网正常运营数据监控、实现管网智能化管理建立了基础，具有检修便利、易实现管网智能化的优点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

图1是本实用新型实施例1剖面示意示意图。

图2是本实用新型实施例2局部剖面示意图。

图3是本实用新型实施例3局部剖面示意图。

图4是本实用新型实施例4局部剖面示意图。

图5是本实用新型实施例5局部剖面示意图。

图6是本实用新型实施例6局部剖面示意图。

图7是本实用新型实施例7局部剖面示意图。

图8是本实用新型实施例8局部剖面示意图。

图9是本实用新型实施例9局部剖面示意图。

图10是本实用新型实施例10局部剖面示意图。

图11是本实用新型实施例11局部剖面示意图。

图12是本实用新型实施例12局部剖面示意图。

图13是本实用新型实施例13局部剖面示意图。

附图标记说明

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

参考图1所示，一种智能管，包括：

内管层1、功能层、外壁层8；所述功能层处于所述内管层1与所述外壁层8 之间；所述功能层包括高分子感知材料4，所述功能层能在其所处环境基于电压、电流、电阻、压力、温度、湿度、离子度中任意一种环境参数的改变产生用于向外输出的电信号；嵌设于所述功能层的信号节点，所述信号节点按预设间距设有若干，所述信号节点与所述通讯线缆8b电连接；所述信号节点包括传感器，所述传感器用于采集所述功能层产生的电信号。

所述内管层1可以使用不锈钢、铜、碳钢、球墨铸铁、工程塑料等材料制成；作为一种较优的实施方式可以采用不锈钢，例如SUS316、316L等牌号的不锈钢。

所述高分子感知材料4具备功能材料靶感知应答触发监视功能，当管道内介质泄漏至所述功能层，所述高分子感知材料4能够产生电信号；例如电压、电流、电阻、压力、温度、湿、离子度等环境参数的改变能够使所述高分子感知材料4产生敏感性反应，并给出电信号；作为一例，高分子感知材料是一种高分子纳米级、敏感性、感知材料，在所述智能管漏水后功能层产生原电池反应、以使漏水位置产生电信号。

所述信号综合处理模块18能够直接读取到所述高分子感知材料4产生的电信号；作为一例，所述信号节点包括电压传感器；当所述信号综合处理模块18 读取到由所述信号节点转换的电信号，能够根据不同位置的所述信号节点进行 IPV6规则下地址编码，并将该编码信息转发；信号综合处理模块18还能采集或转发故障信号、使用运行参数信号、执行信号和执行反馈信号；例如节点的设置分级：一级节点间距10KM，二级节点间距1KM，三级节点间距0.1KM，N级节点间距0.01KM。上述节点单方向串联或并联，以实现节点分级巡检、单向不可逆隔离，便于可驻点巡查；作为一例，智能管道信号节点设置可按10km、1km、 0.1Km、0.01km几个等级进行规划，还可以是智能管网设置节点可按：市政管网、区域管网、社区管网、每栋房户、入户管作为等级划分，建立智能物联网管网管理***。

本实施例中，水质、PH值、压力、流量、温度、运行参数还可以通过设置相应的传感器进行采集，信号综合处理模块18可以收集、处理并转发上述信号。

本实施例中，还包括耦合层2和缓冲层3；所述内管层1由金属制成，所述耦合层2敷设于所述内管层1的外周，所述缓冲层3敷设于所述耦合层2的外周；所述耦合层2包括用于使金属与非金属之间粘连的耦合剂，所述缓冲层3的外周设置所述功能层；所述功能层还包括微闭合孔材料5，所述微闭合孔材料与高分子感知材料4复合以形成所述功能层；设置上述结构的目的及优点在于，金属管与复合材料组成的功能层可以实现复合应力、应变以及调节匹配的一致性，不易产生分层、开裂，不易引起复合结构失效，通过耦合剂、微闭合孔材料5，将不锈钢管、合成塑料材料、功能材料等各项异性材料复合而成，使上述不同材料的膨胀量相匹配，形成协同一致性且结构合理的复合体；上述结构还能够保护智能功能材料的敏感性反应功能，不会在外界环境条件变化中失效，以使这种智能管在收到外界及介质温度变化造成的冲击和荷载冲击下，不丧失其功能。

本实施例中，还包预应力网6、6a，所述预应力6、6a复合在所述功能层；预应力网6a包括预应力金属网和非金属网，以及预应力钢筋和非金属网、型板、型管、型带在所述智能管的功能层环向缠绕以形成加强结构，上述结构增加所述智能管应对管内介质的高压或水锤作用力，用于在不增加内管层1的厚度的情况下提高智能管的力学性。

本实施例中，还包括通讯线缆8b，所述通讯线缆8b嵌设于所述功能层与所述信号综合处理模块18电连接。

本实施例中，还揭示了如何对接这种智能管，步骤1，电性连接所述数据传输线；步骤2，焊接或搭接、挂钩所述预应力网6a；步骤3，热熔或冷浇筑或粘接所述功能层；步骤4，在所述内管层1的内壁设置防漏部件；作为一例，防漏部件包括碳纤维合成塑料管7和密封件9，参考图1所示，碳纤维合成塑料管7 将密封件9弹性抵接在内管层1的内壁形成的防漏凹槽201内，对于待对接的智能管，其端部可以设置如图1所述的防漏凹槽201，可以更好的完成对接、防止管内介质发生泄漏；作为一例，所述智能管的内层管金属部分也可以采用焊接。

本实施例中，还提出一种智能管网，包括：

如前所述的一种智能管；

信号综合处理模块18，所述信号综合处理模块18与所述功能层和/或所述信号节点电性连接；

物联网，所述物联网能够与所述信号综合处理模块18进行通信；

控制单元，接入所述物联网，能够接收并处理所述信号综合处理模块18发出的信号；

故障处理单元，所述故障处理单元包括执行部件，所述故障处理单元接入所述物联网能够接收所述控制单元发出的指令、所述执行部件能够执行所述控制单元发出的指令；

本实施例中，所述执行部件包括电控阀门、声光报警器。

本实施例中，所述智能管网还包括云端控制单元，所述云端控制单元能够与所述物联网进行通信，读取所述控制单元的状态信息，发出指令操控所述控制单元。

使用上述结构的智能管及智能管网，还具备以下优点：

当用于输水场合，具有安全节水优势，由于地质环境的变化、施工或地震等自然灾害造成水管出现渗漏故障时，就会触发泄漏故障报警，可避免恶性安全事故发生，及时发现、修复渗漏点实现节水经济效益，解决了管道故障引发的灾害，减少了水资源浪费。

智能管对接方法合理，所述智能管不同层之间对接，采取了与其材料相对应的连接方式，例如：将作为内管层1的不锈钢管焊接，将功能层溶接，不同于目前管道单一连接方式。

节省管材成本，相同等级供水压力的管材对比、成本下降40％-60％，且具有优秀的耐水压、高标准的卫生性、较高的强度指标、较高的刚性指标、50年以上寿命指标、信号获取及发送、管线柔性比、耐环境腐蚀性，每种材料进行合理的分工，实现复合管各材料协同配合，获得了其良好经济性，开启了不锈钢水管新的设计方式。

用于生活饮用水的输送能够达到50年以上的长寿命，而且百里供水保持水质不变，达到纯净水标准的供水管线，目前为止，做到卫生实用的也只有不锈钢管材才能满足，但由于不锈钢管材造成工程造价的大幅度上升，按照人们生活价格指数的局限，让绝大部分工程项目无法接受。只有在泵站，建筑物供水***，中国于2018年开始才全面逐步进入普及阶段，然而社区供水管网至城市管网，包括世界范围绝大多数发达国家和地区还不具备不锈钢水管的普及能力，主要是经济性能力不足。纯不锈钢管的工程造价难以承担；智能不锈钢管的科学设计使得各种材料功能的充分发挥，不仅保持了不锈钢管所有的优势优点，而且力学性能大幅度提升，造价大幅下降，安全性得到前所未有的保障，而且已经接近了目前城市供水管网的造价，为性能更优越的智能不锈钢管应用奠定了基础，尤其和传统大口径埋地管的经济性相比，更加具有优势。

智能不锈钢管比非智能不锈钢管用于城市供水管网，形成物联网智能化管道***，不仅体现在经济上，造价下降50％以上，抗埋地环境耐腐蚀性防护等级得到大幅提升，土壤化学、迷流电流对金属腐蚀获得隔离，不需要另做防腐处理，具有塑料管的耐酸碱、耐化学腐蚀能力强，阻燃性好的特点，而且大幅度提高了数据化实时管理自动化控制能力，降低了水的漏水损耗，提高了安全性。

这种智能管采用预应力金属网和预应力非金属网，复合在功能层，金属网不会被腐蚀，非金属网增强抗力，功能层使这种智能管的管壁增厚，不仅保护了内管层1的不锈钢管，同时也保护了功能层，保持其高分子感知材料4的功能性不丧失，同时也增强了管道抗击不利外环境的能力，例如：撞击、外压力、地震、管基沉降等意外灾害。增强了管子的刚性、环向抗压能力以及抗冲击能力，预应力金属网和预应力非金属网造价低廉，提高了管子抗高压介质的能力。不锈钢具有良好卫生性，这种智能管展现出前所未有的结构、经济、智能等优势及优越性能。

这种智能管结构精巧且设计独特，比目前非智能不锈钢管材料。同等壁厚下单位米重量轻、抗蠕变性能优，使用稳定环境友好，材料可全回收，易搬运、抗冲击，且刚度高、防静电、保温、抗低温、施工经济，可制成直径100mm至直径3000毫米的供水管，在未来有可能逐步取代钢管、砂浆衬里管、水泥管以及其他塑料管材，以一种廉价、优质兼具智能化的新型管材逐渐形成城市供水管网的主流管材，以实现提高人类饮用水品质。

实施例2

参考图2所示，与实施例1不同支持在于，高分子感知材料4与微闭合孔材料5在复合的过程中排布方式不同，且具有功能层椭圆形空腔16，复合有非金属网增强结构。

实施例3

参考图3所示，与实施例1不同支持在于，高分子感知材料4与微闭合孔材料5在复合的过程中排布方式不同，且具有功能层拱形空腔16，设置功能层空腔16可以进一步降所述智能管的重量及使用的材料，且镂空的功能层较同等条件下实心的功能层刚性更好。

实施例4

参考图4所示，与实施例1不同之处在于，在缓冲层与功能层之间还设有高弹层12，作为一例，高弹层12由橡胶构成，高弹层12复合有金属型板或者金属网型板螺旋式缠绕增强结构。

实施例5

参考图5所示，与实施例1不同支持在于，高分子感知材料4与微闭合孔材料5在复合的过程中缠绕有17高强塑料螺旋带的排布方式。

实施例6

参考图6所示，与实施例1不同支持在于，在缓冲层与功能层之间还设有高弹层12，作为一例，高弹层12由塑胶构成，高分子感知材料4与微闭合孔材料5 在复合的过程中排布方式不同，且具有功能层空腔16。

实施例7

参考图7所示，与实施例1不同之处在于，在缓冲层3与功能层之间还设有保护缓冲层3a、缓冲层3。

实施例8

参考图8所示，与实施例1不同之处在于，所述智能管的两端分别设置有不锈钢承口202和不锈钢管插口203，可以用于在其两端对接不同直径的智能管。

实施例9

参考图9所示，与实施例1不同之处在于，在功能层还设有线缆整置层8a。

实施例10

参考图10所示，与实施例1不同之处在于，双承口连接采用拉钩连接方式。

实施例11

参考图11所示，与实施例1不同之处在于，高弹层12由塑胶构成，高分子感知材料4与碳纤维合成材料7在复合的过程中排布方式不同，且具有功能层圆形空腔16。

实施例12

参考图12所示，与实施例1不同之处在于，在金属管19内部通过偶联剂2与高弹层12和非金属内管层1a复合；金属管19外部通过偶联剂2缓冲保护层3与高分子敏感感知材料层4复合；在功能层还复合有非金属网10、微闭合孔材料5、通信电缆8b及外壁8。

实施例13

参考图13所示，与实施例1不同之处在于，工程塑料内层管和高分子敏感性感知材料层4复合；在两感知材料层之间复合有第二种工程塑料材料，在外层高分子敏感性感知材料层4外复合有微闭合孔材料层5、通信电缆8b及外壁8。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种智能管，其特征在于，包括：

内管层、功能层、外壁层；

所述功能层处于所述内管层与所述外壁层之间；

所述功能层包括高分子感知材料，所述功能层能在其所处环境基于电压、电流、电阻、压力、温度、湿度、离子度中任意一种环境参数的改变产生用于向外输出的电信号。

2.根据权利要求1所述的一种智能管，其特征在于，还包括耦合层和缓冲层；所述内管层由金属制成，所述耦合层敷设于所述内管层的外周，所述缓冲层敷设于所述耦合层的外周；所述耦合层包括用于使金属与非金属之间粘连的耦合剂，所述缓冲层的外周设置所述功能层。

3.根据权利要求1所述的一种智能管，其特征在于，所述功能层包括微闭合孔材料，所述微闭合孔材料与所述高分子感知材料复合以形成所述功能层。

4.根据权利要求1所述的一种智能管，其特征在于，包括预应力网，所述预应力网复合在所述功能层。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种智能管，其特征在于，还包括通讯线缆，所述通讯线缆嵌设于所述功能层，用于传输所述电信号。

6.根据权利要求5所述的一种智能管，其特征在于，还包括嵌设于所述功能层的信号节点，所述信号节点按预设间距设有若干，所述信号节点与所述通讯线缆电连接；所述信号节点包括传感器，所述传感器用于采集所述功能层产生的电信号。

7.一种智能管网，其特征在于，包括：

权利要求1-6任意一项所述的一种智能管；

信号综合处理模块，所述信号综合处理模块与所述功能层电性连接；

物联网，所述物联网能够与所述信号综合处理模块进行通信；

控制单元，接入所述物联网，能够接收并处理所述信号综合处理模块发出的信号；

故障处理单元，所述故障处理单元包括执行部件，所述故障处理单元接入所述物联网能够接收所述控制单元发出的指令、所述执行部件能够执行所述控制单元发出的指令；

数据采集传感器，所述数据采集传感器设置于所述内管层的内腔，用于采集所述内管层的内腔运送的介质的参数，所述数据采集传感器能够采集介质的压力、流量、温度、化学成分中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的一种智能管网，其特征在于，所述执行部件包括电控阀门、声光报警器。

9.根据权利要求7所述的一种智能管网，其特征在于，还包括云端控制单元，所述云端控制单元能够与所述物联网进行通信，读取所述控制单元的状态信息，发出指令操控所述控制单元。

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