发明内容

本发明针对上述技术难点，提出了一种便于拆装的相变材料灌注保温密封管道接头及其方法。利用相变材料的熔化凝固特性实现管道接头与管道间的密封与保温，熔化吸热并转化成液态填充连接缝隙，凝固放热实现流体温度保护并固定在缝隙中。利用记忆金属的温度变形特性实现管道接头与管道间的紧固与密封，利用密封螺栓实现对灌注相变材料的密封防漏，并可利用内部中空的管体实现对两根管子的连接与相变材料的填充。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种便于拆装的相变材料灌注保温密封管道接头，所述接头包括内部中空的管体，所述管体包括相对的输入端和输出端，所述输入端与输出端内壁均焊接有螺旋状记忆合金作为内螺纹，所述输入端与输出端的管壁上设有若干贯通管壁的灌注孔，所述灌注孔用于在接头接入待连接管子后灌注相变材料，并使相变材料填充管体内壁面与待连接管子壁面之间的缝隙；所述灌注孔朝向管壁外侧的一端设有可拆卸的密封螺栓，所述密封螺栓通过灌注孔内壁面设置的密封螺纹与灌注孔配合连接。

在本发明的一个优选方案中，在输入端和输出端内，所述的螺旋状记忆合金至少有一段区域未与接头内壁焊接。

在本发明的一个优选方案中，在输入端和输出端内，所述的螺旋状记忆合金仅有两端焊接在接头内壁上。

在本发明的一个优选方案中，所述的记忆合金采用双程记忆效应的记忆合金，记忆合金的高温相变态温度高于相变材料的相变温度5-10℃，记忆合金的低温相变态温度低于管中工质温度，当所处环境温度介于记忆合金低温相变态温度与高温相变态温度之间时，记忆合金处于中间螺纹状态，当记忆合金所处环境温度高于记忆合金高温相变态温度时，记忆合金收缩，当所处环境温度低于记忆合金低温相变态温度时，记忆合金伸展。

本发明还提供了一种所述管道接头的相变材料灌注保温密封方法：

初始状态进行安装时，控制记忆合金所处环境温度低于记忆合金低温相变态温度，记忆合金处于伸展状态，相比于当记忆合金处于低温相变态温度与高温相变态温度之间温度时的中间螺纹状态，在伸展状态时，记忆合金在径向方向产生向外的扩张力或其径向尺寸因伸展而变大，此时将待连接管子分别从输入端与输出端旋入管体；

待旋入完毕后，将过热的液相相变材料从灌注孔注入管体直至相变材料充满管体内壁面与旋入管子壁面之间的缝隙并充满灌注孔，过热的相变材料将热量传递给记忆合金使其达到高温相变态温度而收缩，相比于中间螺纹状态，收缩状态时，记忆合金在径向方向产生向内的束紧力或其径向尺寸因收缩而变小，起到紧固已旋入的管子的作用并促使相变材料渗入管体与记忆合金的缝隙中，进一步加强管体的密封性，最后在灌注孔外侧旋入密封螺栓完成安装。

进一步的，当管子中流体温度高于记忆合金高温相变态温度时，记忆合金收缩且相变材料处于液态并充满灌注孔及管体与记忆合金、已旋入管子壁面之间的缝隙中，加强管体密封性；当管子内流体温度下降产生波动时，相变材料将热量传递给流体，起到良好的保温作用。

进一步的，当对所述接头进行拆卸时，停止流体输运，使记忆合金所处的环境温度下降至记忆合金低温相变态温度，此时记忆合金伸展，记忆合金在径向方向的尺寸因伸展而变大，管体内旋入的两根管子便可旋出。

优选的，所述输入端和所述输出端口径可以相同也可以不同，可用于连接管径相同的两根管子，也能用于连接管径不同的两根管子。

优选的，所述输入端与所述输出端外侧设有导向槽，所述导向槽内径略大于输入端与输出端的内径，导向槽内径由外到内逐渐减小，最后和输入端与输出端的内径相等。

优选的，所述输入端与所述输出端之间设置流体通道，所述流体通道的内径小于所述输入端与所述输出端的内径。

优选的，所述灌注孔沿所述管体径向从管体外侧贯穿到所述输入端与所述输出端。

所述灌注孔横截面形状可以是圆形，也可以是方形或其他任何平面二维图形，优选的，可以选择便于注入所述相变材料的圆形孔形状。

优选的，所述灌注孔孔径应该选择便于所述相变材料流动的孔径大小，并且应考虑到容纳合适的相变材料注入量。

本发明使用的相变材料可以是任何一种已知的相变材料，优选的，所选用的相变材料可具有相变温度略高于输运流体温度，单位体积相变焓值高，相变过程体积变化小，导热系数高，粘性小，循环热稳定性好，化学性质稳定，难溶于输运流体，无毒害的特点。在一个可选实施例中，可以选用相变温度为60-70℃的糖醇类相变材料。可以选用高温相变态温度为75℃，低温相变态温度为25℃的CuZnAl合金。

本发明与现有技术对比，具有如下有益效果：

(1)本发明采用双程记忆效应的记忆合金，使得在不同的环境温度下，记忆合金可以呈现三种不同的状态。当环境温度低于记忆合金低温相变态温度，记忆合金处于伸展状态，方便将管子分别从输入端与输出端旋入中空管体；当环境温度高于记忆合金的高温相变态温度，记忆合金伸处于收缩状态，可起到紧固已旋入的管子的作用；而当温度介于低温相变态温度和高温相变态温度时，记忆合金处于伸缩状态和伸展状态之间的中间螺旋状态。本发明利用记忆合金的低温相、高温相形变特性，紧固管子，拆装方便，并使得相变材料充分填充管体内部间隙，增强密封性。

(2)本发明将过热的液相相变材料从灌注孔注入管体直至相变材料充满整个灌注孔，相变材料将热量传递给记忆合金使其达到高温相变态温度而收缩，记忆合金收缩后紧固管道并促使相变材料渗入管体与记忆合金的缝隙中，进一步加强管体的密封性。

(3)当输运流体温度高于相变材料熔化温度时，相变材料处于液态，相变材料可吸收热量并充满灌注孔及管体与记忆合金的缝隙中，加强管体密封性，当输运流体温度下降产生波动时，靠近流体侧的相变材料从液态凝固成固态，释放潜热，将热量传递给管内流体，起到良好的保温作用。

(4)本发明可不需借助外部工具就能实现管道接头的拆卸，体现了易于拆装的特点。本发明可降低输运流体温度不均匀性，对管道接头处的流体实现控温保护；本发明可选择的相变材料范围广，可选择不溶于输运流体且无毒害的相变材料，使运行安全可靠；本发明装置灵活性高，适应性强，能够用于多种流体输运管道，泛用性强。