1 研究背景 1.1 高压力、大直径和高可靠性的非金属压力管道需求迫切 管道作为五大运输方式之一，是输送石油、天然气、饮用水等重要能源和资源的主要手段，对国民经济的发展和稳定至关重要，被称为国民经济的“生命线”。我国压力管道发展迅猛，应用规模不断增大，在石油、天然气和饮用水输送等重大工程建设中发挥了不可替代的作用。在油气领域，国内油气管道已形成纵横东西、贯通南北、连接海外的管道输送网络。目前我国的原油管道1.9×104km，成品油管道2×104km，天然气干线管道4.8×104km，油气管道的总长度稳居全球前五名。以西气东输三线为例，其西起新疆霍尔果斯，东至福建省福州市，全长5220km，设计年输量3×1010m3。此外，油田集输管网和城镇燃气管网的管道长度已达到数十万公里，且仍在不断增长，成为油气管道重要组成部分。在水资源输送领域，为解决我国的水资源时空分布不均问题，我国已经实施了多项跨流域、跨地区的长距离管道输水工程，如南水北调工程、广东省的“东深引水工程”和“西江引水工程”、天津的“引滦入津工程”和山东的“引黄济青工程”。以南水北调中线工程为例，年均输送生活、工业用水6.4×1010m3，农业用水3×1010m3，供水范围内总面积15.5万平方千米，惠及沿线6000万人口。 以聚乙烯及其增强复合管为代表的非金压力属管道具有耐腐蚀、抗震、柔性好、寿命长等优势，在越来越多的应用领域替代金属管道，成为世界各国竞先研发的未来管道发展方向。全球非金属管道的年均增速约5.9%，我国聚乙烯管道年平均增速更是达15%。 随着聚乙烯及其增强复合管的不断发展，其在燃气和输水等领域应用不断扩展。在燃气领域，在燃气领域，美国、英国、丹麦等的城市燃气管道中聚乙烯管应用比例均接近100%，而我国新铺设的中低压城市燃气管90%以上采用聚乙烯管材。在输水领域，我国城市建筑排水管道85%采用塑料管，城市排水管道的塑料管使用量达到50%，城市供水管道（DN400mm以下）80%采用塑料管，村镇供水管道90%采用塑料管，逐渐占据主导地位。目前，多数国家已经在燃气和给水领域选择聚乙烯管逐渐替代金属管道，实现以塑代钢。 近年来，非金属压力管道逐渐在更高压力、更大直径和更高安全性要求的油气集输、核电冷却水输送等领域广泛应用。如在油田的油气集输及开采领域，用于油气田注水的非金属压力管道（直径50-75mm），工作压力已经达到32MPa；用于油田站内给水的非金属压力管道（直径315mm），工作压力已经达到2MPa；用于油田集输管的非金属压力管道（直径50-75mm），工作压力已经达到4MPa，平均工作温度高达60℃。在核电站冷却水输送领域，美国的Callaway核电站率先铺设聚乙烯管道的外围冷却水系统，我国新建的AP1000核电站（浙江三门核电、山东海阳核电）外围冷却水输送均采用聚乙烯管道（直径752mm，径厚比DR9）。由于聚乙烯管道具有耐海水及微生物腐蚀、抗震等优势，许多现有核电站冷却水管道系统也逐渐更换为聚乙烯管道，如2017年大亚湾核电站成功将其核安全相关的反冲洗系统管道更换为200mm，DR9的聚乙烯管道。 1.2 管道系统安全性的要求日益迫切 随着聚乙烯管道系统在燃气、供水等领域的应用日益广泛，其安全问题受到越来越多的关注。根据中国城市规划协会地下管线专业委员会的统计报告，2009年至2013年中国城市管线典型事故共计75起，而其中导致人员死伤的27起。南京“7.28”管道泄漏爆炸事故共造成22人死亡，120人住院治疗，爆燃点周边部分建筑物受损，直接经济损失4784万元。台湾“8.1”燃气泄漏爆炸事故中多条街道陆续发生可燃气体外泄，并引发多次大爆炸，造成32人死亡，321人受伤，经济损失高达1.4亿元。类似的管道泄漏导致爆燃的事故给全社会带来了重大的公共环境和人身安全的威胁。 随着聚乙烯管道系统在燃气、供水等领域的应用日益广泛，全社会对管道系统安全性的要求也日益迫切。 1.3 焊接过程的温度控制是提升管道系统可靠性的关键 当我们追溯这些事故的源头，会发现有53%的聚乙烯管道系统故障发生在管道的接头处——即管材与管材焊接的部位（来自塑料管道数据库委员会PPDC）。接头作为管道系统中质量最薄弱的环节，其焊接质量影响到整个管道系统的安全运行。 电熔焊接是目前聚乙烯管道最常用的连接方式之一。它通过预埋在电熔套筒内部的电阻丝加热电熔套筒的内表面及管材的外表面，使二者吸收热量并熔融，而后固定、冷却。 在电熔焊接过程中，温度是最重要的参数，也是造成接头失效最本质的原因。不合理的焊接工艺导致的焊接过程的温度控制不当，引发冷焊和过焊等缺陷。内部温度过高会使得金属丝周围的聚乙烯材料因温度过高而裂解，从而导致接头强度不足，产生过焊现象；内部温度不足则会导致熔合区深度和界面强度不足，产生冷焊现象。冷焊缺陷很难从外观上或通过常规液压试验分辨，但其可能导致焊接接头在服役过程中沿熔合面发生贯穿裂纹扩展失效，具有很大的安全隐患。 1.4 应用过程的安全状态监测是保障管道系统安全运行的关键 接头是管道系统的薄弱环节。美国塑料管研究所（PPI）技术总监Sarah Patterson在2016年美国机械工程师协会（ASME）压力容器与管道（PVP）50周年会的大会报告上指出，非金属管道的无损检测与安全监测研究是今后塑料管道技术发展应用的重要课题。 在接头安全监测方面，管道的服役过程安全监测研究主要有以下四种：（1）基于应变的监测技术：主要采用应变片等传感器测量管道应变。该方法技术成熟，但测点多、电路复杂，且仅能获得材料表层局部的应变信息。（2）连续碳纤维复合材料自监测技术：如内嵌连续碳纤维的复合材料，可以实时提供结构应变信息。采用连续碳纤维自监测的应变灵敏度系数小于传统应变片，且应变检测范围很小。（3）基于埋入传感器的监测技术：如利用嵌入式光纤光栅的管道应变场监测。光纤检测集成度高、精度高，已经在管道、桥梁等结构的智能监测中得到广泛应用。（4）基于导电填充材料的监测技术：在不导电的聚乙烯或其他非金属基体树脂中掺入少量导电纤维或颗粒，从而在材料中建立导电传感网络，当材料产生变形或局部损伤时，导电网络相应地产生导通节点数变化或局部断开，通过测量材料宏观电阻变化可以获得材料应变或局部损伤等信息。 基于导电填充材料的智能监测技术一直是混凝土结构与生物传感器领域的前沿与热点。其关键问题是如何通过合理的传感器设计，在不影响监测对象本身工作特性的同时，有效地提取监测对象的服役状态和结构损伤信息。开展结构安全监测技术研究，智能监测感知压力容器与管道结构失效特征参量，实现损伤失效的预警和运行的自主优化，是未来压力容器行业重要的研究方向。 2 智慧管件系统解决方案 非金属管道的智慧管件系统包含管件焊接过程的温度场智能调控和管件使用过程的损伤自监测两个功能，如图1所示。 2.1 焊接过程温度场调控 电熔焊接过程从本质上是电阻丝通电生热、聚乙烯材料相变熔合的过程，熔区温度在时间和空间上的变化很大程度上体现出焊接过程的发展。如图2所示，智能焊机的“智能”正是来源于我们所提出的熔区复合温度场理论模型。该模型能够根据采集到的实际电压电流数据，小成本、高精度地实时推演焊接过程的发展。不同于传统焊机对被控对象内部情况的“一无所知”，智能焊机首次采用基于熔区温度场的方式在线监测焊接过程，使得参数的调节和设计有坚实的理论依据。 在温度场模型的基础上，本作品能实现对焊接过程的质量控制。在焊接接头性能与加工条件的研究上，团队通过热重分析和凝胶渗透色谱分析研究PE100在不同温度焊接后的热降解行为，得出典型工业级PE100材料的允许焊接最高温度在270℃的结论。同时，通过超声检测和梯度试验的方法证实了管材熔区深度与焊接界面强度的关联。 基于上述理论研究和多次实践，对聚乙烯最高温度和熔区拓展深度进行控制是应对过焊和冷焊缺陷的重要方式。智能焊机对质量进行控制的思路即通过实时温度场计算聚乙烯最高温度和熔区边界，让最高温度在不超过270℃，熔区深度控制在2～3mm。为使焊接效率最高，通过由调整次数、焊接时长、最高温度等指标组成的代价函数对不同调整策略进行评价，从而获得最优的电压调整策略。通过这种温度主动控制的方式，管道焊接缺陷产生的概率下降超80%。 1.1 服役过程安全状态自监测 为了实现管道系统服役过程的安全状态自监测，采用短切碳纤维（SCF）增强聚乙烯复合材料（PE-SCF）制备电熔管件。由于碳纤维SCF具有良好的导电性，随着纤维含量的不断增加，填充在聚合物基体内部的短碳纤维能够形成良好的导电网络，如图3所示。PE-SCF复合材料内部SCF导电网络的破坏与重组赋予了该材料压阻效应，能够用于监测PE-SCF复合材料承受的载荷。图4为循环拉伸载荷下PE-SCF的应变和电阻响应与时间的关系。可以看出，PE-SCF复合材料的监测电阻能够及时反映材料承受的应变。随着应变增加，材料的电阻值增加；应变降低，材料的电阻值也降低；并且监测电阻对应变变化的响应具有很好的稳定性。PE-SCF复合材料在拉伸力作用下发生变形，部分短碳纤维导电网络断开，导致材料的电阻率增加。随着应变的降低，短碳纤维之间的接触恢复到初始状态，电阻值也随之恢复。结果表明PE-SCF应变与电阻变化之间存在确定的关联机制，初步论证采用PE-SCF复合材料制备具有自监测功能的电熔接头具有可行性。 图5显示了爆破试验过程中所监测到的PE-SCF电熔接头的电阻和压力变化曲线。结果表明，随着内部压力的升高，两个电极之间的电阻会不断增加，电阻变化率曲线的斜率也迅速增加。这是因为在加压初始阶段，电阻变化主要由基体的弹性变形引起，在这种情况下，材料内部的导电网络仍然完整，因此电阻不会产生很大变化。当压力继续增加时，材料内部形成微裂纹，导致局部导电网络的破坏，电阻变化率显著增加。初步实验表明，利用电阻变化率监测PE-SCF电熔接头的内压载荷及结构损伤状态具有可行性。 图6显示了峰值内压为5MPa时的循环加载实验期间，电熔接头上监测到的电阻变化曲线。可见电熔接头表面电极之间的电阻变化趋势与接头内部的压力变化趋势一致，且每个周期的峰值电阻十分稳定。基于电阻测量的内压监测灵敏度系数约为29.56%/MPa。实验结果表明，载荷和监测到的电阻信号存在较为稳定的关联关系，因而用电阻变化监测电熔接头内部压力的变化是可行的。 上述测试结果表明，采用PE-SCF复合材料制备电熔管件，利用PE-SCF材料的压阻效应，能够实现基于电阻测量的管道系统在服役过程中的内压及安全状态实时监测，提升了管道系统的服役安全性。  

本发明公开了一种管道气垫运输机，其可在弧形工作面上移动 以输送物件，该装置包括：气垫组件（1），其底部设置有用于支撑的 支撑垫，支撑垫轮廓可与所述弧形工作面配合；柔性升降组件（2）， 设置在所述气垫组件（1）上，并可相对该气垫组件（1）伸缩，该柔 性升降组件（2）一端设置有托板（3），待输送的物件置于该托板（3） 上并可通过柔性升降组件（2）调节其相对于气垫组件（1）的输送高 度；所述气垫组件（1）充气时产生气膜层，运输机通过该气膜层与所 述弧形工作面相对移动，从而实现物件的输送。本发明输送装置采用 圆弧状椭圆形气垫，适用于管状运输，同时，采用双气囊升降结构， 增大了装置的运动行程。 

本实用新型公布了一种管道缺陷扫查装置，该扫查装置包括四套软轴驱动单元、扫查轨迹调节结构、永磁吸附机构和可调式探头机构。每套软轴驱动单元由电机、软轴、软轴套、车轮组和联轴器组成。扫查轨迹调节机构由四套车轮组和连接板组成。永磁吸附机构由两个极性相反永久磁铁组和衔铁组成，磁铁的磁化方向与管道轴线方向垂直。可调式探头机构为二级调节机构，使用的是平探头。该装置采用周向磁化方法，可检测管道的纵向缺陷；可调式平探头可适应多种规格管道的扫查；且该装置扫查轨迹可调，传动方式新颖，结构紧凑，体积小，重量轻，可广泛应用于

一种轮式永磁吸附管道爬行机器人，包括四轮驱动小车、永磁吸附机构和转向机构。小车由安装在车架上的四套车轮组组成，车轮组均包括轮架、车轮、车轮轴、轮架转向轴、减速器和电机；永磁吸附机构包括衔铁和二个极性相反永久磁铁组；转向机构包括支架、主动链轮、主动链轮轴、链条、减速器和电机；永磁吸附机构与小车车架底部连接；转向机构固定在小车的车架上。本发明机器人可在倾斜管道外表面按任意路线爬行，可按要求到达管道外表面的任意位置，且机器人爬行时车身纵轴线始终保持与管道轴线平行。本发明结构紧凑，体积小，重量轻，操纵简便，

本实用新型公开了一种管道气垫运输机，其可在弧形工作面上移动以输送物件，该装置包括：气垫组件（1），其底部设置有用于支撑的支撑垫，支撑垫轮廓可与所述弧形工作面配合；柔性升降组件（2），设置在所述气垫组件（1）上，并可相对该气垫组件（1）伸缩，该柔性升降组件（2）一端设置有托板（3），待输送的物件置于该托板（3）上并可通过柔性升降组件（2）调节其相对于气垫组件（1）的输送高度；所述气垫组件（1）充气时产生气膜层，运输机通过该气膜层与所述弧形工作面相对移动，从而实现物件的输送。本实用新型输送装置采用圆弧状

本发明公开了一种管道气垫运输机，其可在弧形工作面上移动以输送物件，该装置包括：气垫组件（1），其底部设置有用于支撑的支撑垫，支撑垫轮廓可与所述弧形工作面配合；柔性升降组件（2），设置在所述气垫组件（1）上，并可相对该气垫组件（1）伸缩，该柔性升降组件（2）一端设置有托板（3），待输送的物件置于该托板（3）上并可通过柔性升降组件（2）调节其相对于气垫组件（1）的输送高度；所述气垫组件（1）充气时产生气膜层，运输机通过该气膜层与所述弧形工作面相对移动，从而实现物件的输送。本发明输送装置采用圆弧状椭圆形气

本发明公布了一种管道缺陷扫查装置，该扫查装置包括四套软 轴驱动单元、扫查轨迹调节结构、永磁吸附机构和可调式探头机构。 每套软轴驱动单元由电机、软轴、软轴套、车轮组和联轴器组成。扫 查轨迹调节机构由四套车轮组和连接板组成。永磁吸附机构由两个极 性相反永久磁铁组和衔铁组成，磁铁的磁化方向与管道轴线方向垂直。 可调式探头机构为二级调节机构，使用的是平探头。该装置采用周向 磁化方法，可检测管道的纵向缺陷;可调式平探头可适应多种规格管 道的扫查;且该装置扫查轨迹可调，传动方式新颖，结构紧凑，体积 小，重量轻，

WH311简述地下水位监测实施方法地下水位在线监测系统被广泛应用于地下水深井水位测量，矿山水位计深井测量，地热井水位测量。其测量范围能够达到100米，300米甚至1000米，主要是基于WH311内置超强抗高压高密封性传感器芯片，一体成型结构，三重防雷工艺。信号传输采用级别的抗拉抓力钢丝电缆，确保测量信号能实时的，高精度稳定的输出显示。 地下水位在线监测设备 监测液位温度，液面到泵端水位变化的连续测量 　　WH311地下水位在线监测系统工作原理： 　　 WH311地下水位在线监测系统根据压力与水深成正比的静水压力原理，运用水压敏感集成元器件做深井水位测量仪传感器探头，当传感器探头固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点的高程，即可间接测量出水位高低（水面到井口的距离）；直接测量出的是传感器探头以上深井的液位实际高度。   　　WH311地下水位监测仪主要技术指标   　　WH311地下水位监测仪生产工艺： 　　 深圳市东方万和仪表有限公司引进欧洲的三重防雷，和六道防水工艺，保证了长期深井水下工作的IP68防护等级。   　　WH311地下水位监测仪产品特点 　　1、特别适合深井或地下水位监测 　　2、采用静压式原理，激光标定零点、满量程 　　3、厂级别铠装钢丝电缆 　　4、三重防雷模块，保障野外测量更安心 　　5、液位温度一体式，可同时测量温度和液位 　　6、量程可做到1000米深井液位测量 　　WH311地下水位监测仪应用 　　1实时监测深井地下水的实际水深，然后低位停泵（防止深井泵空转烧坏）。 　　深井液位监测因为其测量的特殊性,超声波等非接触的无法有效传输信号,磁翻板,气泡式无法做这么深的量程,故只有选择WH311投入式深井液位探头,保证在1000米水下(承受100Bar水下压力还要保证密封性). 　　 WH311地下水位监测仪信号传输采用级别的聚氨酯钢丝电缆(放的过程中,一定要注意对电缆的保护),确保测量信号实时的,高精度稳定的输出。然后显示器会有两个继电器开关量输出，在低位的时候（这个值用户可以根据工艺自行设置）自动停泵。 　　地热温泉井温度液位一体式测量 　　很多地热温泉井需要实时监测实时的液位和温度变化，WH311-DZ温度液位一体式测量仪根据地热温泉井的特性而特殊设计，温度液位一体式探头直接传输温度和液位双信号，双4-20mA传输也可以RS485通讯协议输出。配套WH6双通道显示器，上面实时显示水位，下面实时显示温度。 　　WH311地下水位监测仪获得了欧盟，美国等多国认证 　　应用案列分析： 　　 东方万和仪表的工程师帮助了贵州地质局，吉林大学地球学院，新疆地震局等数十家用户实现了深井液位实时监测和低位停泵功能。 　　SGS通标标准技术服务有限公司（通标、SGS中国、SGS通标）是全球公认检验、、测试和认证机构，WH311地下水深井水位测量仪通过了SGS通标的校准证书，证书编号：200006512，证书记载东方万和WH311的误差为0.009mA,实际精度超过千分之一，达到了万分之六误差范围之内。 　　 东方万和仪表的工程师帮助了中铁四局，中国建筑第二工程局，葛洲坝南京地下空间等数十家用户实现了水位实时监测并带记录功能，数据可以用U盘直接导出。现在我们重点分析一下葛洲坝南京地下空间记录监测方案 　　WH311地下水位监测仪拥有了很多用户，从2013年到现在6年间，就已经有超过100000家用户选型WH311水位测量仪，解决深井液位显示报警的问题。东方万和仪表先后为贵州地质局500-1000米深井液位监测系统，武汉地震局80米地下水位监测项目，清华大学，吉林大学地球学院地下水深井液位监测.万和仪表致力于给用户工程师提供高精度,高稳定的测量方案，为用户解决深井液位测量难的问题。

团队具备成熟的高性能电机研发能力，具备瞬态有限元仿真技术、多物理场联合仿真技术、场路耦合仿真技术，能够定制开发有刷/无刷直流、感应电机、电励磁/永磁同步等各类电机，助力多家企业实现核心电机自主化、国产化。 团队研发了基于空间磁场的高性能电机健康状态在线监测系统，能够实时监测电机健康状态，即使发现电机微小故障，有效提高电机可靠性。

本项目研究突破了宽波段非制冷IRFPA、检测波段优选、宽波段红外物镜、微弱气体图像滤波增强、检测系统性能评价等理论和关键技术，实现了对典型工业危险气体(烷烃、烯烃，氨气、六氟化硫、二氧化碳、二氧化硫等)泄漏的远距离成像检测和定位，经过专业检测基地和工业现场检测验证，性能达到国际同类产品的先进水平。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、技术分析 危险气体泄漏是当前工业重大安全隐患之一，迫切需要能够及时发现泄漏隐患，定点预防重大工业危险气体泄漏事故的先进检测技术与装备。基于气体特征吸收峰的红外光谱检测是泄漏气体非接触遥测的有效途径， 采用制冷型红外焦平面探测器(IRFPA)已被证明是工业气体泄露遥测的有效手段，但高昂的价格，且工作寿命也难以适应石油天然气与化工行业昼夜连续工作的要求。近年来非制冷红外焦平面探测器性能的迅速提高，使其用于工业气体泄漏红外成像检测成为可能。 本项目提出基于非制冷IRFPA 的工业气体泄漏成像检测技术思想，并2011 年起陆续获得北京市自然基金和首都科技条件平台科学仪器开发培育项目的支持，针对非制冷 IRFPA 灵敏度偏低，长波红外波段偏窄等问题， 研究突破了宽波段非制冷IRFPA、检测波段优选、宽波段红外物镜、微弱气体图像滤波增强、检测系统性能评价等理论和关键技术，实现了对典型工业危险气体(烷烃、烯烃，氨气、六氟化硫、二氧化碳、二氧化硫等)泄漏的远距离成像检测和定位，经过专业检测基地和工业现场检测验证，性能达到国际同类产品的先进水平。在完成工程样机基础上，近期与北京智慧共享合作研制完成在线式产品样机，现场应用示范效果明显，具备批量生产的基本转化条件。