承壓管網(wǎng)智慧集成檢測研究試驗(yàn)臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

馬 宏 郝云鋒 劉向輝 顏景潤，3 王占英，3*

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口市智能機(jī)械技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 張家口 075000；3.張家口市裝配式建筑構(gòu)件智能制造技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 張家口 075000)

0 引 言

近年來，隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，承壓管網(wǎng)的鋪設(shè)越來越多，管道壓力越來越大，而一旦泄漏，找到漏點(diǎn)需要大量的人力物力，并造成大量的水、熱資源浪費(fèi)，同時(shí)影響城市的正常運(yùn)行.為了實(shí)現(xiàn)泄漏的提前預(yù)報(bào)和泄漏之后的快速檢測和定位，大量學(xué)者和從業(yè)者開展了相關(guān)的研究，但是，由于城市的承壓管網(wǎng)在正常的使用過程中難以作為檢測技術(shù)的試驗(yàn)對象，一些主動(dòng)的破損測試等試驗(yàn)更是無法在成熟的管網(wǎng)體系中開展，所以研究一套可以模擬承壓管網(wǎng)運(yùn)行的試驗(yàn)平臺(tái)，對開展相應(yīng)的檢測試驗(yàn)提供平臺(tái)具有重要意義.

1 試驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)

承壓管網(wǎng)智慧集成檢測研究試驗(yàn)臺(tái)包括恒壓供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、漏點(diǎn)管網(wǎng)系統(tǒng)、壓力測漏系統(tǒng)、流量測漏系統(tǒng)、銅伴線測漏系統(tǒng)、噪聲測漏系統(tǒng)；可以提供多種漏點(diǎn)檢測模擬試驗(yàn)，用于研究精準(zhǔn)定位漏點(diǎn)位置，可通過電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控從而減少人力物力浪費(fèi)，有多種監(jiān)測裝置可以試驗(yàn)多種監(jiān)測方法，適用性廣，可形成水循環(huán)從而減少水資源的浪費(fèi).

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)承壓管網(wǎng)智慧集成檢測研究試驗(yàn)臺(tái)包括恒壓供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、漏點(diǎn)管網(wǎng)系統(tǒng)、壓力測漏系統(tǒng)、流量測漏系統(tǒng)、銅伴線測漏系統(tǒng)、噪聲測漏系統(tǒng)；上述恒壓供水系統(tǒng)位于左側(cè)，其由底座1、放水管2、水箱3、恒壓控制器4、啟動(dòng)按鈕30、停止按鈕28、啟動(dòng)指示燈31、停止指示燈29、顯示屏32、壓力罐8、恒壓水泵26、恒壓水泵進(jìn)水口27、恒壓水泵26出水口25、恒壓壓力表23和四通24組成；其中水箱3在最左側(cè)，放水管2在水箱3左下角，恒壓控制器4在水箱3右前方，恒壓控制器4上設(shè)置有啟動(dòng)按鈕30、停止按鈕28、啟動(dòng)指示燈31、停止指示燈29和顯示屏32，壓力罐8位于水箱3右側(cè)，恒壓水泵26位于壓力罐8和恒壓控制器4中間，恒壓水泵進(jìn)水口27連接水箱3，恒壓水泵26出水口25連接四通24，四通24連接恒壓水泵26出水口25、壓力罐8、恒壓壓力表23和漏點(diǎn)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)水口，恒壓壓力表23位于恒壓水泵26右側(cè)；上述漏點(diǎn)管網(wǎng)系統(tǒng)位于右側(cè)；其由多根模擬漏點(diǎn)管道16、多個(gè)模擬漏點(diǎn)15、多個(gè)管道開關(guān)12、漏點(diǎn)管網(wǎng)進(jìn)水口22、漏點(diǎn)管網(wǎng)回水口7、漏點(diǎn)管網(wǎng)支架18組成；漏點(diǎn)管網(wǎng)進(jìn)水口22四通24，漏點(diǎn)管網(wǎng)回水口7連接水箱3形成水循環(huán)，漏點(diǎn)管網(wǎng)支架18支在多根模擬漏點(diǎn)管道16上方；回水系統(tǒng)位于漏點(diǎn)管網(wǎng)系統(tǒng)下方，其由回水箱14、回水管6、回水泵5、回水箱支架17組成；回水箱14放在回水箱支架17上回水箱14下方連接回水管6，回水管6連接回水泵5，回水泵5連接水箱3并位于水箱3上方，回水泵5將回水箱14的水抽回水箱14形成水循環(huán)；上述壓力測漏系統(tǒng)由壓力表A20和壓力表B9、壓力變送器19、電腦組成，壓力表A20和壓力變送器19位于漏點(diǎn)管網(wǎng)進(jìn)水口22上，壓力表B9位于漏點(diǎn)管網(wǎng)回水口7上，通過觀察壓力表A20和壓力表B9的壓力差來判斷是否有漏水，還可以通過壓力變送器19的示值判斷；上述流量測漏系統(tǒng)由流量計(jì)21和電腦組成，其位于漏點(diǎn)管網(wǎng)進(jìn)水口22上，通過觀察電腦的示值判斷泄漏的情況；上述銅伴線測漏系統(tǒng)由帶絕緣層的銅線10、線卡子11和電腦組成；將帶絕緣層的銅線10形成U形用線卡子11安裝在多根模擬漏點(diǎn)管道16上，帶絕緣層的銅線10的兩頭連接在電腦的檢測器上，通過電腦上系統(tǒng)可以精準(zhǔn)顯示漏水范圍；上述噪聲測漏系統(tǒng)由噪聲探頭13和電腦組成，噪聲探頭13安裝在多根模擬漏點(diǎn)管道16上，并連接電腦，通過噪聲的回饋判斷泄漏的范圍.主體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 承壓管網(wǎng)智慧集成檢測研究試驗(yàn)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)

圖中，1.底座，2.放水管，3.水箱，4.恒壓控制器，5.回水泵，6.回水管，7.漏點(diǎn)管網(wǎng)回水口，8.壓力罐，9.壓力表B，10.帶絕緣層的銅線，11.線卡子，12.多個(gè)管道開關(guān)，13.噪聲探頭13，14.回水箱，15.多個(gè)模擬漏點(diǎn)，16.多根模擬漏點(diǎn)管道，17.回水箱支架，18.漏點(diǎn)管網(wǎng)支架，19.壓力變送器，20.壓力表A，21.流量計(jì)，22.漏點(diǎn)管網(wǎng)進(jìn)水口，23.恒壓壓力表24.四通，25.恒壓水泵出水口，26.恒壓水泵，27.恒壓水泵進(jìn)水口，28.停止按鈕28，29.停止指示燈，30.啟動(dòng)按鈕，31.啟動(dòng)指示燈，32.顯示屏.

3 工作過程設(shè)計(jì)

(1)打開模擬漏點(diǎn)

打開回水箱14內(nèi)的模擬漏點(diǎn).

(2)啟動(dòng)

按下啟動(dòng)按鈕30啟動(dòng)恒壓控制器4，恒壓水泵26、回水泵5運(yùn)轉(zhuǎn).

(3)觀察各系統(tǒng)示值

通過觀察壓力測漏系統(tǒng)、流量測漏系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏水，通過銅伴線測漏系統(tǒng)、噪聲測漏系統(tǒng)進(jìn)行模擬漏點(diǎn)定位.

(4)關(guān)閉系統(tǒng)

按下停止按鈕28后將漏點(diǎn)關(guān)閉，再次啟動(dòng)系統(tǒng)觀察有沒有漏水，等回水箱14的水抽干后再次下停止按鈕28.

4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

選用RT-LD-DN40電磁流量計(jì)，SQLC-DN600-0.6G隔膜氣壓罐，BLT2-5輕型不銹鋼立式離心泵，TH2684A絕緣電阻測試儀，搭建上述試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)硬件搭建，如圖2所示.

圖2 承壓管網(wǎng)智慧集成檢測研究試驗(yàn)臺(tái)

5 試驗(yàn)界面與過程簡介

5.1 流量壓力傳統(tǒng)監(jiān)測手段試驗(yàn)

該試驗(yàn)方法主要是通過監(jiān)測輸入端和輸出端的壓力流量差值進(jìn)行判斷泄漏情況，試驗(yàn)典型界面如圖3和圖4所示.

圖3 傳統(tǒng)監(jiān)測試驗(yàn)主界面圖 圖4 傳統(tǒng)檢測試驗(yàn)段1監(jiān)測界面圖

5.2 基于銅伴線的承壓管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)試驗(yàn)

該試驗(yàn)方法需要在管線外圍鋪設(shè)平行的一組伴線，通過監(jiān)測伴線之間的電信號的變化判斷漏點(diǎn)所在，試驗(yàn)典型界面如圖5和圖6所示.

圖5 銅伴線監(jiān)測試驗(yàn)各段監(jiān)測界面圖 圖6 銅伴線監(jiān)測試驗(yàn)段1監(jiān)測界面圖

5.3 基于聲發(fā)射的承壓管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)試驗(yàn)

試驗(yàn)典型界面如圖7和圖8所示，聲發(fā)射試驗(yàn)過程：供水管網(wǎng)泄漏時(shí)水流從管道噴射而出，與管壁及外界空氣摩擦產(chǎn)生聲波信號.聲波信號沿管道向兩端傳播，通過聲發(fā)射傳感器采集并處理波形.試驗(yàn)時(shí)保持傳感器位置與泄漏點(diǎn)不變，通過改變恒壓供水模塊中的壓力控制單元改變管道內(nèi)水壓，測得不同壓力下聲發(fā)射信號的平均電平值、有效值及能量大小.

圖7 聲發(fā)射監(jiān)測試驗(yàn)各段監(jiān)測界面圖 圖8 聲發(fā)射監(jiān)測試驗(yàn)段1監(jiān)測界面圖

6 結(jié) 論

通過在實(shí)驗(yàn)室搭建承壓管網(wǎng)，并配套壓力罐，流量計(jì)等配套設(shè)備，模擬城市承壓管網(wǎng)的正常運(yùn)行，在管網(wǎng)上設(shè)計(jì)好預(yù)制的漏點(diǎn)模仿管網(wǎng)泄漏的工科為多種測漏試驗(yàn)的開展提供硬件支持.通過，傳統(tǒng)的壓力流量、銅伴線和聲發(fā)射等測漏試驗(yàn)的開展，試驗(yàn)中漏點(diǎn)信號可以被多種試驗(yàn)方法有效捕捉，驗(yàn)證了本試驗(yàn)平臺(tái)的可行性.本試驗(yàn)平臺(tái)可以為測漏技術(shù)開展試驗(yàn)提供有效的硬件平臺(tái)支持.