一种管道监测水锤吸纳装置及方法与流程

1.本发明涉及水锤吸纳装置领域，具体涉及一种管道监测水锤吸纳装置及方法。


背景技术：

2.在输水过程中，由于给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生一种严重水击即是水锤，水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几倍甚至于数十倍。这种大幅度压强波动，可导致管道系统强烈振动、噪声，并可能破坏阀门接头，对管道系统有很大的破坏作用。为防止水锤现象发生，最大限度减少管道破坏造成的影响，通常使用水锤吸纳装置。
3.水锤吸纳装置的分布位置，在吸收管道内水流波动压力时，水锤吸纳装置本身也会产生一定的振动，水锤吸纳装置与管道的对接密封性和稳定性较差，导致水锤吸纳装置与管道的连接法兰位置出现松动，引起泄露等问题，管道泄露会导致埋设位置产生大面积空腔，在市政工程管道中，会造成路基沉降，而无法及时监测和预警，进一步诱发路面塌陷；尤其是在黄土湿陷区、地质沉降区，对管道布置区域的地层影响会扩大，产生大范围的沉降。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种管道监测水锤吸纳装置及方法，在水锤吸纳组件内部设置监测组件，水锤吸纳组件能够吸收管道内的压力异常波动，监测组件能够对水锤吸纳组件位置的管道压力、位移参数进行测量，获取管道的运行情况并发送至远端控制器，实现对管道运行情况的监测。
5.本发明的第一目的是提供一种管道监测水锤吸纳装置，采用以下方案：
6.包括：
7.水锤吸纳组件，包括壳体和位于壳体内的气囊，壳体开口端接入待监测的管路；
8.监测组件，安装于气囊内，包括定位元件和压力传感器，定位元件固定在于气囊与壳体的连接位置，使定位元件相对于壳体位置保持固定，压力传感器测取气囊内的压力，定位元件和压力传感器均接入控制器。
9.进一步的，所述壳体包括带有开口的空腔，壳体的开口位置为筒段，气囊位于空腔内的非筒段位置，筒段接入待监测的管路。
10.进一步的，所述壳体的筒段内设置有孔板，待监测的管路内的流体穿过孔板后接触气囊。
11.进一步的，所述水锤吸纳组件通过沟槽三通接入管道，管道与沟槽三通之间通过沟槽管卡连接固定，筒段与沟槽三通的一端接头通过沟槽管卡连接固定。
12.进一步的，所述监测组件还包括3d摄像机构、超声波流量传感器，3d摄像机构、超声波流量传感器分别接入控制器，以发送采集的图像信号、声波信号至控制器。
13.进一步的，所述监测组件还包括供电组件和通信组件，通信组件能够将数据发送
至数据中心；供电组件能够为监测组件的组成元件进行供电。
14.进一步的，所述气囊局部固定在壳体内壁上，监测元件的定位元件固定在于气囊与壳体的连接位置，使定位元件相对于壳体位置保持固定。
15.进一步的，在管道泄漏产生沉降而导致水锤吸纳组件的位置发生变化时，定位元件的位置随水锤吸纳组件的位置而变化，测取水锤吸纳组件的位置变化情况以用于判断沉降情况。
16.本发明的第二目的是提供一种管道监测水锤吸纳装置的工作方法，包括：
17.将壳体通过沟槽三通安装于管道，壳体内部腔体与管道连通；
18.当突然停泵管道压力升高到大于管道额定压力时，气囊被压缩，吸收水锤压力，当管道压力降低到额定压力以下时，气囊回复原状；
19.监测组件测取气囊内部压力、水锤吸纳组件位置，获取管道压力、沉降情况，根据管道压力判断堵塞及泄露情况。
20.进一步的，监测组件还包括通信组件，通信组件能够将数据远传数据中心。
21.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
22.针对目前水锤吸纳装置容易出现泄露而导致路基沉降、塌陷的问题，在水锤吸纳组件内部设置监测组件，水锤吸纳组件能够吸收管道内的压力异常波动，监测组件能够对水锤吸纳组件位置的管道压力、位移参数进行测量，获取管道的运行情况并发送至远端控制器，实现对管道运行情况的监测。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1为本发明实施例1和2中管道监测水锤吸纳装置的结构示意图。
25.图2为本发明实施例1和2中监测组件在气囊内的分布示意图。
26.图3为本发明实施例1和2中监测组件的组成示意图。
27.图4为图3中a处的局部放大图。
28.其中，1、沟槽三通，2、沟槽钢管，3、沟槽管卡，4、壳体，5、孔板，6、气囊，7、供电组件，8、监测组件，9、定位元件，10、压力传感器，11、3d摄像机构，12、超声波流量传感器，13、蓄电池，14、动力输出系统，15、捕能装置。
具体实施方式
29.实施例1
30.本发明的一个典型实施例中，如图1-图4所示，给出一种管道监测水锤吸纳装置。
31.水锤吸纳装置在管道中吸收流体波动压力，但会引起振动。由于连接未稳定和密封性较差，可能导致连接法兰位置松动，导致泄漏等问题，在水锤吸纳装置应用于市政工程管道中时，若发生漏水，则可能导致路基沉降和路面塌陷。
32.基于此，本实施例中提供一种管道监测水锤吸纳装置，在水锤吸纳组件内部设置监测组件8，水锤吸纳组件能够吸收管道内的压力异常波动，监测组件8能够对水锤吸纳组件位置的管道压力、位移参数进行测量，获取管道的运行情况并发送至远端控制器，实现对
管道运行情况的监测。
33.下面，结合附图对管道监测水锤吸纳装置进行详细说明。
34.参见图1，管道监测水锤吸纳装置包括水锤吸纳组件和监测组件8，水锤吸纳组件包括壳体4和位于壳体4内的气囊6，壳体4的开口端接入待监测的管路，气囊6能够被压缩减小体积，吸收管道内流体的冲击力，在管道内流体的压力小于气囊6的回弹作用时，被压缩的气囊6膨胀恢复原状态，等待吸收下次冲击力；监测组件8安装在气囊6的腔体内，能够测取气囊6内部压力、水锤吸纳组件位置，从而实时监测管道压力、沉降情况，根据管道压力判断堵塞及泄露情况。
35.水锤吸纳组件通过沟槽三通1接入管道，本实施例中，以管道采用沟槽钢管2为例进行说明。可以理解的是，在其他实施方式中，管道可以采用法兰管或其他结构形式，能够建立管路与水锤吸纳组件的连通关系即可。
36.管道的两段沟槽钢管2之间设置沟槽三通1，其中一段沟槽钢管2与沟槽三通1的一端接头对接，并通过沟槽管卡3连接固定；其中另一段沟槽钢管2与沟槽三通1的另一端接头对接，并通过沟槽管卡3连接固定；沟槽三通1的第三端接头与水锤吸纳组件对接。
37.如图1所示，壳体4包括带有开口的空腔，壳体4的开口位置为筒段，筒段与沟槽三通1的第三端接头对接，并通过沟槽管卡3连接固定；管道与水锤吸纳组件之间通过沟槽三通1进行连通，管道内的流体流经沟槽三通1时，能够进入水锤吸纳组件的壳体4空腔内，对空腔内的气囊6施加压力，使气囊6产生形变。
38.壳体4的筒段内设置有孔板5，沟槽三通1的第三端接头内的流体穿过孔板5后空腔内，气囊6的预设压力与管道的额定压力等压；当突然停泵管道压力升高到大于管道额定压力时，气囊6被压缩，吸收水锤压力，当管道压力降低到额定压力以下时，气囊6回复原状。
39.在管道内发生水锤现象时，管路内的流体压力瞬时增加，改变了气囊6与初始管道内压力的平衡，增加的流体压力施加于气囊6使气囊6发生形变，从而吸纳管道内流体冲击的压强波动，使管道流体流态平稳。
40.可选的，管道连接时正常铺管，沟槽三通1的第三端接头可根据环境条件随意变更角度，将壳体4与沟槽三通1的第三端接头同轴对接。
41.监测组件8布置在气囊6内部，不会与流体介质直接接触，受到气囊6保护作用使监测组件8能够长时间运行。
42.如图2所示，监测组件8包括定位元件9、压力传感器10、3d摄像机构11、超声波流量传感器12，定位元件9能够测取水锤吸纳组件的位置变化，压力传感器10获取气囊6内的压力，气囊6的压力与管道内流体的运行压力相对应，在管道内流体以额定压力运行时，压力传感器10测取的气囊6压力为管道内的流体压力，在气囊6受压发生形变时，内部的气体也受到压缩从而导致压力增大，通过压力传感器10测取气囊6内的压力为管道内的流体压力。
43.其中，3d摄像机构11实时检测管道内水流流态及检测管道沉降位移情况，对出现水流流态异常和位移异常情况进行报警，提示工作人员注意，及时处理出现的险情。超声波流量传感器12的声波在管道流体中传播时，就载上流体流速的信息，通过接收到的超声波就可以检测到管道流体的流速，从而换算成流量，超声波传感器可以在线实时检测管道流量，当流量发生异常时进行报警，提醒工作人员注意，及时处理险情。通过测取压力变化，能够表征管道内流体的运行情况，当测取的压力低于管道额定压力、且维持一定时间时，判断
该水锤吸纳组件安装位置的上游管道出现了泄露；当测取的压力高于管道额定压力、且维持一定时间时，判断该水锤吸纳组件安装位置下游出现了堵塞；当测取的压力高于管道额定压力、且小于一定时间时，判断管道内产生了水锤冲击作用。
44.气囊6局部固定在壳体4内壁上，监测元件的定位元件9固定在于气囊6与壳体4的连接位置，使定位元件9相对于壳体4位置保持固定，在气囊6吸收管道内流体的冲击作用而产生形变时，定位元件9不随气囊6的形变而发生位置变化，减少水锤吸纳过程中对定位元件9测量精度的影响。
45.在管道泄漏产生沉降而导致水锤吸纳组件的位置发生变化时，定位元件9的位置随水锤吸纳组件的位置而变化，测取水锤吸纳组件的位置变化情况以用于判断沉降情况。
46.监测组件8还包括通信组件和供电组件7，通信组件能够将数据远传数据中心，统计分析、实时监测；供电组件7能够为监测组件8的组成元件进行供电。
47.供电组件7可以采用蓄电池13和自发电元件的组合。自发电元件包含捕能装置16和动力输出系统14，捕能装置16是靠吸收水流波力作用在气囊6上转换的压缩空气的波能，来获取能量，比如采用压电陶瓷发电片，波能施加于压电陶瓷发电片上时，压电陶瓷发电片产生的电流经过整流后传输到动力输出系统14，动力输出系统14将该能量经过一级或多级转换成最终电能，并储存在蓄电池13中，为蓄电池13增加一定的续航能力，排除检测装置断电可能。
48.在其他可能实现的实施方式中，可以采用空气透平发电机来利用波能获取能量，在气囊6受压时内部空气压缩，在气囊6非受压状态时膨胀回复，此过程在气囊6内产生气流，驱动空气透平发电机发电，空气透平发电机产生的电流经过整流后传输到动力输出系统14，动力输出系统14将该能量经过一级或多级转换成最终电能，并储存在蓄电池13中，为蓄电池13增加一定的续航能力。
49.应用在黄土湿陷区、地质沉降区等场景，可实时监测管道压力、沉降情况、堵塞及泄漏情况，并可吸收管道压力异常波动，可实现安全可靠、方便快捷的目的，如出现异常沉降、管道泄露问题可通过定位元件9迅速定位，及时处理解决。
50.实施例2
51.本发明的另一典型实施方式中，如图1-图2所示，给出一种管道监测水锤吸纳装置的工作方法。
52.利用如实施例1中的管道监测水锤吸纳装置，包括：
53.将壳体4通过沟槽三通1安装于管道，壳体4内部腔体与管道连通；
54.当突然停泵管道压力升高到大于管道额定压力时，气囊6被压缩，吸收水锤压力，当管道压力降低到额定压力以下时，气囊6回复原状；
55.监测组件8测取气囊6内部压力、水锤吸纳组件位置，获取管道压力、沉降情况，根据管道压力判断堵塞及泄露情况。
56.同时，监测组件8还包括通信组件，通信组件能够将数据远传数据中心，统计分析、实时监测。
57.能够吸收管道压力异常波动，可实现安全可靠、方便快捷的目的，如出现异常沉降、管道泄露问题可通过定位元件9迅速定位，及时处理解决。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，包括：水锤吸纳组件，包括壳体和位于壳体内的气囊，壳体开口端接入待监测的管路；监测组件，安装于气囊内，包括定位元件和压力传感器，定位元件固定在于气囊与壳体的连接位置，使定位元件相对于壳体位置保持固定，压力传感器测取气囊内的压力，定位元件和压力传感器均接入控制器。2.如权利要求1所述的管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，所述壳体包括带有开口的空腔，壳体的开口位置为筒段，气囊位于空腔内的非筒段位置，筒段接入待监测的管路。3.如权利要求2所述的管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，所述壳体的筒段内设置有孔板，待监测的管路内的流体穿过孔板后接触气囊。4.如权利要求3所述的管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，所述水锤吸纳组件通过沟槽三通接入管道，管道与沟槽三通之间通过沟槽管卡连接固定，筒段与沟槽三通的一端接头通过沟槽管卡连接固定。5.如权利要求1所述的管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，所述监测组件还包括3d摄像机构、超声波流量传感器，3d摄像机构、超声波流量传感器分别接入控制器，以发送采集的图像信号、流量信号至控制器。6.如权利要求5所述的管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，所述监测组件还包括供电组件和通信组件，通信组件能够将数据发送至数据中心；供电组件能够为监测组件的组成元件进行供电。7.如权利要求1所述的管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，所述气囊局部固定在壳体内壁上，监测元件的定位元件固定在于气囊与壳体的连接位置，使定位元件相对于壳体位置保持固定。8.如权利要求7所述的管道监测水锤吸纳装置，其特征在于，在管道泄漏产生沉降而导致水锤吸纳组件的位置发生变化时，定位元件的位置随水锤吸纳组件的位置而变化，测取水锤吸纳组件的位置变化情况以用于判断沉降情况。9.一种如权利要求1-8中任一项所述的管道监测水锤吸纳装置的工作方法，其特征在于，包括：将壳体通过沟槽三通安装于管道，壳体内部腔体与管道连通；当突然停泵管道压力升高到大于管道额定压力时，气囊被压缩，吸收水锤压力，当管道压力降低到额定压力以下时，气囊回复原状；监测组件测取气囊内部压力、水锤吸纳组件位置，获取管道压力、沉降情况，根据管道压力判断堵塞及泄露情况。10.如权利要求9所述的管道监测水锤吸纳装置的工作方法，其特征在于，监测组件还包括通信组件，通信组件能够将数据远传数据中心。

技术总结
本发明提供一种管道监测水锤吸纳装置及方法，涉及水锤吸纳装置领域，针对目前水锤吸纳装置容易出现泄露而导致路基沉降、塌陷的问题，在水锤吸纳组件内部设置监测组件，水锤吸纳组件能够吸收管道内的压力异常波动，监测组件能够对水锤吸纳组件位置的管道压力、位移参数进行测量，获取管道的运行情况并发送至远端控制器，实现对管道运行情况的监测。实现对管道运行情况的监测。实现对管道运行情况的监测。


技术研发人员：孙允月 于瑞婷 夏玉苓 姬长宝 张伟庆
受保护的技术使用者：玫德集团有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/19