承压管网智慧集成检测研究试验台的研究与设计

马 宏 郝云锋 刘向辉 颜景润，3 王占英，3*

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.张家口市智能机械技术创新中心，河北 张家口 075000；3.张家口市装配式建筑构件智能制造技术创新中心，河北 张家口 075000)

0 引 言

近年来，随着城市化进程不断推进，承压管网的铺设越来越多，管道压力越来越大，而一旦泄漏，找到漏点需要大量的人力物力，并造成大量的水、热资源浪费，同时影响城市的正常运行.为了实现泄漏的提前预报和泄漏之后的快速检测和定位，大量学者和从业者开展了相关的研究，但是，由于城市的承压管网在正常的使用过程中难以作为检测技术的试验对象，一些主动的破损测试等试验更是无法在成熟的管网体系中开展，所以研究一套可以模拟承压管网运行的试验平台，对开展相应的检测试验提供平台具有重要意义.

1 试验台总体设计

承压管网智慧集成检测研究试验台包括恒压供水系统、回水系统、漏点管网系统、压力测漏系统、流量测漏系统、铜伴线测漏系统、噪声测漏系统；可以提供多种漏点检测模拟试验，用于研究精准定位漏点位置，可通过电脑实时监控从而减少人力物力浪费，有多种监测装置可以试验多种监测方法，适用性广，可形成水循环从而减少水资源的浪费.

2 结构设计

本研究设计承压管网智慧集成检测研究试验台包括恒压供水系统、回水系统、漏点管网系统、压力测漏系统、流量测漏系统、铜伴线测漏系统、噪声测漏系统；上述恒压供水系统位于左侧，其由底座1、放水管2、水箱3、恒压控制器4、启动按钮30、停止按钮28、启动指示灯31、停止指示灯29、显示屏32、压力罐8、恒压水泵26、恒压水泵进水口27、恒压水泵26出水口25、恒压压力表23和四通24组成；其中水箱3在最左侧，放水管2在水箱3左下角，恒压控制器4在水箱3右前方，恒压控制器4上设置有启动按钮30、停止按钮28、启动指示灯31、停止指示灯29和显示屏32，压力罐8位于水箱3右侧，恒压水泵26位于压力罐8和恒压控制器4中间，恒压水泵进水口27连接水箱3，恒压水泵26出水口25连接四通24，四通24连接恒压水泵26出水口25、压力罐8、恒压压力表23和漏点管网系统进水口，恒压压力表23位于恒压水泵26右侧；上述漏点管网系统位于右侧；其由多根模拟漏点管道16、多个模拟漏点15、多个管道开关12、漏点管网进水口22、漏点管网回水口7、漏点管网支架18组成；漏点管网进水口22四通24，漏点管网回水口7连接水箱3形成水循环，漏点管网支架18支在多根模拟漏点管道16上方；回水系统位于漏点管网系统下方，其由回水箱14、回水管6、回水泵5、回水箱支架17组成；回水箱14放在回水箱支架17上回水箱14下方连接回水管6，回水管6连接回水泵5，回水泵5连接水箱3并位于水箱3上方，回水泵5将回水箱14的水抽回水箱14形成水循环；上述压力测漏系统由压力表A20和压力表B9、压力变送器19、电脑组成，压力表A20和压力变送器19位于漏点管网进水口22上，压力表B9位于漏点管网回水口7上，通过观察压力表A20和压力表B9的压力差来判断是否有漏水，还可以通过压力变送器19的示值判断；上述流量测漏系统由流量计21和电脑组成，其位于漏点管网进水口22上，通过观察电脑的示值判断泄漏的情况；上述铜伴线测漏系统由带绝缘层的铜线10、线卡子11和电脑组成；将带绝缘层的铜线10形成U形用线卡子11安装在多根模拟漏点管道16上，带绝缘层的铜线10的两头连接在电脑的检测器上，通过电脑上系统可以精准显示漏水范围；上述噪声测漏系统由噪声探头13和电脑组成，噪声探头13安装在多根模拟漏点管道16上，并连接电脑，通过噪声的回馈判断泄漏的范围.主体结构如图1所示.

图1 承压管网智慧集成检测研究试验台主体结构

图中，1.底座，2.放水管，3.水箱，4.恒压控制器，5.回水泵，6.回水管，7.漏点管网回水口，8.压力罐，9.压力表B，10.带绝缘层的铜线，11.线卡子，12.多个管道开关，13.噪声探头13，14.回水箱，15.多个模拟漏点，16.多根模拟漏点管道，17.回水箱支架，18.漏点管网支架，19.压力变送器，20.压力表A，21.流量计，22.漏点管网进水口，23.恒压压力表24.四通，25.恒压水泵出水口，26.恒压水泵，27.恒压水泵进水口，28.停止按钮28，29.停止指示灯，30.启动按钮，31.启动指示灯，32.显示屏.

3 工作过程设计

(1)打开模拟漏点

打开回水箱14内的模拟漏点.

(2)启动

按下启动按钮30启动恒压控制器4，恒压水泵26、回水泵5运转.

(3)观察各系统示值

通过观察压力测漏系统、流量测漏系统发现系统漏水，通过铜伴线测漏系统、噪声测漏系统进行模拟漏点定位.

(4)关闭系统

按下停止按钮28后将漏点关闭，再次启动系统观察有没有漏水，等回水箱14的水抽干后再次下停止按钮28.

4 系统硬件实现

选用RT-LD-DN40电磁流量计，SQLC-DN600-0.6G隔膜气压罐，BLT2-5轻型不锈钢立式离心泵，TH2684A绝缘电阻测试仪，搭建上述试验平台，实现硬件搭建，如图2所示.

图2 承压管网智慧集成检测研究试验台

5 试验界面与过程简介

5.1 流量压力传统监测手段试验

该试验方法主要是通过监测输入端和输出端的压力流量差值进行判断泄漏情况，试验典型界面如图3和图4所示.

图3 传统监测试验主界面图 图4 传统检测试验段1监测界面图

5.2 基于铜伴线的承压管网监测系统试验

该试验方法需要在管线外围铺设平行的一组伴线，通过监测伴线之间的电信号的变化判断漏点所在，试验典型界面如图5和图6所示.

图5 铜伴线监测试验各段监测界面图 图6 铜伴线监测试验段1监测界面图

5.3 基于声发射的承压管网监测系统试验

试验典型界面如图7和图8所示，声发射试验过程：供水管网泄漏时水流从管道喷射而出，与管壁及外界空气摩擦产生声波信号.声波信号沿管道向两端传播，通过声发射传感器采集并处理波形.试验时保持传感器位置与泄漏点不变，通过改变恒压供水模块中的压力控制单元改变管道内水压，测得不同压力下声发射信号的平均电平值、有效值及能量大小.

图7 声发射监测试验各段监测界面图 图8 声发射监测试验段1监测界面图

6 结 论

通过在实验室搭建承压管网，并配套压力罐，流量计等配套设备，模拟城市承压管网的正常运行，在管网上设计好预制的漏点模仿管网泄漏的工科为多种测漏试验的开展提供硬件支持.通过，传统的压力流量、铜伴线和声发射等测漏试验的开展，试验中漏点信号可以被多种试验方法有效捕捉，验证了本试验平台的可行性.本试验平台可以为测漏技术开展试验提供有效的硬件平台支持.