CN108867722B - 管廊排水系统安全检测的模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种管廊附属排水系统的安全检测平台及测试方法。平台包括廊舱排水系统模型、水流输入装置、水流输出装置和测试系统四大组成部分。水流输入装置通过管路与廊舱排水系统模型顶部入口相连，水流输出装置通过管路与廊舱排水系统模型顶部出口相连，水流输出装置将水流输出至水流输入装置，组成循环回路。测试系统以传感器的形式分散布置于水流输入、输出管路及廊舱排水系统模型内，最终将所有采集信号输入数据采集仪进行信息处理。该测试系统可模拟管廊廊舱进水后，进行排水量及潜水泵运行状态参数的测试。该系统有较强的通用性，输入水流参数灵活可变，测试结果直观可信，可为管廊排水系统的设计及运营维护提供有力依据。

Description

管廊排水系统安全检测的模拟试验系统

技术领域

本发明属于管廊附属设施排水系统的安全测试领域，具体是指一种管廊廊舱内排水系统模型测试试验系统及测试方法。

背景技术

管廊建设涉及防水设计、施工、材料等多个方面。虽然在地下管廊施工设计及施工阶段，均按照以防为主、刚柔相济、多道防线、因地制宜、综合治理的理念，采用排、堵相结合的方法进行工程防水设计与施工，但地下管廊中的变形缝、施工缝、穿墙管泄漏等最大的几个问题仍没有完全解决，长期以来一直困扰地下管廊工程的建设和维修整治。地下管廊建设每道工序的施工质量都对城市地下管廊防排水效果产生很大的影响，施工中的每一点疏忽都可能造成渗漏水隐患。这些不足带来的负面影响以及管廊的排水安全问题等方面就要求在管廊的排水系统方向上做好设计、运营维护、安全检测。

目前学者们多采用计算流体动力学软件模拟排水系统的排水过程，大多场合基于的理论均为理想模型，其数值模拟结果往往未与工程实际相结合，导致评价结果不符合排水系统的实际工况。采用试验台对管廊的排水系统实时在线监测，其监测结果可为管廊内的维护人员提供实时信息，进而可以更快速、更高效、更准确地对异常情况做出响应，避免人员伤亡及更大的经济损失等。

发明内容

本发明使用的模型按原管廊廊舱排水系统尺寸设计，集水坑底部放置一台潜水泵，潜水泵开关与浮球开关水位传感器相连，潜水泵排水口处接用于测试的、与工程实际排水管管径相同的管道。

本发明中：压力传感器安装于用于测试的水流输出管路靠近排水泵一侧，且可防水，可真实有效地测出泵出口处的压力值。

本发明中：无需设置接触式传感器测量泵的转速，通过排水管路上的流量计可测得排水流量，通过泵转速与流量的曲线关系图，即可得到实时潜水泵的转速。

本发明中：整个测试系统组成闭合回路，既方便提供试验用水，又避免水资源的浪费。

本发明中：集水坑模型的选型需考虑到管廊集水坑的体积大小、潜水泵占据集水坑的体积大小及布置位置、进排水管路的长度等。

本发明中：采取蓄水装置的方式作为本试验台的水源。蓄水装置中的潜水泵的选取需充分考虑电机功率、扬程、流量等，本试验还应满足振动小、噪音低的要求，以免影响激光测振仪测量的精度。

本发明中：水流输入装置可以通过可调阀和流量计实时控制水流量大小，有效实现了管廊异常入水时各种工况下排水系统的响应。

本发明中：所设置的传感器依次将流量、水压、液位、泵的转速、泵的振动位移、速度以及加速度等物理量信号转化为电信号传输到数据采集仪中，可得到这些物理量随时间变化的曲线图，经过不同工况下阈值的设置可及时反馈至操作系统或工作人员任意时刻泵的安全工作状况。

本发明中：所布置的激光测振仪是非接触式测量仪器，测量泵的振动无需考虑水对仪器造成的影响，只需调节镜头和测量位置，通过光学原理将激光调至测量区域即可。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)本发明避免了在管廊现场布置相关设备进行测试的局限，使测试易于实现，且保证了测试结果的准确性。

(2)本发明通过对模型集水坑、潜水泵的选型及在排水装置管路上设置阀门等，还原了实际管廊内环境，且可通过水流输入管路阀门的调节还原管廊不同进水量的工况。

(3)本发明可模拟廊舱内进水后，廊内排水水流量及潜水泵运行状态参数的测试。该系统有较强的通用性，输入水流参数灵活可变，测试结果直观可信，可为管廊排水系统的设计及运营维护提供有力依据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中管廊排水系统的结构示意图；

图3是本发明中水流输入装置的结构示意图；

图4是本发明中水流输出装置的结构示意图；

图5是本发明中测试系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示的管廊排水系统模拟试验平台，整个平台包括廊舱排水系统模型1、水流输入装置2、水流输出装置3和测试系统4四大组成部分。廊舱排水系统模型1作为整个平台的基础，是试验的待测系统。水流输入装置2通过管路与廊舱排水系统模型1顶部相连，水流输出装置3通过管路与廊舱排水系统模型1顶部出口相连，水流输出装置3将水流输出至水流输入装置1，组成循环回路。

廊舱排水系统模型1按照原排水系统尺寸，对集水坑101、潜水泵102等进行还原，模型的尺寸大小需要满足实验室空间要求。

水流输入装置2包括蓄水装置201、潜水泵202、可调阀203、流量计204、压力传感器205、水流输入管路206。潜水泵202、可调阀203、流量计204、压力传感器205通过水流输入管路206串连连接。首先向蓄水装置201中充入一定量的水，潜水泵202为试验提供水流，可调阀203用于调节流入廊舱排水系统模型1中的水流量，流量计204和压力传感器205对流入的水量进行监测，保证流入量可调、合理、稳定。

水流输出装置3包括压力传感器301、流量计302、止回阀303、水流输出管路304。输水管道与潜水泵102泵口相接，压力传感器301、流量计302、止回阀303通过输水管道串联连接。

测试系统4包括浮球开关水位传感器401、液位传感器402、激光测振仪403、数据采集仪404。浮球开关水位传感器401置于集水坑101水面上，通过导线与潜水泵102相连，液位传感器402置于集水坑101水面上，激光测振仪403通过三脚架置于地面上，镜头通过光学原理调节至可以照至潜水泵102泵体上，测出的结果可以与泵振动的国家标准进行对比确定泵的实时工作状态；流量计204、压力传感器205、液位传感器402、压力传感器301、流量计302、激光测振仪403的检测信号通过导线接至数据采集仪404。

本试验平台的工作过程如下：首先将蓄水装置中充入足量的水，开启蓄水装置中的潜水泵，调节可调阀，结合计算机内对实时流量及水压的观察，调节可调阀阀门至较小流量进水状态。此过程中，集水坑内不断地进水。当水位达到警戒位时，浮球开关水位控制器控制集水坑内的潜水泵开启，集水坑内的水被排出，排水管路内立即充满水，计算机捕捉到信号，实时记录排水压力、排水流量、液位和潜水泵的位移、速度及加速度等数据。当水位低至最低水位线时，关闭潜水泵。调节可调阀，结合计算机对实时流量及水压的观察，调节可调阀阀门至大流量进水状态，实时观察、记录多种信号数据变化情况直至数据不再变化。完成以上步骤后调整激光测振仪测量位置重复以上步骤，根据测试结果评估管廊排水系统的工作状态。

采用上述平台的测试方法包括如下步骤：

(1)蓄水装置中充入足量的水。

(2)开启蓄水装置中的潜水泵，计算机中出现进水管路中水流量和压力数据。调节可调阀阀门至较小流量进水状态直至水流量和压力数据稳定为止，记录测量数据。

(3)当集水坑内水位达到警戒线时，浮球开关水位控制器控制集水坑内的潜水泵开启，此刻开始计时。集水坑内的水被排出，排水管路内立即充满水，计算机实时记录排水压力、排水流量、液位和潜水泵的位移、速度及加速度等数据，当数据达到稳定时，记录测量数据。

(4)当集水坑内的水位低至最低水位线时，关闭潜水泵。停止计时。

(5)调节可调阀，结合计算机对实时流量及水压的观察，调节可调阀阀门至大流量进水状态，实时观察、记录多种信号数据变化情况直至数据不再变化。

(6)重复步骤3、4。

(7)调整激光测振仪测量位置重复步骤2、3、4、5、6。

(8)关闭可调阀阀门，分析处理试验数据，对管廊排水系统进行安全评价。

Claims (5)

1.管廊附属排水系统安全检测系统，其特征在于：检测系统包括廊舱排水系统模型(1)、水流输入装置(2)、水流输出装置(3)和排水安全测试系统(4)；水流输入装置(2)通过管路与廊舱排水系统模型(1)顶部入口相连；水流输出装置(3)通过管路与廊舱排水系统模型(1)顶部出口相连，水流输出装置(3)将水流输出至水流输入装置(2)，组成循环回路；排水安全测试系统(4)以传感器的形式分散布置于水流输入装置(2)、水流输出装置(3)及排水安全测试系统(4)内，最终将所有采集信号输入数据采集卡进行信息处理。

2.根据权利要求1所述的管廊附属排水系统安全检测系统，其特征在于：廊舱排水系统模型(1)包括集水坑(101)、潜水泵(102)、排水管路(103)；水流输入装置(2)包括蓄水装置(201)、潜水泵(202)、可调阀(203)、流量计(204)、压力传感器(205)、水流输入管路(206)；潜水泵(202)放置于蓄水装置(201)中，可调阀(203)的一端与潜水泵(202)通过管道相连，用于随时调节控制流入集水坑的水流量；流量计(204)的一端与可调阀(203)的另一端相连，与可调阀(203)相结合用于实时观测和调节水流量；流量计(204)的另一端通过管道连接伸入集水坑内。

3.根据权利要求2所述的管廊附属排水系统安全检测系统，其特征在于：水流输出装置(3)包括压力传感器(301)、流量计(302)、止回阀(303)、水流输出管路(304)；压力传感器(301)设置于潜水泵(202)出口处，用于实时监测泵出口的压力；来自潜水泵(202)的管路继续与流量计(302)的一端相连，用于检测单位时间内的排水量；流量计(302)的另一端与止回阀(303)相连，防止水流倒流至压力传感器(301)和流量计(302)两位置处影响压力和流量测量的精度；止回阀(303)的另一端通过管道连接伸入蓄水装置(201)中。

4.根据权利要求3所述的管廊附属排水系统安全检测系统，其特征在于：排水安全测试系统(4)包括浮球开关水位传感器(401)、液位传感器(402)、激光测振仪(403)、数据采集仪(404)；浮球开关水位传感器(401)置于集水坑(101)水面上，通过导线与潜水泵(102)相连，用于当水位达到警戒线高度时潜水泵(102)自动开启排水；液位传感器(402)置于集水坑水面上，用于实时监测水位高度；激光测振仪(403)通过三脚架置于地面上，镜头通过光学原理调节至可以照至潜水泵(102)泵体上，用于实时监测潜水泵的振动，测出的结果与泵振动的国家标准进行对比确定泵的实时工作状态；来自流量计(204)、压力传感器(205)、液位传感器(402)、压力传感器(301)、流量计(302)、激光测振仪(403)的检测信号通过导线接至数据采集仪(404)。

5.根据权利要求1所述的管廊附属排水系统安全检测系统，其特征在于：排水安全测试系统(4)的水位高度测量精度高于2mm；排水系统响应时间低于20秒。

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