CN109029578A - 一种给水管道安全运行监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及综合管廊安全运营和维护领域，公开了一种给水管道安全运行监测系统，包括均设于给水管道上的水压流量监测装置和应力监测装置，所述水压流量监测装置和所述应力监测装置均与数据采集装置连接。通过在给水管道上安装水压流量监测装置和应力监测装置，实时监测给水管道的压力、流量和应力，数据采集装置将监测数据汇总分析存储，为给水管道安全运行及工程设计人员提供数据支撑；实时监测给水管道运行状况，方便排出给水管道安全隐患，减少经济损失，提高市政基础设施服务能力，有利于智慧城市的建立。

Description

一种给水管道安全运行监测系统及方法

技术领域

本发明涉及综合管廊安全运营和维护领域，特别是涉及一种给水管道安全运行监测系统及方法。

背景技术

建设城市地下综合管廊是城市现代化、科技化、集约化的标志和发展趋势。城市地下综合管廊可充分利用城市地下空间，提升城市安全运转品质，提高城市防灾抗灾能力，改善城市交通状况，创造城市和谐生态环境，实现城市可持续发展。综合管廊建设是国家确定重点支持的民生工程，有利于提高城市综合承载能力和城镇化发展质量，有利于增加公共产品有效投资，拉动社会资本投入，打造经济发展新动力。

地下综合管廊容纳电力、通讯、给水、热力、燃气、雨水、污水等7类管线，需要城乡规划、建筑结构、给排水、燃气、供热、电气与智能化、通讯、管理等多专业融合，是一个复杂的系统工程。其复杂性、系统性、融合性为综合管廊建设与管理提出了新的挑战。我国综合管廊的研究与建设尚处于初级阶段，在规划、设计、建设、管理、运营以及法律法规等方面尚存在许多不足。管廊结构与管线典型灾害致灾机理尚未得到深入研究：包括管廊结构本体在地震、车辆荷载、爆炸冲击、火灾等作用下的致灾演化机理研究；燃气管道泄漏扩散规律；给水、热力管线漏损与爆管机理需进行深入研究。

目前，综合管廊安全运行与应急管理基于对管廊内给水管道的压力、流量、适时监测，分析信息数据变化规律，为管道爆管、易漏点预警、漏损点精准定位提供基本理论和技术参数。管道爆管发生后监测具有滞后性，对城市居民的生活和社经济具有较大影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种给水管道安全运行监测系统及方法，以解决现有无法实时监测给水管道的水压流量及管壁应力的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种给水管道安全运行监测系统，包括均设于给水管道上的水压流量监测装置和应力监测装置，所述水压流量监测装置和所述应力监测装置均与数据采集装置连接；

所述水压流量监测装置包括压力传感器和流量计，分别用以实时测量所述给水管道的压力和流量；

所述应力监测装置包括光纤光栅传感器和光纤光栅传感智能解调仪，所述光纤光栅传感器的输出端与所述光纤光栅传感智能解调仪的输入端连接，所述光纤光栅传感智能解调仪的输出端与所述数据采集装置连接。

其中，所述应力监测装置设置在所述给水管道的变向处，用以监测瞬变流态下所述给水管道的应力。

其中，所述给水管道设有可替换管段，所述可替换管段通过法兰与所述给水管道连通。

其中，所述可替换管段上设有焊缝或泄漏孔，用以模拟不同工况。

其中，所述给水管道的一端通过塑料软管与潜水泵连接，所述潜水泵设置在水库水池内。

其中，所述给水管道的另一端通过塑料软管与所述水库水池连通。

其中，所述给水管道的上游端部设有闸阀，所述给水管道的下游端部设有球阀。

其中，所述数据采集装置包括数据采集卡和数据存储计算机，所述数据采集卡均与所述水压流量监测装置和所述应力监测装置连接，所述数据采集卡与所述数据存储计算机连接。

本发明还提供一种给水管道安全运行监测方法，包括如下步骤：

水压流量监测装置和应力监测装置监测给水管道稳态下的压力、流量和应力；

改变水压流量监测装置和应力监测装置的安装位置，监测给水管道瞬变流态下的压力、流量和应力；

更换可替换管段，水压流量监测装置和应力监测装置监测给水管道不同工况下的压力、流量和应力。

其中，还包括关闭潜水泵或闸阀或球阀工况下，水压流量监测装置和应力监测装置监测给水管道的压力、流量和应力。

(三)有益效果

本发明提供的一种给水管道安全运行监测系统及方法，通过在给水管道上安装水压流量监测装置和应力监测装置，实时监测给水管道的压力、流量和应力，数据采集装置将监测数据汇总分析存储，为给水管道安全运行及工程设计人员提供数据支撑；实时监测给水管道运行状况，方便排出给水管道安全隐患，减少经济损失，提高市政基础设施服务能力，有利于智慧城市的建立。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中，1：潜水泵；2：塑料软管；3：给水管道；4：压力传感器；5：闸阀；6：法兰；7：可替换管段；8：流量计；9：球阀；10：应力监测装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例基于实验室模拟城市地下综合管廊进行解释说明，进而提供一种给水管道安全运行监测系统，包括均设于给水管道3上的水压流量监测装置和应力监测装置，水压流量监测装置和应力监测装置均与数据采集装置连接；水压流量监测装置包括压力传感器4和流量计8，分别用以实时测量给水管道的压力和流量；应力监测装置包括光纤光栅传感器和光纤光栅传感智能解调仪，光纤光栅传感器的输出端与光纤光栅传感智能解调仪的输入端连接，光纤光栅传感智能解调仪的输出端与数据采集装置连接。

进一步的，给水管道3的一端通过塑料软管2与潜水泵1连接，潜水泵1设置在水库水池内，用以向给水管道3输入恒定的水流，给水管道3的另一端通过塑料软管2与水库水池连通，以形成回流。

其中，给水管道3上的水压流量监测装置和应力监测装置，水压流量监测装置包括压力传感器4和流量计8，分别用以实时测量给水管道的压力和流量。

进一步的，给水管道3的上游端部设有闸阀5，用以控制给水管道3供水的通断，给水管道3的下游端部设有球阀9，用以调控给水管道3内的流量和压力，以方便监测不同工况下给水管道3的压力、流量和应力。

其中，位于闸阀5上游的给水管道3上设有一个压力传感器4，用以监测给水管道3进口处的压力，闸阀5的下游的给水管道3设有一个压力传感器4，用以监测稳态工况下给水管道3的压力，流量计8具体为超声波流量计，采用外夹方式设置在给水管道3上，方便对不同工况下监测位置的安装。

进一步的，给水管道3上设有应力监测装置10，应力监测装置10包括光纤光栅传感器和光纤光栅传感智能解调仪，光纤光栅传感器的输出端与光纤光栅传感智能解调仪的输入端连接，光纤光栅传感智能解调仪的输出端与数据采集装置连接。

其中，光纤光栅传感器粘贴在给水管道3的下侧感应给水管道3运行状态下应力的变化，光纤光栅传感智能解调仪接收光纤光栅传感器发出的光信号，并将光信号转换为电压信号发送给数据采集装置。

进一步的，数据采集装置包括数据采集卡和数据存储计算机，数据采集卡与压力传感器4、流量计8和光纤光栅传感智能解调仪连接，采集电压信号，数据采集卡与数据存储计算机连接，将监测数据保存，为给水管道安全运行及工程设计人员提供数据支撑。

其中，给水管道3设有可替换管段7，可替换管段7两端均通过法兰6与给水管道3连接，法兰6优选钢制法兰，保证连接强度和连接紧密程度，可替换管段7上设有焊缝或泄漏孔或完整管道，用以模拟不同工况。

本实施例测量给水管道3处于稳态工况下的压力、流量和应力。

本发明实施例还提供一种给水管道安全运行监测方法，包括如下步骤：

将水压流量监测装置和应力监测装置分别安装在给水管道上，依次打开潜水泵、闸阀和球阀，向给水管道内供稳定水流，压力传感器和流量计分别将监测的压力信号和流量信号传送给数据采集卡；

光纤光栅传感器将监测的应力光信号发送给光纤光栅传感智能解调仪，光纤光栅传感智能解调仪将光信号转换为电压信号发送给数据采集卡；

数据采集卡将接收的压力电压信号、流量电压信号和应力电压信号发送给数据存储计算机，进行分析处理存储。

其中，数据存储计算机内预先存储有给水管道常态下的最大的压力值、流量值和应力值，并分别设定预警值，将采集的监测数据分别与预警值对比，提高安全运行防范措施。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

应力监测装置设置在给水管道的变向处，具体的光纤光栅传感器安装在给水管道变向处，用以监测瞬变流态下给水管道的应力。

本实施例的监测方法包括如下步骤：

将水压流量监测装置和应力监测装置分别安装在给水管道的变向处，依次打开潜水泵、闸阀和球阀，向给水管道内供稳定水流，压力传感器和流量计分别将监测的压力信号和流量信号传送给数据采集卡；

光纤光栅传感器将监测的应力光信号发送给光纤光栅传感智能解调仪，光纤光栅传感智能解调仪将光信号转换为电压信号发送给数据采集卡；

数据采集卡将接收的压力电压信号、流量电压信号和应力电压信号发送给数据存储计算机，进行分析处理，标记瞬变流态数据存储。

实施例3：

本实施例与实施例1和实施例2基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1和实施例2相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1和实施例2不同之处：

给水管道通过法兰连通设有焊缝或泄漏孔的可替换管段，以模拟对给水管道泄漏时的工况的监测。

本实施例的监测方法包括如下步骤：

将设有焊缝或泄漏孔的可替换管段通过法兰与给水管道连通，再将水压流量监测装置和应力监测装置分别安装在可替换管段上，依次打开潜水泵、闸阀和球阀，向给水管道内供稳定水流，压力传感器和流量计分别将监测的压力信号和流量信号传送给数据采集卡；

光纤光栅传感器将监测的应力光信号发送给光纤光栅传感智能解调仪，光纤光栅传感智能解调仪将光信号转换为电压信号发送给数据采集卡；

数据采集卡将接收的压力电压信号、流量电压信号和应力电压信号发送给数据存储计算机，进行分析处理，标记泄漏工况数据存储。

实施例4：

本实施例与实施例1、实施例2和实施例3基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1、实施例2和实施例3相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1、实施例2和实施例3不同之处：

本实施例的监测方法包括如下步骤：

将水压流量监测装置和应力监测装置分别安装在给水管道上，依次打开潜水泵、闸阀和球阀，待给水管道内水流稳定后，突然关闭潜水泵、闸阀和球阀，压力传感器和流量计分别将监测的压力信号和流量信号传送给数据采集卡；

光纤光栅传感器将监测的应力光信号发送给光纤光栅传感智能解调仪，光纤光栅传感智能解调仪将光信号转换为电压信号发送给数据采集卡；

数据采集卡将接收的压力电压信号、流量电压信号和应力电压信号发送给数据存储计算机，进行分析处理，标记静态数据存储。

本发明提供的一种给水管道安全运行监测系统及方法，通过在给水管道上安装水压流量监测装置和应力监测装置，实时监测给水管道的压力、流量和应力，数据采集装置将监测数据汇总分析存储，为给水管道安全运行及工程设计人员提供数据支撑；实时监测给水管道运行状况，方便排出给水管道安全隐患，减少经济损失，提高市政基础设施服务能力，有利于智慧城市的建立。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种给水管道安全运行监测系统，其特征在于，包括均设于给水管道上的水压流量监测装置和应力监测装置，所述水压流量监测装置和所述应力监测装置均与数据采集装置连接；

所述水压流量监测装置包括压力传感器和流量计，分别用以实时测量所述给水管道的压力和流量；

所述应力监测装置包括光纤光栅传感器和光纤光栅传感智能解调仪，所述光纤光栅传感器的输出端与所述光纤光栅传感智能解调仪的输入端连接，所述光纤光栅传感智能解调仪的输出端与所述数据采集装置连接。

2.如权利要求1所述的给水管道安全运行监测系统，其特征在于，所述应力监测装置设置在所述给水管道的变向处，用以监测瞬变流态下所述给水管道的应力。

3.如权利要求1所述的给水管道安全运行监测系统，其特征在于，所述给水管道设有可替换管段，所述可替换管段通过法兰与所述给水管道连通。

4.如权利要求3所述的给水管道安全运行监测系统，其特征在于，所述可替换管段上设有焊缝或泄漏孔，用以模拟不同工况。

5.如权利要求1所述的给水管道安全运行监测系统，其特征在于，所述给水管道的一端通过塑料软管与潜水泵连接，所述潜水泵设置在水库水池内。

6.如权利要求5所述的给水管道安全运行监测系统，其特征在于，所述给水管道的另一端通过塑料软管与所述水库水池连通。

7.如权利要求1所述的给水管道安全运行监测系统，其特征在于，所述给水管道的上游端部设有闸阀，所述给水管道的下游端部设有球阀。

8.如权利要求1所述的给水管道安全运行监测系统，其特征在于，所述数据采集装置包括数据采集卡和数据存储计算机，所述数据采集卡均与所述水压流量监测装置和所述应力监测装置连接，所述数据采集卡与所述数据存储计算机连接。

9.一种给水管道安全运行监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

水压流量监测装置和应力监测装置监测给水管道稳态下的压力、流量和应力；

改变水压流量监测装置和应力监测装置的安装位置，监测给水管道瞬变流态下的压力、流量和应力；

更换可替换管段，水压流量监测装置和应力监测装置监测给水管道不同工况下的压力、流量和应力。

10.如权利要求9所述的给水管道安全运行监测方法，其特征在于，还包括关闭潜水泵或闸阀或球阀工况下，水压流量监测装置和应力监测装置监测给水管道的压力、流量和应力。