CN112396943A - 一种模拟地埋热力管道泄漏的实验箱及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟埋地热力管道泄漏的实验箱及实验方法；实验箱包括实验箱本体、温湿度传感器、泄漏管道和管道旋转组件；所述实验箱本体的顶部具有开口，底板上具有筛孔；温湿度传感器分层布置在实验箱本体中的土壤里；泄漏管道横穿实验箱本体，且通过管道旋转组件与实验箱本体的两侧转动连接，泄漏管道的两端与外循环管路连接。该实验箱用于模拟地埋管道在土层中的泄漏状况，以了解泄漏点周围土壤的热湿迁移规律，避免了采用现场测量的方式实施较困难的弊端。通过该方法拟合出土壤温度、湿度随土壤深度、泄漏时间变化的经验公式，实际应用时根据测量埋深、土壤表面的温度和湿度，利用经验公式获得泄漏时间，对实际工程具有指导意义。

Description

一种模拟地埋热力管道泄漏的实验箱及实验方法

技术领域

本发明涉及地埋热力工程技术领域，具体为一种模拟地埋热力管道泄漏的实验箱及实验方法。

背景技术

在我国北方集中供热应用十分广泛，且大部分地区的管网采用直埋敷设的方式铺设在地下土层中。当热力管道发生泄漏时，由于管道敷设在地下，很难在第一时间快速、准确的判断泄漏点的具体位置，容易造成水热资源的浪费，甚至导致路面坍塌，危害周围建筑及人身安全。

研究泄漏点周围土壤的热湿迁移规律是了解地埋热力管道泄漏状况的最佳途径，而采用现场测量的方式又不容易实施，因此通过搭建实验台模拟地下土层环境，了解真实的土壤热湿迁移规律，不仅可以减少人力物力，而且还可以控制不同变量来模拟更多符合实际情况的土壤热湿迁移规律，从而快速、准确判断泄漏点的具体位置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种模拟地埋热力管道泄漏的实验箱及实验方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种模拟埋地热力管道泄漏的实验箱，其特征在于，该实验箱包括实验箱本体、温湿度传感器、泄漏管道和管道旋转组件；

所述实验箱本体的顶部具有开口，底板上具有筛孔；温湿度传感器分层布置在实验箱本体中的土壤里；泄漏管道横穿实验箱本体，且通过管道旋转组件与实验箱本体的两侧转动连接，泄漏管道的两端与外循环管路连接。

所述管道旋转组件包括弹簧、压柄、手柄、套管和圆盘；套管位于实验箱本体外，且套装在泄漏管道的一端，套管的一端与实验箱本体的外壁固连；圆盘固定在套管的另一端；手柄的一端固定在泄漏管道上靠近圆盘的位置；压柄的中部与手柄的中部铰接，压柄的一端作用在圆盘上；弹簧的两端分别与压柄远离圆盘的一端和手柄远离圆盘的一端固连。

圆盘的边缘呈圆周均匀设有多个限位口，压柄作用在圆盘的一端具有与限位口配合的卡爪。

实验箱本体的底部固定有漏斗形的导流罩；导流罩的一侧具有排水口，另一侧具有清灰口。

所述实验箱本体安装在支撑架上，支撑架的底部具有滚轮。

本发明还提供一种模拟埋地热力管道泄漏的实验方法，其特征在于，该方法包括以下内容：

1)将泄漏管道的两端与外循环管路连接，调整泄漏孔的朝向至实验所需位置；

2)向实验箱本体中分层平铺土壤，直到达到预定埋深；在土层铺设过程中，根据模拟地区土层的压实程度对土层进行压实；以泄露管道所在的水平面为基准，在泄露孔上方的每个土层上，与泄露孔竖直方向上共线的位置均布置一个温湿度传感器，直到接近土壤表层；沿泄漏管道的方向上每隔一定距离布置一个温湿度传感器，直到接近实验箱本体的两个侧壁，所有的温湿度传感器与泄漏孔在竖直面内共面，泄漏孔所在水平面以及泄漏管道以下的土层中不布置温湿度传感器；无论泄漏孔的朝向如何变化，温湿度传感器始终位于泄漏管道正上方；

3)当外循环管路通水后，水将从泄漏管道的泄漏孔中泄漏出来，并在土层中渗透；温湿度传感器采集土壤的温度和湿度，并将数据传输至上位机；

通过做不同埋深、泄漏孔朝向不同方向的埋地热力管道泄漏试验，温湿度传感器每隔一段时间采集一次数据；根据与泄漏孔在竖直方向上共线的温湿度传感器采集到的温度、湿度，得到竖直方向上土壤温度、湿度随土壤深度和泄漏时间的变化规律，拟合出土壤温度、湿度随土壤深度、泄漏时间变化的经验公式；在泄漏孔朝向各个方向的情况下，都得出一个经验公式；实际应用时，根据测量埋深、土壤表面的温度和湿度，通过经验公式获得泄漏时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种用于模拟地埋热力管道泄漏的实验箱，用于模拟地埋管道在土层中的泄漏状况，以了解泄漏点周围土壤的热湿迁移规律，避免了采用现场测量的方式实施较困难的弊端；而且结构简单，操作方便。

2、本发明通过管道旋转组件实现泄漏管道的旋转运动，能够使泄漏孔朝向不同的方向，便于研究不同泄漏方向下的土壤热湿迁移规律，以便达到模拟实际地埋热力管道泄漏的实验目的。

3、在实验箱本体的底板上设有筛孔，泄漏的水能通过筛孔及时排出，避免实验箱本体内积水，影响实验结果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构的俯视图；

图3为本发明的管道旋转组件的结构示意图；

图4为本发明的泄漏管道的结构示意图；

图5为本发明的温湿度传感器的布置示意图；

图中：1.实验箱本体；2.支撑架；3.弹簧；4.压柄；5.手柄；6.套管；7.泄漏管道；8.圆盘；9.温湿度传感器；

101.导流罩；102.箱门；103.把手；104.筛孔；105.排水口；201.滚轮；401.卡爪；701.泄漏孔；801.限位口。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明的技术方案进行进行清楚、完整地描述，并不用于限定本申请的保护范围。

本发明为一种模拟埋地热力管道泄漏的实验箱(简称实验箱，参见图1-4)，包括实验箱本体1、支撑架2、温湿度传感器9、泄漏管道7和管道旋转组件；所述管道旋转组件包括弹簧3、压柄4、手柄5、套管6和圆盘8；

所述实验箱本体1安装在支撑架2上，支撑架2的底部具有滚轮201，方便移动实验箱；实验箱本体1的顶部具有开口，实验箱本体1用于盛放土壤，以模拟地下土壤环境；实验箱本体1的底板上具有筛孔104，筛孔104的直径小于土粒直径，防止土壤流失；实验箱本体1的底部固定有漏斗形的导流罩101；导流罩101的一侧具有排水口105，另一侧具有清灰口(图中未画出)，清灰口处设有盖子，需要人手伸入导流罩101内清理残留的土壤；温湿度传感器9分层布置在土壤中，用于检测土壤的温度和湿度；

所述泄漏管道7横穿实验箱本体1，且两端贯穿实验箱本体1的两侧与外循环管路相连；泄漏管道7与实验箱本体1转动连接，泄漏管道7位于实验箱本体1内的部位上设有一个泄漏孔701，用于模拟泄漏点；套管6位于实验箱本体1外，且套装在泄漏管道7的一端，套管6的一端与实验箱本体1的外壁固连；圆盘8固定在套管6的另一端，圆盘8的边缘沿圆周均匀设有多个限位口801；

所述手柄5的一端固定在泄漏管道7上靠近圆盘8的位置，另一端用于手持；压柄4的中部通过销轴与手柄5的中部铰接，压柄4的一端用于手持，另一端具有卡爪401，转动手柄5时，卡爪401沿着圆盘8边缘运动，使卡爪401能卡在圆盘8不同的限位口801内，防止泄漏管道7在实验过程中转动；弹簧3的两端分别与压柄4远离圆盘8的一端和手柄5远离圆盘8的一端固连，按压压柄4，弹簧3被压缩，压柄4的卡爪401与圆盘8的限位口801脱离配合，然后手动转动手柄5，带动泄漏管道7旋转，压柄4的卡爪401沿着圆盘8边缘运动，使卡爪401卡入圆盘8的下一个限位口801中，实现泄漏管道7的泄漏孔701的方向调节；

实验箱本体1一侧的上、下部分别设有箱门102，箱门203上设有把手203；上部的箱门102用于安装温湿度传感器，下部的箱门102用于存取土壤。

本实施例中圆盘8每隔45度设有一个大小相同的限位口801，共有8个限位口，限位口大小应该保证能嵌入压柄4的卡爪401。

限位口801可以为V型口、U型口；也可以在圆盘8的端面上沿圆周均匀设有多个凹槽，压柄4的卡爪呈与凹槽配合的扁平型，实现压柄4与圆盘8的相对固定。

泄漏管道7与实验箱本体1底部的距离为30～50cm。

本发明还提供一种模拟埋地热力管道泄漏的实验方法，包括以下内容：

1)将泄漏管道7的两端与外循环管路连接，按压压柄4，弹簧3被压缩，压柄4的卡爪401与圆盘8的限位口801脱离配合，然后手动转动手柄5，带动泄漏管道7旋转，压柄4的卡爪401沿着圆盘8边缘运动，卡爪401卡入圆盘8相应的限位口801中，以此将泄漏管道7上的泄漏孔701的朝向调整至实验所需位置，用于模拟泄漏点在不同方向下的泄漏情况；

2)向实验箱本体1中分层平铺土壤，直到达到预定埋深，实验所需埋深(泄漏管道与土壤表层之间的距离)一般为30～50cm；实验所用土壤与所模拟地区的土质相同，每层深度为10cm；在土层铺设过程中，根据模拟地区土层的压实程度对土层进行压实；以泄露管道所在的水平面为基准，在泄露孔上方的每个土层上，与泄露孔竖直方向上共线的位置均布置一个温湿度传感器9，直到接近土壤表层；沿泄漏管道的方向上每隔10cm布置一个温湿度传感器9，直到接近实验箱本体1的两个侧壁，所有的温湿度传感器9与泄漏孔在竖直面内共面，泄漏孔所在水平面以及泄漏管道以下的土层中不布置温湿度传感器9；无论泄漏孔的朝向，温湿度传感器9始终位于泄漏管道正上方；

3)当外循环管路通水后，水将从泄漏管道7的泄漏孔701中泄漏出来，并在土层中渗透；温湿度传感器采集土壤的温度和湿度，并将数据传输至上位机；

通过做不同埋深、泄漏孔朝向不同方向的埋地热力管道泄漏试验，温湿度传感器每隔一段时间采集一次数据；根据与泄漏孔在竖直方向上共线的温湿度传感器9采集到的温度、湿度，通过数据处理软件(例如：origin)可以得到竖直方向上土壤温度、湿度随土壤深度和泄漏时间的变化规律，进而拟合出一个土壤温度、湿度随土壤深度、泄漏时间变化的经验公式；在泄漏孔朝向各个方向的情况下，都得出一个经验公式；其余温湿度传感器9采集的数据主要用于验证经验公式；

实际应用时，根据经验公式，通过测量埋深、土壤表面的温度和湿度，就可以知道泄漏时间；若泄漏时间长且土壤表面湿度不大，则不需要开挖，一方面开挖耗费人力物力，可能比泄漏造成的损失更大，另一方面开挖后可能会导致更大的泄漏，导致供热中断；若泄漏时间短且土壤表面湿度较大，则需要开挖，进行及时修补，避免造成更大损失。

实际检测中，采用红外热像仪在泄漏管道所在区域的地表沿管道进行拍摄，观察温度分布；若沿泄漏管道上方土壤温度分布异常，周围土壤分布无异常的情况下，表明泄漏孔竖直向上，此时通过泄漏孔竖直向上时得出的经验公式进行计算泄漏时间，如果泄漏量小则不需要开挖，泄漏量大则需要开挖，泄漏点位于泄漏管道上方温度最大位置的正下方；如果沿泄漏管道上方土壤温度分布异常，周围土壤温度分布也异常的情况下，表明泄漏孔不是位于竖直向上，此时需要根据温度较高区域的位置选择泄漏孔位于相应方向下的经验公式计算泄漏时间，如果泄漏量小则不需要开挖，泄漏量大则需要开挖；从温度最高点的位置向泄漏管道作垂线，垂足即为泄漏点。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (6)

1.一种模拟埋地热力管道泄漏的实验箱，其特征在于，该实验箱包括实验箱本体、温湿度传感器、泄漏管道和管道旋转组件；

所述实验箱本体的顶部具有开口，底板上具有筛孔；温湿度传感器分层布置在实验箱本体中的土壤里；泄漏管道横穿实验箱本体，且通过管道旋转组件与实验箱本体的两侧转动连接，泄漏管道的两端与外循环管路连接。

2.根据权利要求1所述的用于模拟埋地热力管道泄漏的实验箱，其特征在于，所述管道旋转组件包括弹簧、压柄、手柄、套管和圆盘；

套管位于实验箱本体外，且套装在泄漏管道的一端，套管的一端与实验箱本体的外壁固连；圆盘固定在套管的另一端；手柄的一端固定在泄漏管道上靠近圆盘的位置；压柄的中部与手柄的中部铰接，压柄的一端作用在圆盘上；弹簧的两端分别与压柄远离圆盘的一端和手柄远离圆盘的一端固连。

3.根据权利要求2所述的用于模拟埋地热力管道泄漏的实验箱，其特征在于，圆盘的边缘呈圆周均匀设有多个限位口，压柄作用在圆盘的一端具有与限位口配合的卡爪。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于模拟埋地热力管道泄漏的实验箱，其特征在于，实验箱本体的底部固定有漏斗形的导流罩；导流罩的一侧具有排水口，另一侧具有清灰口。

5.根据权利要求1-3任一所述的用于模拟埋地热力管道泄漏的实验箱，其特征在于，所述实验箱本体安装在支撑架上，支撑架的底部具有滚轮。

6.一种模拟埋地热力管道泄漏的实验方法，其特征在于，该方法包括以下内容：

1)将泄漏管道的两端与外循环管路连接，调整泄漏孔的朝向至实验所需位置；

2)向实验箱本体中分层平铺土壤，直到达到预定埋深；在土层铺设过程中，根据模拟地区土层的压实程度对土层进行压实；以泄露管道所在的水平面为基准，在泄露孔上方的每个土层上，与泄露孔竖直方向上共线的位置均布置一个温湿度传感器，直到接近土壤表层；沿泄漏管道的方向上每隔一定距离布置一个温湿度传感器，直到接近实验箱本体的两个侧壁，所有的温湿度传感器与泄漏孔在竖直面内共面，泄漏孔所在水平面以及泄漏管道以下的土层中不布置温湿度传感器；无论泄漏孔的朝向如何变化，温湿度传感器始终位于泄漏管道正上方；

3)当外循环管路通水后，水将从泄漏管道的泄漏孔中泄漏出来，并在土层中渗透；温湿度传感器采集土壤的温度和湿度，并将数据传输至上位机；

通过做不同埋深、泄漏孔朝向不同方向的埋地热力管道泄漏试验，温湿度传感器每隔一段时间采集一次数据；根据与泄漏孔在竖直方向上共线的温湿度传感器采集到的温度、湿度，得到竖直方向上土壤温度、湿度随土壤深度和泄漏时间的变化规律，拟合出土壤温度、湿度随土壤深度、泄漏时间变化的经验公式；在泄漏孔朝向各个方向的情况下，都得出一个经验公式；实际应用时，根据测量埋深、土壤表面的温度和湿度，通过经验公式获得泄漏时间。

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