CN115492224A - 一种压力排水自动巡检系统及巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压力排水自动巡检系统及巡检方法，包括注水管道系统，排水管道系统，水位监测装置，现场控制器，现场控制器用于接收巡检信号并控制注水电控阀、排水泵，所述水位监测装置向控制器提供水位信号；排水泵有n个，水位巡检有m个,包括各个启停泵水位和最高的警示水位，所有巡检水位的高度均不相同。本发明能够根据气象预测系统数据在下雨前对集水设施、水泵以及其排水管道系统自动进行巡检；还适用于消防压力排水、事故压力排水等其他排水系统，可根据预置的巡检规则进行定期或不定期进行巡检，排查故障及时报警，从而保证集水设施、水泵以及其排水管道系统的有效运行，自动化程度高，具有广阔的实用价值。

Description

一种压力排水自动巡检系统及巡检方法

技术领域

本发明涉及智慧建筑领域，尤其涉及一种压力排水自动巡检系统及巡检方法。

背景技术

在建筑和市政设施的地下室、下穿道路、下沉广场、地铁等地下空间以及的敞开空间或出入口不可避免的会有一定雨水、消防水、事故水进入到该空间内，为了及时有效的将该部分雨水、消防水、事故水排出，通常设置压力排水系统，对进入该空间的雨水、消防水、事故水，收集至集水设施，根据集水设施内的水位情况自动启动排水泵提升排出。

由于雨水、消防水、事故水集水设施以及排水泵平常状态无需运行，且集水设施内无水，无法试运行，当系统存在故障时不易被发现。例如：当发生暴雨天气时排水系统故障无法及时排雨水，从而导致洪涝灾害发生；消防和事故排水设施在平时无需排水，无需启动也无法启动，通常情况下闲置数年甚至数十年，存在故障时不易被发现，当消防状态或事故状态需要排水时系统故障无法及时排水，从而产生消防安全隐患或事故隐患；严重危及人民群众的生命、财产安全。

现有技术可以对配电、控制设备进行巡检，例如申请号为CN202120667611.7的专利，采用时间继电器等实现对集水设施的排水泵定时启动，达到检测排水泵是否能够启动的目的，但是，该种检测方式是在排水泵无负载的情况下进行，不能模拟排水泵的实际工况，更不能对管道、水位监测装置、集水设施淤积情况、止回阀故障情况等其他部件进行检测。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明旨在提供集水设施压力排水自动巡检系统及巡检方法，能够实现对集水设施的排水泵以及整个管道系统进行实际工况下的自动巡检，并可以进行故障判断和预警。

为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明公开的集水设施压力排水自动巡检系统，包括：

注水管道系统，所述注水管道系统用于向集水设施内注水，所述注水管道系统包括注水管以及串接在注水管上的注水电控阀；

排水管道系统，所述排水管道系统用于将集水设施内的水体排出集水设施，排水管道系统包括排水泵和排水管，排水管的进水端与集水设施的排水泵出口连接，排水管上设有止回阀；

水位监测装置，所述水位监测装置用于监测集水设施内的水体的水位；

现场控制器，所述现场控制器用于控制注水电控阀、排水泵、判断巡检条件、记录巡检数据、计算故障状况并输出信息，所述水位监测装置向控制器提供水位信号；

所述排水泵有n个，所述水位巡检有m个,包括各个启停泵水位和最高的警示水位，所有巡检水位的高度均不相同。

进一步的，本发明还包括远程控制中心、移动智能终端，所述远程控制中心设有第一警示模块，所述远程控制中心与现场控制器有线和/或无线连接；所述移动智能终端与远程控制中心和/或现场控制器无线连接，所述移动智能终端设有第二警示模块。

本发明还公开一种适用于上述集水设施压力排水自动巡检系统的巡检方法，包括全面巡检方式以及局部巡检方式，所述全面巡检方式包括依次执行的以下步骤：

S1、注水，开启注水电控阀通过注水管道向集水设施内注水，当集水设施内水位达到第i个巡检水位时，记录第i注水时长t_i，注水时长t_i为集水设施内水位从第i-1个巡检水位上升至第第i个巡检水位时的时间；当集水设施内水位达到警示水位时，关闭注水电控阀；

S2、排水，开启所有排水泵，当集水设施内水位每低于一个巡检水位时，记录一次排水时长t1_j,所述排水时长t1_j为集水设施内水位从第j个水位降低至第j-1个水位的时间，关闭一个排水泵，当集水设施内水位低于最低水位时，关闭所有排水泵；

S3、故障反馈，包括排水泵应启未启、应停未停情况、根据运行数据预测的管道阻塞情况，以及根据停泵水锤数据判断止回阀故障。

作为一种优选的，在步骤S1中还包括：在记录第i注水时长t_i后，暂时关闭注水电控阀，随机打开i个排水泵，根据当前排水泵的控制端的检测信号判断当前泵是否启动，判断结束后关闭当前排水泵，开启注水电控阀。

优选的，所述预测管道的阻塞情况包括管道阻塞率预测，所述管道阻塞率采用下式计算：

（1）

式（1）中，P—管道阻塞率、V-单泵运行条件下的排水容积、T-单泵运行条件下的排水时间、D-排水管内径、π-圆周率、ρ-水密度、g-重力加速度、N-单泵运行条件下的水泵实际功率、H-单泵运行条件下的水泵正常工况下的扬程、η-水泵效率。

进一步的，所述故障反馈还包括：

当j台排水泵启动时，排水系统理论流量Q=K_j-1(Q₁+Q₂+…Q_j-1)+ K_jQ_j,其中Q_j为第j台排水泵的流量，

通过式（2）计算实际排水流量A：

A=[（h_j-h_j-1）×F-V₁] / t1_j （2）

式（2）中：h_j为第j个巡检水位的高度，F为集水设施的横截面积, V₁为淹没入h_j-1到h_j水位之间的排水泵、管道体积，t1_j为集水设施内水位从第j个水位降低至第j-1个水位的时间，K_j为j台水泵并联运行时水泵流量折减系数；

再根据式（3）计算排水系统流量Q与理论排水流量A的差值ΔQ：

ΔQ= A-K_jQ （3）

当ΔQ大于Q_j时，判断为第j台泵未开启或管路不正常，并通过远程控制中心和/或移动智能终端显示和报警；

当ΔQ小于Q_j大于0时，判断为排水泵或排水管排水能力不足，并通过远程控制中心和/或移动智能终端显示和报警。

进一步的，所述巡检方法还包括采用传感器探测集水设施的竖向空间深度，判断淤积情况。

优选的，所述全面巡检方式的启动条件为以下情形之一：

第一种情形，满足式（4）：

A1×h1>=允许集水容积 （4）

式（4）中，A1为汇水面积，h1为根据气象预警系统收到的降雨厚度；

第二种情形，满足预置巡检条件，所述预置巡检条件包括定期巡检；

第三种情形，手动启动，通过现场控制器、远程控制中心或移动智能终端以指令方式手动启动全面巡检方式。

优选的，所述局部巡检方式包括定期或不定期对部分设备和/或部分流程进行巡检。

进一步的，所述巡检方法还包括根据水锤最大压力值监测判断排出管上止回阀的工作状态的方法如下：

对于某一个具体的压力排水系统，其水锤最大压力值可按下式计算：

（5）

式（5）中：ΔP为水锤最大压力值(Pa)，ρ为水的密度(Kg/m³)，V为管道中水流速度(m/s)，c₀为水中声波的传播速度(m/s)，K为水的体积弹性模量(Pa)，E为管道的材料弹性模量(Pa)，d_j为管道公称直径(mm)，δ为管道壁厚（mm）；

在系统停止时，止回阀关闭，管路水锤瞬时增加，当实测的排出管的压力值远离水锤最大压力值，判断为止回阀故障，存在倒灌风险。

本发明能够根据气象在下雨前对集水设施、排水泵、排水管道系统自动进行巡检，还可以对不常用的消防排水、事故排水等系统的、排水泵、排水管道系统自动进行巡检。从而保证集水设施以及其排水管道系统的有效运行，自动化程度高。

当然，本发明也可以通过远程控制中心等发送指令，定期或不定期启动进行巡检。

附图说明

图1为实施例1的原理图。

图2为实施例2的流程图。

图3为实施例3的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种集水设施压力排水自动巡检系统，具体包括：

注水管道系统，注水管道系统用于向集水设施内注水，注水管道系统包括注水管上以及串接在注水管上的注水电控阀。

排水管道系统，排水管道系统用于将集水设施内的水体排出集水设施，排水管道系统包括排水泵、排水管、压力表以及止回阀等相关阀门，排水管的进水端与集水设施的排水泵出口连接，止回阀设于排水管上。

水位监测装置，水位监测装置用于监测集水设施内的水体的水位。

压力检测装置，所述压力监测装置用于监测排水管道水锤压力情况。

现场控制器，现场控制器用于控制注水电控阀、排水泵，所述水位监测装置向控制器提供水位信号。

所述排水泵有n个，所述水位巡检有m个,包括各个启停泵水位和最高的警示水位，所有巡检水位的高度均不相同

远程控制中心设有第一警示模块，远程控制中心与现场控制器有线和/或无线连接；移动智能终端与远程控制中心和/或现场控制器无线连接，移动智能终端设有第二警示模块。

实施例2

如图2所示，本实施例公开了适用于实施例1的全面巡检方法，具体包括依次执行的以下步骤：

S1、注水，开启注水电控阀通过注水管道向集水设施内注水，当集水设施内水位达到第i个巡检水位时，记录第i注水时长t_i，注水时长t_i为集水设施内水位从第i-1个巡检水位上升至第第i个巡检水位时的时间；当集水设施内水位达到警示水位时，关闭注水电控阀，在注水过程中，所有排水泵均关闭；

S2、排水，开启所有排水泵，当集水设施内水位每低于一个巡检水位时，记录一次排水时长t1_j,所述排水时长t1_j为集水设施内水位从第j个水位降低至第j-1个水位的时间，关闭一个排水泵，当集水设施内水位低于蓄水水位时，关闭所有排水泵；

S3、故障反馈，包括排水泵应启未启、应停未停情况、根据运行数据预测的管道阻塞情况，以及根据停泵水锤数据分析，判断排水管路上止回阀故障情况和排水倒灌风险。

故障反馈具体如下：

所述预测管道的阻塞情况包括管道阻塞率预测，所述管道阻塞率采用下式计算：

（1）

式（1）中，P—管道阻塞率、V-单泵运行条件下的排水容积、T-单泵运行条件下的排水时间、D-排水管内径、π-圆周率、ρ-水密度、g-重力加速度、N-单泵运行条件下的水泵实际功率、H-单泵运行条件下的水泵正常工况下的扬程、η-水泵效率。

故障反馈还包括：

当j台排水泵启动时，排水系统理论流量Q=K_j-1(Q₁+Q₂+…Q_j-1)+ K_jQ_j,其中Q_j为第j台排水泵的流量，

通过式（2）计算实际排水流量A：

A=[（h_j-h_j-1）×F-V₁] / t1_j （2）

式（2）中：h_j为第j个巡检水位的高度，F为集水设施的横截面积, V₁为淹没入h_j-1到h_j水位之间的排水泵、管道体积，t1_j为集水设施内水位从第j个水位降低至第j-1个水位的时间，K_j为j台水泵并联运行时的水泵流量折减系数；

再根据式（3）计算排水系统流量Q与理论排水流量A的差值ΔQ：

ΔQ= A-K_jQ （3）

当ΔQ大于Q_j时，判断为第j台泵未开启或管路不正常，并通过远程控制中心和/或移动智能终端显示和报警；

当ΔQ小于Q_j大于0时，判断为排水泵或排水管排水能力不足，并通过远程控制中心和/或移动智能终端显示和报警。

式（2）中的水泵流量折减系数K_j用于解决下述问题：水泵并联运行时的流量不是单泵运行流量或铭牌标称流量的简单叠加，并联运行时有折减；K_j在确定的系统中为常数，可以是检测值或者经验值。

巡检方法还包括采用传感器探测集水设施的竖向空间深度，判断淤积情况。

全面巡检方式的启动条件为以下情形之一：

第一种情形，满足式（4）：

A1×h1>=允许集水容积 （4）

式（4）中，A1为汇水面积，h1为根据气象预警系统收到的降雨厚度；

第二种情形，满足预置巡检条件，所述预置巡检条件包括定期巡检；

第三种情形，手动启动，通过现场控制器、远程控制中心或移动智能终端以指令方式手动启动全面巡检方式。

具体工作时，巡检可以按照以下两种模式进行：

巡检模式一、单泵逐台交替巡检

逐台交替启动单台泵，用于巡检每台泵工作时的压力和流量是否正常，有无老化衰减；

巡检模式二、多泵并联运行

相应水位下的多台泵或者所有泵同时开启，用于巡检最大排水能力。

实施例3

如图3所示，本实施例在实施例2的基础上，在步骤S1中增加了：在记录第i注水时长t_i后，暂时关闭注水电控阀，打开第i个排水泵，根据当前排水泵的控制端的检测信号判断当前泵是否启动，判断结束后关闭当前排水泵，开启注水电控阀。

通过上述方法，可以在注水过程中判断每一个排水泵的启动是否正常。如果某个排水泵启动不正常，可实施通过第一警示模块、第二警示模块报警。

本实施例的其他部分与实施例2相同，故不赘述。

实际应用中，可通过定时周期启动，设定巡检等级，不同的等级巡检不同的内容，具体可以根据重要性进行设置：

1级巡检，仅通电检查电路。

2级巡检，集水设施注水，检查水泵启动。

3级巡检，集水设施注水，所有水泵依次启停，设备、管路全面巡检。

实施例4

本实施例在实施例2、3的基础上，增加了根据水锤最大压力值监测判断排出管上止回阀的工作状态的方法如下：

对于某一个具体的压力排水系统，其水锤最大压力值可按下式计算：

（5）

式（5）中：ΔP为水锤最大压力值(Pa)，ρ为水的密度(Kg/m³)，V为管道中水流速度(m/s)，c₀为水中声波的传播速度(m/s)，K为水的体积弹性模量(Pa)，E为管道的材料弹性模量(Pa)，d_j为管道公称直径(mm)，δ为管道壁厚（mm）；

在系统停止时，止回阀关闭，管路水锤瞬时增加，当实测的排出管的压力值远离水锤最大压力值，判断为止回阀故障，存在倒灌风险。

具体的，压力采集按以下两种模式进行：

模式1、水泵并联运行时启停水锤状态压力，用于保护阀门、管道，监测管道堵塞淤积情况，是否检修清通。

模式2、开启泵组3min后稳定运行后最大排水流量时的压力，用于测定最大排水能力，保证设计标准要求，应对极端天气。

本发明成功克服现有技术的缺陷。可联动气象预测系统，在降雨前进行自动巡检。还可以对不常用的消防排水、事故排水等系统的、排水泵、排水管道系统自动进行巡检。从而保证集水设施以及其排水管道系统的有效运行，自动化程度高，实用价值大。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种压力排水自动巡检系统，其特征在于，包括：

注水管道系统，所述注水管道系统用于向集水设施内注水，所述注水管道系统包括注水管以及串接在注水管上的注水电控阀；

排水管道系统，所述排水管道系统用于将集水设施内的水体排出集水设施，排水管道系统包括排水泵和排水管，所述排水管的进水端与集水设施的排水泵出口连接，排水管上设有止回阀；

水位监测装置，所述水位监测装置用于监测集水设施内的水体的水位；

压力检测装置，所述压力监测装置用于监测排水管道水锤压力；

现场控制器，所述现场控制器用于控制注水电控阀、排水泵、判断巡检条件、记录巡检数据、计算故障状况并输出信息，所述水位监测装置向控制器提供水位信号；

所述排水泵有n个，所述水位巡检有m个,包括各个启停泵水位和最高的警示水位，所有巡检水位的高度均不相同。

2.根据权利要求1所述的压力排水自动巡检系统，其特征在于，还包括远程控制中心、移动智能终端，所述远程控制中心设有第一警示模块，所述远程控制中心与现场控制器有线和/或无线连接；所述移动智能终端与远程控制中心和/或现场控制器无线连接，所述移动智能终端设有第二警示模块。

3.适用于如权利要求2所述的压力排水自动巡检系统的巡检方法，其特征在于，包括全面巡检方式以及局部巡检方式，所述全面巡检方式包括依次执行的以下步骤：

S1、注水，开启注水电控阀通过注水管道向集水设施内注水，当集水设施内水位达到第i个巡检水位时，记录第i注水时长t_i，注水时长t_i为集水设施内水位从第i-1个巡检水位上升至第第i个巡检水位时的时间；当集水设施内水位达到警示水位时，关闭注水电控阀；

S2、排水，开启所有排水泵，当集水设施内水位每低于一个巡检水位时，记录一次排水时长t1_j,所述排水时长t1_j为集水设施内水位从第j个水位降低至第j-1个水位的时间，关闭一个排水泵，当集水设施内水位低于最低水位时，关闭所有排水泵；

S3、故障反馈，包括排水泵应启未启、应停未停情况、根据运行数据预测的管道阻塞情况，以及根据停泵水锤数据判断止回阀故障。

4.根据权利要求3所述的巡检方法，其特征在于，在步骤S1中还包括：在记录第i注水时长t_i后，暂时关闭注水电控阀，随机打开i个排水泵，根据当前排水泵的控制端的检测信号判断当前泵是否启动，判断结束后关闭当前排水泵，开启注水电控阀。

5.根据权利要求3或4任一项所述的巡检方法，其特征在于，所述预测管道的阻塞情况包括管道阻塞率预测，所述管道阻塞率采用下式计算：

（1）

式（1）中，P—管道阻塞率、V-单泵运行条件下的排水容积、T-单泵运行条件下的排水时间、D-排水管内径、π-圆周率、ρ-水密度、g-重力加速度、N-单泵运行条件下的水泵实际功率、H-单泵运行条件下的水泵正常工况下的扬程、η-水泵效率。

6.根据权利要求3或4任一项所述的巡检方法，其特征在于，所述故障反馈还包括：

当j台排水泵启动时，排水系统理论流量Q=K_j-1(Q₁+Q₂+…Q_j-1)+ K_jQ_j,其中Q_j为第j台排水泵的流量，

通过式（2）计算实际排水流量A：

A=[（h_j-h_j-1）×F-V₁] / t1_j （2）

式（2）中：h_j为第j个巡检水位的高度，F为集水设施的横截面积, V₁为淹没入h_j-1到h_j水位之间的排水泵、管道体积，t1_j为集水设施内水位从第j个水位降低至第j-1个水位的时间，K_j为j台水泵并联运行时水泵流量折减系数；

再根据式（3）计算排水系统流量Q与理论排水流量A的差值ΔQ：

ΔQ= A-K_jQ （3）

当ΔQ大于Q_j时，判断为第j台泵未开启或管路不正常，并通过远程控制中心和/或移动智能终端显示和报警；

当ΔQ小于Q_j大于0时，判断为排水泵或排水管排水能力不足，并通过远程控制中心和/或移动智能终端显示和报警。

7.根据权利要求3或4任一项所述的巡检方法，其特征在于，还包括采用传感器探测集水设施的竖向空间深度，判断淤积情况。

8.根据权利要求3或4任一项所述的巡检方法，其特征在于，所述全面巡检方式的启动条件为以下情形之一：

第一种情形，满足式（4）：

A1×h1>=允许集水容积 （4）

式（4）中，A1为汇水面积，h1为根据气象预警系统收到的降雨厚度；

第二种情形，满足预置巡检条件，所述预置巡检条件包括定期巡检；

第三种情形，手动启动，通过现场控制器、远程控制中心或移动智能终端以指令方式手动启动全面巡检方式。

9.根据权利要求3或4任一项所述的巡检方法，其特征在于，所述局部巡检方式包括定期或不定期对部分设备和/或部分流程进行巡检。

10.根据权利要求3或4所述的巡检方法，其特征在于，还包括根据水锤最大压力值监测判断排出管上止回阀的工作状态的方法如下：

对于某一个具体的压力排水系统，其水锤最大压力值可按下式计算：

（5）

式（5）中：ΔP为水锤最大压力值(Pa)，ρ为水的密度(Kg/m³)，V为管道中水流速度(m/s)，c₀为水中声波的传播速度(m/s)，K为水的体积弹性模量(Pa)，E为管道的材料弹性模量(Pa)，d_j为管道公称直径(mm)，δ为管道壁厚（mm）；

在系统停止时，止回阀关闭，管路水锤瞬时增加，当实测的排出管的压力值远离水锤最大压力值，判断为止回阀故障，存在倒灌风险。

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