在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材制造技術(shù)

在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材，涉及一種帶在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)功能的市政供水管材，目的是解決現(xiàn)有的給水管道漏失率高，難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，修復(fù)周期長的問題。本發(fā)明專利技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)功能型智能管材分內(nèi)管和外管兩層，其中內(nèi)管與外管相距10mm，內(nèi)管外壁貼有沿管道軸向敷設(shè)的分布式光纖，且在每根管段的首端，中間以及末端分布式光纖都沿管道環(huán)向一周，用于監(jiān)測(cè)管道的環(huán)向應(yīng)變。外管和內(nèi)管被環(huán)狀的一號(hào)凸起分隔成若干寬200mm的獨(dú)立腔體，各獨(dú)立腔體之間互不滲水，每個(gè)獨(dú)立腔體中的外管內(nèi)壁貼有厚度為5mm的膨脹橡膠，當(dāng)內(nèi)管破裂后膨脹橡膠能吸水膨脹，一方面擠壓沿管道軸向敷設(shè)的分布式光纖，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，另一方面能緊貼內(nèi)管外壁，對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行臨時(shí)性修復(fù)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種帶在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)功能的市政供水管材。
技術(shù)介紹
降低給水管道的漏失率一直是市政供水領(lǐng)域的一大難題。許多供水管道由于服役時(shí)間較長，材料老化、腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，漏失事故時(shí)有發(fā)生，即使是新鋪設(shè)的給水管道，由于管內(nèi)供水壓力的突變或者外部荷載的影響，其漏失率也難以控制在允許范圍內(nèi)。目前常用的管道健康監(jiān)測(cè)技術(shù)(如聽音棒，電子放大聽漏儀等)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有供水管道的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且即使發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，由于給水管道埋地的特性，從發(fā)現(xiàn)漏失到完全修復(fù)通常歷時(shí)較長，而在這期間漏點(diǎn)一直持續(xù)漏水，這不但造成水資源的浪費(fèi)，對(duì)周圍的土質(zhì)情況也有較大影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是解決現(xiàn)有的埋地給水管道在線健康監(jiān)測(cè)難度大，從發(fā)現(xiàn)漏失到修復(fù)所需周期長等問題。本專利技術(shù)所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材包括外管(1)、膨脹橡膠(2)、內(nèi)管(3)和分布式光纖(4)；所述外管(1)和內(nèi)管(3)呈圓筒狀，材質(zhì)與現(xiàn)有市政供水管道材質(zhì)相同(鑄鐵或聚乙烯)，外管(1)和內(nèi)管(3)中間留有10mm的中空層，中空層被等距的一號(hào)凸起分隔成寬200mm的獨(dú)立腔體，在每個(gè)獨(dú)立腔體中的外管(1)內(nèi)壁貼有厚度為5mm的膨脹橡膠(2)，膨脹橡膠(2)與內(nèi)管(3)外壁之間有5mm的空隙。在內(nèi)管外壁最底部有一條分布式光纖(4)沿管道軸向鋪設(shè)，用于在線監(jiān)測(cè)管道的漏失情況。分布式光纖(4)在每個(gè)獨(dú)立腔體內(nèi)通過環(huán)氧樹脂與內(nèi)管外壁粘接，在穿過一號(hào)凸起的小孔處也用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，以確保相鄰兩腔體之間不透水。本專利技術(shù)所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材能實(shí)現(xiàn)市政供水管道的分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最大監(jiān)測(cè)距離可達(dá)幾十公里甚至上百公里，足以覆蓋整個(gè)城市的輸配水管網(wǎng)。當(dāng)管網(wǎng)中某點(diǎn)發(fā)生漏失，一方面該漏失點(diǎn)周圍將產(chǎn)生局部壓降，而在每段智能管材的兩端及中間都有環(huán)向敷設(shè)的分布式光纖，用于監(jiān)測(cè)管道的環(huán)向應(yīng)變。漏失產(chǎn)生的壓降將導(dǎo)致管道產(chǎn)生微小的收縮應(yīng)變，從而被環(huán)向敷設(shè)的分布式光纖監(jiān)測(cè)到，并以后向散射光的形式通過分布式光纖向監(jiān)測(cè)中心報(bào)警；另一方面產(chǎn)生漏失的原因必然是智能管材的內(nèi)管發(fā)生破裂，則漏出的水將迅速充滿破裂處所在的腔體，粘貼在外管內(nèi)壁的膨脹橡膠被浸泡在水中，數(shù)小時(shí)后膨脹橡膠發(fā)生膨脹，擠壓敷設(shè)在內(nèi)管外壁的分布式光纖，從而使其產(chǎn)生應(yīng)變，向監(jiān)控中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由于各腔體之間相對(duì)獨(dú)立，無法透水，因此除漏失點(diǎn)所在腔體外其余腔體中仍然保持干燥。以上兩方面的報(bào)警方法可以有效降低誤報(bào)率，且沿管道環(huán)向敷設(shè)的分布式光纖還能監(jiān)測(cè)管道平時(shí)正常運(yùn)行時(shí)管內(nèi)壓力的實(shí)時(shí)變化，有助于建立相應(yīng)的管道壓力數(shù)據(jù)庫。此外，由于腔體內(nèi)空間有限，而膨脹橡膠在吸水膨脹后其自由膨脹率可達(dá)吸水前的6倍以上，在空間有限的腔體內(nèi)吸水后的膨脹橡膠將產(chǎn)生一定壓力，使其緊貼在漏失部位，從而起到臨時(shí)自主修復(fù)的效果。附圖說明圖1為實(shí)施方式一所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材的縱剖面圖；圖2為實(shí)施方式一所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材的縱剖面局部放大圖；圖3為實(shí)施方式四中的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材的橫截面圖；圖4為實(shí)施方式四中的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材的橫截面局部放大圖；圖5為實(shí)施方式三所述的的一號(hào)凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實(shí)施方式三所述的的一號(hào)凸起的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1至圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材包括外管(1)、膨脹橡膠(2)、內(nèi)管(3)和分布式光纖(4)；所述外管(1)和內(nèi)管(3)呈圓筒狀，材質(zhì)與現(xiàn)有市政供水管道材質(zhì)相同(鑄鐵或聚乙烯)，外管(1)和內(nèi)管(3)中間留有10mm的中空層，中空層被等距的一號(hào)凸起分隔成寬200mm的獨(dú)立腔體，在每個(gè)獨(dú)立腔體中的外管(1)內(nèi)壁貼有厚度為5mm的膨脹橡膠(2)，膨脹橡膠(2)與內(nèi)管(3)外壁之間有5mm的空隙。在內(nèi)管外壁最底部有一條分布式光纖(4)沿管長方向敷設(shè)，用于在線監(jiān)測(cè)管道的漏失情況。分布式光纖(4)在每個(gè)獨(dú)立腔體內(nèi)通過環(huán)氧樹脂與內(nèi)管外壁粘接，在穿過一號(hào)凸起的小孔處也用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，以確保相鄰兩腔體之間不透水。具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，給水管道在運(yùn)行時(shí)，一般均為有壓滿流，因此管道內(nèi)部的水流會(huì)使管壁發(fā)生膨脹，從而導(dǎo)致管道外壁產(chǎn)生環(huán)向變形，根據(jù)材料力學(xué)公式可知管道環(huán)向應(yīng)變計(jì)算公式：ϵy=σy-υσzE---(4-1)]]>式中：εy為管道外壁環(huán)向應(yīng)變；σy為管道環(huán)向應(yīng)力；υ為泊松比；σz為管道軸向應(yīng)力；E為管道的彈性模量通常單根管段的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管徑，因此可以忽略管段膨脹過程中的軸向應(yīng)力，上式變形為：ϵy=σyE---(4-2)]]>取長為l的管段進(jìn)行受力分析，則管道內(nèi)水的壓力與管道應(yīng)力之間的關(guān)系如下：Pdl＝σy2hl(4-3)式中：P為管道內(nèi)部水壓；D為管道內(nèi)徑；l為管段長度；H為管道壁厚；由式(4-2)與式(4-3)可得管道環(huán)向應(yīng)變計(jì)算公式：ϵy=Pd2hE---(4-4)]]>當(dāng)管道中某點(diǎn)發(fā)生漏失時(shí)，漏失點(diǎn)后的流量會(huì)有所減小，流速也會(huì)相應(yīng)減小，由水力學(xué)中的伯諾里方程可知：z1+p1ρg+α1v122g=z2+p2ρg+α2v222g+hw12---(4-5)]]>式中：z1，z2為漏失點(diǎn)前后的位置水頭，試驗(yàn)中z1＝z2；p1，p2為漏失點(diǎn)前后管內(nèi)水的靜壓強(qiáng)；v1，v2為漏失點(diǎn)前后的水流速度；hw12為漏失點(diǎn)處的水頭損失。α為動(dòng)能修正系數(shù)，α＝1.05～1.10，在初步計(jì)算時(shí)可取α＝1；由式(4-5)可知，漏失前后管道的壓強(qiáng)差：Δp＝ρ(v22-v12)+ρghw12代入式(4-4)得ϵy=[ρ(v22-v12)+ρghw12]d2hE---(4-6)]]>從式(4-6)可以看出，管道產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)變的主要原因是漏失點(diǎn)前后水流速度的變化和漏失點(diǎn)局部水頭損失的變化，因此可以通過在管道環(huán)向敷設(shè)分布式光纖，從而達(dá)到對(duì)管道漏失的分布式在線監(jiān)測(cè)效果。具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述一號(hào)凹槽(6)寬10mm，厚10mm，位于管道端部的內(nèi)管與外管之間，靠近管道外側(cè)一段開口，靠近管道內(nèi)側(cè)一段通過一號(hào)凸起(5)與相鄰的獨(dú)立腔體分隔。具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述一號(hào)凸起(5)為環(huán)狀，沿管道軸向等距設(shè)置，將外管(1)與內(nèi)管(3)分隔成若干個(gè)寬200mm的獨(dú)立腔體。在一號(hào)凸起(5)于內(nèi)管(3)外壁接觸部位開有小孔(5-1)，用于穿過分布式光纖，并用環(huán)氧樹脂填充小孔與分布式光纖間的空隙，以確保相鄰腔體之間的密封性。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材，其特征在于，該裝置包括外管(1)、膨脹橡膠(2)、內(nèi)管(3)和分布式光纖(4)；所述外管(1)和內(nèi)管(3)呈圓筒狀，材質(zhì)與現(xiàn)有市政供水管道材質(zhì)相同(鑄鐵或聚乙烯)，外管(1)和內(nèi)管(3)中間留有10mm的中空層，中空層被等距的一號(hào)凸起分隔成寬200mm的獨(dú)立腔體，在每個(gè)獨(dú)立腔體中的外管(1)內(nèi)壁貼有厚度為5mm的膨脹橡膠(2)，膨脹橡膠(2)與內(nèi)管(3)外壁之間有5mm的空隙。在內(nèi)管外壁最底部有一條分布式光纖(4)沿管道軸向鋪設(shè)，用于在線監(jiān)測(cè)管道的漏失情況。分布式光纖(4)在每個(gè)獨(dú)立腔體內(nèi)通過環(huán)氧樹脂與內(nèi)管外壁粘接，為確保分布式光纖對(duì)管道對(duì)管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，在粘接前應(yīng)是分布式光纖處于預(yù)拉緊狀態(tài)，此外，在穿過一號(hào)凸起的小孔處也用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，以確保相鄰兩腔體之間不透水。

【技術(shù)特征摘要】
1.在線監(jiān)測(cè)及自修復(fù)型智能管材，其特征在于，該裝置包括外管(1)、膨脹橡膠(2)、內(nèi)管(3)和分布式光纖(4)；所述外管(1)和內(nèi)管(3)呈圓筒狀，材質(zhì)與現(xiàn)有市政供水管道材質(zhì)相同(鑄鐵或聚乙烯)，外管(1)和內(nèi)管(3)中間留有10mm的中空層，中空層被等距的一號(hào)凸起分隔成寬200mm的獨(dú)立腔體，在每個(gè)獨(dú)立腔體中的外管(1)內(nèi)壁貼有厚度為5mm的膨脹橡膠(2)，膨脹橡膠(2)與內(nèi)管(3)外壁之間有5mm的空隙。在內(nèi)管外壁最底部有一條分布式光纖(4)沿管道軸向鋪設(shè)，用于在線監(jiān)測(cè)管道的漏失情況。分布式光纖(4)在每個(gè)獨(dú)立腔體內(nèi)通過環(huán)氧樹脂與內(nèi)管外壁粘接，為確保分布式光纖對(duì)管道對(duì)管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，在粘接前應(yīng)是分布式光纖處于預(yù)拉緊狀態(tài)，此外，在穿過一號(hào)凸起的小孔處也用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，以確保相鄰兩腔體...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁一星，徐劍喬，吳晨光，于海良，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23