海水管路裂纹扩展应急处理装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及海水管道安全装置技术领域，尤其涉及一种海水管路裂纹扩展应急处理装置。


背景技术：

[0002]
海水在船舶上的主要作用之一就是用来冷却柴油机等机械设备和其他冷却介质。海水系统是开式海水系统，开式海水系统主要是用海水作为冷却剂来冷却淡水、滑油、增压空气、柴油机和空气压缩机等，系统通过大排量海水泵将舷外的海水输送至各个海水用户，再将使用过的海水排至舷外。
[0003]
目前，海水管路遍布船舶的各个角落，除了冷却设备外，还担负着消防、压载、冲洗等重要任务，在保证船舶正常运行及安全、船舶平衡等方面起了重要作用。但是海水管系所使用的管材多为金属，并且管系中输送的均为海水，而海水为强腐蚀性介质，介质的腐蚀性会造成海水管路局部或者整体的壁厚变薄，降低了管道的承压能力，使管道存在泄漏开裂的隐患，甚至会导致爆裂事件的发生。而现有的海水管路裂纹控制技术主要针对裂纹的预防和破损事故后的处理，对于正在发生裂纹扩展的管路实施应急处理的研究还处于空白。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型实施例提供一种海水管路裂纹扩展应急处理装置，用以填补目前缺乏对正在裂纹扩展的海水管路实施应急处理的空白，以提高海水管路的运行安全性。
[0005]
本实用新型实施例提供一种海水管路裂纹扩展应急处理装置，包括储液罐、裂纹检测机构和控制器，所述储液罐内填充有长链聚合物溶液，所述储液罐通过加注管路连接于海水管路，所述加注管路上安装有电动阀；所述裂纹检测机构包括裂纹传感器和信号处理器，所述裂纹传感器安装于所述海水管路，所述信号处理器电连接于所述裂纹传感器；所述信号处理器和所述电动阀均电连接于所述控制器。
[0006]
其中，所述裂纹传感器为导波传感器，所述信号处理器为导波检测仪，所述导波检测仪用于发出激励信号，并通过所述导波传感器在所述海水管路上激励出超声导波；所述导波传感器用于采集所述超声导波在裂纹处反射生成的回波信号，并将所述回波信号发送至所述导波检测仪；所述导波检测仪基于所述回波信号得到所述海水管路上的裂纹尺寸值，并将所述裂纹尺寸值发送至所述控制器。
[0007]
其中，所述导波传感器包括绕设于所述海水管路的发射线圈绕组和接收线圈绕组，所述导波检测仪包括发射模块、接收模块以及处理模块，所述发射模块的输入端电连接于所述控制器，所述发射模块的输出端电连接于所述发射线圈绕组的输入端，以通过所述发射线圈绕组在所述海水管路上激励出超声导波；
[0008]
所述接收线圈绕组的输出端、所述接收模块、所述处理模块和所述控制器依次相连，以将所述回波信号转换为电信号发送至所述控制器。
[0009]
其中，所述裂纹传感器为光纤光栅传感器，所述信号处理器为光信号调解器；所述
光信号调解器用于发出光信号，所述光信号经所述光纤光栅传感器反射传回所述光信号调解器，并基于反射的光信号得到所述海水管路上的裂纹尺寸值，将检测的裂纹尺寸值发送至所述控制器。
[0010]
其中，多个所述光纤光栅传感器间隔地分布于同一光纤上，所述光信号调解器包括宽带光源、耦合器和解调模块，所述宽带光源、所述耦合器和多个所述光纤光栅传感器依次相连，所述解调模块与所述耦合器相连；所述宽带光源的输入端电连接于所述控制器，所述解调模块的输出端电连接于所述控制器。
[0011]
其中，所述控制器内集成有裂纹扩展速率计算器和速率比较器，所述信号处理器用于将检测的裂纹尺寸值发送至所述裂纹扩展速率计算器，所述裂纹扩展速率计算器用于将所述裂纹尺寸值对时间求一阶导数，得到裂纹扩展速率值，并将所述裂纹扩展速率值发送至所述速率比较器；
[0012]
所述速率比较器内预存有预设速率值，所述速率比较器的输入端电连接于所述裂纹扩展速率计算器，所述速率比较器的输出端电连接于所述电动阀；所述速率比较器用于对所述裂纹扩展速率值和所述预设速率值进行比较，并在所述裂纹扩展速率值大于所述预设速率值时输出高电平给所述电动阀。
[0013]
其中，还包括安装于所述海水管路的第一流量计以及安装于所述加注管路的第二流量计，所述第一流量计用于检测海水流量值，所述第二流量计用于检测长链聚合物溶液流量值；所述第一流量计和所述第二流量计均电连接于所述控制器。
[0014]
其中，所述控制器内集成有浓度计算器和浓度数值比较器，所述浓度计算器用于将所述长链聚合物溶液流量值与所述海水流量值相除，得到所述海水管路中的长链聚合物浓度值，并将所述长链聚合物浓度值发送至所述浓度数值比较器；
[0015]
所述浓度数值比较器内预存有预设浓度值，所述浓度数值比较器的输入端电连接于所述浓度计算器，所述浓度数值比较器的输出端电连接于所述电动阀；所述浓度数值比较器用于对所述海水管路中的长链聚合物浓度值和所述预设浓度值进行比较，并在所述海水管路中的长链聚合物浓度值小于所述预设浓度值时，输出增加开度信号给所述电动阀，以及在所述海水管路中的长链聚合物浓度值等于所述预设浓度值时，输出保持开度信号给所述电动阀，以及在所述海水管路中的长链聚合物浓度值大于所述预设浓度值时，输出减小开度信号给所述电动阀。
[0016]
其中，所述长链聚合物溶液为聚丙烯酰胺溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚丙烯酸溶液或者聚甲基丙烯酸溶液。
[0017]
本实用新型实施例提供的海水管路裂纹扩展应急处理装置，通过实时监测海水管路裂纹扩展速率，并在裂纹扩展加剧时及时向海水管路加注长链聚合物溶液，通过长链聚合物稳定海水流动，降低海水在管路中的摩阻。该海水管路裂纹扩展应急处理装置可以实现对高压海水管路裂纹扩展速率的应急控制，达到提高高压海水系统的可靠性和安全性的目的。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是
本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
图1是本实用新型实施例中的一种海水管路裂纹扩展应急处理装置的示意图；
[0020]
图2是本实用新型实施例中长链聚合物浓度与裂纹扩展速率之间的关系图；
[0021]
图3是本实用新型实施例中的一种裂纹检测机构的安装示意图；
[0022]
图4是本实用新型实施例中的另一种裂纹检测机构的安装示意图。
[0023]
附图标记说明：
[0024]
1、储液罐；
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2、裂纹传感器；
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21、导波传感器；
[0025]
211、发射线圈绕组；
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212、接收线圈绕组； 22、光纤光栅传感器；
[0026]
3、信号处理器；
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31、导波检测仪；
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311、发射模块；
[0027]
312、接收模块；
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313、处理模块；
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32、光信号调解器；
[0028]
321、宽带光源；
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322、耦合器；
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323、解调模块；
[0029]
324、光纤；
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4、控制器；
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5、加注管路；
[0030]
51、电动阀；
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6、海水管路；
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7、海水泵；
[0031]
71、海水进口管路；
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8、海水用户；
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81、海水出口管路；
[0032]
9、电缆。
具体实施方式
[0033]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0034]
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
[0035]
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型实施例中的具体含义。
[0036]
如图1所示，本实用新型实施例提供的一种海水管路裂纹扩展应急处理装置，包括储液罐1、裂纹检测机构和控制器4，储液罐1内填充有长链聚合物溶液，储液罐1通过加注管路5连接于海水管路6，加注管路5上安装有电动阀51。裂纹检测机构包括裂纹传感器2和信号处理器3，裂纹传感器2安装于海水管路6，信号处理器3通过电缆9电连接于裂纹传感器2。信号处理器3和电动阀51均通过电缆9电连接于控制器4。
[0037]
具体地，储液罐1为承压容器，其压力可以高于海水管路6的运行压力，以便于将长链聚合物溶液补入海水管路6中。海水管路6的进口连接于海水泵7，海水管路6的出口连接于对应的海水用户8，海水泵7的数量以及海水管路6的布设均可以根据实际情况进行调整和设计，图1中仅为示意简图。通过海水泵7可以将舷外的海水通过海水进口管路71和海水
管路6输送至相应地海水用户8，使用完毕的海水再通过海水出口管路81排入舷外，形成一个开式海水循环系统。
[0038]
在海水管路6的关键结构部位处可以安装裂纹传感器2，以对裂纹进行实时监测，裂纹传感器2检测到的信号实时传输至信号处理器3进行处理，得到相应部位的裂纹尺寸值，并传输给控制器4。裂纹尺寸值通常由深度0.1mm以下开始逐渐增大。当控制器4检测到裂纹扩展速率超过一定数值后，判定海水管路6相应的关键结构部位裂纹扩展加剧，控制器4向电动阀51发出开启指令，电动阀51开启，储液罐1内的长链聚合物溶液通过加注管路5注入到海水管路6中。图2示出了海水管路中的长链聚合物浓度与裂纹扩展速率之间的关系图，根据试验结果可以看出，通过加注一定浓度的长链聚合物可以显著地、快速地降低海水管路的裂纹扩展速率，有利于实现对裂纹扩展控制的应急处理。
[0039]
本实施例提供的海水管路裂纹扩展应急处理装置，通过实时监测海水管路裂纹扩展速率，并在裂纹扩展加剧时及时向海水管路加注长链聚合物溶液，通过长链聚合物稳定海水流动，降低海水在管路中的摩阻。该海水管路裂纹扩展应急处理装置可以实现对高压海水管路裂纹扩展速率的应急控制，达到提高高压海水系统的可靠性和安全性的目的。
[0040]
进一步地，如图3所示，裂纹传感器2为导波传感器21，信号处理器3为导波检测仪31，导波检测仪31用于发出激励信号，并通过导波传感器21在海水管路6上激励出超声导波。导波传感器21用于采集超声导波在裂纹处反射生成的回波信号，并将回波信号发送至导波检测仪31。导波检测仪31基于回波信号得到海水管路6上的裂纹尺寸值，并将裂纹尺寸值发送至控制器4。
[0041]
具体地，导波裂纹检测的原理是通过在海水管路6内激励机械振动产生弹性导波，导波在海水管路6内传播的过程中，遇到海水管路6上的裂纹，一部分波会反射回来，反射回来的导波，通过导波传感器21时发生磁致伸缩逆效应，使导波传感器21中产生电信号，导波检测仪31对导波传感器21中产生的信号进行采集处理分析，就可以实现对管道裂纹的检测。
[0042]
更进一步地，如图3所示，导波传感器21包括绕设于海水管路6的发射线圈绕组211和接收线圈绕组212，发射线圈绕组211和接收线圈绕组212可以采用带状缠绕于管道外，也可以采用半圆形的壳体直接扣合在管道外。导波传感器21集导波激发和接收功能于一体。
[0043]
导波检测仪31包括发射模块311、接收模块312以及处理模块313。发射模块311的输入端电连接于控制器4，以在控制器4的指令下发射激励信号。发射模块311的输出端电连接于发射线圈绕组211的输入端，以通过发射线圈绕组211在海水管路6上激励出超声导波，发射模块311可以发出激励脉冲信号。接收线圈绕组212的输出端、接收模块312、处理模块313和控制器4依次相连，以将回波信号转换为电信号发送至控制器4。处理模块313可以对接收模块312传来的信号进行滤波、放大等处理，通过对发送脉冲的特性和回波信号的特性进行对比分析，得到海水管路6上的裂纹尺寸值，并将裂纹尺寸值发送至控制器4。更具体地，本实施例中的导波传感器21和导波检测仪31可以直接由市场采购。
[0044]
进一步地，如图4所示，裂纹传感器2为光纤光栅传感器22，信号处理器3为光信号调解器32。光信号调解器32用于发出光信号，光信号经光纤光栅传感器22反射传回光信号调解器32，光信号调解器32基于反射的光信号得到海水管路6上的裂纹尺寸值，将检测的裂纹尺寸值发送至控制器4。
[0045]
具体地，光纤光栅裂纹检测的原理是由海水管路6上出现裂纹以及裂纹的尺寸变化而引起光纤光栅传感器22反射或透射谱的波长偏移、相位变化、偏振态变化及强度变化，通过解调这些光谱变化而达到对裂纹尺寸值得检测目的。
[0046]
更进一步地，如图4所示，多个光纤光栅传感器22间隔地分布于同一光纤324上，各个光纤光栅传感器22对应于各个检测点，每个光纤光栅传感器22的耦合谐振中心波长各异而带宽相同。光信号调解器32包括宽带光源321、耦合器322和解调模块323，宽带光源321与光纤光栅传感器22的波长范围相匹配。宽带光源321、耦合器322和多个光纤光栅传感器22依次相连，解调模块323与耦合器322相连。使用时，宽带光源321发出包含各种波长的光信号，经耦合器322和光纤324进入光纤光栅传感器22，各光纤光栅传感器22仅对各自的中心反射波长的光波进行反射，当检测点附近的出现裂纹尺寸变化时，对应该处的光纤光栅传感器22的中心反射波长产生偏移，光纤光栅传感器22的反射光信号通过耦合器322进入解调模块323，得到裂纹尺寸值。解调模块323可以用光谱分析仪或波长编码与解调、光电转换系统。宽带光源321的输入端电连接于控制器4，以在控制器4的指令下发射光信号。解调模块323的输出端电连接于控制器4，以将裂纹尺寸值发送至控制器4。本实施例中的光纤光栅传感器22和光信号调解器32可以直接由市场采购。
[0047]
进一步地，控制器4内集成有裂纹扩展速率计算器和速率比较器，信号处理器3用于将检测的裂纹尺寸值发送至裂纹扩展速率计算器，裂纹扩展速率计算器用于将裂纹尺寸值对时间求一阶导数，得到裂纹扩展速率值，并将裂纹扩展速率值发送至速率比较器；
[0048]
速率比较器内预存有预设速率值，速率比较器的输入端电连接于裂纹扩展速率计算器，速率比较器的输出端电连接于电动阀51；速率比较器用于对裂纹扩展速率值和预设速率值进行比较，并在裂纹扩展速率值大于预设速率值时输出高电平给电动阀51，以开启电动阀51。通过开启电动阀51可以向海水管路6中注入长链聚合物溶液。
[0049]
进一步地，还包括安装于海水管路6的第一流量计(图中未示出)以及安装于加注管路5的第二流量计(图中未示出)，第一流量计和第二流量计均电连接于控制器。第一流量计用于检测海水流量值，第二流量计用于检测长链聚合物溶液流量值。通过将长链聚合物溶液流量值与海水流量值相除，可以得到海水管路6中的长链聚合物浓度值，进而基于该实测浓度调节电动阀51的开度。
[0050]
更进一步地，控制器4内集成有浓度计算器和浓度数值比较器，浓度计算器用于将长链聚合物溶液流量值与海水流量值相除，得到海水管路6中的长链聚合物浓度值，并将长链聚合物浓度值发送至浓度数值比较器；
[0051]
浓度数值比较器内预存有预设浓度值，浓度数值比较器的输入端电连接于浓度计算器，浓度数值比较器的输出端电连接于电动阀51；浓度数值比较器用于对海水管路6中的长链聚合物浓度值和预设浓度值进行比较，并在海水管路6中的长链聚合物浓度值小于预设浓度值时，输出增加开度信号给电动阀51，以及在海水管路6中的长链聚合物浓度值等于预设浓度值时，输出保持开度信号给电动阀51，以及在海水管路6中的长链聚合物浓度值大于预设浓度值时，输出减小开度信号给电动阀51。通过调节电动阀51的开度，可以保持海水管路6中的长链聚合物浓度值始终处于最佳浓度值(即试验曲线上的拐点或者临界点)，尽可能地降低裂纹扩展速率。
[0052]
在一个具体的实施例中，还提供一种利用如上述所述的海水管路裂纹扩展应急处
理装置的应急处理方法，包括：
[0053]
步骤s10：裂纹传感器2将检测到的裂纹尺寸信号经信号处理器3处理后发送至控制器4，控制器4将裂纹尺寸值对时间求一阶导数，得到实测裂纹扩展速率值。
[0054]
步骤s20：在实测裂纹扩展速率值大于预设裂纹扩展速率值时，控制器4发送开启信号至电动阀51，长链聚合物溶液经过加注管路5进入海水管路6。通过开启电动阀51可以向海水管路6中注入长链聚合物溶液。
[0055]
进一步地，在步骤s20后，还包括：
[0056]
步骤s30：控制器4基于长链聚合物溶液流量与海水流量，得到海水管路中的长链聚合物浓度值。
[0057]
步骤s30：在海水管路6中的长链聚合物浓度值小于预设浓度值时，控制器4发送增加开度信号至电动阀51；在海水管路6中的长链聚合物浓度值等于预设浓度值时，控制器4发送保持开度信号至电动阀51；在海水管路6中的长链聚合物浓度值大于预设浓度值时，控制器4发送减小开度信号至电动阀51。通过调节电动阀51的开度，可以保持海水管路6中的长链聚合物浓度值始终处于最佳浓度值(即试验曲线上的拐点或者临界点)，尽可能地降低裂纹扩展速率。
[0058]
在上述实施例的基础上，长链聚合物溶液可以为聚丙烯酰胺溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚丙烯酸溶液或者聚甲基丙烯酸溶液。长链聚合物又称线型高分子化合物，主要由单体的许多单元相互连接而成链状结构的高分子化合物，能在适当溶剂中溶胀，能溶解，进而增加海水流动稳定性。本实施例以聚丙烯酰胺溶液为例进行说明，聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得聚合物的统称，属于水溶性高分子，具有良好的水溶性和很高的化学活性。聚丙烯酰胺水溶液具有较高的粘度，有较好的增稠、絮凝和流变调节作用，且可减少海水中的污物在海水管道壁面沉积，减缓海水管道的腐蚀与结垢。
[0059]
通过以上实施例可以看出，本实用新型提供的海水管路裂纹扩展应急处理装置，通过实时监测海水管路裂纹扩展速率，并在裂纹扩展加剧时及时向海水管路加注长链聚合物溶液，通过长链聚合物稳定海水流动，降低海水在管路中的摩阻。该海水管路裂纹扩展应急处理装置可以实现对高压海水管路裂纹扩展速率的应急控制，达到提高高压海水系统的可靠性和安全性的目的。
[0060]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。