一种管道泄漏报警装置的制作方法

1.本发明涉及管道泄漏检测领域，尤其涉及一种管道泄漏报警装置。


背景技术：

2.pccp管(预应力钢筒混凝土管的简称)在长期运行后由于橡胶密封圈老化而引起密封失效，在承插口处发生泄漏事故。承插口处的结构如图1所示，两节pccp管之间承插口处采用一对并行放置的橡胶密封圈进行密封处理，两个橡胶密封圈(橡胶密封圈a和橡胶密封圈b)中间设有用于试压的打压孔，以验证安装后的密封性能，试压结束后打压孔用螺钉进行堵死。泄漏发生时管内流体依次通过内壁防腐砂浆、承插口钢环缝隙和外壁防腐砂浆泄漏到管道外面。
3.目前对水管道泄漏检测主要有负压波法、听声检测(包括内听和外听)、次声波法、光纤检漏法等，外检测设备例如：听声器，相干仪等，这些方法均有成本高，定位不准，施工难度大等缺点，并且还有一个共性就是这些设备都是独立于管道存在的，这难免导致从泄漏发生到检测有一段不确定的时间跨度，从而无法将泄漏事故的损失降到最低。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种管道泄漏报警装置，充分利用了管道固有属性，克服了传统管道泄漏检测的种种缺陷，详见下文描述：
5.一种管道泄漏报警装置，所述装置包括：阀体、绕组座、绕组线圈、阀芯、复位弹簧以及报警器；
6.所述阀体安装在pccp管的打压孔上，阀芯以及复位弹簧位于阀体的内部；绕组座安装在阀体的外侧，绕组安装在绕组座上，报警器安装在绕组座的上方，绕组两端与报警器两端相连接，形成电回路。
7.其中，所述阀体的一端设有用于固定在pccp管打压孔上的接头，接头内设有通孔；阀体中间设有阀体腔室，阀体腔室的底部与通孔连通；
8.阀体腔室的内壁上设有两个导流槽；阀体的顶部设有两个进液槽，用于将管内流体引到阀体腔室的内部；
9.阀芯的外形成圆柱形，外圆与阀体腔室的内壁贴合，在阀体腔室内自由地上下滑动，并将阀体腔室分割为上腔室和下腔室两个独立空间，上腔室通过进液槽与外界连通，下腔室内设有复位弹簧，顶在阀芯的底部。
10.进一步地，所述阀芯采用磁铁材质，在阀体腔室内上下滑动时在绕组线圈中产生感应电流；
11.阀体上设有绕组座，绕组座由绕线槽、两个导线孔以及报警器托架组成，导线孔连接绕线槽与报警器托架；
12.绕组线圈安装在绕线槽上，引出的两根导线分别通过两个导线孔引到报警器托架上，末端设有连接报警器引脚的电极。
13.其中，所述报警器采用声报警器，光报警器或声光一体报警器。
14.进一步地，所述光报警器采用两个不同颜色的发光二极管，每一个电极上分别焊接两个报警器的正极和负极，采用透明环氧树脂胶灌封处理，报警器托架被密封胶灌满。
15.本发明提供的技术方案的有益效果是：
16.1、该管道泄漏报警装置，采用流体力学实现磁性阀芯的机械往复运动，能够对承插口处的泄漏作出周期运动响应，通过将往复运动能量转为感应电流信号，间接将泄漏压差信号转化为报警装置的输出信号；相比传统检测泄漏方法，本发明不仅提供了一种新的测漏思路，还提高了对泄漏事件的识别以及定位能力；
17.2、该管道泄漏报警装置的原理简单，可靠性高，一旦安装后后续无需提供额外的动力就能保持长期稳定的工作；
18.3、该管道泄漏报警装置充分利用了pccp管道用于试压的打压孔，无需对管道进行二次改造，不仅节约了成本，施工安装简单又方便；
19.4、该管道泄漏报警装置能够实时响应和判断泄漏事件，避免检测延误引起的经济损失。
附图说明
20.图1为pccp管道承插口处的剖面图；
21.图2为一种管道泄漏报警装置的外形结构图；
22.图3为一种管道泄漏报警装置的剖面图；
23.图4为阀体结构图；
24.图5为绕线座结构图；
25.图6为报警器安装图；
26.图7为一种管道泄漏报警装置的工作原理图。
27.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
28.1：阀体；
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10：阀体腔室；
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11：通孔；
29.12：接头；
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13：导流槽；
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14：进液槽；
30.2：绕组座；
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20：绕线槽；
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21：导线孔；
31.22：报警器托架；
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3：绕组线圈；
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30：导线；
32.31：电极；
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4：阀芯；
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5：复位弹簧；
33.6：报警器；
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60：正极；
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61：负极。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
35.针对管道泄漏检测方法的上述缺点，本发明实施例提出了一种利用管道承插口结构特征来产生报警信号的装置。具体来说，就是利用pccp管承插口处的打压孔，上面安装泄漏报警装置，当在承插口处发生泄漏时，泄漏液体会直接经过泄漏报警装置、漏到管道外面。利用流体流经产生的压差力触发报警装置发生振动，振动信号又转变为感应电流并以报警信号的方式输出，根据报警信号能够判断发生泄漏事件及位置，从而达到定位管道泄
漏的目的。
36.为了实现上述目的，参见图2至图6，本发明实施例提供了一种管道泄漏报警装置，包括：阀体1、绕组座2、绕组线圈3、阀芯4、复位弹簧5以及报警器6；阀体1安装在pccp管的打压孔上，阀芯4以及复位弹簧5位于阀体1的内部；绕组座2安装在阀体1的外侧，绕组3安装在绕组座2上，报警器6安装在绕组座2的上方，绕组3两端与报警器6两端相连接，形成电回路。
37.其中，如图3、4所示，阀体1的一端设有用于固定在pccp管打压孔上的接头12，接头12内设有通孔11；阀体1中间设有阀体腔室10，阀体腔室10的底部与通孔11连通；阀体腔室10的内壁上设有两个导流槽13；阀体1的顶部设有两个进液槽14，用于将管内流体引到阀体腔室10的内部。阀芯4的外形成圆柱形，外圆与阀体腔室10的内壁贴合，能够在阀体腔室10内自由地上下滑动，并将阀体腔室10分割为上腔室100和下腔室101两个独立空间，上腔室100通过进液槽14与外界连通，下腔室101内设有复位弹簧5，正好顶在阀芯4的底部。
38.阀芯4采用磁铁材质，在阀体腔室10内上下滑动时在绕组线圈3中产生感应电流。为了固定绕组线圈3在阀体1上设有绕组座2，如图5所示，绕组座2由绕线槽20、两个导线孔21以及报警器托架22组成，导线孔21连接绕线槽20与报警器托架22，用于穿绕组导线30；绕组线圈3安装在绕线槽20上，引出的两根导线30分别通过两个导线孔21引到报警器托架22上，末端设有连接报警器引脚的电极31。
39.报警器6可采用声报警器，光报警器或声光一体报警器，作为本发明实施例采用的光报警器。如图6所示，采用两个不同颜色的发光二极管作为报警器6，报警器6的两个引脚分别焊接在两个电极31上，焊接时两个报警器6的引脚刚好相反，也就是每一个电极31上分别焊接两个报警器的正极60和负极61，这样反向焊接的益处是每次只有其中一只灯亮起。进一步地，采用透明环氧树脂胶灌封处理，整个报警器托架22将被密封胶灌满。
40.结合附图1、3和7说明工作原理，如下：
41.当pccp管道承插口处没有泄漏时，橡胶密封圈a和橡胶密封圈b之间形成密闭腔室，这保证下腔室101内的液体压力和复位弹簧5的合力与上腔室100内的压力平衡且相等，阀芯4处于静止状态，此时阀芯4的顶部位于导流槽13的上方，上腔室100内的液体无法通过导流槽13进入下腔室101内，如图3所示。
42.当pccp管道承插口处发生泄漏时，橡胶密封圈a和橡胶密封圈b之间的腔室不再密闭，压力开始下降，通过通孔11使得下腔室101的压力下降。下腔室101内的液体压力和复位弹簧5不再能够支撑上腔室100压力(管道流体压力)时，阀芯4向下运动，如图7所示，当阀芯4运动到导流槽13下方时，上腔室100的流体经过导流槽13连通到下腔室101内，下腔室101的压力增加，使得阀芯4在下腔室101的液体压力和复位弹簧5的作用下向上运动，直至导流槽13的连通孔被切断，下腔室101的压力开始下降，阀芯4停止向上运动，完成一个周期运动。由于泄漏一直存在，随着下腔室101的压力下降，阀芯4再次开始向下运动，开始了新一轮周期振动。在此过程中，位于阀芯4外侧的绕组线圈3一直受到阀芯4的磁力的作用，在阀芯4上下运动一个周期的过程中绕组线圈3会产生两次方向相反的电流，每一个方向对应阀芯4的一个方向运动；绕组线圈3中的电流使得焊接在电极31上的报警器6工作，本发明实施例中发光二极管的焊接引脚相反，所以绕组线圈3中的电流每次仅能点亮一种颜色的发光二极管，阀芯4在一个周期的运动对应两个发光二极管各闪一次，由于采用不同颜色的二极管，所以产生的效果就是两种光周期交替闪烁；根据这种交替灯光信号可找到发生泄漏的
准确位置。
43.至于结构设计中的相关参数的确定可以根据管道泄漏相关计算以及不可压缩流体小孔泄漏相关公式。对于小孔泄漏工况，设出口流量为q，根据伯努利方程有：
[0044][0045]
式中，μ为孔口流量系数，a为小孔截面积，δp为小孔两侧压差，ρ为液体密度。假设管道液体压力为p0，报警器下腔室101的压力为p1，复位弹簧5的预紧力为fk，当未发生泄漏时阀芯4所受合力f为0，有：
[0046]
f＝p0s-p1s-fk＝0
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(2)
[0047]
其中，s为阀芯4两侧的等效面积。因为阀芯4的质量和摩擦力均较小，故忽略不计，并且整个过程中复位弹簧5的位移小，所引起的弹簧力的变化范围远小于阀芯4两侧液压变化，故也假设为不变量，即fk。
[0048]
当发生泄漏时，pccp管打压孔处的压力(记为p2)开始下降，与之连通的下腔室101的压强p1随之下降，从而诱导阀芯4向下运动，得到向下推力f为：
[0049]
f＝p0s-p1s-fk》0
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(3)
[0050]
为使得(3)式恒成立，需要做进一步的限定。假设导流槽13的有效面积为a0，通孔11的有效面积为a1，当导流槽13连通上下腔室时，由于流经导流槽13和通孔11的流量相同，由公式(1)可得：
[0051][0052]
简化后得到下腔室101的压强为：
[0053][0054]
于是带入公式(3)，阀芯4的受力变为：
[0055][0056]
由于泄漏持续存在，可假设泄漏稳定后pccp管打压孔处的压力趋于零，即p2≈0，并假设a1＝βa0，故式(6)可简化为：
[0057][0058]
再令α为结构特征参数，式(7)进一步简化为：
[0059]
f＝αp
0-fkꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0060]
式(8)为上下腔室连通后阀芯4所受力的公式，欲使阀芯4向上运动，通过结构参数的设计使得f《0，即需要满足αp0《fk。
[0061]
当阀芯4向上运动直到上下腔室重新断开连通时，阀芯4下方的压强p1＝p2＝0，公式(6)可简化为f＝sp
0-fk，此时只需保证fk《sp0，阀芯4又可以重新向下运动，综上所述，复
位弹簧5的预紧力fk只要满足不等式αp0《fk《sp0，阀芯4总能实现上下周期振动。
[0062]
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0063]
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0064]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。