李航宇 李健楠

摘 要：該文提出了一種基于磁隔離的新型管道漏水監(jiān)測(cè)終端，提供了自來(lái)水管網(wǎng)供水終端異常用水信息收集。該文參照現(xiàn)有機(jī)械式水表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了水流監(jiān)測(cè)終端的機(jī)械部分，與水流監(jiān)測(cè)終端電路部分配合，達(dá)到小水流監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。水流經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)終端后，水流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，供電路部分使用?？紤]施工的可操作性等要求，又進(jìn)行了一系列針對(duì)性設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明，該設(shè)計(jì)方案便于安裝，免維護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)測(cè) 漏水判斷 免維護(hù)

中圖分類號(hào)：TP21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（a）-0008-03

Abstract：This article introduces a new type of water leakage pipeline monitoring terminal based on magnetic isolation， which provides the collection of abnormal water information from the pipe network water supply terminal. In this paper， we design the mechanical part of the flow monitoring terminal， a reference to the structure of existing mechanical water meter， which cooperates with the circuit of flow monitoring terminal， in order to monitor small water flow. The water produces kinetic energy when flowing through the monitoring terminal， and part of the kinetic energy transfers into electric energy for circuit use. Considering the operability in construction， a series of targeted design is done. According to practical application， this design is easy to install， maintenance-free and working steadily.

Key Words：Intelligent monitoring； Leakage estimate； Maintenance-free

據(jù)測(cè)定，“滴水”在1 h里可以集到3.6 kg水；1個(gè)月里可集到2.6 t水。這些水量，足可以供給一個(gè)人的生活所需。可見(jiàn)，一點(diǎn)一滴的浪費(fèi)都是不應(yīng)該有的。至于連續(xù)成線的小水流，每小時(shí)可集水17 kg，每月可集水12 t；嘩嘩響的“大流水”，每小時(shí)可集水670 kg，每月可集水482 t[1]。所以，漏水監(jiān)測(cè)終端對(duì)節(jié)水的意義是極為重要的。

1 整體設(shè)計(jì)要求

漏水監(jiān)測(cè)終端安裝于被監(jiān)測(cè)管路上，利用強(qiáng)水流下收集電能，合理分配這部分能量用于判斷并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。弱水流下采用線性霍爾傳感器，對(duì)旋槳旋轉(zhuǎn)引起的磁場(chǎng)變化進(jìn)行測(cè)量。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

由于水中雜質(zhì)對(duì)監(jiān)測(cè)終端長(zhǎng)期作用會(huì)使檢測(cè)終端計(jì)量不準(zhǔn)，所以閥體部分設(shè)計(jì)為四通結(jié)構(gòu)，上端與發(fā)電機(jī)相連接，下端有清淤口，方便維修與維護(hù)。能夠測(cè)量最小水流流量設(shè)計(jì)要求，能夠有效對(duì)終端電路提供流速信息。在不影響用戶正常用水的情況下實(shí)現(xiàn)以上功能。

2.2 理論計(jì)算

采用目前ICE推薦的流量監(jiān)測(cè)方法，采用類流速儀的流速面積法測(cè)量水流速度。采用旋槳式葉輪，早期的轉(zhuǎn)槳式流速儀工作采用計(jì)轉(zhuǎn)測(cè)速法[2]，其原理如下：當(dāng)把旋槳放入水中時(shí)，旋槳受到水流速度的沖擊而轉(zhuǎn)動(dòng)，在一定的流速范圍內(nèi)，旋槳轉(zhuǎn)速與流速呈線性關(guān)系（圖1），其關(guān)系如下：

式中：為水流速度，；為旋槳起動(dòng)流速，；為旋槳在一定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速；為測(cè)量時(shí)間，；為比例系數(shù)，由旋槳結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)。

由于旋槳起動(dòng)流速和旋槳在一定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速的值可通過(guò)率定獲得，因此只要測(cè)出轉(zhuǎn)速及時(shí)間即可根據(jù)上式計(jì)算出流速值。采用計(jì)轉(zhuǎn)測(cè)速法的旋槳式流速儀必須精確地記錄一定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖數(shù)。但是，由于計(jì)時(shí)的始末會(huì)有一個(gè)信號(hào)脈沖的丟失，這就會(huì)造成測(cè)量誤差。測(cè)量時(shí)間越短或流速越低時(shí)，其測(cè)量誤差越大。為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)在通常采用旋槳式流速儀計(jì)周期測(cè)速法，基本表達(dá)式如下：

由此可知，計(jì)周期測(cè)速法的精確度主要取決于度量流速信號(hào)脈沖周期的“時(shí)間標(biāo)尺”，即時(shí)標(biāo)周期，時(shí)標(biāo)周期選擇越短，其測(cè)量精確度越高。這就從原理上解決了計(jì)轉(zhuǎn)測(cè)速法的精確度依賴于外部測(cè)量時(shí)間的弊病[2]。

進(jìn)水點(diǎn)的壓力值參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 778.1-1996冷水水表最大最大允許工作壓力（MAP）等于或略大于1 MPa和最大允許溫度（MAT）為30°C。本體所能承受的壓力為：Pa =1.2 MAP=1.2 MPa。

2.3 具體設(shè)計(jì)

采用四通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。左右兩端標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，螺紋及口徑尺寸可與1寸活接口相配套[3]。旋翼式旋槳通過(guò)轉(zhuǎn)軸與本體內(nèi)的磁鐵固定片相連，當(dāng)水流經(jīng)本體后帶動(dòng)磁鐵固定片轉(zhuǎn)動(dòng)。304不銹鋼隔離蓋可以起到密封本體內(nèi)腔的同時(shí)，提高內(nèi)外釹鐵硼強(qiáng)磁鐵的透磁性能。在滿足本體內(nèi)腔壓力設(shè)計(jì)要求下，讓本體內(nèi)釹鐵硼強(qiáng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)后在磁作用力下，本體外釹鐵硼強(qiáng)磁鐵隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)流經(jīng)本體內(nèi)旋翼式旋槳產(chǎn)生的扭矩傳遞至本體外。

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)與本體外磁鐵固定片相連，當(dāng)水流經(jīng)本體內(nèi)旋翼式旋槳產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。需要滿足裝配要求，方便本體內(nèi)部零件裝配，同時(shí)滿足工藝要求本體可以與標(biāo)準(zhǔn)DN25活接相連接，方便駁接不同尺寸的水管。該設(shè)計(jì)通過(guò)了小區(qū)域試驗(yàn)，并且效果良好，由于電路部分的能源由管道內(nèi)水流動(dòng)能轉(zhuǎn)換得到，故本設(shè)計(jì)具有免維護(hù)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張宏斌.從節(jié)約一滴水做起[J].城鎮(zhèn)供水，2004（6）：40-42.

[2] 黃天成，胡哲.基于FPGA的水輪機(jī)流量測(cè)量同步性研究[J].人民長(zhǎng)江，2005，36（4）：66-68.

[3] 三浦洪文，楊曉輝.機(jī)電一體化實(shí)用手冊(cè)[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[4] 應(yīng)啟，趙學(xué)瑞.流量監(jiān)測(cè)與儀表[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1987.

[5] 邱成悌，趙惇殳，蔣全興.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].南京：東南大學(xué)出版社，2015.