◆浙江省平湖市職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校高二

謝晴峰 林凱鑫

大多數(shù)自來水的供水網(wǎng)管遍布在道路兩側(cè)。在日常道路維護施工過程中，大型機械工作時難免會破壞供水管網(wǎng)，不僅造成大量自來水的浪費，還影響了人們的正常出行。

針對上述問題，我們設(shè)計了供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置。本裝置包括供電系統(tǒng)、水壓監(jiān)測裝置、控制按鈕、管網(wǎng)關(guān)閉裝置、顯示裝置、遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

圖1 供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置組成框圖

一、結(jié)構(gòu)功能

1.供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)包含市網(wǎng)供電、太陽能供電兩種模式。在太陽能供電模式下，太陽能板對蓄電池進行充電后再供給整個系統(tǒng)工作。遇到陰雨天氣時，蓄電池電量用完后自動切換到市網(wǎng)供電模式，保證裝置不間斷工作。

2.水壓監(jiān)測裝置

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，自來水供水管網(wǎng)的水壓至少要達(dá)到0.14 MPa，當(dāng)管網(wǎng)意外發(fā)生破損時，水壓會急劇下降，用壓力傳感器實時監(jiān)測管網(wǎng)中的水壓值就能判斷管網(wǎng)是否發(fā)生破損。本裝置的壓力傳感器選用擴散硅壓力變送器，測量量程為0.6 MPa，輸出信號為0～5 V。

3.管網(wǎng)關(guān)閉裝置

當(dāng)壓力傳感器監(jiān)測到管網(wǎng)水壓急劇下降時，需立刻關(guān)閉自來水管網(wǎng)，避免造成水資源的浪費以及對交通的影響。根據(jù)管網(wǎng)的不同管徑，選擇對應(yīng)的電動閥門實現(xiàn)管網(wǎng)的及時關(guān)閉。

4.人機交互系統(tǒng)

人機交互系統(tǒng)包括控制按鈕和顯示器?？刂瓢粹o分別為“模式”“打開”“關(guān)閉”，“模式”按鈕用來切換自動模式與手動模式，“打開”“關(guān)閉”按鈕只在手動模式下才能生效，用于打開、關(guān)閉電動閥門。顯示器采用4位數(shù)碼管，顯示管網(wǎng)內(nèi)的水壓值，便于維修人員觀察。

5.遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)

當(dāng)管網(wǎng)出現(xiàn)破損時，電動閥門自動關(guān)閉管網(wǎng)，裝置中的無線遠(yuǎn)程通信模塊將實時水壓值、電動閥門狀態(tài)、破管報警等信息傳送給終端，終端控制裝置打開或關(guān)閉電動閥門。

二、工作過程

供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置如圖2所示，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端如圖3所示。

圖2 供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置實物

圖3 供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置遠(yuǎn)程終端

將供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置安裝在管網(wǎng)的多個重要管路節(jié)點處，水管入口與水管出口串接在管路中，壓力傳感器實時監(jiān)測管路中的水壓值，數(shù)碼管顯示當(dāng)前工作模式和水壓值，并通過無線通信模塊將水壓值、工作模式、電動閥門狀態(tài)上傳到遠(yuǎn)程終端。

通過控制按鈕或遠(yuǎn)程終端切換工作模式。在手動模式下，通過控制按鈕或遠(yuǎn)程終端即可打開或關(guān)閉電動閥門；在自動模式下，當(dāng)供水管網(wǎng)中的管路出現(xiàn)破損時，壓力傳感器監(jiān)測到水壓下降

到一定值時，電動閥門自動關(guān)閉

當(dāng)前管路，避免水資源的浪費，同時將管路破損信息及設(shè)備編號傳送至遠(yuǎn)程終端，維修人員根據(jù)接收到的設(shè)備編號確定破損管路的具體位置，及時處理。

供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置在設(shè)計、樣機完成之后，為了驗證裝置在實際應(yīng)用中的可行性、可靠性和穩(wěn)定性，我們將其安裝在自來水管上進行驗證。當(dāng)水管的壓力值急劇下降時，管網(wǎng)自動關(guān)閉，并將報警信息發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，驗證效果良好。

三、創(chuàng)新點

1.實時監(jiān)測，自動關(guān)閉

在自動模式下，供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置上的壓力傳感器實時監(jiān)測管網(wǎng)中的水壓，當(dāng)壓力下降到一定值時，處理器控制電動閥門關(guān)閉管網(wǎng)，避免造成水資源的浪費，影響交通的正常運行。

2.遠(yuǎn)程通信，快速響應(yīng)

一旦出現(xiàn)破管，水壓急劇下降，裝置在關(guān)閉供水管網(wǎng)的同時，還能通過無線通信模塊將破損管道信息、站點號等發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，方便維修人員快速到達(dá)指定位置開展搶修工作。

圖4 設(shè)計、制作供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置

3.安裝靈活，應(yīng)用廣泛

供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置可根據(jù)要求安裝于各個重要管網(wǎng)節(jié)點，并根據(jù)不同的水管直徑更換接頭，監(jiān)測與控制裝置均可保持不變，應(yīng)用廣泛。

4.雙模供電，節(jié)能環(huán)保

在工作過程中，供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置優(yōu)先采用太陽能供電模式。電量不足時，裝置自動切換為市網(wǎng)供電模式，保證不間斷運行。

由于條件的限制，本裝置只是在自來水進戶端進行了測試，沒有真正安裝在大直徑的供水管網(wǎng)中，可能還存在一些不確定的因素。后續(xù)還可以與水務(wù)集團進行溝通，共同開發(fā)出能與大直徑管網(wǎng)匹配的裝置，使其應(yīng)用更廣泛。

專家點評

謝晴峰、林凱鑫同學(xué)的供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置，是一項為市政供水管網(wǎng)破損設(shè)計發(fā)明的應(yīng)急處理作品。在市政供水行業(yè)中，管道損壞是一個嚴(yán)重且很難處理的問題。供水管道一旦破損，將給供水單位帶來一定的經(jīng)濟損失，同時會因停水給居民的日常生活帶來不便。

兩位同學(xué)能從職業(yè)人的視角出發(fā)，選定這個研究課題并將它完成，這表明：一、其具有良好的職業(yè)意識與創(chuàng)新意識，值得點贊。二、其創(chuàng)新設(shè)計能力與項目的實施能力強。三、最難能可貴的是，其科學(xué)態(tài)度端正。兩位同學(xué)對自己的作品有較為客觀的認(rèn)識，不故意拔高，也不有意隱瞞其不足，同時強調(diào)了下一步要做的工作。

值得指出的是，雖然都是供水管網(wǎng)破損現(xiàn)象，但究其誘發(fā)因素有氣溫影響、管材的選擇、管道設(shè)施與施工、管道防腐工作不到位、管道老化等。兩位同學(xué)如還能從這些方面有針對地研究，就能使作品的實用性實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。