摘 要：在城市排水搶修作業(yè)過程中，軟管殘留水壓會(huì)造成接口拆卸困難，嚴(yán)重影響收敷速度。為提高收敷速度和作業(yè)效率，對(duì)軟管快速泄壓技術(shù)及裝置開展了相關(guān)研究，通過設(shè)計(jì)一款手動(dòng)泄壓閥，實(shí)現(xiàn)了快速泄壓的目標(biāo)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制需求，又提出一種自動(dòng)泄壓閥的控制方案，能夠有效滿足排水作業(yè)對(duì)泄壓的控制需求。

關(guān)鍵詞：軟管收敷；泄壓閥；自動(dòng)泄壓；ESP32

中圖分類號(hào)：TU998" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）05-0048-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.05.012

0" " 引言

排水公司的搶險(xiǎn)車輛在搶險(xiǎn)過程中使用的是雙面聚氨酯軟管。輸水軟管環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，且輸送效率高，鋪設(shè)及撤收速度快。然而，軟管壓力達(dá)到一定值后，會(huì)導(dǎo)致卸下接頭非常費(fèi)力，嚴(yán)重影響撤收速度和搶險(xiǎn)效率。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)軟管泄壓的研究較少，且主要針對(duì)消防滅火的場(chǎng)景。排水搶險(xiǎn)責(zé)任重大，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要爭(zhēng)分奪秒，確保“安全、科學(xué)、高效”完成搶險(xiǎn)救援任務(wù)。因此，針對(duì)軟管需要快速裝卸的需求，對(duì)泄壓技術(shù)和裝置展開研究。

1" " 龍吸水作業(yè)及軟管鋪設(shè)

“龍吸水”是大流量排水搶險(xiǎn)車的簡(jiǎn)稱，根據(jù)使用工況不同主要分為高空式、子母式和垂直式三種[1]。如圖1所示，排水搶險(xiǎn)車現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)需要軟管和接口來構(gòu)成通路，將水抽排到特定區(qū)域。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，水泵停止工作后，由于軟管內(nèi)部仍有水壓，此時(shí)拆卸軟管接口難度較大，至少需要2名作業(yè)人員，且仍然費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

泄壓技術(shù)根據(jù)操作方式可以分為自動(dòng)泄壓和手動(dòng)泄壓，根據(jù)排水作業(yè)實(shí)際情況，兩種方式均可。自動(dòng)控制方式投入成本高，絕大部分情況下采用手動(dòng)泄壓即可滿足要求。泄壓原理類似閥門，在需要的時(shí)候打開，軟管中的水因壓力自動(dòng)排出，從而達(dá)到泄壓的目的。

2" " 設(shè)計(jì)方案

泄壓裝置設(shè)計(jì)需要小巧輕便，理論上泄壓裝置可以安裝在軟管的任何部位，但是考慮到泄壓效率和方便軟管收放，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)安裝在軟管端部靠近接口的位置。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的軟管接口拆卸前后分別如圖2（a）和圖2（b）所示，其中紅色軟管上的黑色小部件即為測(cè)試用泄壓裝置。

2.1" " 軟管接口的可靠性

軟管及接口的可靠性對(duì)排水搶險(xiǎn)作業(yè)至關(guān)重要，老化或質(zhì)量不合格的接口容易失效，造成脫落、漏水等問題，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。根據(jù)GB 6246—2011《消防水帶》[2]的規(guī)定，軟管及接口的性能主要通過測(cè)量設(shè)計(jì)工作壓力、試驗(yàn)壓力、最小爆破壓力和可彎曲性等指標(biāo)來體現(xiàn)。我國(guó)常用的軟管接口有內(nèi)扣式和卡式兩種類型，傳統(tǒng)軟管接口處大多需要進(jìn)行綁扎處理?？觳迨椒烂撁庠浌芙涌趯儆谛滦徒涌?，可減少安裝和拆卸的時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的工作效率[3]。廣州排水公司作業(yè)車采用的軟管類型為聚氨酯水帶軟管，所用接口屬于快插式防脫免扎接口。

2.2" " 快速泄壓裝置結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)快速拆卸，在水泵停機(jī)后應(yīng)盡快釋放掉軟管內(nèi)的殘留壓力，這就需要一款簡(jiǎn)單可靠、便于使用的泄壓裝置。如圖3所示，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的泄壓裝置由螺塞、螺母和底座組成，均采用不銹鋼材質(zhì)。主體裝好后，在使用過程中，只需扭開或扭緊。螺牙處會(huì)涂抹一層防銹防卡膏，便于拆裝。連接部位采用丁腈防水耐高溫密封墊，再加上進(jìn)口PVC膠水，保證氣密性良好。

3" " 泄壓裝置測(cè)試結(jié)果

在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中，泄壓閥需要重點(diǎn)對(duì)兩方面因素進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試：首先閥體的安裝不能影響軟管的收放和敷設(shè)，因此泄壓閥體積要??；其次，要保證一定的泄壓速度，實(shí)現(xiàn)軟管接口的快速拆裝。為了達(dá)到最佳效果，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行多次開模和測(cè)試，結(jié)果表明，當(dāng)?shù)鬃睆綖?.2 cm、閥蓋直徑為4 cm、孔徑為2 cm時(shí)，泄壓時(shí)間在8 s左右，且方便收放。

為進(jìn)一步驗(yàn)證泄壓閥的有效性，項(xiàng)目組開展了多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)：安裝了泄壓裝置的接口，2人可輕松拆卸，必要情況下1人也能完成拆卸?？梢娦箟洪y能大大降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)效率，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

4" " 自動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)

4.1" " 主控模組選型

為進(jìn)一步提高效率，可設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)泄壓閥，其原理和工業(yè)用的電動(dòng)閥類似，主要區(qū)別是需要進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)和無線控制設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)上，需要在現(xiàn)有手動(dòng)閥芯上安裝微型直流馬達(dá)，然后設(shè)計(jì)專門的自動(dòng)控制塊。結(jié)合戶外實(shí)際情況，無線通信方式采用低功耗藍(lán)牙?？刂颇K以樂鑫公司的ESP32-

WROOM-32E作為主控，該模組支持Wi-Fi和藍(lán)牙連接功能，目前已廣泛應(yīng)用在非接觸健康監(jiān)測(cè)、移動(dòng)機(jī)器人和糧食水分檢測(cè)等領(lǐng)域[4-6]。

ESP32-WROOM-32E內(nèi)置ULP協(xié)處理器、雙核32位LX6處理器和各類存儲(chǔ)器（ROM、SRAM、Flash），支持藍(lán)牙V4.2 BR/EDR和藍(lán)牙LE標(biāo)準(zhǔn)，并且具備SPI、I2S、UART、I2C、脈沖計(jì)數(shù)控制器、TWAI■、ADC、DAC、觸摸傳感器等外設(shè)接口；采用了瞬態(tài)電壓抑制（Transient Voltage Suppression，TVS）二極管，TVS二極管是集成電路在進(jìn)行靜電放電防護(hù)時(shí)最常采用的防護(hù)器件之一[7]。

4.2" " 控制模塊工作模式

ESP32-WROOM-32E集成了Wi-Fi、藍(lán)牙和紅外遙控功能，本設(shè)計(jì)主要使用其藍(lán)牙LE協(xié)議。外設(shè)電路包括電池、直流馬達(dá)、按鍵、充電接口及電壓指示，整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

其中電池采用3.7 V/1 000 mAh的聚合物鋰電池，馬達(dá)選用KM-12FN20減速電機(jī)。電池長(zhǎng)、寬、高為51 mm×15 mm×10 mm，電機(jī)直徑為12 mm、長(zhǎng)度為21.9 mm。控制器整機(jī)尺寸長(zhǎng)、寬、高可控制在50 mm×

40 mm×20 mm以內(nèi)，滿足輕便小巧的要求。減速電機(jī)額定電壓為3 V，額定功率為0.24 W。ESP32功耗和工作模式相關(guān)，具體如表1所示（數(shù)據(jù)來自ESP32技術(shù)規(guī)格書）。

排水搶修作業(yè)一般以小時(shí)為單位且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，作業(yè)人員可在作業(yè)即將結(jié)束時(shí)，開啟自動(dòng)控制模塊。模塊重啟和配對(duì)可在10 s內(nèi)完成，然后通過手機(jī)App發(fā)送泄壓命令。從手機(jī)藍(lán)牙發(fā)出命令到模塊控制電機(jī)完成開啟，耗時(shí)大約5 s（電機(jī)工作3 s）。泄壓閥開啟時(shí)間設(shè)定為8 s，完成后自動(dòng)關(guān)閉閥門并進(jìn)入深度睡眠。特殊情況下，也可直接通過按鈕來控制泄壓閥開閉。

射頻工作模式總時(shí)間不超過30 s，電機(jī)工作時(shí)間不超過8 s，則一次藍(lán)牙控制消耗的總電量約為6.045 mAh。自動(dòng)泄壓閥配備的電池，保守估計(jì)可供100次作業(yè)使用，幾乎無須維護(hù)，只需在發(fā)生電量不足提醒時(shí)進(jìn)行充電即可。

5" " 結(jié)束語

在前期大量調(diào)研基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組完成了手動(dòng)泄壓閥的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作，最終設(shè)計(jì)了一款底座直徑6.2 cm、閥蓋直徑4 cm、孔徑2 cm的泄壓裝置，實(shí)現(xiàn)了在8 s內(nèi)完成泄壓。排水軟管使用該泄壓閥后，達(dá)到了2人可輕松拆卸、1人也能完成的效果，在提高作業(yè)效率和安全性的同時(shí)，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。在手動(dòng)泄壓閥基礎(chǔ)上，本文對(duì)自動(dòng)泄壓閥的設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探討，完成了整體控制方案設(shè)計(jì)，并論證了其有效性和可行性。

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收稿日期：2024-11-18

作者簡(jiǎn)介：黃劍鴻（1987—），男，廣東廣州人，給水排水施工高級(jí)工程師，研究方向：給水排水工程。