基本信息
- 項目名稱：
- 城市供水管網自動阻水裝置
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品基于機械制動與渦卷彈簧傳動原理，在城市供水管網的管道與終端（水龍頭）分別巧妙地設計、安裝自動阻水裝置，通過感應供水管道或水龍頭損壞，及時自動阻止漏水?？梢苑乐构艿阑蛩堫^損壞后維修不及時造成的水資源浪費問題。本作品兼具自動控制、多次循環(huán)使用兩大特色，加之造價低廉，安裝方便, 并且不需要對原有管道做任何改動，可靈活與多種規(guī)格的管道、水龍頭配套使用。
- 詳細介紹：
- 該阻水裝置采用機械傳動與制動原理，獨立安裝于城市供水管網鋪設在地下的管段、用戶進水總管和水龍頭等處，以解決由于水龍頭損壞或管道破裂導致的水資源浪費問題。適用于水龍頭的裝置包括管體、管箍、制動部件、轉軸、軸承、發(fā)條部件、固定片和感應片，其中管體兩端設有適于安裝的螺口，制動裝置包括制動環(huán)和置于其兩側的制動塊，制動環(huán)固裝在轉軸上，通過在轉軸在上加裝摩擦系數較大的橡膠塊與制動塊得摩擦作用來實現裝置制動。兩制動塊與管箍間裝有制動繩,制動塊和軸承固定在發(fā)條部件外殼上，轉軸垂直插于管體內并和管體間設有密封件，轉軸下端與感應片中心通過一拉繩連接，固定片設于管體內并與管體內徑適配，感應片通過一定向桿套裝在固定片的中心孔內，感應片上的擋水片與固定片上的出水口相對應。 當水龍頭開啟時，管箍由水龍頭把手的帶動旋轉,并與制動裝置連接，使制動器將轉軸制動；當水龍頭關閉時，轉軸處于不制動狀態(tài)，可自由轉動。此時,如水龍頭有漏水現象，水流沖擊感應片與固定片密合,并在水壓的作用下，達到阻水目的。同時，感應水片在運動過程中，通過纏繞在軸下端的拉繩的牽引，帶動轉軸轉動，同時渦卷彈簧發(fā)生了彈性形變。在更換水龍頭時，關閉總水閥，管中水壓降低,渦卷彈簧恢復彈性形變，從而通過轉軸的轉動帶動感應片反向運動與固定片分開，管內水流正常通過。 適用于管道裝置的管體和感應阻水部件均與適用于水龍頭管道的裝置相同，不同的是該裝置不需要制動部件，并且發(fā)條部件改為彈簧來代替。彈簧以圓軸為中心，位于感應片與固定片之間，圓軸與方軸套連在一起，方軸起導向的作用，圓軸與固定片之間的結構與按掣式圓珠筆的結構一致。在管道破損時，裝置感應阻水后，感應片與固定片通過圓軸與固定片之間的結構保持密合狀態(tài)。當管道修好后，通過旋轉軸上的扳手，使彈簧稍壓縮后彈開，感應片與固定片分開，裝置恢復感應狀態(tài)。根據管道及水流壓力計算所采用的彈簧規(guī)格。彈簧的目的是儲存感應片在運動過程中所產生的能量，然后在管道修好后，釋放能力，使感應片與固定片分開并運動到初始感應位置。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：據統計，我國城市公共供水系統的管網漏水現象屢見不鮮，漏損率平均達21.5%，遠高于規(guī)定水平。針對上述漏水現象我國制定了相關的政策，定期進行管網維護，市場上也有形式各樣的水龍頭和很多漏水探測技術，這些措施在一定程度上緩解了水資源浪費的問題。但目前尚未發(fā)現如何遏制因水龍頭及管網損壞所導致的水資源浪費的相關研究。因此，本作品提供一種可自動感應水龍頭和管道損壞，并能及時阻止漏水的裝置，因而有效解決了由于水龍頭和管道損壞未能及時更換造成的水資源浪費問題。 基本思路：本裝置獨立安裝在城市供水管網的管道與終端（水龍頭）。如水龍頭有漏水現象，水流沖擊感應片與固定片密合,達到阻水目的。同時，感應片在運動過程中，通過轉軸傳動使渦卷彈簧發(fā)生彈性形變。更換水龍頭時，關閉總水閥，管中水壓降低,彈簧恢復彈性形變，感應片與固定片分開，管內水流正常通過。感應片的運動狀態(tài)由制動部件通過水龍頭的開關控制。 創(chuàng)新點：（1）自動控制：根據水龍頭開關與管內水流狀態(tài)，判斷水龍頭是否損壞，利用管內水壓進行阻水，整個過程自動、迅速；（2）獨立安裝：采用與現有水龍頭和管道相適配的管徑，獨立安裝，不需對原有供水管網及水龍頭做任何改動，可實施性較強；（3）循環(huán)使用：管網修好后，彈簧恢復形變，帶動感應片恢復感應位置，循環(huán)運行。 技術關鍵：軸貫穿整個裝置，下端控制感應與固定活塞的距離，上端由制動裝置控制。 主要技術指標：（1）本裝置獨立安裝在水龍頭與水管之間，管徑與兩者適配；（2）彈簧的勁度系數范圍根據水壓的大小確定。
科學性、先進性
- 城市供水管網損壞加重損失水資源，但針對如何遏制供水過程中水資源浪費的研究相當匱乏，本作品在技術層面有效解決了由于城市供水管網損壞而導致的水資源浪費問題。本裝置采用機械傳動與制動原理,內部由轉軸轉動時帶動拉繩纏繞至轉軸上進而帶動感應片水平移動,外部由制動部件控制轉軸的轉動時機,由管箍的轉動及制動繩的水平拉力控制制動器的制動,由發(fā)條部件控制感應片在水龍頭更換后再次打開,恢復水流正常過水。 裝置的先進性：（1）設計結構簡單：裝置采用簡單的機械結構，采用感應片、固定片、軸承、轉軸等，無論是外形還是內部，結構都很清晰；（2）自動感應：制動部件根據水龍頭開啟或關閉狀態(tài)判斷是否制動，再由感應片判斷水龍頭是否損壞，如損壞，感應片在水壓作用下，自動阻水；（3）使用方便：本裝置通過相適配的管徑獨立安裝在管道與水龍頭之間，由管箍將制動繩固定在水龍頭旋轉把手上，控制感應時機。更換損壞水龍后，將管箍重新固定在旋轉扳手上即可；（4）價格低廉：制造裝置所用材料為常用材料，零部件也易于批購，成本較低。
獲獎情況及鑒定結果
- 本作品在2009年3月評選中被選為南京信息工程大學科技創(chuàng)新基金的重點立項項目；在2009年12月通過了南京信息工程大學科技創(chuàng)新基金項目審核委員會的評審，被評為優(yōu)秀；在2010年4月申請了國家實用新型專利，于2011年1月7日專利授權；在2010年10月8日得到了徐州市城市節(jié)水辦公室的證明；在2010年12月21日得到了江蘇省節(jié)水辦公室的《推廣前景評價》證明，具有全面推廣的應用前景；在2011年3月2 日與江蘇飛亞化學工業(yè)技術有限責任公司簽訂《項目合作意向書》，開展成果轉化事宜。
作品所處階段
- 通過制作有機玻璃模型，經調試后，初步試驗成功，并與企業(yè)洽談成果轉化事宜。
技術轉讓方式
- 專利技術轉讓
作品可展示的形式
- 作品可以通過圖紙、圖片、模型及錄像的形式展現。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明：適合水龍頭的裝置：首先將管體分別與水龍頭和水管旋接，管箍固定連接在水龍頭的旋轉手柄上。調節(jié)制動繩繃緊。 適合管體的裝置：將裝置安裝在兩管體之間，當修好損壞管道后，通過旋轉軸上的扳手，使彈簧稍壓縮后彈開，感應片與固定片分開，裝置恢復感應狀態(tài)。 技術優(yōu)勢：裝置外觀小巧、結構簡單、安裝方便，可靈活與多種水龍頭及管道使用，可以有效控制由于城市供水管網、家庭進水總管、水龍頭等損壞或未及時修理導致的大量水資源浪費問題。 適用范圍：一方面，適合應用于供水終端，安裝在扳手式、旋轉式水龍頭；另一方面，適合于城市供水管道、采暖管道等，按照一定的密度安裝在管道中間。 推廣前景的技術性說明及市場分析：裝置用于管網及水龍頭防漏，市場上暫沒有與該裝置功能相似的產品，有著較好的市場前景，可應用于整個給排水管網系統的各個環(huán)節(jié)。 經濟效益預測：裝置可在公共場所及家庭使用，也可在整個供給水管網系統中推廣。在后期，我們將繼續(xù)改進裝置的材料等，在城市給水工程、采暖工程中得到推廣和應用，市場前景甚廣。
同類課題研究水平概述
- 目前，世界各國已經針對管網漏水事件發(fā)明了很多漏水探測技術，如聽音棒，漏水探測儀， 相關儀，探地雷達，神經網絡技術， 管線定位技術，金屬管線定位，非金屬管線定位等方法。對于燃氣管道采用在線檢測裝置等方式定位泄漏部位。 但是，這些方法只能探測到漏水（或漏氣）位置，然后再通過掏挖更換管道才能阻水，這樣并不能在漏水的第一時間阻止水的泄漏，造成水資源浪費，并且由于掏挖管道帶來的費時、費力、影響市容等麻煩也是不可避免的。 蝶閥又叫翻板閥,是一種結構簡單的調節(jié)閥，同時也可用于低壓管道介質的開關控制。它是圍繞閥軸旋轉來達到開啟與關閉的一種閥，在管道上主要起切斷和節(jié)流用。蝶閥啟閉件是一個圓盤形的蝶板，在閥體內繞其自身的軸線旋轉，從而達到啟閉或調節(jié)的目的。蝶閥全開到全關通常是小于90°，蝶閥和蝶桿本身沒有自鎖能力，為了蝶板的定位，要在閥桿上加裝蝸輪減速器。采用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。 由于蝶閥尺寸較小，因此被廣泛應用于城市供水、排水管網中，以及輸油管道等，但是這種閥由于內部阻水結構的缺陷使用壽命較短，導致管網系統漏水事件概率加大。此外，若通過人工操作控制蝶閥，尤其是安裝在較大管徑時，需要很長時間的操作，在遇到緊急情況時，很難處理，有造成重大經濟損失的風險。例如2020年7月發(fā)生在大連管道爆炸石油泄露事故，消防官兵花了4個小時，擰了8萬多轉才將閥門關閉。 再如市場上使用較為普遍的閘閥，閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運動方向與流體方向垂直，閘閥只能作全開和全關，不能作調節(jié)和節(jié)流。由于閘閥具有流體阻力小，適用的壓力大、溫度范圍大，介質流動方向不受限制，密封性能好等特點，廣泛應用于市場上。 但是，閘閥的密封面之間易引起沖蝕和擦傷，維修比較困難，另外外形尺寸較大，開啟需要一定的空間，開閉時間長，并且結構復雜。長期以來，市場上使用的閘閥普遍存在著漏水或生銹現象。 因此，國內外在如何遏制因水龍頭及管網損壞、維修不及時所導致的水資源浪費的相關研究僅局限于聽漏儀、相關檢漏儀、探地雷達等漏水事件發(fā)生較長時間后采取的措施，都沒有從技術上研究出及時自動阻止漏水的設施或裝置。因此我們設計的裝置在阻水方面開辟了一條全新的研究思路。
