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基本信息
- 項目名稱：
- 城市供水管網(wǎng)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(wǎng)的管道與終端（水龍頭）分別巧妙地設(shè)計、安裝自動阻水裝置，通過感應(yīng)供水管道或水龍頭損壞，及時自動阻止漏水。可以防止管道或水龍頭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(wǎng)鋪設(shè)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(dǎo)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(zhuǎn)軸、軸承、發(fā)條部件、固定片和感應(yīng)片，其中管體兩端設(shè)有適于安裝的螺口，制動裝置包括制動環(huán)和置于其兩側(cè)的制動塊，制動環(huán)固裝在轉(zhuǎn)軸上，通過在轉(zhuǎn)軸在上加裝摩擦系數(shù)較大的橡膠塊與制動塊得摩擦作用來實現(xiàn)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(zhuǎn)軸垂直插于管體內(nèi)并和管體間設(shè)有密封件，轉(zhuǎn)軸下端與感應(yīng)片中心通過一拉繩連接，固定片設(shè)于管體內(nèi)并與管體內(nèi)徑適配，感應(yīng)片通過一定向桿套裝在固定片的中心孔內(nèi)，感應(yīng)片上的擋水片與固定片上的出水口相對應(yīng)。 當(dāng)水龍頭開啟時，管箍由水龍頭把手的帶動旋轉(zhuǎn),并與制動裝置連接，使制動器將轉(zhuǎn)軸制動；當(dāng)水龍頭關(guān)閉時，轉(zhuǎn)軸處于不制動狀態(tài)，可自由轉(zhuǎn)動。此時,如水龍頭有漏水現(xiàn)象，水流沖擊感應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，同時渦卷彈簧發(fā)生了彈性形變。在更換水龍頭時，關(guān)閉總水閥，管中水壓降低,渦卷彈簧恢復(fù)彈性形變，從而通過轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動帶動感應(yīng)片反向運動與固定片分開，管內(nèi)水流正常通過。 適用于管道裝置的管體和感應(yīng)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(yīng)片與固定片之間，圓軸與方軸套連在一起，方軸起導(dǎo)向的作用，圓軸與固定片之間的結(jié)構(gòu)與按掣式圓珠筆的結(jié)構(gòu)一致。在管道破損時，裝置感應(yīng)阻水后，感應(yīng)片與固定片通過圓軸與固定片之間的結(jié)構(gòu)保持密合狀態(tài)。當(dāng)管道修好后，通過旋轉(zhuǎn)軸上的扳手，使彈簧稍壓縮后彈開，感應(yīng)片與固定片分開，裝置恢復(fù)感應(yīng)狀態(tài)。根據(jù)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(yīng)片在運動過程中所產(chǎn)生的能量，然后在管道修好后，釋放能力，使感應(yīng)片與固定片分開并運動到初始感應(yīng)位置。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：據(jù)統(tǒng)計，我國城市公共供水系統(tǒng)的管網(wǎng)漏水現(xiàn)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(xiàn)象我國制定了相關(guān)的政策，定期進行管網(wǎng)維護，市場上也有形式各樣的水龍頭和很多漏水探測技術(shù)，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(xiàn)如何遏制因水龍頭及管網(wǎng)損壞所導(dǎo)致的水資源浪費的相關(guān)研究。因此，本作品提供一種可自動感應(yīng)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(wǎng)的管道與終端（水龍頭）。如水龍頭有漏水現(xiàn)象，水流沖擊感應(yīng)片與固定片密合,達到阻水目的。同時，感應(yīng)片在運動過程中，通過轉(zhuǎn)軸傳動使渦卷彈簧發(fā)生彈性形變。更換水龍頭時，關(guān)閉總水閥，管中水壓降低,彈簧恢復(fù)彈性形變，感應(yīng)片與固定片分開，管內(nèi)水流正常通過。感應(yīng)片的運動狀態(tài)由制動部件通過水龍頭的開關(guān)控制。 創(chuàng)新點：（1）自動控制：根據(jù)水龍頭開關(guān)與管內(nèi)水流狀態(tài)，判斷水龍頭是否損壞，利用管內(nèi)水壓進行阻水，整個過程自動、迅速；（2）獨立安裝：采用與現(xiàn)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(wǎng)及水龍頭做任何改動，可實施性較強；（3）循環(huán)使用：管網(wǎng)修好后，彈簧恢復(fù)形變，帶動感應(yīng)片恢復(fù)感應(yīng)位置，循環(huán)運行。 技術(shù)關(guān)鍵：軸貫穿整個裝置，下端控制感應(yīng)與固定活塞的距離，上端由制動裝置控制。 主要技術(shù)指標(biāo)：（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(shù)范圍根據(jù)水壓的大小確定。
科學(xué)性、先進性
- 城市供水管網(wǎng)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(dāng)匱乏，本作品在技術(shù)層面有效解決了由于城市供水管網(wǎng)損壞而導(dǎo)致的水資源浪費問題。本裝置采用機械傳動與制動原理,內(nèi)部由轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時帶動拉繩纏繞至轉(zhuǎn)軸上進而帶動感應(yīng)片水平移動,外部由制動部件控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動時機,由管箍的轉(zhuǎn)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(yīng)片在水龍頭更換后再次打開,恢復(fù)水流正常過水。 裝置的先進性：（1）設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單：裝置采用簡單的機械結(jié)構(gòu)，采用感應(yīng)片、固定片、軸承、轉(zhuǎn)軸等，無論是外形還是內(nèi)部，結(jié)構(gòu)都很清晰；（2）自動感應(yīng)：制動部件根據(jù)水龍頭開啟或關(guān)閉狀態(tài)判斷是否制動，再由感應(yīng)片判斷水龍頭是否損壞，如損壞，感應(yīng)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(zhuǎn)把手上，控制感應(yīng)時機。更換損壞水龍后，將管箍重新固定在旋轉(zhuǎn)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(jié)果
- 本作品在2009年3月評選中被選為南京信息工程大學(xué)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(xué)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(quán)；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(yīng)用前景；在2011年3月2 日與江蘇飛亞化學(xué)工業(yè)技術(shù)有限責(zé)任公司簽訂《項目合作意向書》，開展成果轉(zhuǎn)化事宜。
作品所處階段
- 通過制作有機玻璃模型，經(jīng)調(diào)試后，初步試驗成功，并與企業(yè)洽談成果轉(zhuǎn)化事宜。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利技術(shù)轉(zhuǎn)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(xiàn)。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)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(zhuǎn)手柄上。調(diào)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(dāng)修好損壞管道后，通過旋轉(zhuǎn)軸上的扳手，使彈簧稍壓縮后彈開，感應(yīng)片與固定片分開，裝置恢復(fù)感應(yīng)狀態(tài)。 技術(shù)優(yōu)勢：裝置外觀小巧、結(jié)構(gòu)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(wǎng)、家庭進水總管、水龍頭等損壞或未及時修理導(dǎo)致的大量水資源浪費問題。 適用范圍：一方面，適合應(yīng)用于供水終端，安裝在扳手式、旋轉(zhuǎn)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(shù)性說明及市場分析：裝置用于管網(wǎng)及水龍頭防漏，市場上暫沒有與該裝置功能相似的產(chǎn)品，有著較好的市場前景，可應(yīng)用于整個給排水管網(wǎng)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。 經(jīng)濟效益預(yù)測：裝置可在公共場所及家庭使用，也可在整個供給水管網(wǎng)系統(tǒng)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(yīng)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(jīng)針對管網(wǎng)漏水事件發(fā)明了很多漏水探測技術(shù)，如聽音棒，漏水探測儀， 相關(guān)儀，探地雷達，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 管線定位技術(shù)，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(jié)構(gòu)簡單的調(diào)節(jié)閥，同時也可用于低壓管道介質(zhì)的開關(guān)控制。它是圍繞閥軸旋轉(zhuǎn)來達到開啟與關(guān)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(nèi)繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達到啟閉或調(diào)節(jié)的目的。蝶閥全開到全關(guān)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(yīng)用于城市供水、排水管網(wǎng)中，以及輸油管道等，但是這種閥由于內(nèi)部阻水結(jié)構(gòu)的缺陷使用壽命較短，導(dǎo)致管網(wǎng)系統(tǒng)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(jīng)濟損失的風(fēng)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(zhuǎn)才將閥門關(guān)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(guān)，不能作調(diào)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(zhì)流動方向不受限制，密封性能好等特點，廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜。長期以來，市場上使用的閘閥普遍存在著漏水或生銹現(xiàn)象。 因此，國內(nèi)外在如何遏制因水龍頭及管網(wǎng)損壞、維修不及時所導(dǎo)致的水資源浪費的相關(guān)研究僅局限于聽漏儀、相關(guān)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(shù)上研究出及時自動阻止漏水的設(shè)施或裝置。因此我們設(shè)計的裝置在阻水方面開辟了一條全新的研究思路。
