基本信息
- 项目名称：
- 城市供水管网自动阻水装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品基于机械制动与涡卷弹簧传动原理，在城市供水管网的管道与终端（水龙头）分别巧妙地设计、安装自动阻水装置，通过感应供水管道或水龙头损坏，及时自动阻止漏水。可以防止管道或水龙头损坏后维修不及时造成的水资源浪费问题。本作品兼具自动控制、多次循环使用两大特色，加之造价低廉，安装方便, 并且不需要对原有管道做任何改动，可灵活与多种规格的管道、水龙头配套使用。
- 详细介绍：
- 该阻水装置采用机械传动与制动原理，独立安装于城市供水管网铺设在地下的管段、用户进水总管和水龙头等处，以解决由于水龙头损坏或管道破裂导致的水资源浪费问题。适用于水龙头的装置包括管体、管箍、制动部件、转轴、轴承、发条部件、固定片和感应片，其中管体两端设有适于安装的螺口，制动装置包括制动环和置于其两侧的制动块，制动环固装在转轴上，通过在转轴在上加装摩擦系数较大的橡胶块与制动块得摩擦作用来实现装置制动。两制动块与管箍间装有制动绳,制动块和轴承固定在发条部件外壳上，转轴垂直插于管体内并和管体间设有密封件，转轴下端与感应片中心通过一拉绳连接，固定片设于管体内并与管体内径适配，感应片通过一定向杆套装在固定片的中心孔内，感应片上的挡水片与固定片上的出水口相对应。 当水龙头开启时，管箍由水龙头把手的带动旋转,并与制动装置连接，使制动器将转轴制动；当水龙头关闭时，转轴处于不制动状态，可自由转动。此时,如水龙头有漏水现象，水流冲击感应片与固定片密合,并在水压的作用下，达到阻水目的。同时，感应水片在运动过程中，通过缠绕在轴下端的拉绳的牵引，带动转轴转动，同时涡卷弹簧发生了弹性形变。在更换水龙头时，关闭总水阀，管中水压降低,涡卷弹簧恢复弹性形变，从而通过转轴的转动带动感应片反向运动与固定片分开，管内水流正常通过。 适用于管道装置的管体和感应阻水部件均与适用于水龙头管道的装置相同，不同的是该装置不需要制动部件，并且发条部件改为弹簧来代替。弹簧以圆轴为中心，位于感应片与固定片之间，圆轴与方轴套连在一起，方轴起导向的作用，圆轴与固定片之间的结构与按掣式圆珠笔的结构一致。在管道破损时，装置感应阻水后，感应片与固定片通过圆轴与固定片之间的结构保持密合状态。当管道修好后，通过旋转轴上的扳手，使弹簧稍压缩后弹开，感应片与固定片分开，装置恢复感应状态。根据管道及水流压力计算所采用的弹簧规格。弹簧的目的是储存感应片在运动过程中所产生的能量，然后在管道修好后，释放能力，使感应片与固定片分开并运动到初始感应位置。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：据统计，我国城市公共供水系统的管网漏水现象屡见不鲜，漏损率平均达21.5%，远高于规定水平。针对上述漏水现象我国制定了相关的政策，定期进行管网维护，市场上也有形式各样的水龙头和很多漏水探测技术，这些措施在一定程度上缓解了水资源浪费的问题。但目前尚未发现如何遏制因水龙头及管网损坏所导致的水资源浪费的相关研究。因此，本作品提供一种可自动感应水龙头和管道损坏，并能及时阻止漏水的装置，因而有效解决了由于水龙头和管道损坏未能及时更换造成的水资源浪费问题。 基本思路：本装置独立安装在城市供水管网的管道与终端（水龙头）。如水龙头有漏水现象，水流冲击感应片与固定片密合,达到阻水目的。同时，感应片在运动过程中，通过转轴传动使涡卷弹簧发生弹性形变。更换水龙头时，关闭总水阀，管中水压降低,弹簧恢复弹性形变，感应片与固定片分开，管内水流正常通过。感应片的运动状态由制动部件通过水龙头的开关控制。 创新点：（1）自动控制：根据水龙头开关与管内水流状态，判断水龙头是否损坏，利用管内水压进行阻水，整个过程自动、迅速；（2）独立安装：采用与现有水龙头和管道相适配的管径，独立安装，不需对原有供水管网及水龙头做任何改动，可实施性较强；（3）循环使用：管网修好后，弹簧恢复形变，带动感应片恢复感应位置，循环运行。 技术关键：轴贯穿整个装置，下端控制感应与固定活塞的距离，上端由制动装置控制。 主要技术指标：（1）本装置独立安装在水龙头与水管之间，管径与两者适配；（2）弹簧的劲度系数范围根据水压的大小确定。
科学性、先进性
- 城市供水管网损坏加重损失水资源，但针对如何遏制供水过程中水资源浪费的研究相当匮乏，本作品在技术层面有效解决了由于城市供水管网损坏而导致的水资源浪费问题。本装置采用机械传动与制动原理,内部由转轴转动时带动拉绳缠绕至转轴上进而带动感应片水平移动,外部由制动部件控制转轴的转动时机,由管箍的转动及制动绳的水平拉力控制制动器的制动,由发条部件控制感应片在水龙头更换后再次打开,恢复水流正常过水。 装置的先进性：（1）设计结构简单：装置采用简单的机械结构，采用感应片、固定片、轴承、转轴等，无论是外形还是内部，结构都很清晰；（2）自动感应：制动部件根据水龙头开启或关闭状态判断是否制动，再由感应片判断水龙头是否损坏，如损坏，感应片在水压作用下，自动阻水；（3）使用方便：本装置通过相适配的管径独立安装在管道与水龙头之间，由管箍将制动绳固定在水龙头旋转把手上，控制感应时机。更换损坏水龙后，将管箍重新固定在旋转扳手上即可；（4）价格低廉：制造装置所用材料为常用材料，零部件也易于批购，成本较低。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在2009年3月评选中被选为南京信息工程大学科技创新基金的重点立项项目；在2009年12月通过了南京信息工程大学科技创新基金项目审核委员会的评审，被评为优秀；在2010年4月申请了国家实用新型专利，于2011年1月7日专利授权；在2010年10月8日得到了徐州市城市节水办公室的证明；在2010年12月21日得到了江苏省节水办公室的《推广前景评价》证明，具有全面推广的应用前景；在2011年3月2 日与江苏飞亚化学工业技术有限责任公司签订《项目合作意向书》，开展成果转化事宜。
作品所处阶段
- 通过制作有机玻璃模型，经调试后，初步试验成功，并与企业洽谈成果转化事宜。
技术转让方式
- 专利技术转让
作品可展示的形式
- 作品可以通过图纸、图片、模型及录像的形式展现。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：适合水龙头的装置：首先将管体分别与水龙头和水管旋接，管箍固定连接在水龙头的旋转手柄上。调节制动绳绷紧。 适合管体的装置：将装置安装在两管体之间，当修好损坏管道后，通过旋转轴上的扳手，使弹簧稍压缩后弹开，感应片与固定片分开，装置恢复感应状态。 技术优势：装置外观小巧、结构简单、安装方便，可灵活与多种水龙头及管道使用，可以有效控制由于城市供水管网、家庭进水总管、水龙头等损坏或未及时修理导致的大量水资源浪费问题。 适用范围：一方面，适合应用于供水终端，安装在扳手式、旋转式水龙头；另一方面，适合于城市供水管道、采暖管道等，按照一定的密度安装在管道中间。 推广前景的技术性说明及市场分析：装置用于管网及水龙头防漏，市场上暂没有与该装置功能相似的产品，有着较好的市场前景，可应用于整个给排水管网系统的各个环节。 经济效益预测：装置可在公共场所及家庭使用，也可在整个供给水管网系统中推广。在后期，我们将继续改进装置的材料等，在城市给水工程、采暖工程中得到推广和应用，市场前景甚广。
同类课题研究水平概述
- 目前，世界各国已经针对管网漏水事件发明了很多漏水探测技术，如听音棒，漏水探测仪， 相关仪，探地雷达，神经网络技术， 管线定位技术，金属管线定位，非金属管线定位等方法。对于燃气管道采用在线检测装置等方式定位泄漏部位。 但是，这些方法只能探测到漏水（或漏气）位置，然后再通过掏挖更换管道才能阻水，这样并不能在漏水的第一时间阻止水的泄漏，造成水资源浪费，并且由于掏挖管道带来的费时、费力、影响市容等麻烦也是不可避免的。 蝶阀又叫翻板阀,是一种结构简单的调节阀，同时也可用于低压管道介质的开关控制。它是围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，在管道上主要起切断和节流用。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。蝶阀全开到全关通常是小于90°，蝶阀和蝶杆本身没有自锁能力，为了蝶板的定位，要在阀杆上加装蜗轮减速器。采用蜗轮减速器，不仅可以使蝶板具有自锁能力，使蝶板停止在任意位置上，还能改善阀门的操作性能。 由于蝶阀尺寸较小，因此被广泛应用于城市供水、排水管网中，以及输油管道等，但是这种阀由于内部阻水结构的缺陷使用寿命较短，导致管网系统漏水事件概率加大。此外，若通过人工操作控制蝶阀，尤其是安装在较大管径时，需要很长时间的操作，在遇到紧急情况时，很难处理，有造成重大经济损失的风险。例如2020年7月发生在大连管道爆炸石油泄露事故，消防官兵花了4个小时，拧了8万多转才将阀门关闭。 再如市场上使用较为普遍的闸阀，闸阀的启闭件是闸板，闸板的运动方向与流体方向垂直，闸阀只能作全开和全关，不能作调节和节流。由于闸阀具有流体阻力小，适用的压力大、温度范围大，介质流动方向不受限制，密封性能好等特点，广泛应用于市场上。 但是，闸阀的密封面之间易引起冲蚀和擦伤，维修比较困难，另外外形尺寸较大，开启需要一定的空间，开闭时间长，并且结构复杂。长期以来，市场上使用的闸阀普遍存在着漏水或生锈现象。 因此，国内外在如何遏制因水龙头及管网损坏、维修不及时所导致的水资源浪费的相关研究仅局限于听漏仪、相关检漏仪、探地雷达等漏水事件发生较长时间后采取的措施，都没有从技术上研究出及时自动阻止漏水的设施或装置。因此我们设计的装置在阻水方面开辟了一条全新的研究思路。
