检测城市滑坡致燃气管掩埋挤断泄漏的可移动式装置
技术领域
本发明提供了一种检测城市滑坡致燃气管掩埋挤断泄漏的可移动式装置,该 装置通过次声波传感探测系统,收集掩埋燃气管道断裂泄漏处的次声波信号以检 测燃气管道的损伤程度,属于城市防灾减灾和地质灾害防治领域。
背景技术
城市滑坡是城市最为严重的地质灾害之一,并时有发生,具有极强的破坏性 和突发性,会造成大量的人员伤亡和经济损失。城市滑坡一旦发生,导致各种建 筑物倒塌和各类管线掩埋破坏,特别是突然掩埋燃气管道,致使燃气管道挤断,
使燃气管道内可燃气体泄漏,引发泄漏燃爆,不仅造成人员伤亡和财产损失, 而且带来严重的安全和污染问题。
现有的管道泄漏检测方法依据检测媒介的不同,可分为直接检测法、间接检 测法。直接检测法主要采用人工巡视,或者通过沿管道周围埋设湿度、气敏传感 器等,利用这些传感器直接感应泄漏流体,这种检测方式的特点是能对泄漏点进 行定位,但是需要预先在管道周围埋设大量传感器和传输装置,费用较高,不能 用于管道掩埋环境下的可燃气体泄漏检测。间接检测法是根据一些物理参数如磁 通、超声、涡流、压力波的变化或者物质平衡等方法对管道进行无损检测,但是 不能用于气体管道被滑坡掩埋断裂时可燃气体的快速检测。
利用音波法对管道进行测漏是目前管道泄漏常用的一种检测技术,该法主要 适用于气体管道、液体管道、多相流管道的泄漏检测和定位,主要用于检测管道 在正常使用时的泄漏,但是不适用于管道被突发的山体滑坡掩埋挤断时残余可燃 气体的检测。
发明内容
本发明的目的在于,克服现有技术的不足,提供一种检测城市滑坡致燃气管 掩埋挤断泄漏的可移动式装置,该发明装置通过次声波传感探测系统,收集掩埋 燃气管道断裂泄漏处的次声波信号以检测燃气管道的损伤程度,具有探测性能可 靠、探测数据精准度高、结构简单、成本低、操作灵活、携带方便等特点。
为了实现上述目标,本发明的技术方案如下:
一种检测城市滑坡致燃气管掩埋挤断泄漏的可移动式装置,包括:全保护支 撑罩、移动系统、高温高压驱动器、压力监控器、第一温压传感器、第二温压传 感器、安全套筒、次声波传感探测系统、旋钮底盘、椭圆式喷头管、PCI数据采集 卡、声音报警器、环形LED显示屏、微处理器、可充电锂电池、充电槽、可收缩 支架、固定螺丝、固定支架、防滑橡胶、控制开关、散热器、防尘保护网、软管、 高压水储存器、安全门、传导线、强力胶。
移动系统,包括旋转滑轮、环形铲土器、水平固定环。
次声波传感探测系统,包括次声波传感器和信号探头。
全保护支撑罩采用钢材焊接,内设若干水平支撑和垂直支撑,主要保护结构 工作时的稳定性和耐磨性。
移动系统焊接在全保护支撑罩的底端,水平固定环的外周与环形铲土器的内 周焊接连接,环形铲土器可铲除不平整的岩土滑坡介质,保证本发明装置探测位 置的平整性;水平固定环的底部设置有旋转滑轮,作为举例而非限定,旋转滑轮 可以包括第一旋转滑轮、第二旋转滑轮、第三旋转滑轮、第四旋转滑轮,水平固 定环底部左侧设第二旋转滑轮、第三旋转滑轮,其右侧设第一旋转滑轮、第四旋 转滑轮,通过设立的第一旋转滑轮、第二旋转滑轮、第三旋转滑轮、第四旋转滑 轮,可带动全保护支撑罩在任意区域探测,保证了现场监测的灵活性;同时水平 固定环底部还开设有若干预留洞口,若干预留洞口均呈对称分布,预留洞口的设 置便于设立的若干探头能近距离接触岩土体,保证探测的精准性。
旋钮底盘为圆形钢板,其外周与全保护支撑罩内壁焊接连接,并位于全保护 支撑罩的下部;旋钮底盘设有若干预留孔,主要是为了嵌入若干次声波传感器以 及椭圆式喷头管,并保证它们的整体稳固性。在优选的实施方式中,其中一个预 留孔位于旋钮底盘的中心用以嵌入椭圆式喷头管,其它预留孔对称分布在旋钮底 盘上用以分别嵌入次声波传感器。
椭圆式喷头管的上端嵌入旋钮底盘中心的预留孔中,下端与全保护支撑罩内 设的水平保护撑固接,椭圆式喷头管底端呈椭圆网状,确保喷出的水呈网状分布。
高压水存储器安装于全保护支撑罩的内壁上部,对应于高压水存储器的所在 位置处,在全保护支撑罩侧壁上设有安全门,用以通过安全门向高压水存储器中 通入高压水,高压水存储器与椭圆式喷头管的顶部通过软管连接,通过软管将高 压水通入椭圆式喷头管中。
次声波传感探测系统安设在全保护支撑罩的下端,作为举例而非限定,次声 波传感器可以包括第一次声波传感器、第二次声波传感器、第三次声波传感器、 第四次声波传感器、第五次声波传感器、第六次声波传感器、第七次声波传感器、 第八次声波传感器,信号探头可以包括第一信号探头、第二信号探头、第三信号 探头、第四信号探头、第五信号探头、第六信号探头、第七信号探头、第八信号 探头。信号探头固定在全保护支撑罩的底部的横向支撑中,通过传导线将第一信 号探头与第一次声波传感器连接,将第二信号探头与第二次声波传感器连接,将 第三信号探头与第三次声波传感器连接,将第四信号探头与第四次声波传感器连 接,将第五信号探头与第五次声波传感器连接,将第六信号探头与第六次声波传 感器连接,将第七信号探头与第七次声波传感器连接,将第八信号探头与第八次声波传感器连接;然后分别将第一次声波传感器、第二次声波传感器、第三次声 波传感器、第四次声波传感器、第五次声波传感器、第六次声波传感器、第七次 声波传感器、第八次声波传感器的端部嵌入旋钮底盘中与传导线并联连接。
PCI数据采集卡的下端通过传导线与次声波传感探测系统连接,上端通过传导 线与微处理器连接,右侧通过强力胶与全保护支撑罩的垂直支撑胶接。PCI数据采 集卡的主要作用是将探测到的次声波信号进行系统收集并转化为数字信号,保证 次声波信号采集的准确性。
微处理器的下端通过传导线分别与PCI数据采集卡、声音报警器连接,上端 通过传导线分别与环形LED显示屏、可充电锂电池、控制开关连接,主要作用是 对接收到的次声波数字信号进行处理,获得掩埋燃气管道泄漏时的压力突变信息, 声音报警器在监测到泄漏信号后会进行警报,并在环形LED显示屏上显示相关的 泄漏信息;散热器安设于微处理器的左侧,主要用于排出微处理器在使用过程中 产生的热量,在散热器的左侧设有防尘保护网,防尘保护网嵌入全保护支撑罩中, 避免粉尘对微处理器的影响,保证工作时具有可靠的温度环境;微处理器的右侧 通过强力胶与全保护支撑罩的垂直支撑胶接,保证微处理器的稳固性。
可充电锂电池设于全保护支撑罩的顶端,其下端通过传导线与微处理器的上 端连接,其左侧与充电槽连接,确保本发明装置正常工作时所需的供电量。
可收缩支架与全保护支撑罩嵌入连接,位于全保护支撑罩的最顶端;可收缩 支架包括两根端部铰接在一起的可收缩分支架;两根可收缩分支架之间的夹角可 以通过固定支架来调节,具体的,当两根可收缩分支架之间的夹角确定后,固定 支架的两端分别各与一个可收缩分支架通过固定螺丝连接,从而通过固定支架调 节全保护支撑罩的作用角度,推动全保护支撑罩以不同角度切入土体,同时通过 固定螺丝实现可收缩支架的固定;进一步,其中一个可收缩分支架的自由端嵌入 全保护支撑罩的顶端,另一个可收缩分支架的自由端的末端设防滑橡胶,保证工 作时操作的稳定性,确保可燃气体监测时地形起伏较大时人工操作的有效高度和 可靠性操作空间。
本发明实现的原理是:
突发山体滑坡产生大量岩土滑坡介质,燃气管道被岩土滑坡介质掩埋,导致 可燃气体泄漏。可燃气体发生泄漏事故后,快速将本发明装置安设于掩埋燃气管 道的地表面,然后在燃气管道的进气端和输出端分别用安全套筒固定,并用传导 线将燃气管道的进气端与高温高压驱动器连接,其输出端与压力监控器连接,燃 气管道的进气端安设第一温压传感器,其输出端安设第二温压传感器以监测温压; 进一步,打开控制开关使本发明装置处于工作状态,通过安全门向设于全保护支 撑罩内的高压水储存器输入高压水,高压水通过软管输入到椭圆式喷头管内,进 而在椭圆式喷头管的底端将高压水压入并渗透至岩土滑坡介质内;进一步,利用 高温高压驱动器的进气端向燃气管道内输入高温高压气体,驱使可燃气体向燃气 管道的输出端流动,当燃气管道在掩埋区域有破裂时,高温高压气体驱动的可燃 气体会快速向破裂位置泄漏,泄漏的高温可燃气体在破裂位置遇渗透的高压水,会产生吸热反应,会导致压力突变而产生一种短暂的次声波,此时安设在全保护 支撑罩底部的次声波传感探测系统会探测到压力突变产生的次声波,进而将次声 波信号传递给PCI数据采集卡进行实时采集;进一步,将PCI数据采集卡采集的 次声波数据传输给微处理器进行处理,当采集的次声波值大于预设的标准值时, 声音报警器会发出警报,此时环形LED显示屏会实时显示次声波的探测值,反之, 声音报警器不会发生报警。
本发明与现有的技术相比,具有以下优点与有益效果:
1.本发明装置具有精准检测被突发山体滑坡掩埋的城市燃气管道的泄漏损伤 程度的优点。本发明装置通过设于全保护支撑罩内的椭圆式喷头管将高压水压入 并渗透至岩土滑坡介质内,同时利用高温高压驱动器的进气端向掩埋的燃气管道 内输入高温高压气体,驱使可燃气体向掩埋燃气管道的输出端流动,当燃气管道 在掩埋区域有破裂时,高温高压气体驱动的可燃气体会快速向破裂位置泄漏,泄 漏的高温可燃气体在破裂位置遇渗透的高压水,会产生吸热反应,会导致压力突 变而产生一种短暂的次声波,此时安设在全保护支撑罩底部的次声波传感探测系 统会探测到压力突变产生的次声波,从而精准检测掩埋管道燃气泄漏情况。
2.本发明装置具有实时预警检测掩埋管道可燃气体泄漏信息的优点。本发明装置通过PCI数据采集卡实时采集次声波数据并传递至微处理器进行处理,当采集 的次声波值大于预设的标准值时,声音报警器会发出预警警报,此时环形LED显 示屏会实时显示次声波的探测值,从而确保滑坡灾害发生时掩埋于地下的可燃气 体泄漏检测的可视化。
3.本发明装置将移动系统焊接在全保护支撑罩的底端,通过设立的若干旋转滑轮和环形铲土器,保证本发明装置探测位置的平整性和任意区域内的可移动式灵 活探测,同时确保设立的若干探头能近距离接触岩土体,保证探测的精准性。
附图说明
图1为本发明检测城市滑坡致燃气管掩埋挤断泄漏的可移动式装置在管道掩 埋时可燃气泄漏检测中的工作剖面示意图。
图2为本发明检测城市滑坡致燃气管掩埋挤断泄漏的可移动式装置在管道掩 埋时可燃气泄漏检测前的剖面示意图。
图3为本发明全保护支撑罩的剖面示意图。
图4为图1的A-A剖面俯视图。
图5为图1的C-C剖面俯视图。
图6为图1的D-D剖面俯视图。
图7为图1的F-F剖面俯视图。
图8为图1的I-I剖面俯视图。
图9为图1的K-K剖面仰视图。
图10为图1的全保护支撑罩及其内部构造的正视图。
图11为图9逆时针旋转90°后的正视图。
图12为本发明散热器的正视图。
图13为本发明可收缩支架的伸直状态示意图。
其中:1为全保护支撑罩、2为移动系统、201为第一旋转滑轮、202为第二 旋转滑轮、203为第三旋转滑轮、204为第四旋转滑轮、205为环形铲土器、206 为水平固定环、3为燃气管道、4为高温高压驱动器、5为压力监控器、6为高压 水、7为岩土滑坡介质、8为第一温压传感器、9为第二温压传感器、10为安全套 筒、11为次声波传感探测系统、1101为第一次声波传感器、1102为第二次声波传 感器、1103为第三次声波传感器、1104为第四次声波传感器、1105为第五次声波 传感器、1106为第六次声波传感器、1107为第七次声波传感器、1108为第八次声 波传感器、1109为第一信号探头、1110为第二信号探头、1111为第三信号探头、1112为第四信号探头、1113为第五信号探头、1114为第六信号探头、1115为第七 信号探头、1116为第八信号探头、12为旋钮底盘、13为椭圆式喷头管、14为PCI 数据采集卡、15为声音报警器、16为环形LED显示屏、17为微处理器、18为可 充电锂电池、19为充电槽、20为可收缩支架、21为固定螺丝、22为固定支架、 23为防滑橡胶、24为控制开关、25为散热器、26为防尘保护网、27为软管、28 为高压水储存器、29为安全门、30为传导线、31为可燃气体、32为预留洞口、 33为强力胶。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
如图1~图13所示,一种检测城市滑坡致燃气管掩埋挤断泄漏的可移动式装置,包括:全保护支撑罩1、移动系统2、高温高压驱动器4、压力监控器5、第一温 压传感器8、第二温压传感器9、安全套筒10、次声波传感探测系统11、旋钮底 盘12、椭圆式喷头管13、PCI数据采集卡14、声音报警器15、环形LED显示屏 16、微处理器17、可充电锂电池18、充电槽19、可收缩支架20、固定螺丝21、 固定支架22、防滑橡胶23、控制开关24、散热器25、防尘保护网26、软管27、 高压水储存器28、安全门29、传导线30、强力胶33。
移动系统2,包括第一旋转滑轮201、第二旋转滑轮202、第三旋转滑轮203、 第四旋转滑轮204、环形铲土器205、水平固定环206。
次声波传感探测系统11,包括第一次声波传感器1101、第二次声波传感器1102、第三次声波传感器1103、第四次声波传感器1104、第五次声波传感器1105、第六 次声波传感器1106、第七次声波传感器1107、第八次声波传感器1108、第一信号 探头1109、第二信号探头1110、第三信号探头1111、第四信号探头1112、第五信 号探头1113、第六信号探头1114、第七信号探头1115、第八信号探头1116。
全保护支撑罩1采用钢材焊接,内设若干水平支撑和垂直支撑,主要保护结 构工作时的稳定性和耐磨性。
移动系统2焊接在全保护支撑罩1的底端,水平固定环206与环形铲土器205 焊接连接,环形铲土器205可铲除不平整的岩土滑坡介质7,保证本发明装置探测 位置的平整性;水平固定环206底部左侧设第二旋转滑轮202、第三旋转滑轮203, 其右侧设第一旋转滑轮201、第四旋转滑轮204,通过设立的第一旋转滑轮201、 第二旋转滑轮202、第三旋转滑轮203、第四旋转滑轮204,可带动全保护支撑罩 1在任意区域探测,保证了现场监测的灵活性;同时水平固定环206底部左右两侧 分别设若干预留洞口32,若干预留洞口32均呈对称分布,预留洞口32的设置便 于设立的若干探头能近距离接触岩土体,保证探测的精准性。
旋钮底盘12为圆形钢板,其外周与全保护支撑罩1内壁焊接连接;旋钮底盘 12设有九个嵌入预留孔,主要是保证嵌入的若干次声波传感器、椭圆式喷头管13 的整体稳固性。进一步,其中一个预留孔位于旋钮底盘12的中心,其它八个对称 分布在旋钮底盘12上。
椭圆式喷头管13的上端嵌入旋钮底盘12中心的预留孔中,下端与全保护支 撑罩1内设的水平保护撑固接,椭圆式喷头管13底端呈椭圆网状,确保喷出的水 呈网状分布。
高压水存储器28安装于全保护支撑罩1的内壁上部,对应于高压水存储器28 的所在位置处,在全保护支撑罩1侧壁上设有安全门29,用以通过安全门29向高 压水存储器28中通入高压水6,高压水存储器28与椭圆式喷头管13的顶部通过 软管27连接,通过软管27将高压水6通入椭圆式喷头管13中。
次声波传感探测系统11安设在全保护支撑罩1的下端,信号探头固定在全保 护支撑罩1的底部的横向支撑中,横向支撑有2层,均为水平支撑,在2层横向 支撑对应位置均设有预留洞口,信号探头对应插入预留洞口,卡接卡主。通过传 导线30将第一信号探头1109与第一次声波传感器1101连接,将第二信号探头1110 与第二次声波传感器1102连接,将第三信号探头1111与第三次声波传感器1103 连接,将第四信号探头1112与第四次声波传感器1104连接,将第五信号探头1113 与第五次声波传感器1105连接,将第六信号探头1114与第六次声波传感器1106 连接,将第七信号探头1115与第七次声波传感器1107连接,将第八信号探头1116 与第八次声波传感器1108连接;然后分别将第一次声波传感器1101、第二次声波 传感器1102、第三次声波传感器1103、第四次声波传感器1104、第五次声波传感 器1105、第六次声波传感器1106、第七次声波传感器1107、第八次声波传感器1108 的端部嵌入旋钮底盘12中与传导线30并联连接。
PCI数据采集卡14的下端通过传导线30与次声波传感探测系统11连接,上 端通过传导线30与微处理器17连接,右侧通过强力胶33与全保护支撑罩1的垂 直支撑胶接。PCI数据采集卡14的主要作用是将探测到的次声波信号进行系统收 集并转化为数字信号,保证次声波信号采集的准确性。
微处理器17的下端通过传导线30分别与PCI数据采集卡14、声音报警器15 连接,上端通过传导线30分别与环形LED显示屏16、可充电锂电池18、控制开 关24连接,主要作用是对接收到的次声波数字信号进行处理,获得掩埋燃气管道 3泄漏时的压力突变信息,声音报警器15在监测到泄漏信号后会进行警报,并在 环形LED显示屏16上显示相关的泄漏信息;散热器25安设于微处理器17的左 侧,主要用于排出微处理器17在使用过程中产生的热量,在散热器25的左侧设 有防尘保护网26,防尘保护网26嵌入全保护支撑罩1中,避免粉尘对微处理器 17的影响,保证工作时具有可靠的温度环境;微处理器17的右侧通过强力胶33与全保护支撑罩1的垂直支撑胶接,保证微处理器17的稳固性。
可充电锂电池18设于全保护支撑罩1的顶端,其下端通过传导线30与微处 理器17的上端连接,其左侧与充电槽19连接,确保本发明装置正常工作时所需 的供电量。
可收缩支架20与全保护支撑罩1嵌入连接,位于全保护支撑罩1的最顶端; 可收缩支架20包括两根端部铰接在一起的可收缩分支架;两根可收缩分支架之间 的夹角可以通过固定支架22来调节,具体的,当两根可收缩分支架之间的夹角确 定后,固定支架22的两端分别各与一个可收缩分支架通过固定螺丝21连接,从 而通过固定支架22调节全保护支撑罩1的作用角度,推动全保护支撑罩1以不同 角度切入土体,同时通过固定螺丝21实现可收缩支架20的固定;进一步,其中 一个可收缩分支架的自由端嵌入全保护支撑罩1的顶端,另一个可收缩分支架的 自由端的末端设防滑橡胶23,保证工作时操作的稳定性,确保可燃气体监测时地 形起伏较大时人工操作的有效高度和可靠性操作空间。
如图1、图2所示,本发明实现的原理是:
突发山体滑坡产生大量岩土滑坡介质7,燃气管道3被岩土滑坡介质7掩埋, 导致可燃气体31泄漏。可燃气体31发生泄漏事故后,快速将本发明装置安设于 掩埋燃气管道3的地表面,然后在燃气管道3的进气端和输出端分别用安全套筒 10固定,并用传导线30将燃气管道3的进气端与高温高压驱动器4连接,其输出 端与压力监控器5连接,燃气管道3的进气端安设第一温压传感器8,其输出端安 设第二温压传感器9以监测温压;进一步,打开控制开关24使本发明装置处于工 作状态,通过安全门29向设于全保护支撑罩1内的高压水储存器28输入高压水6, 高压水6通过软管27输入到椭圆式喷头管13内,进而在椭圆式喷头管13的底端 将高压水6压入并渗透至岩土滑坡介质7内;进一步,利用高温高压驱动器4的进气端向燃气管道3内输入高温高压气体,驱使可燃气体31向燃气管道3的输出 端流动,当燃气管道3在掩埋区域有破裂时,高温高压气体驱动的可燃气体31会 快速向破裂位置泄漏,泄漏的高温可燃气体31在破裂位置遇渗透的高压水6,会 产生吸热反应,会导致压力突变而产生一种短暂的次声波,此时安设在全保护支 撑罩1底部的次声波传感探测系统11会探测到压力突变产生的次声波,进而将次 声波信号传递给PCI数据采集卡14进行实时采集;进一步,将PCI数据采集卡14 采集的次声波数据传输给微处理器17进行处理,当采集的次声波值大于预设的标 准值时,声音报警器15会发出警报,此时环形LED显示屏16会实时显示次声波 的探测值,反之,声音报警器15不会发生报警。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本 发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把 在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发 明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴 所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。