一种基于流场特征的管网泄漏检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及工程检测领域，具体来说是一种基于流场特征的管网泄漏检测装置及其检测方法。

背景技术：

1、现有管网病害检测方案并不能满足日益增长的管网病害检测需求，主要面临如下挑战：

2、1.传统管线检漏方案数据采集速度低。以听漏法为代表的传统检漏方法能确定较为精确的管线泄漏点位，但其采样速度远低于成人步行速度。且其数据采集工作多集中于夜间以降低环境噪音干扰。因此这类方案仅适用于局部区域的泄漏点位精准研判，难以满足大规模的管网泄漏检测需求

3、2.传统检测方案数据解译难度高。听漏法、声波定位法、地质雷达法等检漏方法获取的数据并不直观，少数具有丰富工程经验的从业人员才可完成精细的检验结果解译工作，从业技术门槛较高。

4、3.多场景下检测方案不能通用。供水管线、燃气管线、排水管线等均有可能发生泄漏。但由于其管内介质不同、常用管材管径不同、常发泄漏位置不同等，其管外泄漏信号等特征存在较为显著的区别。因此，当前没有一种多场景通用的管道泄漏检测方案。

5、4.部分检漏机器人需断流使用。在排水管检漏中，多种设备不能带水使用在检测前需要切断管内介质流动并清空水管。当前城市管网系统负担较大。这种影响管网正常使用的检测方案仅适用于较低频次的检查，并不适合日常巡检。

6、中国专利cn 220082486 u，公开了一种管道检测机器人，该管道检测机器人包括前仓、后仓和柔性线缆；所述前仓包括前仓主体和检测组件，所述前仓主体内形成有前腔，所述检测组件设于所述前腔内；所述后仓包括后仓主体和电源组件，所述后仓主体内形成有后腔，所述电源组件设于所述后腔内；所述柔性线缆的两端电性连接所述前仓主体和所述后仓主体，所述柔性线缆可弯折，以使所述管道检测机器人进入管道时，所述前仓相对于所述后仓转向。该专利的技术方案中，检测机器人始终需要柔性线缆牵引，所以检测探索范围受到线缆长度限制，且该机器人的姿态稳定系统较弱，在流速过快的流体中容易产生非稳态下的撞击损坏。另一方面，该方案通过摄像头、听音器等收集管道内信息，其仅适用于供水、燃气等管内介质透明且输送过程有压的管线，难以泛用至污水管网等不带压且管内介质不透明的场景中。

7、基于上述痛点、难点，迫切需要开发快速高效的多场景管道泄漏监测设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于流场特征的管网泄漏检测装置，实现检测过程中不断流、检测信息依靠于流场信息所以检测装置适用范围广、检测噪声受环境影响小、成果解译更为简单直观。

2、为了实现上述目的，设计一种基于流场特征的管网泄漏检测装置，包括中心支撑结构，所述中心支撑结构位于装置的几何中心，用于置于管道中；环绕中心支撑结构设置有若干工作臂支撑组件，所述工作臂支撑组件设有用于检测管网流场变化的流场检测组件，并外设有管径自适应挡板组件；所述流场检测组件检测各自工作臂所域治下管网内的流动特性以辨识泄漏点，所述管径自适应挡板组件能够在管壁的动态压力作用下，自动调整与工作臂支撑组件的相对距离，中心支撑结构的背面一侧设有姿态调整翻板组件，用于根据介质流速不均造成的装置姿态偏转进行校正。

3、优选的，本发明所述中心支撑结构主体为中心对称多边形，中心对称多边形侧面设有滑槽，与工作臂支撑组件配合，中心对称多边形内部集成有定位与导航装置、姿态检测装置、工作臂运动控制装置和姿态调整翻板运动控制装置，装置工作面为中心支撑结构多边形顶面所在平面，工作时该面迎向水流方向。

4、优选的，本发明所述工作臂支撑组件的数量与中心支撑结构的多边形边数相匹配，并呈中心对称分布；每一个工作臂支撑组件均包括工作臂支撑结构和减摩阻滚珠组；所述工作臂支撑结构上开设有凹槽，凹槽的两侧设有若干减摩阻滚珠组。

5、优选的，本发明所述流场检测组件与工作臂支撑组件成组安装，流场检测组件包括滑块位置检测装置、滑块支撑结构、冲击挡板和可调悬浮气囊，滑块位置检测装置安装在工作臂靠近中心侧，滑块支撑结构、冲击挡板和可调悬浮气囊三者集成为一体，安装在工作臂支撑结构凹槽内，与减摩阻滚珠组接触，冲击挡板和可调悬浮气囊位于工作面。

6、优选的，本发明所述管径自适应挡板组件安装在工作臂支撑组件远离中心支撑结构的一端，管径自适应挡板组件包括管壁挡板和自伸缩支撑杆，其中自伸缩支撑杆设置于工作臂支撑组件内，伸缩支撑杆一端与管壁挡板连接，伸缩支撑杆另一端设置有弹簧，所述伸缩支撑杆通过弹簧与工作臂支撑组件连接。

7、优选的，本发明所述姿态调整翻板组件安装在中心支撑结构的背面，即非工作面；姿态调整翻板组件包括阻流翻板、环向轴和翻板启动轴；环向轴嵌设于中心支撑结构上以支持阻流翻板的旋转，翻板启动轴通过机电或液压驱动机构连接阻流翻板，用于调整阻流翻板的角度。

8、本发明还提供一种采用所述管网泄漏检测装置的检测方法，具体包括：s1.将管网泄漏检测装置置入被检测的管道内部，s2.启动定位与导航装置来确定装置在管网中的位置，s3.借助工作臂运动控制装置展开工作臂支撑组件，使管径自适应挡板组件与管壁紧密接触,s4.开启流场检测组件收集流场数据，并通过滑块位置检测装置实时监测滑块位置变化以判断流场特征，s5.分析流场数据与滑块位置变化，结合定位与导航装置信息，综合判断是否存在泄漏并确定泄漏点的大致位置，s6. 若检测到泄漏，利用姿态调整翻板组件对装置的姿态进行微调，保证检测精度并继续收集数据以精准定位泄漏点,s7. 将收集到的数据及泄漏点位置信息转送至上位监控系统，以进行后续处理。

9、优选的，本发明所述方法包括当检测到装置因介质流速不均而发生姿态偏转时，姿态调整翻板组件启动，阻流翻板旋转至流速较低角度处并固定，增强该处阻力，提升装置在该角度处的速度，从而实现装置姿态调整，在装置恢复与管壁垂直的工作位面后，阻流翻板回归初始位置，不再扰动管内介质流动。

10、优选的，本发明所述方法包括当管壁完好，管内介质均匀流动时，管内介质流场基本均匀，在冲击挡板的带动下，滑块支撑结构与工作臂保持相对静止，当管内介质流动为紊流状态，此时滑块支撑结构会沿工作臂作运动，不同工作臂上，滑块平衡位置较为接近；当管壁出现破损，管内介质发生外泄时，管内介质流场会发生改变，产生较为显著的垂向管壁向外的流场，在冲击挡板的带动下，滑块支撑结构会沿工作臂向远中心端移动，考虑管内介质流动为紊流状态时，滑块支撑结构会沿工作臂作相对的运动，但具有较为显著的定向性，不同工作臂上，滑块平衡位置有较为明显的差异，靠近泄漏处的工作臂，其滑块平衡位置会显著偏向远中心端。

11、本发明同现有技术相比，其优点在于：

12、1. 检测过程不断流。本装置检测过程依赖管内介质流动。因此，不需要切断管网内介质流动，不影响管网正常工作状态。

13、2. 检测装置适用范围广。本装置主要功能为管内流场检测，与管道材质、管径、管内介质性质等均无关，因此可适用于多种管道检测。

14、3. 检测噪声受环境影响小。管内流场信息与外界环境相关性较低。因此，本装置具有较为优异的抗噪声特性。管外周边交通荷载、行人噪声等均不会影响本装置检测结果。

15、4. 成果解译简单直观。本装置通过滑块位置检测来判定是否发生泄漏。其检测结果简明直观，技术门槛低，学习成本低。有利于一线工作人员推广使用。

16、5.检测数据准确。本装置的检测信息来源于流场信息，相较于传统的视频手段对管道检测，视频手段受限于流体能见度的限制，在能见度较差或透明介质流体中无法实现检测。而本装置采集流体的流场信息，不受流体介质的能见度影响，抓住任何介质都有的流体物理特征作为检测信息，检测更为准确可靠。