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城市排水管道运维机器人研究

城市排水管道运维机器人研究

  • 分类:行业动态
  • 作者:勤诚创业
  • 来源:北极星水处理网
  • 发布时间:2022-03-26 08:51
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【概要描述】季节性雨水、城市建设等自然、人类活动对城市排水能力提出较高要求,维持排水管网的正常运行是城市基础设施运维的重要内容。目前,城市排水管道运维主要依靠人工作业,存在作业难、作业量大、风险性高等问题。以机械代替人工作业的模式因为具有安全、高效的特点成为了城市排水管道运维作业的发展趋势。介绍了国内外管道检测、作业机器人的研究现状,从作业方式、机械设计、控制模式三个方面分析了现有技术存在的不足;提出了排水管道运维机器人的作业规程并总结其发展方向,如检测技术提升、功能模块优化、控制模式智能化等,为排水管道运维机器人的研究发展提供新思路。 截至2019年底,我国排水管网总长超过74.4万km,年污水排放量达555亿m³。而随着海绵城市建设以及国家对于污水处理要求的提高,近年来管网系统以8.5%的年增长速率持续扩大其运维规模。2021年政府工作报告指出,要持续改善环境质量,“十四五”时期要求基本消除城市黑臭水体,排水管网已由保障城市安全的重要基础设施升级为保证人民幸福生活的重大民生工程。因此,维持排水管网的平稳运行成为一项重要的城市治理任务。 随着管网的建设规模的扩大,保证管网正常服役的需求也逐渐凸显。据住房和城乡建设部科技发展促进中心有关资料显示,我国城市管网普遍存在设施老化与管理技术落后的问题,管道破裂、腐蚀等缺陷导致的城市管道运维事故频发。因此,近些年管网的工作重点逐渐由建设转向维护更新。目前,排水管网检测、清淤、修复等工作通常采用人工作业或人机协同作业模式。以管道清淤为例,常用方式有绞车清淤,钻杆疏通及高压射流。绞车及清淤设备需要工人下井安装,空间狭小、昏暗,作业困难;且施工环境中的硫化氢等有害气体会严重危害工人健康。总之,管网维护的人工作业方式效率低,局限大,存在安全隐患。 利用机器人代替人工作业已成为管网运维管理的新趋势。在排水管道中使用的运维机器人已由传统的大型工业机器人发展成“小精尖”的特种机器人,能够适应复杂管况并完成任务。管道运维机器人可分为检测机器人与作业机器人:检测机器人指通过声学、光学设备或技术实现管道内部的信息采集及模型重建的机器人;作业机器人指清理管内淤积或完成管体缺陷修复及更换的机器人,这些机器人的协同配合可辅助排水管道的运维工作。 本文归纳了排水管道运维机器人的研究现状,介绍了国内外高校、科研院所及企业具有代表性的产品,并对其使用的关键技术或机构做简要概述,最后总结了研究现状的不足,并对该领域的发展趋势做出展望。 1 排水管道运维机器人研究现状 为厘清目前国内外对于排水管道运维机器人及技术研究的总体情况,本文在WOS(Web of Science)核心数据库上统计了领域内文章发表数量并使用文献计量工具对相关文献进行了合作作者可视化分析,结果如图1和表1所示。其中,AHRARY A团队、ELKMANN N团队成果较多,形成了一定的研究体系。AHRARY A团队设计了原型机器人KANTARO ,系统地研究了排水管道机器人检测、定位、导航技术;ELKMANN N团队致力于进行排水管道检测、清理机器人系统的研究,提出了基于运动学、视觉的全自动检测系统的实现方法及面向服务的数据检测及处理架构。 本文同时计量了管道机器人(石油、燃气等管道)的研究现状,意图通过对比确定排水管道机器人的研究广度与先进性。相较管道机器人,城市排水管道机器人研究起步晚,范围小。相关研究团队缺乏持续、深入地研究,团队间交流合作较少。数据表示排水管道机器人的研究存在不足,亦说明目前排水管道机器人的研究有较好的发展前景。 1.1 检测机器人 管道运维机器人的相关研究主要集中于检测机器人。国外起步较早,20世纪80年代已有产业化的商品机器人投入市场,德国、美国、日本等国的技术处于世界领先水平。我国同期开始对了管道检测机器人的探索。哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学等高校研制了适用于不同场景的检测机器人,以深圳施罗德、武汉中仪物联公司为代表的企业陆续投入产品研发,填补了国内管道机器人研究、市场的空白。 管道内部相关数据是其运维管理所需的重要信息,其数据的精度与机器人上搭载的检测技术存在直接关系。因此,高效准确的管道检测技术或方法十分重要。易于机器人搭载的技术有管道闭路电视检测(Close circuit television inspection,CCTV)、声呐、雷达等,这些技术均存在其优势区间及不足:CCTV可检测所有结构性、功能性缺陷,但工作条件较为严苛,且使用前需暂停管段使用并进行排水、冲洗工作,管道能见度直接决定检测质量;声呐可在黑暗、有水环境下完成对管道的检测,但检测缺陷种类有限,数据存在噪声。 美国通用电气贝克休斯集团旗下的韦林工业集团基于其世界领先的内窥镜技术研发了ROVVER系列检测机器人。ROVVER900采用轻量机械设计,重25kg,尺寸约582 mm×200 mm×150mm,易于使用人工或小型机械部署;模块设计具有扩展性与适应性,可用于限制、突出管道及支管检测;搭载高像素CCD摄像头,高度、角度、焦距在一定范围内可调,具备多视角、高精度获取图像的能力 。 深圳施罗德工业集团面向排水管道及箱涵推出S系列检测机器人。该系列机器人多采用轮式行走模式,配备防侧翻警报与位姿检测系统;应用高精度计米装置与GPS实现作业进度厘米级控制;机器人前端、后端搭载高清无延时摄像头,消除检测死角。 表2展示了国内外典型检测机器人的型号、参数,面向多管径、多管况的检测机器人已经提出,技术体系逐渐成熟。 表2 国内外典型管道检测机器人 基于人工智能的管道检测辅助技术指的是使用机器学习、深度学习算法自动处理机器人检测结果,辅助作业人员得出检测结论的技术,是继检测机器人后新的研究热点。清华大学、阿肯色理工大学、开罗大学、同济大学等高校在CCTV的基础上利用CNN、SVM、ELM等算法分割检测结果,识别、分类管道缺陷。该类技术有效降低工人劳动量与检测成本,避免不确定因素导致的漏诊、错诊,实现检测流程智能化。 1.2 作业机器人 管道作业主要包括管道清淤及管道修复。清淤机器人已存在大量设计方案,华中科技大学研发了面向深隧的清淤、检测一体机器人,针对深隧埋深大、管径大的问题,机器人使用有缆方式进行通信与电力供给,续航时间长、信号传输稳。清淤使用弹簧钢片与螺旋叶片结合的方式,范围广,效率高,耗能小,作业稳定。 萨拉斯瓦蒂工程学院提出了一个集成检测、清淤及有毒气体中和的机器人系统。机器人配有红外摄像头,高压水、切割刀片、抽吸泵,气体传感器。使用红外摄像头及传感器检测管道中的堵塞并反馈给终端界面;使用高压水、切割刀片与抽吸泵清除管内淤积并抽吸至地上容器储存;有毒气体由气体传感器检测并通过添加液化微生物来消除有害影响。 表3列举了国内外部分管道清淤机器人,介绍了清淤机器人模块设计方案。目前清淤机器人的研究多而不精,机构设计较检测机器人均较为普通;部分方案仍处于概念设计阶段,清淤能力难以表征。 表3 国内外管道清淤机器人 管道修复常使用非开挖修复技术,指采用不开挖或少量开挖的方式进行地下管道修复。作业过程开挖量小,避免土方作业导致的交通拥堵及环境污染。人工非开挖修复主要使用钢套环、螺旋缠绕、管道内衬技术,工艺流程复杂,不适于机器人作业。 国内外非开挖修复机器人的研究总量少。相比国外,我国相关成果或方案较多,但尚未形成研究体系,成果多来自施罗德等机器人企业或市政公司等城建企业,中国石油大学等高校也有相关研究。较为常见的是使用光固化成型技术、水泥砂浆喷涂技术及3D打印技术,作业模块小且工序简单,具有一定工程使用价值。 2 研究现存问题 分析排水管道运维机器人作业环境、技术要求等因素,本文认为排水管道机器人研究的技术难题有三点,见下文分析。 2.1 传统的检测方式无法满足所有检测需求 传统的检测方式各自存在一定的弊端,需要融合多种检测手段或研发新检测技术以应对复杂作业环境或检测需求。 部分污水氮、磷元素含量较高,藻类、藓类植物在管壁或管底大量生长形成生物菌膜。这导致部分管道缺陷被生物膜覆盖,使用视觉进行检测时易出现漏诊情况。 在实际的检测工作中,另一项重要的工作是判断管道侵蚀程度,管道在侵蚀作用下的受损量将成为管道修复、更新的依据。传统方法以对比点云模型与设计模型的方法计算侵蚀程度,效率低、欠直观,无法有效解决工程问题。 2.2 传统的机体设计无法适应所有管道环境 管道淤积成分复杂,有软质淤积物(淤泥等),硬质淤积物(石块、泥块及树根等),还有较为特殊的尼龙、塑料袋及油脂。针对不同淤积物的处理方式不同:软质采用刮、刨、推、冲,硬质采用切、割。尼龙、塑料袋较难切断,易缠绕在机构增大机械运行的不稳定性,是清淤的难点。清淤机器人普遍采用一种或两种作业方式,无法应对复杂淤积物,清淤效果不佳。 恶劣环境是机器人的机构、功能设计的一项挑战。以行走模块为例,轮式机器人行进速度快、效率高,越障能力较差,易陷入软泥;履带机器人运行平稳,适用于各种地形,行进效率偏低。保证机器人可靠度与工作性的关键在于选择各模块,设计行进功率、作业功率、机体尺寸等参数设计需将环境因素纳入考虑。 作业机器人多数处于概念设计且考虑约束条件较少,作业性能存在问题,整体结构与关键模块的技术仍需升级。 表4排水管道机器人面临的挑战 2.3 传统的控制模式无法实现自主作业 机器人初期是一种辅助人类完成作业的半自主智能机器,人工智能的发展小幅度修改了其本质:“机器人是自动执行工作的机器装置,既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术指定的原则纲领行动”。初级的自主式机器人通过算法、程序完成固定化工作,适用于工业流水线或稳定的作业环境;智能机器人的作业模式相对高级,实时获取环境信息并以此制定作业方案,迭代、优化并执行。大多数运维机器人依靠遥控完成作业,通过人脑完成作业方式、参数选择,路径规划等关键步骤,缺乏智能化控制。 3 研究展望 在研发具有自主学习功能的建筑机器人的趋势下,无人土方作业推土机、无人盾构掘进机等无人作业装备被陆续提出,碧桂园公司已将无人抹灰、无人浇筑等机器人投入应用,排水管道运维机器人在无人作业领域较其他机械存在较大差距。因此,运维机器人自动化作业是未来重大发展方向。本文综合其他无人设备的工作模式对管道智能运维机器人作业的规程作简要介绍,并按实现规程所需关键技术对机器人的发展做出展望。 3.1 管道智能运维机器人作业规程及要求 作业规程可简单凝练为“工作环境检测→工作场景理解→智能规划、导航→执行作业方案”。 3.1.1 工作环境检测 工作环境检测是较检测而言更广度的概念,包括缺陷等管道信息及温、湿度,水深,淤积物厚度等管内信息。多类别的目标检测要求机器人搭载多种检测技术及传感器。 3.1.2 工作场景理解 场景理解基于环境检测实现,自图像、视频中利用深度学习、语义分割等算法提取信息,多层次表达作业环境,实现机器人对作业目标的识别、理解。场景理解为智能作业提供数据基础,要求机器人应用鲁棒性强、泛化误差小的识别算法。 3.1.3 智能规划、导航 无人作业的关键是制定作业方案,包括作业方式、作业流程等。以清淤作业为例,需判断管内淤积情况(淤积物种类、淤积地形、淤积物硬度等),选择清淤方式与功率(高压水、刀具、铲板等),规划合理的清淤路线(分层清理、按行进方向清理等)。作业方案需要不断修正,每段甚至每个截面的管况都有概率发生变化,在作业过程中需要实时获取、处理、反馈信息,对计算能力与自适应控制有较高要求。 3.1.4 执行作业方案 复杂管况下的作业方案应用多机构、多模块,需求多种检测、清淤技术。要求机器人在结构尺寸、行进能力等参数合理的设计范围内实现多功能集成。 3.2 管道智能运维机器人作业技术发展 智能运维机器人技术发展将从感知技术、功能模块、智能控制三方面进行论述。 3.2.1 升级感知技术 针对常规管况部分光学技术可以有效地解决主流技术存在的问题。结构光扫描与声

城市排水管道运维机器人研究

【概要描述】季节性雨水、城市建设等自然、人类活动对城市排水能力提出较高要求,维持排水管网的正常运行是城市基础设施运维的重要内容。目前,城市排水管道运维主要依靠人工作业,存在作业难、作业量大、风险性高等问题。以机械代替人工作业的模式因为具有安全、高效的特点成为了城市排水管道运维作业的发展趋势。介绍了国内外管道检测、作业机器人的研究现状,从作业方式、机械设计、控制模式三个方面分析了现有技术存在的不足;提出了排水管道运维机器人的作业规程并总结其发展方向,如检测技术提升、功能模块优化、控制模式智能化等,为排水管道运维机器人的研究发展提供新思路。

截至2019年底,我国排水管网总长超过74.4万km,年污水排放量达555亿m³。而随着海绵城市建设以及国家对于污水处理要求的提高,近年来管网系统以8.5%的年增长速率持续扩大其运维规模。2021年政府工作报告指出,要持续改善环境质量,“十四五”时期要求基本消除城市黑臭水体,排水管网已由保障城市安全的重要基础设施升级为保证人民幸福生活的重大民生工程。因此,维持排水管网的平稳运行成为一项重要的城市治理任务。

随着管网的建设规模的扩大,保证管网正常服役的需求也逐渐凸显。据住房和城乡建设部科技发展促进中心有关资料显示,我国城市管网普遍存在设施老化与管理技术落后的问题,管道破裂、腐蚀等缺陷导致的城市管道运维事故频发。因此,近些年管网的工作重点逐渐由建设转向维护更新。目前,排水管网检测、清淤、修复等工作通常采用人工作业或人机协同作业模式。以管道清淤为例,常用方式有绞车清淤,钻杆疏通及高压射流。绞车及清淤设备需要工人下井安装,空间狭小、昏暗,作业困难;且施工环境中的硫化氢等有害气体会严重危害工人健康。总之,管网维护的人工作业方式效率低,局限大,存在安全隐患。

利用机器人代替人工作业已成为管网运维管理的新趋势。在排水管道中使用的运维机器人已由传统的大型工业机器人发展成“小精尖”的特种机器人,能够适应复杂管况并完成任务。管道运维机器人可分为检测机器人与作业机器人:检测机器人指通过声学、光学设备或技术实现管道内部的信息采集及模型重建的机器人;作业机器人指清理管内淤积或完成管体缺陷修复及更换的机器人,这些机器人的协同配合可辅助排水管道的运维工作。

本文归纳了排水管道运维机器人的研究现状,介绍了国内外高校、科研院所及企业具有代表性的产品,并对其使用的关键技术或机构做简要概述,最后总结了研究现状的不足,并对该领域的发展趋势做出展望。

1 排水管道运维机器人研究现状

为厘清目前国内外对于排水管道运维机器人及技术研究的总体情况,本文在WOS(Web of Science)核心数据库上统计了领域内文章发表数量并使用文献计量工具对相关文献进行了合作作者可视化分析,结果如图1和表1所示。其中,AHRARY A团队、ELKMANN N团队成果较多,形成了一定的研究体系。AHRARY A团队设计了原型机器人KANTARO ,系统地研究了排水管道机器人检测、定位、导航技术;ELKMANN N团队致力于进行排水管道检测、清理机器人系统的研究,提出了基于运动学、视觉的全自动检测系统的实现方法及面向服务的数据检测及处理架构。

本文同时计量了管道机器人(石油、燃气等管道)的研究现状,意图通过对比确定排水管道机器人的研究广度与先进性。相较管道机器人,城市排水管道机器人研究起步晚,范围小。相关研究团队缺乏持续、深入地研究,团队间交流合作较少。数据表示排水管道机器人的研究存在不足,亦说明目前排水管道机器人的研究有较好的发展前景。

1.1 检测机器人

管道运维机器人的相关研究主要集中于检测机器人。国外起步较早,20世纪80年代已有产业化的商品机器人投入市场,德国、美国、日本等国的技术处于世界领先水平。我国同期开始对了管道检测机器人的探索。哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学等高校研制了适用于不同场景的检测机器人,以深圳施罗德、武汉中仪物联公司为代表的企业陆续投入产品研发,填补了国内管道机器人研究、市场的空白。

管道内部相关数据是其运维管理所需的重要信息,其数据的精度与机器人上搭载的检测技术存在直接关系。因此,高效准确的管道检测技术或方法十分重要。易于机器人搭载的技术有管道闭路电视检测(Close circuit television inspection,CCTV)、声呐、雷达等,这些技术均存在其优势区间及不足:CCTV可检测所有结构性、功能性缺陷,但工作条件较为严苛,且使用前需暂停管段使用并进行排水、冲洗工作,管道能见度直接决定检测质量;声呐可在黑暗、有水环境下完成对管道的检测,但检测缺陷种类有限,数据存在噪声。

美国通用电气贝克休斯集团旗下的韦林工业集团基于其世界领先的内窥镜技术研发了ROVVER系列检测机器人。ROVVER900采用轻量机械设计,重25kg,尺寸约582 mm×200 mm×150mm,易于使用人工或小型机械部署;模块设计具有扩展性与适应性,可用于限制、突出管道及支管检测;搭载高像素CCD摄像头,高度、角度、焦距在一定范围内可调,具备多视角、高精度获取图像的能力 。

深圳施罗德工业集团面向排水管道及箱涵推出S系列检测机器人。该系列机器人多采用轮式行走模式,配备防侧翻警报与位姿检测系统;应用高精度计米装置与GPS实现作业进度厘米级控制;机器人前端、后端搭载高清无延时摄像头,消除检测死角。

表2展示了国内外典型检测机器人的型号、参数,面向多管径、多管况的检测机器人已经提出,技术体系逐渐成熟。

表2 国内外典型管道检测机器人

基于人工智能的管道检测辅助技术指的是使用机器学习、深度学习算法自动处理机器人检测结果,辅助作业人员得出检测结论的技术,是继检测机器人后新的研究热点。清华大学、阿肯色理工大学、开罗大学、同济大学等高校在CCTV的基础上利用CNN、SVM、ELM等算法分割检测结果,识别、分类管道缺陷。该类技术有效降低工人劳动量与检测成本,避免不确定因素导致的漏诊、错诊,实现检测流程智能化。

1.2 作业机器人

管道作业主要包括管道清淤及管道修复。清淤机器人已存在大量设计方案,华中科技大学研发了面向深隧的清淤、检测一体机器人,针对深隧埋深大、管径大的问题,机器人使用有缆方式进行通信与电力供给,续航时间长、信号传输稳。清淤使用弹簧钢片与螺旋叶片结合的方式,范围广,效率高,耗能小,作业稳定。

萨拉斯瓦蒂工程学院提出了一个集成检测、清淤及有毒气体中和的机器人系统。机器人配有红外摄像头,高压水、切割刀片、抽吸泵,气体传感器。使用红外摄像头及传感器检测管道中的堵塞并反馈给终端界面;使用高压水、切割刀片与抽吸泵清除管内淤积并抽吸至地上容器储存;有毒气体由气体传感器检测并通过添加液化微生物来消除有害影响。

表3列举了国内外部分管道清淤机器人,介绍了清淤机器人模块设计方案。目前清淤机器人的研究多而不精,机构设计较检测机器人均较为普通;部分方案仍处于概念设计阶段,清淤能力难以表征。

表3 国内外管道清淤机器人


管道修复常使用非开挖修复技术,指采用不开挖或少量开挖的方式进行地下管道修复。作业过程开挖量小,避免土方作业导致的交通拥堵及环境污染。人工非开挖修复主要使用钢套环、螺旋缠绕、管道内衬技术,工艺流程复杂,不适于机器人作业。

国内外非开挖修复机器人的研究总量少。相比国外,我国相关成果或方案较多,但尚未形成研究体系,成果多来自施罗德等机器人企业或市政公司等城建企业,中国石油大学等高校也有相关研究。较为常见的是使用光固化成型技术、水泥砂浆喷涂技术及3D打印技术,作业模块小且工序简单,具有一定工程使用价值。

2 研究现存问题

分析排水管道运维机器人作业环境、技术要求等因素,本文认为排水管道机器人研究的技术难题有三点,见下文分析。

2.1 传统的检测方式无法满足所有检测需求

传统的检测方式各自存在一定的弊端,需要融合多种检测手段或研发新检测技术以应对复杂作业环境或检测需求。

部分污水氮、磷元素含量较高,藻类、藓类植物在管壁或管底大量生长形成生物菌膜。这导致部分管道缺陷被生物膜覆盖,使用视觉进行检测时易出现漏诊情况。

在实际的检测工作中,另一项重要的工作是判断管道侵蚀程度,管道在侵蚀作用下的受损量将成为管道修复、更新的依据。传统方法以对比点云模型与设计模型的方法计算侵蚀程度,效率低、欠直观,无法有效解决工程问题。

2.2 传统的机体设计无法适应所有管道环境

管道淤积成分复杂,有软质淤积物(淤泥等),硬质淤积物(石块、泥块及树根等),还有较为特殊的尼龙、塑料袋及油脂。针对不同淤积物的处理方式不同:软质采用刮、刨、推、冲,硬质采用切、割。尼龙、塑料袋较难切断,易缠绕在机构增大机械运行的不稳定性,是清淤的难点。清淤机器人普遍采用一种或两种作业方式,无法应对复杂淤积物,清淤效果不佳。

恶劣环境是机器人的机构、功能设计的一项挑战。以行走模块为例,轮式机器人行进速度快、效率高,越障能力较差,易陷入软泥;履带机器人运行平稳,适用于各种地形,行进效率偏低。保证机器人可靠度与工作性的关键在于选择各模块,设计行进功率、作业功率、机体尺寸等参数设计需将环境因素纳入考虑。

作业机器人多数处于概念设计且考虑约束条件较少,作业性能存在问题,整体结构与关键模块的技术仍需升级。

表4排水管道机器人面临的挑战


2.3 传统的控制模式无法实现自主作业

机器人初期是一种辅助人类完成作业的半自主智能机器,人工智能的发展小幅度修改了其本质:“机器人是自动执行工作的机器装置,既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术指定的原则纲领行动”。初级的自主式机器人通过算法、程序完成固定化工作,适用于工业流水线或稳定的作业环境;智能机器人的作业模式相对高级,实时获取环境信息并以此制定作业方案,迭代、优化并执行。大多数运维机器人依靠遥控完成作业,通过人脑完成作业方式、参数选择,路径规划等关键步骤,缺乏智能化控制。

3 研究展望

在研发具有自主学习功能的建筑机器人的趋势下,无人土方作业推土机、无人盾构掘进机等无人作业装备被陆续提出,碧桂园公司已将无人抹灰、无人浇筑等机器人投入应用,排水管道运维机器人在无人作业领域较其他机械存在较大差距。因此,运维机器人自动化作业是未来重大发展方向。本文综合其他无人设备的工作模式对管道智能运维机器人作业的规程作简要介绍,并按实现规程所需关键技术对机器人的发展做出展望。

3.1 管道智能运维机器人作业规程及要求

作业规程可简单凝练为“工作环境检测→工作场景理解→智能规划、导航→执行作业方案”。

3.1.1 工作环境检测

工作环境检测是较检测而言更广度的概念,包括缺陷等管道信息及温、湿度,水深,淤积物厚度等管内信息。多类别的目标检测要求机器人搭载多种检测技术及传感器。

3.1.2 工作场景理解

场景理解基于环境检测实现,自图像、视频中利用深度学习、语义分割等算法提取信息,多层次表达作业环境,实现机器人对作业目标的识别、理解。场景理解为智能作业提供数据基础,要求机器人应用鲁棒性强、泛化误差小的识别算法。

3.1.3 智能规划、导航

无人作业的关键是制定作业方案,包括作业方式、作业流程等。以清淤作业为例,需判断管内淤积情况(淤积物种类、淤积地形、淤积物硬度等),选择清淤方式与功率(高压水、刀具、铲板等),规划合理的清淤路线(分层清理、按行进方向清理等)。作业方案需要不断修正,每段甚至每个截面的管况都有概率发生变化,在作业过程中需要实时获取、处理、反馈信息,对计算能力与自适应控制有较高要求。

3.1.4 执行作业方案

复杂管况下的作业方案应用多机构、多模块,需求多种检测、清淤技术。要求机器人在结构尺寸、行进能力等参数合理的设计范围内实现多功能集成。

3.2 管道智能运维机器人作业技术发展

智能运维机器人技术发展将从感知技术、功能模块、智能控制三方面进行论述。

3.2.1 升级感知技术

针对常规管况部分光学技术可以有效地解决主流技术存在的问题。结构光扫描与声

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季节性雨水、城市建设等自然、人类活动对城市排水能力提出较高要求,维持排水管网的正常运行是城市基础设施运维的重要内容。目前,城市排水管道运维主要依靠人工作业,存在作业难、作业量大、风险性高等问题。以机械代替人工作业的模式因为具有安全、高效的特点成为了城市排水管道运维作业的发展趋势。介绍了国内外管道检测、作业机器人的研究现状,从作业方式、机械设计、控制模式三个方面分析了现有技术存在的不足;提出了排水管道运维机器人的作业规程并总结其发展方向,如检测技术提升、功能模块优化、控制模式智能化等,为排水管道运维机器人的研究发展提供新思路。

截至2019年底,我国排水管网总长超过74.4万km,年污水排放量达555亿m³。而随着海绵城市建设以及国家对于污水处理要求的提高,近年来管网系统以8.5%的年增长速率持续扩大其运维规模。2021年政府工作报告指出,要持续改善环境质量,“十四五”时期要求基本消除城市黑臭水体,排水管网已由保障城市安全的重要基础设施升级为保证人民幸福生活的重大民生工程。因此,维持排水管网的平稳运行成为一项重要的城市治理任务。

随着管网的建设规模的扩大,保证管网正常服役的需求也逐渐凸显。据住房和城乡建设部科技发展促进中心有关资料显示,我国城市管网普遍存在设施老化与管理技术落后的问题,管道破裂、腐蚀等缺陷导致的城市管道运维事故频发。因此,近些年管网的工作重点逐渐由建设转向维护更新。目前,排水管网检测、清淤、修复等工作通常采用人工作业或人机协同作业模式。以管道清淤为例,常用方式有绞车清淤,钻杆疏通及高压射流。绞车及清淤设备需要工人下井安装,空间狭小、昏暗,作业困难;且施工环境中的硫化氢等有害气体会严重危害工人健康。总之,管网维护的人工作业方式效率低,局限大,存在安全隐患。

利用机器人代替人工作业已成为管网运维管理的新趋势。在排水管道中使用的运维机器人已由传统的大型工业机器人发展成“小精尖”的特种机器人,能够适应复杂管况并完成任务。管道运维机器人可分为检测机器人与作业机器人:检测机器人指通过声学、光学设备或技术实现管道内部的信息采集及模型重建的机器人;作业机器人指清理管内淤积或完成管体缺陷修复及更换的机器人,这些机器人的协同配合可辅助排水管道的运维工作。

本文归纳了排水管道运维机器人的研究现状,介绍了国内外高校、科研院所及企业具有代表性的产品,并对其使用的关键技术或机构做简要概述,最后总结了研究现状的不足,并对该领域的发展趋势做出展望。

1 排水管道运维机器人研究现状

为厘清目前国内外对于排水管道运维机器人及技术研究的总体情况,本文在WOS(Web of Science)核心数据库上统计了领域内文章发表数量并使用文献计量工具对相关文献进行了合作作者可视化分析,结果如图1和表1所示。其中,AHRARY A团队、ELKMANN N团队成果较多,形成了一定的研究体系。AHRARY A团队设计了原型机器人KANTARO ,系统地研究了排水管道机器人检测、定位、导航技术;ELKMANN N团队致力于进行排水管道检测、清理机器人系统的研究,提出了基于运动学、视觉的全自动检测系统的实现方法及面向服务的数据检测及处理架构。

本文同时计量了管道机器人(石油、燃气等管道)的研究现状,意图通过对比确定排水管道机器人的研究广度与先进性。相较管道机器人,城市排水管道机器人研究起步晚,范围小。相关研究团队缺乏持续、深入地研究,团队间交流合作较少。数据表示排水管道机器人的研究存在不足,亦说明目前排水管道机器人的研究有较好的发展前景。

1.1 检测机器人

管道运维机器人的相关研究主要集中于检测机器人。国外起步较早,20世纪80年代已有产业化的商品机器人投入市场,德国、美国、日本等国的技术处于世界领先水平。我国同期开始对了管道检测机器人的探索。哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学等高校研制了适用于不同场景的检测机器人,以深圳施罗德、武汉中仪物联公司为代表的企业陆续投入产品研发,填补了国内管道机器人研究、市场的空白。

管道内部相关数据是其运维管理所需的重要信息,其数据的精度与机器人上搭载的检测技术存在直接关系。因此,高效准确的管道检测技术或方法十分重要。易于机器人搭载的技术有管道闭路电视检测(Close circuit television inspection,CCTV)、声呐、雷达等,这些技术均存在其优势区间及不足:CCTV可检测所有结构性、功能性缺陷,但工作条件较为严苛,且使用前需暂停管段使用并进行排水、冲洗工作,管道能见度直接决定检测质量;声呐可在黑暗、有水环境下完成对管道的检测,但检测缺陷种类有限,数据存在噪声。

美国通用电气贝克休斯集团旗下的韦林工业集团基于其世界领先的内窥镜技术研发了ROVVER系列检测机器人。ROVVER900采用轻量机械设计,重25kg,尺寸约582 mm×200 mm×150mm,易于使用人工或小型机械部署;模块设计具有扩展性与适应性,可用于限制、突出管道及支管检测;搭载高像素CCD摄像头,高度、角度、焦距在一定范围内可调,具备多视角、高精度获取图像的能力 。

深圳施罗德工业集团面向排水管道及箱涵推出S系列检测机器人。该系列机器人多采用轮式行走模式,配备防侧翻警报与位姿检测系统;应用高精度计米装置与GPS实现作业进度厘米级控制;机器人前端、后端搭载高清无延时摄像头,消除检测死角。

表2展示了国内外典型检测机器人的型号、参数,面向多管径、多管况的检测机器人已经提出,技术体系逐渐成熟。

表2 国内外典型管道检测机器人

基于人工智能的管道检测辅助技术指的是使用机器学习、深度学习算法自动处理机器人检测结果,辅助作业人员得出检测结论的技术,是继检测机器人后新的研究热点。清华大学、阿肯色理工大学、开罗大学、同济大学等高校在CCTV的基础上利用CNN、SVM、ELM等算法分割检测结果,识别、分类管道缺陷。该类技术有效降低工人劳动量与检测成本,避免不确定因素导致的漏诊、错诊,实现检测流程智能化。

1.2 作业机器人

管道作业主要包括管道清淤及管道修复。清淤机器人已存在大量设计方案,华中科技大学研发了面向深隧的清淤、检测一体机器人,针对深隧埋深大、管径大的问题,机器人使用有缆方式进行通信与电力供给,续航时间长、信号传输稳。清淤使用弹簧钢片与螺旋叶片结合的方式,范围广,效率高,耗能小,作业稳定。

萨拉斯瓦蒂工程学院提出了一个集成检测、清淤及有毒气体中和的机器人系统。机器人配有红外摄像头,高压水、切割刀片、抽吸泵,气体传感器。使用红外摄像头及传感器检测管道中的堵塞并反馈给终端界面;使用高压水、切割刀片与抽吸泵清除管内淤积并抽吸至地上容器储存;有毒气体由气体传感器检测并通过添加液化微生物来消除有害影响。

表3列举了国内外部分管道清淤机器人,介绍了清淤机器人模块设计方案。目前清淤机器人的研究多而不精,机构设计较检测机器人均较为普通;部分方案仍处于概念设计阶段,清淤能力难以表征。

表3 国内外管道清淤机器人


管道修复常使用非开挖修复技术,指采用不开挖或少量开挖的方式进行地下管道修复。作业过程开挖量小,避免土方作业导致的交通拥堵及环境污染。人工非开挖修复主要使用钢套环、螺旋缠绕、管道内衬技术,工艺流程复杂,不适于机器人作业。

国内外非开挖修复机器人的研究总量少。相比国外,我国相关成果或方案较多,但尚未形成研究体系,成果多来自施罗德等机器人企业或市政公司等城建企业,中国石油大学等高校也有相关研究。较为常见的是使用光固化成型技术、水泥砂浆喷涂技术及3D打印技术,作业模块小且工序简单,具有一定工程使用价值。

2 研究现存问题

分析排水管道运维机器人作业环境、技术要求等因素,本文认为排水管道机器人研究的技术难题有三点,见下文分析。

2.1 传统的检测方式无法满足所有检测需求

传统的检测方式各自存在一定的弊端,需要融合多种检测手段或研发新检测技术以应对复杂作业环境或检测需求。

部分污水氮、磷元素含量较高,藻类、藓类植物在管壁或管底大量生长形成生物菌膜。这导致部分管道缺陷被生物膜覆盖,使用视觉进行检测时易出现漏诊情况。

在实际的检测工作中,另一项重要的工作是判断管道侵蚀程度,管道在侵蚀作用下的受损量将成为管道修复、更新的依据。传统方法以对比点云模型与设计模型的方法计算侵蚀程度,效率低、欠直观,无法有效解决工程问题。

2.2 传统的机体设计无法适应所有管道环境

管道淤积成分复杂,有软质淤积物(淤泥等),硬质淤积物(石块、泥块及树根等),还有较为特殊的尼龙、塑料袋及油脂。针对不同淤积物的处理方式不同:软质采用刮、刨、推、冲,硬质采用切、割。尼龙、塑料袋较难切断,易缠绕在机构增大机械运行的不稳定性,是清淤的难点。清淤机器人普遍采用一种或两种作业方式,无法应对复杂淤积物,清淤效果不佳。

恶劣环境是机器人的机构、功能设计的一项挑战。以行走模块为例,轮式机器人行进速度快、效率高,越障能力较差,易陷入软泥;履带机器人运行平稳,适用于各种地形,行进效率偏低。保证机器人可靠度与工作性的关键在于选择各模块,设计行进功率、作业功率、机体尺寸等参数设计需将环境因素纳入考虑。

作业机器人多数处于概念设计且考虑约束条件较少,作业性能存在问题,整体结构与关键模块的技术仍需升级。

表4排水管道机器人面临的挑战


2.3 传统的控制模式无法实现自主作业

机器人初期是一种辅助人类完成作业的半自主智能机器,人工智能的发展小幅度修改了其本质:“机器人是自动执行工作的机器装置,既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术指定的原则纲领行动”。初级的自主式机器人通过算法、程序完成固定化工作,适用于工业流水线或稳定的作业环境;智能机器人的作业模式相对高级,实时获取环境信息并以此制定作业方案,迭代、优化并执行。大多数运维机器人依靠遥控完成作业,通过人脑完成作业方式、参数选择,路径规划等关键步骤,缺乏智能化控制。

3 研究展望

在研发具有自主学习功能的建筑机器人的趋势下,无人土方作业推土机、无人盾构掘进机等无人作业装备被陆续提出,碧桂园公司已将无人抹灰、无人浇筑等机器人投入应用,排水管道运维机器人在无人作业领域较其他机械存在较大差距。因此,运维机器人自动化作业是未来重大发展方向。本文综合其他无人设备的工作模式对管道智能运维机器人作业的规程作简要介绍,并按实现规程所需关键技术对机器人的发展做出展望。

3.1 管道智能运维机器人作业规程及要求

作业规程可简单凝练为“工作环境检测→工作场景理解→智能规划、导航→执行作业方案”。

3.1.1 工作环境检测

工作环境检测是较检测而言更广度的概念,包括缺陷等管道信息及温、湿度,水深,淤积物厚度等管内信息。多类别的目标检测要求机器人搭载多种检测技术及传感器。

3.1.2 工作场景理解

场景理解基于环境检测实现,自图像、视频中利用深度学习、语义分割等算法提取信息,多层次表达作业环境,实现机器人对作业目标的识别、理解。场景理解为智能作业提供数据基础,要求机器人应用鲁棒性强、泛化误差小的识别算法。

3.1.3 智能规划、导航

无人作业的关键是制定作业方案,包括作业方式、作业流程等。以清淤作业为例,需判断管内淤积情况(淤积物种类、淤积地形、淤积物硬度等),选择清淤方式与功率(高压水、刀具、铲板等),规划合理的清淤路线(分层清理、按行进方向清理等)。作业方案需要不断修正,每段甚至每个截面的管况都有概率发生变化,在作业过程中需要实时获取、处理、反馈信息,对计算能力与自适应控制有较高要求。

3.1.4 执行作业方案

复杂管况下的作业方案应用多机构、多模块,需求多种检测、清淤技术。要求机器人在结构尺寸、行进能力等参数合理的设计范围内实现多功能集成。

3.2 管道智能运维机器人作业技术发展

智能运维机器人技术发展将从感知技术、功能模块、智能控制三方面进行论述。

3.2.1 升级感知技术

针对常规管况部分光学技术可以有效地解决主流技术存在的问题。结构光扫描与声呐SLAM常用于三维模型重建与逆向工程,亦可以实现水下测量,具有高精度,全场景测量等优势;深度传感技术从基于二维图像的检测转向基于三维深度的检测,其中ToF(Time of Flight,飞行时间)技术效果最佳,具有良好发展潜力;利用光反射测距的激光雷达能够提供精确的管道参数测量,检测结果稳定。

而面对上文提出的复杂管况,苏黎世联邦理工学院与牛津大学联合设计了使用触觉系统评估混凝土管道劣化程度的机器人。该机器人通过预设动作抓挠混凝土管产生振动,位于腿部的力/扭矩传感器捕捉这一振动并通过预先训练的支持向量机完成对混凝土管的评估;澳大利亚拉筹伯大学面向管道顶部腐蚀检测研发了使用位移探头的遥控机器人,根据探头伸出距离使用数学模型快速计算管道有效内径及腐蚀程度,为管道的更新维护提供了直接依据。两项研究创新地通过触觉、物理方法实现管道检测,为检测技术的发展提供了新思路。

3.2.2 优化功能模块

功能模块需要从集成、升级两个角度进行优化。检测和作业机器人功能简单,作业手段单一,工作方向明确。智能运维机器人具有 “一机多用”的特性:完成检测、作业单项任务或管道全流程运维管理,其实现方法为多层次集成:在功能层面集成检测功能及作业功能;在机构/技术层面集成多种机构/技术以应对不同需求。

“小、轻、快、强”是机器人升级的目标:机器人及运行所需配套设施体积小,使用电池供电及5G通信等方案使机器人运行“无线化”,增大作业范围及深度;机器人及附属机构质量轻,通过人工、叉车或行走模块完成机器人部署,无需吊车等大型设备;机器人在陆上、管内行进速度快,动力强,作业效率高;机器人附属机构功效强。检测设备使用范围广、成像清晰、易于机器人提取信息,清淤设备功率大、冲击力强、清淤效果好。

3.2.3 实现智能控制

运动控制是机器人控制的关键,常分为高度控制、位置控制、航向控制等。为实现更复杂的控制,必要的工作是将机器人的耦合运动解耦,设计其子运动的独立闭环控制回路实现精细控制,更好地表征机器人的运动形态。在闭环回路中,控制算法(控制器)根据输入参数返回闭环回路的输出,是决定控制效果的关键。在实际工程中,选择一种稳定、鲁棒性强的算法十分重要。而在排水管道内,控制算法要兼具稳定性及适应性,以便及时对复杂环境做出反馈。神经网络、自适应控制方法是主流的两种控制算法,自适应控制通过输入输出参数的变化自主调整系统参数以达到最优的输出效果,神经网络控制在处理非线性和不确定性变量方面有突出优势,均可作为排水管道智能运维机器人的控制算法。在此基础上,为弥补控制算法的缺点通常使用多控制方法结合的控制策略,如自适应神经网络控制、模糊神经网络控制、自适应滑模变结构控制等。

控制领域正在持续发展,提出了诸多新的控制算法,但大都处于理论探索阶段。开发或应用适宜运维机器人作业的新算法尚存在较多困难,需要进行深入的理论与实测验证。

4 结语

排水管网的运维管理是一项重大民生工程,其传统的运维方式存在一定的不足,基于管道运维机器人的管网运维辅助成为了城市基础设施运维管理研究的热点。本文介绍了排水管道运维机器人的作业优势及国内外代表性研究成果,分析了现有研究的不足。现阶段研制的管道运维机器人检测方式局限大,作业方式单一,难以较好完成作业任务。而复杂的管况又对机器人提出了严苛要求,须研发性能卓越的硬、软件系统以应对可能的挑战。

在无人装备的研究热潮中,实现管道运维机器人的自主作业是一项重大课题。自主作业要求机器人具有高精度的环境感知能力,信息识别能力,决策、优化能力和调整能力,需要在感知、智能控制等技术上取得突破。希望未来能依托于现有的研究基础实现排水管道运维的自动化作业,研制出稳定、可靠的自主作业机器人,有效解决因管网淤积、破损导致的诸多问题,提高城市治理水平。

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  • 2022-04-16
    凝结水高温除铁装置
    凝结水高温除铁装置概述: 凝结水高温除铁装置采用304不锈钢制造,内外表面抛光,配套的过滤元件(水膜滤芯)是一种新型多孔过滤材料,具有结构均匀、孔径均匀、孔隙率高、过滤阻力小、耐高温、耐腐蚀使用寿命长等优点。该过滤装置具有体积小、重量轻、使用方便、过滤面积大、使用寿命长、过滤速度快、热稳定性和化学稳定性好,适合各种介质的气液体过滤。产品广泛应用于食品、烟草、饮料、制药、化工等行业,具有更长的使用寿命。 1.产品特点 1.1 耐腐蚀性能好 1.2 过滤效率高达95—99.9 1.3 可耐温为120℃ 1.4 使用寿命长,易于反洗,可反复再,生 2. 应用领域 2.1 石油化工等领域的固液分离和处理等  2.2药液、化工原料等脱碳过滤 2.3 高温、高压介质的过滤与分离  2.4 强酸、强碱、强氧化剂的过滤 3. 主要技术参数 3.1 壳体材质:304 3.2设计压力/工作压力:0.6/0.4Mpa  3.3试验压力:0.6Mpa 3.4 设计温度/工作温度:120℃/95℃ 3.5过滤元件材质:专用滤芯 3.6工作电源:380V50Hz,三相四线制 三、结构特征及工作原理 1. 结构特征:设备采用撬装设计,所有部件安装在撬架上,并通过管阀连接,设备运抵现场,只需接通电源和进、出、排污管路即可调试运行;安装、使用、维护方便,操作灵活,占用空间小,对地面压力均衡,并具有减振消噪功能。 2. 材料甄选:过滤器壳体选用SS304不锈钢衬塑处理,、管道、阀门均选用304L材质,耐化学腐蚀性能强,使用寿命长,为降低成本,撬架为碳钢结构; 3 易于操作,控制可靠:选用西门子s7-200系统控制,控制面板设有“自动/手动”转换旋钮,人机界面和谐友善;根据水质监测数据或压力传感器信号,有序控制阀门的开闭,自动改变水流通道完成规律去的反洗、自检过程,通过对过滤器的反冲洗,能及时出掉过滤器中拦,截的污物,避免在使用过程中由于污物沉积和固结在过滤器中,造成系统出水量小或出水水质不佳。 4运行:具有水质在线检测和故障检测报,警功能,能够保证在应急状态下凝结水管网系统正常运行,具有自动泄水功能。 5 工作原理:凝结水由进水管进入预处理罐,罐内设有催化氧化和磁聚合单元,在催化剂作用下二价铁离子得以完全氧化的,并在磁场作用下粒径变大至微米级以上;经过预处理的凝结水经由进水总管分别进入多个过滤罐,“长大”后的氧化铁颗粒及其他杂质被滤元拦,截,滤元在使用一段时间以后,将产生一定程度的堵塞,表现为流量减少,过滤前端压力高,如:从0.22mPa以下升高到0.3mPa以上,这时控制系统将对每个过滤罐单独轮流反洗,反洗过程连续供水不停机。 四、设备运行说明 1设备安装:设备采用撬装设计,所有部件安装在撬架上,由管阀连接对安装地基没有特殊要求,普通铺装地面即可安装。 2检查电控系统:检查电源电压是否正常,接地是否可靠,所有接头是否牢固,连接点线无破损,线槽桥架是否完好,然后合闸通电,检查仪表仪器指示是否正常。 3 检查管阀系统:在控制面板点击“手动反洗”,关闭出水阀、排污阀,打开进水阀,检查管路连接是否存在跑冒滴漏现象; 4 清洗安装垃圾:打开进水阀、排污阀,关闭出水阀冲刷设备和管道内部存留杂物; 5 初运行:在控制面板点击“运行”,所有阀门自动回位,打开设备进出水口手动阀门,设备进入自动运行状态; 6 正常运行:根据水质情况修正排污时长和排污周期,使设备始终处于运行状态; 7 反洗:根据设定的时间或压差启动反洗程序,两者互补,连续两次反洗后仍不能降低压差,则声光提醒清洗滤元; 8 滤元清洗方法: 对于新使用的滤芯,一般采用清水反冲或气体反吹的方法来进行清洗,即用稍大于工作压力(如;0.3mPa)的清水反方向注水清洗。反冲时间约为1-3分钟即可;
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  • 2022-04-16
    胶球清洗装置
     胶球清洗装置设备概述 循环水系统中因水质问题造成的表面形成污垢,使换热器的传热效率降低,增加系统耗能。传统方法为定期化学或物理清洗,其缺点是清洗不及时,在污垢形成一定程度时才进行清洗,而在其清洗周期内造成许多能源的浪费。针对以上问题,我公司参考了国内外先进设备的基础上,自主研发了新一代胶球清洗装置。可在系统正常运营的情况下,自动清洗换热器表面污垢,清洗周期可根据系统情况任意调整,使系统节能5-15。  胶球清洗装置设备特点 1、自动化程度高,操作较简单,可实现智能远传控制 2、有水力射流发球,对胶球损伤较小,胶球寿命长。 3、全新的胶球回收装置,回收率达98以上。  胶球清洗装置技术参数 工作电压:380V50Hz 功 率:1.5KW—2.2KW 工作环境要求:-5℃--50℃ 相对湿度:<95 供 电:三相五线制  胶球清洗装置设备构成 JQQX冷凝器胶球自动清洗系统主要由高集成度的发球机和收球机组成,其中收球机分三种型号。 JYT发球机(FQJ) 1、电源:3*380V/220V;频率:50Hz;功率:1.5-2.2KW;耗电量小于1KW·H/天。 2、连接口径有DN50\DN65\DN80;承压16Bar;发球时水量瞬间不小于7L/S。 3、内置专用胶球泵、电动阀门转换水道,送球、回球线路分离,结构紧凑合理。 4、箱体装有大口径玻璃视窗,观察送、回球直观明了。  胶球清洗装置设备构成 JQQX收球机: 1、碳钢外壳,内置不锈钢滤网,内壁光滑不刮球,使用寿命长,用于收集胶球;承压16Bar; 2、遵循流体力学原理设计,有。效过流面积大于连接管道横截面积的4倍。水流速度不小于4m/s时,其局部水头损失小于0.5m。 3、可根据现场情况,灵活设计安装Y型、T型、直通漏斗式普通型多种结构,安装灵活方便,水阻少,不留回球死角。 安装示意及注意事项 JQQX用于冷水机组冷凝器清洗,安装在冷水机组的水进出水管上(如图所示)。为保证JQQX正常运行,保持良好的运行工况,安装时应注意以下事项: 1、发球机的外接管路应尽量做短,尽量减少直角弯头,尽量减少运行阻力。 2、收球器安装在水出水管道上,并设于水出水软管接头与水出水管阀门之间,且两端需加装短接,以便收球器的检修与拆装。 3、水流开关应注意水流方向,且水平或垂直安装在水进出水管上,离弯头的位置≥30CM,确保提供给JYT的信号正确稳定。 4、确定各部件的安装位置,预留足够的检修空间。周围预留600mm的检修空间。 5、启动前,清,理冷凝器换热管内壁的污垢,清理整个管道系统(包括过滤器),排除安装过程残留在管道系统中的焊渣、铁丝、塑料等,施工严格按《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002的相关规定进行。 技术要求: 1、根据现场情况,确定发球机、收球器的安装位置,并预留足够的检修空间,且不得影响其他设备运行、检修。 2、安装应有人士进行; 3、设备、管件安装连接要顺畅、牢固、整齐,尽量减少直角弯头; 4、视图尺寸仅供参考。  备注 1、以上选型仅供参考,根据客户要求及现场勘查可配套符合客户要求的型号; 2、电机功率有1.5KW和2.2KW两种,选择以实际要求为准; 3、根据特殊要求可选“Y”型或“T”型收球器。 4、胶球投放量为冷凝器管道数量的10%。
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  • 2022-04-16
    定压补水装置设备原理
     定压补水装置是利用气体的可压缩性能而设计的,它是在管网补水泵之间增加了一台囊式气压罐。同时在管道上增加电接点压力表,电接点压力可直接显示管网的系统压力,当系统压力低于设置小压力时,电接点压力表将传输信号给管网补水泵,管网补水泵开始工作,系统压力大于设置高压力时,电接点压力表将传输信号给管网补水泵,管网补水泵停止工作。在管网补水泵停止工作后,系统压力靠囊式定压罐来补偿,当管网系统压力下降时,囊式气压罐内的气体要自然膨胀,罐体内的水在气体压力下自动补入系统;当囊式定压罐内的水减小到一定程度,靠管网补水泵来增压,罐内的气体再次被压缩。如此往复的工作,实现对管网系统的稳压。  定压补水装置主要特点 1、一次充气可保持长久使用。 2、罐体为密闭装置,气水不接触,保证水质不受外界污染。 3、占地面积小,安装快、投资省、操作维修方便。 4、可取代生活消防及采暖、空调用的高位水箱及水塔,有利于建筑美观和结构抗震,降低建筑的造价。 5、能自动消,除管网中的水锤音及噪音。 6、在热水采暖及空调系统中起膨胀水箱作用和自动补水作用。 定压补水装置适应范围  1、工业及民用建筑的生产、生活消防给水系统。 2、热水供应系统、热水采暖系统、空调系统 3、作为高层建筑给水系统中水锤噪音消,除设备。 4、农村自来水的理想设备、建筑施工、流动作业中临时供水设备。 5、旅游设施及旅游点的喷泉、林场农村的灌溉系统。 6、集中供热热水采暖系统中作落地膨胀水箱。  定压补水装置设备构造图: 1、罐体 2、水泵 3、配电柜 4、YTK压力 5、底座 6、基础 7、吊装环 8、出水口 9、吸水口 10、充气嘴  五、工作原理 1、囊式自动给水装置 2、DL立式多级泵 3、压力 4、储水池 5、闸板阀门 6、室内消防栓箱 7、进水管道 8、供水干管 9、进出口水阀 10、液位自动控制阀 11、自动负压吸水罐 定压补水装置运行形式 NZGP系列产品可根据用户的要求及用水量的大小进行自动调节,即设备所设置的两台水泵既可单独交替运行,也可并列运行,这样即延长了设备的使用寿命,又满足了用户的要求,确保供水及系统正常运行。 定压补水装置设备安装图: 两泵一罐 #200混凝土 H2 H 预留孔100x100,深300 L3 L2 接循环水泵入口处 B A1 A2 A3 A 定压补水装置设备调试方法与注意事项  调试方法: 1、进出水管路、控制柜电源线、增压泵控制线、电接点压力表信号线等部件连接完毕,检查无误后,进行下一步; 2、检查泵的进出口阀门处于正常全开位置; 3、开启进水阀门,打开两台增压泵泵体的旋塞放净内部空气; 4、根据现场实际需要,将电接点压力表的压力上下限调整好(下限表示低压力,即启泵压力值;下限表示高压力,即停泵压力值)。 5、将控制柜控制开关转到“停止”位置,接通控制柜电源。手动预启动增压泵,检查泵的转向是否正确(通过泵位转换开关对两台泵逐一试验)。 6、将控制柜控制开关转到“自动”位置,设备自动运行。  定压补水装置注意事项: 1、严格按照调试步骤逐步进行,不允许跨步操作,以免造成不必要的机械故障; 2、电接压力表上下限压差值不允许低于0.08MPa,如上限压力调整为0.3 MPa,则下限压力值不允许调整为0.22 MPa以上,以免造成泵的频繁启动。 3、调整电接点压力表的上限值不允许超过泵的高压力上限,如泵的扬程为32米,则电接点压力表的上限值不允许超过0.32 MPa,否则会导致增压泵电流过大,烧坏电机。 4、立式增压泵只为管道增压用,供水水位高于泵的进水口,且供水不允许含有大量气体。
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  • 2022-04-16
    螺旋脱气除污器
    前言 螺旋脱气除污器(别名:螺旋空气杂质分离器)产品详情: 螺旋脱气除污器--连续不断工作,发挥双重功效的螺旋脱气除污器,通过一个装置起到的净化水系统中的气泡和杂质的功能。由于这个整合的举动,所有的气泡和微小的杂质将会被永,久的脱除,保持系统不受气泡和杂质得困扰。它与传统的过滤器和除污器工作方式不同,维护很少。这个装置是否能够在供热系统里发挥它的作用取决于不同方面。 该连续不断工作,发挥双重功效的螺旋脱气除污器,通过这个装置可以起到净化水系统中的气泡和杂质的功能。由于这个整合的举动,所有的气泡和微小的杂质将会被的脱除,保持系统不受气泡和杂质的困扰。它与传统的过滤器和除污器的工作方式不同,维护很少。这个装置能否在供热系统里发挥它的作用取决于不同的方面。脱水除污器必,须安装在主线上,而且为系统温度高点。对于供热系统,位置是供热机组的出口。对于制冷系统,温度高点在制冷机组的回水管上。 螺旋脱气除污器适用范围 螺旋除污器主要用来消,除地下水和包括地下热水及其它水源中的固体颗粒及水中气体,在给水处理领域 除砂、降浊、固液分离、脱气等效果显著。 ● 脱除循环系统中的气泡和气团; ● 大幅减少系统一次注水后的调试时间,不需要额外的排气阀; ● 可在系统运行的情况下排除污物; ● 可以脱除小至5微米(=0.005MM)的污物杂质; ● 同类产品中低的压降比; ● 不会造成不必要的系统停机; ● 广泛适用于不同压力,温度和材质; 螺旋脱气除污器 产品特点 1、除污脱气效率高,清污方便,取消以往除污器前后阀门及旁通管,阻力小且恒定 不变等优点。 2、结构简单,成本低廉,易于安装和操作,几乎不需要维护。 3、增加了过滤单元(过滤精度可由用户选定)及脱气单元,具有除砂率高,脱气效率高,节省空间,对个别微小颗粒的漏捕率低,工作状态稳定等优点 螺旋脱气除污器工作原理 1.自动排气阀保证不泄漏,不会关上。可选择螺纹连接一根排气管; 2.吊耳设计使得安装方便、容易; 3.气室独特设计使杂质不能进入自动排气阀; 4.该阀门能释放掉系统注水时产生的大量空气,并憋去浮渣; 5.多种可供选择的连接管径,焊,接或法兰连接; 6.污物颗粒的脱除不会影响液体的流速; 7.设备外壳坚固,使用寿命长; 8.螺旋管是其核心部分,螺旋管可脱除水中的微泡和微粒,对流体阻力很小; 9.大容量的沉渣室可减少频繁排污; 10.排污阀用于排放污物。 螺旋脱气除污器安装注意事项 1.设备必,须水平安装,安装时注意排气阀的方向,排气阀向上。 2.由于该设备工作过程中无运动部件,免维护,因此设计、安装时可根据现场实际情况布置。 3.设备进出口的管道上,应以靠近管口处设置管道支架;直接与容器管口相连接的大于或等于DN150的阀门下面宜设置支架。 4螺旋脱气除污器进出口均为国标法兰。设备进水口、出水口均需安装阀门。 螺旋脱气除污器使用说明 1.正常工作时,需开启进、出水阀门,关闭排污阀。 2.排污时打开排污阀,直到流出清水。 3.排污完毕后,关闭排污阀即可。 4.如排污压力不足,可关闭出水口处的阀门。 5.安装时应注意管道及水流方向。 6.平面布置需要流出管理人员操作空间。由于该设备工作过程无运动部件,即该设备免维护。但需保持入口负荷稳定,排污阀开闭用力均匀。避免人为损坏。 前言 螺旋脱气除污器(别名:螺旋空气杂质分离器)产品详情: 螺旋脱气除污器--连续不断工作,发挥双重功效的螺旋脱气除污器,通过一个装置起到的净化水系统中的气泡和杂质的功能。由于这个整合的举动,所有的气泡和微小的杂质将会脱除,保持系统不受气泡和杂质得困扰。它与传统的过滤器和除污器工作方式不同,维护很少。这个装置是否能够在供热系统里发挥它的作用取决于不同方面。 该连续不断工作,发挥双重功效的螺旋脱气除污器,通过这个装置可以起到净化水系统中的气泡和杂质的功能。由于这个整合的举动,所有的气泡和微小的杂质将会的脱除,保持系统不受气泡和杂质的困扰。它与传统的过滤器和除污器的工作方式不同,维护很少。这个装置能否在供热系统里发挥它的作用取决于不同的方面。脱水除污器安装在主线上,而且为系统温度。对于供热系统,位置是供热机组的出口。对于制冷系统,温度点在制冷机组的回水管上。 2 适用范围 螺旋除污器主要用来地下水和包括地下热水及其它水源中的固体颗粒及水中气体,在给水处理领域 除砂、降浊、固液分离、脱气等效果显著。 ● 脱除循环系统中的气泡和气团; ● 大幅减少系统注水后的调试时间,不需要额外的排气阀; ● 可在系统运行的情况下排除污物; ● 可以脱除小至5微米(=0.005MM)的污物杂质; ● 同类产品中的压降比; ● 不会造成不必要的系统停机; ● 广泛适用于不同压力,温度和材质; 3 产品特点 1、除污脱气效率高,清污方便,取消以往除污器前后阀门及旁通管,阻力小且恒定 不变等优点。 2、结构简单,成本低廉,易于安装和操作,几乎不需要维护。 3、增加了过滤单元(过滤精度可由用户选定)及脱气单元,具有除砂率高,脱气效率高,节省空间,对个别微小颗粒的漏捕率低,工作状态稳定等优点 4 技术参数 流速:≤1m/s 压力范围:0-10bar 工作温度:0-110摄氏度 流速:≤1m/s 压力范围:0-10bar 工作温度:0-110摄氏度 流速:≤1m/s 压力范围:0-10bar 工作温度:0-110摄氏度 W=焊,接口 F=法兰口 Dem.=可拆卸式 流速:≤1m/s 压力范围:0-10bar 工作温度:0-110摄氏度 W=焊,接口 F=法兰口 5 工作原理 1.自动排气阀保证不泄漏,不会关上。可选择螺纹连接一根排气管; 2.吊耳设计使得安装方便、容易; 3.气室独特设计使杂质不能进入自动排气阀; 4.该阀门能释放掉系统注水时产生的大量空气,并憋去浮渣; 5.多种可供选择的连接管径,焊,接或法兰连接; 6.污物颗粒的脱除不会影响液体的流速; 7.设备外壳坚固,使用寿命长; 8.特,有的螺旋管是其核心部分,螺旋管可脱除水中的小微泡和微粒,对流体阻力很小; 9.大容量的沉渣室可减少频繁排污; 10.排污阀用于排放污物。 6 安装示意图 A旁通阀 B进水阀 C出水阀 D设备 E放空阀 备注:此设备进出口方向可调换。 7安装注意事项 1.设备必,须水平安装,安装时注意排气阀的方向,排气阀向上。 2.由于该设备工作过程中无运动部件,免维护,因此设计、安装时可根据现场实际情况布置。 3.设备进出口的管道上,应以靠近管口处设置管道支架;直接与容器管口相连接的大于或等于DN150的阀门下面宜设置支架。 4螺旋脱气除污器进出口均为国标法兰。设备进水口、出水口均需安装阀门。 8 使用说明 1.正常工作时,需开启进、出水阀门,关闭排污阀。 2.排污时打开排污阀,直到流出清水。 3.排污完毕后,关闭排污阀即可。 4.如排污压力不足,可关闭出水口处的阀门。 5.安装时应注意管道及水流方向。 6.平面布置需要流出管理人员操作空间。由于该设备工作过程无运动部件,即该设备免维护。但需保持入口负荷稳定,排污阀开闭用力均匀。避免人为损坏。
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