Способ и оборудование для обнаружения дефектов уплотнения в канализационных и вентиляционных системах зданий
Изобретение относится к области контрольно-испытательной техники и направлено на упрощение возможности обнаружения и идентификации повреждений в канализационной и вентиляционной системах зданий, что обеспечивается за счет того, что подают импульс давления воздуха с малой амплитудой в канализационную и вентиляционную систему здания, чтобы волна давления проходила через соединительный патрубок в стояк и канализационную сеть, производят запись прохождения упомянутого импульса датчиком давления воздуха, расположенным вблизи патрубка или места подачи импульса, производят запись давления последовательных отраженных импульсов от каждой отводной трубы канализационной сети, создают сигнатуры изменения давления во времени и передают эти сигналы в центральную систему сбора данных. Причем импульс давления распространяется по сети со скоростью звука и отражается каждым концом труб в сети, благодаря чему можно определить характерный коэффициент отражения для каждого конца трубы. Этот коэффициент отражения сравнивают с результатами испытаний, проведенных предварительно для идеальной сети без сухих водяных затворов или протечек, и в случае отличия записанной сигнатуры давления, по точке отклонения, соответствующей моменту времени, когда отраженный импульс приходит к датчику давления от изменившегося конца трубы, определяют этот момент времени, а поскольку скорость волны известна, и расстояние от датчика до неисправного водяного затвора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для обнаружения дефектов уплотнения, например неисправных водяных затворов и других повреждений уплотнения, в канализационных и вентиляционных системах зданий.
Канализационные системы в зданиях предназначены для отвода сточной воды из сантехнических устройств, таких как унитазы, раковины, ванны и т.д., в коллектор, обычно расположенный под зданием. В многоэтажном здании канализационная система содержит по меньшей мере один вертикальный стояк, проходящий через все межэтажные перекрытия, и отводные трубы для отвода в вертикальный стояк сточной воды от каждого сантехнического устройства с каждого этажа. Стояк и/или отводные трубы или даже каждое отдельное сантехническое устройство могут быть снабжены впускными воздушными клапанами или другими подходящими вентиляционными устройствами и/или устройствами снижения положительного давления воздуха.
Водяные затворы или водяные сифоны, как правило, используются в большинстве сантехнических устройств и служат для предотвращения попадания неприятно пахнущего воздуха из коллектора в окружающую среду или в помещение. Водяной затвор обычно состоит из U-образного или выполненного в форме бутылки корпуса, который соединен с сантехническим устройством и в котором в месте, где воздух в помещении должен быть изолирован от стояка и коллектора, остается определенное количество воды. В унитазах водяной затвор является частью их конструкции.
При определенных условиях, таких как отрицательное или положительное давление воздуха, водяные затворы могут быть нарушены и количество воды в них станет недостаточным для обеспечения изоляции от канализационных труб и предотвращения попадания в здание загрязненного воздуха из коллектора. Такие нарушения могут привести к проникновению болезнетворных микроорганизмов или к неисправности системы из-за избыточного давления, результатом чего является загрязнение жилого помещения.
Поэтому для предотвращения перепадов давления воздуха в канализационной системе большое значение имеет ее вентиляция, и в большинстве систем используются воздушные впускные клапаны.
Воздушный впускной клапан позволяет воздуху войти в канализационную систему через воздушный однопутевой клапан, когда сантехническое устройство работает и по трубам течет вода. Когда столб сливаемой воды падает по вертикальному стояку, он увлекает за собой поток воздуха и создается местное всасывание или отрицательное давление. Оно передается по сети и может привести к сифогированию водяных затворов сантехнических устройств. Чтобы компенсировать это отрицательное давление, мембрана воздушного впускного клапана временно поднимается и позволяет атмосферному воздуху войти в канализационную систему. Степень распространения этих колебаний давления определяется объемом сливаемых сточных вод. При отсутствии воздушных впускных клапанов чрезмерное отрицательное давление воздуха может отсосать воду из водяных затворов сантехнических устройств.
С другой стороны, если давление воздуха в канализационной системе резко повышается и становится выше атмосферного, этот короткий импульс положительного давления может вытолкнуть сточную воду (и воздух) в сантехническое устройство, прорывая водяной затвор, с неприятными последствиями в отношении гигиены и здоровья. Поэтому были разработаны устройства снижения положительного давления воздуха, чтобы уменьшить опасность загрязнения, особенно в высотных или многоэтажных зданиях.
Проблема, которая должна быть решена изобретением, состоит в том, чтобы обнаружить или определить любой возможный дефект в канализационной и вентиляционной системе здания, в частности обнаружить неисправные водяные затворы, т.е. затворы, в которых не осталось или осталось мало воды, или другие неисправности в канализационной системе зданий, такие как протечка в стыках или фитингах, или дефекты вследствие закупорки свободного прохода для воды и захваченного воздуха.
Целью изобретения является создание способа и соответствующего оборудования для обнаружения и идентификации таких повреждений в канализационной и вентиляционной системе здания путем использования их коэффициентов отражения импульсов воздуха. При наличии в системе повреждения коэффициент отражения для любого входящего импульса давления воздуха с малой амплитудой изменяется по сравнению с откликом исправной системы.
В самом деле, если имеется «бездефектная» база данных отклика системы на посланный импульс и точная схема системы, то можно определить местоположение любого дефекта, так как импульс распространяется с постоянной скоростью, равной скорости звука в воздухе, и можно определить временной интервал между фронтами отраженных волн, обнаруженными в местах наблюдения.
Согласно изобретению оборудование представляет собой генератор импульсов, соединенный с участком вертикального стояка, и несколько датчиков низкого давления, тоже присоединенных к стояку и предназначенных для обнаружения циклической волны положительного/отрицательного давления воздуха небольшой величины и ее преобразования в электрические сигналы для передачи в сетевую базу данных. Указанные способ и оборудование для обнаружения дефектов, например протечек, в канализационной или вентиляционной системе зданий охарактеризованы в прилагаемой формуле изобретения.
Ниже в качестве примера описан со ссылками на чертежи вариант установки, оснащенной оборудованием согласно изобретению. На чертежах:
Фиг.1 схематично изображает канализационную систему в многоэтажном здании с одним стояком,
Фиг.2 - канализационную систему в многоэтажном здании с двумя стояками,
Фиг.3 изображает более подробно часть стояка, снабженную встроенным фитингом для присоединения генератора импульсов,
Фиг.4 - то же, что фиг.3, но с генератором импульсов, присоединенным к фитингу,
Фиг.5 - разобранный фитинг с трехпутевым поворотным клапаном;
Фиг.6 и 7 - альтернативные варианты выполнения генератора импульсов.
На фиг.1 схематично показана канализационная система многоэтажного здания, содержащая вертикальный сливной стояк 1, к которому присоединены идущие с каждого этажа отводные трубы 2, которые отводят сточные воды из источников 3 слива, расположенных на соответствующих этажах. Источник слива может представлять собой любое сантехническое устройство, например унитаз, сток в полу, раковину, ванну, биде и т.п.
Между каждым источником 3 слива и отводной трубой 2 установлен U-образный водяной затвор 4 или подобное устройство.
Сливаемые жидкости и/или жидкие/твердые стоки из источников 3 слива проходят через соответствующие затворы 4 в отводные трубы 2 и далее по вертикальному стояку 1 в коллектор 5.
Вся система сообщается с окружающей атмосферой через воздушные впускные клапаны 9, установленные, как правило, на самом верху стояка 1, но они могут быть также встроены в корпус водяных затворов. Канализационная система предпочтительно снабжена устройствами снижения положительного давления воздуха (не показаны).
Согласно изобретению вертикальный стояк 1 снабжен по меньшей мере одним фитингом 6, представляющим собой механическое устройство, выполненное с возможностью установки по одной линии со стояком 1. Фитинг 6 имеет соединительное средство или патрубок 21 для сообщения внутреннего пространства стояка 1 с выходом генератора 20 импульсов, показанного на фиг.4, 6 и 7 и описанного ниже. Вблизи каждого фитинга 6 на стояке 1 установлены датчики 7 низкого давления для записи изменения давления воздуха в виде отклика канализационной сети на импульс генератора. Датчики 7 подключены к центральной системе сбора данных, расположенной в здании.
На фиг.2 показана более сложная канализационная система с главным стояком 1 и дополнительным стояком 11. Аналогичные отводные трубы 12 обеспечивают слив жидких/твердых стоков из источников 13 слива в стояки 1 и 11. Дополнительный стояк 11 соединен с основным стояком 1 соединительной трубой 8.
В надлежащих местах установлены одинаковые фитинги 6 для подключения генератора 20 импульсов воздуха низкого давления и датчики 7 низкого давления.
Генератор 20 представляет собой механическое устройство, содержащее подвижную поверхность, установленную с уплотнением в контейнере или цилиндре, например поршень 23 или сильфон, который перемещается возвратно-поступательно электромеханическим устройством.
Как показано на фиг.4, генератор 20 прикрепляется к стояку 1 с помощью фитинга 6, имеющего резьбовой патрубок 21 для соединения с генератором 20. Генератор 20 имеет цилиндрический корпус с внутренней камерой 28 и поршень 23 для перемещения находящегося в камере 28 воздуха с требуемой скоростью и/или частотой во внутреннее пространство стояка 1.
Фитинг 6 изображен на фиг.3, 4, 6, 7, а более подробно на фиг.5. Фитинг 6 является механическим устройством, предназначенным для установки по одной линии со стояком и для соединения через патрубок 21 с выходом генератора 20.
Как показано на фиг.5, такой соединительный механизм реализован в виде трехпутевого клапана 22, установленного с возможностью поворота внутри фитинга 6. Клапан 22 имеет два диаметрально противоположных отверстия 24, соответствующие диаметру вертикального стояка 1, и одно боковое отверстие 26, выполненное в месте расположения соединительных средств 21, для соединения с генератором 20.
Поворот клапана 22 осуществляется любым находящимся снаружи механическим или электромеханическим приводом, которому противодействует механизм, например пружины или грузы, обеспечивающий даже при отключении электроэнергии возврат клапана 22 в рабочее положение, показанное на фиг.3 и 5. Поворот клапана 22 ограничен длиной хода привода 20 и не может превышать 90°.
Фитинг 6 может направлять импульс генератора 20 в стояк 1 вверх или вниз. По окончании испытания или процесса обнаружения фитинг 6 должен вернуться в рабочее положение для непрерываемого вертикального перемещения импульса по стояку 1.
Клапан 22 имеет два «закрытых» положения, в первом из которых, показанном на фиг.4, он повернут против часовой стрелки (стрелка А на фиг.5) и закрывает верхнюю часть стояка 1. Во втором положении клапан 22 повернут по часовой стрелке (стрелка В, не показана) и закрывает нижнюю часть стояка.
Когда генератор 20 не установлен или когда процесс обнаружения закончен, используется заглушка 25 (фиг.3) для соединительного средства 21 генератора 20, которая при установке на клапан 22 запирает его в рабочем положении. Благодаря соответствующему диаметру резьбы на заглушке 25 - соединительном средстве 21 клапана 22 заглушка 25 может быть установлена только тогда, когда клапан 22 находится в рабочем положении, т.е. когда отверстия 24 находятся на одной линии с внутренним диаметром стояка 1.
Габариты трехпутевого фитинга 6 соответствуют размерам конкретного стояка. Фитинг выполнен цилиндрическим, и его полный проходной диаметр соответствует диаметру стояка. Если стояк имеет диаметр 150 мм, то габаритный размер фитинга, скорее всего, будет в пределах 225-250 мм. Устройство может быть снабжено ниппелями, позволяющими использовать его со стояками меньшего диаметра. Это выгодно в том отношении, что можно изготавливать и поставлять на рынок устройство только одного размера со вставными ниппелями.
На фиг.6 и 7 представлен альтернативный вариант генератора 20. Как показано на фиг.6, соединительное средство 21 имеет вид колена с углом 90°, а генератор 20 расположен параллельно стояку 1 для экономии пространства, если это нужно. На фиг.7 показан вариант выполнения генератора 20, в котором поршень 23 является частью гофрированной цилиндрической мембраны 27, содержащей камеру 28, в которой создается импульс воздуха, проходящий через соединительное средство 21 и трехпутевой клапан 22 фитинга 6 мимо датчика 7 в нижнюю часть стояка 1.
Для обнаружения дефектов канализационной сети с помощью положительных или отрицательных импульсов давления воздуха требуется дополнительное оборудование помимо обычно имеющегося в канализационной и вентиляционной системе здания. Для подачи импульса в основном требуется два дополнительных компонента:
- специальный узел разветвления системы, такой как фитинг 6, и
- генератор 20 импульсов воздуха низкого давления.
Оба компонента могут быть выполнены в виде одного устройства, или в виде отдельных устройств. Если они объединены в одно устройство, то оно должно быть установлено в канализационной сети неподвижно. Если же они являются отдельными устройствами, то для облегчения испытаний узлы разветвления или фитинги 6 должны быть установлены неподвижно, а генератор (генераторы) импульсов можно переставлять с одного места на другое в сложной сети.
В любом случае генератор 20 должен создавать волну положительного, отрицательного или циклического положительного/отрицательного давления либо в результате действия поршня, вентилятора, сильфона, мембраны или другой подвижной поверхности внутри устройства, которые обеспечивают взаимодействие система/воздух, либо посредством подключения к источнику хранимого давления. Генерирование импульсов воздуха в любом случае может быть периодическим и/или создаваться синусоидальным колебанием.
Конструкция неподвижных фитингов 6 и генератора 20 должна гарантировать, что во время соединения, отсоединения или работы оборудования не произойдет выброса стоков или утечки газа из канализационной системы в здание. Конструкция источника хранимого давления, если таковой используется, должна исключать возможность обратного потока в резервуар, когда он становится пустым.
Таким образом, для осуществления способа обнаружения дефектов требуется выполнение следующих операций и следующее оборудование:
- Подробная схема системы, взятой из проектной документации здания или полученной по результатам специального обследования;
- Средства подачи импульсов давления воздуха с малой амплитудой в канализационную и вентиляционную систему здания для распространения волны давления в сети. Отклик бездефектной системы на этот импульс записывается несколькими датчиками 7 давления, расположенными в различных точках сети. Этот отклик характеризует систему и используется в качестве базы для сравнения с откликами той же сети при появлении в ней дефектов. Бездефектная база данных хранится для ее использования в будущем в качестве эталона в методологии обнаружения дефектов.
- Генератор 20, способный посылать в сеть импульс давления более короткий, чем глубина водяного затвора; это условие гарантирует, что испытание не нарушит целостность затворов в сети. Этот генератор 20 должен иметь возможность присоединения к системе, чтобы посылать хронированный импульс давления. Требуется специальный узел 6 разветвления системы, который должен быть полностью герметичным, чтобы исключить возможность нежелательного обратного выброса сточных вод при подаче импульса. Обнаружение с помощью импульсов “сухих” водяных затворов и других дефектов осуществляют периодически при нормальной работе канализационной системы или по запросу пользователя, когда есть сомнения в ее исправности.
Отклик давления на посланный импульс сравнивают с хранящейся базой данных отклика бездефектной системы и по расхождению результатов, записанных датчиками 7, определяют месторасположение неисправного затвора.
Ниже рассмотрены практические аспекты способа согласно изобретению.
Поворот трехпутевого клапана 22 внутри фитинга 6 по часовой или против часовой стрелки позволяет воздуху проходить из внутренней камеры генератора 20 через клапан 22 в канализационную сеть, расположенную выше или ниже фитинга 6.
В результате быстрого движения поршня 23 или изменения объема камеры 28 генератора 20 создается импульс давления, который распространяется от генератора 20 по выбранной канализационной сети. Его прохождение регистрируется датчиком 7 давления, расположенным вблизи фитинга 6 или являющимся его частью.
Импульс распространяется по сети со скоростью звука в воздухе, равной примерно 320 м/сек, и отражается от конца каждой трубы. Отраженные импульсы проходят обратно к источнику импульса у генератора 20 и записываются в виде сигнатуры изменения давления во времени датчиком 7 давления в месте расположения фитинга 6.
Каждый конец трубы имеет характерный коэффициент отражения. Например, глухой конец имеет коэффициент отражения +1, а открытый в атмосферу конец имеет коэффициент отражения -1. Коэффициенты отражения концов труб, которые частично забиты или имеют протечки, находятся в этих пределах.
Если генератор 20 работает в идеальной сети, где нет “сухих” затворов или протечек, то датчик 7 давления записывает базовую бездефектную сигнатуру за достаточно короткий период времени, определяемый общей протяженностью сети и скоростью звука. Его длительность составляет максимум несколько секунд.
Если в системе возникает неисправность, например затвор без воды, то датчик 7 запишет другую сигнатуру давления. Точка расхождения соответствует времени прихода к датчику отраженного импульса от конца трубы, в котором произошли изменения. Сравнение этой дефектной сигнатуры с хранящейся бездефектной сигнатурой позволяет определить время прихода импульса, отраженного от неисправного затвора, а поскольку скорость распространения волны известна, то и расстояние до этого затвора. Затем по схеме канализационной сети определяют место неисправности.
Дополнительное испытание по обнаружению дефектов должно проводиться при вводе здания в эксплуатацию, чтобы получить полный набор сигнатур на каждом этаже, как бездефектных, так и дефектных, когда некоторые места сети намеренно делают неисправными. Числовое сравнение соответствующих сигнатур неисправной системы с этим набором сигнатур позволяет определить местонахождение неисправного водяного затвора.
Кроме обнаружения “сухих” затворов, можно обнаружить частично закрытые концы труб, что может использоваться применительно к неисправным воздушным впускным клапанам, если они имеются.
Согласно изобретению при испытаниях сама сеть выполняет функцию среды для распространения испытательного импульса и потому не требуется никаких других трубопроводов и фитингов. Оборудование для проведения испытаний состоит в основном из следующих элементов:
- генератора 20 импульсов, в котором для генерирования импульса используется взаимодействие текучая среда/конструкция;
- трехпутевого поворотного клапана 22, который расположен внутри фитинга 6 и позволяет импульсу генератора 20 проходить по вертикальному стояку 1 канализационной системы в любом направлении;
- трехпутевого корпуса и соединителя или фитинга 6 стояка, который совместим с элементами существующего стояка, и
- датчиков 7 низкого давления, расположенных вблизи фитинга 6 и подключенных к центральной системе сбора данных, которая может быть интегрирована в здание.
В случае, когда генератор 20 содержит поршень 23, который совершает не импульсное, а синусоидальное движение, то устройство можно выполнить защищенным от загрязнения, а это означает, что отпадет необходимость изолировать или закрывать участок канализационного стояка, чтобы выявить неисправный водяной затвор.
В описании и на чертежах представлены лишь примеры осуществления способа и оборудования согласно изобретению, но можно использовать другие эквивалентные средства в пределах объема изобретения, определяемого его формулой.
1. Способ обнаружения дефектов уплотнения в канализационной и вентиляционной системе зданий, содержащей по меньшей мере один главный вертикальный стояк (1), к которому присоединены несколько отводных труб (2), идущих с каждого этажа, для обеспечения слива из сливных отверстий сантехнических устройств, причем сливные отверстия, как правило, снабжены водяными затворами (4), а канализационная система снабжена впускными воздушными клапанами или другими подходящими вентиляционными устройствами и устройствами снижения положительного давления воздуха, при этом способ отличается тем, что включает следующие операции:
- подачу импульса давления воздуха с малой амплитудой в канализационную и вентиляционную систему здания для распространения волны давления по сети канализационной системы;
- запись прохождения указанного импульса датчиком давления воздуха, расположенным вблизи места подачи импульса;
- запись последовательных импульсов давления, отраженных от каждой отводной трубы (2) сети канализационной системы;
- создание сигнатуры изменения давления во времени, записанной датчиком давления, и передачу этих сигналов в центральную систему сбора данных,
причем сначала способ осуществляют в идеальной сети, не имеющей «сухих» затворов или протечек, для записи датчиками давления базовой бездефектной сигнатуры за период времени, определяемый общей длиной сети и звуковой скоростью распространения импульса давления в канализационной системе,
а при последующем испытании базовую бездефектную сигнатуру сравнивают с фактической ситуацией и в случае, если записанная сигнатура изменения давления отличается от базовой, определяют точку отклонения в момент времени, когда на датчик давления приходит отраженный импульс от изменившегося конца трубы, так что при сравнении этой дефектной сигнатуры с хранящейся бездефектной сигнатурой определяют время и, поскольку скорость волны известна, расстояние от датчика до дефектного затвора или уплотнения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульс давления распространяется по сети со скоростью звука и отражается концом каждой трубы в сети, благодаря чему определяют характерный коэффициент отражения для каждого конца трубы.
3. Оборудование для осуществления способа по п.1 в канализационной и вентиляционной системе здания, содержащей по меньшей мере один вертикальный сливной канал или стояк (1), к которому присоединена сеть отводных труб (2), идущих с каждого этажа, для обеспечения возможности слива из сантехнических устройств или источников (3) слива, причем указанное оборудование содержит по меньшей мере один генератор (20) импульсов воздуха, соединенный со стояком (1), и по меньшей мере один датчик (7) давления, расположенный вблизи генератора (20), для записи отраженных импульсов из канализационной сети.
4. Оборудование по п.3, отличающееся тем, что указанный генератор (20) соединен со стояком (1) посредством фитинга (6), предназначенного для установки в одну линию со стояком и имеющего соединительное средство (21), расположенное между выходом генератора (20) и внутренним пространством стояка (1).
5. Оборудование по п.4, отличающееся тем, что фитинг (6) содержит трехпутевой клапан (22) с двумя диаметрально противоположными отверстиями (24), соответствующими диаметру вертикального стояка (1), и одним боковым отверстием (26), расположенным там, где находится соединительное средство (21) для соединения с генератором (20) импульсов воздуха.
6. Оборудование по п.5, отличающееся тем, что поворот трехпутевого клапана (22) внутри фитинга (6) по часовой стрелке или против часовой стрелки обеспечивает путь для прохождения воздуха из внутренней камеры (28) генератора (20) через трехпутевой клапан (22) во внутреннее пространство стояка (1) и в канализационную сеть, расположенную выше или ниже фитинга (6).
7. Оборудование по п.3, отличающееся тем, что датчик (7) давления является датчиком низкого давления воздуха, способным записывать прохождение импульса воздуха в стояке (1) и последовательных отраженных импульсов от каждой отводной трубы (2, 12) канализационной сети и передавать эту информацию с помощью электрических сигналов в центральную систему сбора данных.
8. Оборудование по п.5, отличающееся тем, что фитинг (6) снабжен средством, гарантирующим возврат трехпутевого клапана (22) в рабочее положение по окончании процесса испытания или обнаружения, то есть по окончании процесса испытания отверстия (24) автоматически устанавливаются по одной линии с внутренним диаметром стояка (1).
9. Оборудование по п.4, отличающееся тем, что соединительное средство (21) фитинга (6) при снятом генераторе (20) импульсов воздуха закрыто заглушкой (25), которая гарантирует рабочее положение трехпутевого клапана (22).
10. Оборудование по п.3, отличающееся тем, что генератор (20) импульсов воздуха имеет цилиндрический корпус с внутренней камерой (28), из которой с помощью поршня (23) может вытесняться воздух, создавая импульс воздуха, направляемый через соединительное средство (21) во внутреннее пространство стояка (1) и в выбранную часть канализационной сети.
11. Оборудование по п.10, отличающееся тем, что поршень (23), создающий импульс воздуха, совершает синусоидальное колебание.
