Сколько литров воды в 1 метре 76 трубы: Сколько литров воды в трубе диаметром 50, 32, 20, 16 мм (длиной 1 метр)?

Внутренний объем погонного метра трубы в литрах — таблица. Внутренний диаметр трубы 4-1000 мм. Сколько нужно воды или антифриза или теплоносителя или, там, вазелина;) … для наполнения трубопровода.

Выбор диаметра трубы в зависимости от расхода воды онлайн калькулятор таблица

Таблица выбора диаметра трубы от расхода воды

Расчет расхода воды в зависимости от диаметра трубы.
Не целые числа вводите через точку (АА.АА)

Значения величин в этой таблице основаны на принятых в практике соответствиях диаметров труб расходам воды. Эти практические расчеты основаны на том требовании, что скорость воды в трубах не должна достигать шумового предела (приблизительно 2 метра в секунду для труб диаметром до 50 мм и 3 метра в секунду для труб диаметром до 114 мм), и обычно она оказывается в диапазоне 0.8-1.5 м/c для труб диаметром до 50 мм и до 2.5 метров в секунду для труб диаметром до 114 мм, в бетонном производстве трубы большего диаметра для подачи воды практически не используются. Поэтому вычисления по этой таблице допустимы только до диаметра 114 мм. Для труб большего диаметра данные мы не собирали и не анализировали.

Еще раз обращаем внимание — расчеты на данной странице можно вести только для труб диаметром до 114 мм.!!!

При выборе диаметра трубы нужно учесть непостоянный характер потребления!

К примеру : необходимо для производства 30 м3 бетона 4.5 тонн воды и 2 тонны для заправки миксеров, итого 6.5 тонн воды. Казалось бы, по таблице можно выбрать с запасом трубу диаметром 50 мм. с расходом 10.7 тонны воды в час. Это неправильный ответ. Вода для приготовления бетона будет потребляться не час, а 20-30 минут, остальное время — выгрузка бетона, технологические простои. Поэтому труба должна пропускать не 4.5, а 9-13.5 тонн воды для приготовления бетона. Ну и плюс 2 тонны для миксеров. Итого не 6.5, а 11-15.5 тонн воды. Нужно выбирать 53-ю или 57-ю трубу. Кстати, все вышесказанное относится и к выбору насосов.

Компания Тех Альянс не несет ответственности за любые последствия, наступившие при использовании результатов данных расчетов.

instr_2018_1.indd

%PDF-1.6 %
525 0 obj > endobj 547 0 obj >/Font>>>/Fields[]>> endobj 522 0 obj >stream
Acrobat Distiller 10.0.1 (Windows)PScript5.dll Version 5.2.22018-01-16T16:22:51+03:002018-01-16T16:18:41+03:002018-01-16T16:22:51+03:00application/pdf

uuid:c0444704-95f6-48b4-8b60-afc4ac9a7c43uuid:c753356e-a24b-4676-804c-29f63c6aa011

endstream endobj 511 0 obj > endobj 513 0 obj > endobj 514 0 obj > endobj 551 0 obj > endobj 515 0 obj > endobj 516 0 obj > endobj 517 0 obj > endobj 518 0 obj > endobj 519 0 obj > endobj 520 0 obj > endobj 521 0 obj > endobj 419 0 obj > endobj 426 0 obj > endobj 429 0 obj > endobj 432 0 obj > endobj 435 0 obj > endobj 440 0 obj > endobj 554 0 obj > endobj 555 0 obj > endobj 566 0 obj >/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC/ImageI]/Shading>/XObject>>> endobj 603 0 obj >stream
hvu%Ȉ Pζ g4sZ0)z IuconI10000000.3~\͢[z=&~I߅aaaaaaaaaa W&=_k현)M:Iԯ~\MsZ~JvY+&8øof$OɮP_1aaaaaai3[W] I=M888#88888и#]Ҽjpϒgۏ?sx뒾wj\۪c888888888888 :kuI_U;5e/Y88ڸ#]WM=Y~Ąqqq]мojo|P.caa\}qx낾* 00.p㶽uAle&{LqqqqgӸgБپ!ÿAɛ&[LGqqqqqq\/5We`aƅl’gLkhb\rq{0.hN3پ\

Водоснабжение из скважины. Насос для скважины, выбор.

Имеем участок с одним двухэтажным домом и баней для проживания 4-х человек. В доме на первом этаже находится одна мойка, унитаз, умывальник. На втором этаже еще один унитаз и умывальник. В бане находится один душ и один умывальник. Отдельная ветка для полива. Планируется установить систему очистки воды. Гидроаккумулятор стоит в пристройке к дому на уровне земли.

Необходим насос Водолей для скважины, со следующими паспортными данными:

Дебит – 3 м³/ч.

Статический уровень (зеркало воды) – 27 метра от поверхности земли.

Общая глубина скважины – 68 метров.

Динамический уровень – 34 метра (при откачивании воды насосом с расходом 3 м³/ч).

Расстояние от скважины до дома – 5 метров.

Расстояние от дома до бани – 18 метров.

На участке проложена пластиковая труба с внешним диаметром 32 мм (внутренний 26,2 мм).

Расчет потребного расхода:

Потребный расход воды определяется как сумма производительности всех точек водоразбора, с учетом вероятности их одновременного использования.

Нормы расхода воды сантехприборов:

Умывальник – 0,12 л/с

Унитаз – 0,1 л/с

Мойка – 0,12 л/с

Душ – 0,2 л/с

Поливочный кран – 0,3 л/с

Максимальная теоретическая потребность в воде (без полива) = 0,88 л/с (0,12 + 0,2 + 2 x 0,1 + 3 x 0,12), что соответствует 3,16 м³/ч.

На практике всеми сантехприборами пользоваться одновременно не могут. Всего у нас 7 точек водоразбора, не считая полива. С учетом четырех человек проживающих в доме, коэффициент одновременного использования приборов для данного дома можно принять равным 0,6 (что будет соответствовать 4-м используемым точкам водоразбора одновременно).

Q_потр. = 3,16 м³/ч x 0,6 = 1,9 м³/ч

В нашем случае это соответствует одновременному использованию душа, умывальника, мойки и унитаза (например вечером). Предполагается, что поливом в это время пользоваться не будут. Полив предполагается вести отдельной веткой через тройник (поливочный кран требует около 1 м³/ч воды). В любом случае, во время полива можно будет еще комфортно пользоваться умывальником и мойкой.

Расчет потребного напора погружного насоса для скважины:

Потребный напор насоса Водолей складывается из общего геодезического напора, потерь давления в трубопроводах с учетом местных потерь и конечного требуемого давления в точках водоразбора.

Геодезический напор – общий перепад высот от динамического уровня воды в скважине до гидроаккумулятора (за основу здесь берем давление в гидроаккумуляторе, а возможный перепад высот между гидроаккумулятором и самой верхней точкой водоразбора компенсируем увеличением давления в гидроаккумуляторе, см. ниже).

L1 = 34 метра

Наша верхняя точка водоразбора находится на втором этаже дома. Примем расстояние от земли до этой точке равным 3 метра и учтем это в дальнейших расчетах, путем увеличения давления в гидроаккумуляторе для компенсации этого перепада высот.

Потери напора в трубопроводах:

По паспорту насос Водолей разрешается устанавливать в скважине, не ниже 10 метров от динамического уровня воды. Мы установим насос на уровне 39 метров, на 5 метров ниже динамического уровня.

Общая протяженность труб от места установки насоса до гидроаккумулятора:

L_тр =39 (длина трубы в скважине) + 5 (расст. от скважины до дома) = 44 м

Воспользуемся таблицей потерь напора.

Для трубы с внешним диаметром 32 мм, при расходе 1,9 м³/ч, потери составят 5,1 метров (для трубы длиной в 100 метров). Потери напора в нашем случае составят:

Н_пот.дл = 0,44 x 5,1 = 2,3 метра

На участке от насоса до гидроаккумулятора два поворота трубопровода под 90°, одна задвижка, два тройника и один обратный клапан.

Для расчета потерь воспользуемся нижеприведенной таблицей.

В нашем случае скорость потока жидкости составит 0,98 м/с (V = Q / S x 3600, где Q = 1,9 м³/ч, S = (Π x d2) / 4 = 0,000539 м², при внутреннем диаметре трубопровода d = 26,2 мм; паспортные данные нашего трубопровода).

Суммируем отдельные виды местных потерь: 2 x 7,4 (колена 90 град) + 1 x 1,36 (задвижка) + 2 x 18,8 (тройники) + 1 x 34,8 (обр. клапан) = 90 см = 0,9 метра.

Добавим 1 метр запаса (на возможные неучтенные потери) и местные потери в нашем случае составят: Н_мест = 1,9 метра.

Итого общие потери напора составили:

Н_пот =4,2 метра (2,3 м потерь по длине трубы + 1,9 м местных потерь)

Давление в точках водоразбора:

Подбор будем вести на обеспечение расчетного давления на втором этаже доме на уровне 2,5 бар (при работе насоса). При этом на любом режиме работы давление в этой точке не должно падать ниже 2,0 бар (обеспечивается установками реле давления).

Почему именно 2,5 бар? Это среднее расчетное значение для комфортного водопользования. Например, в городской квартире среднее давление в сети холодной воды составляет около 2,0-3,5 бар (в зависимости от места расположения).

С учетом этого, нам необходимо рассчитать давление в гидроаккумуляторе. Потери напора на участке от гидроаккумулятора до потребителей на втором этаже дома будут следующими:

3 м – перепад высот между уровнем установки гидроаккумулятора и потребителями (по условию задачи).

10 м – потери давления на фильтрах очистки воды; паспортные данные.

1 м – прочие потери по длине трубы и местные потери (точный расчет вести нецелесообразно ввиду минимальных расстояний трубопровода и простой геометрии).

Итого, потери на участке от гидроаккумулятора до потребителей на втором этаже дома составят:

Н_пот.д = 3 м + 10м +1 м = 14 м (1,4 бар)

Таким образом, для обеспечения давления на втором этаже дома на уровне 2,5 бар, давление в гидроаккумуляторе должно быть на 1,4 бар выше, т.е должно составлять 3,9 бар.

Давление в бане будет ниже давления в гидроаккумуляторе на величину потерь давления по длине трубы от гидроаккумулятора до бани, потерь давления на фильтре и потерь давления из-за местных сопротивлений.

Потери напора на участке от гидроаккумулятора до потребителей в бане будут следующими:

0,4 м – потери на трение по длине трубы 18 м с расходом 1,15 м³/ч (душ и умывальник), см. таблицу потерь напора прямого участка водопровода.

0,5 м – местные потери при 0,6 м/с (одна задвижка, один обратный клапан, один тройник), см. таблицу потерь напора в коленах, задвижках и клапанах.

10 м – потери давления на фильтрах очистки воды; паспортные данные.

Как видно, потерями на трение по длине трубы и местными потерями для данного участка можно пренебречь (что мы и сделали при аналогичных расчетах в схеме водоснабжения из колодца).

Настройки реле давления можно назначить уже на этом этапе расчета. Приняв среднее давление в гидроаккумуляторе на уровне полученных выше 3,9 бар настроим реле давление следующим образом:

Включение насоса – 3,5 бар.

Выключение насоса – 4,5 бар.

Давление воздуха в гидроаккумуляторе – 3,2 бар.

Общий потребный напор насоса Водолей:

Н = 34 м (геодезический напор) + 4,2 м (потери напора на трение по длине трубы + местные потери) + 39м (3,9 бар – расчетное давление в гидроаккумуляторе) = 77,2 метра.

Т.е. насос должен обеспечивать:

Q = 1,9 м³/ч при H = 77,2 м

Выбор погружного насоса для скважины:

Смотрим на гидравлическую характеристику насосов компании «Промэлектро» и выбираем насос Водолей БЦПЭ 0,5-80 У, который при расходе в 1,9 м³/ч обеспечивает 76 метра напора. Разница в напоре в 1,2 метра (77,2м — 76м) не играет в данном случае никакой роли, так как мы все значения по расходу и напору брали с запасом и погрешность расчетов сопоставима с этим значением. Рабочая точка находится близко к номинальному режиму работы, что очень хорошо (1,8 м³/ч — режим максимального КПД для всех насосов Водолей БЦПЭ 0,5). При этом насос имеет максимальный напор (при нулевом расходе) на уровне 120 м, что гарантирует обеспечение расчетного давления выключения насоса, установленного нами на уровне 4,5 бар (34 м + 4,2 м + 45 м = 83,2 м

После пуска насоса, замеряем его расход на полив (который пущен отдельной веткой и подразумевает самый большой расход насоса), и с помощью задвижки, путем её прикрытия, регулируем расход на уровне не более 1,0-1,2 м³/ч. При таких настройках даже с учетом полива, можно будет пользоваться умывальником и мойкой при расчетном давлении.

При одновременном пользовании поливом, душем, мойкой и умывальником вода будет у каждого потребителя, но давление упадет примерно до 1,2-1,4 бар, что не очень комфортно, поэтому таких режимов эксплуатации лучше избегать.

12.1 Расход и его связь со скоростью — Физика колледжа: OpenStax

Сводка

• Рассчитайте скорость потока.
• Определите единицы объема.
• Описывать несжимаемые жидкости.
• Объясните последствия уравнения неразрывности.

Скорость потока [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex] определяется как объем жидкости, проходящей через определенное место через область в течение периода времени, как показано на рисунке 1.3} [/ latex]). В этом тексте мы будем использовать любые метрические единицы, наиболее удобные для данной ситуации.

Рис. 1. Скорость потока — это объем жидкости в единицу времени, проходящий мимо точки через площадь A . Здесь заштрихованный цилиндр жидкости проходит мимо точки P по единой трубе во времени t . Объем цилиндра составляет Ad , а средняя скорость составляет v̄ = d / t , так что расход равен Q = Ad / t = Av̄ .

Пример 1: Расчет объема по скорости потока: сердце накачивает много крови за всю жизнь

Сколько кубических метров крови перекачивает сердце за 75 лет жизни, если средняя скорость потока составляет 5,00 л / мин?

Стратегия

Время и скорость потока [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex] даны, поэтому объем [латекс] \ boldsymbol {V} [/ latex] может быть вычислен из определения скорости потока.

Решение

Решение [latex] \ boldsymbol {Q = V / t} [/ latex] для объема дает

[латекс] \ boldsymbol {V = Qt.3.} \ end {array} [/ latex]

Обсуждение

Это количество около 200 000 тонн крови. Для сравнения, это значение примерно в 200 раз превышает объем воды, содержащейся в 6-полосном 50-метровом бассейне с дорожками.

Расход и скорость связаны, но совершенно разными физическими величинами. Чтобы сделать различие ясным, подумайте о скорости течения реки. Чем больше скорость воды, тем больше скорость течения реки. Но скорость потока также зависит от размера реки.Быстрый горный ручей несет гораздо меньше воды, чем, например, река Амазонка в Бразилии. Точное соотношение между скоростью потока [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex] и скоростью [латекс] \ boldsymbol {\ bar {v}} [/ latex] составляет

[латекс] \ boldsymbol {Q = A \ bar {v}}, [/ latex]

где [latex] \ boldsymbol {A} [/ latex] — это площадь поперечного сечения, а [latex] \ boldsymbol {\ bar {v}} [/ latex] — средняя скорость. Это уравнение кажется достаточно логичным. Это соотношение говорит нам, что скорость потока прямо пропорциональна величине средней скорости (далее называемой скоростью) и размеру реки, трубы или другого водовода.Чем больше размер трубы, тем больше площадь его поперечного сечения. На рисунке 1 показано, как получается это соотношение. Заштрихованный цилиндр имеет объем

г.

[латекс] \ boldsymbol {V = Ad}, [/ латекс]

, который проходит мимо точки [latex] \ textbf {P} [/ latex] за время [latex] \ boldsymbol {t}. [/ Latex] Разделив обе стороны этого отношения на [latex] \ boldsymbol {t} [ / латекс] дает

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {V} {t}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {Ad} {t}}. [/ латекс]

Отметим, что [латекс] \ boldsymbol {Q = V / t} [/ latex] и средняя скорость [латекс] \ boldsymbol {v \ bar {v} = d / t}.[/ latex] Таким образом, уравнение превращается в [латекс] \ boldsymbol {Q = A \ bar {v}}. [/ latex]

На рис. 2 показана несжимаемая жидкость, текущая по трубе с уменьшающимся радиусом. Поскольку жидкость несжимаема, одно и то же количество жидкости должно пройти через любую точку трубы за заданное время, чтобы обеспечить непрерывность потока. В этом случае, поскольку площадь поперечного сечения трубы уменьшается, скорость обязательно должна увеличиваться. Эту логику можно расширить, чтобы сказать, что скорость потока должна быть одинаковой во всех точках трубы.В частности, для точек 1 и 2

[латекс] \ begin {array} {c} \ boldsymbol {Q_1 = Q_2} \\ \ boldsymbol {A_1 \ bar {v} _1 = A_2 \ bar {v} _2.} \ End {array} [/ latex] [латекс] \ rbrace [/ латекс]

Это называется уравнением неразрывности и справедливо для любой несжимаемой жидкости. Следствия уравнения неразрывности можно наблюдать, когда вода течет из шланга в узкую форсунку: она выходит с большой скоростью — это и есть назначение форсунки. И наоборот, когда река впадает в один конец водохранилища, вода значительно замедляется, возможно, снова набирая скорость, когда она покидает другой конец водохранилища.Другими словами, скорость увеличивается, когда площадь поперечного сечения уменьшается, и скорость уменьшается, когда увеличивается площадь поперечного сечения.

Рис. 2. Когда труба сужается, тот же объем занимает большую длину. Для того, чтобы тот же объем проходил через точки 1 и 2 за заданное время, скорость должна быть больше в точке 2. Процесс в точности обратим. Если жидкость течет в обратном направлении, ее скорость будет уменьшаться при расширении трубки. (Обратите внимание, что относительные объемы двух цилиндров и соответствующие стрелки вектора скорости не масштабированы.)

Поскольку жидкости по существу несжимаемы, уравнение неразрывности справедливо для всех жидкостей. Однако газы сжимаемы, поэтому уравнение следует применять с осторожностью к газам, если они подвергаются сжатию или расширению.

Пример 2: Расчет скорости жидкости: скорость увеличивается, когда труба сужается

Насадка радиусом 0,250 см присоединяется к садовому шлангу радиусом 0,900 см. Расход через шланг и насадку составляет 0,500 л / с. Рассчитайте скорость воды (а) в шланге и (б) в форсунке.2}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {= \: 1. 2}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ bar {v} _1}.2}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {1,96 \ textbf {m / s} = 25,5 \ textbf {m / s}}. [/ Latex]

Обсуждение

Скорость 1,96 м / с примерно подходит для воды, выходящей из шланга без сопла. Сопло создает значительно более быстрый поток, просто сужая поток до более узкой трубки.

Решение последней части примера показывает, что скорость обратно пропорциональна квадрату радиуса трубы, что дает большие эффекты при изменении радиуса.Мы можем задуть свечу на большом расстоянии, например, поджав губы, тогда как задувание свечи с широко открытым ртом совершенно неэффективно.

Во многих ситуациях, в том числе в сердечно-сосудистой системе, происходит разветвление потока. Кровь перекачивается из сердца в артерии, которые подразделяются на более мелкие артерии (артериолы), которые разветвляются на очень тонкие сосуды, называемые капиллярами. В этой ситуации непрерывность потока сохраняется, но сохраняется сумма , скоростей потока в каждом из ответвлений на любом участке вдоль трубы.Уравнение неразрывности в более общем виде принимает вид

[латекс] \ boldsymbol {n_1A_1 \ bar {v} _1 = n_2A_2 \ bar {v} _2}, [/ latex]

, где [латекс] \ boldsymbol {n_1} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {n_2} [/ latex] — количество ответвлений в каждой из секций вдоль трубки.

Пример 3: Расчет скорости потока и диаметра сосуда: разветвление сердечно-сосудистой системы

Аорта — это главный кровеносный сосуд, по которому кровь покидает сердце и циркулирует по всему телу.(а) Рассчитайте среднюю скорость кровотока в аорте, если скорость потока составляет 5,0 л / мин. Аорта имеет радиус 10 мм. (б) Кровь также течет через более мелкие кровеносные сосуды, известные как капилляры. Когда скорость кровотока в аорте составляет 5,0 л / мин, скорость кровотока в капиллярах составляет около 0,33 мм / с. Учитывая, что средний диаметр капилляра составляет [латекс] \ boldsymbol {8.0 \: \ mu}, [/ латекс] вычислите количество капилляров в системе кровообращения.

Стратегия

Мы можем использовать [latex] \ boldsymbol {Q = A \ bar {v}} [/ latex] для вычисления скорости потока в аорте, а затем использовать общую форму уравнения непрерывности для вычисления количества капилляров как все остальные переменные известны. 6} [/ латекс] на 1 кг. мышцы.9} [/ латексные] капилляры.

Концептуальные вопросы

1: В чем разница между расходом и скоростью жидкости? Как они связаны?

2: На многих рисунках в тексте показаны линии обтекаемости. Объясните, почему скорость жидкости максимальна там, где линии тока находятся ближе всего друг к другу. (Подсказка: рассмотрите взаимосвязь между скоростью жидкости и площадью поперечного сечения, через которую она течет.)

3: Определите некоторые вещества, которые являются несжимаемыми, а некоторые — нет.3 \ textbf {/ s}}? [/ Latex]

3: Кровь перекачивается из сердца со скоростью 5,0 л / мин в аорту (радиусом 1,0 см). Определите скорость кровотока по аорте.

4: Кровь течет по артерии радиусом 2 мм со скоростью 40 см / с. Определите скорость потока и объем, который проходит через артерию за 30 с.

5: Водопад Хука на реке Вайкато — одна из самых посещаемых природных достопримечательностей Новой Зеландии (см. Рис. 3).В среднем река имеет скорость потока около 300 000 л / с. В ущелье река сужается до 20 м в ширину и в среднем 20 м в глубину. а) Какова средняя скорость реки в ущелье? b) Какова средняя скорость воды в реке ниже водопада, когда она расширяется до 60 м, а глубина увеличивается в среднем до 40 м?

Рис. 3. Водопад Хука в Таупо, Новая Зеландия, демонстрирует скорость потока. (Источник: RaviGogna, Flickr)

6: Основная артерия с площадью поперечного сечения [латекс] \ boldsymbol {1.9} [/ латексные] капиллярные сосуды. Каждый сосуд имеет диаметр примерно [латекс] \ boldsymbol {8 \: \ mu \ textbf {m}}. [/ Latex] Предполагая, что сердечный выброс составляет 5 л / мин, определите среднюю скорость кровотока через каждый капиллярный сосуд.

9: (a) Оцените время, необходимое для наполнения частного бассейна емкостью 80 000 л с использованием садового шланга с расходом 60 л / мин. 3 \ textbf {/ s}}, [/ latex]?

10: Скорость потока крови через [латекс] \ boldsymbol {2.3 \ textbf {/ s}}? [/ Latex] (Полученное большое число является завышенной оценкой, но все же разумно.)

11: (a) Какова скорость жидкости в пожарном шланге диаметром 9 см, пропускающем 80,0 л воды в секунду? б) Какая скорость потока в кубических метрах в секунду? (c) Вы бы ответили иначе, если бы соленая вода заменила пресную воду в пожарном шланге?

12: Диаметр главного воздуховода воздухонагревателя с принудительной подачей воздуха составляет 0,300 м. Какова средняя скорость воздуха в воздуховоде, если его объем равен объему внутреннего пространства дома каждые 15 минут? Внутренний объем дома эквивалентен прямоугольному массиву 13.Ширина 0 м, длина 20,0 м, высота 2,75 м.

13: Вода движется со скоростью 2,00 м / с по шлангу с внутренним диаметром 1,60 см. а) Какая скорость потока в литрах в секунду? (b) Скорость жидкости в сопле этого шланга составляет 15,0 м / с. Каков внутренний диаметр сопла?

14: Докажите, что скорость несжимаемой жидкости через сужение, например, в трубке Вентури, увеличивается в раз, равный квадрату коэффициента уменьшения диаметра.3 \ textbf {/ s}}. [/ Latex] (a) Какова средняя скорость потока в этих условиях? б) Что неразумного в этой скорости? (c) Что неразумно или непоследовательно в помещениях?

Глоссарий

расход

сокращенно Q , это объем V , который проходит мимо определенной точки в течение времени t или Q = V / t

литр

единица объема, равная 10 ⁻³ м ³

Решения

Задачи и упражнения

1:

[латекс] \ boldsymbol {2.3 \ textbf {/ s}} [/ latex]

(б) 0,890 см

% PDF-1.6
%
5997 0 объект
>
эндобдж

xref
5997 249
0000000016 00000 н.
0000012693 00000 п.
0000012928 00000 п.
0000013298 00000 п.
0000013363 00000 п.
0000013496 00000 п.
0000013534 00000 п.
0000014145 00000 п.
0000014285 00000 п.
0000014420 00000 п.
0000014591 00000 п.
0000014642 00000 п.
0000014724 00000 п.
0000014794 00000 п.
0000014864 00000 п.
0000014935 00000 п.
0000014964 00000 н.
0000015470 00000 п.
0000015499 00000 п.
0000015986 00000 п.
0000017430 00000 п.
0000018971 00000 п.
0000020410 00000 п.
0000021904 00000 п.
0000023395 00000 п.
0000024841 00000 п.
0000026382 00000 п.
0000072829 00000 п.
0000074394 00000 п.
0000074466 00000 п.
0000108323 00000 н.
0000108527 00000 н.
0000108905 00000 н.
0000108976 00000 н.
0000149878 00000 п.
0000150076 00000 н.
0000150520 00000 н.
0000150755 00000 н.
0000151064 00000 н.
0000153167 00000 н.
0000189420 00000 н.
0000202249 00000 н.
0000202324 00000 н.
0000202407 00000 н.
0000202514 00000 н.
0000202573 00000 н.
0000202720 00000 н.
0000202779 00000 н.
0000202966 00000 н.
0000203025 00000 н.
0000203164 00000 н.
0000203273 00000 н.
0000203426 00000 н.
0000203485 00000 н.
0000203669 00000 н.
0000203728 00000 н.
0000203912 00000 н.
0000203971 00000 н.
0000204122 00000 н.
0000204244 00000 н.
0000204437 00000 н.
0000204497 00000 н.
0000204582 00000 н.
0000204671 00000 н.
0000204883 00000 н.
0000204942 00000 н.
0000205053 00000 н.
0000205141 00000 н.
0000205240 00000 н.
0000205299 00000 н.
0000205395 00000 н.
0000205454 00000 н.
0000205652 00000 н.
0000205711 00000 н.
0000205795 00000 н.
0000205943 00000 н.
0000206126 00000 н.
0000206185 00000 н.
0000206306 00000 н.
0000206439 00000 н.
0000206619 00000 н.
0000206678 00000 н.
0000206762 00000 н.
0000206887 00000 н.
0000207041 00000 н.
0000207100 00000 н.
0000207203 00000 н.
0000207330 00000 н.
0000207434 00000 н.
0000207493 00000 н.
0000207594 00000 н.
0000207653 00000 н.
0000207747 00000 н.
0000207805 00000 н.
0000207906 00000 н.
0000207964 00000 н.
0000208064 00000 н.
0000208122 00000 н.
0000208225 00000 н.
0000208283 00000 н.
0000208391 00000 н.
0000208449 00000 н.
0000208508 00000 н.
0000208615 00000 н.
0000208701 00000 н.
0000208803 00000 н.
0000208862 00000 н.
0000208921 00000 н.
0000209068 00000 н.
0000209127 00000 н.
0000209219 00000 н.
0000209278 00000 н.
0000209371 00000 н.
0000209430 00000 н.
0000209567 00000 н.
0000209626 00000 н.
0000209772 00000 н.
0000209831 00000 н.
0000209890 00000 н.
0000209949 00000 н.
0000210008 00000 н.
0000210086 00000 н.
0000210180 00000 н.
0000210313 00000 п.
0000210372 00000 п.
0000210526 00000 н.
0000210634 00000 н.
0000210693 00000 п.
0000210828 00000 н.
0000210887 00000 н.
0000211021 00000 н.
0000211080 00000 н.
0000211139 00000 п.
0000211198 00000 н.
0000211301 00000 н.
0000211360 00000 н.
0000211463 00000 п.
0000211522 00000 н.
0000211621 00000 н.
0000211680 00000 н.
0000211739 00000 н.
0000211798 00000 н.
0000211857 ​​00000 н.
0000212031 00000 н.
0000212090 00000 н.
0000212221 00000 н.
0000212312 00000 н.
0000212496 00000 н.
0000212555 00000 н.
0000212656 00000 н.
0000212735 00000 н.
0000212892 00000 н.
0000212951 00000 п.
0000213041 00000 н.
0000213120 00000 н.
0000213179 00000 н.
0000213269 00000 н.
0000213328 00000 н.
0000213431 00000 н.
0000213490 00000 н.
0000213582 00000 н.
0000213641 00000 п.
0000213700 00000 н.
0000213759 00000 н.
0000213863 00000 н.
0000213922 00000 н.
0000213981 00000 п.
0000214040 00000 н.
0000214179 00000 н.
0000214238 00000 п.
0000214361 00000 п.
0000214420 00000 н.
0000214479 00000 н.
0000214538 00000 н.
0000214644 00000 н.
0000214740 00000 н.
0000214799 00000 н.
0000214945 00000 н.
0000215004 00000 н.
0000215063 00000 н.
0000215122 00000 н.
0000215238 00000 н.
0000215346 00000 н.
0000215500 00000 н.
0000215559 00000 н.
0000215659 00000 н.
0000215755 00000 н.
0000215814 00000 н.
0000215873 00000 н.
0000215932 00000 н.
0000216077 00000 н.
0000216136 00000 н.
0000216258 00000 н.
0000216317 00000 н.
0000216376 00000 н.
0000216435 00000 н.
0000216495 00000 н.
0000216607 00000 н.
0000216664 00000 н.
0000216723 00000 н.
0000216782 00000 н.
0000216893 00000 н.
0000216952 00000 н.
0000217073 00000 н.
0000217132 00000 н.
0000217240 00000 н.
0000217299 00000 н.
0000217415 00000 н.
0000217474 00000 н.
0000217616 00000 н.
0000217675 00000 н.
0000217783 00000 н.
0000217842 00000 н.
0000217953 00000 н.
0000218012 00000 н.
0000218140 00000 н.
0000218199 00000 н.
0000218321 00000 н.
0000218380 00000 н.
0000218514 00000 н.
0000218574 00000 н.
0000218691 00000 п.
0000218751 00000 н.
0000218811 00000 н.
0000218870 00000 н.
0000218999 00000 н.
0000219058 00000 н.
0000219117 00000 н.
0000219177 00000 н.
0000219324 00000 н.
0000219384 00000 п.
0000219495 00000 н.
0000219574 00000 н.
0000219716 00000 н.
0000219776 00000 н.
0000219871 00000 н.
0000219931 00000 н.
0000219991 00000 н.
0000220051 00000 н.
0000220110 00000 н.
0000220205 00000 н.
0000220311 00000 н.
0000220371 00000 н.
0000220466 00000 н.
0000220526 00000 н.
0000220661 00000 н.
0000220721 00000 н.
0000220781 00000 н.
0000005392 00000 п.
трейлер
] / Назад 6134354 >>
startxref
0
%% EOF

6245 0 объект
> поток
8ZzGLMÖ ީ nqy3ldCVIz :, u3 ڀ eh- (qva * ڳ HM (

Среднее потребление воды в США

Итак, это подводит нас к вопросу, который затронет не только Соединенные Штаты в целом, но и всех нас в отдельности: у нас когда-нибудь закончится вода?

Ответ сложнее, чем «да» или «нет».Во-первых, крупнейшим потребителем воды является не один человек, а сельское хозяйство, использующее 70 процентов чистой питьевой воды во всем мире. Это включает как растениеводство, так и производство продуктов питания. Большая часть воды используется для выращивания пищи для кормления скота, что делает домашний скот одним из крупнейших потребителей воды в Соединенных Штатах.

Итак, хотя технически ответ отрицательный, у нас не заканчивается вода в целом — у нас заканчивается доступ к чистой питьевой воде.Согласно отчету The Guardian, «примерно каждый девятый житель планеты не имеет доступа к чистой и доступной воде в пределах получаса от дома».

Такие вещи, как изменение климата и рост населения, конечно, не помогают. Из-за учащающихся засух, пожаров и штормов, а также быстрого роста населения доступ к чистой питьевой воде становится все труднее с каждой минутой. Что еще хуже, исследователи из НАСА обнаружили, что 21 из 37 крупнейших водоносных горизонтов мира истощаются ниже точки их устойчивости.Это означает, что мы используем воду из этих водоносных горизонтов быстрее, чем восполняем их, и по мере увеличения среднего потребления воды эти водоносные горизонты будут истощаться еще быстрее.

Недавний отчет Рейтер подтверждает, что это происходит не только во всем мире, но и у нас на заднем дворе. «Целых 96 водных бассейнов из 204, обеспечивающих большую часть страны пресной водой, могут не удовлетворить ежемесячный спрос, начиная с 2071 года…»

Итак, что вы можете сделать? Некоторые вещи, безусловно, могут помочь на индивидуальном уровне: рекомендуется переходить на вегетарианство 2-3 раза в неделю, поскольку, как упоминалось выше, мясная промышленность является одним из крупнейших потребителей воды в стране.Также может помочь информация о последствиях изменения климата и о том, что мы можем сделать, чтобы уменьшить наш углеродный след. Более всего, инвестиции в систему фильтрации воды помогут вам получить доступ к чистой питьевой воде, несмотря ни на что. Если вы инвестируете в бутылку с фильтром, каждый из наших картриджей, которые вы используете, вы спасаете 600 одноразовых бутылок с водой от попадания в окружающую среду. Мы можем «подбодрить» это.

Затопление кампуса Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе после разлива воды из трубы 30 миллионов литров

Тихий летний кампус Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе оказался внезапно погруженным в воду и хаос после того, как крупная водопроводная труба прорвалась и вылила около 30 миллионов литров воды, в результате чего люди оказались в гаражах и затоплены здания школы. этажная баскетбольная площадка менее чем через два года после капитального ремонта.

76-сантиметровая труба почти вековой давности прорвалась под близлежащим бульваром Сансет во вторник днем, подняв воду на девять метров в воздух, образовав дыру шириной почти 5 метров на улице и затопив часть кампуса, которая вскоре была заполнена полиция и пожарные.

«К сожалению, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе был стоком для этого источника воды», — сказал генеральный директор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Прорыв произошел во время исторической засухи, когда жителям теперь угрожают штрафом в 500 долларов за чрезмерное использование.

«Мы потеряли много воды, около 35 000 галлонов (около 132 000 литров) в минуту, что не идеально для самой сильной засухи в истории города», — сказал член городского совета Пол Корец.

Наводнение обрушилось на часть кампуса, где располагаются его спортивные сооружения, и наибольшую опасность представляет пара парковок, которые быстро начали заполняться водой.

Пожарные, некоторые из которых использовали надувные лодки, спасли по меньшей мере пять человек, которые застряли в строениях, где застряли более 100 автомобилей, заявили городские пожарные.Сообщений о травмах не поступало.

Затопление исторической баскетбольной площадки

Вода хлынула к входу в Павильон Поли, который с 1965 года считается одной из святынь баскетбола колледжа, затем хлынула на площадку, названную в честь легендарного тренера Джона Вудена и его жены Нелл.

На арене, где снимались Карим Абдул-Джаббар, Билл Уолтон, Реджи Миллер и Кевин Лав, в октябре 2012 года был завершен ремонт стоимостью 132 миллиона долларов. По крайней мере, дюйм воды покрыл пол во вторник вечером, а ее раздевалки были закрыты. тоже залил.

«Это больно. Это больно», — сказал Блок. «Мы только что отремонтировали Паули всего несколько лет назад. И это красивое строение. Это, конечно, символическое сооружение для всего кампуса».

Атлетический директор Дэн Герреро сказал, что пол будет очищен от воды в течение ночи, а ущерб оценен в среду.

Школе, возможно, потребуется составить план действий на случай непредвиденных обстоятельств, но «к счастью, мы не в середине баскетбольного сезона», — сказал административный вице-канцлер Джек Повазек.

Двумя другими поврежденными зданиями кампуса были Деревянный центр, в котором есть тренировочные помещения для студентов, и Центр Дж. Д. Моргана, в котором находятся спортивные трофеи школы, зал славы и офисы легкой атлетики.

«Хороший день для небольшого погружения»

Многие студенты спокойно перенесли наводнение, спокойно прогуливаясь по кампусу с рюкзаками в воде по щиколотку.

Пол Фоотракул из Ассоциации выпускников Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который был в деловой одежде на вечернем мероприятии, снял модельные туфли и модельные носки и закатал брюки, пытаясь перейти к своей машине, которая стояла на нижнем этаже одного из них. затопленных конструкций.Пожарные остановили его, заявив, что конструкция неустойчива из-за большого веса воды.

«У меня нет особых надежд на мою машину», — сказал Фотракул.

Некоторые увидели шанс развлечься, вытаскивая бодиборд и пытаясь спуститься по текущей воде.

Патрик Хаггинс и Мэтью Бамбергер, двое 18-летних, которые живут в соседнем Вествуде, сказали, что у них был скучный летний день, пока мать Хаггинса не рассказала им о воде.

«Это было почти до бедра, и я подумал, что сейчас хороший день для небольшого купания», — сказал Хаггинс.

Эти двое сняли видео, на котором они ныряют и плещутся на сильно затопленном тренировочном поле для гольфа, используемом командой по гольфу.

Гейзер извергался в течение 3 часов

По словам Джима МакДэниела из Департамента, из 93-летней линии высокого давления из клепаной стальной трубы извергался гейзер в течение более трех часов, прежде чем его можно было безопасно закрыть, не нанеся дополнительных повреждений. воды и энергии.

Бригады изо всех сил пытались добраться до места в час пик, и им пришлось исследовать, какие клапаны нужно отключать, не влияя на работу, сказал Макдэниел.Некоторое водоснабжение было ненадолго прервано, но быстро восстановлено.

О причине пока не сообщалось.

Макдэниел сказал, что не было никакой «волшебной технологии», чтобы определить, когда нужна новая линия, и город находится на цикле замены основных линий более 300 лет.

«В каждом городе со стареющей инфраструктурой есть проблемы, подобные этой, и мы не исключение».

Ожидается, что ремонт трубы и бульвара Сансет продлится до среды, сказал Макдэниел.

Гидравлический поршневой насос

Гидравлический плунжер или импульсный насос — это устройство, использующее энергию
падающей воды, чтобы поднять меньшее количество воды на большее
возвышение, чем источник. См. Рис. 1. Есть только два движущихся
детали, поэтому их мало изнашивается. Гидравлические цилиндры относительно
экономичен в покупке и установке. Один может быть построен с подробным
планов и при правильной установке дадут много беспроблемных
лет службы без затрат на перекачку.По этим причинам
Гидравлический цилиндр — привлекательное решение там, где большая сила тяжести
поток существует. Таран нужно рассматривать, когда есть источник
который может дать как минимум в семь раз больше воды, чем таран
нужно перекачивать, и вода будет или может быть очищена от мусора и
песок. Место для подъемника должно быть не менее 0,5 м ниже
источник воды и вода должны быть на уровне выше, чем
источник.

Факторы проектирования

Прежде чем выбрать гидроцилиндр, необходимо знать несколько конструктивных факторов.Они показаны на Рисунке 1 и включают:

1. Разница в высоте между источником воды и насосом.
участок (так называемый вертикальный спуск).
2. Перепад высот насосной площадки и точки
хранения или использования (подъем).
3. Количество (Q) потока, доступного из источника.
4. Необходимое количество воды.
5. Длина трубы от источника до насосной площадки (называемая
приводная труба).
6. Длина трубы от насоса до места хранения (называемая
напорный патрубок).

Как только эта информация будет получена, можно произвести расчет.
сделано, чтобы увидеть, можно ли подать необходимое количество воды
баран. Формула: D = (S x F x E) / L Где:

D = Доставленное количество в литрах за 24 часа.
S = количество подаваемой воды в литрах в минуту.
F = падение или высота источника над тараном в метрах.

E = КПД поршня (для коммерческих моделей используйте 0,66,
для домашнего использования 0,33, если не указано иное).
L = высота подъема рабочей точки над гидроцилиндром в метрах.

Таблица 1 решает эту формулу для гидроцилиндров с КПД 66 процентов,
подача 1 литр в минуту, а при рабочем падении и
подъемник показан в таблице. Для расходных материалов более 1 литра в минуту
просто умножьте на количество поставленных литров.

Компоненты гидроцилиндра

Установка гидроцилиндра состоит из подающей, приводной трубы,
гидроцилиндр, линия подачи и обычно резервуар для хранения.Эти
показано на рисунке 1. Каждая из этих составных частей обсуждается
ниже:

Поставка. Заборник должен быть спроектирован так, чтобы мусор и песок не попадали в
питания, так как они могут забить плунжер. Если вода не естественная
без этих материалов входное отверстие должно быть экранировано или отстойным
бассейн при условии. Когда источник удален от места размещения плунжера,
линия подачи может быть спроектирована так, чтобы вода поступала в приводную трубу
как показано на рисунке 2.Линия подачи при необходимости должна быть на
как минимум на один диаметр трубы больше, чем диаметр ведущей трубы.

Приводная труба. Приводная труба должна быть изготовлена ​​из негибкого материала для максимального
эффективность. Обычно это оцинкованная железная труба, хотя другие
материалы, заключенные в бетон, будут работать. Чтобы уменьшить голову
потери из-за трения, длина трубы, деленная на диаметр
трубы должно быть в пределах 150-1000.Таблица 2
показывает минимальную и максимальную длину труб для различных размеров труб.

Диаметр приводной трубы обычно выбирается исходя из размера
плунжер и рекомендации производителя, как показано в таблице
3.Длина в четыре-шесть раз больше вертикального падения.

Ram. Плунжеры могут быть построены с использованием имеющихся в продаже обратных клапанов.
или путем изготовления обратных клапанов. Они также доступны в заводском исполнении.
агрегаты различных размеров и производительности. Бараны можно использовать
в тандеме для перекачивания воды, если одного гидроцилиндра недостаточно для подачи
необходимость. У каждого гидроцилиндра должна быть своя приводная труба, но все могут
насос через общую напорную трубу, как показано на рисунке 3.

При установке гидроцилиндра важно, чтобы он был ровным, надежно закрепленным.
прикреплен к неподвижному основанию, желательно бетонному, и что
сточные воды должны быть слиты. Насос не может работать в погруженном состоянии.
Поскольку плунжер обычно работает круглосуточно, размер может
быть определенным для доставки в течение 24-часового периода. Таблица 4 показывает
объемы гидроцилиндров Hydrams одного производителя.

Подающая труба. Напорная труба может быть из любого материала, выдерживающего
водяное давление. Размер линии можно оценить с помощью Таблицы
5.

Резервуар для хранения. Расположен на уровне, обеспечивающем подачу воды до точки
использовать. Размер основан на максимальной потребности в день.

Определение размеров гидроцилиндра

Небольшой поселок состоит из 10 домов, в которых проживает 60 человек.
На 10 м ниже деревни есть родник, который впадает в
мойка, которая находится на 15 м ниже источника. Весна производит 30 000
литров воды в сутки. Есть место для барана на
банка стирки.Эта площадка на 5 м выше мойки и на 35 м.
с весны. В селе планируется общественная опора.
200м от набережной. Требуется лифт для подъема наверх хранилища
бак 23м. Ниже приведены этапы проектирования.

Определите необходимые проектные факторы:

1. Вертикальное падение 10м.

2. Высота подъема 23 м до верхней части накопительного бака.

3. Доступный поток равен 30 000 литров в день, разделенный
на 11440 минут в день (30 000/11 440) = 20.8 литров в минуту.

4. Количество воды, необходимое из расчета 40 литров в день на
человек при максимальном использовании 60 человек x 40 литров в день = 2400
литров в сутки.
2400/1440 = 1,66 литра в минуту (используйте 2 литра в минуту)

5. Длина приводной трубы 35м.

6. Длина напорной трубы 200м.

Приведенные выше данные могут быть использованы для определения размера системы. Используя Таблицу 1,
при падении с 10 м и подъеме на 80 м можно перекачивать 117 литров
в день на каждый литр в минуту.Начиная с 2400 литров
в день, необходимое количество литров в минуту может
можно найти, разделив 2400 на 117:

2400/117 = требуется расход 20,5 литров в минуту.

Из пункта 3 выше доступный расход составляет 20,8 литров в минуту.
так что источника достаточно.

Таблица 3 теперь может использоваться для выбора размера плунжера. Объем вождения
воды или подачи — 20,5 литров в минуту. Из таблицы
4, Hydram № 2 требует от 12 до 25 литров в минуту.А
№ 2 Hydram может поднимать воду на максимальную высоту 250 м в соответствии с
Таблице 4. Этого будет достаточно, так как подъем к вершине
резервуар для хранения 23м. Таким образом, будет выбран Hydram № 2.

Таблица 3 показывает, что для Hydram № 2 минимальная длина приводной трубы
диаметр 38мм. Таблица 2 показывает, что минимальный и максимальный
длина трубы 40 мм (ближайший размер к 38 мм) составляет 6-40 м. С
родник в 35м, длина в порядке. Таблица 5 может
используется для выбора напорной трубы диаметром 30 мм, которая подходит
необходимая поставка, 20.5 литров в минуту.

Этот документ не защищен авторским правом, поэтому вы можете свободно распечатывать и
распространять это. Однако мы просим, ​​чтобы любое такое повторное распространение
только на некоммерческой основе. Пожалуйста, укажите в качестве автора US AID, 1982.

Неразрушающая оценка и мониторинг состояния водопроводных и канализационных трубопроводов: обзор

Гражданская инфраструктура, такая как мосты, здания и трубопроводы, обеспечивает экономическое и промышленное процветание общества.В частности, трубопроводные сети обеспечивают транспортировку таких сырьевых товаров, как вода, нефть и природный газ. Количественное и раннее обнаружение дефектов труб имеет решающее значение во избежание тяжелых последствий. В результате громких аварий и экономического спада исследования и разработки в области контроля трубопроводов были сосредоточены в основном на газо- и нефтепроводах. Из-за низкой стоимости воды разработке технологий неразрушающего контроля (NDI) и мониторинга состояния конструкций (SHM) для водопроводных и канализационных сетей пресной воды уделялось меньше всего внимания.Более того, технические проблемы, связанные с практическим развертыванием системы мониторинга, требуют синергетического взаимодействия в нескольких дисциплинах, что может ограничить переход от лабораторных к реальным структурам. В этой статье представлен обзор наиболее часто используемых технологий NDI / SHM для пресноводных трубопроводов и канализационных сетей. Будут обсуждены проблемы, которые указанные инфраструктуры создают в отношении трубопроводных сетей для нефти и природного газа. Наконец, выделены методологии, которые могут быть переведены в подходы SHM.

1. Введение

Устойчивость инженерных систем, таких как трубопроводы, железные дороги, автомагистрали, морские платформы и другие структурные элементы, имеет важное значение для предотвращения (или во избежание) катастрофических отказов, которые могут сопровождаться серьезными последствиями для окружающей среде, приводят к гибели людей и производят тоннаж отходов сноса. Для проектирования конструкций, безопасных для общественного использования, были созданы стандартизированные строительные нормы и методы проектирования.К сожалению, конструкции часто подвергаются резким сценариям нагружения и тяжелым условиям окружающей среды, не предусмотренным в процессе проектирования, что приведет к долгосрочному разрушению конструкции [1].

Методы неразрушающей оценки (NDE) и мониторинга состояния конструкций (SHM) направлены на оценку надежности существующей инфраструктуры. Предотвращая отказы и обнаруживая повреждения на ранней стадии, можно косвенно сделать вывод о том, что срок службы этих инфраструктур может быть увеличен.NDE обычно проводится на временной основе квалифицированным персоналом с использованием имеющихся в продаже технологий. И наоборот, системы SHM собирают данные с датчиков, которые в идеале постоянно устанавливаются на заданную конструкцию. Данные обрабатываются в соответствии с одним из многих методов обнаружения повреждений, которые были предложены в последние два десятилетия, как сообщается в [2, 3]. В целом SHM можно определить как процесс реализации стратегии выявления повреждений инженерной инфраструктуры. Обычно считается, что процесс идентификации повреждений влечет за собой установление: (i) наличия повреждений, (ii) мест повреждения, (iii) типов повреждений и (iv) серьезности повреждений [4].В зависимости от размера, местоположения и рабочего состояния рассматриваемой инженерной системы надежная и постоянная система мониторинга может оказаться очень сложной задачей. Поэтому подходы, основанные на времени, более подходят. Это особенно актуально для заглубленных водопроводных и канализационных труб.

В этой обзорной статье мы сосредоточимся на методах неразрушающего контроля и SHM, которые были предложены в последние два десятилетия для проверки или мониторинга водопроводов пресной воды и канализационных труб. В связи с несколькими громкими авариями и экономическим спадом исследования и разработки в области инспекции трубопроводов были сосредоточены в основном на газо- и нефтепроводах.Из-за низкой стоимости воды и технических проблем, связанных с мониторингом заглубленных труб, неразрушающему контролю / SHM пресноводных систем уделялось меньше всего внимания.

Этот документ представляет собой общее руководство для исследователей, заинтересованных в изучении и предложении новых решений для решения проблем, связанных с инспекцией / мониторингом водопроводов пресной воды или канализационных трубопроводов.

2. Мотивация

Экономические и социальные издержки, связанные с обрывами трубопроводов в современных системах водоснабжения, быстро растут до неприемлемо высоких уровней.Многие трубопроводы были проложены в первой половине 20 века и сегодня находятся в плохом состоянии и продолжают приходить в негодность. Последствия разрыва трубопровода включают прямые затраты (стоимость ремонта, стоимость потери воды, стоимость ущерба окружающей инфраструктуре и имуществу, обязательства), косвенные затраты (стоимость перерыва в поставке, стоимость потенциально повышенного уровня износа окружающей инфраструктуры и имущества. , стоимость снижения мощности пожаротушения) и социальные расходы (стоимость ухудшения качества воды из-за проникновения загрязняющих веществ, стоимость снижения общественного доверия и качества водоснабжения, стоимость нарушения дорожного движения и бизнеса, стоимость нарушения водоснабжения в специальные сооружения) [5, 6].

В недавнем документе Агентство по охране окружающей среды (EPA) Соединенных Штатов (США) сообщило, что в США ежегодно происходит 240 000 разрывов водопроводных магистралей. -летний период. По данным Геологической службы США, неэффективные системы водоснабжения приводят к потере воды в 1,7 триллиона галлонов в год при национальных расходах в размере 2,6 миллиарда долларов в год [7].

В Питтсбурге, штат Пенсильвания, две недавние аварии произошли в мае 2009 года.В результате прорыва водопровода образовалась дыра шириной 7,6 м в проезжей части, что вынудило Управление водоснабжения и канализации Питтсбурга закрыть одну улицу. PWSA обнаружила разрыв трубы диаметром 203,2 мм (8 дюймов), что, в свою очередь, привело к обрушению канализации [8]. Прорыв в течение некоторого времени оставался незамеченным, что позволило подземной яме вырасти настолько, что, наконец, обрушилась проезжая часть наверху. Несколькими неделями позже второй прорыв привел к закрытию трассы 88. Струя воды заставила тротуар прогнуться [9].В сентябре 2009 года в районе Лос-Анджелеса прорвалась водопроводная магистраль длиной 1,57 м (62 дюйма), в результате чего дорога была перекрыта на три дня, в результате чего были повреждены близлежащие дома и предприятия [10].

3. Активы труб

Трубы являются одним из основных активов системы водоснабжения (ВСиВО) и могут быть разделены на магистральные, распределительные и обслуживающие. При производстве водопроводных труб используются самые разные материалы и технологии. Материал той или иной трубы зависит от года установки и диаметра.Для крупных магистральных трубопроводов (диаметром более 300 мм) обычно используются трубы из стали, мягкой стали, облицованные цементом (MSCL) или предварительно напряженные бетонные цилиндрические трубы (PCCP). Старые водопроводные сети обычно изготавливаются из чугуна или асбестоцемента, в то время как в более новых сетях используются в основном высокопрочный чугун и поливинилхлорид (ПВХ) [6].

Отказ трубы можно описать как многоступенчатый процесс, как показано на рисунке 1: установка, начало коррозии, трещина перед утечкой, частичный отказ и полный отказ.После того, как труба проработает какое-то время, на внутренней или внешней (или на обеих) поверхностях начинаются процессы коррозии. Эти процессы приводят к появлению таких аномалий, как трещины, коррозионные ямки и графитизация. В некоторых случаях трещины могут возникать из-за механического напряжения. Ни один из них не является достаточно серьезным, чтобы вызвать утечку. Развитие коррозионных ямок или трещин снижает остаточную прочность стенки трубы под действием внутренних или внешних напряжений, вызывая разрывы и утечки стенок трубы. В некоторых случаях этот частичный отказ недостаточно велик, чтобы его можно было легко обнаружить.Наконец, полный выход трубы из строя может быть вызван трещиной, коррозионной ямкой, существовавшей ранее утечкой / разрывом или вмешательством третьей стороны. Выход из строя обычно сопровождается появлением воды на поверхности земли или значительным изменением гидравлического баланса системы [6].

Kleiner et al. [11] классифицировал износ труб как структурный и внутренний. Первый возникает, когда упругость трубы и ее способность выдерживать нагрузки снижаются.Внутренний износ происходит, когда гидравлическая мощность или качество воды снижаются, или появляется сильная внутренняя коррозия. На механизмы разрушения конструкции влияют многие факторы, включая тип трубы, окружающую среду и условия ее эксплуатации. Разрыв трубы, за исключением ситуаций, когда он вызван вмешательством третьей стороны, может произойти, когда экологические и эксплуатационные нагрузки действуют на трубы, структурная целостность которых была нарушена из-за коррозии, разрушения, неправильной установки или производственных дефектов.

Асбестоцементные и бетонные трубы подвержены износу из-за различных химических процессов, которые либо выщелачивают цементный материал, либо проникают в бетон и образуют продукты, ослабляющие цементную матрицу. Довольно часто выход трубы из строя вызван сочетанием какого-либо повреждения или производственного брака и внешних сил. PCCP выходит из строя, когда в одной и той же области разорвано достаточное количество витков натяжной проволоки. Проволоки обычно ломаются, когда коррозионная активность уменьшила их диаметр до точки, когда приложенное к ним напряжение превышает их предел текучести.Этот процесс также может вызвать повреждение раствора вокруг проводов (что ускоряет процесс коррозии) или бетона внутри трубы [12].

Пористость — один из наиболее частых производственных дефектов чугунных труб. Включения приводят к разрыву материала трубы и могут действовать как трещинообразователи. Изменение толщины стенки трубы может привести к ситуации, когда часть стенки трубы может больше не иметь достаточной толщины для ожидаемого максимального давления.

Типы разрушения труб были классифицированы Одаем [13] на три основные категории: окружное растрескивание, продольное растрескивание и колоколообразное растрескивание. Кроме того, Макар и соавт. [14] представили следующие режимы разрушения: коррозионная питтинг и продувка, колоколообразный сдвиг и спиральное растрескивание. На рисунке 2 показаны эти различные типы разрывов труб.

4. Инспекция труб

На сегодняшний день могут применяться два типа стратегий управления отказами: упреждающая оценка состояния активов и реактивное обнаружение и локализация отказов.Первый направлен на предотвращение сбоя, второй — на минимизацию времени реакции и потерь, связанных с отказом. Однако по мере того, как инфраструктура стареет, цена на воду растет, стоимость материалов возрастает, и на государственные органы оказывается давление, заставляющее менять стратегию управления с реактивной на проактивную.

Из-за различной топологии и гидравлических характеристик компонентов передачи (трубопроводы) и распределения (сети) системы водоснабжения в прошлом предлагались отдельные методы обнаружения и локализации неисправностей.Эти методы можно разделить в основном по физическим явлениям, которые они используют: электромагнитные, механические или визуальные. Подробное описание принципов, преимуществ и ограничений каждой из вышеперечисленных технологий выходит за рамки данной статьи. Заинтересованные читатели могут обратиться к некоторым книгам в области NDE и SHM [15–19]. Производительность и осуществимость каждой технологии связаны с их способностью одновременно измерять ограниченные или большие участки, а также с необходимостью прерывания обслуживания для обеспечения прямого доступа.

Выбор метода контроля в основном зависит от размера и материала трубы. Например, в металлических трубах используются вихревые токи (EC), электромагнитный контроль (EMT) и ультразвуковой контроль (UT). В бетонных трубах используются акустическая эмиссия (AE), эхо-удар (IE), сонар и визуальный контроль. Некоторые из этих методов реализуются в контрольно-измерительных приборах для трубопроводов (PIG), которые представляют собой компьютеризированные автономные устройства, вставленные в трубопровод и продвигаемые вперед жидкостью, протекающей по линии, записывая информацию по мере продвижения.Изначально скребки были разработаны для удаления отложений, которые могут препятствовать или задерживать поток через трубопровод [20].

Как указывает Мисюнас [6], в отличие от нефтегазовой отрасли, в которой трубопроводы уже хорошо оборудованы, а крупные инвестиции в контрольно-измерительные приборы являются обычным делом, водораспределительные магистрали обычно плохо оборудованы, а бюджет на водоснабжение не выделяется. позволяют большие вложения в приборы. Поэтому большинство методов изначально были разработаны или применены в нефтяной или газовой промышленности.

4.1. Акустическая эмиссия

AE формально определяется как «высвобождение переходных упругих волн, возникающих в результате быстрого перераспределения напряжения в материале» [21]. Эти волны затем обнаруживаются датчиками, такими как пьезоэлектрические преобразователи, гидрофоны или акселерометры. Фактическим источником переходной волны является изменение материала, которое обычно является постоянным и необратимым, например, рост трещины; таким образом, метод AE подходит для обнаружения начала и / или распространения повреждения, но не может обнаружить существующие или «незаметные» повреждения.В PCCP и железобетонных трубах AE подходит для обнаружения разрывов стальной арматуры, возникновения и распространения трещин в бетоне. Другими источниками выбросов являются трение, рост трещин, турбулентность, утечка и коррозия.

Travers [22] сообщил об использовании гидрофонов для обнаружения звука, вызванного повреждением и последующим проскальзыванием арматурной проволоки от PCCP. Работа была вызвана повсеместной коррозией и разрушением арматурной проволоки на более чем 6 милях 15-летних труб, использовавшихся в проекте в Центральной Аризоне в 1990 году.Первоначальные полевые испытания состояли из одной пары гидрофонов. Последовательно проводился непрерывный мониторинг 2-мильного трубопровода с помощью группы из 12 гидрофонов и компьютерной системы для обнаружения звуков в трубопроводе, классификации их либо как звуки, связанные с проводом, либо как посторонние звуки, и, в зависимости от местоположения звуков, связанных с проводом, нанесите на карту участки износа трубы.

Шехадех и соавторы [23] предложили линейный массив датчиков для определения местоположения и восстановления сигнатур во временной и частотной областях источников АЭ в трубах.Были использованы смоделированные источники на участках линейного трубопровода, и был предложен ряд методов, в том числе метод вейвлет-преобразования, метод взаимной корреляции, а также метод фильтрации и установления пороговых значений. Пригодность этого подхода в полевых условиях не была продемонстрирована.

Доступные коммерческие системы контролируют трубу с помощью акселерометров, групп гидрофонов или непрерывных оптоволоконных датчиков. После акустического события записанные сигналы анализируются и сравниваются с существующей базой данных, чтобы определить характер события.Мониторинг PCCP с помощью AE может быть не очень точным, потому что метод ограничен обнаружением текущих обрывов проводов, не может обнаруживать уже обрывы проводов, а период мониторинга короткий по сравнению со сроком службы трубы [24].

4.2. Вихретоковый

В методах контроля труб с помощью ЕС используется магнитная катушка с переменным током для создания изменяющегося во времени магнитного поля в трубе. Это магнитное поле вызывает возникновение электрического тока в проводящем материале.Эти токи создают небольшие магнитные поля вокруг материала, которые обычно противостоят исходному полю и, следовательно, изменяют импеданс магнитной катушки. Измеряя изменение импеданса магнитной катушки при ее прохождении через образец, можно определить различные характеристики труб. Метод ограничен теми материалами, которые являются электропроводными. В металлических трубах он может измерять толщину стенки и обнаруживать неоднородности, лежащие в плоскости, поперечной токам.Можно оценить толщину стенок труб от 100 мм (94 дюйма) [20]. В железобетоне и PCCP метод ценен для качественной оценки стальной арматуры.

Основным недостатком ЕС-тестирования является размер глубины скин-слоя, то есть глубины проникновения переменного тока. Глубина скин-слоя устанавливает максимальную глубину для определения дефектов с заданной частотой. Для решения этой проблемы был предложен метод вихревых токов удаленного поля (RFEC) [25, 26].RFEC монополизирует существование вторичного поля, которое полностью проникает через толщину стенки, что позволяет контролировать толщину [16]. Ток может проходить по внешней стороне трубы и регистрироваться катушками дальнего поля, которые отстоят от катушек возбуждения примерно на два диаметра трубы. Этот метод основан на том факте, что сигнал удаленного поля больше, чем сигнал постоянного вихревого тока, измеренный катушкой детектора [20].

Технология Hydroscope на основе RFEC [27] состоит из ряда герметичных модулей, содержащих электронику обработки и передачи.Он предназначен для прохождения поворотов и тройников и обычно перемещается по трубе потоком воды. Данные передаются по проводному кабелю к служебному автомобилю. В оценке IRC [28] было обнаружено, что эта технология способна обнаруживать и определять размеры коррозионных ямок большего объема с точностью 0,55 м [12]. Hydroscope Technology and Service заявляет о следующих практических преимуществах [20, 27]: (i) обнаружение общей потери стенки, точечной коррозии, графитовой коррозии, (ii) одинаковая чувствительность к внутренней и внешней потере стенок, (iii) испытания во влажном или сухом состоянии. трубы, (iv) испытания через футеровку и окалину; обширная очистка труб не требуется, (v) простота доступа (через гидрант для 6-дюймовых линий), (vi) эффективность (до 3000 футов в день для типичных линий), (vii) 100% осмотр стенки трубы [20].

Другая технология RFEC была описана Джексоном и Скабо [29] относительно системы Ferroscope, разработанной Cyberscope Industries Inc. и используемой Russell NDE Systems, Эдмонтон (Альберта) [20]. Два зонда были протянуты через трубу, один сканировал всю окружность трубы на предмет мелких дефектов, а второй с тремя датчиками на расстоянии друг от друга, оценивающими размер повреждения. Этот метод обнаружил потерю металла от 25% до 60% исходной толщины стенки трубы. Подробное описание этой системы удаленных полевых испытаний представлено в [16].

Нестлерот и Дэвис [30] предложили альтернативный подход к обычному методу концентрической катушки для индукции низкочастотной ЭК для труб и трубок. Пары постоянных магнитов, вращающихся вокруг центральной оси, используются для создания высоких плотностей тока в исследуемом материале. Аномалии и изменения толщины стенок обнаруживаются с помощью набора датчиков, которые измеряют локальные изменения магнитного поля, создаваемого током, протекающим в материале. Фотография их системы представлена ​​на рисунке 3.

4.3. Электромагнитные методы

Испытания ЕС — один из методов, основанных на электромагнитных принципах. Другими электромагнитными методами являются георадар (GPR) и короткоимпульсный радар, которые являются электромагнитным аналогом звуковых и ультразвуковых эхо-импульсных методов [31]. Георадар использует электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне для обнаружения отраженных сигналов от подземных структур. Георадар можно использовать в различных средах, включая камни, почву, пресную воду, тротуары и бетон.Микроволны передаются через материалы с различной диэлектрической проницаемостью, например, для проверки и определения местоположения заглубленных объектов или оценки арматуры в железобетоне. Микроволновая инспекция обычно состоит из измерения различных свойств электромагнитных волн, рассеиваемых или проходящих через исследуемый объект [32]. В качестве передатчиков и приемников используются преобразователи или антенны.

В трубопроводах трубы можно измерять от поверхности земли или изнутри, перемещая измерительную систему по длине трубы.Методы ЭМ обеспечивают точную оценку обрыва проводов на некоторых участках труб. Однако некоторые результаты показали, что количество оборванных проводов в PCCP может быть либо недооценено, либо переоценено [24, 33, 34]. Более высокая точность результатов требует проведения калибровочных испытаний на участках испытательной трубы, чтобы лучше понять электромагнитный сигнал и определить количество оборванных проводов. Эти методы еще не позволяют получить информацию о бетоне и анализе данных, и, возможно, потребуется их проведение опытным персоналом.Вторым уровнем проверки магистральных сетей из черных металлов может быть использование электромагнитных методов для определения количества точечной коррозии, коррозии или графитизации.

Недавно в районе Балтимора визуальный осмотр, зондирование и электромагнитные испытания использовались для программы пилотной инспекции, направленной на оценку состояния 17 000 футов 54-дюймовой магистрали передачи PCCP. Визуальные осмотры заключались в измерении и проверке каждой трубы на наличие трещин и признаков повреждения конструкции.Все трещины, как продольные, так и окружные, были отмечены и сфотографированы. Внутренний ЭМ-датчик обнаруживает электромагнитные аномалии, вызванные обрывом или износом проводов предварительного напряжения. Результаты были записаны в небольшой бортовой системе сбора данных. Впоследствии данные были проанализированы и использованы для оценки местоположения и количества обрывов проводов [34, 35].

Вихретоковая муфта с удаленным полем / трансформатор (RFEC / TC) и полярная волна (P-волна) — это две коммерчески доступные системы, которые могут предоставить информацию о количестве оборванных проводов в PCCP.Обе системы используют движущиеся платформы для проведения обследования изнутри обезвоженного PCCP с приблизительной скоростью 1 м / с. Система P-волн состоит из излучателя, который генерирует электромагнитное поле, и приемника для улавливания электромагнитной энергии, передаваемой через стальные провода. Записанный сигнал показывает искажение при обрыве провода, что позволяет оценить количество обрывов проводов в проверяемой трубе [24].

4.4. Impact-Echo

IE — неразрушающий метод, широко используемый в бетонных конструкциях для определения толщины бетона и обнаружения расслоений.В методе используется распространение импульсов напряжения, вводимых в объект контроля, при механическом воздействии на поверхность [36]. Метод включает в себя простую технику обработки сигналов, которая обеспечивает толщину, глубину расслоения и скорость звука внутри бетона, что, в свою очередь, является индикатором качества бетона.

IE подходит для PCCP и железобетонных труб. Он позволяет обнаруживать отслоения и трещины в различных поверхностях раздела бетон / строительный раствор / сталь. Этот метод требует обезвоживания и доступа человека к внутренним частям труб, но это можно сделать и извне, если есть доступ извне.Хотя IE был успешно применен к бетонным конструкциям, его использование для проверки PCCP представило некоторые трудности [24]: (1) метод уступает показаниям, которые не обязательно связаны с особенностями, которые снижают структурную целостность трубы [37]; (2) трудно обнаружить проблемы в растворе покрытия трубы [37], (3) метод еще не автоматизирован для проверки всей поверхности трубы с разумной скоростью. Карино [36] заявил, что этот метод дает показания, которые не обязательно связаны с особенностями, которые снижают структурную целостность трубы.

4.5. Молоточковое зондирование

Подобно эхо-ударному зондированию, молоточковое зондирование является основным, первым и наиболее часто используемым методом проверки PCCP [24]. Он проводится с помощью молотка или прута для ударов либо по внешней стороне непокрытой эксплуатационной трубы, либо по внутренней части трубы, которую, однако, необходимо вывести из эксплуатации, чтобы позволить экипажу войти. Молотовое зондирование направлено на обнаружение области «полого звука», которая часто связана с отрывом стального цилиндра от бетонного ядра и отслоением наружного слоя раствора.Внешние наблюдения включают разрушение строительного покрытия, продольные и / или окружные трещины в покрытии строительного раствора, сколы, обрывы проволоки, корродированные проволоки, корродированный стальной цилиндр, пятна ржавчины, продольные трещины, периферийные трещины и выцветание. Внутренние наблюдения включают продольные и окружные трещины в бетонном ядре, пятна, конструктивные и предыдущие ремонтные ошибки и проблемы с соединениями.

4.6. Детекторы утечек и анализ переходных процессов

Акустические детекторы утечек (ALD) и анализ переходных процессов — это пассивные подходы к обнаружению утечек в трубопроводах.Системы ALD состоят из подслушивающих устройств, прикрепленных к трубам или приспособлениям для обнаружения звука, вызванного утечкой. Традиционные методы основывались на обнаружении утечки с поверхности земли с помощью акселерометров или гидрофонов, прикрепленных в стратегически важных местах [38]. Наземные микрофоны также можно использовать для прослушивания и выявления утечек путем прослушивания на поверхности тротуара или почвы непосредственно над трубой [39]. Департамент водоснабжения города Бристоль, Великобритания, изучил работу акустических регистраторов шума для обнаружения утечек в водопроводных сетях.Исследование показало, что акустические регистраторы работают хуже, чем профессиональные инспекторы утечек [40]. Недавно регистраторы шума были интегрированы с усилителями и фильтрами шума для улучшения отношения сигнал / шум. Эффективность методов ALD была успешно продемонстрирована для металлических труб [41, 42] и пластиковых труб [43]. Подробный обзор методов ALD представлен в [44].

В системах ALD наиболее распространенным методом определения места утечки является взаимная корреляция. Измеренные вибрации или акустические сигналы от двух приемников передаются на коррелятор шума утечки, который вычисляет функцию взаимной корреляции двух сигналов.Если между датчиками присутствует утечка, функция взаимной корреляции будет иметь отчетливый пик. Соответствующая временная задержка указывает разницу во времени поступления сигналов шума утечки на каждый датчик и связана с расположением датчиков. Зная скорость звука в воде, можно точно определить место утечки [6, 39]. Результаты тестирования взаимной корреляции представлены в [43, 45].

Sahara (Рисунок 4) — это технология скребков, основанная на принципах ALD. Датчик, установленный на шлангокабеле, вводится в трубу, а небольшой парашют использует поток воды для протягивания датчика по трубопроводу.Когда датчик проходит через любую утечку, он обнаруживает издаваемый звук и сообщает оператору. Кабель шлангокабеля позволяет контролировать его положение вдоль трубы [46, 47].

Методы, основанные на переходном анализе, позволяют измерять давление воды, гидравлические характеристики и использовать обратный расчет (обратный анализ) для обнаружения и локализации утечек. Эти методы основаны на том факте, что внезапный разрыв трубы создает волну отрицательного давления, которая распространяется в обоих направлениях от точки разрыва и отражается от границ трубопровода.Используя данные давления, измеренные в одном месте вдоль трубопровода, время появления начальной и отраженной переходных волн, вызванных разрывом, определяет местоположение разрыва. Величина переходной волны позволяет оценить размер разрыва. Метод может быть усовершенствован за счет использования передовых систем распознавания образов и / или методов обработки сигналов, таких как генетические алгоритмы [48, 49].

Мисюнас и соавторы [5] предложили метод непрерывного мониторинга для обнаружения и локализации разрывов трубопроводов.Методика непрерывного мониторинга была проверена с использованием результатов как лабораторных, так и полевых экспериментов и показала потенциал для обнаружения и обнаружения внезапных разрывов в реальных трубопроводах.

Karney et al. [39] сообщили об использовании анализа обратных переходных процессов на начальном этапе моделирования исследования, целью которого была оценка применимости и эффективности анализа обратных переходных процессов для обнаружения утечек в реальных системах распределения воды. Моделирование проводилось для различных сценариев переходной серьезности и размеров утечек.Как резюмировал Мисюнас [6], ограниченный опыт лабораторных и полевых испытаний [50, 51] включает случаи одиночной трубы, в которых вводится контролируемый переходный процесс для обнаружения и локализации утечки. Проблема для применения в полевых условиях — необходимость иметь точное моделирование переходных процессов и граничных условий в трубопроводной системе. Коломбо и соавторы [52] предлагают выборочный обзор литературы по методам обнаружения утечек на основе переходных процессов. Несмотря на то, что они не являются исчерпывающими, многочисленные публикации цитируются в попытке представить разумный срез исследовательской деятельности и различных методологий.Обзор показывает, что полевые работы и проверка этих методов, как правило, все еще отсутствуют.

4.7. Утечка магнитного потока

MFL состоит из намагничивания исследуемой детали, обычно ферромагнитного материала, и сканирования ее поверхности с помощью некоторой формы чувствительного к потоку датчика [19]. Магнитные силовые линии (или поток) проходят через материал и замыкают магнитный путь между полюсными наконечниками. Когда поток находится внутри образца, его обнаружение в воздушном пространстве, окружающем объект, очень сложно.Однако, если структурная аномалия разрушает поверхность намагниченной структуры, проницаемость изменяется, и поток утечки будет исходить от неоднородности [53]. Поэтому дефекты обнаруживаются путем измерения изменений магнитной проницаемости трубы.

При осмотре труб MFL собирают в скребки, несущие постоянные магниты или электромагниты, которые создают магнитный поток в трубе, так что поле распространяется в том же направлении, что и ось трубы. Этот метод применим для подземных или поверхностных чугунных и стальных труб для обнаружения потери металла, связанной с коррозией, и для обнаружения окружных и продольных трещин.В местах, где наблюдается коррозия или потеря металла, толщина стенки трубы уменьшается, что приводит к уменьшению магнитного потока по сравнению с потоком, переносимым через стенку полной толщины. Это означает, что при появлении дефектов на поверхности трубы происходит утечка магнитного потока. Утечку магнитного потока можно измерить датчиками, расположенными внутри трубы [12, 20, 54–56]. Утечка зависит от физического размера трубы, магнитных характеристик трубы и близлежащих материалов, напряжений в трубопроводах, а также формы и размеров дефектов.MFL может иметь ограниченные характеристики по обнаружению трещин, включая коррозионные трещины, вызванные осевым напряжением, и трещины сварных швов, поскольку они очень мелкие, длинные или узкие [57]. Lijan et al. [58] утверждали, что инструмент aMFL может перемещаться по трубам со скоростью от 0,7 до 4 м / с при испытательных пробегах не менее 100 км. Уровень намагничивания — ключевой фактор в обеспечении надежных и точных результатов контроля [20].

С 1965 года, когда компания Tuboscope представила первый поточный инструмент для контроля трубопроводов MFL, MFL все чаще используется в трубопроводной промышленности.Проверка MFL в водопроводных трубах требует тесного контакта скребка со стенкой трубы. Макар и Шаньон [12] заявили, что использование инструментов MFL в водном хозяйстве ограничивается очищенными трубами без футеровки. Как правило, доступны четыре типа инструментов MFL, из которых можно выбрать в соответствии с различными уровнями чувствительности тестирования. Это инструменты стандартного или низкого разрешения, инструменты высокого разрешения (High-Res), инструменты сверхвысокого разрешения (XHR) или системы XHR «новейшего поколения». Четыре инструмента MFL в основном различаются разрешением или точностью сбора данных за счет изменения размера и расстояния (количества) датчиков [59].

Как и для многих других методов NDE / SHM, использование усовершенствованной обработки сигналов также имеет решающее значение для повышения производительности систем MFL. Mukhopadhyay и Srivastava [55] предложили использовать дискретное вейвлет-преобразование для шумоподавления сигналов MFL и для классификации дефектов. Джоши и др. [60] предложил метод адаптивных вейвлетов и нейронной сети с радиальной базисной функцией (RBFNN). Они использовали новый подход итеративной инверсии с использованием вейвлет-преобразования с несколькими разрешениями для прогнозирования трехмерной геометрии дефекта на основе измерений MFL, полученных при инспекции газопровода.

4.8. Сонар

Сонар измеряет время, необходимое для распространения звукового сигнала от источника к цели и обратно. Зная скорость звука в соответствующей среде, можно определить расстояние от источника до цели. Сонар в основном используется при управлении сточными водами, чтобы обеспечить наглядное представление о канализационных коллекторах под выкидной линией. Сонар может генерировать 360-градусный контур внутренней части напорной трубы или только контур смачиваемой области и подходит для «просмотра» профиля поверхности.Гидролокатор может работать в воздухе или в воде, но он не может работать одновременно в воздухе и в воде. Следовательно, только часть трубы выше ватерлинии или, наоборот, часть трубы ниже ватерлинии, может быть оценена [20, 38, 61]. В Разделе 4.9 будут обсуждаться системы, сочетающие технологии на основе сонаров и замкнутого телевидения (CCTV).

4.9. Ультразвуковой контроль

В методах, основанных на распространении ультразвуковых волн напряжения, используется один или несколько датчиков для передачи широкополосных или узкополосных механических волн через среду.Обычный УЗ, такой как локальный замер толщины, использует объемные волны для тестирования ограниченной области внутри ультразвукового датчика. Такие подходы могут занять много времени при применении к большим конструкциям. Коммерческая система, основанная на ультразвуковом B-сканировании и C-сканировании, — это инструмент проверки компакт-дисков UltraScan [62]. Инструмент CD направляет ультразвуковые волны по окружности в стенку трубы под углом, который генерирует поперечные волны в металле. Преобразователи установлены на гибкой каретке в задней части инструмента. При большом количестве преобразователей, генерирующих импульсы и принимающих их отражения, до десяти одновременных показаний могут быть сняты с каждого дефекта или участка трубопровода.

Каждый раз, когда ультразвук распространяется в ограниченную среду, генерируется направленная ультразвуковая волна (GUW). Волна называется «направляемой», потому что она движется по среде, руководствуясь ее геометрическими границами. GUW распространяются вдоль волновода, а не поперек него. В трубопроводах GUW могут распространяться в продольном направлении трубы и возбуждать все поперечное сечение [19, 63, 64], и поэтому GUW эффективны, когда требуется большая зона контроля. Преимущество контроля GUW заключается в его способности исследовать большие участки трубы, обнаруживать трещины и зазубрины из нескольких точек контроля, обеспечивая при этом полное покрытие поперечного сечения трубы [63–66].Кроме того, комбинируя методологию с своевременной обработкой сигналов, этот метод применим для постоянного мониторинга состояния трубы.

Способность направленных волн обнаруживать трещины и надрезы в трубах была продемонстрирована в нескольких лабораторных работах [63, 66–69]. Одним из преимуществ ГУВ в трубопроводах является то, что теоретические основы распространения волн хорошо сформулированы (см., Например, [19]). Кроме того, численные методы, такие как пакет DISPERSE, разработанный Имперским колледжем в США.К. [70], были разработаны для извлечения модальных решений из множества волноводов, включая пустые и заполненные трубы. Другой численный метод — это метод конечных элементов 2D или полуаналитический метод конечных элементов (SAFE), который позволяет моделировать волноводы произвольного поперечного сечения путем простой дискретизации двумерной области [71–73].

Gauthier et al. [74] сообщили о методе контроля ультразвуковых волн с использованием горизонтально поляризованных поперечных волн. Эти волны могут следовать за кривизной и, таким образом, обеспечивать возможность проверки по изгибам и другим неправильным геометрическим формам.Они протестировали образцы стальных труб и обнаружили, что могут быть обнаружены мелкие трещины, превышающие 10% толщины стенки. Демма с соавторами [75] экспериментально и численно исследовали отражение крутильной направленной моды T (0,1) от дефектов в трубах в диапазоне частот 10–300 кГц. Учитывались как трещиноподобные дефекты с нулевой осевой протяженностью, так и надрезы с различной осевой протяженностью. Результаты показали, что коэффициент отражения от осесимметричных трещин монотонно увеличивается с глубиной на всех частотах и ​​увеличивается с частотой на любой заданной глубине.В случае неосесимметричных трещин коэффициент отражения является примерно линейной функцией протяженности дефекта по окружности на относительно высоких частотах, причем коэффициент отражения на малых протяженности окружности оказывается ниже линейного предсказания на более низких частотах. При неосесимметричных дефектах наблюдается преобразование моды в изгибную F (1,2) моду, а на более низких частотах также возникает изгибная мода F (1,3).

Недавно поступили сообщения о применении GUW в полевых условиях. Ledesma et al.[76] представили тематическое исследование волноводных испытаний газопровода, работающего без компактирования, протяженностью около 1 км. Трубопровод был частично над землей, частично под водой или заглублен в грунт. Они использовали оборудование, разработанное Guided Ultrasonics, Ltd [77]. Виноградов [78] подтвердил способность магнитострикционных преобразователей генерировать GUW для проверки макета пустой заглубленной трубы. В исследование не были включены водопроводные трубы. Sun et al. [79] и соавторы использовали распространение продольной волны L (0, 2) для экранирования 40-метровой трубы отопления в жилом районе Bohai Oil Company в городе Тяньцзинь, Китай.Обсуждались такие факторы, как количество преобразователей и расстояние между кольцами преобразователей.

Ультразвуковые методы контроля PCCP используют ультразвуковой импульсный генератор в стенке трубы и анализируют зарегистрированные временные и частотные характеристики импульсов (с помощью набора датчиков, размещенных рядом с источником) для определения возможности обрыва провода. Испытание может проводиться как из внутренней обезвоженной трубы, так и из внешней рабочей трубы. Скорость и частота резонанса трубы измеряются для определения качества бетона и обнаружения расслоений и / или трещин.Несмотря на то, что ультразвуковой / ультразвуковой метод дает информацию о бетоне, его точность при обнаружении обрыва проводов еще не ясна. Метод оказался хорош для тестирования выбранных непокрытых участков ПКХП снаружи [24]. Так как бетон более затухающий, чем металлы, площадь, контролируемая обычными UT или GUW, меньше по сравнению с металлическими трубами. Кроме того, используемые ультразвуковые частоты должны быть ниже.

4.10. Визуальный осмотр

Визуальные методы связаны с использованием системы охранного телевидения (CCTV).Это стандартная технология NDE внутреннего состояния канализации и водосточных труб [47]. Технология видеонаблюдения предполагает использование установленной на роботе камеры панорамирования / наклона и увеличения и системы освещения, установленной на колесной тележке, которая перемещается между двумя люками. Оборудование видеонаблюдения обслуживается сертифицированными операторами, которые обучены управлению камерой и интерпретации видеопотоков. Система видеонаблюдения может идентифицировать дефекты, такие как продольные / окружные трещины, переломы, деформация, обрушение, разрывы, открытые или смещенные стыки, абразивный износ или коррозия поверхности, проникновение в корни деревьев, инкрустацию и боковые соединения.Каждую канализацию оценивают по количеству и серьезности дефектов. Затем кодам дефектов присваиваются баллы в зависимости от их серьезности. Эти баллы затем используются для расчета общего, максимального и среднего баллов. На основании этих баллов оценка состояния рассчитывается по шкале от 1 до 5 [80]. Новые достижения в оцифровке видеопотока сделали этот инструмент более удобным для пользователя. Видеонаблюдение по-прежнему требует субъективной интерпретации наблюдаемых дефектов оператором и ограничивается поверхностью трубы, расположенной над поверхностью потока.Причем видеонаблюдение в основном носит качественный характер. Недавно было разработано программное обеспечение для поддержки оператора, такое как AQUA-selekt, AQUA-WertMin [81] или другие методы обработки изображений. Системы видеонаблюдения способны (1) обнаруживать аномалии вдоль внутренней поверхности стены, (2) сохранять большое количество изображений и (3) обеспечивать графическое изображение конструкции. С тех пор система видеонаблюдения прошла долгий путь и сейчас является доминирующей силой в современных проверках, широко используемых в отрасли [20].

Системы, подобные Panoramo 3D, показанной на рис. 5, устанавливают оптические сканеры , которые предоставляют ту же информацию, что и цифровое видеонаблюдение, с дополнительным преимуществом, заключающимся в возможности развернуть размер трубы. Стоимость этого уровня проверки почти такая же, как и для видеонаблюдения, но у него есть то преимущество, что он дает измеримый анализ.

Саршар и соавторы [80] описали разработку системы программного обеспечения для полуавтоматического извлечения информации об исторических данных о состоянии из архивных файлов CCTV инспекции канализации.Программное обеспечение использовалось для доступа, анализа и оценки данных о состоянии канализации из видеофайлов системы видеонаблюдения и, в частности, для автоматизации обнаружения других типов дефектов, например, чрезмерного мусора, проникающих корней и смещенных стыков. Были проанализированы изображения из города Реджайна в Канаде. Было изучено использование методов обработки изображений для автоматического определения трещин в канализационных трубах [82, 83].

Системы, объединяющие системы видеонаблюдения и гидролокатора, установленные друг над другом, недавно были предложены для обследования трубопроводов над ватерлинией (с помощью видеонаблюдения) и ниже ватерлинии (с помощью гидролокатора).Примером такой системы является управляемая кабелем плавательная система (SEK), которая была разработана в Германии для проверки магистралей сточных вод и показана на Рисунке 6. SEK позволяет операторам канализации проверять канализационные коллекторы со свободным градиентом большого диаметра, которые из-за их уровни заполнения обычно недоступны (например, до очистных сооружений) [84]. Стратегия включает трехэтапный подход. На первом этапе SEK используется в канализации для проверки. Он проверяет и измеряет всю канализационную линию, а также проводит осмотр камеры, фиксируя основные аномалии, такие как эрозия, отложения, препятствия и утечки в газовом пространстве.В то же время он проверяет, можно ли развернуть описанные ниже системы очистки и проверки. SEK может центрироваться даже в изогнутых трубах канализации длиной 600 м. На втором этапе чистящее устройство с колесным приводом удаляет отложения, обнаруженные SEK в зоне дна, и очищает стену канализации перед развертыванием системы проверки. На третьем этапе система aSVM (устройство для обследования повреждений) полностью обследует канализацию, измеряя ширину швов, смещения труб и трещины с большей точностью, чем SEK.SEK оснащен несколькими фонариками для освещения. В отличие от SEK, SVM обеспечивает большую точность. Он поддерживается (1) плавучими системами для канализации большого диаметра и (2) колесным шасси для канализации меньшего диаметра. Плавучие системы ограничены необходимым уровнем воды. Автомобильные системы с колесными направляющими используются при низком уровне заполнения или при меньшем номинальном диаметре. На SVM установлены датчики для определения положения в канализации (лазерные датчики дальности и датчики наклона) и датчики для обследования повреждений (лазерные сканеры, ультразвуковые сканеры, система камер, ультразвуковой датчик трещин).Ультразвуковые сканеры, лазерные сканеры и системы камер установлены на линейной оси и могут точно измерять профиль трубы на длине приблизительно 1,5 метра.

Сканер канализации и технология оценки (SSET), разработанная TOA Grout, CORE Corp. и канализационной службой столичного правительства Токио (TGS), использует технологию оптического сканера и гироскопа в дополнение к стандартной технологии видеонаблюдения [85, 86]. Скорость исследования для SSET сообщается как 60 м / час. Система SSET была оценена Центром оценки инновационных технологий гражданского строительства, инновационным центром Американского общества инженеров-строителей (ASCE), Фонда исследований гражданского строительства (CERF).Оценка включала полевые демонстрации, проведенные в тринадцати муниципальных общественных организациях по всей Северной Америке. При оценке оценивались функциональные характеристики, конструктивность / практичность, ремонтопригодность, безопасность и экологические характеристики [20]. Преимущества SSET включают в себя возможность создания цифровой записи трубы, определения вертикального прогиба труб и получения легко понятных и управляемых результатов. К основным недостаткам SSET можно отнести невозможность заглядывать в боковые стороны или работать в трубах темного цвета.Полный отчет об оценке был выпущен в 2001 г. [87].

4.11. Другое

Что касается систем SEK-SVM и SSET, описанных в предыдущем разделе, существует несколько других систем, которые содержат несколько технологий для оценки сточных вод: Оценка канализации с помощью мультисенсоров (SAM), финансируемая Немецким исследовательским фондом, и Методика оценки в реальном времени для проверки труб (PIRAT), разработанная Melbourne Water и CSIRO и финансируемая исследовательским агентством Австралии, представляет собой мультисенсорные системы.Платформа SAM включает [88] (i) коммерческую систему видеонаблюдения в дополнение к оптической триангуляции, которая позволяет оптическое трехмерное измерение формы трубы (диаметр и отклонения от овальности), (ii) микроволновый вращающийся датчик для проверки состояния почвы за канализационные трубы, (iii) геоэлектрический датчик для определения точек утечки, (iv) гидрохимические датчики для обнаружения инфильтрации подземных вод, (v) радиоактивные датчики для обнаружения утечек канализации, отверстий за канализационными трубами и небольших отверстий в водопроводе, (vi) акустические системы, подходящие для обнаружения трещин и определения состояния соединений и изгиба труб.

PIRAT [89, 90] был разработан для обнаружения, классификации и оценки дефектов с использованием искусственного интеллекта путем построения цилиндрическо-полярной геометрической модели внутренней части канализации с использованием сканера (лазерного или гидролокатора), переносимого роботом в трубе. транспортное средство. Автомобиль несет сканер по центральной линии канализации и имеет обращенную вперед цветную видеокамеру, освещение и другие датчики.

5. Обсуждение и выводы

В этом документе представлен оперативный и общий обзор наиболее часто используемых методов неразрушающего контроля для инспекции и мониторинга водопроводных и канализационных сетей.Основное внимание уделяется электромагнитным методам, таким как вихретоковый, проникающий через землю радар и утечка магнитного потока, механическим методам, таким как акустическая эмиссия, ультразвуковое испытание, эхо-удар, обнаружение акустической утечки и гидролокатор, а также методы визуального контроля, основанные на использование камер видеонаблюдения. Для каждого метода были обсуждены основные преимущества и принципы, а также способ их использования в трубопроводах пресной и канализационной воды. Были рассмотрены несколько репрезентативных работ, проведенных в академических кругах и в частном секторе.Последний был посвящен инструментам проверки, развернутым и испытанным в полевых условиях. Было проведено различие с точки зрения потребностей и проблем между металлическими и бетонными трубами. Наконец, сообщается о нескольких тематических исследованиях. Заинтересованные читатели могут обратиться к [91] для обзора четырнадцати тематических исследований, проведенных в различных муниципальных образованиях по всему миру.

Все системы, обсуждаемые здесь, имеют много преимуществ, но также имеют некоторые ограничения. Обследование канализационных труб с помощью систем видеонаблюдения, лазерного сканирования или гидролокатора можно улучшить, повысив разрешение изображения системы видеонаблюдения, но все же методы ограничены обнаружением поверхностных аномалий.Развитие автоматической обработки изображений сделает анализ длинных и утомительных изображений менее подверженным субъективной оценке инспекторов.

Периодический осмотр или постоянный мониторинг магистральных или распределительных трубопроводов пресной воды может быть значительно улучшен бестраншейной отвязанной системой, которая может исследовать конструкции изнутри без прерывания работы. Такая система определенно принесет технологический скачок в области контроля водопроводов. Ни один из методов, обсуждаемых в этой обзорной статье, кажется, не удовлетворяет таким идеальным технологиям.Электромагнитные методы или методы, основанные на волнах напряжения, требуют либо временного отключения конструкции для осмотра изнутри, либо выемки грунта для проведения осмотра снаружи. Акустические течеискатели являются многообещающими, если технология может стать непривязанной. Однако эти детекторы не подходят для обнаружения аномалий, которые еще не переросли в утечки. Наконец, как и в случае любой стратегии мониторинга состояния конструкций, мониторинг состояния труб включает другие важные вопросы, такие как моделирование повреждений, установление критериев или установление индексов для оценки повреждений.Эти аспекты здесь не обсуждались, так как выходят за рамки данной статьи.

Таблицы для определения размеров водопроводных труб и счетчиков

Блоки приспособлений для водоснабжения (WSFU) и минимальные размеры патрубков для патрубков

Важные примечания: Приборы, приспособления и приспособления, не указанные в приведенной ниже таблице, разрешается подбирать по размеру относительно приспособлений, имеющих аналогичный расход и частоту использования. Указанные значения арматуры отражают их нагрузку на систему холодного водоснабжения здания.Раздельное значение единицы арматуры для холодной и горячей воды для арматуры, имеющей соединения как для горячей, так и для холодной воды, должно быть разрешено принимать как три четверти от указанной общей стоимости арматуры.

Для арматуры или подводящих соединений, которые могут потребовать непрерывного потока, определите требуемый поток в галлонах в минуту (галлонов в минуту или л / с) и добавьте его отдельно к потребности в галлонах в минуту (л / с) для распределительной системы или ее частей.

Минимальный размер патрубка приспособления относится к размеру холодного патрубка или как горячего, так и холодного патрубка.Указанные минимальные размеры подводящего патрубка для отдельных приспособлений являются номинальным диаметром трубы (ID).

Уменьшенная нагрузка на приспособление для дополнительных шланговых заглушек должна использоваться при определении общей потребности здания, а также для определения размеров труб, когда более одного шлангового нагнетателя подается через сегмент водораспределительной трубы.Размер ответвления к каждому нагруднику шланга должен быть рассчитан на 2,5 единицы крепежа.

Таблица приспособлений для определения размеров водопроводных труб и счетчиков

Строительные материалы, номинальный размер не менее 20 мм (3/4 дюйма)

Приведенные здесь диаграммы взяты из Единого сантехнического кодекса 2012 года.