[实用新型]一种基于超声波相控阵的城市既有市政管网爬行机器人检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及土木工程市政管道检测技术领域，具体为一种基于超声波相控阵的城市既有市政管网爬行机器人检测系统。

背景技术

城市市政管网系统是城市基础设施重要组成部分，是城市赖以生存和发展的物质基础，是保障城市正常、高效运转、保证城市经济、社会健康可持续发展的重要条件。随着我国城市化进程不断提高，城市市政管网建设得到快速发展，近几年来，每年新铺设和更新改造的市政管网长度超过10万公里，市政管网新材料、施工新技术得到管道工程界广泛关注和积极应用。

根据用途，可将市政管网划分为城市给排水管网、城市燃气管网、城市集中供热管网等。城市给排水管网是城市给排水设施最重要的组成部分，是城市的“地下血脉”。一座城市若想发展得更好更快，直接取决于城市给排水管网是否规划合理和建设好坏。

随着我国城市建设步伐的加大，城市地下给排水管网系统也逐渐庞大，但与之相关的弊端也日益显露。城市给排水管网存在以下问题：（1）管网老化、管材低劣、施工技术落后，造成管网爆漏事故；（2）供水管网非正常工况运行，超负荷工况造成爆管；（3）排水管网建设与污水处理厂建设不匹配；（4）雨水管、污水管混接；（5）混凝土管及其接头破损严重。除去一些人为因素，给排水管网的确是存在质量问题，这是引发事故的源头所在。通过对后期检测系统进行相应完善，可部分预防相应的问题。

城市燃气管网与居民生活息息相关。城市燃气管道气源种类多，设计标准难以统一，施工质量参差不齐，燃气设备系统的可靠性和稳定性难以得到保证。已经投入使用的燃气管网，由于长期埋设在地下或裸露在空气中，受到内部腐蚀、外部干扰等诸多因素的影响或破坏，不同程度地出现了各种缺陷，包括管壁减薄、裂纹、胶圈老化等，不仅使管网可用度、可靠性下降，而且给整个社会和周边环境带来巨大的安全危害。城市埋地管道所处区域的地表情况复杂，人口密度大，经济活动频繁，一旦发生燃气管道适度将造成巨大的损失。现阶段，城市燃气管网的使用主要存在两方面问题：一方面是对在役管道过早或过度维修，浪费巨大；另一方面，一些管道由于没有及时得到维护而发生泄漏、破裂，造成不可挽回的损失。因此，必须加强对城市燃气管道的检测维护。

城市集中供热管网是由城市集中供热热源向热用户输送和分配供热介质的管线系统。热网由输热干线、配热干线、支线等组成。输热干线自热源引出，一般不接支线；配热干线自输热干线或直接从热源接出，通过配热支线向用户供热。热网管径根据水力计算确定。在大型管网中，有时为保证管网压力工况（见热网水压图），集中调节和检测供热介质参数，而在输热干线或输热干线与配热干线连接处设置热网站。目前，城市集中供热管网存在诸如以下的问题：（1）管网渗漏现象严重，管网输送效率低，热损失大；（2）管网中水力失调问题普遍存在，近端过热，远端过冷，降低了供电系统的效率。

鉴于我国城市地下市政管网出现诸如腐蚀、泄漏、变形、破损等诸多问题，具备一套行之有效的管网检测方法系统就十分有必要。目前，我国城市地下市政管网的检漏主要是有检漏工人采用手持式听诊器或简单的测试仪器进行检漏。人工检漏需要工人在安静的深夜穿着反光衣、戴耳机，用耳朵检查地下管网的暗漏。这种人工检漏的方式，不仅漏检率高，而且工作量大，效率低。现阶段没有全面解决城市市政管道问题的方法、仪器和相应的技术方案。因此，发展城市既有管道综合检测技术，研究管道无损检测自动化技术，提高检测的可靠性和自动化程度，加强在建和在役运输管道的检测和监测，对提高管线运输的安全性具有重要意义。

在现有管道检测技术中，无损检测技术使用最为广泛。作为其中一种先进的检测技术，超声波检测发展最为迅速，逐渐应用于各个领域，且渐渐成为了管道检测的主要手段之一。管道超声波检测是利用现有的超声波传感器测量超声波信号往返于缺陷之间的时间差来测定缺陷和管壁之间的距离。测量反射回波信号的幅值和超声波探头的发射位置，确定缺陷的大小和方位。

城市地下管道中，污物较为集中，沉积物大多为生活垃圾，管道内腐烂物有可能放出有毒性的气体，某些生活污水还可能析出石油、汽油或苯等气体，在浓度过大时即可引起爆炸。地下管道环境恶劣，检测人员在管道内作业存在一定的危险性，而且有些管径较小的管道，直径只有500mm左右，检测人员无法进入，需要使用自动行走装置（如机器人）进行自动化检测，同时仍需要检测人员在终端进行辅助工作。

所以，如何设计一种基于超声波相控阵的城市既有市政管网爬行机器人检测系统，成为我们当前要解决的问题。

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