СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОТЕЧЕК ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF WATER LEAKS DETECTION AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к жилищно-коммунальному хозяйству и может быть использовано для аварийного отключения подачи воды в водопроводную сеть жилых зданий и других помещений.
Известен способ аварийного отключения подачи воды, включающий размещение датчиков на полу ванных и туалетных комнат, по сигналу которых прекращают подачу воды в водопроводную сеть [Пат. РФ 2232852, МПК Е03С 1/00, 2004].
Недостатки этого способа следующие:
- территория, контролируемая датчиком, мала и время попадания воды на него зависит от характера течи, уклона пола, наличия предметов на нем и т.п., поэтому с момента начала течи воды до момента появления сигнала датчика может пройти значительное время, в течение которого может быть нанесен серьезный материальный ущерб;
- неудобство в эксплуатации, в частности, уборки помещения, связанное с наличием на полу датчиков и проводов.
Прототипом является способ обнаружения протечек воды и отключения ее подачи в помещение, включающий инициирование сигналом датчика процедуры отключения подачи воды в водопроводную сеть и водоразборную арматуру помещения в нештатной ситуации [Пат. РФ 2307898, МПК Е03С 1/00, 2007].
Недостатками прототипа являются:
- сложность конструкции, реализующей способ;
- неудобство в эксплуатации, обусловленное необходимостью открытого монтажа труб, т.е. способ нельзя применить, если трубы скрыты в стене;
- ненадежная работа, допускающая ложное срабатывание, например, при появлении конденсата на трубе.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, реализующего способ, и повышение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в способе обнаружения протечек воды, включающем инициирование сигналом датчика процедуры отключения подачи воды в водопроводную сеть и водоразборную арматуру помещения в нештатной ситуации, сигнал формируют и при штатной ситуации, при этом после инициирования оценивают фактическую ситуацию в течение процедуры, которую завершают в нештатной и прекращают в штатной ситуации, причем сигнал формируют движением воды в сети.
Процедуру проводят за время, в течение которого в нештатной ситуации не может быть причинен существенный ущерб помещению. Движение воды в сети отмечают счетчиком. Для оценивания ситуации используют датчик положения запорного элемента арматуры. Ситуацию оценивают и с помощью времени движения воды в сети. Время процедуры изменяют в зависимости от параметров сети.
В устройстве для осуществления способа обнаружения протечек воды, содержащем запорный кран, установленный на трубопроводе и связанный через блок обработки сигналов с датчиками, по крайней мере, один датчик размещен на трубопроводе, а другой - на водоразборной арматуре, причем датчики являются датчиками движения воды.
Первый датчик выполнен в виде первого неподвижного геркона и счетчика количества воды, на оси вращения которого закреплен магнит, имеющий возможность взаимодействия с первым герконом. Второй датчик выполнен в виде второго неподвижного геркона и запорного элемента, состоящего из неподвижной пластины и подвижной, на которой закреплен магнит, имеющий возможность взаимодействия со вторым герконом. Запорный кран выполнен в виде камеры с легкоплавким материалом, нагревательного и упругого элементов, катушки, запорного органа и корпуса с входным и выходным патрубками, между которыми установлен запорный орган, размещенный на одном конце закрепленного на упругом элементе двуплечего рычага, другой конец которого погружен в легкоплавкий материал, имеющий тепловой контакт с нагревательным элементом, при этом запорный орган из ферромагнитного материала помещен в электромагнитное поле, создаваемое катушкой. В крайнем закрытом положении запорного органа упругий элемент деформирован. Блок обработки сигнала содержит по два конденсатора и элемента ИЛИ-НЕ, три резистора, счетчик, элемент ИЛИ, усилитель мощности, выход которого подключен к запорному крану, а вход - к выходу элемента ИЛИ, входы которого соответственно соединены с (А-1) выходами счетчика, k-й выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соответственно через первые резистор и конденсатор соединен с объединенными с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ входами второго элемента ИЛИ-НЕ и его выходом, подключенным к счетному входу счетчика, вход сброса в ноль которого соответственно через вторые резистор, конденсатор и третий резистор подключен к шине питания и датчикам, соединенным с землей.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Формирование сигнала при штатной ситуации упрощает датчик устройства, так как при этом не требуется его специальная конструкция, или установка его в строго определенном месте, в результате чего обеспечивается реагирование на нештатную ситуацию. Причем, поскольку штатная и нештатная ситуации могут быть очень похожи друг на друга, то для надежного их распознавания требуется сложная конструкция датчика.
Оценивание после инициирования фактической ситуации в течение процедуры, которую завершают в нештатной и прекращают в штатной ситуации, позволяет прекращать при необходимости подачу воды за некоторый временной интервал, что позволяет использовать менее мощный привод для запорной арматуры и, в конечном счете, уменьшить весогабаритные характеристики устройства. Кроме того, появляется возможность использовать инерционный, но более простой привод, например нагревательный элемент.
Формирование сигнала движением воды в сети упрощает конструкцию датчика, позволяя, например, применить в качестве датчика обычный счетчик воды, снабдив его дополнительным элементом - герконом.
Проведение процедуры за время, в течение которого в нештатной ситуации не может быть причинен существенный ущерб помещению, позволяет растянуть время прекращения подачи воды до максимально возможного, что уменьшает мощность привода и снижает требования к его инерционности.
Фиксирование (отметка) счетчиком движения воды в сети позволяет, во-первых, использовать штатный прибор, например водяной счетчик. Во-вторых, по расходу воды (скорости работы счетчика) можно судить о масштабах утечки, что упрощает конструкцию устройства в целом и улучшает его эксплуатационные характеристики.
Использование для оценивания ситуации датчика положения запорного элемента арматуры позволяет надежнее распознавать фактическую ситуацию, что повышает эксплуатационные характеристики устройства.
Оценка ситуации с помощью времени движения воды в сети дает возможность упростить конструкцию устройства, а именно не снабжать некоторые виды разборной арматуры, например кран подачи воды в смывной бачок, никакими датчиками.
Изменение времени процедуры в зависимости от параметров сети позволяет подстраивать устройство под различные размеры сети и виды помещений, что повышает эксплуатационные возможности устройства.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема включения датчика устройства прекращения подачи воды в водопроводную сеть. На фиг.2 изображен датчик с запорным краном. На фиг.3 изображена схема запорного элемента водоразборной арматуры (крана). На фиг.4 изображена схема блока обработки сигналов.
Устройство прекращения подачи воды содержит датчик 1 (счетчик количества воды), выход которого соединен с водопроводной сетью 2, снабженной водоразборной арматурой 3. У датчика на оси 4 вращения закреплен магнит 5, имеющий возможность взаимодействия с неподвижным герконом 6, который подключен к входу блока обработки сигналов. Вход датчика (счетчика) соединен с запорным краном, между входными и выходными патрубками крана на упругом элементе 7 (мембране) закреплен двуплечий рычаг, один конец которого соединен с запорным органом 8, а другой конец погружен в легкоплавкий материал 9, заполняющий камеру и имеющий тепловой контакт с нагревательным элементом 10. Запорный орган размещен в электромагнитном поле, создаваемом катушкой 11.
Арматура может иметь запорный элемент, выполненный из неподвижной 12 керамической пластины и подвижной 13 с магнитом 14, который имеет возможность взаимодействия с неподвижным герконом 15, подключенным параллельно геркону 6.
Блок обработки сигнала содержит по два конденсатора 16, 17 и элемента 18, 19 ИЛИ-НЕ, три резистора 20-22, счетчик 23, элемент 24 ИЛИ, усилитель 25 мощности (УМ), выход которого подключен к обмотке 26 нагревательного элемента (НЭ) 10, а вход - к выходу элемента ИЛИ, входы которого соответственно соединены с (k-1) выходами счетчика, k-й выход которого подключен к первому входу элемента 18 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соответственно через резистор 22 и конденсатор 17 соединен с объединенными с выходом элемента 18 входами элемента 19 и его выходом, подключенным к счетному входу счетчика, вход сброса в ноль которого соответственно через резистор 20, конденсатор 16 и резистор 21 подключен к шине питания и герконам 6, 15, соединенным с землей.
Работает устройство следующим образом.
В исходном состоянии водоразборная арматура 3 (кран) закрыта, поэтому вода в водопроводной сети 2 не движется, а следовательно, ось 4 и магнит 5 датчика 1 (счетчика) не вращаются. При этом запорный орган 8 находится в отодвинутом от входного патрубка положении, удерживаясь в нем за счет конца рычага, находящегося в затвердевшем легкоплавком материале 9 (фиг.1, 2). При этом подвижная пластина 13 с магнитом 14 крана находится в положении, обеспечивающем размыкание контактов геркона 15 (фиг.3, 4). Положение перекидных контактов геркона 6 зависит от расстояния последнего до магнита 5, при удалении которого взаимодействуют нормально замкнутые, а при приближении - нормально разомкнутые контакты. Однако в любом случае перекидной контакт оказывается замкнутым на землю. В результате этого резистор 21 будет подключен к земле, и на делителе, образованном резисторами 20, 21, сформируется сигнал логического нуля (лог. 0), который поступит на вход R сброса счетчика 23, разрешая ему накапливать импульсы (фиг.4). На k-ом выходе счетчика (действиями, описанными ниже) сформирована логическая единица (лог. 1), которая, воздействуя на вход элемента 18, препятствует генерации импульсов на вход счетчика. Поэтому счетчик хранит число, величина которого определяется «весом» k-го выхода, при этом, поскольку на (k-1) выходах лог. 0, то на выходе элемента 24 ИЛИ низкий потенциал, и обмотка 26 нагревательного элемента обесточена.
Если в водопроводной сети 2 возникнет утечка воды, то счетчик 1 количества воды начнет работать, и магнит 5 станет вращаться на оси 4 этого счетчика. При проходе магнита геркона 6 контакты переключатся, причем два раза, в результате в момент переключения, когда перекидной контакт не будет касаться других, резистор 21 окажется отключенным от земли, и на входе R сброса счетчика 23 сформируется сигнал лог. 1, которая обнулит счетчик. На k-ом выходе счетчика и входе элемента 18 ИЛИ-НЕ появится низкий потенциал, в результате чего на счетный вход С счетчика с выхода элемента 19 начнут поступать импульсы. Счетчик начнет изменять свое состояние, и на его выходах двоичным кодом будут отображаться числа, соответствующие количеству импульсов, прошедших на вход счетчика, т.е. будет отображаться последовательность чисел. Эта последовательность будет обеспечивать появление лог. 1 на входах и выходе элемента 24 ИЛИ. В результате этого на обмотку 26 нагревательного элемента 10 с усилителя 25 мощности поступит напряжение, благодаря чему начнет нагреваться легкоплавкий материал 9.
При очередном прохождении магнитом 5 геркона 6 счетчик обнулится и снова начнет накапливать импульсы, обеспечивая наличие лог. 1 на входах и выходе элемента 24 и, следовательно, нагрев элемента 10. Так будет продолжаться до тех пор, пока не расплавится материал 9, и под действием упругой силы мембраны 7 рычаг не повернется против часовой стрелки и не перекроет запорным органом 8 поступление воды в сеть 2. Движение воды и вращение оси 4 счетчика 1 прекратятся, в результате чего прекратится формирование импульсов сброса на входе R счетчика 23, так как перекидной контакт геркона 6 окажется замкнутым на землю. Счетчик 23 будет продолжать накапливать импульсы, и когда их число будет соответствовать числу, отображаемому единицей на k-ом выходе счетчика, генерация импульсов прекратится. На входах и выходе элемента 24 ИЛИ появится низкий уровень напряжения, и обмотка 26 окажется обесточенной, а материал 9 начнет остывать. В таком (закрытом) положении запорный орган может находиться сколь угодно долго, не потребляя при этом энергии. После устранения аварийной утечки разогревают материал 9, например путем подачи (вручную) напряжения на обмотку 26 нагревателя, после чего подают (также вручную) напряжение на обмотку катушки 11, притягивая при этом двуплечий рычаг по часовой стрелке и деформируя (вызывая упругую силу) мембрану 7. Запорный орган 8 отойдет от седла выходного патрубка, и подача воды в сеть 2 возобновится. Затем убирают напряжение с обмотки 26 и после остывания и затвердевания легкоплавкого материала 9 снимают напряжение с обмотки катушки 11.
Рассмотрим случай отбора воды из водопроводной сети с помощью арматуры. При открывании крана пластина 13 вместе с магнитом 14 смещаются относительно неподвижной пластины 12, и контакты геркона 15 замыкаются. Одновременно с выходом воды из крана начинается движение воды в сети 2 и вращение магнита 5 на оси 4 счетчика. Поскольку посредством геркона 15 резистор 21 оказывается замкнутым на землю, то срабатывание перекидного контакта геркона 6 никак не сказывается на R входе счетчика 23, и он продолжает хранить информацию (единицу на k-ом выходе). После закрывания крана контакты геркона 15 размыкаются, однако некоторое время по инерции в сети продолжает еще двигаться вода, а ось 4 счетчика 1 - вращаться. Если магнит 5 за это время приблизится к геркону 6, то в момент переключения его контактов произойдет сброс счетчика 23 в нулевое состояние. На его вход начнут поступать импульсы, которые вызовут появление лог. 1 на выходе элемента 24 и последующий нагрев элемента 10. Однако после прекращения вращения оси счетчика 1 на входе R счетчика 23 установится лог. 0, разрешающий накопление импульсов. Поэтому вскоре на k-ом выходе установится сигнал лог. 1, которая, воздействуя на вход элемента 18, воспрепятствует генерации импульсов на вход счетчика 23. На выходе элемента 24 ИЛИ появится низкий уровень напряжения, обмотка 26 окажется обесточенной, а материал 9 начнет остывать. Таким образом, разбор воды через арматуру не вызывает срабатывание запорного органа 8 крана, т.е. прекращения подачи воды в водопроводную сеть.
Заметим, что если сеть содержит несколько водоразборных кранов, то их герконы 15 подключаются параллельно, а герконы 6 счетчиков (например, холодной и горячей воды) - последовательно.
Если водоразборная арматура работает определенное непродолжительное время, то на нее требуется установки датчика. Например, если смывной бачок унитаза наполняется водой за 22 с, а нагревательный элемент расплавляет материал 9 через 120-150 с, то очевидно, что включившись на непродолжительное время, нагревательный элемент не сможет перевести материал 9 из твердого в жидкое состояние, т.е. выключить подачу воды. При этом даже при частом включении смывного бачка ложного срабатывания не произойдет, так как материал 9 имеет хороший тепловой контакт (через мембрану 7 и другие части крана) с холодной водой, а поэтому быстро остывает и удерживает орган 8 в открытом состоянии.
По частоте и продолжительности поступления лог. 1 на вход R на вход счетчика 23 можно судить о масштабе утечки воды. Например, если продолжительное время импульсы на указанный вход счетчика поступают с высокой частотой, т.е. такая продолжительность не может быть вызвана инерцией движения воды в сети или наполнением смывного бычка, то эту ситуацию следует расценивать как масштабную аварию, и для ускорения прекращения подачи воды в сеть можно увеличить (до допустимого предела) напряжение на нагревательном элементе или подключить к работе второй элемент.
Если, наоборот, продолжительное время импульсы поступают с относительно низкой частотой, то авария незначительна, и перекрывание воды можно осуществить за обычное (расчетное) время. Более того, за относительно большую продолжительность, например за ночь (если в это время никто не пользовался водоразборной арматурой), можно выявить небольшие утечки из водопроводной сети. Например, полное отсутствие импульсов на R-входе счетчика 23 свидетельствует о хорошей герметичности системы, поступление нескольких импульсов указывает на незначительную утечку, например из смывного бачка или крана (капание).
Внедрение изобретения позволит создать простое по конструкции и удобное в эксплуатации устройство, контролирующее работу водопроводной сети и предотвращающее значительную утечку воды из нее в аварийной ситуации.