一种消防栓系统及其流速监测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种消防栓系统及其流速监测方法，属于消防栓监控设备领域。消防栓系统包括消防栓及止水阀，阀体上安装有监测装置与供电装置；供电装置包括压电俘能器；压电俘能器包括套装在阀体流道内的涡轮，由涡轮带动而绕旋转轴线转动的第一磁铁块，表面水密地包裹有弹性膜层且一端固定在阀体上的压电片，及粘接在压电片的摆动端上的第二磁铁块；第二磁铁块位于第一磁铁块绕旋转轴线转动所形成的环形轨迹的轴向侧旁；压电俘能器构成监测装置中用于监测是否有水流的水流监测单元。通过增设压电俘能器，不仅能增加电池的服役年限，且能对流道中是否有水流进行监测，可广泛应用于消防栓、建筑等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种消防栓系统及其流速监测方法
本专利技术涉及消防栓监测
，具体地说，涉及一种具有能量俘获功能的消防栓系统及适于该消防栓系统使用的流道水流流速监测方法。
技术介绍
如图1所示，常用消防栓系统1包括水管10及安装在水管10上的止水阀12及消防栓11，止水阀12位于水流方向的上游，以控制水管10中的水流通断，以控制消防栓11的供水。为了监测消防栓11中水压或流速等用于反映其工作状态的参数，以能更好地为消防救火时选择提供参考，如公布号为CN107979128A、CN107968453等专利文献所述公开的技术方案为在水管10上安装消防栓监测仪表，并在该消防栓监测仪表中集成水压探头作为水压监测模块，或如公布号为CN107975679A等专利文献所公开的技术方案中为在水管10上安装消防监测栓仪表中，并在该消防栓监测仪表中集成涡轮作为流速监测模块，以对水管10中的水流流速进行监测。为了真实反映消防栓11的工作状态，前述消防栓监测仪表均设置在止水阀12与消防栓11之间的管段上。由于消防栓的安装位置处通常供电较为不方便，基本上利用电池进行供电，以基于IB-NOT、2G等无线通信技术将监测数据发出，其均存在电池服役寿命偏短的问题。此外，在使用过程中，若止水阀11被关闭了，则难通过安装在其下游的消防栓监测仪表的监测数据来判断消防栓12的真实工作状态。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种消防栓系统，通过增设压电俘能器以延长电池的服役年限；本专利技术的另一目的是提供一种适于上述消防栓使用的流速监测方法。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的消防栓系统包括消防栓及在水流方向上位于消防栓上游的止水阀，止水阀包括阀体、阀瓣及阀杆，阀体上安装有监测装置及向监测装置供电的供电装置，监测装置包括控制单元、向控制单元输出监测信息的监测单元及受控制单元控制而发送监测信息的无线通信单元；供电装置包括可充电电池、充电电路及压电俘能器；压电俘能器包括套装在阀体流道内的涡轮，由涡轮带动而绕旋转轴线转动的第一磁铁块，表面水密地包裹有弹性膜层且一端固定在阀体上的压电片，及粘接在压电片的摆动端上的第二磁铁块；第二磁铁块位于第一磁铁块绕旋转轴线转动所形成的环形轨迹的轴向侧旁，压电片的中面沿环形轨迹的径向布置，中面平行于压电片上粘接有磁铁块的表面，第一磁铁块与第二磁铁块的磁极指向均沿轴向，且异性磁极相对布置；压电俘能器构成监测单元中用于监测是否有水流的水流监测单元。通过设置压电俘能器，并利用充电电路对电池进行充电，以延长电池的服役年限，并可基于该压电俘能器对阀体流道内是否有流速进行检测，并可根据电量的输出多少而大致判断流速快慢，以便于对消防栓系统的工作状态进行监控。具体的方案为涡轮通过涡轮转轴安装在安装筒内，安装筒嵌入地安装在阀体流道的一个端口部内；第一磁铁块通过连杆固设在涡轮转轴上，压电片的固定端通过连接件固定在安装筒的筒内壁上。更具体的方案为阀体在端口部的侧壁上设有安装螺孔，在安装螺孔内水密地旋合有第一塑料螺钉，第一塑料螺钉里水密地预埋有霍尔传感器，霍尔传感器的检测端位于环形轨迹的径向侧旁；霍尔传感器构成监测单元中的流速监测单元。基于同一套涡轮与磁铁，只需增设霍尔传感器，以监测磁铁块旋转经过的次数，就可获取涡轮的转速而获取当前阀体流道内的水流流速。优选的方案为压电片的电能传输线依序穿过设于阀体上的螺纹通孔后伸出至阀体外，再穿过硬质保护管后与充电电路电连接；螺纹通孔内水密地旋合有第二塑料螺钉，电能传输线预埋于第二塑料螺钉内，且预埋线位于流道内的一端焊接有电连接于压电片的固定端上的导线，在焊接位置处包裹有防水套管。另一个优选的方案为监测单元包括用于监测阀体流道启闭状态的启闭状态监测单元；阀杆具有暴露于阀体外的螺杆段；启闭状态监测单元包括沿阀杆轴向布置的导轨，具有与螺杆段相适配的螺纹孔的指示块，固设在指示块上的磁铁块，及固设在阀体上且位于指示块沿螺杆段行程两端侧旁的磁检测传感器；螺杆段的长度大于指示块在阀瓣启闭流道过程中沿阀杆轴向的行程；指示块受导轨约束而只能沿阀杆轴向移动。通过在阀杆上设置由其驱动而沿相对阀体沿阀杆轴向移动的指示块，并通过对指示块相对阀体的位置信息进行监测，以利用阀门在工作过程中，为通过手轮驱动阀杆相对阀体转动，以驱动阀瓣启闭阀体流道，即阀瓣是否全闭阀体流道、或者全开阀体流道及在这两者间的中间状态的信息可通过对阀杆的动作监测而获取，并采用螺纹结构进行驱动，结构简单且便于实现，利用磁铁与磁检测传感器配合而对指示块相对阀体在阀杆轴向上的位置进行监控，能有效地降低监控过程中传感器功耗，便于延长一些环境下只能利用电池进行供电的阀门服役年限。且由于阀杆具有位于阀体外的部分，通过对阀杆的状态监测而获取阀瓣是否启闭流道的信息，能有效避免需要将监测模块设置到阀体内而需考虑密封问题，以便于制造及维护中的检修。更优选的方案为导轨包括固设在阀体上的导槽板，导槽板上设有沿阀杆轴向布置的限位导向槽；指示块具有可滑动地卡套于限位导向槽内的被限位部；磁检测传感器固设在导槽板上且位于限位导向槽的端部侧旁。采用导槽板作为导轨，结构简单且便于在阀体上的安装。进一步的方案为磁检测传感器为霍尔传感器或干簧管；磁检测传感器的信号传输线穿过硬质保护管后，与控制单元电连接。再一个优选的方案为监测单元包括水压检测单元，水压监测单元包括水密地安装在水压监测通孔上的水压探头，水压监测通孔设于阀体流道的侧壁上。更优选的方案为水压监测通孔设有第一内螺纹，水压探头的探测端部设有与第一内螺纹相适配的第一外螺纹，探测端部与水压监测通孔的外端面间压有密封圈；水压监测通孔设于阀体流道的进水端部上。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的流速监测用于监测上述消防栓系统内的流速，该流速监测方法包括以下步骤：获取压电片的电能输出数据及基于霍尔传感器获取涡轮的转速数据；利用流速计算模型，对转速数据与电能输出数据进行处理，获取阀体流道内的流速数据；流速计算模型为基于卷积神经网络模型经训练得到。由于在流道内增设了压电俘能器，其电量输出将影响涡轮的转速而对流速的精确计算产生影响，且压电片的能量俘获效率与涡轮转速相关，并非线性关系；本方案利用经训练的机器学习模型对流速进行监测，可有效避免现有经验公式无法精确预测的问题。附图说明图1为现有一种消防栓系统的结构示意图；图2为本专利技术消防栓系统实施例中止水阀的侧视图；图3为本专利技术消防栓系统实施例中止水阀的结构图；图4为图2中A局部放大图；图5为图3中B局部放大图；图6为本专利技术消防栓系统实施例中密封壳、水压探头及安装在密封壳内的模块的立体图；图7为图6所示结构的结构分解图图8为本专利技术消防栓系统实施例中涡轮、涡轮转轴、导流罩及安装筒的结构分解图；图9为本专利技术消防栓系统实施例中监测装置的电原理框图；图10为本专利技术消防栓系统实施例中压电俘获器的结构示意图；图11为图10中C局部放大图；图12为专利技术消防栓系统实施例中压电俘获器的工作原理示意图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术主要是在止水阀内增设压电俘能器，以延长电池服役年限的同时，能对流道中水流状态进行监控，根据本构思，消防栓的结构及阀门中的阀体、阀瓣等部件的具体结构参照现有产品进行设计。消防栓系统实施例参见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消防栓系统，包括消防栓及在水流方向上位于所述消防栓上游的止水阀，所述止水阀包括阀体、阀瓣及阀杆，所述阀体上安装有监测装置及向所述监测装置供电的供电装置，所述监测装置包括控制单元、向所述控制单元输出监测信息的监测单元及受所述控制单元控制而发送监测信息的无线通信单元；所述供电装置包括可充电电池、充电电路及压电俘能器；其特征在于：所述压电俘能器包括套装在阀体流道内的涡轮，由所述涡轮带动而绕旋转轴线转动的第一磁铁块，表面水密地包裹有弹性膜层且一端固定在所述阀体上的压电片，及粘接在所述压电片的摆动端上的第二磁铁块；所述第二磁铁块位于所述第一磁铁块绕所述旋转轴线转动所形成的环形轨迹的轴向侧旁，所述压电片的中面沿所述环形轨迹的径向布置，所述中面平行于所述压电片上粘接有磁铁块的表面，所述第一磁铁块与所述第二磁铁块的磁极指向均沿所述轴向，且异性磁极相对布置；所述压电俘能器构成所述监测单元中用于监测是否有水流的水流监测单元。

【技术特征摘要】
2018.06.26 CN 2018106679673;2018.06.26 CN 201820991.一种消防栓系统，包括消防栓及在水流方向上位于所述消防栓上游的止水阀，所述止水阀包括阀体、阀瓣及阀杆，所述阀体上安装有监测装置及向所述监测装置供电的供电装置，所述监测装置包括控制单元、向所述控制单元输出监测信息的监测单元及受所述控制单元控制而发送监测信息的无线通信单元；所述供电装置包括可充电电池、充电电路及压电俘能器；其特征在于：所述压电俘能器包括套装在阀体流道内的涡轮，由所述涡轮带动而绕旋转轴线转动的第一磁铁块，表面水密地包裹有弹性膜层且一端固定在所述阀体上的压电片，及粘接在所述压电片的摆动端上的第二磁铁块；所述第二磁铁块位于所述第一磁铁块绕所述旋转轴线转动所形成的环形轨迹的轴向侧旁，所述压电片的中面沿所述环形轨迹的径向布置，所述中面平行于所述压电片上粘接有磁铁块的表面，所述第一磁铁块与所述第二磁铁块的磁极指向均沿所述轴向，且异性磁极相对布置；所述压电俘能器构成所述监测单元中用于监测是否有水流的水流监测单元。2.根据权利要求1所述的消防栓系统，其特征在于：所述涡轮通过涡轮转轴安装在安装筒内，所述安装筒嵌入地安装在阀体流道的一个端口部内；所述第一磁铁块通过连杆固设在所述涡轮转轴上，所述压电片的固定端通过连接件固定在所述安装筒的筒内壁上。3.根据权利要求2所述的消防栓系统，其特征在于：所述阀体在所述端口部的侧壁上设有安装螺孔，在所述安装螺孔内水密地旋合有第一塑料螺钉，所述第一塑料螺钉里水密地预埋有霍尔传感器，所述霍尔传感器的检测端位于所述环形轨迹的径向侧旁；所述霍尔传感器构成所述监测单元中的流速监测单元。4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的消防栓系统，其特征在于：所述压电片的电能传输线依序穿过设于所述阀体上的螺纹通孔后伸出至所述阀体外，再穿过硬质保护管后与所述充电电路电连接；所述螺纹通孔内水密地旋合有第二塑料螺钉...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳培光，张禹海，
申请(专利权)人：河南中消物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41