基于物联网的天然气场站报警三维模拟系统的制作方法

1.本发明涉及天然气计量设备技术领域，具体涉及基于物联网的天然气场站报警三维模拟 系统。


背景技术：

2.天然气作为一种优质、高效、清洁的能源和重要的化工原料，在世界各国均得到普遍重 视和优先利用，在能源结构中占的比例达到35％。随着天然气作为环保能源地位的不断上升， 对天然气进行准确、公平和公正的计量工作是对天然气进行科学管理的一项重要技术工作， 关系到多方利益。同时，天然气作为燃料，它的实际价值应该是它的热值而非体积，国外的 天然气计量方式普遍采用能量计量的方法，所以难免在与其它国家进行天然气贸易交接过程 中产生不必要的争端，因此开展天然气能量计量设备的研究有着非常重要的意义。
3.目前现有的能量计量管理系统无法实时获取到场站内天然气的安全信息，一旦场站内的 天然气发生泄漏时，无法及时发现天然气的泄露位置。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供基于物联网的天然 气场站报警三维模拟系统，能够实时监测场站内的天然气，当天然气发生泄露时，能够为管 理平台提供天然气的泄露位置，防止更多的天然气泄露。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.基于物联网的天然气场站报警三维模拟系统，包括依次交互的对象平台、传感网络平台 以及管理平台，所述对象平台包括压力传感器和燃气泄漏报警器，所述压力传感器用于测量 管道内天然气的压力值，并将采集到的信息通过传感网络平台传递至管理平台，所述燃气泄 漏报警器能够沿管道方向巡查，当压力传感器检测到管道内天然气压力变化时，所述管理平 台能够通过传感网络平台向燃气泄漏报警器发送信号，所述燃气泄漏报警器将移动至管道内 天然气压力变化位置，并检测管道内的天然气是否发生泄漏。
7.进一步地，所述燃气泄漏报警器包括报警模块、检测组件以及封堵组件，所述报警模块、 检测组件以及封堵组件均通过传感网络平台与管理平台连接；所述管理平台通过传感网络平 台获取现场燃气泄漏报警器、压力传感器分别上传的燃气泄漏监测信息和管道压力信息，并 通过三维模拟报警系统对现场管道安全运行状态进行远程监测，以三维模拟设备结合图标的 形式展示现场管道存在的隐患。
8.进一步地，所述检测组件包括两个充气后能够膨胀的移动件，两个所述移动件一端均与 封堵组件连接，另一方均设有检测头组件，其中一个所述检测头组件上设置有气泵，气泵通 过气管与移动件连接，所述气泵向移动件内充气后，移动件能够驱动检测头组件在管道的外 壁上移动；所述检测头组件内设有锁紧件，所述锁紧件能够将检测头组件固定至管道外壁上。
9.进一步地，所述移动件为内径大于管道外径的波纹管，所述移动件套在管道上；所述检 测头组件包括检测块和内径大于管道外径的圆环，所述圆环套在管道上，所述检测块上设有 内径与管道外径一致的通孔，所述检测块通过通孔套在管道上，且检测块固定至圆环的内壁 上，将套在管道上的移动件两端处于密封状态。
10.进一步地，所述圆环内设有空腔，圆环内壁上还设有与空腔连通的条形口，所述锁紧件 包括锁紧杆和驱动件，所述圆环锁紧杆通过转轴活动连接在空腔内，且锁紧杆插入至条形口 内；
11.所述驱动件位于圆环的空腔内壁上，驱动件能够驱动锁紧件绕着转轴转动，将锁紧杆与 管道的外壁贴合。
12.进一步地，所述驱动件包括伸缩管和活动板，所述圆环的空腔内壁上设有凹槽，所述伸 缩管位于凹槽内，且伸缩管一端通过导管与气泵连通，另一端与活动板连接，当向伸缩管内 充气时，所述伸缩管能够驱动活动板推动解锁杆绕着转轴转动。
13.进一步地，所述圆环的空腔内壁上还设有固定块，固定块一端与空腔内壁连接，另一端 上设有盲孔，所述盲孔内设有第一弹性件和横板，所述第一弹性件能够推动横板绕着转轴朝 着远离管道外壁方向转动。
14.进一步地，所述检测块的通孔内壁设有环形凹槽，所述活动板朝向解锁杆方向的端部设 有容纳槽，所述容纳槽内设有移动板，所述活动板上还设有进气管，所述进气管一端与容纳 槽连通，另一端与环形凹槽连通。
15.进一步地，所述封堵组件包括活动筒和两个连接筒，两个所述连接筒分别与两个移动件 朝着远离检测头组件方向端连接，所述活动筒的两端分别套在两个连接筒上；其中一个所述 连接筒内设有电机，所述电机的输出端上设有传动齿，所述活动筒的内壁上设有轴线与活动 筒轴线在同一条直线上的环形齿轮，且环形齿轮与传动齿啮合；所述活动筒内壁上还设有封 堵元件。
16.进一步地，所述封堵元件包括封堵杆和与活动筒内部连接的连接管，所述连接管内部设 有第三弹性件，所述第三弹性件一端与连接管内的封堵杆连接；所述封堵杆的外径与连接管 的内径一致，封堵杆远离第三弹性件方向端为圆锥结构，所述封堵杆内还设有气道，所述气 道沿封堵杆的轴向分布，且贯穿封堵杆的两端。
17.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.1、本发明通过设置的对象平台能够对场站内的天然气进行实时监测，并将监测到的信息 传递至管理平台，管理平台通过三维模拟报警系统对各隐患状态通过三维模拟结合设备图标 的形式进行展示，以便用户能够实时获取到场站内天然气的信息；
19.2、本发明利用设置的燃气泄漏报警器能够在管道上爬行，爬行的过程中能够利用设置的 检测头组件能够检测出管道是否发现泄漏，一旦发现管道发生泄漏，将发生信号至管理平台， 并调节管道道内天然气的压力和流量，避免造成更多的天然气泄漏；
20.3、本发明利用设置的封堵组件能够自动对管道周向上的泄漏孔进行检测，并对检测到的 泄漏孔进行封堵，避免造成更多的天然气泄漏。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部
分，并不 构成对本发明实施例的限定。在附图中：
22.图1为本发明燃气泄漏报警器的结构示意图；
23.图2为本发明检测头组件的结构示意图；
24.图3为本发明活动板的结构示意图；
25.图4为本发明封堵组件的结构示意图。
26.附图中标记及对应的零部件名称：
27.1-管道，2-气泵，3-气管，4-移动件，5-弹簧，6-封堵组件，7-检测头组件，8-固定块， 9-横板，11-活动板，12-伸缩管，13-第一弹性件，14-条形口，15-垫片，16-锁紧杆，17-转轴， 18-检测块，19-移动板，20-圆环，21-环形凹槽，22-容纳槽，23-进气管，24-封堵杆，25-活 动杆，26-支撑架，27-第二弹性件，28-密封圈，29-环形齿轮，30-第三弹性件，31-活动筒， 32-电机，33-传动齿，34-连接管，35-封堵杆，36-气道，37-连接筒。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明 作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本 发明的限定。
29.实施例
30.如图1至图4所示，本发明包括依次交互的对象平台、传感网络平台以及管理平台，所 述对象平台包括压力传感器和燃气泄漏报警器，所述压力传感器用于测量管道1内天然气的 压力值，并将采集到的信息通过传感网络平台传递至管理平台，所述燃气泄漏报警器能够沿 管道1方向巡查，当压力传感器检测到管道1内天然气压力变化时，所述管理平台能够通过 传感网络平台向燃气泄漏报警发送信号，所述燃气泄漏报警器将移动至管道1内天然气压力 变化位置，并检测管道1内的天然气是否发生泄漏。
31.针对现有技术中的天然气能量计量系统无法实时对场站内的天然气进行实时监测，通常 采用工人巡查的方式对场站内的天然气管道进行检测，采用该种方式不仅效率低，同时无法 快速检测出管道是否有天然气泄漏，为此，本技术方案设置了用于对天然气站场内天然气管 道的监测系统，能够实时对管道进行检测，判断是否发生天然气泄漏，其中，在天然气管道 1内按一定的间距设置有压力传感器，用于实时监测管道1内天然气的压力值，并将采集到 的信息通过传感网络平台传递至管理平台，管理平台能够实时监测到管道1不同区段内的天 然气的压力值，由于管道1内不同区段内的天然气压力值保持一致，一旦发现某一位置处压 力传感监测到的天然气压力值出现波动时，则推断该处的管道1天然气是否发生泄漏，此时 管理平台通过传感网络平台向燃气泄漏报警发送信号，燃气泄漏报警收到信号之后在管道1 上移动至管道1出现异常的压力传感器区段内，对管道1该区段进行检查，判断是否有天然 气泄漏，一旦发现天然气泄漏将通过传感网络平台为管理平台传递信号，同时发出报警声， 以便维护人员对该区域的管道1进行修补。
32.所述燃气泄漏报警器包括报警模块、检测组件以及封堵组件6，所述报警模块、检测组 件以及封堵组件6均通过传感网络平台与管理平台连接；所述管理平台通过传感网络平台获 取现场燃气泄漏报警器、压力传感器分别上传的燃气泄漏监测信息和管道压力信息，并通过 三维模拟报警系统对现场管道安全运行状态进行远程监测，以三维模拟设备结
合图标的形式 展示现场管道存在的隐患，包括一般隐患、较重隐患、严重隐患、重大隐患，可实现对现场 管道隐患处状态的展示及监控。
33.设置的报警模块用于发出报警声，提醒维护人员进行维护，设置的检测组件用于对该区 域的管道1进行检测，判断是否发生泄漏，而设置的封堵组件6用于对管道1上泄漏处进行 临时封堵，避免造成更多的天然气泄漏，设置的报警模块、检测组件以及封堵组件6均由管 理平台控制其的工作状态。
34.所述检测组件包括两个充气后能够膨胀的移动件4，两个所述移动件4一端均与封堵组 件6连接，另一端均设有检测头组件7，其中一个所述检测头组件7上设置有气泵2，气泵2 通过气管3与移动件4连接，所述气泵2向移动件4内充气后，移动件4能够驱动检测头组 件7在管道1的外壁上移动；所述检测头组件7内设有锁紧件，所述锁紧件能够将检测头组 件7固定至管道1外壁上。
35.本技术方案中的燃气泄漏报警器利用设置的气泵2向移动件4内充气，使得移动件4能 够沿管道1的轴向膨胀，从而驱动位于移动件4两端上的检测头组件7在管道1上爬行，实 现了燃气泄漏报警器在管道1上的爬行，并且爬行的过程中，利用设置的检测头组件7能够 对管道1的外壁进行实时检测，判断是否有气体泄漏；同时，为了保证燃气泄漏报警器能够 在管道1上正常爬行，故在检测头组件7上还设置有锁紧件，利用设置的锁紧件将移动件4 一端上的检测头组件7固定至管道1上，再利用气泵2向移动件4内充气，使得移动件4另 一端能够在管道1上膨胀并驱动该端上的检测头组件7在管道1上移动，待移动件4拉伸至 最大位移量时，然后再将该检测头组件7上的锁紧件将其固定在管道1上，并对之前锁紧的 检测头组件7进行解锁，这样，待将通入至移动件4内的气体排出之后，移动件4在缩回的 过程中，能够拉动该检测头组件7向着另一个锁紧至管道1上的检测头组件7靠拢，从而实 现了在管道1上爬行的目的。
36.所述移动件4为内径大于管道1外径的波纹管，所述移动件4套在管道1上；所述检测 头组件7包括检测块18和内径大于管道1外径的圆环20，所述圆环20套在管道1上，所述 检测块18上设有内径与管道1外径一致的通孔，所述检测块18通过通孔套在管道1上，且 检测块18固定至圆环20的内壁上，将套在管道1上的移动件4远离封堵组件6端处于密封 状态。
37.由于设置的移动件4为波纹管，且在检测块18的作用下，使得波纹管的两端处于密封状 态，因此，当利用气泵2向移动件4内充气后，移动件4能够顺利在管道1的外壁上拉伸， 故工作时，先利用锁紧件将移动件4左端上的检测头组件7固定至管道1上，利用气泵2箱 移动件4内充气，使得移动件4右端在管道1上拉伸，并推动右端上的检测头组件7在管道 1的外壁上移动，对管道1进行移动巡检，而当移动件4拉伸至最大距离时，利用移动件4 右端上的锁紧件将该检测头组件7固定在管道1上，并将左端上的检测头组件7进行解锁， 将通入至移动件4内的气体排出之后，迫使移动件4恢复形变，拉动左端上的检测头组件7 朝着右端的检测头组件7靠拢，设置的封堵组件6也跟着移动件4一起在管道1的外壁上移 动，当移动件4回缩至最小距离时，再对左端上的检测组件7进行固定，并对右端上的检测 头组件7进行解锁，重复上述步骤，继续在管道1的外壁上进行爬行，从而实现了对管道1 外壁上的移动巡检。
38.本技术方案采用波纹管充气后可膨胀的特性，实现了检测头组件7在管道1外壁爬
1正常使用状态时其内部的天然气压力和流速较大，使得泄漏处的天然气流速较快，并快速 进入至检测块18的环形凹槽21内，之后再通过进气杆23进入至活动板11的容纳槽22内， 使得瞬时产生的气压推动位于容纳槽22内的移动板19朝着锁紧杆16方向移动，并推动锁紧 杆16绕着转轴17转动，将原本未与管道1外壁接触的锁紧杆16紧压至管道1外壁上，将圆 环20固定至管道1上，此时的燃气泄漏报警器将无法再在管道1上继续移动。
48.同时，为了提高从管道1内泄漏出来的气体能够有效作用于移动板19，故在进气管23 内还设置有单向阀，使得从检测块18环形凹槽21内的气体只能通过进气管23进入至容纳槽 22内，而容纳槽22内的气体无法回流至环形凹槽21内，保证移动板19能够持续对锁紧杆 16施加作用力。
49.所述移动板19位于容纳槽22内的端部还设有压力传感模块，所述圆环20上还设有无线 通信单元，将泄露出来的气体进入至容纳槽22内后，压力传感模块采集到容纳槽22内压力 的变化，利用无线通信单元向传感网络平台传递信息，并将泄漏信息传递至管理平台，提醒 管道1发生泄露。
50.所述活动板11的外壁上还设有支撑架26，所述支撑架26上设有活动杆25，活动杆25 与支撑架26铰接，所述活动杆25朝向活动板11方向的端部设有封堵杆24；所述活动板11 上还设有与封堵杆24匹配的通道；所述活动板11的外壁上还设有第二弹性件27，所述第二 弹性件27能够推动封堵杆24插入至通孔内并对通道进行封堵。
51.由于进气管23内设置有单向阀，在进行维护时，为了方便将通入至容纳槽22内的气体 排出，以便移动板19能够恢复至初始位置，故在活动板11的外壁上还设置有活动杆25和第 二弹性件27，初始状态时，活动板11位于凹槽内时，在第二弹性件27的作用下，能够推动 活动杆25绕着支撑架26转动，将活动杆25上的封堵杆24插入至活动板11的通道内，对通 道进行封堵，使得进入至容纳槽22内的气体无法泄露，而当需要将移动板19缩回至容纳槽 22内时，利用气泵2向伸缩管12内通入气体，迫使伸缩管12推动活动板11移动，即活动 板11与移动板19之间发生相对移动，活动板11在移动的过程中能够压缩位于容纳槽22内 的气体，当容纳槽22内气压大于第二弹性件27的弹力时，气压迫使活动杆25转动，将位于 通道内的封堵杆24移出，使得位于容纳槽22内的气体排出，保证了移动板19能够恢复至初 始状态，设置的第二弹性件27的弹力大于管道1内天然气的压力。
52.所述封堵组件6包括活动筒31和两个连接筒37，两个所述连接筒37分别与两个移动件 4朝着远离检测头组件7方向端连接，所述活动筒31的两端分别套在两个连接筒37上；其 中一个所述连接筒37内设有电机32，所述电机32的输出端上设有传动齿33，所述活动筒 31的内壁上设有轴线与活动筒31轴线在同一条直线上的环形齿轮29，且环形齿轮29与传动 齿33啮合；所述活动筒31内壁上还设有封堵元件。
53.本技术方案中设置的封堵组件用于对管道1处的泄漏处进行封堵，当检测组件检测管道 1上泄漏时，由管理平台决定封堵组件6是否对管道1进行封堵，当管理平台决定封堵组件6 对管道1上的泄漏处进行封堵时，此时管理平台先向检测组件发送信号，使得将通入至伸缩 管12内的气体排出，迫使活动板11缩回至凹槽内，移除了活动板11对锁紧杆16的限制， 使得圆环20能够在管道1上继续移动，将活动筒31内壁上的封堵元件移动至管道1处的泄 漏处，最后在利用设置的电机32驱动传动齿33转动，传动齿33转动的时候带动位于活动筒 31内壁上的环形齿轮29跟着一起转动，最终使得活动筒31在两个连接筒37的圆周外
壁上 转动，调节封堵元件的位置，保证封堵元件能够对管道1上的泄漏孔进行封堵。
54.为了保证封堵元件能够精准移动至泄漏处，在检测块18和封堵元件上均设置有定位模 块，保证封堵元件在管道1上移动的位置为检测块18之前检测出管道1天然气泄漏的位置； 同时在活动筒31与连接筒37之间还设有密封圈28，确保活动筒31在连接筒37上转动的过 程中，活动筒31与连接筒37之间具有较好的气密性。
55.所述封堵元件包括封堵杆35和与活动筒31内部连接的连接管34，所述连接管34内部 设有第三弹性件30，所述第三弹性件30一端与连接管34内的封堵杆35连接；所述封堵杆 35的外径与连接管34的内径一致，封堵杆35远离第三弹性件30方向端为圆锥结构，所述 封堵杆35内还设有气道36，所述气道36沿封堵杆35的轴向分布，且贯穿封堵杆35的两端。
56.由于设置的检测块18只能检查出管道1的圆周外壁上发生泄漏，但是无法检测出管道1 的周向上的泄漏孔位置，为此，本技术方案设置了第三弹性件30、封堵杆35以及连接管34， 其中，连接管34的长度与活动筒31内壁与天然气管道1的外壁之间的距离一致，保持连接 管34贴合在管道1的外壁上，同时连接管34朝向管道1外壁方向的端部设有与管道1外壁 贴合的弧形槽，保证连接管34在转动的过程中，能够始终与管道1的外壁贴合，为了保证管 道1与连接管34之间的密封性，在连接管34的弧形槽内还设置有橡胶垫。
57.当利用电机32驱动活动筒31在连接筒37上转动时，待连接管34上的封堵杆35转动至 管道1上的泄漏孔处时，在第三弹性件30的作用下，能够推动封堵杆35插入至泄漏孔内， 对泄漏孔进行封堵，从而实现了对管道1泄漏处封堵的目的，避免造成更多的天然气泄漏。
58.同时，本技术方案为了进一步提高封堵杆35对管道1上泄漏孔的封堵力度，在封堵杆 35上还设置有气道36，当第三弹性件30推动封堵杆35插入至泄漏孔处时，位于管道1内的 天然气在气压的作用进入至气道36内，并最终进入至连接管34安装第三弹性件30的空腔内， 进入至该空腔内的天然气气压能够对封堵杆35施加推力，保证封堵杆35能够跟好地对管道 1上的泄漏孔进行封堵。
59.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。