軟管快速泄壓裝置設計研究

摘 要：在城市排水搶修作業(yè)過程中，軟管殘留水壓會造成接口拆卸困難，嚴重影響收敷速度。為提高收敷速度和作業(yè)效率，對軟管快速泄壓技術及裝置開展了相關研究，通過設計一款手動泄壓閥，實現了快速泄壓的目標。結合現場實際控制需求，又提出一種自動泄壓閥的控制方案，能夠有效滿足排水作業(yè)對泄壓的控制需求。

關鍵詞：軟管收敷；泄壓閥；自動泄壓；ESP32

中圖分類號：TU998" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）05-0048-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.05.012

0" " 引言

排水公司的搶險車輛在搶險過程中使用的是雙面聚氨酯軟管。輸水軟管環(huán)境適應性強，且輸送效率高，鋪設及撤收速度快。然而，軟管壓力達到一定值后，會導致卸下接頭非常費力，嚴重影響撤收速度和搶險效率。

目前國內外對軟管泄壓的研究較少，且主要針對消防滅火的場景。排水搶險責任重大，現場作業(yè)需要爭分奪秒，確?！鞍踩?、科學、高效”完成搶險救援任務。因此，針對軟管需要快速裝卸的需求，對泄壓技術和裝置展開研究。

1" " 龍吸水作業(yè)及軟管鋪設

“龍吸水”是大流量排水搶險車的簡稱，根據使用工況不同主要分為高空式、子母式和垂直式三種[1]。如圖1所示，排水搶險車現場作業(yè)時需要軟管和接口來構成通路，將水抽排到特定區(qū)域。實際工作中發(fā)現，水泵停止工作后，由于軟管內部仍有水壓，此時拆卸軟管接口難度較大，至少需要2名作業(yè)人員，且仍然費時費力。

泄壓技術根據操作方式可以分為自動泄壓和手動泄壓，根據排水作業(yè)實際情況，兩種方式均可。自動控制方式投入成本高，絕大部分情況下采用手動泄壓即可滿足要求。泄壓原理類似閥門，在需要的時候打開，軟管中的水因壓力自動排出，從而達到泄壓的目的。

2" " 設計方案

泄壓裝置設計需要小巧輕便，理論上泄壓裝置可以安裝在軟管的任何部位，但是考慮到泄壓效率和方便軟管收放，實際使用時應安裝在軟管端部靠近接口的位置。作業(yè)現場的軟管接口拆卸前后分別如圖2（a）和圖2（b）所示，其中紅色軟管上的黑色小部件即為測試用泄壓裝置。

2.1" " 軟管接口的可靠性

軟管及接口的可靠性對排水搶險作業(yè)至關重要，老化或質量不合格的接口容易失效，造成脫落、漏水等問題，嚴重影響作業(yè)效率。根據GB 6246—2011《消防水帶》[2]的規(guī)定，軟管及接口的性能主要通過測量設計工作壓力、試驗壓力、最小爆破壓力和可彎曲性等指標來體現。我國常用的軟管接口有內扣式和卡式兩種類型，傳統軟管接口處大多需要進行綁扎處理。快插式防脫免扎軟管接口屬于新型接口，可減少安裝和拆卸的時間，降低勞動強度，提高人員的工作效率[3]。廣州排水公司作業(yè)車采用的軟管類型為聚氨酯水帶軟管，所用接口屬于快插式防脫免扎接口。

2.2" " 快速泄壓裝置結構

為實現快速拆卸，在水泵停機后應盡快釋放掉軟管內的殘留壓力，這就需要一款簡單可靠、便于使用的泄壓裝置。如圖3所示，項目組設計的泄壓裝置由螺塞、螺母和底座組成，均采用不銹鋼材質。主體裝好后，在使用過程中，只需扭開或扭緊。螺牙處會涂抹一層防銹防卡膏，便于拆裝。連接部位采用丁腈防水耐高溫密封墊，再加上進口PVC膠水，保證氣密性良好。

3" " 泄壓裝置測試結果

在現場使用過程中，泄壓閥需要重點對兩方面因素進行評估和測試：首先閥體的安裝不能影響軟管的收放和敷設，因此泄壓閥體積要??；其次，要保證一定的泄壓速度，實現軟管接口的快速拆裝。為了達到最佳效果，在設計階段進行多次開模和測試，結果表明，當底座直徑為6.2 cm、閥蓋直徑為4 cm、孔徑為2 cm時，泄壓時間在8 s左右，且方便收放。

為進一步驗證泄壓閥的有效性，項目組開展了多次現場實測：安裝了泄壓裝置的接口，2人可輕松拆卸，必要情況下1人也能完成拆卸?？梢娦箟洪y能大大降低現場作業(yè)人員的勞動強度和作業(yè)效率，符合設計預期。

4" " 自動控制模塊設計

4.1" " 主控模組選型

為進一步提高效率，可設計電機驅動的自動泄壓閥，其原理和工業(yè)用的電動閥類似，主要區(qū)別是需要進行小型化設計和無線控制設計。在結構上，需要在現有手動閥芯上安裝微型直流馬達，然后設計專門的自動控制塊。結合戶外實際情況，無線通信方式采用低功耗藍牙?？刂颇K以樂鑫公司的ESP32-

WROOM-32E作為主控，該模組支持Wi-Fi和藍牙連接功能，目前已廣泛應用在非接觸健康監(jiān)測、移動機器人和糧食水分檢測等領域[4-6]。

ESP32-WROOM-32E內置ULP協處理器、雙核32位LX6處理器和各類存儲器（ROM、SRAM、Flash），支持藍牙V4.2 BR/EDR和藍牙LE標準，并且具備SPI、I2S、UART、I2C、脈沖計數控制器、TWAI■、ADC、DAC、觸摸傳感器等外設接口；采用了瞬態(tài)電壓抑制（Transient Voltage Suppression，TVS）二極管，TVS二極管是集成電路在進行靜電放電防護時最常采用的防護器件之一[7]。

4.2" " 控制模塊工作模式

ESP32-WROOM-32E集成了Wi-Fi、藍牙和紅外遙控功能，本設計主要使用其藍牙LE協議。外設電路包括電池、直流馬達、按鍵、充電接口及電壓指示，整個模塊結構如圖4所示。

其中電池采用3.7 V/1 000 mAh的聚合物鋰電池，馬達選用KM-12FN20減速電機。電池長、寬、高為51 mm×15 mm×10 mm，電機直徑為12 mm、長度為21.9 mm。控制器整機尺寸長、寬、高可控制在50 mm×

40 mm×20 mm以內，滿足輕便小巧的要求。減速電機額定電壓為3 V，額定功率為0.24 W。ESP32功耗和工作模式相關，具體如表1所示（數據來自ESP32技術規(guī)格書）。

排水搶修作業(yè)一般以小時為單位且持續(xù)時間較長，作業(yè)人員可在作業(yè)即將結束時，開啟自動控制模塊。模塊重啟和配對可在10 s內完成，然后通過手機App發(fā)送泄壓命令。從手機藍牙發(fā)出命令到模塊控制電機完成開啟，耗時大約5 s（電機工作3 s）。泄壓閥開啟時間設定為8 s，完成后自動關閉閥門并進入深度睡眠。特殊情況下，也可直接通過按鈕來控制泄壓閥開閉。

射頻工作模式總時間不超過30 s，電機工作時間不超過8 s，則一次藍牙控制消耗的總電量約為6.045 mAh。自動泄壓閥配備的電池，保守估計可供100次作業(yè)使用，幾乎無須維護，只需在發(fā)生電量不足提醒時進行充電即可。

5" " 結束語

在前期大量調研基礎上，項目組完成了手動泄壓閥的設計和優(yōu)化工作，最終設計了一款底座直徑6.2 cm、閥蓋直徑4 cm、孔徑2 cm的泄壓裝置，實現了在8 s內完成泄壓。排水軟管使用該泄壓閥后，達到了2人可輕松拆卸、1人也能完成的效果，在提高作業(yè)效率和安全性的同時，有效降低了勞動強度。在手動泄壓閥基礎上，本文對自動泄壓閥的設計進行了初步探討，完成了整體控制方案設計，并論證了其有效性和可行性。

[參考文獻]

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[7] 付路，閻照文，劉玉竹，等.基于分段線性模型針對傳輸線脈沖瞬態(tài)干擾信號的芯片協同防護設計方法[J].電子與信息學報，2023，45（9）：3263-3271.

收稿日期：2024-11-18

作者簡介：黃劍鴻（1987—），男，廣東廣州人，給水排水施工高級工程師，研究方向：給水排水工程。