一种消防栓系统及消防栓监控方法与流程

本发明涉及消防设备领域，具体地说，涉及一种基于物联网技术的消防栓系统及基于该消防栓系统的消防栓监控方法。

背景技术

如图1所示，常用消防栓系统01包括水管010、安装在水管010的末端部0101上的消防栓011、止水阀012及消防栓监测仪表013。其中，止水阀012用于控制末端部0101中水流的通断，以控制水管010是否向消防栓012供水；消防栓监测仪表013用于对末端部0101内的水流流速和/或水压进行监测，包括流速监测模块与水压监测模块，比如公布号为cn107979128a、cn107968453等专利文献所公开的消防栓检测仪表中，以水压探头作为水压监测模块，公布号为cn107975679a等专利文献所公开的消防栓仪表中，以涡轮作为流速监测模块。

对于止水阀012，其常用结构如公告号为cn2103068u等专利文献所公开的闸阀结构，如其附图1所示，包括阀体、闸板16、阀杆2及手轮1，阀体包括阀座与阀盖6，在阀盖6上固设有支架17，在支架17的上端部设有螺纹孔。在使用过程中，通过手轮1驱动阀杆2相对阀体转动，以通过阀杆2上的螺纹与支架17上的螺纹孔的配合而驱动闸板16升降，以启闭阀体内的流道，即开启该流道或关闭该流道，从而实现对末端部0101内水流通道的控制。

通过设置消防栓检测仪表013能够实现对消防栓011内的水压和/或流速进行监测，从而对该消防栓011的工作状态进行监控，以更好地为消防灭火提供服务。

止水阀012与消防栓监测仪表013通常要求安装地下井内，由于多年前建设的地下井在设计时只考虑了止水阀012尺寸要求，即其尺寸满足相应国标尺寸的止水阀，难以直接地在该地下井内安装消防栓仪表013，需另外进行打井并对水管的管路进行改造，导致整个工程量偏大。

此外，在使用过程中，若止水阀013被关闭了，难以通过测量末端部0101内的水压来判断消防栓011的供水压力是否充足等状况，从而无法准确地反应该消防栓的真实使用状况。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种消防栓系统，在实现对消防栓的状态进行有效监测的同时，节约工程成本；

本发明的另一目的是提供一种具有水流能量俘获功能的消防栓系统；

本发明的再一目的是提供一种基于上述消防栓系统的消防栓监控方法。

为了实现上述主要目的，本发明提供的消防栓系统，包括供水管及安装在供水管上的消防栓与止水阀，止水阀包括阀体、阀瓣及阀杆；阀体上固设有监测装置，监测装置包括密封壳、监测单元及电池连接端子，电池连接端子用于连接向监测单元供电的电池；监测单元包括流道启闭状态监测单元，流道流速监测单元和/或流道水压监测单元，及安装在密封壳内的控制模块与受控于控制模块的无线通信单元；流道流速监测单元包括安装在阀体的流道内的测速涡轮，流道水压监测单元包括水密地安装在水压监测通孔上水压探头，水压监测通孔设于流道的侧壁上。

通过将现有技术中消防栓监测仪表上的水压监测与流速监测中的至少一者集成到止水阀上，同时对其流道启闭状态进行监测，不仅可通过综合启闭状态信息与水压监测信息和/流速监测信息，可获取关于消防栓上更多的有效信息，以降低误判概率或减少无用监测信息的收集，还能在尺寸上能够满足现有已建成止水阀地下井，以在对现有消防栓系统进行升降改造时，能有效地降低改造升级成本，或者新建消防栓系统成本比现有技术中低。

具体的方案为流道启闭状态监测单元包括指示模块及位置监测模块；指示模块包括安装在阀杆上的指示块，位置监测模块用于监测指示块相对阀体在阀杆的轴向上的位置；在阀杆相对阀体的转动过程，指示块受阀杆的轴向驱动力而沿轴向移动。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，其整体结构简单，且监测结果准确度高。

更具体的方案为阀杆具有暴露于阀体外的螺杆段；指示模块包括沿轴向布置的导轨及固设在指示块上的第一元件，指示块受导轨的导向约束而只能沿轴向移动；指示块具有与螺杆段相适配的螺纹孔；螺杆段的长度大于指示块在阀瓣启闭流道过程中沿轴向的行程；位置监测模块包括固设在阀体上的第二元件；在指示块沿轴向移动的行程两端侧各设有至少一个第二元件；第一元件与第二元件中，一者为磁铁，另一者为磁检测传感器；磁检测传感器向控制模块输出磁检测信号。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。

进一步的方案为第一元件为磁铁，第二元件为磁检测传感器；磁检测传感器为霍尔传感器或干簧管；导轨包括固设在阀体上的导槽板，导槽板上设有沿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；第二元件固设在导槽板上且位于限位导向槽的端部侧旁。在指示块上固设磁铁块，而在行程两端设置磁检测传感器，便于从检测信号中判断出指示块此前的位置是位于全开位置、全闭位置还是位于两者之间的位置；采用导槽板作为导轨，结构简单且便于在阀体上的安装。

优选的方案为流道流速监测单元包括由测速涡轮带动而绕旋转轴线转动的磁铁块，及位于磁铁块绕旋转轴线转动所形成的环形轨迹侧旁的磁检测传感器；磁检测传感器向控制模块输出磁检测信号。采用涡轮与磁铁、磁传感器的配合而对水流流速进行检测，能降低检测所需功耗，便于一些只能有电池供电的环境中使用，且测量精度高、结构简单。

更优选的方案为磁检测传感器为霍尔传感器；测速涡轮可转动地安装在安装筒内，安装筒嵌入地安装在流道的一个端口部内；阀体在端口部的侧壁上设有安装螺孔；霍尔传感器水密地埋于塑料螺钉中，塑料螺钉水密地拧紧于安装螺孔内。采用霍尔传感器作为磁检测传感，能有效地提高其在阀座内或者靠近阀座位置处的检测准确度。

另一个优选的方案为磁检测传感器的信号传输线依序穿过硬质保护管及设于密封壳上的通孔后，与控制模块电连接，信号传输线与通孔间设有密封件。通过设置硬质保护管，有效地避免在施工及使用过程中，对信号传输线造成破坏。

另一个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；水压探头的外端部设有第二外螺纹，密封壳通过设有与第二外螺纹相适配的第二内螺纹的连接端头与水压探头固定连接，连接端头与外端部间压有密封圈；连接端头设有连通密封壳的内腔的通孔，水压探头的信号线穿过通孔后与控制模块电连接；水压监测通孔设于流道的进水端部上。利用水压探头作为连接件一部分，不仅便于实现密封，且便于水压探头信号线的布线。

另一个优选的方案为无线通信模块包括nb-iot模块、2g通信模块或5g通信模块；无线通信模块包括暴露于密封壳外的天线。将天线外置，可有效地提高其无线通信能力。

为了实现上述另一目的，本发明提供的再一个优选的方案为电池为可充电式电池，密封壳内设有用于对可充电式电池进行充电的充电电路；阀体上固设有能量俘获装置，能量俘获装置包括外表面水密地包裹有弹性膜层的压电片，固设在压电片的摆动端上的第一磁铁块，及固设在测速涡轮上，用于随测速涡轮转动而以磁力迫使第一磁铁驱动压电片摆动的第二磁铁块；压电片的固定端通过夹持装置而固定在流道内，电能输出线的连接点位于压电片的夹持端部上；电能输出线依次穿过设于弹性膜层上的通孔、设于流道侧壁上的通孔、硬质保护管及设于密封壳上的通孔后，与充电电路电连接。通过增设能量俘获装置，能有效地延长电池的服役年限，且前述能量俘获装置的结构能很好地在流道中使用，结构简单，并与布置与安装。

为了实现上述再一目的，本发明提供的消防栓监控方法基于上述任一技术所描述的消防栓系统，包括以下步骤：

基于监测单元获取的启闭状态监测信息、流速监测信息与水压监测信息；

在启闭状态监测信息显示流道为开启状态，且流速监测信息显示流速小于第一阈值时，则发送维修报告，维修报告包括漏水报告；

在启闭状态监测信息显示流道为全开状态，流速监测信息显示流速大于第二阈值时，且在用水报告中未显示当前消防栓有火警使用任务时，则发送盗水报告；

在启闭状态监测信息显示流道为全关状态，且流速监测信息显示有流速时，则发送维修报告，维修报告包括漏水报告与阀瓣密封损坏报告。

附图说明

图1为现有一种消防栓系统的结构示意图；

图2为本发明消防栓系统实施例1的结构示意图；

图3为本发明消防栓系统实施例1中阀门的侧视图；

图4为本发明消防栓系统实施例1中阀门的结构图；

图5为图3中a局部放大图；

图6为图4中b局部放大图；

图7为本发明消防栓系统实施例1中密封壳、水压探头及安装在密封壳内的模块的立体图；

图8为图7所示结构的结构分解图；

图9为本发明消防栓系统实施例1中涡轮、导流罩及安装筒的结构分解图；

图10为本发明消防栓系统实施例1中监测装置的电原理框图；

图11为本发明消防系统实施例2中连接端头的结构示意图；

图12为本发明消防系统实施例4中能量俘获装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

本发明主要是对阀门的结构进行改进，以至少能对其阀瓣的启闭状态进行监控，从而更好地对用其构建的消防栓系统的状态进行监控，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1

参见图2，本发明消防栓系统1包括水管10、安装在水管10的末端部101上的消防栓11及用于控制末端部11中水流通断的止水阀12。

参见图3至图10，止水阀12包括阀体21、阀瓣22、阀杆23、手轮24及固设在阀体21上的监测装置3，阀杆23具有暴露于阀体21外的螺杆段230，阀体21包括阀座210及阀盖211。

监测装置3包括监测单元30、密封壳4及安装在密封壳4内的电池连接端子、控制模块31与无线通信模块32。电池连接端子用于连接安装在密封壳4内的电池33的正负电极，以向监测单元30、控制单元31及无线通信模块的正常工作供电。其中，无线通信模块32可选用nb-iot模块、elte-iot模块、2g通信模块或5g通信模块，在本实施例中选用nb-iot模块，以延长电池33的使用寿命，并将无线通信模块32的天线暴露于密封壳4外，以提高其通信质量，且在天线信号线与设于密封壳体4上的通孔间用密封胶进行密封处理。

监测单元30包括用于监测阀体21内流道2100的启闭状态的流道启闭状态监测单元34，用于对流经流道2100的水流流速进行监测的流道流速监测单元7，及用于对流道2100内水压进行监测的流道水压监测单元8。在本实施例中，流道水压监测单元8用于对流道2100进水端部处的水压进行检测，即用于监测供水管里的水压。

启闭状态监测单元34包括指示模块5及位置监测模块6；指示模块5包括导槽板50、指示块51及固定在指示块51的端部上的磁铁块52。导槽板50的本体为不锈钢板，其下端部通过螺钉501固设在阀盖211的上端部上，且在其上设有长度方向沿阀杆23的轴向布置的限位导向槽500。指示块51包括螺孔端部510及连接部511，磁铁块52固定在连接部511上，在螺孔端部510上设有与螺杆段230相适配的螺孔。连接部511伸入导向限位槽500中，在导向限位槽500的导向约束作用下，指示块51相对导槽板50只能导向限位槽500的长度方向往复移动，螺孔端部510套装在螺杆段230外，以在螺杆段230的转动过程中，通过螺纹之间的相互作用，以推动指示块51相对阀体21沿阀杆23的轴向往复移动。位置监测模块6包括两个固设在导槽板50上霍尔传感器60，两个霍尔传感器60分别固设在导向限位槽500的两端部侧旁，即位于指示块51沿阀杆23轴向移动的行程两端侧各设有固设有至少一个霍尔传感器60，从而对磁铁块52是否随指示块51滑动至其行程的一个端部上的位置进行检测。导槽板50构成本实施例中指示块51沿阀杆23轴向滑动的导轨，磁铁块52构成本实施例中的第一元件，而两个霍尔传感器60构成本实施例中的第二元件，霍尔传感器60向控制单元31输出磁检测信号，连接部511构成指示块51上可滑动地卡套于限位导向槽500内的被限位部。

在本实施例中，霍尔传感器采用霍尔开关。在工作过程中，通过手轮24驱动阀杆23相对阀体21绕转轴转动，基于其下端部与阀瓣22之间的螺纹配合，而驱动阀瓣22沿阀杆23的轴向升降以启闭流道2100；同时基于螺杆段230与螺孔端部510之间的螺纹配合，而驱动指示块51带动磁铁块52沿导向限位槽500滑动，当阀瓣22位于全开流道2100时，磁铁块52被驱动至位于其行程的上端，即位于上端霍尔传感器60侧旁而被其感应到，其向控制模块31输出检测信号，表征此时流道为全开状态。当阀瓣22位于全关流道2100时，磁铁块52被驱动至位于其行程的下端，即位于下端霍尔传感器60侧旁而被其感应到，其向控制模块31输出检测信号，表征此时流道为全关状态。当介于该两种位置之间时，即没有被两个霍尔传感器所检测到，此时表征处于部分开启状态。即螺杆段230的长度大于指示块51在阀瓣22启闭流道2100过程中沿阀杆23轴向移动的行程。

流道流速监测单元7安装在21流道的出口端口部上，包括安装筒70，通过转轴72可转动地安装在安装筒70内的涡轮71，安装在安装筒70前端部上的导流罩73，固定在涡轮上71上的至少一块永磁铁，及位于磁铁块绕转轴72转动所形成的环形轨迹侧旁的霍尔传感器。在本实施例中，霍尔传感器采用霍尔开关。在工作过程中，当有水流从流道2100内通过时，驱动涡轮71转动而带动磁铁块绕转轴72转动，当转至接近霍尔传感器的位置处时，霍尔传感器被触发而检测到，通过统计每分钟内被触发次数而获取涡轮71的转速，以计算出水流的流速。可以通过设置两块以上的磁铁块或两个以上的霍尔传感器，以提高检测精度。

在安装筒70的后端部外侧上设有卡块或卡环700，在本实施例中采用卡块，以在安装过程中，安装筒70嵌入地安装在端口部2103，并使卡块700卡持于设于端口部2103周壁上的卡槽2101上，并通过阀体21以水管对接而进行固定，从而使整个涡轮单元嵌入地安装在流道内。

在端口部2103的侧壁上设有安装螺孔21030，霍尔传感器水密地埋于与安装螺孔21030配合的塑料螺钉内，并在二者间压有密封圈，以实现水密地连接安装。

在阀体21的进水端口部上设有穿透其侧壁以与流道2100连通的水压监测孔，在本实施例中，水压监测孔为螺纹孔。流道水压监测单元8包括水密地安装在水压监测孔上的水压探头81。水压监测孔设有第一内螺纹，水压探头81的探测端设有与该第一内螺纹相适配的第一外螺纹，水压探头81的探测端与水压监测孔的外端面间压有密封圈；水压探头81的外端部设有第二外螺纹。

如图7及图8所示，密封壳4包括壳主体40及与两端敞口相配合的密封端盖41、42，在壳主体40的侧壁处固设有连接接头43，在安装接头43的相对一侧设有天线安装台44，在天线安装台44上设有用于布置天线连接线的线槽440与线孔441，在完成天线连接线的安装之后，采用密封胶进行密封；在本实施例中，连接端头43及天线安装台44与筒体40以一体成型的方式制成。

在连接接头43上设有与第二外螺纹相适配的第二内螺纹，从而通过连接头43与水压探头81间的螺纹连接，而将密封壳4固定在阀体21上，且在连接头43与水压探头81间压有密封圈。在连接端头43设有连通密封壳4的内腔的通孔，水压探头81的信号线穿过该通孔后与控制模块31电连接，以使水压探头81向控制模块31输出水压检测信号。

霍尔传感器60及流道流速监测单元7中的霍尔传感器的信号传输线依序穿过硬质保护管及设于密封壳4上的通孔后，与控制模块31电连接，以向控制模块31输出磁检测信号，该信号线与密封壳4上的通孔间由密封胶密封。

在使用过程中，控制模块31控制无线通信模块32向外发出由监测单元30所获取的启闭状态监测信号、流速监测信号及水压监测信号，远程服务器通过包含基站的通信网络接收无线通信模块32发出的监测信号，并从中提取监测数据，根据这些监测数据至少可做出如下判断：

(1)在启闭状态监测信息显示流道2100为开启状态，且流速监测信息显示流速小于第一阈值时，则发送维修报告，该维修报告包括漏水报告。其中，该第一阈值可根据经验值进行设置，也可根据实验值进行设置。

(2)在启闭状态监测信息显示流道2100为全开状态，流速监测信息显示流速大于第二阈值时，且在用水报告中未显示当前消防栓有火警使用任务时，则发送盗水报告。该第二阈值通常设置成为消防车供水的流速或者明显大于漏水流速的数值。

(3)在启闭状态监测信息显示流道2100为全关状态，且流速监测信息显示有流速时，则发送维修报告，维修报告包括漏水报告与阀瓣22密封损坏报告。

在本实施例中，有关密封壳结构与内部单元的结构可本申请人已申请且参考公开号为cn107975679a、cn107979128a及cn107968453a的专利文献内容，且该三篇专利文献的内容全部导入本专利中，以将原来设置于消防栓仪表上的功能与作用集成至本专利的止水阀中。

消防栓系统实施例2

作为对本发明消防栓系统实施例2的说明，以下仅对与上述消防栓系统实施例1的不同之处进行说明。

参见图11，连接接头包括转角管段90与转角管段91，在转角管端91的一端部上设有与水压探头上的外螺纹相配合内螺纹911，在另一端部上设有外螺纹910；在转角管段90的一端部设有与外螺纹910相适配的内螺纹901，在另一端部上设有外螺纹900。在密封壳4的通孔接口处设有与外螺纹900相适配的内螺纹，具体结构参照上述实施例1中的连接接头上的内螺纹。在使用过程中，先将转角管段91旋紧于水压探头上，再将转角管段90旋接于转角管段91上，且余留90度的旋紧角度，此时两根转角管段之间的相对位置如图11所示，再将密封壳旋紧于转角管段90上，接着拧紧剩余的90度旋紧角度，从而使密封壳沿竖向布置，而区别于实施例中的密封壳沿横向布置状态，以避免干涉地下井而便于安装。

消防栓系统实施例3

作为对本发明消防栓系统实施例3的说明，以下仅对与上述消防栓系统实施例1的不同之处进行说明。

止水阀中的阀杆与阀体及阀瓣之间的配合关系如背景技术中所描述的闸阀结构，即在工作过程中，通过阀杆相对阀体沿轴向位移而推拉阀瓣进行启闭阀体流道，此时，指示块与阀杆之间不再是螺纹配合结构，而是通过轴向卡槽与卡簧的配合，即在指示块的安装位置两侧设置两个卡槽，通过卡簧的卡持作用而使指示块在阀杆轴向上不会出窜动，而二者会相对转动，以通过卡簧对指示块施加的轴向驱动力而迫使指示块相对阀体沿阀杆的轴向移动。。

消防栓系统实施例4

作为对本发明消防栓系统实施例4的说明，以下仅对与上述消防栓系统实施例1的不同之处进行说明。

如图12所示，在阀体的流道内固设有能量俘获装置，具体为压电式能量俘获装置，其包括外表包裹有水密的弹性膜层的压电片94，固设在压电片94的摆动端上的两块第一磁铁块95、96，及固设在测速涡轮71上，用于随测速涡轮71转动而以磁力迫使第一磁铁95、96驱动压电片94摆动的第二磁铁块97。第一磁铁块95与第一磁铁块96间为同极相向布置，第二磁铁块97以悬臂方式固定在测速涡轮71上，且与第一磁铁外端异极的一端位于第一磁铁的周围。压电片94的固定端通过夹持装置而固定在流道内，且其长度方向沿直管式流道的轴向布置，电能输出线的连接点位于压电片94的夹持端部上；电能输出线依次穿过设于弹性膜层上的通孔、设于流道侧壁上的通孔、硬质保护管及设于所述密封壳上的通孔后，与充电电路电连接，该充电电路对蓄电池进行充电。

在本实施例中，用于驱动压电片94的第二磁铁与用于对涡轮71的转速进行测定的磁铁为同一磁铁，即第二磁铁97旋转被霍尔传感器98所检测到而输出转速检测信号。

在使用过程中，由于第二磁铁块97对两个磁铁块形成周期性的推拉力而使压电片94摆动而产生电能，基于该电能对蓄电池进行充电。

在上述实施例中，可采用干簧管替代霍尔传感器以构成对磁进行检测的磁检测传感器。

消防栓监控方法实施例

在上述消防栓系统实施例中，已对本发明消防栓监控方法实施例进行了说明，在此不再赘述。