超聲導波在管道上的應用分析與調研

         薄壁空心圓柱的內外表面可視為薄壁板的上下表面，則其上下表面應力為零，與上面所述的薄壁空心圓柱邊界條件相一致。在推演薄壁板的頻散方程過程中將其直角坐標轉化為柱面坐標，即可得到薄壁空心圓柱的頻散方程。由于頻散方程為超越方程，一般采取數值法求解，過程非常復雜。這里用薄壁板的頻散曲線近似替代小曲率薄壁空心圓柱的頻散曲線。2a和2b分別為一薄壁板的相速度和群速度頻散曲線。可以發現，除了1模態以外，2、3模態具有截止現象。即在截止頻率以上，該模態是可以傳播的；而在截止頻率以下，該模態是迅速衰減、不能傳播的。

    因為激勵板波時斜探頭與板為面接觸，而由于管道表面的曲率影響，所以斜探頭與管道外壁幾乎為線接觸，因此通過斜探頭傳給板的能量要明顯大于傳給管道的能量，從波形圖上就表現為薄壁管道中周向導波的幅度比板波的幅度要小。使用斜探頭在薄壁板中激勵導波需要遵守Snell定律，對應至少兩個以上的模態，但若選擇合適的fd值和入射角，在板中可以實現單模態的傳播。雖然管道外壁為曲面，但斜探頭與管道的接觸面垂直于管道外表面的法平面，理論上激勵導波時也應遵守Snell定律，管道的波形圖接收信號均為單一模態，與前面分析相一致。在5b、5h和5n中激勵出的都是第2模態，知fd=5.023時，模態的群速度耐磨管較低，同一導波模態由于fd值不同，傳播相同距離而時域位置不同，這說明隨頻率的改變，導波模態的群速度也發生了變化，這即為導波頻散現象的表現之一。因為不同的頻率范圍內，頻散現象影響程度不同。
    通過理論分析、數值計算和實驗研究，可得出如下結論：

1）通過實驗驗證，薄壁板與薄壁管道中的導波模態相對應；可以認為薄壁管道中的周向導波與薄壁板中的導波具有相同的特性；

2）薄壁管道中周向導波的各個模態都存在頻散現象，但頻散現象在不同頻段強弱不同；

3）根據Snell定律和實驗結果，在薄壁管道中可以激勵出單一的周向導波模態；由于本實驗所用斜探頭的接觸面為平面，與管道外壁接觸面積較小而導致能量傳遞少，所以薄壁管道中周向導波的衰減較快，若采用弧型斜探頭與管道接觸則可以削弱這一影響；

4）本文結果為下一步采用周向導波檢測薄壁管道軸向缺陷奠定了基礎。

  從數據可以看出，管道經沖洗后，各項水質指標均有改善，特別是細菌指標，無論是細菌總數還是大腸菌群都顯著降低。城市給水管網中的水流一般都是紊流。氣一水脈沖清洗給水管道就是利用空氣的可壓縮性，在計算機和電磁閥的控制下，使高壓氣體以一定的頻率進人給水管內，在管內形成間斷的氣水流，隨著空氣的壓縮和擴張，使管內的紊流加劇，水流的切應力增大，在切應力的作用下，管壁上的沉積物和附著物被沖下，并隨著高速水氣流間斷的排出給水管外。

　　氣一水脈沖清洗系統由計算機控制儀、電磁閥、空氣壓縮機、遠傳壓力表、進氣噴嘴及排水口等組成。現場試驗是在哈爾濱鐵路分局哈爾濱水電站五常給水站進行的。五常地區的地下水含鐵高達5.1mg，含錳高達1.7m留L.取一段DN75的鑄鐵管分析，從管橫斷面看管內四周均有生長環，生長環平均厚度巧mm，使管徑縮小到60mrn.生長環濕重27279八n，風干后重1050創fl.
　　對哈爾濱水電站五常給水站的給水管道的氣一水脈沖清洗，不僅提高了通水能力，而且具有顯著的節能效果。生長環的防治對于坑、點腐蝕嚴重，漏點多，但具有一定機械強度，有使用價值的舊給水管線進行修復具有重要的經濟效益。可采用以下兩種方法，反轉法內襯軟帶管和擠壓法內襯塑料管。這兩種方法都具有對埋地管線不需要開挖，實施方便，可操作性強等特點。
　　反轉法內襯軟帶管當修復的管道尚具有足夠強度時，用無毒的復合纖維布作內襯，利用反轉原理把復合纖維布引人管內，并使之粘接在管的內壁。具體工藝流程為：用清管器（或刮管器）清除硬垢弓檢查管內壁狀況，達到要求后種用清水沖洗斗烘干神將復合纖維布引人管內神將筒狀的復合纖維布粘接在管壁葉固定。
　　反轉法內襯軟帶管所用的主要材料和設備有：復合纖維布、粘接劑、粘接劑混合注人裝置、干燥機及反轉機等。該方法具有許多優點：管線輸水能力增強，等同于新管；可同時防止“紅水”和“漏水”現象的產生；所用材料對水質無害，壽命長；一次性施工可跨度Zom；施工安全便捷、經濟。使用該法費用相當于更換管道所需費用的20%一25%，延長使用壽命1520a.
　　擠壓法內襯塑料管當修復的管道（母管）腐蝕嚴重、漏點多，已不能承壓時，用耐壓的具有足夠強度的無毒塑料管作內襯，利用機械牽引設備將無毒塑料管拉進管道內。內襯管的厚度可分為三種不同情況：被修復的管道基本不能承壓時，選用耐壓rokg的內襯管；被修復的管道可承受一定壓力時，選用相應壓力的內襯管；被修復的管道具備足夠壓力時，可選2mm厚的內襯管。此法的具體工藝流程為：把一串內襯塑料管在地面焊好，并裝上一個牽引時固定鋼纜的夾頭。
　　結論通過現場試驗證明，運用高壓水射流法和氣一水脈沖法對給水管道內的生長環進行清除是有效的和可行的。對于坑、點腐蝕嚴重，漏點多，但具有一定機械強度，有使用價值的舊給水管線采用反轉法內襯軟帶管和擠壓法內襯塑料管進行管道內防腐處理，現場試驗證明這兩種方法是施工方便及經濟節能的給水管道內防腐方法。