Доступ к чистой, безопасной воде — одна из актуальных потребностей во всем мире. Однако современные системы водоснабжения теряют в среднем 20% воды из-за утечек. Они не только ухудшают качество водоснабжения, но также могут нанести серьезный ущерб зданиям и дорогам, размывая фундаменты. Системы обнаружения утечек стоят дорого и медленно работают: они плохо справляются там, где установлены трубы из дерева, глины или пластика, из которых состоит большинство систем водоснабжения в мире.
Исследователи Массачусетского технологического института (МТИ) пытаются решить эту проблему. По словам ученых, новая система способна быстро и дешево искать даже крошечные утечки, независимо от материала, из которого изготовлены трубы. Разработка и тестирование такой системы заняли девять лет — все это время над ней трудился профессор машиностроения Камаль Юсеф-Туми (Kamal Youcef Toumi) и его команда PipeGuard. Ученые готовы представить результаты своего труда на предстоящей Международной конференции IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS) в сентябре.
Летом 2017 года команда проводит испытания на 12-дюймовых бетонных водораспределительных трубах в городе Монтеррей, Мексика. В этом городе администрация разрешила провести испытания не случайно — каждый год Монтеррей теряет около 40% воды из-за утечек, а ущерб в виде упущенной выгоды оценивают в примерно 80 миллионов долларов. Вместе с этим утечки приводят к общему загрязнению воды, поскольку утекшая вода иногда возвращается в распределительные трубы.
В системе используется небольшой резиновый робот, который внешне похож на волан для бадминтона. Устройство можно внедрить в систему подачи воды через любой пожарный гидрант. Там оно пассивно плывет по течению, регистрируя свое местоположение по мере продвижения. Параллельно робот обнаруживает даже небольшие изменения давления, измеряя его величину с помощью резиновой «юбки», которая заполняет собой диаметр трубы.
Затем устройство извлекается сетью из другого гидранта, данные анализируют. При этом не нужно ничего копать или даже прерывать водоснабжение. Помимо пассивного робота, который движется по трубе, влекомый силой воды, команда ученых разработала активную версию, которая может контролировать собственное движение.
PipeGuard намерена коммерциализировать свою роботизированную систему обнаружения утечек, чтобы сократить общие потери. Например, в Саудовской Аравии, где большая часть питьевой воды обеспечивается за счет дорогих опреснительных установок, около 33% теряется из-за утечки. И первые полевые испытания в начале 2017 года прошли именно там.
Компания Pipetech LLС, обслуживающая трубопроводы в Аль-Хобаре, предоставила для эксперимента ржавый отрезок трубы длиной около 1,6 км и диаметром 2 дюйма. Эта трубопроводная система часто используется для проверки и сертификации новых технологий. Испытания роботов в трубах с изгибами и Т-образными соединениями предполагали создание искусственной утечки для демонстрации возможностей системы.
В ходе этого эксперимента робот успешно обнаружил утечки и отличил их от ложных сигналов, вызванных изменениями давления или размера трубы, шероховатостями или ориентацией трубы в пространстве. Тесты проводили 14 раз в течение трех дней, и каждый раз, по словам члена команды PipeGuard, аспиранта Ю Ву (You Wu), проходили успешно. Более того, робот обнаружил крошечную утечку, которая составляла около 3,5 литров (галлона) в минуту, что на одну десятую меньше минимального размера, который стандартные методы обнаружения в среднем могут определить.
После полевых испытаний в Монтеррее команда планирует создать более гибкую складную версию своего робота, которая может быстро адаптироваться к трубам разного диаметра. Например, трубопроводная система Бостона представляет собой «микс» из 6-, 8- и 12-дюймовых труб. Многие из них устанавливались так давно, что в городе нет точных данных об их точном местоположении. Новая версия робота сможет раскрываться, как зонтик, и работать в трубах разного диаметра.
По словам исследователей, значение робота не только в том, чтобы сократить потери воды, но и в обеспечении более безопасного и надежного водоснабжения. Способность роботизированной системы обнаруживать мельчайшие утечки позволит проводит своевременные ремонтные работы задолго до действительно серьезной аварии. Более того, роботов можно использовать как в водопроводных трубах, так и в других системах распределения, например, природного газа.
Такие трубы тоже зачастую стары и не отмечены на картах. В них может накапливаться газ, что приводит к серьезным взрывам. Однако утечки в газопроводе обычно трудно обнаружить до тех пор, пока они не станут достаточно большими, чтобы человек мог чувствовать запах добавленных одорантов. Фактически система МТИ изначально была разработана для обнаружения этих утечек, а впоследствии адаптирована для водопровода.
PipeGuard надеется, что в конечном счете робот будет не просто искать утечки, но и получит специальный механизм, с помощью которого можно ремонтировать небольшие утечки на месте.
Комментарии (29)
Garbus
19.07.2017 06:28-1Эмм, трубы из дерева и глины и подобные роботы, серьезно? :)
А вообще интересно, почему не делают магистральные трубы из нержавеющей стали нарпимер? Дорого конечно, но 80 миллионов ежегодных потерь тоже не пять копеек. Учитывая отсутствие износа, неужели лет за 50 не окупятся, тем что овершенно не требуют обслуживания и ремонта?
amarao
19.07.2017 11:59Нержавеющая сталь прекрасно ржавеет в присутствии солей, электрических градиентов и температурных перепадах. За 50 лет проест. Я думаю, даже за 2-3 года проест.
Mikeware
19.07.2017 12:10-1Когда-то давно, еще в советские времена, ходила такая байка (?)
УралНИТИ (научно-исследовательский трубный институт) разработал технологию покрытия труб. ее купили финны (а УралНИТИ на часть денег построили новый корпус института), и внедрили. расчетный срок службы был 20 лет.
после 20 лет финны допросовестно выкопали трубы, провели дефектовку, и со словами «еще столько же пролежат», закопали обратно… (и вроде как этому событию была посвящена критическая статья то-ли в «Правде», то-ли в «Труде-ИзвестияхСоветской России») у в СССР эту технологию только собрались внедрять, как грянул 1992-й год…
— зы. за истинность не поручусь. Рассказывавший это — умер в 2007 году…
zomby
19.07.2017 18:23+5Это универсальный шаблон байки.ХХХХХ (научно-исследовательский Х институт) разработал технологию Х. ее купили финны (а ХХХХХ на часть денег построили новый корпус института), и внедрили. расчетный срок службы был Х0 лет.
после Х0 лет финны допросовестно провели дефектовку, и со словами «еще столько же прослужит», оставили в покое… (и вроде как этому событию была посвящена критическая статья то-ли в «Правде», то-ли в «Труде-ИзвестияхСоветской России») у в СССР эту технологию только собрались внедрять, как грянул 1992-й год…
— зы. за истинность не поручусь. Рассказывавший это — умер в 2007 году…Garbus
19.07.2017 15:06Хм, стиральная машинка, чайник, раковина, много чего еще вижу из нержавейки и не проедено за годы эксплуатации. Куда девается соль из водопровода, которая усиленно его проедает, а в дом не заходит? Можно сказать «снаружи», но мелочевка вроде рыхлилки в огороде (валяется в земле), не понесла заметной глазу коррозии за более чем десяток лет эксплуатации. Ну и ток неплохо убирается применением изоляции между сегментами (не на каждый конечно).
Не собираюсь утверждать из чего конкретно должен быть водопровод, но ведь валяется в земле и сырости немало железа, которое будучи выкопанным не выглядит изъеденным до дыр. Неужели до сих пор металлурги не придумали ничего «эдакого», что будучи немного дороже в разы долговечнее? Ведь труба по цене составляет весьма скромную сумму, относительно земляных работ. Особенно если там еще асфальт лежит.Mikeware
19.07.2017 15:59+1придумали и катодную защиту, и еще много чего. но все упирается в необходимость массовой замены… это очень огромные деньги.
какая-то компания предлагала интересный вариант — затяжка внутрь металлической трубы пластикового рукава, с «раздутием» и фиксацией, вроде даже ставили эксперименты в каких-то городах, с вроде (по рекламе) обнадеживающими результатами…
но опять же, это только магистрали. Хотя с другой стороны, если хотя бы привести в порядок магистрали (тем более подобным малоинвазивным способом)- это уже будет существенно…
amarao
19.07.2017 15:59Эм… Да, я говорил про «снаружи», разумеется.
Электричество вызывает коррозию стали в любом случае. Только благородные металлы уровня платины и иридия способны выдерживать электролиз без разрушения.
Для труб в земле давно выдумали пластик, который не гниёт, не ржавеет и т.д. Железо для труб — вообще странный выбор, т.к. железо (даже в составе сплава) — довольно реактивно.
beard42
19.07.2017 20:06При использовании пластика вылезают другие проблемы: утечки, возникающие только при определенном давлении, «продавливание» труб грунтом, сложность поиска течи акустическими методами. В общем, водоканальщики пластик не любят.
Mikeware
20.07.2017 07:32проблему поиска течи данное устройство вроде как решает. Т.е. «минус одна проблема».
beard42
20.07.2017 08:34В данном случае решат только половину проблемы (когда течь постоянная).
Нет, я не спорю, для магистральных трубопроводов этот робот — самое то. Я только про пластиковые трубы говорил, что с ними тоже не все так радужно обстоит, как думается на первый взгляд.
terek_ambrosovich
19.07.2017 07:48+1Какие у них простые и по уму созданные гидросистемы, если такой робот может беспрепятственно плыть так долго…
Я недавно имел отношение к замене системы водоснабжения в нашем частном секторе.
Там такой воланчик застрял бы на первых 50 метрах — намертво.
Kirsch
19.07.2017 07:57Девять лет они разрабатывали робота для создания засоров. Это шнобелевка, однозначно.
Mikeware
19.07.2017 08:42сделать из дерева или глины сложную систему затруднительно :-)
хотя гидрант на деревянном трубопроводе я тоже слабо представляю :-))
ну а если серьезно — видимо, системы спроектированы по-уму (в т.ч. использование гидрантов), и подключение к ним осуществляется не абы как…
denkle
19.07.2017 09:17Тут же для магистралок все же. Понятно для труб с маленьким диаметром такой воланчик не подойдет.
Mikeware
19.07.2017 09:29экспериментировали-то они на 2-дюймовой трубе. Это если и магистраль, то уж очень хилая… ввод в стандартную многоэтажку — вроде 80 мм, если не больше…
denkle
19.07.2017 09:43Ну это они эксперимент проводили, на «ржавой трубе». А использовать то хотят уже на крупных трубах. Смысл применять такой девайс в доме, если там утечки обычно сразу видны.
Mikeware
19.07.2017 09:48труб от магистрали до дома — тоже хватает.
Хотя, конечно, по использованию различных диаметров труб — нужно смотреть водоканаловскую схему. а они — ДСП. (в советские времена вообще были секретными)
teecat
19.07.2017 13:48Видны, но хозяев нет/не пускают на порог со словами течет не у нас. В принципе нужная штука, но не представляю, как она будет проходить столетнюю грязь, стыки труб и хитрые повороты
denkle
19.07.2017 16:58Ну когда я менял трубу в доме 50-ти летнем, там зазор был пол сантиметра дай бог…
terek_ambrosovich
19.07.2017 10:02Вопрос не в диаметре, а соответствию нормам и фактическому положению дел в вашей водораспределительной сети.
После того, как у нас меняли сеть водоснабжения на улице, я такого насмотрелся… это чистый мрак! Входящий диаметр магистральный вроде один, а потом такая самодеятельность… и не старые сети вроде как, просто постоянно переделывались (локальные монтажные и ремонтные работы), и без соблюдения норм, на скорую руку латали, что под рукой, то и ставили. И качества монтажа ужасное.
kotlowan
19.07.2017 09:38+1Жду фото с тестов, где «воланчик» выпадет из большой дыры в 3-х метрах от старта.
laminar
19.07.2017 09:38А чем он принципиально отличается от подобных «роботов» использующихся в нефтепроводах к примеру?
Igor_34_rus
19.07.2017 14:43Он в разы проще и меньше. Изобрели датчик, а в нефтянке целый программно аппаратный комплекс.
У нас определяет точные размеры, положение, врезки(там нет перепадов давления), изменения в законных врезках.
noxway
19.07.2017 09:38С учетом историй про заваренные дырки в трубах с использованием лома (баш вам в помощь), прекрасные душевные порывы могут разбиться о чудовищную действительность инженерного настоящего.
ClearAirTurbulence
19.07.2017 10:24— А скажи, как называется агрегат-змея, который ко мне приползал?
(с) Шефнер
— ПИТОН [Подземный Исследователь-Техник, Обнаруживающий Неполадки — старинный агрегат, давно снят с производства], — ответил Андрей. — Все?
— Все. Мыслепередача окончена.
Gargool
19.07.2017 11:25Заново изобрели внутритрубный дефектоскоп… ну-ну… ))
keyrus
21.07.2017 17:43Деда вспомнил…
Патенты принадлежащие Пахомов Олег Валентинович
Изобретение относится к технике контроля состояния газового трубопровода с помощью прибора, движущегося автономно внутри трубы и несущего аппаратуру ультразвуковой дефектоскопии.
помню в детстве угорали с братом над картинками :-D
Isiirk
Мне кажется 9 лет многовато для данного устройства…