軟管快速泄壓裝置設計研究

摘 要：在城市排水搶修作業過程中，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，現場作業需要爭分奪秒，確保“安全、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時需要軟管和接口來構成通路，將水抽排到特定區域。實際工作中發現，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，嚴重影響作業效率。根據GB 6246—2011《消防水帶》[2]的規定，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，因此泄壓閥體積要小；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。可見泄壓閥能大大降低現場作業人員的勞動強度和作業效率，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，其原理和工業用的電動閥類似，主要區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。控制模塊以樂鑫公司的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技術規格書）。

排水搶修作業一般以小時為單位且持續時間較長，作業人員可在作業即將結束時，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發送泄壓命令。從手機藍牙發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次作業使用，幾乎無須維護，只需在發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]

[1] 江永龍，熊帥.龍吸水排水車參與救援的實用性研究[J].人民黃河，2022，44（增刊1）：17-18.

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[3] 陶學恒，崔志侃，馮怡然，等.快插式防脫消防水帶接口設計分析[J].消防科學與技術，2016，35（8）：1113-1116.

[4] 代志豪，姜杰，趙雪成，等.基于FMCW雷達和ESP-EMSH網絡的非接觸健康監測系統[J].現代電子技術，2024，47（16）：39-46.

[5] 張浩華，柴欣，程騫閣，等.基于ESP32的智能履帶式移動機器人的設計[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2024，42（3）：209-214.

[6] 高向上，楊衛東，沈二波.一種基于ESP32-CSI的糧食水分檢測方法[J].江蘇大學學報（自然科學版），2024，45（4）：426-433.

[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。