Analiza techniczno ekonomiczna doboru kamer inspekcyjnych do monitoringu sieci podziemnych

Transkrypt

1 Analiza techniczno ekonomiczna doboru kamer inspekcyjnych do monitoringu sieci podziemnych Rozwój elektroniki przyczynił się do opracowania specjalistycznych urządzeń diagnostycznych wykorzystywanych do monitoringu sieci podziemnych. Urządzenia te w zależności od swojej budowy charakteryzują się różnymi parametrami technicznymi. O doborze optymalnego zestawu inspekcyjnego decydują w pierwszej kolejności koszty jego zakupu, parametry techniczne oraz indywidualne potrzeby każdego przedsiębiorstwa. 1. Uwagi wstępne Wprowadzenie techniki telewizyjnej do badania stanu technicznego sieci kanalizacyjnych stworzyło przełomowy etap w ich diagnostyce. Dotyczy to szczególnie nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych. Przed wprowadzeniem techniki telewizyjnej do inspekcji kanałów dokonywano ich przeglądu za pomocą luster umieszczanych w przewodach kanalizacyjnych przy studniach rewizyjnych. Niekiedy też przeciągano na płozach aparaty fotograficzne, wykonujące co l m zdjęcie kanału, a jeszcze później przeciągano kamery filmujące stan techniczny badanego kanału. Po raz pierwszy w Polsce technikę telewizyjną zastosowano do przeglądu kanałów w roku 1969 w Tarnowskich Wodociągach. Aparaturę telewizyjną wykonały Warszawskie Zakłady Telewizyjne i była to pierwsza w Polsce i jedna z pierwszych w Europie oraz na świecie aparatura do przeglądu kanalizacji. Kamerę tę można obecnie oglądać w laboratorium Katedry Wodociągów i Kanalizacji Politechniki Świętokrzyskiej. Zestaw badawczy składał się z prostej kamery lampowej wyposażonej w szerokokątny obiektyw, oświetlenia, kabla zasilającego i przekazującego sygnał z kamery, lampowego monitora i jednostki sterowniczej. Szybki postęp techniczny w elektronice spowodował, że kamery wraz z upływem czasu ulegały ulepszeniom i miniaturyzacji. Współczesne kamery charakteryzują się małymi rozmiarami, bardzo wysoką rozdzielczością, zmienną ogniskową obiektywu i ruchomą głowicą, co znacznie polepsza jakość obrazu wyszukiwanych uszkodzeń. Podstawowymi elementami zestawu do przeglądu przewodów kanalizacyjnych są: kamera w obudowie pchanej (ciągnionej) lub na wózku samojezdnym, oświetlenie halogenowe lub diodowe, kołowrót z nawiniętym przewodem i licznikiem długości przebadanych przewodów na długości przebadanych metrów kanału, pulpit sterowniczy z wbudowanym monitorem i magnetowid. Obraz z kamery przekazywany jest poprzez przewód do pulpitu sterowniczego, skąd następnie przekazany jest na monitor i równocześnie jest rejestrowany za pomocą magnetowidu na taśmie video. Umożliwia to wykonanie szczegółowego opisu zaobserwowanych uszkodzeń, dokonanie na ich podstawie oceny stanu technicznego kanału oraz opracowanie zaleceń dotyczących dalszej eksploatacji kanału. Poniżej zaprezentowano różnorodność możliwych zestawów inspekcyjnych do badania przewodów kanalizacyjnych. Rys. l. System typu Compact Rys. 2. System przenośny o budowie modułowej Dariusz Zwierzchowski 1) Politechnika Świętokrzyska 44 Inżynieria Bezwykopowa maj 2004

2 2. Rodzaje i sposoby zestawiania urządzeń inspekcyjnych 2.1. Systemy przenośne typu Compact Systemy przenośne typu Compact (rys. 1.) charakteryzują się tym, że cały system badawczy stanowi jedną całość. Do lekkiego kołowrotu, na którym nawinięty jest sztywny kabel zakończony kamerą z integralnie zabudowanym oświetleniem zamocowany jest niewielki monitor z wyjściem wideo. Na monitorze tym można obserwować obraz z badanego kanału, a mechaniczny licznik umożliwia dokładne określenie położenia kamery w kanale. Zestawy te są wyposażone w kamery czarno-białe lub kolorowe, pozwalające badać kanały w zakresie średnic od 25 mm do 70, 150, 250 lub 600 mm. Największą zaletą systemu typu Compact jest przede wszystkim jego mała masa i możliwość zasilania z akumulatora 12V (np. z akumulatora pojazdu, którym przewozi się sprzęt). Aparatura taka bez większych problemów może być przenoszona nawet na bardzo duże odległości w miejsca, gdzie dojazd samochodem inspekcyjnym byłby utrudniony bądź wręcz niemożliwy. Rys. 3. Wnętrze pojazdu badawczego 2.2. Systemy przenośne o budowie modułowej Całkowicie inną budowę w porównaniu do zestawów przenośnych typu Compact mają systemy przenośne modułowe (rys. 2). Ich zestawienie ze względu na budowę modułową jest bardziej uniwersalne i może być uzależnione od wymagań przyszłego użytkownika. Główny moduł systemu przenośnego stanowi panel sterujący z zabudowanym monitorem oraz opcjonalnie przemysłowym magnetowidem lub komputerem, umieszczony w przenośnym kontenerze chroniącym go przed wpływami atmosferycznymi oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Kolejne moduły to przenośny kołowrót z kablem do 200 m i zamocowanym licznikiem długości przebadanego odcinka kanału oraz kamera poruszająca się na wózku napędowym, bądź popychana prętem z włókna szklanego. W zależności od wymagań, system przenośny modułowy może być wyposażony w kamerę prostopatrzącą czarno-białą lub kolorową, a także w kolorową kamerę z obrotową głowicą. Systemy przenośne modułowe w odróżnieniu od systemów przenośnych typu Compact mogą być wyposażone w dodatkowe funkcje, takie jak np. pomiar spadku podłużnego badanego kanału lub współpraca z komputerem. Rys. 5. System kombinowany inspekcyjno czyszczący 2.3. Systemy inspekcyjne zabudowane w pojazdach specjalistycznych Podobnie jak przedstawione wyżej zestawy przenośne, systemy zabudowane w pojazdach specjalistycznych mają również budowę modułową. Istnieją jednak bardzo duże różnice pomiędzy nimi związane z ich wielkością i możliwościami badawczymi. Systemy zabudowane są przede wszystkim przystosowane do badań długotrwałych. Ze względu na umieszczenie panelu sterującego wewnątrz pojazdu badawczego (rys. 3), badania mogą być wykonywane w każdych warunkach atmosferycznych, a profesjonalne wyposażenie pozwala na natychmiastowe sporządzanie raportów z badań. Systemy zabudowane na pojazdach wyposażone są zazwyczaj Inżynieria Bezwykopowa maj 2004 Rys. 4. Przedział tylny pojazdu również w zautomatyzowane i zsynchronizowane z wózkami napędowymi kołowroty umieszczone w tylnym przedziale pojazdu (rys. 4). Długość nawiniętego na nie kabla pozwala na jednorazowe przebadanie odcinka kanału do 500 m Systemy kombinowane Systemy kombinowane są również zabudowane na pojazdach specjalistycznych i mają takie same możliwości, jak systemy zabudowane na stałe. Różnica tych systemów polega na tym, że oprócz zestawu badawczego mają one także zestaw do ciśnieniowego czyszczenia kanałów (rys. 5). Wspólna zabudowa tych dwóch zestawów na jednym samochodzie pozwala na bardziej uniwersalne i ekonomiczne wykorzystanie tego systemu Systemy do badania studni głębinowych Do badania studni głębinowych mogą być wykorzystywane wcześniej opisane systemy przenośne i zabudowane na pojaz- 45

3 dach specjalistycznych. W odróżnieniu jednak od stosowanych w przypadku kanałów systemów napędowych i kamer do badania studni głębinowych nie stosuje się żadnego napędu, a stosowane kamery są odporne na oddziaływanie wysokich ciśnień do 50 barów System QUICKVIEW Wszystkie wymienione wyżej systemy są bardzo dokładne i w pełni profesjonalne, lecz wymagają wcześniejszego przygotowania rurociągu w postaci jego dokładnego wyczyszczenia. Dlatego wiele przedsiębiorstw eksploatacyjnych na świecie zaopatrzyło się w system inspekcyjny QUICKVIEW pozwalający w sposób bardzo szybki i bez konieczności długotrwałego oraz kosztownego czyszczenia dokonać przeglądu rurociągu. System QUICKVIEW zbudowany jest z kamery cyfrowej wyposażonej w funkcję super ZOOM z oświetleniem halogenowym zamontowanej na uchwycie teleskopowym. Badanie inspekcyjne polega na opuszczeniu kamery na uchwycie teleskopowym do studni rewizyjnej (rys. 6) i ustawieniu jej w kierunku badanego rurociągu. Następnie regulując natężenie światła oraz funkcję zoom dokonuje się stopniowo przeglądu przez cały odcinek. Obraz z badania może być rejestrowany na magnetowidzie. Do wad tego systemu należy przede wszystkim brak możliwości szczegółowego zapoznania się ze stanem technicznym rurociągu. Brak licznika metrów uniemożliwia również dokładne określenie miejsca występowania zaobserwowanego uszkodzenia na zbadanej długości rurociągu. Największą zaletą systemu QUICKVIEW jest krótki czas potrzebny na zbadanie pojedynczego odcinka. Umożliwia to bez ponoszenia dodatkowych kosztów związanych z czyszczeniem rurociągów szybkie przebadanie całej sieci w mieście. Na podstawie otrzymanych wyników istnieje możliwość wytypowania do szczegółowej inspekcji tych odcinków, które budziły największe wątpliwości. 3. Elementy składowe systemów inspekcyjnych Rys. 6. System inspekcyjny QUICKVIEW 3.1. Rodzaje kamer Kamery w zależności od sposobu pokazywania obrazu z badań dzielą się na kamery prostopatrzące z szerokokątnym obiektywem (rys.7) oraz kamery z głowicą obrotową (rys. 8). Kamery te różnią się między sobą przede wszystkim zakresem badanych średnic, np. kamera PIC 2.3 używana jest do badania rurociągów w zakresie średnic od 25 do 70 mm natomiast PIC 6.5 SK od 100 do 1000 mm. Kamery prostopatrzące dzielą się również na kamery czarno-białe i kolorowe, natomiast kamery z głowicą obrotową mogą być dodatkowo wyposażone w funkcję zoom, służącą do inspekcji rurociągów w zakresie średnic od 250 do 1500 mm. Pokazana na rys. 8 kamera umożliwia inspekcję kanałów w zakresie średnic od 100 do 1000 mm przy dokonywaniu obrotu kamery w pionie o 360 oraz w poziomie o 270. Ciekawym rozwiązaniem jest zastosowanie w jednej głowicy dwóch kamer prostopatrzących (rys. 9). Pierwsza z kamer ma za zadanie pokazywać obraz znajdujący się przed głowicą w głąb kanału, natomiast druga zamontowana na ruchomym cylindrze pokazuje obraz bocznych ścian kanału. 46 Inżynieria Bezwykopowa maj Problematyka oświetlenia Jednym z najważniejszych zagadnień przy doborze systemu badawczego jest zakres średnic rurociągów, które będą badane. Wiąże się to nie tylko z doborem systemu napędowego, ale przede wszystkim z doborem odpowiedniego oświetlenia. W przypadku kamer czarno-białych i kanałów o średnicach do 250 mm wystarczające jest oświetlenie ledowe integralnie połączone z kamerą. Inaczej jest w przypadku kamer kolorowych

4 Rys. 7. Kamery prostopatrzące Rys. 10. Zasadnicze i dodatkowe oświetlenie ledowe Rys. 8. Kamera z głowicą obrotową Rys. 9. Głowica wyposażona w dwie kamery Rys. 11. Dodatkowe oświetlenie halogenowe stosowanych w bardzo szerokim przedziale średnic. W takich przypadkach oprócz oświetlenia zasadniczego należy zastosować dodatkowe oświetlenie ledowe lub halogenowe (rys. 10 i rys. 11), którego rodzaj uzależniony jest od stosowanego systemu inspekcyjnego i wiąże się również z zastosowaniem odpowiedniej dodatkowej elektroniki w pulpicie sterującym Kamery satelickie Dotychczas niemożliwe było przeprowadzenie badań przykanalików podłączonych bezpośrednio do kanału z jego wnętrza. Najwięcej takich problemów występuje w starych miastach, które w okresie działań wojennych zostały częściowo zniszczone. Obecnie w trakcie prac renowacyjnych bardzo ważne jest stwierdzenie, czy podłączony przykanalik jest nadal czynny a jeżeli jest, to w jakim znajduje się stanie. Aby rozwiązać ten problem opracowany został system inspekcyjny wyposażony w dodatkową kamerę satelicką, pozwalającą badać przykanaliki podłączone do kanału głównego z jego wnętrza (rys. 12). System z kamerą satelicką składa się z pulpitu sterującego, kołowrotu z nawiniętym kablem i licznikiem długości przebadanych kanałów oraz wózka napędowego z zamocowaną obrotową głowicą kamery. Kamera ta pozwala badać stan techniczny kanału, a także lokalizować podłączone przykanaliki. Na wózku napędowym zainstalowany jest zestaw z kamerą satelicką, która po wykryciu przykanalika wprowadzana jest za pomocą sztywnego kabla do jego wnętrza. Kamera satelicka wyposażona jest we własne oświetlenie, co pozwala badać przykanaliki w odległości do około 25 m. 4. Kołowroty Ogniwem łączącym pulpit sterujący z wózkiem napędowym i kamerą jest kabel nawinięty na kołowrocie. Ogólnie kołowroty można podzielić na przenośne z napędem ręcznym (rys. 13), przenośne zautomatyzowane (rys. 14) oraz zautomatyzowane, zabudowane na pojazdach inspekcyjnych (rys. 15). Kołowroty zmechanizowane mają napęd elektryczny zsynchronizowany z napędem wózka kamerowego. Umożliwia to płynne poruszanie się kamery wewnątrz przewodu do przodu jak i do tyłu. Oprócz wyżej wymienionych różnic pomiędzy kołowrotami istnieje jeszcze jedna, a mianowicie długość nawiniętego kabla. Kołowroty ręczne stosuje się dla kabli o długościach od 25 do 150 m dla systemów analogowych i do 300 m dla systemów cyfrowych. W przypadku kołowrotów zmechanizowanych długości te kształtują się w zakresie od 150 do 300 m dla systemów analogowych i do 500 m dla systemów cyfrowych. 5. Sposoby transportu kamer w rurociągach Istnieją dwa sposoby poruszania się kamer wewnątrz kanału. Pierwszy sposób polega na popychaniu kamery (dotyczy tylko przeważnie kamer prostopatrzących) za pomocą sztywnego kabla służącego jednocześnie do przekazywania sygnału wizyjnego z kamery na monitor lub za pomocą oddzielnego sztywnego pręta z włókna szklanego. Drugim sposobem poruszania się kamer jest zamocowanie ich na specjalnych, wózkach napędowych. Wózki wyposażone są w specjalne elektryczne silniki napędzające wszystkie koła. Pozwala to uzyskać bardzo duży uciąg wózka i przemieszczanie się go na odległości nawet do 500 m. W zależności od rodzaju napędu wózki dzieli się na kołowe (rys. 16) i gąsienicowe (rys. 17). 6. Dobór optymalnego systemu inspekcyjnego Aby dokonać optymalnego doboru urządzeń inspekcyjnych należy ustalić co chce się uzyskać jako wynik badania oraz czy zawsze istnieje dojazd do sieci kanalizacyjnej, która będzie badana. W przypadku wykonywania badań kanałów o przekrojach do 600 mm oraz, gdy badającego interesuje tylko ogólny stan techniczny konstrukcji kanału wystarczające są systemy przenośne typu Compact lub najprostsze systemy przenośne modułowe wyposażone w kamery prostopatrzące, czarno-białe popychane w kanale. Inaczej jest w przypadku przedsiębiorstw eksploatujących sieć kanalizacyjną o szerokim zakresie średnic, różnych kształtach i o zróżnicowanym wieku budowy kanałów. W takim Inżynieria Bezwykopowa maj

5 Rys. 12. Kamera satelicka Rys. 13. Kołowrót przenośny, ręczny Rys. 14. Kołowrót przenośny. zautomatyzowany. przypadku należy stosować kamery kolorowe z obrotową głowicą, zamontowane na wózkach napędowych z dodatkowym oświetleniem. Wyposażenie takie pozwala na dokładne zbadanie kanału, jego złączy oraz np. dokładne określenie zaawansowania korozji konstrukcji. Bardzo przydatną funkcją, szczególnie przy odbiorach nowo wybudowanej kanalizacji, jest pomiar spadku podłużnego. W dużych miastach, gdzie większość sieci kanalizacyjnej znajduje się w ulicach bądź poboczach, a badania prowadzone są w miarę systematycznie, wskazane jest zamontowanie systemu badawczego na pojeździe specjalistycznym. Pojazd taki umożliwia prowadzenie systematycznej inspekcji sieci bez względu na porę roku lub warunki atmosferyczne. W przypadku przedsiębiorstw eksploatujących sieci w mniejszych miejscowościach lub przedsiębiorstw wykonujących ich renowację preferowane są przenośne systemy modułowe. Systemy te mogą być również wyposażone we wszystkie wyżej wymienione funkcje, a dodatkowo mogą być przenoszone w miejsca, gdzie brak jest możliwości dojazdu pojazdem inspekcyjnym. Ważną ich zaletą jest także to, że nie są związane z jednym pojazdem, na którym są zabudowane i w razie potrzeby mogą być wyjmowane i przechowywane w pomieszczeniu magazynowym 7. Wnioski O doborze optymalnego zestawu inspekcyjnego decydują w pierwszej kolejności koszty zakupu, które kształtują się w granicach od kilkunastu do kilkuset tysięcy złotych, parametry techniczne oraz indywidualne potrzeby każdego przedsiębiorstwa. Badając kanał techniką video należy pamiętać, że badanie takie umożliwia pełną ocenę hydrauliczno eksploatacyjną badanego kanału, a także w pewnych przypadkach również ocenę bezpieczeństwa jego konstrukcji. Badania kanalizacji techniką video umożliwiają przede wszystkim stwierdzenie występowania wad i nieprawidłowości typu hydrauliczno eksploatacyjnego, takich jak występowanie osadów dennych, przerostów korzeni drzew do wnętrza kanału, rozsunięć złączy rur, występowania nieprawidłowego spadku podłużnego, nieprawidłowego podłączenia przykanalików do kanału, czy występowanie zjawiska infiltracji wód gruntowych do wnętrza kanału. Kamerą rejestrowane są także uszkodzenia mechaniczne mające wpływ na bezpieczeństwo konstrukcji kanałowej takie jak korozja, starcie dna, rysy, pęknięcia z przemieszczeniem fragmentów rur, zawalenia, ponadnormatywne ugięcie rur tworzywowych itp. 1) Dr inż. Dariusz Zwierzchowski Politechnika Świętokrzyska, Katedra Wodociągów i Kanalizacji Rys. 15. Kołowrót zautomatyzowany zabudowany Rys. 17. Wózek napędowy gąsienicowy Rys. 16. Wózek napędowy kołowy LITERATURA 1. KULICZKOWSKI A., ZWIERZCHOWSKI D.; Badania kanalizacji techniką video. Technologie bezwykopowe, nr 2, 1999, s KULICZKOWSKI A., ZWIERZCHOWSKI D.; Analiza uszkodzeń kanałów kamionkowych badanych techniką video. Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej nr 48, seria 18, Wrocław 1999, s ZWIERZCHOWSKI D.; Analiza uszkodzeń kanałów betonowych badanych techniką video. Polsko Duńska Konferencja Naukowo Techniczna: Woda Człowiek Środowisko Współczesność Wyzwanie XXI wieku. Kołobrzeg Kopenhaga, 2000, s ZWIERZCHOWSKI D.; Analiza bezpieczeństwa betonowych i kamionkowych przewodów kanalizacyjnych. Praca doktorska. Politechnika Świętokrzyska, Kielce ZWIERZCHOWSKI D.; Analiza wyników badań stanu technicznego sieci kanalizacyjnej w Polsce. II Konferencja Naukowo Techniczna Nowe Materiały i urządzenia w wodociągach i kanalizacji, Kielce Cedzyna 2001, s KULICZKOWSKI A., ZWIERZCHOWSKI D.; Kryteria doboru systemów inspekcyjnych do badania sieci kanalizacyjnych. Instal nr 5, 2001, s KULICZKOWSKI A., LISOWSKA J., ZWIERZCHOWSKI D.: Badanie infiltracji wody gruntowej do nieszczelnych kanałów techniką video, materiały konferencyjne: Infrastruktura podziemna miast, prace Naukowe Instytutu Inżynierii Lądowej nr 50, Wrocław 2002, s KULICZKOWSKI A., ZWIERZCHOWSKI D.: Inspekcja i monitorowanie sieci, Inżynieria Bezwykopowa, Informator: Technologie bezwykopowe, 2003, s Inżynieria Bezwykopowa maj 2004