對付“水管爆裂”

研究目的

我好幾次在電視新聞上看到：由于路面受壓、施工以及外界的各種原因，造成主干道的水管爆裂。而由于水管爆裂一時沒有得到及時的處理造成大量自來水浪費和造成對城區路面、交通的破壞，嚴重地影響了城區人們的生活。更嚴重的是大量自來水外泄涌入工廠、工地、居民住宅而造成嚴重的損失。我就親身體會過這樣的經歷。因此我提出了解決這個問題的課題，并得到了老師的支持。

基本思路

由于我還是中學生，還沒有掌握到高科技知識，水平還很有限，因此我想能不能利用我所學的知識，找到問題的關鍵，設計出一套原理簡單、方法巧妙的辦法來解決水管爆裂問題。我想這個問題主要是水的問題，水管爆裂后水流產生了大的變化。研究的思路要從水的變化上去研究。

研究過程

首先我進行模擬實驗獲得了以下實驗結論：

1.當主干道未爆裂時，水管內的壓強均為0.3MPa左右。

2.當主干道某處爆裂后，該水管內水流量急劇增大，壓強迅速下降，接近于0。

由此我就提出了如下設計方案(見圖1)：

1.動力部分——葉輪裝置。利用自來水的流動推動葉輪，提供動力。

2.工作部分——常開水閥。

3.控制部分——水壓反饋式離合控制裝置。利用“正常用水”與“主水管爆裂”時主水管中的水壓變化，產生“離”“合”動作，來傳輸動力，從而控制常開水閥的關閉。這也是本項目最關鍵的部分和創新點。

研究成果

主干道水管爆裂自控斷流裝置的工作原理(見圖2)：

1.利用自來水的流動推動葉輪，提供使閥門關閉的動力。

2.利用減速齒輪，作為傳遞和增大動力的中介裝置。

3.利用凸輪的位移來控制工作閥門的關閉。

4.利用主干道水管爆裂與完好時管內水壓的變化，控制離合齒輪與主動輪和工作齒輪的離合工作狀態。

至此，這個設計思路經過輔導老師論證后，在相關技術人員的幫助下，終于完成了本項目的模型制作。該項目經過通水實驗檢測，達到了設計的預定目標效果。之后我又請自來水廠的工程師們進行了檢驗。他們說這個項目填補了自來水閥門的空白，只是制作得粗糙些。如果形成產品那將會節約大量的自來水，再也不會因水管爆裂形成“水漫金山”的現象而影響人們的生產、生活了。但是機電式裝置存在著耐濕耐腐能力差的缺點，使用壽命短，還需改進。

本作品利用了流體力學中的伯努利原理，自行研制原創性甚高的水管爆裂自行斷流節水裝置，并采用了不需要任何外力來自動控制水閥的方法，最終可解決工程上常見的水管爆裂而造成浪費水資源的問題。