Development of a clamp-on mechanism for an ultrasonic flow meter

Abstract

274 billion liters of clean, processed drinking water are lost from water distribution systems daily. In order to identify and locate leakages in water distribution networks, water utilities use time-consuming techniques and resource-demanding technology. This limits their ability to efficiently reduce and repair leakages, and as a result, much water is lost before it reaches the consumer. A network of clamp-on flow meters can be used to monitor entire water distribution networks remotely, greatly reducing the necessary resources and time it takes to identify leaks [1].

The scope of this thesis is to derive the critical specifications necessary for a clamp-on ultrasonic flow meter to provide a viable alternative to traditional leakage detection technologies. In order to achieve this, prototype models are developed to provide a "Proof of Concept" for different solutions and gather insight for further development through extensive testing.

To achieve the above, an extensive literature review was performed to provide the basis for understanding the limitations and challenges related to leakage management and methods. This was followed by a case-study of a Norwegian water utility, to determine suitable installation locations on a water distribution network, and gather more insight. As a result, multiple concepts on clamp-on mechanisms and different clamp-on enclosures were designed and evaluated, using product development methods. The selected concepts were then as developed and built as prototype models, to explore the different solutions in order to see the advantages and weaknesses of the individual concepts. By engaging the end-user early in the whole development process, valuable insight was gathered through dialogue and testing, and from this process the specifications were derived. The most critical specifications include; intuitive design, long lifetime, small size, durable materials, and low cost.

The activities performed throughout this thesis indicate that a clamp-on flow meter using industrial cable ties as a clamp-on mechanism is a viable option and should be developed further. In addition, a clamp-on flow meter capable of being welded to PE pipes with electrofusion welding, is of high interest. Two versions of these flow meters should be developed, as private and professional markets have different requirements regarding size, functionality and preferred clamp-on mechanism.

274 milliarder liter med rent drikkevann går tapt fra vanndistribusjonsnett daglig. For å identifisere og lokalisere lekkasjer i vanndistribusjonsnett, bruker vannverk tid- og ressurskrevende teknikker og teknologi. Dette begrenser deres evne til å effektivt redusere og reparere lekkasjer, noe som fører til at store mengder vann går tapt før det noen gang når forbrukeren. Et nettverk av clamp-on vannmålere kan brukes til å overvåke hele vannforsyningsnettverket eksternt, samt kraftig redusere de nødvendige ressurser og tid det tar å identifisere lekkasjer [1].

Omfanget av denne oppgaven innebærer å utlede de kritiske spesifikasjonene som er nødvendig for at en clamp-on ultralyd vannmåler skal være et verdig alternativ til tradisjonelle lekkasje-søk metoder. Fra dette utvikles og bygges Proof of Concept-modeller til testing for å samle inn innsikt for videre utvikling.

For å oppnå dette har en omfattende litteraturstudie blitt utført for å gi grunnlag for å forstå begrensningene og utfordringene knyttet til lekkasjehåndtering og dagens metoder. Dette ble etterfulgt av en case-studie av et norsk vannverk, for å fastslå egnede installasjonsteder på et vannforsyningsnett, og samle videre innsikt. Som et resultat ble flere konsepter på clamp-on mekanismer og forskjellige clamp-on konstruksjoner utformet og evaluert ved hjelp av produktutviklingsmetoder. De valgte konseptene ble så utviklet og bygget som prototypemodeller slik at fordeler og svakheter til de enkelte løsningene kunne utforskes. Ved å engasjere sluttbrukeren tidlig i utviklingsprosessen, ble verdifull innsikt samlet gjennom dialog og testing, og fra denne prosessen har spesifikasjoner blitt avledet. De mest kritiske spesifikasjonene inkluderer; intuitivt design, lang levetid, liten størrelse, slitesterkt materiale og lav pris.

Aktivitetene som har blitt utført gjennom denne oppgaven, indikerer at en clamp-on mekanisme som bruker industrielle strips som festemekanisme er en verdig løsning og burde videreutvikles. I tillegg viser funn gjennom oppgaven at en clamp-on mekanisme som kan sveises til PE-rør med elektrofusjons sveising, av høy interesse. To versjoner av disse clamp-on vannmålerne burde utvikles, da private og profesjonelle markeder har forskjellige krav til størrelse, funksjonalitet og foretrukket clamp-on mekanisme.