CN102606890A

CN102606890A - 应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置及方法

Info

Publication number: CN102606890A
Application number: CN2012101242117A
Authority: CN
Inventors: 伍悦滨; 徐莹; 孙强
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-07-25

Abstract

应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置及方法，它涉及一种给水管道漏失定量和定位的装置及方法。本发明为了解决现有检测给水管道漏失定量和定位的装置及方法的使用成本高，且耗时，易受周围环境影响的问题。本发明的上游流量传感器、下游流量传感器和多个压力传感器的数据输出端均与数据采集卡的数据输入端连接，数据采集卡的数据输出端与工控机的数据输入端连接；采集实时流量值和压力值；将实时流量值输入工控机中，计算流量值差值，判断实时流量的差值是否均超过阈值，若超阈值出管网处于漏失状态，继续采集漏失状态下的各监测点的压力值；根据在工控机中预先设定好的计算程序，进行计算寻优。本发明适用于给水管道漏失定量和定位。

Description

应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种给水管道漏失定量和定位的装置及方法，具体涉及一种应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置及方法，属于给水管道运行维护技术领域。

背景技术

给水管道是城市能源生产和供应的生命线，一般埋于地下，具有数量大、位置分散、拓扑结构复杂、腐蚀因素多、工作年限长等特点。随着城市建设的发展和人口的增加，管道发生故障或事故等安全问题日益突出，极大危害人身健康和生态环境，造成巨大经济损失和不良社会影响。目前我国城市市政管道长期运行，使得管道老化，且缺少先进的泄漏探测的安全恢复技术，市政管道的运行安全受到极大威胁。

常用的检漏技术方法分为被动检漏法和主动检漏法。传统意义上的检漏方法，即被动检漏法，是一种最原始的检漏方法，它是一种主要以发现明漏为主的方法。主要靠专门的巡检人员据管道图巡查及居民的报漏来发现漏点，它虽然投入资金少，管理费用低，但是对暗漏和漏水点不是冒水点的明漏很难发现和判断。因此，此种方法有很大的局限性，单凭此法并不能将漏水率控制在一个较好的水平。主动检漏法是在地下管道漏水冒出地面之前，通过使用各种方法和仪器将之检查出的方法，主要包括：

1.音听检漏法。用听音杆或电子放大听漏仪直接在管道暴露点(如消火栓、阀门等)听测由漏水点产生的漏水声，从而确定漏水管道，缩小漏水检测范围。采用音听技术只能确定管道是否存在漏失，而不能对其准确定位，这主要是由于：环境噪音问题无法从根本上解决；当声音较大时，检测范围也进一步扩大，进而增大了定位漏失点的难度；有时漏水声过小，采用音听法也难以检出；且由于液体中有空气和微小悬浮颗粒存在，致使音速部分降低，也会影响对漏点的定位精度。

2.离线检查主要包括被动检修和示踪检漏。被动检修即发现明漏后再去检修。除了明显的向上冒水外，在进行路(地)面调查时，如发现明显局部下陷、泥土潮湿、绿化地带植物特别茂盛、下凹部位经常潮湿有水、下水道等人工井里有水流入等情况而附近有水管者，可对水管进行勘察，看是否漏水。这种方法耗时、费力，但它仍被国内多数自来水公司所采用，并设有专人进行寻检。示踪检漏是指在水中加入无毒易检测的示踪剂，在地面监测示踪剂浓度，确定是否有漏失存在。常用的示踪剂有SF6、N2O、CH4-N2等，且有的供水部门通过训练有素的犬来辨别示踪剂的气味。但这种方法使用成本高，设备多、操作复杂，且监测结果很大程度取决于天气条件和风向，只有必要时才可采用。

此外，目前比较流行的一些对地面无破坏的漏失检测方，如地下雷达、测定土壤阻抗系数、红外温度记录等。其中红外温度记录通过采用计算机热成像技术和全球定位系统(GPS)，使检漏效率不断提高。但现有这些方法的使用成本都非常高，且耗时，易受周围环境影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有检测给水管道漏失定量和定位的装置及方法的使用成本高，且耗时，易受周围环境影响的问题，进而提供一种应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置及方法。

本发明的技术方案是：应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置包括上游流量传感器、下游流量传感器、工控机、数据采集卡和多个压力传感器，上游流量传感器和下游流量传感器分别设置在管道的入水端和出水端，多个压力传感器分别设置在位于上游流量传感器和下游流量传感器之间的管道侧壁上，上游流量传感器、下游流量传感器和多个压力传感器的数据输出端均与数据采集卡的数据输入端连接，数据采集卡的数据输出端与工控机的数据输入端连接。

本发明还提供了一种应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的方法，其具体方法如下：

步骤一、在管道的上游和下游分别设置一个上游流量传感器和一个下游流量传感器，作为两个流量监测点，工控机通过数据采集卡采集上游流量传感器和下游流量传感器的实时流量值，在管道上设置多个压力传感器，作为压力监测点，工控机通过数据采集卡对其压力进行实时采集，并缓存在工控机中，将实时采集的管线上的各点的压力值做为管线正常运行时的稳态值；

步骤二、将根据上游流量传感器采集的实时流量值和下游流量传感器采集的实时流量值输入工控机中已经设置好的计算模块中，计算出管道运行的上游与下游流量值差值，判断实时流量的差值是否均超过阈值，判断结果为是，则执行步骤三，判断结果为否，则执行步骤一重新采集实时压力值和实时流量值；

步骤三、如果实时流量的差值超过阈值，意味着这时的管网处于漏失状态，管网中的水压会产生瞬变激励，工控机和数据采集卡继续采集漏失状态下的各监测点的压力值；

步骤四、根据在工控机中预先设定好的计算程序，对各监测点在步骤一中采集的压力值及步骤三中采集的实时压力值，进行计算寻优，从而获得泄漏点的位置。

本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明通过实时监测并采集给水管线的运行数据，并对其运行情况进行实时判断，判断时间短，不受周围环境影响，可以实现给水管线漏失情况的在线监测。对于管线的漏失情况，能够及时做出反应，将漏失的损失降低至最小。2.本发明通过在系统中激发不会对系统本身产生任何危害的低强度瞬变流动，同时选定系统中的测压点，通过实时监测，获得这些测压点在瞬变过程中的压力响应值，从而辨识系统的管道漏失特性，具有报警精度高和定位准确的特点，与其他方式相比降低了误报率。3.本发明所采用的监测和采集设备均系管道测量中的常规设备，无需增加额外的硬件设备，因而降低了管道泄漏检测的造价，经济上合理，已建和在建的管道均可适用。

附图说明

图1是给水管道漏失定量和定位装置的整体结构示意图；图2是本发明研究单管的漏失特性时的管道示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置及方法包括上游流量传感器1、下游流量传感器2、工控机3、数据采集卡4和多个压力传感器5，上游流量传感器1和下游流量传感器2分别设置在管道的入水端和出水端，多个压力传感器5分别设置在位于上游流量传感器1和下游流量传感器2之间的管道侧壁上，上游流量传感器1、下游流量传感器2和多个压力传感器5的数据输出端均与数据采集卡4的数据输入端连接，数据采集卡4的数据输出端与工控机3的数据输入端连接。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的压力传感器5的数量为5个-20个。如此设置，便于根据不同长度的管道选择合适数量的压力传感器。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的压力传感器5的数量为6个。如此设置，尤其适用于设置城市管道中。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的被检测的管道长度为500m-1000m。如此设置，便于初步确定漏水区域，同时，便于找到漏失位置。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每相邻两个压力传感器5之间的距离为40m-60m。如此设置，便于实时监测漏失情况，同时，便于找到漏失位置。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式的应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的具体方法如下：

步骤一、在管道的上游和下游分别设置一个上游流量传感器1和一个下游流量传感器2，作为两个流量监测点，工控机3通过数据采集卡4采集上游流量传感器1和下游流量传感器2的实时流量值，在管道上设置多个压力传感器5，作为压力监测点，工控机3通过数据采集卡4对其压力进行实时采集，并缓存在工控机3中，将实时采集的管线上的各点的压力值做为管线正常运行时的稳态值；

步骤二、将根据上游流量传感器1采集的实时流量值和下游流量传感器2采集的实时流量值输入工控机3中已经设置好的计算模块中，计算出管道运行的上游与下游流量值差值，判断实时流量的差值是否均超过阈值，判断结果为是，则执行步骤三，判断结果为否，则执行步骤一重新采集实时压力值和实时流量值；

步骤三、如果实时流量的差值超过阈值，意味着这时的管网处于漏失状态，管网中的水压会产生瞬变激励，工控机3和数据采集卡4继续采集漏失状态下的各监测点的压力值；

步骤四、根据在工控机3中预先设定好的计算程序，对各监测点在步骤一中采集的压力值及步骤三中采集的实时压力值，进行计算寻优，从而获得泄漏点的位置。

本实施方式结合图2说明在研究单管的漏失特性时，简化实验台系统后的实验分析：

上端水箱水位1m，下端水箱水位Om，可看作是孔口自由出流，波速1000m/s，管道直径D＝0.04m，泄漏点孔口直径D2＝0.025m，管道总长13.80m，共有7个节点。节点11前端连接水箱，节点12和节点11分别设置流量测量点，节点8、9、10为测压点，节点8、9、10处有泄漏点，节点12末端连接阀门。以管道压力为0.2Mpa，节点9为漏失节点，漏失量为20％时的管道状态为例。

步骤一、在管道的上游和下游分别设置一个上游流量传感器1和一个下游流量传感器2，作为两个流量监测点，工控机3通过数据采集卡4采集上游流量传感器1和下游流量传感器2的实时流量值，上游和下游的实时流量值分别为0.0056m³/s和0.0055m³/s，在管道上设置多个压力传感器5，作为压力监测点，工控机3通过数据采集卡4对其压力进行实时采集，节点8的压力为0.15Mpa，节点9的压力为0.11Mpa，节点10的压力为0.09Mpa，并缓存在工控机3中，将实时采集的管线上的各点的压力值做为管线正常运行时的稳态值；

步骤二、将根据上游流量传感器1采集的实时流量值和下游流量传感器2采集的实时流量值输入工控机3中已经设置好的计算模块中，上游和下游的实时流量值分别为0.0056m³/s和0.0045m³/s，节点8的压力为0.25Mpa，节点9的压力为0.02Mpa，节点10的压力为0.34Mpa，阈值为0.0005m³/s，计算出管道运行的上游与下游流量值差值为0.0011m³/s，超过阈值，则执行步骤三；

步骤三、实时流量的差值超过阈值，此时的管网处于漏失状态，管网中的水压会产生瞬变激励，工控机3和数据采集卡4继续采集漏失状态下的各监测点的压力值，这时采集的数据为产生瞬变激励下的压力值，分别为：节点8压力为0.25Mpa，节点9压力为0.02Mpa，节点10压力为0.34Mpa；

步骤四、根据在工控机3中预先设定好的计算程序，对各监测点在步骤一中采集的压力值及步骤三中采集的压力值，进行计算寻优，最优化算法分别采用局部寻优和全局寻优的方法，最小化压力的测量值与计算值之间的偏差对其进行求解，整个求解过程的实质是对解空间不断迭代，直到满足计算要求，从而获得泄漏点的位置。

Claims

1.一种应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置，其特征在于：所述给水管道漏失定量和定位的装置包括上游流量传感器(1)、下游流量传感器(2)、工控机(3)、数据采集卡(4)和多个压力传感器(5)，上游流量传感器(1)和下游流量传感器(2)分别设置在管道的入水端和出水端，多个压力传感器(5)分别设置在位于上游流量传感器(1)和下游流量传感器(2)之间的管道侧壁上，上游流量传感器(1)、下游流量传感器(2)和多个压力传感器(5)的数据输出端均与数据采集卡(4)的数据输入端连接，数据采集卡(4)的数据输出端与工控机(3)的数据输入端连接。

2.根据权利要求1所述的应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置，其特征在于：被检测的管道长度为500m-1000m。

3.根据权利要求2所述的应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的装置，其特征在于：每相邻两个压力传感器(5)之间的距离为40-60m。

4.一种使用权利要求1实现的应用瞬变激励进行给水管道漏失定量和定位的方法，其特征在于：所述给水管道漏失定量和定位方法的具体方法如下：

步骤一、在管道的上游和下游分别设置一个上游流量传感器(1)和一个下游流量传感器(2)，作为两个流量监测点，工控机(3)通过数据采集卡(4)采集上游流量传感器(1)和下游流量传感器(2)的实时流量值，在管道上设置多个压力传感器(5)，作为压力监测点，工控机(3)通过数据采集卡(4)对其压力进行实时采集，并缓存在工控机(3)中，将实时采集的管线上的各点的压力值做为管线正常运行时的稳态值；

步骤二、将根据上游流量传感器(1)采集的实时流量值和下游流量传感器(2)采集的实时流量值输入工控机(3)中已经设置好的计算模块中，计算出管道运行的上游与下游流量值差值，判断实时流量的差值是否均超过阈值，判断结果为是，则执行步骤三，判断结果为否，则执行步骤一重新采集实时压力值和实时流量值；

步骤三、如果实时流量的差值超过阈值，意味着这时的管网处于漏失状态，管网中的水压会产生瞬变激励，工控机(3)和数据采集卡(4)继续采集漏失状态下的各监测点的压力值；

步骤四、根据在工控机(3)中预先设定好的计算程序，对各监测点在步骤一中采集的压力值及步骤三中采集的实时压力值，进行计算寻优，从而获得泄漏点的位置。