EA008420B1 - Способ выполнения измерений в системах водоснабжения и измерительный зонд - Google Patents

Abstract

В измерительном зонде (1) для сетей (12) водоснабжения интегрированы измерительные элементы для выдачи измерительных величин относительно потока, а именно расхода и направления потока, давления воды и шума потока, при этом все эти измерительные элементы с помощью передачи через радиосвязь, модем или кабель соединены или выполнены с возможностью соединения с устройством (11) сбора данных. Измерительные зонды устанавливаются постоянно в ключевых местах (9) и в самых различных, по возможности близко следующих друг за другом точках (10) измерения в сети (12) водоснабжения и могут тем самым обеспечивать быстрое и точное определение местоположения утечек, а также постоянный контроль за счет поставки всех необходимых для этого данных.

Description

Изобретение относится к способу выполнения измерений для определения потерь воды и определения местоположения мест утечки в системах водоснабжения с использованием измерительных зондов, а также к измерительному зонду.

Уровень техники

За счет разрывов труб или же за счет негерметичных участков в зоне магистралей воды либо в зоне потребителей воды возникают иногда значительные потери. Поскольку магистрали сетей водоснабжения, как правило, проложены под землей, можно только редко распознавать сразу, а именно, в частности, тогда, когда отдельные потери утечки являются не очень большими. Эти потери утечки являются, в частности, теми количествами воды, которые образуются из разницы поставляемого количества воды и проставляемого в счет потребителям количества воды.

Из ЕР-А-0009263 уже известны способ определения местоположения утечки в разветвленных магистральных сетях, а также применяемый при этом измерительный колодец. В данном случае создаются контрольные места, в которых регулярно и одновременно можно измерять пропускные способности одновременно и по отдельности через определенное короткое время всей магистральной системы. На всех местах контроля необходимо устанавливать специально для этого предусмотренный контрольный колодец, при этом необходимо также прерывать существующие магистрали, для обеспечения возможности установки заслонок, измерительных устройств или водомеров. С помощью такого оборудования и предусмотренного способа можно выполнять первые шаги для определения местоположения на большой площади возможной утечки, при этом, однако, поиск конкретной утечки и точное определение местоположения неисправности невозможны. Кроме того, к недостаткам этого способа необходимо отнести высокую стоимость оснащения существующей системы водоснабжения таким оборудованием, а также высокую стоимость ее эксплуатации.

Кроме того, в ЕР-А-0009263 в описании уровня техники указывается, что для выявления в магистралях потерь утечки и для определения местоположения утечек в этих магистралях для нефтяных трубопроводов известна установка в ходе магистралей мест контроля и оценка измеряемых в них параметров потока, таких как расход, направление потока, создаваемые потоком шумы, давление потока и т.п., в отношении подводимого в магистрали и отводимого из магистралей флюида для последующего определения утечки из магистрали, для того чтобы затем, при установлении утечки, обследовать магистраль между двумя такими точками контроля с помощью целенаправленных методов измерения, определять местоположение утечки и устранять ее. Такие способы известны, например, из Ζ. 3Р 1п1егпа1юпа1. 15Эд. (июль 1976), Н.7, сс. 375-381, '^.Ое1^еЙ8скпй £ит Фе Мтега1о1\\й15с11ай (1973), сс. 2-6. Ни один из этих источников не показывает сам по себе способ или измерительный зонд для измерения всех указанных параметров потока. Каждый источник относится к одному или двум указанным параметрам потока, таким как количество и давление или направление и давление или т. п. Таким образом, хотя в нефтяных трубопроводах с большими затратами удается обнаружить утечки, это нельзя осуществить в системах водоснабжения, где имеются многочисленные ответвления. Согласно ЕР-А-0009263 эта проблема решена за счет того, что образуются подсети магистралей. Существует потребность в способе и измерительном зонде, с помощью которых можно более надежно обнаруживать местоположение утечек в системах водоснабжения без образования подсетей магистралей.

В основу данного изобретения положена задача создания способа выполнения измерений в системах водоснабжения и измерительного зонда для осуществления способа, которые обеспечивают точный анализ в области систем водоснабжения, включая точное определение местоположения места утечки, при этом измерительный зонд должен обеспечивать простоту монтажа.

Сущность изобретения

Эта задача решается в способе выполнения измерений в системах водоснабжения, в котором измерительные зонды выполняют с равномерными или неравномерными интервалами или постоянно измерение потока, а именно расхода и направления потока, давления воды и шума потока в местах измерения с целью выполнения анализа с помощью анализирующего устройства на основе нулевого расхода и определения приблизительного местоположения утечки с помощью данных давления воды, шумов потока, а также расхода и направления потока, при этом датчик шумов каждого измерительного зонда по отдельности соединяют с коррелятором шумов для выполнения в конечном итоге точного определения местоположения утечки между двумя соседними измерительными зондами.

Таким образом, с помощью способа согласно изобретению можно измерять все три параметра, а именно поток (расход и направление потока), давление воды и шум потока, с помощью каждого измерительного зонда, в противоположность известным из указанных выше источников способам, в которых всегда оцениваются максимально два из этих параметров, при этом остается открытым, происходит ли измерение параметров вообще в одной и той же точке измерения.

За счет способа согласно изобретению можно до минимума сократить потери драгоценной, в большинстве случаев обработанной питьевой воды, которая частично теряется в больших количествах в магистралях водоснабжения. Расходы, связанные с установкой, а также с выполнением измерений и анализа, остаются в приемлемых рамках. Считывание можно выполнять циклично в предусмотренном терми

- 1 008420 нале с помощью считывающего устройства. Каждый измерительный зонд можно устанавливать также без подключения и подключать непосредственно к устройству сбора данных только при необходимости, соответственно, при выполнении плановых измерений. Необходимое время включения, преимущественно в спокойное дневное или ночное время, как правило, не превышает 30-60 мин. Проведенные в то же время повторные измерения обеспечивают за счет сравнения нескольких измерений очень точный анализ потерь воды и, прежде всего, определение квазинулевого расхода. Поскольку используют несколько измерительных зондов на соответствующем расстоянии друг от друга, соответственно, также на ответвлениях, то можно за счет регистрации величин давления воды и шума потока, а также направления потока и расхода приблизительно определять местоположение утечки. С помощью интегрированных датчиков шума, соответственно, датчиков звука и согласованного с ними коррелятора шумов можно осуществлять точное определение местоположения утечки между двумя измерительными зондами.

Например, можно соединять все измерительные зонды с анализирующим устройством или с устройством сбора данных через терминалы, радиосвязь, модем или кабели, при этом снимаются и оцениваются данные измерительных элементов соответствующих измерительных зондов, при этом анализ потерь воды можно выполнять с автоматическим или ручным включением в предполагаемых зонах или же регулярно. Таким образом, имеются различные возможности непосредственно считывать данные как в центре, так и на местах. Как раз в зимнее время, когда люки колодцев, люки задвижек и т.д. замерзают, можно выполнять измерения без проблем с помощью установленных выше поверхности земли терминалов. При этом существенным является точное определение местоположения утечки между двумя установленными измерительными зондами, для того чтобы было необходимо раскапывать только небольшой участок для устранения утечки.

При установке множества измерительных зондов открываются многие предпочтительные возможности использования способа согласно изобретению. Предлагается по принципу генератора случайных чисел, в частности, при центрально расположенных анализирующих устройствах, например, устройства сбора данных или же коррелятора шумов, попеременно и с повторяющимися интервалами анализировать различные зоны сети водоснабжения для обнаружения потерь воды и определения местоположения утечек. За счет этого возможно постоянное слежение за сетью водоснабжения с целью предупреждения потерь воды, а также быстрого распознавания больших потерь вследствие утечки. За счет анализа длительного промежутка времени с регулярно или же нерегулярно повторяемыми измерениями можно немедленно реагировать на значительное отклонение измерительных данных одного или нескольких измерительных зондов.

Задачей изобретения является также создание измерительного зонда, в который интегрированы измерительные элементы для выдачи измерительных величин потока, давления и шума потока, при этом все эти измерительные элементы выполнены с возможностью соединения с анализирующими устройствами или с устройством сбора данных с помощью связи через радио, модем или кабель.

С помощью такого измерительного зонда становится возможным снабжать систему водоснабжения плотной сетью измерительных точек, при этом обеспечивается возможность определения местоположения утечки в соответствии с плотной сетью. До настоящего времени было возможно использование за счет применения различных систем последовательно одного способа измерения, при этом с большим трудом можно было обеспечивать приближенно удовлетворительный результат. Благодаря изобретению становится возможным иметь во всех местах измерения также все необходимые измерительные элементы, для того чтобы за счет комбинирования всех мест измерения, а также способов измерения быстро и точно определять искомое место утечки.

За счет того, что согласно изобретению предлагается предпочтительно размещать измерительные элементы в гильзообразном ходовом винте, при этом ходовой винт ввинчивается или выполнен с возможностью ввинчивания в высверленный хомут, создается оптимальная возможность установки измерительного зонда в любое время, также в существующую трубу даже находящейся под давлением системы труб. Для этого нет необходимости в специальном колодце, который вследствие необходимых задвижек и т. д. должен быть постоянно доступным, а достаточно, например, вывести соответствующий кабель на поверхность земли, где дальнейшее соединение осуществляется с помощью терминалов, радиосвязи, модема или же осуществляется полное соединение измерительных зондов друг с другом.

Преимуществом является то, что в ходовом винте интегрированы три измерительных элемента. Таким образом, на минимальном пространстве можно разместить все необходимые измерительные элементы, которые необходимы для оптимального измерения и оценки. При этом измерительным элементом для измерения расхода может быть индуктивный или емкостной измерительный элемент.

Поскольку системы труб при предусмотренной согласно изобретению возможности монтажа с помощью высверленного хомута находятся в полностью рабочем состоянии, т.е. под полным давлением, то является предпочтительным, если наружная резьба ходового винта является тонкой резьбой или таким видом резьбы, которая обеспечивает установку в водные магистрали, находящиеся под давлением. За счет этого обеспечивается легкое ввинчивание измерительного зонда, несмотря на противодействующее давление.

Для обеспечения хорошей возможности врезания для вставления измерительного зонда предлагает- 2 008420 ся, чтобы выполненный в виде ходового винта измерительный зонд имел на одном из своих концов место захвата для инструмента по типу головки винта. За счет этого можно простым образом использовать инструмент для передачи необходимого крутящего момента.

Предпочтительным является также то, что измерительный элемент для потока выполнен в виде индуктивного измерительного элемента.

Целесообразным является также то, что измерительный элемент для потока выполнен в виде емкостного измерительного элемента.

За счет выполнения согласно изобретению измерительного зонда его можно устанавливать непосредственно на трубу, и он поэтому может оставаться в любом месте трубы, а также можно выполнять установку в уже существующем колодце. За счет этого обеспечиваются различные возможности дальнейшей передачи данных. Поэтому предлагается снабдить измерительный зонд кабельным выходом для измерительной линии (измерительных линий) или же штекерным разъемом для подключения одного или нескольких анализирующих устройств.

Как раз за счет конструктивного выполнения согласно изобретению измерительного зонда открываются многие возможности, которых до настоящего время не было. Поэтому предлагается устанавливать такие измерительные зонды во множестве заданных мест измерения системы водоснабжения, в частности сети снабжения питьевой водой, предпочтительно с помощью высверленных хомутов, и оставлять их в ней постоянно. После одноразовой установки при прокладке новых труб для воды или же при последующей установке в существующие системы труб обеспечивается оптимальная возможность постоянного анализа системы водоснабжения.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится подробное описание примеров выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - измерительный зонд согласно изобретению;

фиг. 2 - частичный разрез обычного высверленного хомута, в который вставляется измерительный зонд, в изометрической проекции;

фиг. 3 - зона труб в системе водоснабжения.

Сведения, подтверждающие возможность выполнения изобретения

В показанном на фиг. 1 измерительном зонде 1 для сетей водоснабжения интегрированы измерительные элементы, а именно зонд 2 для измерения расхода, датчик 3 давления и датчик 4 шума, для выдачи измерительных величин в отношение потока, а именно расхода и направления потока, давления воды и шума потока. Эти измерительные элементы соединены или выполнены с возможностью соединения с анализирующим устройством, или устройством 12 сбора данных, или, в отношении датчика шума, с коррелятором с помощью передачи через терминал, радиосвязь или по кабелю. Таким образом, существенным является то, что в одном измерительном зонде интегрированы все измерительные элементы, которые необходимы для оптимального определения местоположения утечки и тем самым для оптимального контроля и анализа состояния сети водоснабжения. Таким образом, во всех местах измерения имеются в распоряжении измерительные зонды, которые могут поставлять все необходимые измерительные величины.

Измерительные элементы размещены в гильзообразном ходовом винте 5, при этом ходовой винт ввинчивается или выполнен с возможностью ввинчивания в высверленный хомут 6. Тем самым обеспечивается простая установка измерительного зонда 1 даже по прошествии нескольких лет, если необходимо соответствующим образом оснастить систему водоснабжения. Таким образом, можно постепенно снабжать систему водоснабжения измерительными зондами, поскольку установку с помощью высверленных хомутов можно выполнять в любое время и в любом месте.

Зонд 2 для измерения потока предпочтительно выполнен в виде индуктивного измерителя потока. Датчик 3 давления и датчик 4 шума могут быть выполнены в виде самих по себе известных модулей, которые, однако, должны обеспечивать возможность интеграции в ходовой винт. Конкретное выполнение интегрированных измерительных элементов не имеет значения. Это могут быть измерительные элементы различной конструкции и с различным принципом действия, которые, однако, согласованно друг с другом могут выдавать величины, необходимые для анализа.

Ходовой винт 5, естественно, снабжен наружной резьбой, при этом наружная резьба предпочтительно является тонкой резьбой. Однако может быть предусмотрен другой вид резьбы, которая обеспечивает установку измерительного зонда 1 в трубу, находящуюся под давлением. Для установки выполненного в виде ходового винта 5 измерительного зонда 1 он имеет на одном из своих концов место захвата 7 для инструмента в виде головки винта. В рамках изобретения может быть предусмотрен, естественно, любой другой вариант места захвата для инструмента. Если необходимо особенно стройное выполнение измерительного зонда, то возможен также внутренний захват для инструмента на одном из концов измерительного зонда, при этом кабель или измерительные линии 8 могут выводиться также со стороны.

На измерительном зонде 1 предусмотрен выход для измерительных линий 8. Этот кабель может проходить, например, к установленному на земле терминалу. За счет этого можно иметь постоянный

- 3 008420 доступ на месте к измерительным данным без необходимости сначала поднимать люк колодца. Однако можно также предусмотреть на самом измерительном зонде 1 или же в хорошо доступном терминале штекерное гнездо для подключения одного или нескольких анализирующих устройств или устройств 11 сбора данных.

Как показано на фиг. 3, измерительные зонды 1 со всеми интегрированными измерительными элементами устанавливают в ключевых местах 9 или на множестве заданных мест 10 измерения сети 12 водоснабжения, в частности сети снабжения питьевой водой. Если они не установлены уже при прокладке новой сети водоснабжения, то эти измерительные зонды 1 можно также установить в последующем за счет установки высверленных хомутов 6. Таким образом, измерительные зонды 1 образуют неподвижный компонент для постоянного использования в сети 12 водоснабжения и остаются в ней. Измерительные зонды 1 подключены или выполнены с возможностью соединения при необходимости через измерительные линии 13 или с помощью радиосвязи или модема с анализирующей системой или с одним или несколькими устройствами 11 сбора данных.

Для выполнения сравнительных измерений для обнаружения потерь воды и определения местоположения утечек в системах водоснабжения с применением измерительных зондов 1 выполняют с регулярными или нерегулярными интервалами или постоянным измерением потока и давления при постоянном или временном, в зависимости от обстоятельств, подключении датчика 4 шума на основе установленных в ключевых местах 9 и/или в местах 10 измерения измерительных зондов 1 анализ с помощью системы оценки или устройства 11 сбора данных, при этом среди прочего предусмотрен коррелятор шума. За счет этого можно фиксировать квазинулевой расход. Данные относительно давления воды и шума потока, а также расхода и направления потока указывают приближенно места утечки. Датчик 4 шума в каждом измерительном зонде 1 можно по отдельности подключать к коррелятору шумов для осуществления в конечном итоге точного определения местоположения утечки между двумя соседними ключевыми местами 9 и/или точками 10 измерения. Для этого необходимо соответствующее небольшое расстояние между измерительными зондами, снабженными датчиками 4 шума. Возможность осуществления корреляции шумов зависит от типа труб системы водоснабжения. В пластмассовых трубах измерительные зонды должны быть установлены с меньшим расстоянием друг от друга, чем в магистралях из чугунных труб.

Все измерительные зонды 1 соединены с анализирующим устройством или устройством 11 сбора данных через терминалы, радиосвязь, модем или кабель, при этом можно считывать и оценивать измерительные элементы соответствующего представляющего интерес измерительного зонда 1. Поэтому анализы потерь воды можно осуществлять в предполагаемых зонах или же равномерно с возможностью подключения вручную или автоматически.

Таким образом, предусмотрена разветвленная система фиксированных мест измерения на главных подающих магистралях, на кольцевых магистралях, а также на трубах в тесной зоне разветвлений. При прокладке новых магистралей можно прокладывать также соответствующие соединительные линии. В любом случае места измерения остаются в месте применения. Возможно считывание на расстоянии или соединение, например, с помощью модемов с центральной контрольной станцией, так что в зависимости от обстоятельств необходимо только одно анализирующее устройство или устройство 11 сбора данных для оценки данных результатов измерений. Можно, например, в течение ночных часов в очень специальных зонах снова и снова выполнять контроль с целью установления, происходит ли изменение обычного расхода воды. Идеальной системой, естественно, является система, когда все места измерения можно использовать из одной контрольной станции для измерений в любых комбинациях.

Каждый измерительный зонд 1 можно самым простым образом встраивать в систему магистралей с помощью высверленных хомутов. Поскольку такая система магистралей имеет трубы различного размера, предусмотрены засверловочные хомуты, которые устанавливаются во взаимодействии с соответствующим сверлильным инструментом под давлением или без давления. Измерительный зонд 1 можно также ввинчивать с помощью адаптеров, согласованных с различными высверленными хомутами. После установки измерительного зонда 1 невозможен непосредственный доступ к питьевой воде, так что нет опасности намеренного или ненамеренного загрязнения питьевой воды.

В предлагаемом измерительном зонде и предложенном способе речь идет, по существу, о том, чтобы за счет установки множества измерительных зондов иметь возможность постоянного контроля, который не ограничивается только главными магистралями, а распространяется, прежде всего, на густое разветвление, где, главным образом, происходят особые потери воды. В этой связи необходимы, естественно, особенно выполненные измерительные зонды, которые можно неподвижно монтировать на магистралях и которые должны иметь простую и дешевую конструкцию, для того чтобы вообще можно было осуществлять с невысокой стоимостью такое множество точек измерения. Однако поскольку как раз питьевая вода становится все более ценной и поэтому необходимо быстро находить места утечки или неисправные вентили, прежде чем вода выступит на поверхность, то в этой области необходимо выполнять значительные инвестиции.

Claims (10)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения потерь воды и мест утечки в системах (13) водоснабжения, включающий установку измерительных зондов в систему водоснабжения, при этом измерительные зонды включают измерительные элементы для определения скорости потока, давления и шума, измеряют скорость и направление потока, давление воды и шум, осуществляют анализ полученных данных с использованием обрабатывающего блока для определения наличия и приблизительного места утечки, причем для определения места утечки между двумя смежными зондами эти зонды одновременно соединяют с коррелятором шума, анализ различных зон системы (13) водоснабжения на предмет потери и утечек воды осуществляют с использованием генератора случайных проверок попеременно и с повторяющимися интервалами.

2. Устройство для определения потерь воды и мест утечки в системе водоснабжения, отличающееся тем, что оно содержит измерительные зонды, измерительные элементы, корреляторы шума, выполненные с возможностью соединения с обрабатывающими устройствами или системой (12) сбора данных посредством передачи с помощью радиосвязи, модемного или кабельного соединения, а также генератор случайных проверок для попеременного и с повторяющимися интервалами анализа различных зон системы водоснабжения с целью обнаружения потерь воды и определения местоположения утечек.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительные элементы установлены в гильзообразном ходовом винте (5), который выполнен с возможностью ввинчивания в резьбовой хомут (6).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что все три измерительных элемента интегрированы в один и тот же ходовой винт (5).

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что наружная резьба резьбового ходового винта (5) выполнена с возможностью обеспечения установки измерительного зонда в трубы для воды под давлением.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что измерительный зонд (1), выполненный в виде резьбового ходового винта (5), имеет на одном из своих концов инструментальный захват (8) в виде головки винта.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительный элемент для потока выполнен в виде индуктивного измерительного элемента (2).

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительный элемент для потока выполнен в виде емкостного измерительного элемента.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на измерительном зонде (1) предусмотрен кабельный вывод для измерительных проводников (9) или штекерная система для подключения одного или более обрабатывающих устройств.

10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительные зонды (1) установлены в заданных точках (11) измерения системы (13) водоснабжения через резьбовые хомуты (6) при нахождении системы под давлением.