RU161231U1

RU161231U1 - DEVICE FOR CONTROL OF DAMAGE TO A PIPELINE OF A HYDRO POWER PLANT

Info

Publication number: RU161231U1
Application number: RU2015148500/28U
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Дворецкий; Владимир Иванович Щербина; Роман Валерьевич Козлов; Александр Александрович Тищенко; Сергей Рашидович Жаферов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро"
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-04-10

Abstract

1. Устройство для контроля разрыва трубопровода гидроэлектростанции, содержащее гидросенсорный элемент и средство его подключения к сигнализатору разрыва трубопровода, при этом гидросенсорный элемент выполнен в виде оптоволоконного датчика деформации на основе брэгговской решетки, датчик закреплен на основании с возможностью восприятия деформации на изгиб, основание предназначено для установки поперек аварийного водного потока, а указанное средство выполнено в виде оптоволокна, предназначенного для подключения к оптическому приемопередатчику сигнализатора разрыва трубопровода.2. Устройство по п. 1, в которое введен дополнительный гидросенсорный элемент в виде оптоволоконного датчика температуры на основе брэгговской решетки.1. A device for monitoring a pipeline rupture of a hydroelectric power station containing a hydrosensor element and means for connecting it to a pipeline rupture alarm, wherein the hydrosensor element is made in the form of a fiber optic strain gauge based on the Bragg grating, the sensor is fixed to the base with the possibility of perception of bending strain, the base is intended for installation across the emergency water flow, and the specified tool is made in the form of a fiber designed to connect to an optical reception to the transmitter of the pipe break signaling device. 2. The device according to claim 1, in which an additional sensor element is introduced in the form of an optical fiber temperature sensor based on the Bragg grating.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области гидротехнического строительства и может быть применена на плотинах гидроэлектростанций для контроля разрывов напорных трубопроводов.The utility model relates to the field of hydraulic engineering and can be used on dams of hydroelectric power stations to control ruptures of pressure pipelines.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для контроля повреждения трубопровода, содержащее гидросенсорный датчик, подключенный к сигнализатору повреждения [RU 2545485]. Это устройство содержит два проводника в виде, по крайней мере, одной токопроводящей жилы, соединенных с электронным индикатором, который выполнен в виде измерителя сопротивления, при этом каждый из проводников помещен в токопроводящую оболочку из электропроводной полимерной композиции, а между токопроводящими оболочками и вокруг них расположена водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала.A device is known for monitoring damage to a pipeline, comprising a hydro-sensor connected to a failure detector [RU 2545485]. This device contains two conductors in the form of at least one conductive core connected to an electronic indicator, which is made in the form of a resistance meter, with each of the conductors placed in a conductive sheath of an electrically conductive polymer composition, and between and around the conductive shells permeable shell made of capillary-porous material.

Недостаток прототипа - чувствительность к воздействиям воды и влаги при отсутствии аварийного разрыва трубопровода и, как следствие, высокая вероятность ложных срабатываний сигнализатора, снижающая достоверность контроля разрыва трубопровода.The disadvantage of the prototype is the sensitivity to the effects of water and moisture in the absence of an emergency rupture of the pipeline and, as a result, the high probability of false alarms of the alarm, reducing the reliability of the control of rupture of the pipeline.

Сущность полезной моделиUtility Model Essence

Предметом полезной модели является устройство для контроля рвзрыва трубопровода гидроэлектростанции, содержащее гидросенсорный элемент и средство его подключения к сигнализатору разрыва трубопровода, при этом гидросенсорный элемент выполнен в виде оптоволоконного датчика деформации на основе брэгговской решетки, датчик закреплен на основании с возможностью восприятия деформации на изгиб, основание предназначено для установки поперек аварийного водного потока, а указанное средство выполнено в виде оптоволокна, предназначенного для подключения к оптическому приемопередатчику сигнализатора разрыва трубопровода.The subject of the utility model is a device for monitoring the breakdown of a pipeline of a hydroelectric power station, comprising a hydrosensor element and means for connecting it to a pipeline rupture alarm, the hydrosensor element being made in the form of an optical fiber strain gauge based on the Bragg grating, the sensor is fixed on the base with the possibility of perception of bending strain, the base designed to be installed across the emergency water stream, and the specified tool is made in the form of optical fiber designed for I connect to the optical transceiver alarm pipeline rupture.

Это позволяет повысить достоверность контроля разрывов трубопроводов.This allows you to increase the reliability of control of pipeline ruptures.

Развитие полезной модели состоит в том, что в устройство введен дополнительный гидросенсорный элемент в виде оптоволоконного датчика температуры на основе брэгговской решетки.The development of the utility model consists in the fact that an additional hydrosensor element is introduced into the device in the form of an optical fiber temperature sensor based on the Bragg grating.

Это дополнительно повышает достоверность контроля.This further enhances the reliability of the control.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитияImplementation of a utility model, taking into account its development

Осуществление предлагаемого устройства иллюстрируют фиг. 1 и 2, на которых показаны:The implementation of the proposed device is illustrated in FIG. 1 and 2, which show:

1 - датчик деформации на основе брэгговской решетки, выполняющий функцию гидросенсорного элемента;1 - strain sensor based on the Bragg grating, which performs the function of a sensor element;

2 - гибкое основание, на котором закреплен датчик 1;2 - a flexible base on which the sensor 1 is fixed;

3 - оптоволокно для подключения датчика 1 к оптическому приемопередатчику 4 сигнализатора разрыва трубопровода;3 - optical fiber for connecting the sensor 1 to the optical transceiver 4 of the pipe break signaling device;

5 - оптоволоконный кабель.5 - fiber optic cable.

Основание 2 выполнено тонкостенным (например, из жести) в виде уголкового профиля, установленного поперек ожидаемого направления аварийного водного потока и имеющего полки 6, 7. Датчик 1 закреплен на полке 6. При установке основания 2 его полка 7 закрепляется с помощью шпилек 8, заанкерированых в склон бетонной плотины вблизи трубопроводов. Датчик 1 представляет собой участок оптоволокна с нанесенной брэгговской решеткой. Для того, чтобы воспринимать деформацию основания 2 (его незакрепленной полки 6) на изгиб указанный участок оптоволокна закреплен и приклеен поперек полки 6 основания 2 уголкового профиля.The base 2 is made thin-walled (for example, made of tin) in the form of an angular profile installed across the expected direction of the emergency water flow and having shelves 6, 7. The sensor 1 is mounted on the shelf 6. When installing the base 2, its shelf 7 is fixed using studs 8, anchored into the slope of a concrete dam near pipelines. Sensor 1 is a portion of an optical fiber with a Bragg grating. In order to perceive the deformation of the base 2 (its loose shelf 6) by bending, the specified section of the optical fiber is fixed and glued across the flange 6 of the base 2 of the corner profile.

Оптоволокно 3 (фиг. 2) может быть иметь другой участок с нанесенной брегговской решеткой, не подверженный механической деформации и выполняющий функцию оптоволоконного датчика 9 температуры.Optical fiber 3 (Fig. 2) may have another section with a Bragg grating, not subject to mechanical deformation and acting as an optical fiber temperature sensor 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В составе приемопередатчика 4, для подключения к которому предназначено заявляемое устройство, имеется лазерный источник излучения и фотоприемник, подключенные к блоку обработки данных.The transceiver 4, for connection to which the claimed device is intended, has a laser radiation source and a photodetector connected to the data processing unit.

Лазерный источник под управлением блока обработки данных формирует широкополосное излучение, которое по оптоволокну поступает к датчикам 1 и 9. Брэгтовские решетки датчиков 1 и 9 имеют несовпадающие брэгговские частоты и поэтому отражают разные частоты широкополосного излучения.The laser source under the control of the data processing unit generates broadband radiation, which is transmitted through the optical fiber to sensors 1 and 9. The Bragg gratings of sensors 1 and 9 have mismatched Bragg frequencies and therefore reflect different frequencies of broadband radiation.

Излучения, отраженные брегговскими решетками каждого датчика, возвращаются по оптоволокну обратно в приемопередатчик 4 и поступают на фотоприемник.The radiation reflected by the Bragg gratings of each sensor is returned via optical fiber back to the transceiver 4 and fed to the photodetector.

При отсутствии аварийного водного потока, вызванного разрывом трубопровода, блок обработки приемопередатчика 4 фиксирует принятые фотоприемником частоты (или длины волн) участков излучаемого спектра, отраженные брэгговскими решетками датчиков 1 и 9. Значения частоты, отражаемой датчиком 1, соответствуют недеформированному состоянию полки 6 основания 2, а значения частоты, отражаемой датчиком 9 - текущей температуре окружающей среды.In the absence of an emergency water flow caused by a rupture of the pipeline, the processing unit of the transceiver 4 fixes the frequencies (or wavelengths) of the sections of the emitted spectrum received by the photodetector, reflected by the Bragg gratings of the sensors 1 and 9. The values of the frequency reflected by the sensor 1 correspond to the undeformed state of the shelf 6 of the base 2, and the frequency reflected by the sensor 9 is the current ambient temperature.

В случае разрыва контролируемого трубопровода аварийный водный поток воздействует на основание 2, изгибая его полку 6.In the event of a rupture of the controlled pipeline, an emergency water flow acts on the base 2, bending its shelf 6.

Датчик 1 воспринимает деформацию полки 6, а брегговские решетки, нанесенные на оптоволокно датчика 1, соответственно сдвигают спектр отражаемого излучения. Датчик 9, попав в аварийный водный поток, изменяет свою температуру и его брэгговская решетка сдвигает спектр отражаемого излучения в результате температурной деформации.The sensor 1 perceives the deformation of the shelf 6, and the Bragg gratings deposited on the optical fiber of the sensor 1, respectively, shift the spectrum of the reflected radiation. Sensor 9, falling into an emergency water stream, changes its temperature and its Bragg grating shifts the spectrum of reflected radiation as a result of temperature deformation.

При воздействии аварийного водного потока, вызванного разрывом трубопровода, на датчики 1 и 9 их спектральные сдвиги скачкообразно изменяются. По скачку частотного сдвига спектрального пика, отраженного датчиком 1, блок обработки фиксирует соответствующую деформацию полки 6 основания 2 и выявляет аварийный разрыв трубопровода. Скачок температуры, фиксируемый с помощью датчика 9 в тех случаях, когда температура воды существенно отличается от температуры воздуха, дополнительно подтверждает аварийную ситуацию.When an emergency water flow caused by a rupture of the pipeline affects the sensors 1 and 9, their spectral shifts change stepwise. According to the jump in the frequency shift of the spectral peak reflected by the sensor 1, the processing unit fixes the corresponding deformation of the shelf 6 of the base 2 and reveals an emergency rupture of the pipeline. A temperature jump detected by the sensor 9 in those cases when the water temperature is significantly different from the air temperature additionally confirms the emergency.

В оптоволокно 3 может быть встроено несколько оптоволоконных датчиков деформации и температуры, размещаемых аналогично датчикам 1 и 9 в зонах, подверженных затоплению при разрыве контролируемых трубопроводов.Several optical fiber strain and temperature sensors can be integrated into optical fiber 3, which are located similarly to sensors 1 and 9 in areas prone to flooding when controlled pipelines rupture.

Предложенное устройство, в отличие прототипа, не чувствительно к воздействию атмосферной влаги.The proposed device, in contrast to the prototype, is not sensitive to atmospheric moisture.

Claims

1. A device for monitoring a pipeline rupture of a hydroelectric power station containing a hydrosensor element and means for connecting it to a pipeline rupture alarm, wherein the hydrosensor element is made in the form of a fiber optic strain gauge based on the Bragg grating, the sensor is fixed to the base with the possibility of perception of bending strain, the base is intended for installation across the emergency water flow, and the specified tool is made in the form of a fiber designed to connect to an optical reception to the transmitter of the pipe break signaling device.

2. The device according to claim 1, into which an additional hydrosensor element is introduced in the form of an optical fiber temperature sensor based on the Bragg grating.