RU25943U1 - Устройство для определения места течи в трубопроводе - Google Patents

Description

Устройство для определения места течи в трубопроводе

Полезная модель относится к устройствам определения места утечки ЖИДКОСТИ ИЛИ газа в трубопроводах и предназначено для определения координат течи в труднодоступных местах газопроводов и нефтепроводов.

Известно устройство для обнаружения отверстия в трубе из патента Японии № 4-184133, согласно которому устройство, реализующее этот способ, содержит два тракта, каждый из последовательно соединенного акустического датчика, усилителя, дисплея.

Недостатками устройства аналога является недостаточная точность определения места течи, а также невозможность установки второго датчика в недоступных местах.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему предложению является патент США №5.058.419 на аппаратуру для определения местоположения источника звука. Устройство прототип, содержит два приёмных тракта, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический датчик, усилитель, фильтр, аналого-пифровой преобразователь, также содержит персональный компьютер, первый и второй входы которого соединены с выходами аналогоцифровых преобразователей первого и второго трактов.

Недостатками устройства-прототипа являются, во-первых, необходимость выполнять прием сигналов в двух удаленных точках, что связано с необходимостью создания специальных электрических коммуникаций, во-вторых, расчет скорости звука по трубе не может быть точен из-за различного закрепления трубы по трассе, в-третьих, не обеспечивается возможность определения места течи в недоступных для наблюдения местах.

Задачей полезной модели является обеспечение определения места течи из ОДНОЙ ТОЧКИ на трассе трубопровода.

GO 1М 3/24

Техническим результатом полезной модели является упрощение устройства для определения места течи за счет отсутствия необходимости выполнять измерения в двух точках, разнесенных на значительное расстояние и связанных между собой либо кабелем, либо другим средством передачи информации. Кроме того, вторая точка измерений не всегда бывает доступной, то есть появляется возможность определять координаты течи в недоступных для наблюдения местах.

Устройство содержит два тракта, каждый из последовательно соединенных акустических датчиков, усилителей, фильтров, аналогоцифрового преобразователя. Причем, один из акустических датчиков имеет акустический контакт с трубопроводом и акустически экранирован от акустических волн в окружающей среде, а второй акустический датчик расположен вне трубопровода для приема акустических волн только в окружающей среде и экранирован от волн распространяющихся в трубопроводе. В устройство введен последовательно соединенный анализатор взаимного спектра, первый и второй входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, блок вычисления расстояния и скорости распространения групповых волн в трубопроводе, индикатор, также введен блок памяти скорости распространения акустических волн в оболочке трубопровода и в окружающей среде, вход которого соединен со вторым входом блока вычисления расстояния и скорости распространения групповых волн в трубопроводе, а выход - с третьим входом блока вычисления расстояния. Также введен источник искусственного сигнала. Также введен блок управления, синхровходы и синхровыходы которого соединены с цифровыми блоками.

Полезная модель поясняется фиг.1, на которой приведена блок-схема устройства для определения места течи в трубопроводе.

Устройство имеет два тракта, содержащих каждый последовательно соединенные акустические датчики 1.1 и 1.2, усилители 2.1 и 2.2, фильтры 3.1 и 3.2, аналого-цифровые преобразователи 4.1 и 4.2. Далее присутствуют последовательно соединенные анализатор взаимного спектра 5, первый и второй входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей 4.1 и

4.2, блок 6 определения расстояния и скорости распространения групповых волн в трубопроводе, индикатор 7. Также имеется блок 8 памяти скоростей распространения групповых волн в трубопроводе и в окружающей трубопровод среде, вход которого соединен со вторым выходом блока 6, а выход соединен со вторым входом блока определения расстояния 6. Блок 9 управления имеет синхровходы и синхровыходы, соединенные с блоками 4.1 и 4.2, блоками 5, 6, 8, 7. Также имеется источник искусственного сигнала 10.

Работа устройства для определения места течи в трубопроводе осуществляется следующим способом. Групповую скорость распространения акустического сигнала по трубе определяют экспериментально. Для этого на известном расстоянии RO от точки расположения акустических датчиков создают искусственное акустическое возбуждение в трубе и в среде с частотами, лежащими в диапазоне от „ до fa фильтров. Сигналы искусственного шумоизлучения принимают первым и вторым акустическими датчиками 1.1 и 1.2, первым- акустически изолированным от щума в среде, и вторым- принимающим шум в среде. С помощью фильтров 3.1 и 3.2 производят фильтрацию принятых сигналов искусственного шумоизлучения

Фильтры выбраны так, чтобы обеспечить выделение шума струи из некоторого минимального повреждения, например, с диаметром П . Максимум щума струи течи, вырывающейся из трубопровода наблюдается при числе Струхаля

СА 0,275 ,(1)

где / - частота в Гц, U - скорость истечения струи м/с. Основная энергия шумоизлучения струи сосредоточена в диапазоне oi JD 0,21 до - 0,3

А.Г .Мунин, М.А. Щепочкин. Спектр звуковой мощности дозвуковой струи. Акуст журнал, том .XVIII, 1972, вып. 2, с.292 - 298.

СЖ{ У

Следовательно, нижнюю границу фильтра можно выбрать ,21-, а

верхнюю границу фильтра / 0,3-.

Усиливают нринятые датчиками 1.1 и 1.2 отфильтрованные сигналы с помощью усилителей 3.1 и 3.2, преобразуют их в цифровые сигналы с помощью АЦП 4.1 и 4.2. Определяют взаимный спектр этих сигналов

GM G,(f} (,-iSin2nftJ,(2)

где Go(f) - энергетический спектр искусственного шума на единичном расстоянии; i- - время задержки искусственного сигнала в среде, относительно сигнала, распространяющегося по трубе. Время задержки определяют по частотам нулевых значений действи-тельной или мнимой частей взаимного спектра или в виде

1ImfG,,/)

где Im, Re - символы мнимой и действительной частей. Определяют скорость распространения групповых волн, распространяющихся по трубопроводу. Учитывая, что время задержки между искусственно созданными сигналами:

. ,(4)

-шр

где, Стр, ССР - соответственно скорости распространения акустических волн по трубопроводу и в окружающей среде. По алгоритму представленному выражениями (2),(3),(4) и при известных значениях RO, 1з и Сер находят

С (5)

г- о

OJ

что и осуществляется в блоке вычисления расстояния 6. Прекращают излучение искусственного сигнала, ведут наблюдение за, сигналами принятыми датчиками 1.1 и 1 2 и при появлении сигналов течи.

производят процедуры дискретизации, фильтрации, усиления, и взаимоспектральпой обработки сигналов шума течи.

Определяют время задержки по частотам нулевых значений действительной или мнимой частей взаимного спектра или в виде

J,,,(/a

,.,;{ ,(6) ,(/)

где Im, Re - символы мнимой и действительной частей. Находят расстояние г до места течи по времени задержки 1з между акустическими сигналами распространяющимися по трубе и в среде, в виде

Г -С

r t, .(7)

Г -С

тр ср

Взаимоспектральный анализ осуществляется в блоке 5. Определение расстояния г выполняется в блоке 6 по алгоритму примененному первоначально к искусственному сигналу. Данные о С и С заносятся в блок памяти 8.

Результаты измерений значения г выводятся на индикатор 7. Блок управления 9 обеспечивает синхронизацию работы устройства.

Построение блоков устройства известно из практики. Экранирование акустических датчиков известно, например, из книги В.Е. Глазанов. Экранирование гидроакустических антенн. -Л.: судостроение, 1986. - 148 с.

В качестве искусственного источника может быть использован электродинамический источник вибрации (смотрите, например, В. Е. Гольский. Виброакустика автомобиля. - М. Машиностроение, 1988. - с. 73) или молоточковый излучатель - стандартный источник вибраций (ГОСТ 15116 -79, стандарт ИСО 140).

Таким образом, устройство реализует требуемый технический результат.

oi/of yyФОРМУЛА

Claims (1)

1. Устройство для определения места течи в трубопроводе, содержащее два тракта, каждый из которых имеет последовательно соединенные акустические датчики, усилители, фильтры, аналого-цифровые преобразователи, один из акустических датчиков присоединен к трубопроводу и акустически экранирован от акустических волн в окружающей среде, а второй акустический датчик располагается вне оболочки трубопровода для приема акустических волн только в окружающей среде, в устройство введены последовательно соединенные анализатор взаимного спектра, первый и второй входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей первого и второго трактов, блок вычисления расстояния, индикатор, также введен блок памяти скоростей распространения акустических волн в оболочке трубопровода и в окружающей среде, вход которого соединен со вторым выходом блока вычисления расстояния, а выход соединен со вторым входом блока вычисления расстояния, также введен блок управления, синхровходы и синхровыходы которого соединены с блоками аналого-цифрового преобразователя, анализатором взаимного спектра, блоком вычисления расстояния и индикатором, также введен источник искусственного сигнала, причем фильтрация осуществляется в полосе частот от

   

   до

   

   где U - скорость истечения струи, D - диаметр минимального размера повреждения трубопровода, подлежащий обнаружению.