一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法，包括：待检测管道的沿程阻力系数的计算；连接管道的沿程阻力系数的计算；收集待检测管道数据；确定检测时的可控瞬变流的强度；待检测管道流速变化的计算；瞬变流激励装置压力的计算；初始压缩量计算；加压腔体积的计算；加压活塞的直径的计算；加压腔长度的计算。本发明专利技术所述的设计方法所设计的系统可以应用在水利工程、市政供水等输水管道的泄漏检测，为可控瞬变流激励装置的设计提供理论支撑，也为可控瞬变流泄漏检测的应用提供技术依据。

A Design Method of Controllable Transient Flow Leakage Detection System

【技术实现步骤摘要】
一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法
本专利技术涉及一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法，是一种用于确定水利工程、市政供水输水管道可控瞬变流泄漏检测所涉及典型参数的反问题分析法，是一种管道系统漏损检测、评估和泄漏点定位系统的设计方法。
技术介绍
泄漏是管道输送液体过程中一种普遍存在的现象，造成大量的资源损失、能量浪费和环境污染。据统计，城市供水管网的平均产销差率约17.9%，部分城市甚至超过了25%，由此导致的年损失水量超过了50亿m3。如何对管道输水工程、输配水管网、城市排水管网中泄漏进行快速准确定位，成为了当前社会的一个热点需求，也是建设节水型社会迫切需要解决的关键问题之一。瞬变流检测法通过人为地在管道内制造扰动，使系统产生瞬变流，根据典型位置压力信号的畸变和衰减特性辨识泄漏信息。由于在瞬变条件下，即使微小的泄漏也会使管道的水压波形产生明显差别，因此，瞬变流检测法的准确性和可靠性较高。针对瞬变流泄漏检测法，已形成了基于瞬变压力波形畸变和衰减特性辨识泄漏孔信息的理论方法，并在实验室内取得了较为理想的应用效果。但瞬变流一般是通过快速或周期性扰动管道首端、中间或末端的阀门来激发的，这在工程实际运行中是绝对不允许的。因此，可控瞬变流泄漏检测法成为了该
的研究热点。如何激发可控瞬变流，以及如何根据待检测管道的典型特征，包括管长、管径、供水压力等水力参数，确定激励装置各结构的参数特征，既能激发满足泄漏检测的可控瞬变流，又能保证管道的结构安全，成为了该技术应用于工程实践需要解决的首要问题。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法。所述的方法基于可控瞬变流激励装置，提出了一种使用可控瞬变流对泄漏点位置进行精确定位的系统的设计方法，使泄漏点定位更加精确，检测更加方便。本专利技术的目的是这样实现的：一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法，所述的系统包括：通过连接管道与待检测管道连通的可控瞬变流激励装置，所述的连接管道与待检测管道的连接处设有压力传感器；所述的可控瞬变流激励装置包括：带有加压活塞的加压腔，所述的加压腔与储能腔连通，所述的储能腔通过向检测腔开启的单向阀与检测腔连通，所述的单向阀通过弹簧调节机构调节单向阀的开启力，所述的储能腔设有与进水阀连通的进水口，所述的检测腔设有通过出水阀与待检测管道连通的出水口；所述方法的步骤如下：步骤1，待检测管道的沿程阻力系数的计算：收集待检测管道的管长、管径、管材和局部阻力特性，根据管道材料确定绝对粗糙度，并计算待检测管道的沿程阻力系数λ0：式中：为待检测管道直径；为待检测管道的绝对粗糙度；步骤2，连接管道的沿程阻力系数的计算：确定连接管道的管长、管径、管材和局部阻力特性，根据管道材料确定绝对粗糙度，并计算连接管道的沿程阻力系数λ1：式中：为连接管道直径；为连接管道的绝对粗糙度；步骤3，收集待检测管道数据：收集待检测管道所连接水库的水头和待检测管道可承受的压力；步骤4，确定检测时的可控瞬变流的强度：式中：为瞬变流最大增压幅值；为瞬变流最大降压幅值；式中：ρ为水的密度；g为重力加速度；步骤5，待检测管道流速变化的计算：式中：为待检测管道的波速，计算公式如下：式中：为水的体积弹性模量；为待检测管道的杨氏弹性模量；为待检测管道的壁厚；步骤6，瞬变流激励装置压力Pa的计算：中间参数m为：式中：为待检测管道长度；为待检测管道局部阻力系数总和；为待检测管道的流速，；为连接管道长度；为连接管道局部阻力系数总和；为待检测管道的面积，；为连接管道的面积，；步骤7，初始压缩量计算：计算弹簧调节机构的初始压缩量Δx：式中：为阀瓣面积，；为阀瓣直径；为阀瓣和与阀瓣一起运动的所有零件的整体质量；为弹簧的弹性系数；步骤8，加压腔体积的计算：式中：为可控瞬变流泄漏检测系统的周期，；步骤9，加压活塞的直径DP的计算：式中：为对活塞施加的作用力；步骤10，加压腔长度的计算：。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术利用待检测管道长度、承压、口径、波速、水力摩阻等典型参数，通过水力瞬变计算的反问题分析手段，在不进行开挖等土方工程的前提下，从而确定输水管道是否泄漏及其位置的系统的设计方法。所述的设计方法所设计的系统可以应用在水利工程、市政供水等输水管道的泄漏检测，为可控瞬变流激励装置的设计提供理论支撑，也为可控瞬变流泄漏检测的应用提供技术依据。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例所述方法所设计系统的示意图；图2是本专利技术的实施例所述的可控瞬变流激励装置结构示意图；图3是本专利技术的实施例所述的方法的流程图；图4是瞬变流泄漏检测时域法原理图；图5是本专利技术的实施例所述的方法的设计实例泄漏检测系统效果。具体实施方式实施例：本实施例是一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法，所述的系统（见图1）包括：通过连接管道01与待检测管道02连通的可控瞬变流激励装置03，所述的连接管道与待检测管道的连接处设有压力传感器04；所述的可控瞬变流激励装置（见图2）包括：带有加压活塞1的加压腔2，所述的加压腔与储能腔3连通，所述的储能腔通过向检测腔4开启的单向阀5与检测腔连通，所述的单向阀通过弹簧调节机构6调节单向阀的开启力，所述的储能腔设有与进水阀7连通的进水口，所述的检测腔设有通过出水阀8与待检测管道连通的出水口。本实施例所述检测系统主要是由可控瞬变流激励装置、连接管道和压力传感器构成，可控瞬变流激励装置主要用于激励瞬变流，经由连接管道在待检测管道中产生一个压力激波，再利用压力传感器监测压力激波在待检测管道中的传播状况，以分析压力激波特性，用以判断待检测管道是否泄漏，如果有泄漏则还能够通过分析获得泄漏孔05在待检测管道上的位置。待检测管道的源头是水库06，这里所述的水库是水源的总称，可以是储水罐、水池等。待检测管道与瞬变流激励装置之间通常还要设置一段连接管道，在所述系统的设计方法中，这段连接管道的阻力影响不容忽视。所述的瞬变流激励装置是产生瞬变流的关键，其中的许多要素都影响整个检测系统的效率和精度。由于要有活塞在其中运动，加压腔的形状一般使用圆筒形，类似于一个液压缸。圆筒中的活塞的一侧是水，另一侧则与大气连通。活塞上设有加压杆，相当于液压缸的缸杆，加压时，对缸杆施加力，使活塞对水施加压力，形成加压。储能腔和检测腔形状可以是方形盒子，也可以是圆筒形，两者之间使用单向阀连通。储能腔和检测腔可以是焊接在一起的方形盒子，形成一体，两者之间的隔板上设置单向阀。储能腔和检测腔之间也可以使用短管连接，在短管上设置单向阀，但这样设计会产生一些水头损失，应当在计算中予以考虑。单向阀是常闭型单向阀，即在常态时是关闭的，并利用弹簧维持常闭状态。单向阀开启是由于加压活塞对水施加了压力，促使储能腔中的水压超过单向阀弹簧的作用力。当储能腔和检测腔设置在一起时，单向阀需专门设计，以适应两个腔之间的连接方式。单向阀的形式可以是传统的圆台形阀瓣和与之相配的阀座，或其他形式。单向阀的阀瓣通过弹簧予以施压，产生控制输出水压力的作用。对加压腔加压时可以直接用人力对活塞施压。由于是直接施压，作用力小，这种方式适用于被测直径较小的管道。当需要较大作用力时，可以在活塞上连接杠杆，通过杠杆的放大作用产生较大作用力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法，所述的系统包括：通过连接管道与待检测管道连通的可控瞬变流激励装置，所述的连接管道与待检测管道的连接处设有压力传感器；所述的可控瞬变流激励装置包括：带有加压活塞的加压腔，所述的加压腔与储能腔连通，所述的储能腔通过向检测腔开启的单向阀与检测腔连通，所述的单向阀通过弹簧调节机构调节单向阀的开启力，所述的储能腔设有与进水阀连通的进水口，所述的检测腔设有通过出水阀与待检测管道连通的出水口；其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1，待检测管道的沿程阻力系数的计算：收集待检测管道的管长、管径、管材和局部阻力特性，根据管道材料确定绝对粗糙度，并计算待检测管道的沿程阻力系数

【技术特征摘要】
1.一种可控瞬变流泄漏检测系统的设计方法，所述的系统包括：通过连接管道与待检测管道连通的可控瞬变流激励装置，所述的连接管道与待检测管道的连接处设有压力传感器；所述的可控瞬变流激励装置包括：带有加压活塞的加压腔，所述的加压腔与储能腔连通，所述的储能腔通过向检测腔开启的单向阀与检测腔连通，所述的单向阀通过弹簧调节机构调节单向阀的开启力，所述的储能腔设有与进水阀连通的进水口，所述的检测腔设有通过出水阀与待检测管道连通的出水口；其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1，待检测管道的沿程阻力系数的计算：收集待检测管道的管长、管径、管材和局部阻力特性，根据管道材料确定绝对粗糙度，并计算待检测管道的沿程阻力系数λ0：式中：为待检测管道直径；为待检测管道的绝对粗糙度；步骤2，连接管道的沿程阻力系数的计算：确定连接管道的管长、管径、管材和局部阻力特性，根据管道材料确定绝对粗糙度，并计算连接管道的沿程阻力系数λ1：式中：为连接管道直径；为连接管道的绝对粗糙度；步骤3，收集待...

【专利技术属性】
技术研发人员：李甲振，郭新蕾，郭永鑫，王涛，付辉，马慧敏，路锦枝，邹德昊，胡志鹏，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11