一种PCCP爆管监测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种PCCP爆管监测预警系统及方法，其包括断丝监测分析子系统、服役环境监测分析子系统和结构安全预警分析子系统；所述断丝监测分析子系统，用于实时监测长距离管道上的断丝数量和位置，并传输至所述结构安全预警分析子系统；所述服役环境监测分析子系统，用于实时监测长距离管道上的内水压力以及地表堆占荷载和跨管交通荷载，并传输至所述结构安全预警分析子系统；所述结构安全预警分析子系统，根据接收到的信息计算得到管道管壁轴向变形分布，并与实时监测得到的管道管壁轴向变形分布进行比对得到误差，根据误差调整管道结构参数，进而得到管壁内钢筒应力，根据钢筒应力判断是否发出预警。本发明专利技术可以广泛在管道监测预警技术领域中应用。测预警技术领域中应用。测预警技术领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种PCCP爆管监测预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种管道监测预警
，特别是关于一种PCCP爆管监测预警系统及方法。

技术介绍

[0002]现有PCCP爆管监测预警系统主要是依据断丝数量监测结果进行预警，当一节管道断丝数量超过一定阈值，或者断丝发生速率超过一定阈值，即发出爆管预警。但是，实际工程运行时，当管道断丝数量达到设定阈值的50％～60％时，运行管理单位就会对管道通水流量进行控制，以减小爆管风险。此时，当管道运行压力由于泵站运行控制发生变化时，原有爆管预警系统无法对管道结构安全做出准确的判断，给管道安全运行带来隐患。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种PCCP爆管监测预警系统及方法，其能对管道结构安全做出准确的判断，排除影响管道安全运行的隐患。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种PCCP爆管监测预警系统，其包括断丝监测分析子系统、服役环境监测分析子系统和结构安全预警分析子系统；
[0005]所述断丝监测分析子系统，用于实时监测长距离管道上的断丝数量和位置，并传输至所述结构安全预警分析子系统；
[0006]所述服役环境监测分析子系统，用于实时监测长距离管道上的内水压力以及地表堆占荷载和跨管交通荷载，并传输至所述结构安全预警分析子系统；
[0007]所述结构安全预警分析子系统，根据从所述断丝监测子系统和所述服役环境监测子系统接收到的信息计算得到管道管壁轴向变形分布，并与实时监测得到的管道管壁轴向变形分布进行比对得到误差，根据误差调整管道结构参数，进而得到管壁内钢筒应力，根据钢筒应判断是否发出预警，实现预警。
[0008]进一步，所述断丝监测分析子系统包括高频声波信号检测模块、分布式声波定位模块和断丝声波信号综合分析模块；
[0009]所述高频声波信号检测模块，当检测到10kHz以上信号的强度超过预先设定第三阈值后，记录该时刻前后预先设定时长的高频声波数据，并传输至所述分布式声波定位模块，同时，对这些高频声波信号进行频谱分析和时频分析，提取高频声波信号在时频域上的脉冲特征传输至断丝声波信号综合分析模块，确认断丝信号；
[0010]所述分布式声波定位模块，根据接收到的高频声波数据定位记录该声波信号发生的多个可能位置，当确认为断丝信号时，并对多个可能位置上出现的声波信号进行频谱分析和时频分析，获取这些信号在低频段上的脉冲特征，传输至所述断丝声波信号综合分析模块；
[0011]所述断丝声波信号综合分析模块，提取高频声波信号检测模块获取信号在低频段的脉冲特征，并与分布式声波定位模块得到的声波信号在低频段上的脉冲特征进行对比，
确定断丝发生的位置及断丝区域位置。
[0012]进一步，所述服役环境监测分析子系统包括管内水压监测模块、水锤预测分析模块和管外地表监测模块；
[0013]所述管内水压监测模块，用于监测管内水压力，并传输至所述水锤预测分析模块；
[0014]所述水锤预测分析模块，根据接收到的管内水压力，基于水锤波分析方法预测管内水压实时沿程分布，并传输至所述结构安全预警分析子系统；
[0015]所述管外地表监测模块，用于监测管外地表的堆占荷载及管外地表跨管的交通荷载，并传输至所述结构安全预警分析子系统。
[0016]进一步，所述结构安全预警分析子系统包括管壁变形监测模块和结构承载力分析模块；
[0017]所述管壁变形监测模块，用于监测管壁轴向变形的沿程分布，并计算管壁结构的轴向变形和钢筒应力分布，传输至所述结构承载力分析模块；
[0018]所述结构承载力分析模块，根据接收到的断丝数量和位置、内水压力以及地表堆占荷载和跨管交通荷载，计算得到的管道管壁轴向变形分布；并与管壁变形监测模块实测得到轴向变形分布进行比对得到两者的误差，调整管道结构参数使计算变形分布与实测变形分布误差小于设定的第一阈值；根据调整后的管道结构参数计算管壁内钢筒应力，当钢筒应力超过设定的第二阈值，则发出预警。
[0019]进一步，当输水系统中的泵站运行控制发生变化导致内水压力发生变化时，根据所述水锤预测分析模块预测管道中压力的沿程变化，将该压力的沿程变化代入所述结构承载力分析模块，预测各节管道内钢筒应力分布，当钢筒的力超过设定的第二阈值，发出预警。
[0020]一种PCCP爆管监测预警方法，该方法基于上述预警系统实现，包括：
[0021]步骤1、实时监测长距离管道上的断丝数量和位置；
[0022]步骤2、实时监测长距离管道上的内水压力以及地表堆占荷载和跨管交通荷载；
[0023]步骤3、实时监测得到的管道管壁轴向变形分布，根据步骤1和步骤2的监测结果计算得到管道管壁轴向变形分布与实时监测得到的管道管壁轴向变形分布进行比对得到误差，根据误差调整管道结构参数，进而得到管壁内钢筒应力，根据钢筒应力判断是否发出预警，实现预警。
[0024]进一步，所述步骤1中，监测方法包括以下步骤：
[0025]步骤1.1、当检测到10kHz以上信号的功率超过预先设定第三阈值后，记录该时刻前后预先设定时长的高频声波数据；同时记录该声波信号发生的多个可能位置；
[0026]步骤1.2、对步骤1.1中的高频声波信号进行频谱分析和时频分析，提取高频声波信号在时频域上的脉冲特征，并与已有断丝信号脉冲特征进行比对，确认该高频声波信号是否是断丝信号；
[0027]步骤1.3、当确认为断丝信号时，对记录的多个可能位置上出现的声波信号进行频谱分析和时频分析，获取这些声波信号在低频段上的脉冲特征；
[0028]步骤1.4、提取由步骤1.2获取的高频声波信号在低频段的脉冲特征，并与步骤1.3得到的声波信号在低频段上的脉冲特征进行对比，从而确定断丝发生的位置；
[0029]步骤1.5、根据断丝信号识别的结果，计算各节管道累计断丝数量，以及记录该节
管道上各断丝区域的位置。
[0030]进一步，所述步骤2中，采用准分布式的高精度水压传感器监测管内水压力，基于水锤波分析方法预测管内水压实时沿程分布，采用摄像监控方法监测管外地表的堆占荷载，采用摄像监控+加速度传感器监测管外地表跨管的交通荷载。
[0031]进一步，所述步骤3中，采用分布式光纤实时监测管壁轴向变形的沿程分布，依据非线性混凝土结构力学有限元分析方法计算管壁结构的轴向变形和钢筒应力分布。
[0032]进一步，所述步骤3中，依据试验管道上的断丝数量和位置、内水压力以及地表堆占荷载和跨管交通荷载，计算得到的管道管壁轴向变形分布，并与实测得到轴向变形分布进行比对，调整管道结构参数使计算变形分布与实测变形分布误差小于设定的第一阈值，根据调整后的管道结构参数计算管壁内钢筒应力，当钢筒应力超过设定的第二阈值，则发出预警。
[0033]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0034]本专利技术通过采用断丝监测分析子系统、服役环境监测分析子系统和结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PCCP爆管监测预警系统，其特征在于，包括断丝监测分析子系统、服役环境监测分析子系统和结构安全预警分析子系统；所述断丝监测分析子系统，用于实时监测长距离管道上的断丝数量和位置，并传输至所述结构安全预警分析子系统；所述服役环境监测分析子系统，用于实时监测长距离管道上的内水压力以及地表堆占荷载和跨管交通荷载，并传输至所述结构安全预警分析子系统；所述结构安全预警分析子系统，根据从所述断丝监测子系统和所述服役环境监测子系统接收到的信息计算得到管道管壁轴向变形分布，并与实时监测得到的管道管壁轴向变形分布进行比对得到误差，根据误差调整管道结构参数，进而得到管壁内钢筒应力，根据钢筒应判断是否发出预警，实现预警。2.如权利要求1所述预警系统，其特征在于，所述断丝监测分析子系统包括高频声波信号检测模块、分布式声波定位模块和断丝声波信号综合分析模块；所述高频声波信号检测模块，当检测到10kHz以上信号的强度超过预先设定第三阈值后，记录该时刻前后预先设定时长的高频声波数据，并传输至所述分布式声波定位模块，同时，对这些高频声波信号进行频谱分析和时频分析，提取高频声波信号在时频域上的脉冲特征传输至断丝声波信号综合分析模块，确认断丝信号；所述分布式声波定位模块，根据接收到的高频声波数据定位记录该声波信号发生的多个可能位置，当确认为断丝信号时，并对多个可能位置上出现的声波信号进行频谱分析和时频分析，获取这些信号在低频段上的脉冲特征，传输至所述断丝声波信号综合分析模块；所述断丝声波信号综合分析模块，提取高频声波信号检测模块获取信号在低频段的脉冲特征，并与分布式声波定位模块得到的声波信号在低频段上的脉冲特征进行对比，确定断丝发生的位置及断丝区域位置。3.如权利要求1所述预警系统，其特征在于，所述服役环境监测分析子系统包括管内水压监测模块、水锤预测分析模块和管外地表监测模块；所述管内水压监测模块，用于监测管内水压力，并传输至所述水锤预测分析模块；所述水锤预测分析模块，根据接收到的管内水压力，基于水锤波分析方法预测管内水压实时沿程分布，并传输至所述结构安全预警分析子系统；所述管外地表监测模块，用于监测管外地表的堆占荷载及管外地表跨管的交通荷载，并传输至所述结构安全预警分析子系统。4.如权利要求1所述预警系统，其特征在于，所述结构安全预警分析子系统包括管壁变形监测模块和结构承载力分析模块；所述管壁变形监测模块，用于监测管壁轴向变形的沿程分布，并计算管壁结构的轴向变形和钢筒应力分布，传输至所述结构承载力分析模块；所述结构承载力分析模块，根据接收到的断丝数量和位置、内水压力以及地表堆占荷载和跨管交通荷载，计算得到的管道管壁轴向变形分布；并与管壁变形监测模块实测得到轴向变形分布进行比对得到两者的误差，调整管道结构参数使计算变形分布与实测变形分布误差小于设定的第一阈值；根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：商峰，杨波，刘毅，关炜，
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：