專利名稱：應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及ー種給水管道漏失定量和定位的裝置及方法，具體涉及ー種應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置及方法，屬于給水管道運行維護技術領域。
背景技術：
給水管道是城市能源生產和供應的生命線，一般埋于地下，具有數量大、位置分散、拓撲結構復雜、腐蝕因素多、工作年限長等特點。隨著城市建設的發展和人口的増加，管道發生故障或事故等安全問題日益突出，極大危害人身健康和生態環境，造成巨大經濟損失和不良社會影響。目前我國城市市政管道長期運行，使得管道老化，且缺少先進的泄漏探測的安全恢復技術，市政管道的運行安全受到極大威脅。常用的檢漏技術方法分為被動檢漏法和主動檢漏法。傳統意義上的檢漏方法，即被動檢漏法，是ー種最原始的檢漏方法，它是ー種主要以發現明漏為主的方法。主要靠專門的巡檢人員據管道圖巡查及居民的報漏來發現漏點，它雖然投入資金少，管理費用低，但是對暗漏和漏水點不是冒水點的明漏很難發現和判斷。因此，此種方法有很大的局限性，單憑此法并不能將漏水率控制在一個較好的水平。主動檢漏法是在地下管道漏水冒出地面之前，通過使用各種方法和儀器將之檢查出的方法，主要包括I.音聽檢漏法。用聽音桿或電子放大聽漏儀直接在管道暴露點(如消火栓、閥門等)聽測由漏水點產生的漏水聲，從而確定漏水管道，縮小漏水檢測范圍。采用音聽技術只能確定管道是否存在漏失，而不能對其準確定位，這主要是由于環境噪音問題無法從根本上解決；當聲音較大時，檢測范圍也進ー步擴大，進而増大了定位漏失點的難度；有時漏水聲過小，采用音聽法也難以檢出；且由于液體中有空氣和微小懸浮顆粒存在，致使音速部分降低，也會影響對漏點的定位精度。2.離線檢查主要包括被動檢修和示蹤檢漏。被動檢修即發現明漏后再去檢修。除了明顯的向上冒水外，在進行路(地)面調查時，如發現明顯局部下陷、泥土潮濕、緑化地帯植物特別茂盛、下凹部位經常潮濕有水、下水道等人工井里有水流入等情況而附近有水管者，可對水管進行勘察，看是否漏水。這種方法耗時、費力，但它仍被國內多數自來水公司所采用，并設有專人進行尋檢。示蹤檢漏是指在水中加入無毒易檢測的示蹤劑，在地面監測示蹤劑濃度，確定是否有漏失存在。常用的示蹤劑有SF6、N20、CH4-N2等，且有的供水部門通過訓練有素的犬來辨別示蹤劑的氣味。但這種方法使用成本高，設備多、操作復雜，且監測結果很大程度取決于天氣條件和風向，只有必要時才可采用。此外，目前比較流行的ー些對地面無破壞的漏失檢測方，如地下雷達、測定土壌阻抗系數、紅外溫度記錄等。其中紅外溫度記錄通過采用計算機熱成像技術和全球定位系統 (GPS)，使檢漏效率不斷提高。但現有這些方法的使用成本都非常高，且耗吋，易受周圍環境影響
發明內容
本發明的目的是為了解決現有檢測給水管道漏失定量和定位的裝置及方法的使用成本高，且耗時，易受周圍環境影響的問題，進而提供ー種應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置及方法。本發明的技術方案是應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置包括上游流量傳感器、下游流量傳感器、エ控機、數據采集卡和多個壓カ傳感器，上游流量傳感器和下游流量傳感器分別設置在管道的入水端和出水端，多個壓カ傳感器分別設置在位于上游流量傳感器和下游流量傳感器之間的管道側壁上，上游流量傳感器、下游流量傳感器和多個壓カ傳感器的數據輸出端均與數據采集卡的數據輸入端連接，數據采集卡的數據輸出端與エ控機的數據輸入端連接。本發明還提供了ー種應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的方法，其具體方法如下步驟一、在管道的上游和下游分別設置ー個上游流量傳感器和一個下游流量傳感器，作為兩個流量監測點，エ控機通過數據采集卡采集上游流量傳感器和下游流量傳感器的實時流量值，在管道上設置多個壓カ傳感器，作為壓カ監測點，エ控機通過數據采集卡對其壓カ進行實時采集，并緩存在エ控機中，將實時采集的管線上的各點的壓カ值做為管線正常運行時的穩態值；步驟ニ、將根據上游流量傳感器采集的實時流量值和下游流量傳感器采集的實時流量值輸入エ控機中已經設置好的計算模塊中，計算出管道運行的上游與下游流量值差值，判斷實時流量的差值是否均超過閾值，判斷結果為是，則執行步驟三，判斷結果為否，則執行步驟一重新采集實時壓カ值和實時流量值；步驟三、如果實時流量的差值超過閾值，意味著這時的管網處于漏失狀態，管網中的水壓會產生瞬變激勵，エ控機和數據采集卡繼續采集漏失狀態下的各監測點的壓カ值；步驟四、根據在エ控機中預先設定好的計算程序，對各監測點在步驟一中采集的壓カ值及步驟三中采集的實時壓カ值，進行計算尋優，從而獲得泄漏點的位置。本發明與現有技術相比具有以下效果1.本發明通過實時監測并采集給水管線的運行數據，并對其運行情況進行實時判斷，判斷時間短，不受周圍環境影響，可以實現給水管線漏失情況的在線監測。對于管線的漏失情況，能夠及時做出反應，將漏失的損失降低至最小。2.本發明通過在系統中激發不會對系統本身產生任何危害的低強度瞬變流動，同時選定系統中的測壓點，通過實時監測，獲得這些測壓點在瞬變過程中的壓カ響應值，從而辨識系統的管道漏失特性，具有報警精度高和定位準確的特點，與其他方式相比降低了誤報率。3.本發明所采用的監測和采集設備均系管道測量中的常規設備，無需增加額外的硬件設備，因而降低了管道泄漏檢測的造價，經濟上合理，已建和在建的管道均可適用。


圖I是給水管道漏失定量和定位裝置的整體結構示意圖；圖2是本發明研究單管的漏失特性時的管道示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖I說明本實施方式，本實施方式的應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置及方法包括上游流量傳感器I、下游流量傳感器2、エ控機3、 數據采集卡4和多個壓カ傳感器5，上游流量傳感器I和下游流量傳感器2分別設置在管道的入水端和出水端，多個壓カ傳感器5分別設置在位于上游流量傳感器I和下游流量傳感器2之間的管道側壁上，上游流量傳感器I、下游流量傳感器2和多個壓カ傳感器5的數據輸出端均與數據采集卡4的數據輸入端連接，數據采集卡4的數據輸出端與エ控機3的數據輸入端連接。
具體實施方式
ニ結合圖I說明本實施方式，本實施方式的壓カ傳感器5的數量為 5個-20個。如此設置，便于根據不同長度的管道選擇合適數量的壓カ傳感器。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖I說明本實施方式，本實施方式的壓カ傳感器5的數量為 6個。如此設置，尤其適用于設置城市管道中。其它組成和連接關系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四結合圖I說明本實施方式，本實施方式的被檢測的管道長度為 500m-1000m。如此設置，便于初步確定漏水區域，同時，便于找到漏失位置。其它組成和連接關系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
五結合圖I說明本實施方式，本實施方式的每相鄰兩個壓カ傳感器5之間的距離為40m-60m。如此設置，便于實時監測漏失情況，同時，便于找到漏失位置。 其它組成和連接關系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式的應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的具體方法如下步驟一、在管道的上游和下游分別設置ー個上游流量傳感器I和一個下游流量傳感器2，作為兩個流量監測點，エ控機3通過數據采集卡4采集上游流量傳感器I和下游流量傳感器2的實時流量值，在管道上設置多個壓カ傳感器5，作為壓カ監測點，エ控機3通過數據采集卡4對其壓カ進行實時采集，并緩存在エ控機3中，將實時采集的管線上的各點的壓カ值做為管線正常運行時的穩態值；步驟ニ、將根據上游流量傳感器I采集的實時流量值和下游流量傳感器2采集的實時流量值輸入エ控機3中已經設置好的計算模塊中，計算出管道運行的上游與下游流量值差值，判斷實時流量的差值是否均超過閾值，判斷結果為是，則執行步驟三，判斷結果為否，則執行步驟一重新采集實時壓カ值和實時流量值；步驟三、如果實時流量的差值超過閾值，意味著這時的管網處于漏失狀態，管網中的水壓會產生瞬變激勵，エ控機3和數據采集卡4繼續采集漏失狀態下的各監測點的壓カ 值；步驟四、根據在エ控機3中預先設定好的計算程序，對各監測點在步驟一中采集的壓カ值及步驟三中采集的實時壓カ值，進行計算尋優，從而獲得泄漏點的位置。本實施方式結合圖2說明在研究單管的漏失特性時，簡化實驗臺系統后的實驗分析上端水箱水位lm，下端水箱水位0m，可看作是孔ロ自由出流，波速1000m/S，管道直徑D = 0.04m，泄漏點孔ロ直徑D2 = 0.025m，管道總長13. 80m，共有7個節點。節點11 前端連接水箱，節點12和節點11分別設置流量測量點，節點8、9、10為測壓點，節點8、9、10處有泄漏點，節點12末端連接閥門。以管道壓カ為0. 2Mpa，節點9為漏失節點，漏失量為20%時的管道狀態為例。步驟一、在管道的上游和下游分別設置ー個上游流量傳感器I和一個下游流量傳感器2，作為兩個流量監測點，エ控機3通過數據采集卡4采集上游流量傳感器I和下游流量傳感器2的實時流量值，上游和下游的實時流量值分別為0. 0056m3/s和0. 0055m3/s，在管道上設置多個壓カ傳感器5，作為壓カ監測點，エ控機3通過數據采集卡4對其壓力進行實時采集，節點8的壓カ為0. 15Mpa，節點9的壓カ為0. llMpa，節點10的壓カ為0. 09Mpa，并緩存在エ控機3中，將實時采集的管線上的各點的壓カ值做為管線正常運行時的穩態值；步驟ニ、將根據上游流量傳感器I采集的實時流量值和下游流量傳感器2采集的實時流量值輸入エ控機3中已經設置好的計算模塊中，上游和下游的實時流量值分別為 0. 0056m3/s和0. 0045m3/s，節點8的壓カ為0. 25Mpa,節點9的壓カ為0. 02Mpa,節點10的壓 カ為0. 34Mpa，閾值為0. 0005m3/s，計算出管道運行的上游與下游流量值差值為0. OOllm3/ s，超過閾值，則執行步驟三；步驟三、實時流量的差值超過閾值，此時的管網處于漏失狀態，管網中的水壓會產生瞬變激勵，エ控機3和數據采集卡4繼續采集漏失狀態下的各監測點的壓カ值，這時采集的數據為產生瞬變激勵下的壓カ值，分別為節點8壓カ為0. 25Mpa，節點9壓カ為 0. 02Mpa，節點 10 壓カ為 0. 34Mpa ；步驟四、根據在ェ控機3中預先設定好的計算程序，對各監測點在步驟一中采集的壓カ值及步驟三中采集的壓カ值，進行計算尋優，最優化算法分別采用局部尋優和全局尋優的方法，最小化壓カ的測量值與計算值之間的偏差對其進行求解，整個求解過程的實質是對解空間不斷迭代，直到滿足計算要求，從而獲得泄漏點的位置。
權利要求
1.ー種應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置，其特征在于所述給水管道漏失定量和定位的裝置包括上游流量傳感器(I)、下游流量傳感器(2)、エ控機(3)、數據采集卡(4)和多個壓カ傳感器(5)，上游流量傳感器(I)和下游流量傳感器(2)分別設置在管道的入水端和出水端，多個壓カ傳感器(5)分別設置在位于上游流量傳感器(I)和下游流量傳感器(2)之間的管道側壁上，上游流量傳感器(I)、下游流量傳感器(2)和多個壓カ 傳感器(5)的數據輸出端均與數據采集卡(4)的數據輸入端連接，數據采集卡(4)的數據輸出端與エ控機(3)的數據輸入端連接。
2.根據權利要求I所述的應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置，其特征在于被檢測的管道長度為500m-1000m。
3.根據權利要求2所述的應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置，其特征在于每相鄰兩個壓力傳感器(5)之間的距離為40-60m。
4.ー種使用權利要求I實現的應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的方法，其特征在于所述給水管道漏失定量和定位方法的具體方法如下步驟一、在管道的上游和下游分別設置ー個上游流量傳感器(I)和一個下游流量傳感器(2)，作為兩個流量監測點，エ控機(3)通過數據采集卡(4)采集上游流量傳感器(I)和下游流量傳感器(2)的實時流量值，在管道上設置多個壓カ傳感器(5)，作為壓カ監測點， エ控機(3)通過數據采集卡(4)對其壓カ進行實時采集，并緩存在エ控機(3)中，將實時采集的管線上的各點的壓カ值做為管線正常運行時的穩態值；步驟ニ、將根據上游流量傳感器(I)采集的實時流量值和下游流量傳感器(2)采集的實時流量值輸入エ控機(3)中已經設置好的計算模塊中，計算出管道運行的上游與下游流量值差值，判斷實時流量的差值是否均超過閾值，判斷結果為是，則執行步驟三，判斷結果為否，則執行步驟一重新采集實時壓カ值和實時流量值；步驟三、如果實時流量的差值超過閾值，意味著這時的管網處于漏失狀態，管網中的水壓會產生瞬變激勵，エ控機(3)和數據采集卡(4)繼續采集漏失狀態下的各監測點的壓カ 值；步驟四、根據在ェ控機(3)中預先設定好的計算程序，對各監測點在步驟一中采集的壓カ值及步驟三中采集的實時壓カ值，進行計算尋優，從而獲得泄漏點的位置。
全文摘要
應用瞬變激勵進行給水管道漏失定量和定位的裝置及方法，它涉及一種給水管道漏失定量和定位的裝置及方法。本發明為了解決現有檢測給水管道漏失定量和定位的裝置及方法的使用成本高，且耗時，易受周圍環境影響的問題。本發明的上游流量傳感器、下游流量傳感器和多個壓力傳感器的數據輸出端均與數據采集卡的數據輸入端連接，數據采集卡的數據輸出端與工控機的數據輸入端連接；采集實時流量值和壓力值；將實時流量值輸入工控機中，計算流量值差值，判斷實時流量的差值是否均超過閾值，若超閾值出管網處于漏失狀態，繼續采集漏失狀態下的各監測點的壓力值；根據在工控機中預先設定好的計算程序，進行計算尋優。本發明適用于給水管道漏失定量和定位。
文檔編號F17D5/02GK102606890SQ20121012421
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者伍悅濱, 孫強, 徐瑩 申請人:哈爾濱工業大學