СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ УТЕЧКИ Российский патент 1999 года по МПК G01N29/00 G21C17/17 

Изобретение относится к способу для ультразвукового определения местоположения утечки, при котором измеренные в различных местах измерения вдоль измерительного участка уровни звука представляют на диаграмме в виде полос и при котором определяют точку пересечения двух уравнивающих прямых на этой диаграмме в виде полос для обозначения места утечки. Изобретение относится также к устройству для осуществления этого способа.

Способ и устройство названного вначале виде известны из европейского патент ЕР-С-О 140 174, в частности, из Фиг. 5 и из проспекта "Акустическая система контроля течи" ("ALUS Akustisches Leck-Uberwachungssystem"), номер заказа А19100-U653-А212, апрель 1990, Сименс АГ, область получения энергии, D-8520 Эрланген.

Рассмотренный здесь способ акустического контроля утечки основывается на том факте, что вытекающие через течь и расширяющиеся жидкости, пары или газы создают звук, распространяющийся по твердым телам (корпусный шум). Эти шумы распространяются в соответствующих компонентах (например, в трубопроводах, резервуарах, насосах, вентилях) и измеряются акустическими преобразователями или приемниками звука. Последние расположены на поверхности контролируемых компонентов на определенных расстояниях.

В качестве измеряемой величины при этом используют эффективное или RMS (rout min square) - значение высокочастотных сигналов акустических преобразователей. В процессе нормального режима работы шумы потока вызывают уровень сигнала фона Е₀. Неожиданное появление течи создает уровень шумов утечки E_L в месте x_i акустического преобразователя (i = 1, 2, ...), высота которого зависит от величины утечки и удаления ее от акустического преобразователя. Общий уровень шумов E_L,0 в месте x_i акустического преобразователя возникает путем наложения шума утечки и рабочего шума согласно следующей формулы:
E_L,o= (E2o

+E2L)^0,5. (1)
Это означает, что утечка, которая создает в месте x_i приемника звука такой же уровень шумов, что и рабочий шум, повышает общий уровень шумов примерно на 40%, что является увеличением, которое может быть хорошо измерено.

Для определения местоположения течи следует вначале для каждого места измерения x_i из измеренных звуковых уровней приемников определить составляющую, которая определена шумом утечки. Это производят известным образом путем вычитания фонового шума Е₀ ² установки согласно
E2L

= E2L,o-E2o. (2)
Нетто-уровни шумов E2L в i различных местах x_i вдоль измерительного участка представляют логарифмически на диаграмме в виде полос, и - коль скоро имеет место утечка - привлекают точку пересечения имеющихся тогда двух прямых для обозначения места утечки x_L.

Другими словами: в рассмотренном здесь способе с помощью жестко установленных приемников в ультразвуковом диапазоне контролируют рабочий уровень шумов (RMS-значение) на аномальные изменения. Диапазон частот выбирают таким образом, чтобы охватить лежащие выше рабочего уровня шумов высокочастотные составляющие шума течи, а чтобы низкочастотные, механически возбужденные звуковые волны могли быть однако отфильтрованы. В нормальном режиме работы RMS-значения отдельных приемников являются в значительной степени постоянными, утечки же, напротив, вызывают рост значений. Согласно известному способу отсюда для каждого приемника определяют составляющую, вызванную исключительно утечкой; она закономерно убывает с увеличением расстояния от течи.

Как уже упоминалось, эту составляющую представляют логарифмически в виде функции от отдельных мест приемников x_i на диаграмме в виде полос. Более длинные или разветвленные трубопроводы разделяют на контролируемые отрезки, и для каждого отрезка строят такую диаграмму в виде полос. Кольцевые структуры "разделяют", то есть место разделения рассматривают в качестве начальной и конечной точки линейной структуры.

Оказалось, что в случае кольцевых структур могут получаться неточности в определении места течи. Это может иметь различные причины. Поэтому имеет место желание производить возможно более точное определение местоположения течи также и в таких кольцевых структурах.

В основе изобретения лежит поэтому задача дальнейшего усовершенствования способа названного вида для повышения точности определения местоположения утечки в случае кольцевых структур.

Технический результат достигается тем, что в способе ультразвукового определения местоположения утечки, при котором в различных местах вдоль измерительного участка измеряют уровни звука, вызванного утечкой, а местоположение утечки определяют по месту пересечения уравнивающих прямых на полосовой диаграмме уровней звука, в случае наличия утечки на участке кольцевой структуры ее местоположение определяют на полосовой диаграмме, сформированной из полосовой диаграммы измеренных на указанном участке уровней звука и пристроенной к ней второй такой же полосовой диаграммы, по месту пересечения уравнивающих прямых, построенных на соответствующем измерительному участку отрезке диаграммы с полосой, соответствующей максимальному уровню звука, в середине. Можно задать величину коррекции значения измеренного в месте, находящемся с противоположной стороны от места утечки, уровня звука с возможностью компенсации наложения звуковых колебаний, возникающих в результате утечки и поступают в указанное место с противоположных от него сторон.

Величину коррекции считывают из накопителя данных. В устройстве для определения ультразвукового положения утечки, содержащем множество расположенных вдоль измерительного участка ультразвуковых приемников, выходы которых через усилитель и выдающие действительные значения компоненты соединены с устройством обработки данных, предназначенным для формирования полосовой диаграммы уровней звука и определения соответствующей местоположению утечки координаты места пересечения наклонных прямых, проведенных через конечные точки линий на указанной диаграмме уровней звука, устройство обработки данных выполнено с возможностью формирования полосовой диаграммы из полосовой диаграммы измеренных на указанном участке уровней звука и пристроенной к ней второй такой же полосовой диаграммы, выделения на ней соответствующего измерительному участку отрезка диаграммы с полосой, соответствующей максимальному уровню звука, в середине для построения на нем уравнивающих прямых. Устройство обработки может быть выполнено с возможностью запоминания величин коррекции уровней звука и коррекции значения измеренного в месте, находящемся с противоположной стороны от места утечки, уровня звука с возможностью компенсации наложения звуковых колебаний, возникающих в результате утечки и поступающих в указанное место с противоположных от него сторон.

Примеры выполнения изобретения поясняются ниже более подробно с помощью четырех фигур, на которых показано:
Фигару 1 - кольцевая структура с четырьмя положениями ультразвуковых приемников, одним местом разделения и одним место течи;
Фигура 2 - две пристроенные друг к другу одинаковые диаграммы в виде полос, на которых представлены RMS - значения над координатами места x_i;
Фигура 3 - кольцевая структура с пятью ультразвуковыми приемниками и одним местом течи;
Фигура 4 - соответствующая диаграмма в виде полос, на которой нанесены превышенные уровни ультразвука для того приемника, который противолежит месту течи.

При рассмотрении фигуры 1 для упрощения исходят из того, что ультразвуковые приемники I, II, III, IV расположены вдоль кольцевого участка на находящейся под давлением установке, (например, первичном контуре ядерной электростанции) только в четырех измерительных позициях или точках измерения x₁, x₂, x₃ и x₄. На практике, однако, контролируют, например, от пяти до десяти таких измерительных позиций. Место разделения обозначено Т, место течи - как L.

В данном случае на фигуре 2 нанесены логарифмированные уровни звука E2L

в каждой измерительной позиции x_i в виде полосы. Диаграмма начинается при x_Т = 0.

Следует отметить, что к определенной диаграмме в виде полосы В1 еще раз пристраивают ту же самую диаграмму в виде диаграммы В2. Этот порядок действий является особенно целесообразным тогда, когда место разделения Т находится вблизи течи L. Тогда может быть достигнуто особенно значительное улучшение определения местоположения течи.

В случае двух пристроенных друг к другу диаграмм в виде полос В1, В2 предпочтительно с помощью вычислительной установки затем выбирают тот уровень звука, который имеет наивысшее значение и лежит, по-возможности, в середине показанного представления. В настоящем случае это положение приемника Вокруг этого положения теперь выбирают отрезок А, который содержит полный комплект положений приемника x_i. В настоящем случае это положения приемника x₃, и На этом отрезке А возможно с относительно высокой точностью определить расчетным путем уравнивающие прямые G1 и G2. После этого определяют точку пересечения S этих обоих уравнивающих прямых G1, G2. Она описывает положение течи x_L.

На фигуре 3 представлена следующая кольцевая структура. Она охватывает в общем пять ультразвуковых приемников от I до V. Следует отметить, что здесь разделение не производилось. Течь и в этом случае также обозначена L.

На фигуре 4 представлена относящаяся к фигуре 3 диаграмма в виде полос. При этом следует заметить, что в области ультразвукового приемника III появляется превышение уровня шумов течи, то есть сильное отклонение от соответствующих уравнивающих прямых G1 или соответственно G2. Это превышение следует объяснить нежелательным наложением шумов течи, которые достигают ультразвуковой приемник III на пути справа и на пути слева. Другими словами: такое нежелательное наложение заметно как недостаток особенно в случае таких приемников, которые противолежат месту течи L.

Согласно изобретения далее предусмотрено, что с помощью величины коррекции К для каждого приемника, на котором появляется такое сводящееся к наложению шумов течи превышение, уровень звука компенсируют. Если такая компенсация произведена, то место течи x_L может быть определено с особой точностью за счет точки пересечения S. В настоящем случае величины коррекции К и К' нанесены для положений х и х'.

В связи с этим следует еще заметить, что - в зависимости от каждого отдельного случая - можно рассматривать также коррекцию и для соседних приемников, в данном случае для приемников II и IV.

Названные величины коррекции К и К' предпочтительно запоминают в вычислительной установке и привлекают для коррекции при вычислении уравнивающих прямых G1 и G2. Такие величины коррекции К и К' могут быть определены расчетным путем, однако они могут быть определены также и экспериментально.

Для ультразвукового определения местоположения утечки в различных местах вдоль измерительного участка измеряют уровни звука, вызванного утечкой. Местоположение утечки определяют на полосовой диаграмме уровней звука. Для кольцевой структуры полосовую диаграмму формируют из полосовой диаграммы уровней звука на указанном участке и пристроенной к ней второй такой же полосовой диаграммы Выделяют соответствующий измерительному участку отрезок диаграммы с полосой, соответствующей максимальному уровню звука, в середине. Имеется устройство обработки данных, выполненное с возможностью формирования указанной полосовой диаграммы с выделением отрезка, на котором определяют местоположение утечки. Возможно осуществление коррекции значения уровня звука для компенсации наложения звуковых колебаний, возникающих из-за утечки с противоположных от него сторон. Изобретение направлено на повышение точности определения местоположения утечки. 2 н.з. и 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ ультразвукового определения местоположения утечки, при котором в различных местах вдоль измерительного участка измеряют уровни звука, вызванного утечкой, а местоположение утечки определяют по месту пересечения уравнивающих прямых на полосовой диаграмме уровней звука, отличающийся тем, что в случае наличия утечки на участке кольцевой структуры ее местоположение определяют на полосовой диаграмме, сформированной из полосовой диаграммы измеренных на указанном участке уровней звука и пристроенной к ней второй такой же полосовой диаграммы, по месту пересечения уравнивающих прямых, построенных на соответствующем измерительному участку отрезке диаграммы с полосой, соответствующей максимальному уровню звука, в середине. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что задают величину коррекции значения измеренного в месте, находящемся с противоположной стороны от места утечки, уровня звука с возможностью компенсации наложения звуковых колебаний, возникающих в результате утечки и поступающих в указанное место с противоположных от него сторон. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину коррекции считывают из накопителя данных. 4. Устройство для ультразвукового определения местоположения утечки, содержащее множество расположенных вдоль измерительного участка ультразвуковых приемников, выходы которых через усилитель и выдающие действительные значения компоненты соединены с устройством обработки данных, предназначенным для формирования полосовой диаграммы уровней звука и определения соответствующей местоположению утечки координаты места пересечения наклонных уравнивающих прямых, проведенных через конечные точки линий на указанной диаграмме уровней звука, отличающееся тем, что устройство обработки данных выполнено с возможностью формирования полосовой диаграммы из полосовой диаграммы измеренных на указанном участке уровней звука и пристроенной к ней второй такой же полосовой диаграммы, выделения на ней соответствующего измерительному участку отрезка диаграммы с полосой, соответствующей максимальному уровню звука, в середине для построения на нем уравнивающих прямых. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что устройство обработки выполнено с возможностью запоминания величин коррекции уровней звука и коррекции значения измеренного в месте, находящемся с противоположной стороны от места утечки, уровня звука с возможностью компенсации наложения звуковых колебаний, возникающих в результате утечки и поступающих в указанное место с противоположных от него сторон.