СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ В ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЯХ Российский патент 2000 года по МПК G01M3/28 

Изобретение относится к способам определения расстояния до места негерметичности длинномерных изделий, в частности подземных электрических кабелей связи.

Известен способ определения расстояния до места негерметичности в подземных кабелях (способ учета расхода газа), основанный на измерении расхода газа (воздуха), подаваемого в кабель с двух концов [1].

Недостатком этого способа является низкая точность определения расстояния до места негерметичности в кабеле. Погрешность составляет 2,5 - 4%.

Известен манометрический способ определения расстояния до места негерметичности в кабеле, основанный на одновременном измерении манометрами давления газа в нескольких точках кабеля [2].

Манометрический способ имеет более высокую точность определения расстояния до места негерметичности в кабеле по сравнению с расходным (погрешность составляет 1,5%). Однако он является сложным и трудоемким, так как требует оборудования нескольких контрольных пунктов для измерения давления газа и графического построения распределения давления газа по длине кабеля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях, находящихся под избыточным давлением газа, путем измерения расхода и давления газа в нескольких точках на известных расстояниях от концов кабеля и определения по ним расстояния до места негерметичности [2].

Основными недостатками известного способа являются;
1. Недостаточно высокая точность определения расстояния до места негерметичности из-за наличия дополнительных погрешностей, вызванных измерениями расхода и давления газа в нескольких точках на известных расстояниях от концов кабеля, а также измерениями этих расстояний.

2. Сложность процесса определения расстояния до места негерметичности, трудоемкость и длительность испытаний, особенно в подземных электрических кабелях связи, проложенных в твердых грунтах, районах вечной мерзлоты и под водой.

Изобретение направлено на повышение точности и упрощение процесса определения расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях.

Это достигается тем, что в известном способе определения расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях, находящихся под избыточным давлением газа, путем измерения расхода и давления газа в нескольких точках изделия и определения по ним расстояния до места негерметичности, сначала замеряют расход и перепад давления газа в герметичном изделии при односторонней подаче газа и определяют пневмопроводимость изделия по формуле:

где Q - объемный расход газа;
L - длина между концами изделия;
P = P₁-P₂ - перепад давления на концах изделия,
затем замеряют расход и давление газа на концах негерметичного изделия и определяют расстояние до места негерметичности по формуле:

где L_xi - расстояние до места негерметичности от первого конца изделия;
Q₁, Q₂ - объемный расход газа, подаваемый в изделие соответственно через первый и второй концы;
P_i и P₂ - давление газа соответственно на первом и втором концах изделия;
α - пневмопроводимость герметичного изделия.

Предложенный способ позволяет:
1) повысить точность определения (с погрешностью до 1%) расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях, во-первых, в результате измерения расхода и давления газа только на концах изделия (в прототипе измерение этих параметров осуществляется в нескольких точках по длине изделия) исключаются погрешности, вызванные дополнительными измерениями указанных параметров в нескольких точках по длине изделия; во-вторых, за счет введения в формулу для определения расстояния до места негерметичности пневмопроводимости, учитывающей геометрические (размеры проходных сечений изделия) и физические (вязкость газа) свойства изделия в реальных условиях эксплуатации; в-третьих, в результате измерения расхода и давления газа, а также пневмопроводимости одними и теми же приборами, так как они установлены только в двух точках - на концах изделия (в прототипе измерение этих параметров в нескольких точках по длине изделия осуществляется с помощью установки дополнительных приборов);
2) снизить трудозатраты и расходы, длительность испытаний на отыскание места негерметичности в длинномерных изделиях, особенно в изделиях, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации (под землей, под водой) в результате исключения размещения дополнительных контрольных пунктов по длине изделия и, следовательно, установки дополнительных приборов и оборудования;
3) обеспечить удобство и простоту обслуживания системы определения расстояния до места негерметичности в результате размещения необходимых приборов и оборудования только в двух стационарных местах - на концах исследуемого изделия.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит длинномерное изделие 1, например, в виде подземного электрического кабеля связи длиной L, концы 2 и 3 кабеля, место 4 повреждения герметичности кабеля, расположенное на расстоянии L_xi от конца 2, подводящие газопроводы 5 и 6, ранометры 7 и 8, расходомеры 9 и 10, регулируемые пневмодроссели 11 и 12, запорные вентили 13 и 14.

Изобретение реализуется следующим образом.

Заведомо до определения расстояния до места негерметичности в кабеле проводят испытания его на герметичность и определение пневмопроводимости. Газ (обычно воздух) с одинаковым по величине давлением питания P_п1 = P_п2 подают через открытые вентили 13, 14, регулируемые дроссели 11, 12, расходомеры 9, 10, подводящие газопроводы 5, 6 с расходами Q₁, Q₂ и давлениями P₁, P₂ соответственно на оба конца 2 и 3 кабеля. При установившемся режиме движения газа закрывают вентили 13 и 14 и по показаниям манометров 6 и 7 судят о герметичности кабеля.

Поддержание давлений P₁ и P₂ на определенном уровне в течение заданного времени свидетельствует о герметичности кабеля. По неравенству этих давлений и наличию расхода газа через кабель судят о негерметичности кабеля.

Пневмопроводимость определяют по результатам испытаний герметичного кабеля. Известно, что в длинномерных изделиях большой длины с малыми размерами проходного сечения различной формы (круглой, прямоугольной или иной), у которых отношение длины к диаметру или условному диаметру (для сечений, отличных от круглой формы) велико, реализуется ламинарный режим течения газа [3].

Условный диаметр равен двум гидравлическим диаметрам. Этот диаметр равен отношению площади живого сечения газового потока к его смоченному периметру. К такому виду изделий относятся подземные электрические кабели связи [4].

Объемный расход газа Q через кабель длиной L определяют по формуле Пуазейля;

где G - массовый расход газа;
средняя плотность газа;
среднее абсолютное давление газа;
R - газовая постоянная данного газа;
Т - температура газа;
μ - динамический коэффициент вязкости газа;
d - условный диаметр одного свободного канала сердечника кабеля;
n - число свободных каналов в кабеле;
α - пневмопроводимость кабеля, равная
.

Из формулы (2) видно, что пневмопроводимость кабеля при постоянных значениях размеров проходного сечения кабеля и вязкости газа является величиной постоянной. Таким образом, из формулы (1) следует, что объемный расход газа через кабель пропорционален перепаду давления на концах кабеля и обратно пропорционален его длине.

Рассчитать величину по формуле (2) представляет большую сложность из-за трудности определения размеров и количества проходных сечений кабеля. Поэтому наиболее достоверным способом определения величины проводимости является экспериментальный. По замеренным расходу и давлениям газа на концах герметичного кабеля определяют пневмопроводимость по соотношению:

полученному из формулы (1).

Причем эти параметры измеряют при установившемся режиме движения газа, подаваемого только с одного конца кабеля. При этом другой конец кабеля открыт и связан с атмосферой (избыточное давление газа P₂ = 0). Так как пневмопроводимость является постоянной величиной, то достаточно для ее определения одного замера расхода и перепада давления газа в кабеле только с одного контрольного пункта, оборудованного на одном из концов кабеля, так как другой конец кабеля соединен с атмосферой.

Испытаниями установлена справедливость соотношения (2), а именно, что пневмопроводимость является величиной постоянной для исследуемого типа кабеля, как герметичного, так и негерметичного, независимо от изменения расходов и давлений газа на обоих его концах. Следовательно, при определении расстояния до места негерметичности в кабеле с помощью аналитической формулы, в которую входит пневмопроводимость, можно пользоваться данными для проводимости, полученными для герметичного кабеля.

С целью повышения достоверности и точности рекомендуется проводить испытания по определению величины пневмопроводимости кабеля после прокладки его в траншее.

В случае обнаружения негерметичности кабеля расстояние до места негерметичности определяют в следующем порядке.

Газ с одинаковыми по величине давлениями питания P_п1 = P_п2 подают через открытые вентили 13, 14, регулируемые дроссели 11, 12, настроенные на определенные уровни давлений, расходомеры 9, 10, подводящие газопроводы 5, 6 с расходами Q₁, Q₂ и давлениями P₁, P₂ соответственно на оба конца 2 и 3 кабеля 1.

Замеряют величины расходов Q₁, Q₂ с помощью расходомеров 9 и 10 и давлений P₁, P₂ с помощью манометров 7 и 8.

Согласно формуле (1) определяют расход газа Q₁ по формуле

а расход газа Q₂ - по формуле

Здесь P_x - давление газа в месте негерметичности, расположенном на расстоянии L_x1 от конца 2 кабеля.

Суммарный расход газа Q_x через поврежденное место негерметичного кабеля определяют как сумму расходов газа, подаваемого через оба конца кабеля
Q_x = Q₁ + Q₂. (6)
Из формулы (4) находим давление газа P_x

Подставляя значение P_x в формулу (5), окончательно находим расстояние L_x1 до места негерметичности в кабеле

Входящие в формулу (8) параметры имеют размерности: L_x1, L-м; Q₂, Q_x - л/мин; P₁, P₂ - Па;
Для подтверждения достоверности формулы (8) проверяют ее правильность при других величинах расходов и давлений газа. Для этого с помощью регулируемых дросселей 11 и 12 устанавливают новые значения Q₁, Q₂, P₁, P₂ и по ним вновь определяют расстояние L_x1. Вычисляя среднее арифметическое значение полученных величин L_x1 при разных расходах и давлений, находят тем самым действительное значение расстояния до места негерметичности в кабеле.

Предлагаемый способ экспериментально проверен в лабораторных условиях на реальном подземном кабеле телефонной сети длиной L = 180 м с местом повреждения герметичности в виде отверстия диаметром 0,5 мм, расположенным на расстоянии L_x1 = 163 м.

В результате испытаний герметичного кабеля (в отсутствии отверстия) с односторонней подачей воздуха при P₂ = 0 получены следующие данные: Q = Q₁ = 0,4 л/мин; P₁ = 0,047•10⁵ Па. По этим данным с помощью соотношения (3) находим пневмопроводимость кабеля

При испытаниях негерметичного кабеля получены следующие данные: Q₁ = 0,55 л/мин; P₁ = 0,453•10550 Па; Q₂ = 1,27 л/мин; P₂ = 0,411•10⁵ Па.

Подставляя эти данные в формулу (8) с учетом полученной величины проводимости определяем расчетное расстояние L'_x1 до места негерметичности в кабеле

При этом относительная погрешность определения расстояния до места негерметичности в подземном кабеле составит

Таким образом предлагаемый способ позволяет повысить точность и упростить процесс определения расстояния до места негерметичности в подземном кабеле за счет исключения погрешностей известных способов в 2...3 раза и более по сравнению с расходным методом, погрешность которого составляет 2,5. . . 4%, и в 1,4 раза по сравнению с манометрическим методом, погрешность которого составляет 1,5%.

Применение изобретения позволяет повысить точность и упростить процесс определения расстояния до места негерметичности в электрических кабелях связи, трубопроводах, газовых линий различных приборов и в других длинномерных изделиях, находящихся под избыточным давлением газа.

Источники информации
1. Руководство по содержанию электрических кабелей связи под избыточным воздушным давлением на магистральной и внутризоновых первичных сетях. М.: Прейскурантиздат, 1988, с. 6, 80; 85 - 89.

2. Авторское свидетельство СССР N 1779964, кл. G 01 M 3/28, 1990.

3. Дмитриев В. Н. , Градецкий В. Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973, с. 34 - 37.

4. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи. М.: Радиосвязь, 1988, с. 42 - 57.

Изобретение используется для определения расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях, в частности в подземных электрических кабелях связи. Техническим результатом изобретения является повышение точности и упрощение процесса определения расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях. Это обеспечивается за счет того, что определение расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях, находящихся под избыточным давлением газа, осуществляется путем замера расхода и перепада давления газа в герметичном изделии при односторонней подаче газа и последующего определения пневмопроводимости изделия по формуле в зависимости от отношения объемного расхода газа на длине между концами изделия к перепаду давления на концах изделия. Затем замеряют расход и давление газа на концах негерметичного изделия и определяют расстояние до места негерметичности по формуле, учитывающей расстояние до места негерметичности от первого конца изделия, объемный расход газа, подаваемый в изделие соответственно через первый и второй концы, давление газа соответственно на первом и втором концах изделия и пневмопроводимость герметичного изделия. 1 ил.

Способ определения расстояния до места негерметичности в длинномерных изделиях, находящихся под избыточным давлением газа, путем измерения расхода и давления газа в изделии и определения по ним расстояния до места негерметичности, отличающийся тем, что расход и давление газа замеряют сначала на входе в герметичное изделие при односторонней подаче газа и определяют пневмопроводимость изделия по формуле

где Q_r - объемный расход газа, подававшийся на вход герметичного изделия;
L - длина между первыми и вторыми концами изделия;
P_r - давление на входе герметичного изделия,
а затем замеряют расход и давление газа на концах негерметичного изделия и определяют расстояние до места негерметичности по формуле

где L_х1 - расстояние до места негерметичности от первого конца изделия;
Q₁, Q₂ - объемный расход газа, подаваемый в негерметичное изделие соответственно через первый и второй концы;
Р₁, Р₂ - давление газа соответственно на первом и втором концах негерметичного изделия;
α_г - пневмопроводимость герметичного изделия.