СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ТЕЧИ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК G01M3/24 F17D5/06 

Изобретение относится к испытаниям на герметичность, в частности к испытаниям трубопроводов, и может использоваться в течеискателях для поиска течей в подземных магистралях теплоснабжения и водоснабжения.

Течь в трубопроводе затрудняет подачу воды или теплоносителя в систему водоснабжения или теплоснабжения зданий и сооружений. Устранению течи предшествует операция поиска места течи и операция определения расстояния до места течи. В магистралях теплоснабжения течь возникает чаще в зимнее время, когда повышается интенсивность отопления. Для устранения течи необходимо вскрыть грунт над местом течи, что представляет определенные трудности, особенно в зимнее время. Поэтому точное определение места течи подземного трубопровода - актуальная задача.

Известен способ определения места течи в трубопроводе, см. патент RU 2249802. Согласно этому способу определение места течи на трассе трубопровода обеспечивается за счет приема шума течи с помощью двух акустических датчиков. Однако реализация указанного способа требует сложное устройство, которое не обеспечивает требуемую точность определения расстояния до места течи.

Известен способ определения расстояния до места течи подземного трубопровода с помощью течеискателя «Correlux-PI», продаваемого фирмой «Энергоаудит». Согласно указанному способу шум утечки улавливается двумя акустическими датчиками, установленными по обе стороны от места течи. Сигнал с каждого датчика усиливается, модулируется и по радиоканалу передается на приемное устройство, в котором происходит обработка сигналов. Далее обработанный сигнал поступает в ноутбук, где специально составленная программа путем сложных интегральных преобразований вычисляет и отображает на экране место течи и расстояние от течи до датчиков.

Недостатком известного течеискателя является сложность его устройства, так как оно имеет не менее двух радиостанций и приемное устройство, которые подвержены действию помех при работе в городских условиях. Кроме того, для определения расстояния до места течи требуется сложное программное обеспечение с использованием корреляционной функции.

Согласно заявленному способу измеряют расстояние между смотровыми колодцами подземного трубопровода, имеющего течь, устанавливают акустический датчик в каждом смотровом колодце, возбуждают звуковые колебания в подземном трубопроводе, измеряют амплитуду звука течи в каждом смотровом колодце и суммарную амплитуду звука от действия течи и от действия генератора звука в каждом смотровом колодце, по величине которых и по измеренному расстоянию между смотровыми колодцами определяют расстояние до места течи подземного трубопровода.

Расстояние X до места течи определяется по формуле

где L - расстояние между точками установки акустического датчика на трубопроводе;

А_Т - амплитуда звука течи;

А_В - амплитуда звука, искусственно возбуждаемая генератором в трубопроводе.

Амплитуда А_В вычисляется из соотношения

,

где ∑A - амплитуда звука от совместного действия генератора звука и звука от действия течи.

Устройство для реализации заявленного способа содержит генератор звука и акустический датчик, устанавливаемые на подземный трубопровод. К выходу акустического датчика подключены блок памяти амплитуды сигналов звука течи и блок памяти суммарной амплитуды звука от действия генератора и течи, распространяющихся по трубопроводу. Выходы этих блоков соединены с вычислителем разности амплитуды сигнала звука генератора и амплитуды сигнала звука течи, подключенного к первому входу блока расчета функционала сигналов звука течи и генератора, снимаемых с двух точек подземного трубопровода. Ко второму входу блока расчета функционала сигналов звука течи и генератора подключен блок памяти сигналов звука течи, к третьему входу - формирователь сигнала, пропорционального расстоянию между точками установки измерителя амплитуды звука, а на выходе установлен индикатор расстояния до места течи.

Блок расчета функционала амплитуд сигналов звука течи и генератора, распространяющихся по подземному трубопроводу, содержит вычислитель логарифма отношений амплитуд сигналов, пропорциональных разности амплитуд сигналов генератора и течи, и вычислитель логарифма отношений амплитуд сигналов, пропорциональных амплитудам звука течи, снимаемых с двух точек подземного трубопровода, подключенных к вычислителю функции

,

где А_T - амплитуда звука течи;

А_B - амплитуда звука от действия генератора.

На фиг.1 изображен график распределения амплитуд сигналов звука генератора и течи между точками 1, 2 трубопровода.

На фиг.2 изображена блок-схема устройства для определения расстояния до места течи трубопровода.

На фиг.3 изображена блок-схема функционала амплитуд сигналов звука течи и генератора.

Для определения расстояния до места течи используется явление затухания звука, распространяющегося по трубопроводу. Амплитуда звуковой волны зависит от степени поглощения звука при распространении его по трубопроводу. Поглощение звука характеризуется коэффициентом α затухания звука, определяемым как обратная величина того расстояния, на котором амплитуда звуковой волны спадает в е раз. Амплитуда звука течи А_T1 в точке 1 трубопровода

где х - расстояние до места течи;

α_T - коэффициент затухания звука, распространяющегося по трубопроводу от течи.

Амплитуда звука течи А_T2 в точке 2 трубопровода будет

где L - расстояние между точками 1, 2 установки акустического датчика.

На основании формул 1, 2 получаем, что расстояние X от точки 1 до места течи определяется по формуле

Для последующих операций используют генератор звука, который устанавливают на некотором расстоянии а от акустического датчика. С помощью генератора звука возбуждают звук в подземном трубопроводе. В результате по трубопроводу будет распространяться звук от течи Т и от генератора Г. Можно утверждать, что при этом амплитуда звука в точке установки акустического датчика будет равна сумме амплитуды звука течи А_т и амплитуды А_г звука, возбуждаемого генератором. Тогда амплитуда А_г определяется из соотношения:

где ∑А - суммарная амплитуда звуков течи и генератора.

Амплитуда звука А_Г1 в точке 1, расположенной на расстоянии а от генератора звука, будет

где α_г - коэффициент затухания звука, распространяющегося от генератора.

Амплитуда звука А_Г2 в точке 2, расположенной на расстоянии (а+L) от генератора звука, будет:

На основании формул 5, 6 получаем, что коэффициент α_г затухания звука, распространяющегося по трубопроводу от генератора, определяется из соотношения:

Измерения в точках 1, 2 производятся на одном и том же трубопроводе в одних и тех же условиях. Поэтому, можно утверждать, что параметры, от которых зависит степень затухания звука, не меняются за время измерений. В таком случае величина затухания звука α_т и величина затухания звука α_Г, распространяющегося от генератора, тождественны между собой. Подставив значения α_г=α_т из формулы 7 в формулу 3, получим

где A_Г=ΣA-A_T

Измерения производят в два этапа. Сначала измеряют амплитуду звука только от действия течи, затем включают генератор и измеряют амплитуду звука от совместного действия течи и генератора. Для последующих измерений акустический датчик переносят во второй смотровой колодец. Генератор звука остается в первом смотровом колодце. Затем выполняют операции, аналогичные операциям, выполняемым в первом смотровом колодце.

В устройстве используется акустический датчик, который обеспечивает усиление и формирование сигнала от действия звука в трубопроводе. Акустический датчик 3 устанавливают сначала в точке 1, а затем в точке 2 трубопровода 4 таким образом, чтобы течь 5 находилась между этими точками. На расстоянии а от точки 1 на трубопровод устанавливают генератор звука. Акустический датчик 3 с помощью переключателей 4, 5 может быть подключен к блоку 6 памяти амплитуды А_т звука течи или к блоку 7 памяти суммарной амплитуды ∑А звука от действия генератора и течи. Блоки 6, 7 имеют ячейки памяти, соответствующие сигналам, снимаемым с точек 1, 2 трубопровода.

Выходы блоков 6, 7 соединены с вычислителем 8 разности амплитуд сигналов, снимаемых с этих блоков. Выход вычислителя 8 соединен с первым входом блока 9 расчета функционала амплитуд сигналов звука течи и генератора, к второму входу которого подключен выход блока 6 памяти, амплитуды звука течи. К третьему входу блока 9 подключен формирователь 10 сигнала, пропорционального расстоянию L между точками 1, 2 установки акустического датчика. На входе блока 9 установлен индикатор 11 расстояния X до места течи. Блок 9 расчета функционала амплитуд сигналов звука течи и генератора содержит вычислитель 12 логарифма отношений амплитуд сигналов звука течи в точках 1, 2 трубопровода и вычислитель 13 логарифма отношений амплитуд сигналов от совместного действия генератора и течи, снимаемых с тех же точек 1, 2 подземного трубопровода. Выходы блоков 12, 13 подключены к двум входам блока 14, в котором происходит вычисление функции:

В блоке 16 происходит формирование сигнала, пропорционального расстоянию L между точками 1, 2 подземного трубопровода. В блоке 15 происходит перемножение сигналов, поступающих с блоков 14, 16, и вычисление расстояний до места течи по формуле 8.

Таким образом, для определения расстояния до места течи подземного трубопровода необходимо выполнить следующие операции:

- измерить расстояние L между точками установки акустического датчика;

- измерить амплитуду звука течи в точках установки акустического датчика;

- с помощью генератора звука искусственно возбудить звуковые колебания в подземном трубопроводе;

- измерить амплитуду звука от совместного действия течи и генератора звука;

- вычислить расстояние X до места течи по формуле 8.

Предлагаемое изобретение существенно упрощает конструкцию прибора для измерения расстояния до места течи и упрощает методику проведения соответствующих работ.

Изобретение относится к области испытательно-измерительной техники и направлено на упрощение определения расстояния до места течи подземного трубопровода, что обеспечивается за счет того, что с помощью акустического датчика измеряют амплитуду звука течи в двух точках подземного трубопровода. Затем искусственно возбуждают звуковые колебания и измеряют амплитуду звуковых колебаний от совместного действия генератора звука и звука течи в тех же точках подземного трубопровода. По величине амплитуд звука в двух точках подземного трубопровода и измеренному расстоянию между точками измерения определяют расстояние до места течи по формуле, определенной согласно изобретению. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения расстояния до места течи подземного трубопровода, включающий измерение расстояния между смотровыми колодцами участка подземного трубопровода, имеющего течь, установку акустического датчика на подземный трубопровод в каждом смотровом колодце, отличающийся тем, что измеряют амплитуду звука течи в каждом смотровом колодце, искусственно возбуждают звуковые колебания в подземном трубопроводе и измеряют их амплитуду в каждом смотровом колодце, по величине которых и по измеренному расстоянию между смотровыми колодцами определяют расстояние до места течи.

2. Способ определения расстояния до места течи подземного трубопровода по п.1, отличающийся тем, что расстояние X до места течи определяют по формуле:

где L - расстояние между точками установки акустического датчика на трубопроводе;
А_T - амплитуда звука течи;
А_B - амплитуда звука, искусственно возбуждаемая в трубопроводе.

3. Способ определения расстояния до места течи подземного трубопровода по п.2, отличающийся тем, что амплитуду звука А_B, искусственно возбуждаемую в трубопроводе, определяют из соотношения
,
где ∑А - амплитуда звука от совместного действия генератора звука и звука от действия течи.

4. Устройство для определения расстояния до места течи подземного трубопровода, содержащее генератор звука, акустический датчик, отличающиеся тем, что оно имеет блок памяти амплитуды сигналов звука течи и блок памяти амплитуды сигналов звука от совместного действия генератора звука и течи, подключенных к вычислителю разности амплитуд сигналов, снимаемых с этих блоков, соединенного с первым входом блока расчета функционала амплитуд сигналов звука течи и генератора, снимаемых с двух точек подземного трубопровода, к второму входу которого подключен блок памяти сигналов звука течи, к третьему входу подключен формирователь сигнала, пропорционального расстоянию между точками установки акустического датчика, а на выходе установлен индикатор расстояния до места течи.

5. Устройство для определения расстояния до места течи подземного трубопровода по п.4, отличающееся тем, что блок расчета функционала амплитуд сигналов звука и генератора содержит вычислитель логарифма отношений амплитуд сигналов, пропорциональных амплитудам звука течи, снимаемых с двух точек подземного трубопровода, и вычислитель логарифма отношений амплитуд сигналов, пропорциональных разности амплитуд сигналов от совместного действия генератора и течи, снимаемых с тех же точек подземного трубопровода, подключенных к вычислителю функции:
,
где А_т - амплитуда звука течи;
А_в - амплитуда звука от действия генератора в трубопроводе.