Способ обнаружения утечек в трубопроводах автоматизированной закрытой оросительной системы и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК F15D1/00 A01G25/16 E02B13/00 

со М

а 1221

f3L

.

S /

137

V гечек на всех участках, оросительной cf:TH. Лн гоматизированная закрытая opt;.; пй. и.-нля система, реализукйцая указанный способ, содержит напорный магистральный и поливной Т 7 и 8, магистральную задвижку А. Пульт управления снабжен сигнализатором утечки. Насосные агрегаты 1 снабжены блоками управления 2. ДМ 9 оснащены

1

Изобретение относится к мелиорации и может быть использовано при поливе сельскохозяйственных культур с помощью автоматизированной оросительной системы.

Целью изобретения является расщи- рение функциональных возможностей способа путем определения мест утечек, а также повышение надежности и экономичности работы автоматизи- роианной закрытой эросительиой смете мы

На фИ1. показан фрагмент трубо- прО1Ш1тиой Лети авп оматизированной закрытой оросигельной системы, пояс- н.чющий способ опр -Дс. ения мест, утечек; на фиг.: - устройстна об- (мр -жения утечек .ч трубопроводах ав- т,.)матизпроБ I iHOH закрытой ороситель- юй системь;; на фиг.З - функциональная схема блока задания режима, бло- 1 а iiporp- iMNiMcro упраь. теиия и. БМЧИС- -гительного ftjjoKa.

riocv vr. ганов;Т чия утечек п Сг;сг(-.че ycTasia вливают диагностический режим Работа на утечку, при котором выключают нее дождевальные машины (закрь:вают их задзшкки) . Коли честзо вклгоче пшх часосньж агрегатов определяется псдопотреблен ием сисге- rьj при установленуюм режикг, т.е. величиной утечки, ня ко-.пенсацию которой идет весь расход насосной станции. На фиг. 1 обозг ячены место а соединения выхода напорного коллектора насосной станции с магистральш гм трубопроводом, ;егч я б и н соединения магистрального и поливных трубопроводов, места 1 и д подключения дожде- вальнъгх машин (:трегткпг1и показаны на правления потоки).

14

блоками управления и связи 10. В систему введены блок задания режима 11, блок программного управления 12 и вычислительный блок 13. В местах соединения магистрального и поливных Т и на поливных Т перед задвижками ДМ установлены датчики давления 6. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Предположим, что на каждом участке труболроводной сети имеется утечка (Q, Q,..., Qp. Для данного фрагмента трубопроводной сети в установивщемся режиме можно составить линеаризованные уравнения баланса расходов в узлах и падений давления по гидравлическим линиям:

QO Q., + Q, Q3 + Q4i

Р - Р, РоГД, + (Qo - Q,) r,(L-l,); Р, - Р, (Qo - Q,)r,l, + (Qe - Q, Q)r,a, о - b)i (1) P4 - P, (Qo - Q, - Q,)r,l.,i PS - P (Qo - Q, - Q} Q)r,l, ,

20

35

40

где P.,..., Pj давления в точках

1-5;

Q ,,..., Q величины утечек на участках;

1

25

30

расстояния от узла, расположенного вьщ1е по потоку, до места утечки;

L - длина участка магистрального трубопровода между двумя поливными трубопроводами;

Гд - коэффициент гидрпвли- ческого сопротивления магистрального трубопровода;

1J, длина участка поливного трубопровода между двумя дождевальными маптнами или мелду дождевальной мащиной и местом соединения магистрального и поливного трубопроводов:

г. коэффициент гидравлического сопротивления поливного трубопровода;QQ - расход на выходе насосной станции.

Значения Р , . . . , Р и 0, измеряются, таким образом, в системе (1) имеется 8 неизвестных - Q.,..,, 1,,,., 1,т.е. система не определена.

При изменении производрггельности насосной станции, т.е. Q,,, получают перераспределение значений Q,,.., Q по участкам сети и давлений Р,,..., PJ в узлах.

QO Q , -ь Qi + Q; Q;;

р; - Г , Регд, + (Q, - д;)го а -ii)

f( - р; (Q; - Q ,)r,i, + iQ - Q: -р;)г, С1„- ц); U)

р; - РЗ Q o - Q . - Q:)r,i3.р; - Pi QO - Q; - Q ; - Q,)rei4,

где P, ,..., P - давления в точках a, ... ,q;

, j Q величины утечек на , участках; Q;, - расход на выходе насосной станции при втором режиме работы системы.

Таклм образом, после изменения производительности и повторных измерений в системах (I) и (2) имеется 10 уравнений и 12 ьсеизвостных - 1,,.,., 1,, Q,,...,Q, и Q ,..., Q;, т.е; число уравнений растет быстрее числа неизвестных.

Изменив производительность насос - ной станции еще два раза и составив уравнения, аналогичные (О и (2), получают полностью определенн то систему из 20 уравнений, содержа1Ц то 20 неизвестных, решив которую, находят значения 1,,..., 1, а также Q,,..,Q д. я различных общих подач в систему

QO.

В общем случае, если в закрытой оросительной системе имеется п участков, на каждом из которых возможна утечка, необходимо измерить расход на выходе насосной станции и давле- н ,т в узлах при п различных режимах насосной стлнции и решить систему п (п- 1) уряв;.с}1ий, содержащую п (п+1) неизвестных. При отсутствии утечки на учас.тке ее ве:1ичмна получается

0

2

(

0

5

5

„

0

Ь

0

5

1 14

рапной ну.тю, а расстоянр е от датчика давления, расположенного вьпие по потоку., до места утечки - длина участка.

Утечки в узлах трубопроводной сети оросительной системы, а также несколько утечек на участке этим способом не определяются .

Таким образом, после установления наличия утечек в закрытой оросительной системе для конкретной конфигура- 1щи трубопроводной сети и нескольких режимах работы насосной станции составляют систему уравнений, при решении которой вычисляют расстояния от датчиков давления, расположенных выше по потоку, до мест утечек. При этом для каждого режима работы насосной станции измеряют расход и давление на ее выходе, давления в местах соединения магистрального и поливных трубопроводов и на поливных трубопроводах перед задвижками выключенных дождевальных машин. Для измерений можно использовать любые датчики расхода и давления, например расходомеры типа ИР и тензометрические датчики давления.

При ламинарном течении жидкости и постоянном коэффициенте кинематической вязкости пщравлический трубопровод представляет линейньш резистор, где гидравлическое сопротивление является постоянной величиной. Таким образом, если пренебречь местными потерями сопротивления, падение давления на участке цепи определяется линейным уравнением

Р Q R,(3)

где Р - разность давления на участке,

Н/м;

Q - расход на участке, м/с; R - гидравлическое сопротивление,

Н с/м.

В системах уравнений баланса расходов для узлов и падения давлений для контуров (I) и (2) используется удельный коэффициент гидравличес-

Ri кого сопротивления г , где

Lj - длина участка, м.

Насосные агрегаты 1 (фиг.2) насосной станции автоматизированной закрытой оросительной системы снабжены блоками 2 управления, связанными с пультом 3 управления. На напорном коллекторе насосной станции установлена магистральная задвижка 4, датчики 5

513

и 6 соответственно расхода и давления связанные по выходам с входами пульта 3 управления. Датчики 6 давления установлены также в местах соединения магистрального 7 и поливных 8 трубо- проводов, а также на поливных трубопроводах перед задвижками дождевальных машин 9, Последние снабжены блоками 10 управления и связи, связанными с пультом 3 управления. В устрой- ство введены блок 11 задания режима, блок 12 программного управления и вычислительный блок 13, причем выходы датчиков 5 и 6 расхода и давления подключены к входам вычислитель- ного блока 13, выходы которого соединены с входами пульта 3. Последний по выходу обнаружения утечки посредством блока 12 программного управления связан с блоком 11 задания режи- ма и вычислительным блоком 13, а выходы блока 11 задания режима соединены с входами блоков 2 управления насосных агрегатов 1, блоков 10 связи дождевальных машин 9 и магистраль- ной задвижкой 4 насосной станции.

Вычислительный блок выполнен на /дакропроцессорах 14, связанным с блз- ком 15 синхронизации и посредством шины 16 данных, шины 17 адреса и ши- .ibi 18 управления к интерфейсными модулями 19 и 20. НнтерфейсньпЧ модуль 20 соединен с пультсм 3 управления. С первым интерфейсным модулем связан аналого-цифровой преобразователь 21, рходы которого соединены с датчиками 6 и 5 соответственно давления и расхода. В вычислительный блок 13 введены оперативное 22 и Пчсстоянное 23 запоминшощие устрилства. Блок 24 прерывания связан с бпоком 2 программного управления, являющегося набором прсгра -1мируемыу- таймеров 25, задающи в; еменные интервалы (например, между выдачей команд.ы Закрыть на ДОЖДР- Бальные машины и окончанием переходных процессоз).

Блок 11 - здания режима служит для выдачи управляющих команд на дождевальные машины 9, магистральную задвижку 4 и блоки 2 управления насосных агрегатов 1. Блок 11 управляется сигналами с блока пpoгpaм 4нoгo управления 12. В состав блока задани 1 i режима входят формирователи 26 им- пульсов и усилители 27.

Усту ойство работает следующим образом.

146

Сигнал с выхода обнаружения утечки пульта 3 управления запускает блок 12 программного управления, задающий программу работы устройства. По сигналу с блока 12 программного управления в блоке 1 1 задания ре;кима формируются команды на закрытие задвижек дождевальных машин 9, которые поступают на входы каналов управле«ия блоков 10 управления и связи. После окончания вращения переходных процессов и установления производительности насосной станции, соответствующей величине утечек, что осуществляется через блоки 2 управления по ко- мандам с пульта 3 управления, по сигналу с блока 12 программного управления и в вычислительный блок 13 заносятся значения давлений, измеренные датчиками 6, и расхода, измеренные датчиком 5. По окончании измерений с блока 11 задания режима на магистральную задвижку 4 и блоки 2 управления подаются команды об изменении производительности насосной станции.

Программа задания режимов зависит от соотношения величины утечек и общей максимальной подачи агрегатов насосной станции, а также числа требуемых режимов насосной станции, т.е участков трубопроводной сети, на которых определяются утечки.

Так, при малоразветвланной трубопроводной сети нужное количество ре- ЖИГ-1ОВ возможно обеспечить только при помощи управления магистральной задвижкой 4. При разветвленной сети и (или) большой величине утечек требуемое количество режимов обеспечияает - ся воздействием на насосные агрегаты 1 через блоки 2 управления, например, Включить (выключить) насосный агрегат, Открывать (закрывать) задвижку насосного агрегата, Увеличить (; 1еньп1ить) частоту враа,ения двигателя, а также воздействием на ма- гистральную за 1В1пкку 4 Закрывать, открывать),

После измеке чич режима по сигналу с блока 1/ программного управления Б Bi.i iU ..чтельный блок 13 поступает внса.ь измеренные величины расхода и i/,a - лрчий,

Процесс изменения режима и измерений производится аналогичтт образом заданное число раз, количество измерений определяется по к онфигураиии трубопроводной сети. Посае jTcro по

-71372

сигналу с блока 12 пpoгpaм иoгo управления в вычислительном блоке 13 дпя каждого учж жа трубопроводной сети вычисляется расстояние от дятчикл пар-, ления, расположенио)ч ) вьцие по потоку, до места утечки, выгоцятся на индикаторы пульта 3 угфавпения, Вычислительный блок может быть вьто.п- нен в виде аналоговой вычислитель юй ш машины или ttixpo-ЭВМ,

Предлагаемое устройство н способ позволяют повысить надежность и экономичность из-за своевременного обна- ружения мест утечек, что ведет к эко- 15 номии поливной воды, предотврап5ению размыва почвы, увеличению срока службы напорных трубопроводов и уме.ньшр. нию затрат на их ремо)1т.

20 Формула изобретения

1,Способ обнаружения утечек в трубопроводах лвтоматизированной закрытой оросительно; системы, включающий измерение расходов работающих дождевальных машин и оросительной системы и установление наличия утечки при расхождении указанных расходов, о т - личающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа г;утрм опре;1еленяя мест утечек, после устяловления наличия утечки вык:тюча1{1Т дождевальные машины и при различных производитель- костях HacocHOvi станции измеряют расход и давлерше нп ее выходе, давоче- ние в местах соединения магистрально го и поливнмк трубопроводов и li поливных трубопроводных ;еред задшгхк.и- ми дождевальных машин, а затем по уравнениям баланса расходов в узлах системы и баланс т иадеттий даплсний

,

5

0

5

0

5

0

148

п(1 гидравличрским литтиям трубопроводной сети опреде.пяют координаты места утечек.

г, г