Способ и устройство для ультразвукового определения местоположения утечки

 

Для ультразвукового контроля местоположения утечки в различных местах вдоль измерительного участка измеряют уровни звука, вызванного утечкой. На измерительном участке определяют частичные участки с единым затуханием. Для определения местоположения утечки используют полосовую диаграмму уровней звука, в которой каждая из линий построена в пределах отрезка, длина которого определена произведением длины и затухания соответствующего частичного участка. Координату ее определяют умножением расстояния от начала частичного участка до соответствующего места измерения на коэффициент затухания. Местоположение утечки определяют делением значения координаты точки пересечения прямых, проведенных через конечные точки линий на диаграмме уровней звука на коэффициент затухания соответствующего частичного участка. Технический результат - повышение точности определения местоположения утечки. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу для ультразвукового определения местоположения утечки, при котором измеренные в различных местах измерения вдоль измерительного участка уровни ультразвука представляют на диаграмме в виде полос и, при котором определяют точку пересечения двух 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 вида известны из европейского патента EP-C-0 140 174, в частности, из фиг. 5 и из проспекта "Акустическая система контроля течи" ("ALUS Akustisches Leck- Uberwachungssystem"), номер заказа A19100-U653-A212, 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 E₀. 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,O в месте x_i акустического преобразователя возникает путем наложения шума утечки и рабочего шума согласно следующей формулы: E_L,0= (E²₀+E²_L)^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 установки согласно E²_L = E²_L,0. (2) Нетто-уровни шумов E²_L 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.

Предшествующий способ определения местоположения течи предполагает постоянное затухание звука вдоль соответствующего измерительного участка. Местные отличия компенсируют расчетным путем с помощью специальной калибровки при начале применения способа на установке. Практика однако показывает, что при применении способа, например, в первичном контуре ядерной электростанции появляются очень большие различия в коэффициентах затухания между трубопроводами и отдельными компонентами установки (фланцы, насосы, парогенераторы и т. д.). Эти коэффициенты затухания могут отличаться между собой в 10 и более раз. Следовательно, при определении местоположения работают с усредненным и тем самым локально неправильным коэффициентом затухания, что неизбежно приводит к неправильному определению течи. Ошибочное определение местоположения получается в частности тогда, когда вблизи этого места отмечается большое отличие затухания на небольшом отрезке пути.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение является задача повышения точности определения местоположения утечки.

Технический результат достигается тем, что в способе ультразвукового контроля местоположения утечки, при котором в различных местах вдоль измерительного участка измеряют уровни звука, вызванного утечкой, а местоположение утечки определяют по месту пересечения наклонных прямых, проведенных через конечные точки линий на диаграмме уровней звука, на измерительном участке определяют частичные участки с единым затуханием, а для определения местоположения утечки используют полосовую диаграмму уровней звука, в которой каждая из линий, соответствующая измеренному уровню звука, построена в пределах отрезка, длина которого определена произведением длины и затухания соответствующего частичного участка, причем ее координату определяют умножением расстояния от начала частичного участка до соответствующего места измерения на коэффициент затухания, а длина, соответствующая прологарифмированному уровню звука является длиной линии, при этом действительное местоположение утечки определяют делением значения координаты точки пересечения упомянутых прямых на коэффициент затухания соответствующего частичного участка.

Местоположение утечки можно индицировать, например, на экране или регистрировать самописцем. А в устройстве для ультразвукового положения утечки, содержащем множество расположенных вдоль измерительного участка ультразвуковых приемников, выходы которых через усилитель и фильтры 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, в качестве устройства обработки данных использована вычислительная машина, выполненная с возможностью формирования полосовой диаграммы уровней звука, в которой каждая из линий, соответствующая измеренному уровню звука, построена в пределах отрезка, длина которого определена произведением длины и затухания соответствующего частичного участка, причем ее координату определяют умножением расстояния от начала частичного участка до соответствующего места измерения на коэффициент затухания, а длина, соответствующая прологарифмированному уровню звука является длиной линии, и определения действительного местоположения утечки делением значения координаты точки пересечения упомянутых прямых на коэффициент затухания соответствующего частичного участка. В пределах частичных участков с одинаковым затуханием расположены, по меньшей мере два ультразвуковых приемника.

Примеры выполнения изобретения поясняются ниже более подробно с помощью двух фигур, на которых показано: фиг. 1 - диаграмма в виде полос для разъяснения постановки проблемы, на которой представлены логарифмические RMS-значения различных чувствительных элементов вдоль контролируемого участка в зависимости от отдельных положений измерения x_i; и фиг. 2 - диаграмма в виде полос, характеризующих указанные значения, построенных в пределах отрезка, длина которого определена произведением длины и затухания соответствующего частичного участка.

При рассмотрении фиг. 1 для простоты исходят из того, что ультразвуковые приемники расположены вдоль контролируемого участка на находящейся под давлением установке (например, первичном контуре ядерной электростанции) только в четырех положениях измерения или точках измерения x₁, x₂, x₃ и x₄. Таким образом контролируемый или измерительный участок, который проходит от 0 до x₄, разделен на отрезки I, II и III. На практике однако контролируют, например, порядка 30 - 40 таких положений измерения. В данном случае нанесены логарифмированные уровни звука E²_L в виде полосы для каждого положения измерения x_i. Если использовать множество близко расположенных чувствительных элементов, то получают две встречные кривые K1 и K2, которые пересекаются в точке действительного места течи x_L. При этом кривая K1 является прямой. Кривая K2 имеет изгиб; при этом предполагалось, что в ходе пути между положениями измерения x₁ и x₃ находится частичный участок или отрезок B с единым большим затуханием α₂. В противоположность этому на обоих отрезках A и C имеет место сравнительно меньшее затухание α₁ или соответственно α₃. Положения измерения x₁ и x₂ лежат на отрезке A, а положения измерения x₃ и x₄ лежат на отрезке C. Границы отрезка B обозначены x_A и x_C. В практическом случае имеет место множество отрезков A, B, ... с различными коэффициентами затухания α₁,α₂... В обычном способе для определения местоположения утечки известным образом через имеющиеся конечные точки отдельных полос в положениях измерения x_i проводят уравнивающие прямые противоположного наклона. Это возможно без всяких проблем в положениях измерения x₁ и x₂. При этом получают прямую K1. Можно также провести прямую через концы полос в положениях измерения x₃ и x₄. Это показано штрихованной линией. Тогда конечно получают точку пересечения S_F, которая ведет к неправильному месту течи x_F. Расстояние между действительным местом течи x_L и неправильно определенным местом течи x_F может быть значительным. Эта точка пересечения S_F могла бы лежать - вместо отрезка II - в расположенном рядом слева отрезке I.

Такая ошибка действительно время от времени имеет место на практике. Это должно в значительной степени исключаться настоящим изобретением. Как это происходит, представлено в принципе на фиг. 2. Способ особенно хорошо зарекомендовал себя в случае, когда вносящие затухание звука компоненты расположены в области между двух чувствительных элементов, в частности, также тогда, когда эти вносящие затухание звука компоненты расположены вблизи течи.

Согласно настоящему изобретению контролируемый или измерительный участок, который проходит от 0 до x₄, разделен на отрезки или частичные участки A, B, C (сравни фиг. 2), каждый из которых имеет единое затухание и таким образом определенный коэффициент затухания α₁,α₂ или соответственно α₃. Каждому из этих частичных участков A, B, C теперь согласно фиг. 2 ставят в соответствие эффективный частичный отрезок на эффективной оси координаты места x. Эффективные частичные отрезки α₁A,α₂B,α₃C получают соответственно умножением частичных участков A, B, C на соответствующие коэффициенты затухания α₁,α₂ или соответственно α₃. Их наносят с учетом величины вдоль X.

После этого определяют эффективные координаты места или эффективные положения измерения x₁, x₂, x₃ и x₄. Эти эффективные координаты места x₁, ... x₄ получаются из координат места x₁, ... x₄ точек измерения путем учета соответствующих коэффициентов затухания.

Тогда для отрезка A в общем справедливо: x = α₁·x. Для отрезка B справедливо: x = x_A+α₂·(x-x_A); и для отрезка C справедливо: x = x_C+α₃·(x-x_C). Эффективные координаты места x₁, x₂, x₃ и x₄ для четырех ультразвуковых чувствительных элементов нанесены на фиг. 2.

Теперь строят диаграмму в виде полос. Для этого над эффективными координатами места x₁, x₂, x₃ и x₄ соответственно логарифмически наносят измеренные нетто-уровни звука E²_L (в дБ).

После этого через конечные точки полос могут быть проведены две наклоненные друг против друга уравнивающие прямые G1 и G2. Затем определяют точку пересечения P этих обеих прямых G1 и G2. Ее эффективная координата места x_L характеризует истинное место течи x_L. Последнее определяют путем обратного вычисления согласно уравнению x_L= x_L/α₁. Эти вычисления целесообразно производить с помощью вычислительной машины. Место течи x_L может быть показано на экране или регистрироваться самописцем.

Формула изобретения

1. Способ для ультразвукового определения местоположения утечки, при котором в различных местах вдоль измерительного участка измеряют уровни звука, вызванного утечкой, а местоположение утечки определяют по месту пересечения наклонных прямых, проведенных через конечные точки линий на диаграмме уровней звука, отличающийся тем, что на измерительном участке определяют частичные участки с единым затуханием, а для определения местоположения утечки используют полосовую диаграмму уровней звука, в которой каждая из линий, соответствующая измеренному уровню звука, построена в пределах отрезка, длина которого определена произведением длины и затухания соответствующего частичного участка, причем ее координату определяют умножением расстояния от начала частичного участка до соответствующего места измерения на коэффициент затухания, а длина, соответствующая прологарифмированному уровню звука, является длиной линии, при этом действительное местоположение утечки определяют делением значения координаты точки пересечения упомянутых прямых на коэффициент затухания соответствующего частичного участка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что местоположение утечки индуцируют, например, на экране или регистрируют самописцем.

3. Устройство для ультразвукового определения местоположения утечки, содержащее множество расположенных вдоль измерительного участка ультразвуковых приемников, выходы которых через усилитель и фильтры 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, отличающееся тем, что в качестве устройства обработки данных использована вычислительная машина, выполненная с возможностью формирования полосовой диаграммы уровней звука, в которой каждая из линий, соответствующая измеренному уровню звука, построена в пределах отрезка, длина которого определена произведением длины и затухания соответствующего частичного участка, причем ее координату определяют умножением расстояния от начала частичного участка до соответствующего места измерения на коэффициент затухания, а длина, соответствующая прологарифмированному уровню звука, является длиной линии, и определения действительного местоположения утечки делением значения координаты точки пересечения упомянутых прямых на коэффициент затухания соответствующего частичного участка.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в пределах частичных участков с одинаковым затуханием расположены по меньшей мере два ультразвуковых приемника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2