Способ определения расстояния до места течи подземного трубопровода и устройство для его реализации
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.
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;
АТ - амплитуда звука течи;
АВ - амплитуда звука, искусственно возбуждаемая генератором в трубопроводе.
Амплитуда АВ 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 АT - амплитуда звука течи;
АB - 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 АT1 в точке 1 трубопровода
где х - расстояние до места течи;
αT - коэффициент затухания звука, распространяющегося по трубопроводу от течи.
Амплитуда звука течи АT2 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 Ат и амплитуды Аг звука, возбуждаемого генератором. Тогда амплитуда Аг определяется из соотношения:
где ∑А - суммарная амплитуда звуков течи и генератора.
Амплитуда звука АГ1 в точке 1, расположенной на расстоянии а от генератора звука, будет
где αг - коэффициент затухания звука, распространяющегося от генератора.
Амплитуда звука АГ2 в точке 2, расположенной на расстоянии (а+L) от генератора звука, будет:
На основании формул 5, 6 получаем, что коэффициент αг 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 αт и величина затухания звука αГ, распространяющегося от генератора, тождественны между собой. Подставив значения αг=αт из формулы 7 в формулу 3, получим 
где AГ=ΣA-AT
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 Ат 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.
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;
АT - амплитуда звука течи;
АB - амплитуда звука, искусственно возбуждаемая в трубопроводе.
3. Способ определения расстояния до места течи подземного трубопровода по п.2, отличающийся тем, что амплитуду звука АB, 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 Ат - амплитуда звука течи;
Ав - амплитуда звука от действия генератора в трубопроводе.
