УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ТЕЧИ В ТРУБОПРОВОДЕ

Устройство для определения места течи в трубопроводе
Полезная модель относится к устройствам определения места утечки ЖИДКОСТИ ИЛИ газа в трубопроводах и предназначено для определения координат течи в труднодоступных местах газопроводов и нефтепроводов.
Известно устройство для обнаружения отверстия в трубе из патента Японии № 4-184133, согласно которому устройство, реализующее этот способ, содержит два тракта, каждый из последовательно соединенного акустического датчика, усилителя, дисплея.
Недостатками устройства аналога является недостаточная точность определения места течи, а также невозможность установки второго датчика в недоступных местах.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему предложению является патент США №5.058.419 на аппаратуру для определения местоположения источника звука. Устройство прототип, содержит два приёмных тракта, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический датчик, усилитель, фильтр, аналого-пифровой преобразователь, также содержит персональный компьютер, первый и второй входы которого соединены с выходами аналогоцифровых преобразователей первого и второго трактов.
Недостатками устройства-прототипа являются, во-первых, необходимость выполнять прием сигналов в двух удаленных точках, что связано с необходимостью создания специальных электрических коммуникаций, во-вторых, расчет скорости звука по трубе не может быть точен из-за различного закрепления трубы по трассе, в-третьих, не обеспечивается возможность определения места течи в недоступных для наблюдения местах.
Задачей полезной модели является обеспечение определения места течи из ОДНОЙ ТОЧКИ на трассе трубопровода.
GO 1М 3/24
Техническим результатом полезной модели является упрощение устройства для определения места течи за счет отсутствия необходимости выполнять измерения в двух точках, разнесенных на значительное расстояние и связанных между собой либо кабелем, либо другим средством передачи информации. Кроме того, вторая точка измерений не всегда бывает доступной, то есть появляется возможность определять координаты течи в недоступных для наблюдения местах.
Устройство содержит два тракта, каждый из последовательно соединенных акустических датчиков, усилителей, фильтров, аналогоцифрового преобразователя. Причем, один из акустических датчиков имеет акустический контакт с трубопроводом и акустически экранирован от акустических волн в окружающей среде, а второй акустический датчик расположен вне трубопровода для приема акустических волн только в окружающей среде и экранирован от волн распространяющихся в трубопроводе. В устройство введен последовательно соединенный анализатор взаимного спектра, первый и второй входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, блок вычисления расстояния и скорости распространения групповых волн в трубопроводе, индикатор, также введен блок памяти скорости распространения акустических волн в оболочке трубопровода и в окружающей среде, вход которого соединен со вторым входом блока вычисления расстояния и скорости распространения групповых волн в трубопроводе, а выход - с третьим входом блока вычисления расстояния. Также введен источник искусственного сигнала. Также введен блок управления, синхровходы и синхровыходы которого соединены с цифровыми блоками.
Полезная модель поясняется фиг.1, на которой приведена блок-схема устройства для определения места течи в трубопроводе.
Устройство имеет два тракта, содержащих каждый последовательно соединенные акустические датчики 1.1 и 1.2, усилители 2.1 и 2.2, фильтры 3.1 и 3.2, аналого-цифровые преобразователи 4.1 и 4.2. Далее присутствуют последовательно соединенные анализатор взаимного спектра 5, первый и второй входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей 4.1 и
4.2, блок 6 определения расстояния и скорости распространения групповых волн в трубопроводе, индикатор 7. Также имеется блок 8 памяти скоростей распространения групповых волн в трубопроводе и в окружающей трубопровод среде, вход которого соединен со вторым выходом блока 6, а выход соединен со вторым входом блока определения расстояния 6. Блок 9 управления имеет синхровходы и синхровыходы, соединенные с блоками 4.1 и 4.2, блоками 5, 6, 8, 7. Также имеется источник искусственного сигнала 10.
Работа устройства для определения места течи в трубопроводе осуществляется следующим способом. Групповую скорость распространения акустического сигнала по трубе определяют экспериментально. Для этого на известном расстоянии RO от точки расположения акустических датчиков создают искусственное акустическое возбуждение в трубе и в среде с частотами, лежащими в диапазоне от „ до fa фильтров. Сигналы искусственного шумоизлучения принимают первым и вторым акустическими датчиками 1.1 и 1.2, первым- акустически изолированным от щума в среде, и вторым- принимающим шум в среде. С помощью фильтров 3.1 и 3.2 производят фильтрацию принятых сигналов искусственного шумоизлучения
Фильтры выбраны так, чтобы обеспечить выделение шума струи из некоторого минимального повреждения, например, с диаметром П  . Максимум щума струи течи, вырывающейся из трубопровода наблюдается при числе Струхаля
СА    0,275 ,(1)
где / - частота в Гц, U - скорость истечения струи м/с. Основная энергия шумоизлучения струи сосредоточена в диапазоне oi JD  0,21 до -  0,3
А.Г .Мунин, М.А. Щепочкин. Спектр звуковой мощности дозвуковой струи. Акуст журнал, том .XVIII, 1972, вып. 2, с.292 - 298.
СЖ{ У
Следовательно, нижнюю границу фильтра можно выбрать ,21-, а
верхнюю границу фильтра / 0,3-.
Усиливают нринятые датчиками 1.1 и 1.2 отфильтрованные сигналы с помощью усилителей 3.1 и 3.2, преобразуют их в цифровые сигналы с помощью АЦП 4.1 и 4.2. Определяют взаимный спектр этих сигналов
GM  G,(f} (,-iSin2nftJ,(2)
где Go(f) - энергетический спектр искусственного шума на единичном расстоянии; i- - время задержки искусственного сигнала в среде, относительно сигнала, распространяющегося по трубе. Время задержки определяют по частотам нулевых значений действи-тельной или мнимой частей взаимного спектра или в виде
1ImfG,,/)
где Im, Re - символы мнимой и действительной частей. Определяют скорость распространения групповых волн, распространяющихся по трубопроводу. Учитывая, что время задержки между искусственно созданными сигналами:
. ,(4)
-шр
где, Стр, ССР - соответственно скорости распространения акустических волн по трубопроводу и в окружающей среде. По алгоритму представленному выражениями (2),(3),(4) и при известных значениях RO, 1з и Сер находят
С (5)
г- о
OJ
что и осуществляется в блоке вычисления расстояния 6. Прекращают излучение искусственного сигнала, ведут наблюдение за, сигналами принятыми датчиками 1.1 и 1 2 и при появлении сигналов течи.
производят процедуры дискретизации, фильтрации, усиления, и взаимоспектральпой обработки сигналов шума течи.
Определяют время задержки по частотам нулевых значений действительной или мнимой частей взаимного спектра или в виде
J,,,(/a
,.,;{ ,(6) ,(/)
где Im, Re - символы мнимой и действительной частей. Находят расстояние г до места течи по времени задержки 1з между акустическими сигналами распространяющимися по трубе и в среде, в виде
Г -С
r  t,   .(7)
Г -С
тр ср
Взаимоспектральный анализ осуществляется в блоке 5. Определение расстояния г выполняется в блоке 6 по алгоритму примененному первоначально к искусственному сигналу. Данные о С и С заносятся в блок памяти 8.
Результаты измерений значения г выводятся на индикатор 7. Блок управления 9 обеспечивает синхронизацию работы устройства.
Построение блоков устройства известно из практики. Экранирование акустических датчиков известно, например, из книги В.Е. Глазанов. Экранирование гидроакустических антенн. -Л.: судостроение, 1986. - 148 с.
В качестве искусственного источника может быть использован электродинамический источник вибрации (смотрите, например, В. Е. Гольский. Виброакустика автомобиля. - М. Машиностроение, 1988. - с. 73) или молоточковый излучатель - стандартный источник вибраций (ГОСТ 15116 -79, стандарт ИСО 140).
Таким образом, устройство реализует требуемый технический результат.
oi/of yyФОРМУЛА