本發(fā)明涉及管網(wǎng)系統(tǒng)漏損檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

管道泄漏是管道輸送液體過(guò)程中一種普遍存在的現(xiàn)象，造成大量的資源損失、能量浪費(fèi)和環(huán)境污染。管道漏損檢測(cè)主要研究管道輸水工程、輸配水管網(wǎng)、城市排水管網(wǎng)中泄漏預(yù)警、監(jiān)測(cè)和快速準(zhǔn)確定位的理論和方法，以及控制和降低管道泄漏損失或者產(chǎn)銷(xiāo)差的相關(guān)技術(shù)，為供排水管道的管理維護(hù)、高效穩(wěn)定運(yùn)行提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。它是當(dāng)前節(jié)水型社會(huì)建設(shè)的一個(gè)熱點(diǎn)需求，具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。一直以來(lái)泄漏問(wèn)題是油氣輸運(yùn)、城鎮(zhèn)市政給排水領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)，近年我國(guó)興建了大量的長(zhǎng)距離調(diào)水工程，尤其調(diào)水工程二期、三期的配套輸配水管網(wǎng)工程、農(nóng)村安全飲水工程干支管網(wǎng)、大型灌區(qū)管網(wǎng)工程等，都迫切需要相應(yīng)的泄漏監(jiān)測(cè)裝置和控制理論方法進(jìn)行技術(shù)支撐。

國(guó)內(nèi)外都重視管道、管網(wǎng)漏失問(wèn)題，多年積累的泄漏檢測(cè)技術(shù)大體上可分為直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法兩大類(lèi)。前者主要是從監(jiān)測(cè)和預(yù)警的角度研究，后者可歸結(jié)于基于傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、仿真軟件為一體的檢測(cè)方法。水力瞬變檢測(cè)法是國(guó)內(nèi)外管道泄漏檢測(cè)準(zhǔn)確性、可靠性較高的一種方法，因?yàn)樵谒沧儣l件下，即使微小的泄漏，管道的水壓波形也存在著明顯差別，與其它方法(如壓力梯度法、負(fù)壓波法等)相比，這一特點(diǎn)可以更準(zhǔn)確的檢測(cè)出泄漏和更好的確定泄漏發(fā)生位置。

常見(jiàn)管道輸水系統(tǒng)的典型布置一般包括以下幾種：

(1)泵站到管道，再到調(diào)節(jié)池(或者出水池、調(diào)壓井、水庫(kù))，然后在調(diào)節(jié)池后接明渠或者管道，如引黃入晉輸水工程，南水北調(diào)中線北京段有壓管涵輸水；

(2)調(diào)節(jié)池到管涵，再到調(diào)節(jié)池(或者保水堰)，然后在調(diào)節(jié)池后接明渠或者管涵，如南水北調(diào)中線天津段有壓管涵輸水系統(tǒng)；

(3)調(diào)節(jié)池(泵站)到管網(wǎng)，然后管網(wǎng)后接用戶(hù)，如一般的市政供水系統(tǒng)。

上述管道輸水系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)模型可歸納為：水庫(kù)(調(diào)節(jié)池、泵站)到管道，再到閥門(mén)，這是目前國(guó)際上研究較多的概化物理模型，如圖1所示。雖然現(xiàn)有水力瞬變泄漏檢測(cè)法有很多優(yōu)點(diǎn)，但卻存在以下問(wèn)題：

(1)現(xiàn)有針對(duì)輸水系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)一般檢測(cè)精度不太高?，F(xiàn)代輸水系統(tǒng)管道口徑一般較大，從安全運(yùn)行考慮，一般是中、低壓，如正在建設(shè)的南水北調(diào)中線南干渠工程，單管直徑4.7m，設(shè)計(jì)采用低壓管涵自流輸水方式；這種實(shí)際概況與目前水力瞬變泄漏檢測(cè)方法需要的條件不符，因?yàn)楣艿缐毫υ降?，泄漏等引起的瞬變壓力波就越不容易捕獲，實(shí)測(cè)信號(hào)信噪比越低，尤其是當(dāng)泄漏孔的直徑較小時(shí)，由于泄漏量較小，真實(shí)信號(hào)常被掩蓋在干擾信號(hào)下(比如環(huán)境噪聲等)，致使現(xiàn)有的水力瞬變泄漏檢測(cè)法失效。

(2)現(xiàn)有泄漏檢測(cè)方法和裝置無(wú)法多對(duì)泄漏孔的情況進(jìn)行檢測(cè)。由于泄漏點(diǎn)的辨識(shí)和定位方法一般都是針對(duì)某一處泄漏的檢測(cè)，而實(shí)際輸水系統(tǒng)或者市政管網(wǎng)受壓力調(diào)控，當(dāng)局部管段壓力過(guò)高或者受磨蝕、磨損、震動(dòng)等影響，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩處甚至多處同時(shí)泄漏，這種情況一般的恒定流檢測(cè)方法常常失效，且兩處泄漏所引起的瞬變水擊波的衰減和畸變規(guī)律又跟單孔泄漏大不相同，所以只針對(duì)一處泄漏的檢測(cè)方案不再適用。

(3)目前國(guó)內(nèi)外研究提出的泄漏瞬變檢測(cè)法利用管道末端閥門(mén)迅速全關(guān)或全開(kāi)產(chǎn)生流量脈沖或等幅正弦周期擾動(dòng)、方波擾動(dòng)，管道承受的水擊壓較大，不符合設(shè)計(jì)、要求，尋求一種新的類(lèi)似閥門(mén)關(guān)閉產(chǎn)生瞬變流效果的激勵(lì)方式有待突破。尤其是大型管道工程，一般采用緩慢的閥門(mén)啟閉速度，以減小管道承受的水擊壓力，或者防止管道因瞬時(shí)壓力過(guò)低發(fā)生液體汽化現(xiàn)象，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。

綜上所述，亟需一種針對(duì)多點(diǎn)泄漏、小泄漏孔的泄漏監(jiān)測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)泄漏、小泄漏孔的精確測(cè)量，且不受限于實(shí)際設(shè)計(jì)、運(yùn)行要求，能夠廣泛應(yīng)用，可靠性高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)一種針對(duì)多點(diǎn)泄漏、小泄漏孔的泄漏監(jiān)測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)泄漏、小泄漏孔的精確測(cè)量，且不受限于實(shí)際設(shè)計(jì)、運(yùn)行要求，能夠廣泛應(yīng)用，安全性和可靠性高的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)管道承壓能力，在被檢測(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)的管道末端安裝瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，在管道末端靠近端瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備處安裝單點(diǎn)壓力傳感單元，監(jiān)測(cè)管道上游已知壓力位置與瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備之間的微小泄漏點(diǎn)；

步驟2、啟用瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，產(chǎn)生短時(shí)激勵(lì)信號(hào)，單點(diǎn)壓力傳感單元同步采集瞬變壓力信號(hào)；

步驟3、分析瞬變壓力信號(hào)，對(duì)信號(hào)的首相壓力波的壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值進(jìn)行解析；

步驟4、根據(jù)首相壓力波的壓力突變點(diǎn)的個(gè)數(shù)，辨識(shí)泄漏點(diǎn)個(gè)數(shù)；依據(jù)每個(gè)壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值計(jì)算每個(gè)泄漏點(diǎn)位置和泄漏參數(shù)。

在上述方法中，每個(gè)泄漏點(diǎn)位置確定公式為：tx-t0＝2x/a；

其中，t0為瞬變產(chǎn)生的時(shí)刻；tx為壓力波經(jīng)泄漏點(diǎn)反射回激勵(lì)位置的時(shí)間；x為是各泄漏點(diǎn)到下游激勵(lì)位置的距離；a為水擊波速。

在上述方法中，泄漏參數(shù)的確定公式為：

其中，h1–h0為第一個(gè)升壓波壓力波峰與初始恒定壓力的差值，h0為初始時(shí)刻該點(diǎn)的壓力值；h1–h2為第一個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；h2–h3為第二個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；h3–h4為第三個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；hn–hn+1為第n個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；(cdag)1為第一個(gè)泄漏孔的大小；(cdag)2為第二個(gè)泄漏孔的大??；(cdag)3為第三個(gè)泄漏孔的大??；(cdag)n為第n個(gè)泄漏孔的大??；

a為水擊波速，g為重力加速度；a為管道過(guò)流面積。

本發(fā)名還提供了一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)裝置，包括：

瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，安裝在被檢測(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)管道末端，用于產(chǎn)生短時(shí)激勵(lì)信號(hào)；

單點(diǎn)壓力傳感單元，設(shè)置在管道末端靠近端瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備處，同步實(shí)時(shí)采集瞬變壓力信號(hào)；

數(shù)據(jù)分析計(jì)算單元，接收所述單點(diǎn)壓力傳感單元同步實(shí)時(shí)采集瞬變壓力信號(hào)；分析瞬變壓力信號(hào)，解析瞬變壓力信號(hào)的首相壓力波的壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值，并根據(jù)首相壓力波的壓力突變點(diǎn)的個(gè)數(shù)，辨識(shí)泄漏點(diǎn)個(gè)數(shù)，依據(jù)每個(gè)壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值計(jì)算每個(gè)泄漏點(diǎn)位置和泄漏參數(shù)。

在上述裝置中，

所述瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備為低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器或者末端激勵(lì)閥門(mén)；

所述單點(diǎn)壓力傳感單元采用高精度壓阻式壓力傳感器。

在上述裝置中，所述低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器包括：

蓄能器空氣罐，用于儲(chǔ)存壓縮空氣和水體；

磁致伸縮式液位計(jì)，設(shè)置在所述蓄能器空氣罐上，用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述蓄能器空氣罐內(nèi)水位降落幅度和速度；

壓力表，設(shè)置在所述蓄能器空氣罐頂部，用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述蓄能器空氣罐空氣的壓力值；

出水管，一端與所述蓄能器空氣罐底部連接，另一端通過(guò)一個(gè)控制球閥與管網(wǎng)系統(tǒng)末端管道連接，通過(guò)快速開(kāi)或關(guān)所述控制球閥為管網(wǎng)系統(tǒng)提供較高壓的水體，并產(chǎn)生低強(qiáng)度瞬變流。

在上述裝置中，所述磁致伸縮式液位計(jì)包括浮球、導(dǎo)桿和壓力顯示單元；

所述浮球套裝在由一定的磁致伸縮物質(zhì)構(gòu)成的所述導(dǎo)桿上，豎直設(shè)置在所述蓄能器空氣罐內(nèi)部；

所述導(dǎo)桿下端固定在所述蓄能器空氣罐底部，上端穿出所述蓄能器空氣罐與所述壓力顯示單元固定連接；

水位上升或下降時(shí)，所述浮球隨其做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電磁脈沖，電磁脈沖沿所述導(dǎo)桿的波導(dǎo)絲傳到所述壓力顯示單元，所述壓力顯示單元根據(jù)電磁脈沖時(shí)間差計(jì)算液位值，并顯示。

在上述裝置中，所述由空氣蓄能器和壓力罐組成；

所述空氣蓄能器頂部設(shè)置所述壓力表，底部通過(guò)法蘭連接所述壓力罐頂部；

所述壓力罐上設(shè)有所述磁致伸縮式液位計(jì)，所述磁致伸縮式液位計(jì)的導(dǎo)桿豎直設(shè)置在所述壓力罐內(nèi)部，所述導(dǎo)桿下端固定在所述壓力罐底部，上端穿出所述壓力罐與所述磁致伸縮式液位計(jì)的壓力顯示單元固定連接。

在上述裝置中，包括以下關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)：

蓄能器空氣罐整體高度h0；

蓄能器空氣罐的直徑dv；

蓄能器空氣罐初始內(nèi)部水位高度h；

出水管長(zhǎng)度l0及直徑d0，反映到綜合流量系數(shù)為cdag。

在上述裝置中，所述關(guān)鍵參數(shù)的最佳取值范圍為：h0＝1.1-1.3m；dv＝300-500mm，h＝0.9-1.1m；d0＝5-8mm；l0＝1.0-1.5m。

本發(fā)明利用瞬變水擊的第一個(gè)壓力波的衰減和畸變規(guī)律跟單孔泄漏不同，進(jìn)行多點(diǎn)、微小泄漏的辨識(shí)，簡(jiǎn)單有效，定位公式也較其他方法易于理解；定位時(shí)僅需要關(guān)心壓力波第一次反射到管道末端處的信號(hào)，對(duì)于管道內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理及其后的衰減過(guò)程并不要求了解，因此只需在閥門(mén)處設(shè)置一個(gè)壓力傳感裝置，需要采集的數(shù)據(jù)量??；同時(shí)本發(fā)明是基于瞬變流水擊波分析，因此檢測(cè)信號(hào)相對(duì)恒定流情況有所放大，且信噪比高，能克服傳統(tǒng)方法對(duì)于微小緩慢泄漏不能快速檢出的不足，而且避免了全時(shí)段上瞬變過(guò)程的模擬，無(wú)需模擬管道非恒定摩阻。

附圖說(shuō)明

圖1為目前管道輸水系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)模型示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)裝置的布置示意圖；

圖3為本發(fā)明中低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器為分體式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)方法的流程圖；

圖6為瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備關(guān)閉后為瞬態(tài)壓力波的傳播特征線；

圖7為不同泄漏參數(shù)(多點(diǎn)泄漏)時(shí)，瞬變水擊第一個(gè)壓力波衰減形態(tài)示意圖；

圖8為無(wú)泄漏工況時(shí)壓力傳感單元測(cè)量的壓力波形態(tài)圖；

圖9為有兩個(gè)泄漏孔泄漏工況時(shí)壓力傳感單元測(cè)量的壓力波形態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明應(yīng)用于管道輸水系統(tǒng)(包括長(zhǎng)距離管道輸水、市政供水管道)小泄漏孔、多點(diǎn)泄漏檢測(cè)的方案，僅依靠少量傳感信息便能快速準(zhǔn)確定位管道輸水工程、輸配水管道發(fā)生多點(diǎn)泄漏的技術(shù)，尤其適用于多點(diǎn)且是微小泄漏孔的復(fù)雜情況。其中，本發(fā)明檢測(cè)對(duì)象是微小泄漏，對(duì)微小泄漏的人定義是：ag/a<0.5％，其中ag為泄漏孔面積，a為對(duì)應(yīng)的管道過(guò)流面積。

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖2所示，為本發(fā)明提供的一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)裝置的布置示意圖，本發(fā)明的一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)裝置包括：

瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備100，安裝在被檢測(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)管道末端，用于產(chǎn)生短時(shí)激勵(lì)信號(hào)；

單點(diǎn)壓力傳感單元200，設(shè)置在管道末端靠近端瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備100處，同步實(shí)時(shí)采集瞬變壓力信號(hào)，在本發(fā)明中，單點(diǎn)壓力傳感單元200采用高精度壓阻式壓力傳感器；

數(shù)據(jù)分析計(jì)算單元，接收所述單點(diǎn)壓力傳感單元200同步實(shí)時(shí)采集瞬變壓力信號(hào)；分析瞬變壓力信號(hào)，解析瞬變壓力信號(hào)的首相壓力波的壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值，并根據(jù)首相壓力波的壓力突變點(diǎn)的個(gè)數(shù)，辨識(shí)泄漏點(diǎn)個(gè)數(shù)，依據(jù)每個(gè)壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值計(jì)算每個(gè)泄漏點(diǎn)位置和泄漏參數(shù)。

在本發(fā)明中，瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備為低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器或者管道末端的激勵(lì)閥門(mén)7(當(dāng)被測(cè)輸水管道承壓能力高的時(shí)候采用)。其中，如圖3所示，低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器包括：

蓄能器空氣罐10，用于儲(chǔ)存壓縮空氣和水體，在本發(fā)明中，由于圓柱體受力好，且最常見(jiàn)，蓄能器空氣罐10一般為圓柱形。

磁致伸縮式液位計(jì)20，設(shè)置在蓄能器空氣罐10上，用于實(shí)時(shí)測(cè)量蓄能器空氣罐10內(nèi)水位降落幅度和速度；其中，磁致伸縮式液位計(jì)20包括浮球21、導(dǎo)桿22和壓力顯示單元23，其中，浮球21套裝在由一定的磁致伸縮物質(zhì)構(gòu)成的導(dǎo)桿22上，豎直設(shè)置在蓄能器空氣罐10內(nèi)部，導(dǎo)桿22下端固定在蓄能器空氣罐10底部，上端穿出蓄能器空氣罐10與顯示單元23固定連接；水位上升或下降時(shí)，浮球21隨其做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電磁脈沖，電磁脈沖沿導(dǎo)桿22的波導(dǎo)絲傳到壓力顯示單元23，壓力顯示單元23根據(jù)電磁脈沖時(shí)間差計(jì)算液位值，并顯示。

壓力表30，設(shè)置在蓄能器空氣罐10頂部，用于實(shí)時(shí)測(cè)量蓄能器空氣罐10空氣的壓力值，

出水管40，一端與蓄能器空氣罐10底部連接，另一端通過(guò)一個(gè)密封性好的控制球閥41與管網(wǎng)系統(tǒng)末端管道連接，通過(guò)開(kāi)或關(guān)控制球閥41為管網(wǎng)系統(tǒng)提供較高壓的水體，并產(chǎn)生低強(qiáng)度瞬變流，在本發(fā)明中，出水管40的直徑要求較小，一般小于1cm。

本發(fā)明采用的低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器依靠流量突然變化產(chǎn)生水擊激勵(lì)波，實(shí)現(xiàn)了類(lèi)似于傳統(tǒng)閥門(mén)快速關(guān)閉產(chǎn)生水擊壓力波的相同效果，且激發(fā)水擊壓力波壓力值可控，可以根據(jù)管道可承受的壓力值任意設(shè)定，方便靈活，另外，其關(guān)鍵部件均為成熟器件，組合起來(lái)簡(jiǎn)單，投資低，適合推廣。

如圖2所示，上游水庫(kù)1水壓恒定，待測(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)上有兩個(gè)模擬泄漏的泄漏孔，分別為第一泄漏孔5和第二泄漏孔6，兩個(gè)泄漏孔待測(cè)管道分為第一管道2、第二管道3和第三管道4，在使用本發(fā)明提供的低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)激勵(lì)閥門(mén)7安裝在管網(wǎng)系統(tǒng)末端時(shí)，關(guān)閉原有管網(wǎng)系統(tǒng)管道末端閥門(mén)7，將本發(fā)明的出水管40設(shè)有控制球閥41的一端接入末端管道或者供水管網(wǎng)消火栓出口。

在安裝前，要做以下準(zhǔn)備：

(1)向蓄能器空氣罐10內(nèi)充入一定體積的水體，一般滿(mǎn)足0.7<h/h0<0.9，其中，h0為蓄能器空氣罐整體高度，h為蓄能器空氣罐初始水位高度(即充入水體的高度)；

(2)利用充氣泵向蓄能器空氣罐10內(nèi)打入氮?dú)獾葰怏w，通過(guò)壓力表30得到蓄能器空氣罐10內(nèi)壓縮空氣的壓力；

(3)關(guān)閉出水管40上的控制球閥41。

在安裝后，要運(yùn)行檢測(cè)，具體如下：

手動(dòng)快速打開(kāi)控制球閥41，使得具有較高壓的水體沿著出水管40進(jìn)入待檢測(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)(或管道)，產(chǎn)生流量突變，進(jìn)而激勵(lì)出低強(qiáng)度的瞬變流，利用單點(diǎn)壓力傳感單元200同步實(shí)時(shí)采集瞬變壓力信號(hào)，可以得到類(lèi)似于傳統(tǒng)閥門(mén)快速關(guān)閉產(chǎn)生水擊壓力波的相同效果。

在本發(fā)明中，為了便于拆卸和易于維護(hù)；蓄能器空氣罐10還可以設(shè)計(jì)成分體式，如圖4所示，將蓄能器空氣罐10分為單獨(dú)的空氣蓄能器11和壓力罐12；

空氣蓄能器11內(nèi)部充滿(mǎn)壓縮空氣，頂部設(shè)置壓力表30，底部通過(guò)法蘭連接壓力罐12頂部；壓力罐12上設(shè)有磁致伸縮式液位計(jì)20，磁致伸縮式液位計(jì)20的導(dǎo)桿22豎直設(shè)置在壓力罐12內(nèi)部，導(dǎo)桿22下端固定在壓力罐12底部，上端穿出壓力罐12與磁致伸縮式液位計(jì)20的顯示單元23固定連接。

本發(fā)明還包括一個(gè)支座或者可移動(dòng)的小車(chē)50，支撐或移動(dòng)蓄能器空氣罐10，便于安裝和操作運(yùn)行。

在本發(fā)明中，低強(qiáng)度瞬變流激發(fā)器，包括以下關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)：

(1)蓄能器空氣罐整體高度h0；

(2)蓄能器空氣罐的直徑dv；

(3)蓄能器空氣罐初始內(nèi)部水位高度h；

(4)出水管長(zhǎng)度l0及直徑d0，反映到綜合流量系數(shù)為cdag。

在其它參數(shù)不變的情況下：蓄能器直徑越大，第一個(gè)水擊波越平緩；出水管直徑相對(duì)越大，激發(fā)壓力越大；球閥開(kāi)啟時(shí)間越短，水擊波越不平滑，即器件選擇和控制標(biāo)準(zhǔn)為蓄能器空氣罐直徑越大、控制球閥開(kāi)啟時(shí)間越短越好。在本發(fā)明中，關(guān)鍵參數(shù)最佳取值范圍為：h0＝1.1-1.3m；dv＝300-500mm，h＝0.9-1.1m；d0＝5-8mm；l0＝1.0-1.5m。

如圖5所示，本發(fā)明提供了一種管道輸水系統(tǒng)多點(diǎn)微小泄漏檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)管道承壓能力，在被檢測(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)的管道末端安裝瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，在管道末端靠近端瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備處安裝單點(diǎn)壓力傳感單元，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)水箱(或者管道上游已知壓力位置)與瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備之間的微小泄漏點(diǎn)；

步驟2、啟用瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，產(chǎn)生短時(shí)激勵(lì)信號(hào)，單點(diǎn)壓力傳感單元同步采集瞬變壓力信號(hào)；

步驟3、對(duì)瞬變壓力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)信號(hào)的首相壓力波的壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值進(jìn)行解析；

步驟4、根據(jù)首相壓力波的壓力突變點(diǎn)的個(gè)數(shù)，辨識(shí)泄漏點(diǎn)個(gè)數(shù)；依據(jù)每個(gè)壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低幅值計(jì)算每個(gè)泄漏點(diǎn)位置和泄漏參數(shù)。

(1)對(duì)于泄漏辨識(shí)的原理。

當(dāng)管道系統(tǒng)存在多個(gè)小泄漏孔時(shí)，泄漏孔的位置和大小直接影響管道的系統(tǒng)特性，即泄漏將引起瞬變水擊波每一個(gè)波峰、波谷處的不連續(xù)，反映在第一個(gè)水擊增壓波上，波形上不同的壓力突變點(diǎn)的位置決定某一個(gè)泄漏的位置，在沒(méi)有分叉、堵塞等因素影響時(shí)，有幾個(gè)壓力突變點(diǎn)就有幾處泄漏，同時(shí)壓力突變點(diǎn)衰減的幅值決定泄漏量的大小，因此可根據(jù)多處泄漏時(shí)水擊第一個(gè)壓力波(首相壓力波)畸變表達(dá)的泄漏特征信息來(lái)進(jìn)行泄漏的辨識(shí)。

(2)對(duì)于泄漏點(diǎn)位置的確定。

如圖2所示，設(shè)泄漏點(diǎn)距下游瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備l，管道全長(zhǎng)為l，上游水箱初始水位為h0，管道的初始流量為q0(如用低強(qiáng)度瞬變激發(fā)器激發(fā)壓力，該值可通過(guò)測(cè)量激發(fā)前部壓力或者蓄能器空氣罐水位降低計(jì)算得到)，設(shè)瞬變產(chǎn)生的時(shí)刻為t0，圖6為瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備關(guān)閉后為瞬態(tài)壓力波的傳播特征線。

如圖6所示，定義點(diǎn)a、b分別為管道水庫(kù)和下游瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備的初始狀態(tài)，c為瞬態(tài)壓力波第一次到泄漏點(diǎn)處，d點(diǎn)為形成的負(fù)壓波反射回瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備處。無(wú)泄漏時(shí)，由管道水擊理論，如果上游為水庫(kù)，在無(wú)摩擦的情況下，瞬變壓力波將無(wú)衰減的從激發(fā)處(瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備)向上游傳遞，當(dāng)壓力波到達(dá)泄漏點(diǎn)時(shí)，泄漏量會(huì)因內(nèi)外壓差的增大而增大，管道內(nèi)部泄漏點(diǎn)處的壓力會(huì)因泄漏量增大而相應(yīng)減小，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓波，此負(fù)壓波會(huì)向管道末端瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備處反射，類(lèi)似與無(wú)泄漏時(shí)壓力波到達(dá)水庫(kù)后的反射。無(wú)泄漏時(shí)的水擊波在任何一個(gè)連續(xù)波峰對(duì)應(yīng)的整個(gè)時(shí)間為2l/a，即水擊半反射時(shí)間，且固定不變。

在圖7中，依靠瞬變激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備激發(fā)引起的瞬變水擊第一個(gè)壓力波的衰減形態(tài)，各點(diǎn)的泄漏位置可以通過(guò)t1、t2、t3的壓力突變點(diǎn)位置出現(xiàn)的時(shí)刻來(lái)獲得；因反射時(shí)間tx不同，所以多點(diǎn)泄漏位置就不同，其中

tx-t0＝2x/a(1)；

其中，x是各泄漏點(diǎn)到下游激勵(lì)位置(管道末端)的距離，為實(shí)際管道長(zhǎng)度，如圖7所示，有3個(gè)泄漏點(diǎn)，每個(gè)泄漏點(diǎn)到下游激勵(lì)位置的距離分別為x1、x2、x3；t0為瞬變產(chǎn)生的時(shí)刻；tx為壓力波經(jīng)泄漏點(diǎn)反射回激勵(lì)位置的時(shí)間；a為水擊波速。

根據(jù)泄漏瞬變檢測(cè)原理和方法，可導(dǎo)出如下各壓力突變點(diǎn)泄漏孔大小與水擊波幅值之間的一組關(guān)系式為：

其中，h1–h0為第一個(gè)升壓波壓力波峰與初始恒定壓力的差值，h0為初始時(shí)刻該點(diǎn)的壓力值；h1–h2為第一個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；h2–h3為第二個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；h3–h4為第三個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；hn–hn+1為第n個(gè)壓力突變點(diǎn)的下降幅值；(cdag)1為第一個(gè)泄漏孔的大??；(cdag)2為第二個(gè)泄漏孔的大小；(cdag)3為第三個(gè)泄漏孔的大小；(cdag)n為第n個(gè)泄漏孔的大?。?imgfile="bda0001354450160000122.gif"wi="165"he="110"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>a為水擊波速，g為重力加速度；a為管道過(guò)流面積。

從(2)式可以看出，只要準(zhǔn)確獲得第一個(gè)水擊波的衰減形態(tài)過(guò)程，即獲得的壓力突變點(diǎn)位置出現(xiàn)的時(shí)刻t1、t2、t3和全程衰減的不同壓力值h1、h2、h3、h4，那么利用公式(1)和(2)即可完成泄漏點(diǎn)位置的確定，該法對(duì)管道內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理及其后的衰減過(guò)程并不要求準(zhǔn)確模擬，因此只需在激勵(lì)處設(shè)置一個(gè)壓力傳感裝置即可，且需要采集的數(shù)據(jù)量小。

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，某水庫(kù)管道輸水系統(tǒng)如圖2所示，上游水箱水位10m，后接主管，管道基本參數(shù)如表1所示。

表1：管道基本參數(shù)表。

在管道末端布置一只壓力傳感單元，即量程100kpa的硅壓阻式差壓傳感器1只，分辨率為0.01kpa。應(yīng)用本發(fā)明提出的低強(qiáng)度瞬變激發(fā)器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，其中蓄能器空氣罐直徑300mm，高度1.2m，蓄能器空氣罐初始水位0.8m，出水管管長(zhǎng)1m，管徑7mm，粗糙度0.01mm。

以?xún)商幮孤槔M(jìn)行說(shuō)明，實(shí)際泄漏工況如下：

泄漏孔1直徑4mm，即ag/a＝0.16％，屬于微小泄漏孔，泄漏孔1位置距離上游水箱100m；泄漏孔2直徑也是4mm，即ag/a＝0.16％，泄漏孔2位置距離上游水箱300m。

根據(jù)本發(fā)明步驟2至步驟4，首先將蓄能器空氣罐中壓入p＝50m的壓縮空氣，壓力表讀數(shù)0.5mpa；球閥在t0＝0.2秒時(shí)刻經(jīng)過(guò)0.1秒手動(dòng)全開(kāi)制造流量擾動(dòng)，激勵(lì)低強(qiáng)度的瞬變流；同步測(cè)量壓力傳感單元的壓力，對(duì)測(cè)量所得的瞬變壓力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)信號(hào)的首相壓力波尤其是壓力突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和降低的多個(gè)幅值進(jìn)行解析；利用本發(fā)明提出的定位公式(1)和(2)辨識(shí)參數(shù)。

圖8為無(wú)泄漏工況時(shí)壓力傳感單元測(cè)量的壓力波形態(tài)圖，圖9是有兩個(gè)泄漏孔泄漏工況時(shí)壓力傳感單元測(cè)量的壓力波形態(tài)圖。在圖9中，首相水擊波壓力突變點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t1＝0.69s和t2＝1.69s，利用定位公式(1)得到泄漏孔位置分別距離上游98m和298m，定位精度十分高。此外，從圖9中讀出h1、h2、h3，利用公式(2)也可得到兩個(gè)泄漏孔的泄漏參數(shù)。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。