Способ определения наличия утечек в трубопроводах и устройство для его осуществления

0 ПИАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ строства для редий" нэм воз- ебательается, что меха ебапий - автоко Предп буждениян с трением движу ныи и связ среды, эап внутрешше охоч няюще тенки ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫГИЯМПРИ П 1 НТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕИИЯ НАЛИЧИЯ УЧЕК В ТРУБОПРОВОДАХ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) И обретение относится к измертельной технике и может быть использовано для текущего контроля згерметичностью трубопроводов, Цельизобретения - повышение надежностиопределения утечек технологической Изобретение отн оси тс я к и змерительной технике и может быть использовано для текущего контроля за герметичностью трубопровода.Целью изобретения является повышение надежности определения утечек технической среды из трубопроводов.Па иг,1 представлены результаты спектрального анализа возбуждений в широкой полосе частот осевых и радиальных продольных колебаний в никелевой оболочке с размерами а4,15 мм, Ь/а = О,ОЗЬ 1, где а - ра диус срединной поверхности оболочки, Ь - толщина стенки на Фиг.2 - данные спектрального анализа для конкретного трубопровода; на фиг.З -2 среды из трубопровода. Для этого используют закономерность, связывающую осевые и радиальные колебания, возбуждаемые в трубопроводах при движени в них жидкостей и газов из-за наличия трения о стенни. О возникновении свищей в трубопроводе судят по уширению спектров сигнала по сравнению с эталонным, Для реализации этого способа используют устройство,обеспечивающее прием, фильтрацию и детектирование сигналов с последующми спектральным анализом, определением частоты модуляции сигнала, ее глубины, определением частоты несущей с максимальным коэффициентом модуляции и определением уширения спектра сиг- Ж нала. 2 с.п. Ф-лы, 3 ил,структурная схема уализации способа.Спектры соответствующие даннымколебаниям содержат два частотныхапазона, разделенные "мертвой зонопр Ка = 1, где 1 - волновое числоматериале оболочки, а - радиус срединой поверхности оболочки, причем п1 а1 наблюдаются спектральныесоставляющие осевых колебаний, а п1;а ) 1 - радиальных колебаний,(6) 1 г 1к и ф Длиу возбуждаемой волны 9= иа,где п - численный коэ 4 кЬцент, Есливвести систему координат с цетромна оси оболочки, то пространственнуюкоординату точки, принадпежащей оси,можно определить из выражения где Ч - скорость течения среды;с - текущее время,вВременные отсчеты связаны со скоростью продольных волн в тонкой пластине С выражениемфВСР с,При делении обеих частей равенствавыполняется в случае (2), т,е, приЧ = Ср.В случае Фактических скоростей1 ЧЧ (при числе 11 аха М = -- : 1)Сгсоотношение (4) может выполнятьсяпри временных отсчетах, не равныхс , т.е. согласно выражениям (1)и (3), будет Ч с О С При сопоставлении периодов временных отсчетов с и с с частотами возбуждаемых в оболочке волн получается согласно возбуждению автоколебаний в оболочкевзаимосвязанным частотным диапазонам, один из которых может соответствовать осевым продольным,а другойрадиальным продольным колебаниямв оболочке.В этом случае и = 27.На фиг.2 представлены данныеФиг.1, обработанные в соответствиис изложенным анализом, подтверждающие наличие в спектрах колебанийоболочек взамосвязанных пар осевых и радиальных колебаний,Ниже приведен пример конкретнойреализаци способа для трубопроводадиаметром 1 м и скорости С = 5 хЪх 10 и/с, тогда И = 2 10 Гц. Трубопровод, как правило, состоит из,отдельных сваренных секций (труб)длиной 20 м. При этом частоты соответствующих связанных соотношением(6)1 мод колебанй5 10Е-- -=125 Г 2 20 цфМ (2 10 )32 10 Гц,Е, 125 Частоты связанных колебаний, возбуждаемых движущимся потоком со скоростью, Ч = 5 и/с.-3 ЪГ =ИМ=10 210 =2 Гц1У 35 1 Ч бГ =- - 210 Гц,М,При образовании в определенном месте трубопровода течи в ее окрестно сти в трубопроводе возникает локальная зона с повышенной скоростью, например Ч 18 м/с.В спектре колебаний в этом случаепоявится еще одна пара Связанных час Тот й = М Б = 2 7 Гцу 9Г = "-" И 1,6 10 Гц1М(9)В этом случае при движении потока газа (жидкости) в оболочке будут возбуждаться две пары частот (7) и (8), Причем, исходя из метрологических возможностей, целесообразным в данном случае будет диагйостирование путем контроля частот Г и Ез, так как частота Г будет промодулирована частотой Г.5 165В случае повреждения трубопровода(появления свищей) будет наблюдатьсяушпрение частоты 1 эа счет воэбужде 9ния частоты. При увеличении размеровсвища частоты Й 5 будет возрастать,что приведет к возрастанию уширенияполосы частот 1 = з 5Причем прием частот Г, и Г 6 нецелесообразен ввиду их зйачительного затухания в материало оболочки. .Прием частоты также будет нецелесообразным ввиду устойчивости данной частоты различным деформациям трубопровода (в том числе и повреждениям).В состав устройства входят последовательно соединенные блок 1 приема сигнала, блок фильтрации 2, блок детектирования 3 и две ветви; первая - блок 6 спектрального анализа сигнала и определения частоты модуляции .сигнала и вторая - блок фильтрации 4, блок детектирования сигнала 5, через блок 6 блок 7 измерения глубины модуляции сигнала, блок 8 определения частоты несущей с максимальным коэффициентом модуляции сигнала ц блок определения 9 уширения спектра сигнала.Устроцство работает следующим образом.11 ринятый блоком 1 сигнал поступает в блок 2, где расфильтровывается третоктавным фильтром и после детектирования с помощью измерительного усилителя в режиме амплитудного детектирования (блок 3) поступает иа вход блока 6 (спсктроапалиэатор), где определяется частота модуляции сигнала.В блоке 7 производится измерение превышения составляющей над сппошной частью спектра сигнала, а затем определяется глубина модуляции сигнала.В блоке 2 выполняется третьоктавная фильтрация сигнала на различных частотах, значения которых поступают в блок 8, куда также поступают значения модуляции сигнала иэ блока 7, В блоке 8 определяется частота несущей с максимальным коэффициентом модуляции. Для этого используется цифровой регистратор, который позволяет1 мгновенносчитывать и регистрировать в памяти текущие спектры с экрана спектроанализатора 6.7988 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6В блоке 9 сравнивают выделенныев блоке 8 составляющие с максимальной энергией с эталонными значениями,хранящимися в блоке 9.Следует указать на два пути прохождения сигнала:первая цепочка 3-6 позволяет определять частоту модуля-сигнала наразличных частотах несущей;вторая цепочка 3-4-5-6 - определять частоту модуляции первой огибащей сигнала на различных частотахнесущей.Алгоритм обработки сигнала следующий.Все принятые си 1 налы проходятчерез блоки схемы обработки (см,фиг,З) и в блоке 9 выделяются модуля-ционные частоты и несущие с максимальной модуляцией, которые и отображаются на экране,При исправном труббпроводе будут считываться опорные частоты снесущей Г и модуляционной Г (связанные моды колебанп оболочки трубопровода) и частоты, возбуждаемыедвижущимся потоком с несущей Е, и модуляционной КЗ .1В виду сильного затухания частоты1 при приеме следует иметь в видунесущую частоту Г , соответственнопромодулированную частотами Г и Гз.Скорость жидкого (или газообразного) потока иэ-эа нестационарности(например, провисание труб илиучастки изгиба осей труб) будет изменяться в определенных пределах.Пусть данное изменение соответствует+п 7 Вариации скорости потока рабочей среды связаны с вариациями частоты 5. Пусть данные вариации частотысоставляют +вХ. Тогда в случае появления свища в трубопроводе в спектреего колебаний появится еще одна модуляционная частота Г, которую также выделяют из несущей Г, Превышениепорогового значения тЕ над минимальным, хранящимся в памяти блока 9, означает наличие утечки технологическойсреды иэ трубопровода через свищ илитрещину. Формула изобретения 1. Способ определения наличия утечек в трубопроводах, включающий прием и регистрацию акустических сигналов, генерируемых потоком среды,16579 выделение огибающих высокочастотной составляющей спектров сигналов и определение наличия утечек в трубопроводе о т л и ч а ю щ и й с я тем,Э5 что, с целью повышения достоверности определения наличия утечек, прини маемые сигналы фильтруют набором полосовых фильтров, определяют полосы частот с максимальным коэффициентом модуляций, затем детектируют сигналы, после чего вычисляют спектры продетектнрованных сигналов, выделяют в иих частотные полосы составляющих спектра с максимальной энергией, сравнивают их с эталонными, а наличие утечек определяют по уширению частотных полос составляющих спектра с максимальной энергией. 202. Устройство для определения наличия утечек в трубопроводах, содержагее датчик акустических сигналов, выход которого соединен с последовательно включенными первым блоком фильтрации и первым блоком детектирования о т л и ч а ю щ е е с я тем,Эчто, с целью повышения достоверности определения наличия утечек, в него введены блок спектрального анализа и определения частоты модуляции, блок измерения глубины модуляции сигна 88 8ла, блок определения частоты несущейс максимальным коэффициентом модуляции сигнала, блок определения уширения спектра сигнала, последовательно включенные второй блок Фильтрациии второй блок детектирования, а такжепереключатель, при этом вход переключателя соединен с выходом первогоблока детектирования, его первый выход - с первым входом блока спектраль,ного анализа и определения частотымодуляции, а его второй выход - с входомвторого блока фильтрации, причем выходблока детектирования соединен с вторым входом блока спектрального анализа и определения частоты модуляции,первый выход которого подключен кпервому входу блока определения уширения спектра сигнала, а второй через последовательно включенный блокизмерения глубины модуляции - к первому входу блока определения частотнесущей с максимальным значением коэФФициента модуляции сигнала, к второму входу которого подключен выходпервого Фильтра, при этом выход блока определения частот несущей с максимальным значением коэффициента модуляции сигнала соединен с вторым входом блока определения уширения спектра сигнала,1657988 Составитель А.ЗосимовРедактор Т.Иванова Техред М.Иоргентал Корректор Н,Рев Заказ 2430 Тираж 352 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 льский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина Производственно-иэда