[发明专利]一种低强度瞬变流激发器

说明书

本发明公开了一种低强度瞬变流激发器，包括：用于储存压缩空气和水体的蓄能器空气罐；设置在蓄能器空气罐上的磁致伸缩式液位计，用于实时测量蓄能器空气罐内水位降落幅度和速度；设置在蓄能器空气罐顶部的压力表，用于实时测量蓄能器空气罐空气的压力值；出水管一端与蓄能器空气罐底部连接，另一端通过一个控制球阀与管网系统末端管道连接，通过快速开或关控制球阀为管网系统提供较高压的水体，并产生低强度瞬变流。本发明结构简单、经济、实用，激发产生的流量变化对管道本身影响小，仅需测四个关键参数，便能计算出管道系统的水击压力波，且对控制球阀开启速度不敏感，便于球阀启闭控制，大大提了高泄漏瞬变检测法在实际管道工程的可操作性。

技术领域

本发明涉及供水管道、管网系统泄漏检测设备，具体涉及是一种低强度瞬变流激发器。

背景技术

瞬变检测法是供水管道、管网泄漏检测中准确性、可靠性较高的一种方法，因为在瞬变条件下，即使微小的泄漏，管道的水压波形也存在着明显差别，与其它方法相比(如压力梯度法、负压波法等)，利用这一特点可以更好的确定泄漏发生位置。

在调水或供水工程领域，目前国际上研究的管路系统概化物理模型如图1所示，该布置型式的泄漏检测方法具体为：由末端激励阀门部分关闭/开启或特殊激励方式(比如正弦波扰动、伪随机二进序列压力信号(PRBS)等)制造扰动信号，同时由流量、压力传感器记录闸门和调节池处流量、压力和水位的水力瞬变时间历程；因输水管道泄漏孔的存在及其位置直接影响着系统压力波形的畸变和衰减特性，通过对理论模拟的时频特性和实测时频特性比较，可以确定泄漏大小和位置。

下面图1所研究的管道系统为例，对传统泄漏瞬变检测方案进行说明，图1中传统泄漏瞬变检测压力信号激励方式为：由末端阀门(常见的球阀、蝶阀均可)部分关闭/开启或特殊激励方式制造流量扰动信号。当末端阀门小开度快速关闭时(小于2L/a，其中，L为管长，a为水击波速)，会产生一个水击升压波，则阀门前部水击压力h_v为

其中，h_v0为未关阀之前的阀门恒定压力，Q₀为未关阀之前的阀门处流量，A为管道过流面积，g为重力加速度，均为已知量。

当管道完好无泄漏和有泄漏时，阀门处的水击压力波过程如图2所示。可见，泄漏会造成瞬变水击波每一个波峰、波谷处不连续，有、无泄漏差别很大，因此可利用瞬变水击波波峰、波谷处表达的泄漏特征信息来进行泄漏的辨识，即通过数据采集系统测量阀门前压力过程，捕捉分析图2第一个压力波间断点的产生时刻及获得(H_max-H₁)大小(如可利用小波分析识别间断点，H_max为最大升压，H₁为第一个压力波间断之后的压力幅值)，再通过泄漏定位公式和泄漏量公式辨识泄漏参数，具体方法不在赘述。

上述传统的阀门激励方式和泄漏检测方法已得到理论和实验验证，并经过国外学者对基于瞬变流数学模型的时域、频域泄漏检测方法研究表明，该法在处理小泄漏孔泄漏或者说缓慢泄漏有其独特的优势，但实际应用中易产生以下问题：

(1)利用管道末端阀门迅速全关或全开产生流量脉冲或等幅正弦周期扰动、方波扰动在实际设计、运行中不容许。对于现代大型管道调水工程，线路长，管道直径大，为了减少管道投资，一般采用缓慢的阀门启闭速度，来减小管道承受的水击压力，或者防止管道因瞬时压力过低发生液体汽化现象，以保证系统运行安全；而对于管网供水系统，由于各种管材(如钢管、PE管、铸铁管、水泥管等)耐压不同，阀门快速关闭激励的压力太大容易引发水锤问题，有增大发生爆管风险的可能，因此这种瞬变流激发方法不可行。

(2)利用管道末端阀门小开度迅速全关或全开产生流量脉冲在运行中不容易控制。虽然减小阀门开度后管道流量减小，再利用阀门的快速全开或全关激发的瞬变流压力相对大开度降低不少，不会对管道安全产生大的影响，但阀门小开度流量系数不容易确定，而且需要测定阀门关闭规律，即阀门开度与流量系数的关系。