[发明专利]一种基于瞬变流频率响应分析的管道泄漏检测方法

说明书

本发明提供一种基于瞬变流频率响应分析的管道泄漏检测方法，该方法先获取管道系统的各项参数，利用广义多单元Kevin‑Voigt(K‑V)模型和时频域控制方程计算得到管道的频率响应函数，进而得到管道系统的频率响应图(FRD)；然后基于扩展传递矩阵和状态向量的算法，通过管道瞬变流的频域理论分析，推导出管道系统FRD中的奇次谐波幅值随谐波次数的变化规律与泄漏位置之间的关系，进而实现管道泄漏诊断和定位。本发明提出的基于瞬变流频率响应分析的管道检漏的步骤，有效提高了管道泄漏检测的可靠性。

技术领域

本发明涉及粘弹性管道泄漏检测技术领域，特别是涉及一种基于瞬变流频率响应分析的管道泄漏检测方法。

背景技术

在我国，管道泄漏检测及定位技术的研究已有几十年的历史，但由于管道输送介质、所处环境的多样性及泄漏成因的复杂性，目前尚未形成一种通用、快捷、精确的管道泄漏检测方法。基于瞬变流频域响应分析的管道泄漏检测属于实时模型法，是一种正在发展的新型检测技术，也是目前管道泄漏检测中准确性、可靠性较高的方法。

Mpesha于2001年首次提出应用频率响应法来进行泄漏检测，认为系统频响图(FrequencyResponseDiagram，FRD)中存在泄漏导致的次生压力振幅峰值；Lee认为FRD中不存在泄漏导致的压力振幅峰值，提出通过快关末端旁通阀激发瞬变流，以旁通阀流量变化过程为输入信号来获取系统FRD，通过分析FRD中奇次谐波幅值随谐波次数的变化规律来进行泄漏检测，但流量变化过程往往难以精确获取；Chaudhry以末端振荡阀的开度变化为输入信号来获取系统FRD，通过分析FRD中偶次谐波幅值随谐波次数的变化规律来进行泄漏检测，但该方法难以准确判断泄漏面积参数；Gong采用传递矩阵法直接计算管道系统的FRD，通过数值试验对奇次谐波法和偶次谐波法进行了比较，认为奇次谐波法具有更好的鲁棒性，但实际工程中由于泄漏位置未知，无法通过传递矩阵法来直接获取管道系统FRD。

针对以上问题，本发明以管道末端电磁阀的开度变化为输入信号，通过计算管道系统的频率响应函数获取管道系统的FRD，并基于管道瞬变流的频域理论，推导出管道系统FRD中的奇次谐波幅值随谐波次数的变化规律与泄漏位置之间的关系，进而实现管道泄漏的检测与定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于瞬变流频率响应分析的管道泄漏检测方法。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于瞬变流频率响应分析的管道泄漏检测方法，包括以下步骤：

S1：采集管道系统参数

采用实时监测系统和实地测量方法获取试验管道系统的各项参数，包括：流量Q(L/s)，测压头H(m)，管道长度L(m)，流体瞬态波的弹性波速a_e(m/s)，α为管道约束系数，管道内径D(mm)，流体密度ρ(g/cm³)，管道壁厚e(mm)。

S2：将步骤S1获得的系统参数代入广义多单元K-V模型进行数值模拟，从而得到管道系统的频率响应函数。

S2.1：粘弹性管道的时域控制方程

时域水锤方程中描述加压管道一维瞬态流动的动量方程是：

式中，g为重力加速度(m/s²)，A是管道的横截面积(m²)，Q为流量(m³/s)，H是压头(m)，t为时间(s)，x为水锤波沿管道传输的距离(m)，h_f是由于摩擦导致的每单位长度的水头损失可以看作是稳态分量h_fs和非稳态分量h_fu的总和：

h_f＝h_fs+h_fu (2)