[發明專利]一種基于壓力差的管道泄露定位的計算方法

有效

• 申請號: 201810112257.4
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108019622B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 李娟;鄭強;喬喬;錢志鴻;呂偉力
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02;G06F17/14;G06F17/11
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 李燁

本發明公開了一種基于壓力差的管道泄露定位的計算方法，包括：首先，本發明中建立了管道泄漏模型。然后通過該模型，計算出負壓波沿管道衰減的方程。最后推導出管道泄漏位置和管道泄漏前后壓力變化的關系。在仿真實驗中，本發明中根據流體動力學首次建立了負壓波時域曲線模型，該模型模擬實際管道，將負壓波分成三個部分，分別叫做泄漏前穩定狀態，泄漏時非穩定狀態，泄漏后穩定狀態。通過對負壓波仿真分析，可以對比ANPW定位算法和傳統定位算法，得出ANPW定位算法的優點。

技術領域

本發明涉及管道運輸領域，具體涉及一種基于壓力差的管道泄露定位的計算方法。

背景技術

水資源運輸中，管道運輸是最便捷和經濟的運輸方式。隨著供水管道運輸的迅猛發展，管道泄漏是供水管道運輸安全中一個最主要的問題，其發生的原因主要包括管道老齡化，管道腐蝕和人為破壞等。管道泄漏將會導致一系列的問題，例如財產損失，環境破壞甚至危害公民安全。因此，我們有必要提高對管道泄漏的重視程度，加大對其的研究力度，提高供水管網泄漏檢測和定位技術，能夠及時檢測泄漏并精準定位，減少供水管道漏失率。

目前，多種信號應用于供水管道泄漏檢測與定位，例如聲信號，振動信號，壓力波信號等。Xu.提出一種基于多層次方法的聲發射檢測定位技術，實驗表明該方法可以達到5.3％的定位精度。Su.首次發現管道壓力信號的混沌特性和小泄漏的關系，通過非線性時間序列分析報告進行混沌特性的估計，進而對管道泄漏進行檢測與定位。Sepideh.提出基于供水管道的振動信號檢測定位技術，通過測量管道表面加速度的交叉譜密度，定義了一個稱為泄漏檢測指數的度量單位，用于檢測泄漏的發生和評估嚴重程度。

在眾多管道泄漏檢測定位的方法中，負壓波檢測法發展較早，應用較多，技術最為成熟，該方法具有易于安裝，經濟實惠，靈敏度高，誤報率低等的優點，因此負壓波法廣泛的應用于供水管道泄漏檢測和定位中。Sun.針對液體管道提出了一種集成信號的方法，該方法將壓力信號和流量信號結合在一起，當泄漏發生時，集成信號的變化幅度比傳統壓力信號的更大，并且不會被終端設備影響。Lu.提出了一種基于EMD的小噪聲去噪方法，降低了噪聲對管道壓力信號的影響，然后利用時間差法對泄漏位置進行精準定位。Wang.利用FBG系統進行管道泄漏的檢測，為了提高該系統的性能，在管道上放置一定數量的FBG傳感器。Hou.采用雙傳感器方法進行精準定位，消除了單傳感器經常發生誤報的影響。

現在，幾乎所有的負壓波檢測法都是通過時間差和負壓波波速進行定位，尤其是在長管道運輸中。為了確定負壓波到達首末兩端的時間并且計算時間差，這就要求采集系統具有高的采樣率。在工業生產中，采樣率過高會極大的浪費資源，違背了低功耗原則。此外，負壓波在鐵管道中的速度大約為1200m/s，當采樣率過低或者管道長度較短時，計算負壓波到達首末兩端的時間差將變得十分困難。

發明內容

本發明設計開發了一種基于壓力差的管道泄露定位的計算方法，本發明的發明目的是為了降低現有技術中定位管道泄漏位置算法的采樣率和低功耗問題。

本發明提供的技術方案為：

一種基于壓力差的管道泄露定位的計算方法，包括如下步驟：

步驟一、建立如下供水管路模型：

式中，V為管道內水的流速，P為管道內水的管道壓力，x為距離首端的距離，t為時間參數，ρ為水的密度，g為重力加速度，θ為管道和水平面的夾角，f為由達西公式算出的摩擦系數，D為管道直徑，a為負壓波波速；

步驟二、根據所述供水管路模型得到如下負壓波沿著供水管道的衰減方程：