[發明專利]一種基于瞬變流的閥門狀態探測系統和方法

在審

• 申請號: 202110688546.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113639987A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 龍志宏;俞亭超;朱子朋;周毓;李煜;陳小燕
• 申請（專利權）人: 廣州市自來水有限公司;浙江大學
• 主分類號: G01M13/003
• 分類號: G01M13/003
• 代理公司: 廣州浩泰知識產權代理有限公司 44476
• 代理人: 楊喆

本發明公開了一種基于瞬變流的閥門狀態探測系統，包括管路；上游供水設備，包括變頻泵、氣壓罐、穩壓水箱、控制柜，變頻水泵及控制柜調節水泵頻率；上下游閥門，調節管道中的流量大小；中間閥門，用于改變閥門的工作狀態；末端電動閥門，用來在管道末端產生水錘波；電磁流量計，實時測量管道流量；壓力傳感器，安裝在管道上。還公開一種基于瞬變流的閥門狀態探測方法，其通過分析得到閥門的特性曲線圖，管道中的水錘波波速大小，通過得到二次升壓值(即反射波的大小)以及瞬態波通過末端壓力監測點測量截面的時間，通過公式計算得到閥門的位置以及開度大小，實驗操作更簡單，數據精度高，數據處理更方便。

技術領域

本發明涉及供水管網的技術領域，特別涉及一種基于瞬變流的閥門狀態探測系統和方法。

背景技術

輸水管網對于人們的日常生活和工業生產是十分的重要。通常情況下供水管網是比較龐大的，這樣一個大的系統為了保障其功能要求需要非常復雜的調節手段，其中閥門是供水管網系統調節的一個關鍵的器件，它能夠調節管內的流量以及壓力，調節控制管網系統的運行狀態，是管網系統實現穩定運行和其功能要求不可或缺的一部分。比如，有些情況下因為管道局部需要進行改造或者檢修，但是此時又不能影響到管路的正常供水，這時閥門就起到了阻斷和調節的作用。閥門作為管網運行調節的重要水力元件，其保持設定的開度是管網穩定安全運行、實現其功能要求十分重要的因素。

管道早期的坡度彎度設計不合理，在管道運行過程中由于壓力、溫度的大幅度波動，頻繁的水錘現象對閥門造成沖擊，造成閥體的損壞；許多閥門也會被安置在地下且時間較久比較陳舊，閥門的位置不清楚，其開度也受到土壤中各種化學物質對閥門造成的嚴重腐蝕和開關頻率不高的影響而發生變化成為未知數；多數閥門深埋地下，又或是安裝在偏遠的野外。野外作業環境艱苦、具有一定的風險性，對于眾多閥門檢修人員無法及時掌握其狀態。

通常，因為管路比較長，閥門的局部損失相比于管路的沿程損失小，其引起的水頭損失可以忽略不計，對于閥門的開度比較大的情況下這種忽略可以滿足計算要求，但當閥門開度比較小時，它的水頭損失系數會非常大，此時的阻力系數可能是閥門全開的幾十倍，上百倍甚至更大，如果供水管網計算中仍然忽略閥門的局部阻力，那么結果可能會產生較大的誤差。較大的誤差緊接著會引起供水管網實際運行過程中的水力不平衡，使供水管網達不到其功能要求以及產生不必要的水頭損失。所以，通過探測閥門狀態從而對閥門定位以及合理適當地調節閥門的開度保持在設定值，使得管網的實際運行工況與設計工況相符，不僅是對供水管網正常運行的保障，也可以減小不必要的能耗。

現有研究中，對于閥門狀態的常用的探測方法有：目測檢查法、振動法、溫差測試法、紅外線測量溫度法、聲波發射法、超聲波探測法、壓力差值法、CCTV檢查法。

目測檢查法是根據閥門的外觀情況來判斷閥門是否處于正常工作狀態，很難做到精確測量，對于不易觀察的閥門不太適用。

振動法是應用高精度檢測儀器檢測閥門造成的管道振動信號的強弱判斷其開啟狀態。容易受周邊環境噪聲等的影響，不確定性大。

溫差測試法是通過檢測閥門兩端管道壁的溫度變化判斷閥門的啟閉狀態，極易受到環境溫度的影響，不確定性大。

聲波發射法是應用辨別發射器的聲信號特征，實現問題閥門的定位，泄漏等檢測。通過辨別流體家經過閥門時產生的與正常運作不同的聲音信號，分析得出閥門狀態結果。目前應用較為廣泛，但是對硬件設施的存儲空間以及處理速度要求較高，不適用于大型工程。

超聲波探測法是適用范圍較窄，適用于檢測孔徑較小的閥門狀態。

壓力差值法是通過安裝壓力傳感器監測穩態情況下閥門兩端的壓力信號得出壓力變化情況，從而判斷閥門的啟閉狀態，在實際中應用困難，需要打孔安裝壓力傳感器，可能影響管道正常的運輸。

CCTV檢查法是一種入侵式檢查法，需要將檢測設備放入管道內部，通過實時影像反映管道內部狀況。檢測比較準確，但是需要耗費大量的時間和人力成本，比較繁瑣，并且需要中斷管道的運行。