Спосіб діагностики зон витоків з водопровідних мереж

Реферат: UA 87782 U UA 87782 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до способів визначення місць витоків рідинних середовищ і може бути використана при керуванні роботою систем трубопровідного транспорту комунальних підприємств. Найбільш близьким за сукупністю ознак до способу, що заявляється, є спосіб визначення наявності і кількості витоків в напірній мережі, який полягає у визначенні наявності витоків за показаннями установленого на початку мережі витратоміра в нічний час, а величина витоків у будь-який інший час і стан мережі визначається за відомою формулою для розрахунку витоків рідини із отворів, враховуючи показання манометра, встановленого на початку мережі [Спосіб визначення наявності і кількості витоків в напірній мережі і її стану: Патент України на корисну модель № 31787А, МПК F17D 5/02 (2006/01)// Чорний А. П., Петросов В. А., Колотило В. Д., Магеря А. А. - Заявлено 29.10.1998; Опубл. 15.12.2000, бюл. № 7/2000.]. При цьому прийняте припущення, що наявність у нічний час показів витратоміра, встановленого на початку мережі, відповідає витратам води лише через витоки в мережі, а не потребам споживачів, знижує достовірність даного способу. Крім того, за відомим способом наявність витоків може бути визначена для мережі в цілому без визначення певної ділянки. Для того, щоб визначити наявність витоків на певній ділянці, цю ділянку слід обладнати витратоміром. Недоліком відомого способу є невизначеність вибору ділянки, яку слід перевірити на наявність витоків та необхідність встановлення додаткового улаштування для ділянки, на якій перевіряється наявність та величина витоків. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки діагностики зон витоків з водопровідних мереж, в якому за рахунок вимірювання перепаду тисків у контрольних вузлах забезпечується можливість контролювати роботу мережі в цілому і знижуються експлуатаційні витрати. Для вирішення поставленої задачі у способі діагностики та визначення зон витоків з водопровідних мереж, що містить вимірювання перепаду тисків на окремих ділянках мережі, математичне перетворення отриманого перепаду тиску в об'ємну витрату та втрати тиску на ділянках, порівняння фактичних та граничних об'ємних витрат і втрат тиску одночасно для всіх ділянок мережі, згідно з корисною моделлю, перепад тиску вимірюють у контрольних вузлах мережі транспортування, визначають місця розташування витоків одночасно на всіх магістральних ділянках мережі. Згідно з корисною моделлю, додатковими улаштуваннями спеціально обладнуються не вузли, що обмежують ділянки мережі, в яких прогнозуються та визначаються витоки, а вибрані контрольні вузли, де встановлюють датчики для вимірювання статичного тиску. Використання обладнання лише у контрольних вузлах мережі без організації додаткових улаштувань на її окремих ділянках значно спрощує процес прогнозування наявності витоків та встановлення пошкоджених ділянок одночасно для всієї мережі. При цьому значення заміряного перепаду тисків у вузлах мережі шляхом використання відомого математичного апарату та спеціальної програми перетворюються в такі характеристики, як витрати і втрати тисків на всіх ділянках в реальному часі. Отримані реальні характеристики порівнюються з граничними, та при наявності їх перевищення для певних ділянок встановлюється можливість витоків на них та зони витоків на мережі в цілому. За граничні характеристики приймаються характеристики магістральних ділянок мережі, визначені в годину максимального водоспоживання при умові нормальної роботи системи подачі та розподілу води і відсутності скарг споживачів на перебої з водопостачанням. За способом визначення витрат рідинних або газових середовищ в ділянках мереж транспортування визначаються розрахункові втрати напорів в усіх ділянках магістралей в годину вимірювання перепаду тисків у контрольних вузлах. Потім визначаються відхилення між розрахунковими втратами на кожній ділянці та граничними. На фіг. 1 приведена схема мережі для якої реалізується спосіб діагностики зон витоків. 50 Схема складається з 6 кілець , 20 вузлів 1-20, 25 ділянок з опорами s1  s 25 , витратами води в них q1  q25 , має один вузол живлення 1. Якщо виміряти тиски в окремих точках мережі 15, 17, 18, 19 то вони з врахуванням позначок місцевості дозволяють знайти фактичні відповідні п'єзометричні позначки точок віртуальної п'єзометричної поверхні, яка показана на кресленні, де на фігурі 2 позначені п'єзометричні позначки у вузлах мережі 55 витрати води П1  П20 ; вільні напори у вузлах H1  H20 ; номери кілець вихідної мережі в ділянках - q1  q25 ; питомий опір ділянок - S1 S25 . Віртуальна поверхня (фіг. 2) буде відображати гідравліку потоків в магістральній мережі. 1 UA 87782 U Оскільки при сталому русі рідини розподіл витрат і втрат напорів в мережі описується залежностями  Qв у зл  0 і  hк 5 10 15 20 де 0 , (1)  Qв у зл - алгебраїчна сума витрат у вузлах мережі;  hк алгебраїчна сума втрат напору в окремих її кільцях, то вимірювані перепади тисків між контрольними вузлами однозначно визначають всі інші точки п'єзометричної поверхні, а отже і гідравлічні характеристики окремих ділянок магістральних ліній, так як ділянки вимірювання входять в рівняння "ув'язки" кільцевої мережі. При керуванні будь-якою водопровідною мережею відомі її структура, геометричні розміри, діаметри труб, їх матеріал (а отже і s 0 ), невідомими є тільки витрати на ділянках. Отже загальна кількість невідомих в кільцевій мережі з р - ділянками також буде р, тобто в ній витрати визначаються однозначно. Спосіб здійснюється наступним чином. Для кільцевої мережі, спрощений варіант якої з 6 кілець показано на фіг. 1, вихідними даної для якої є інформація про кількість вузлів (1-20), значення витрат q1  q13 та опорів s1  s 23 на її ділянках, отриманих під час її попереднього розрахунку, значення тисків, виміряних у контрольних вузлах 15, 17, 18, 19, спочатку визначаються перепади тисків, виміряних у контрольних вузлах P17 18 , P15 19 та перепади п'єзометричних позначок П17 18 , П15 19 . Потім за способом [патент на корисну модель № 73512] в результаті гідравлічного розрахунку мережі із врахуванням перепадів тисків, заміряних в її контрольних вузлах, для будь-яких ділянок встановлюються значення фактичних витрат q ф  q ф та фактичних втрат напорів на них h ф  h ф , які є дійсними на момент i k i k вимірювання тисків у контрольних вузлах. ф В результаті порівняння фактичних втрат напорів h ф  h к з їх граничними значеннями i 25 hгр  hгр встановлюється відносна величина можливих витоків у мережі та ділянки, в яких ці к i витоки мають місце за умовою ph  30 35 40 hіф к  hгрк  і hгрк і  , (2) де і  к - номер ділянки; к h іф к - фактична втрата напору на ділянці і  к ;  h гр к - гранична втрата напору на ділянці і  к ; і  - припустима відмінність між фактичною та режимною втратою напору. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє без організації додаткових улаштувань для проведення замірів на ділянках, де можуть бути витоки, прогнозувати наявність витоків одночасно для всіх ділянок мережі за перепадами тисків Pn , виміряних у контрольних вузлах мережі. Приклад. Запропонований спосіб діагностики зон витоків було перевірено для кільцевої мережі із 6 кілець та 25 ділянок. Спочатку кільцева мережа була розрахована за відомим способом у режимі максимального водоспоживання [Гальперин Е.М., Зайко В.А., Поспелова М.М. Сомов М.А., Абрамов Н.Н., Болотников В.А./ Под ред. Прозорова И.В. Применение ЭВМ для расчета систем подачи и распределения воды. - М.:МИСИ, 1986. - 99 с., Украинец Н.А. Расчет и проектирование водопроводных сетей с использованием ЭВМ. - Киев: УМК ВО, 1988. - с. 91 114.], в результаті розрахунку отримані витрати на її ділянках qгр  qгр та втрати напору к i 45 hгр  hгр були прийняті за граничні. Якщо при нормальних умовах роботи перепад п'єзометрів, к i визначених з урахуванням тисків, заміряних в контрольних вузлах 15, 17, 18, 19 складав П17 18  18 , П15 19  132 , то на момент необхідності визначення наявності витоків перепад , , 2 UA 87782 U п'єзометрів, визначених за тисками, виміряних в контрольних вузлах, становив П17 18  3,9 м, П15 19  3,0 м. Для діагностики зон можливих витоків мережа була розрахована з урахуванням П17 18  3,9 м, П15 19  3,0 м за способом [патент на корисну модель № 73512], в результаті чого були отримані фактичні витрати для всіх ділянок q ф  q ф та втрати i k 5 напору на них h ф  h ф , які є реальними на момент вимірювання перепадів тисків (див. i k таблицю). Для кожної ділянки визначено відхилення витрат, Pq та втрат напорів Ph за формулами (3-4) відповідно: pq  ph  qіф к  qгрк  і  100 % , qгрк і (3)  100 % , (4) hіф к  hгр к  і hгр к і 10 Наявність витоків та номера пошкоджених ділянок було встановлено за умовою (4) при   0,3 , до розгляду були прийняті ділянки, де втрати напорів перевищують граничні. Таблиця Результати порівняння граничних та фактичних витрат води на магістральних ділянках за перепадом тиску, заміряного у вузлах № 15, 17, 18, 19 Номер ділянки Діаметр, мм Код ділянки 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 400 800 800 800 800 400 400 300 300 300 400 800 800 400 300 600 800 800 400 2 1-0 1-0 2-0 0-2 0-2 0-3 0-4 0-4 0-45-0 1-5 2-1 3-2 4-3 4-0 6-5 6-1 3-1 3-6 Витрата, л/с граничні фактичні значення значення 3 4 55,07 55,58 68,07 68,58 234,74 246,51 246,26 234,49 189,5 224,49 77,53 128,02 3,21 35 13,21 25 23,55 15 73,26 74,11 48,19 48,53 151,67 162,93 94,97 79,47 67,74 80,02 9,55 1 29,77 58,37 101,95 102,65 228,64 224,4 107,69 156,16 15 3 Pq , % 5 0,92 0,75 5 4,8 18,5 65,1 990 89,3 36,3 1,16 0,7 7,42 16,3 18,1 89,5 96,1 0,69 1,85 45 Втрати напору, м граничні фактичні значення значення 6 7 0,74 0,76 0,01 0,01 0,16 0,17 0,12 0,11 0,12 0,17 1,01 2,74 0,01 0,17 0,07 0,24 0,4 0,16 7,15 7,32 0,38 0,39 0,1 0,12 0,02 0,015 0,41 0,57 0,08 0,01 0,01 0,04 0,04 0,04 0,22 0,21 1,81 3,81 Ph , % 8 2,7 0 6,25 8,3 41,7 171,3 160 242,9 60 2,4 2,6 20 25 39 87,5 300 0 4,5 110,5 UA 87782 U Таблиця Результати порівняння граничних та фактичних витрат води на магістральних ділянках за перепадом тиску, заміряного у вузлах № 15, 17, 18, 19 Номер ділянки Діаметр, мм Код ділянки 20 21 22 23 24 25 400 400 400 400 400 200 0-3 0-3 6-0 0-6 0-6 6-5 Витрата, л/с граничні фактичні значення значення 54,29 58,02 64,29 68,02 57,03 86,48 116,97 115,77 176,97 175,77 37,77 38,12 Pq , % 6,9 5,8 51,6 1 0,67 0,93 Втрати напору, м граничні фактичні значення значення 0,36 0,41 0,28 0,31 1,31 3 4,27 4,19 2,79 2,76 7,52 7,66 Ph , % 13,9 10,7 129 1,87 1,07 1,86 За перепадом статичного тиску, заміряного у 4 контрольних вузлах мережі 15, 17, 18, 19, 5 10 15 визначено зону розташування можливих витоків , утворену ділянками № 5-9 та № 19, 22 (фіг. 1), в якій розташовані пошкоджені ділянки без додаткових улаштувань на всіх магістральних ділянках мережі у реальному часі. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє за перепадом тисків, виміряних у контрольних вузлах мережі діагностувати зони розташування витоків. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб діагностики зон витоків з водопровідних мереж, що містить вимірювання перепаду тисків на окремих ділянках мережі, математичне перетворення отриманого перепаду тиску в об'ємну витрату та втрати тиску на ділянках, порівняння фактичних та граничних об'ємних витрат і втрат тиску одночасно для всіх ділянок мережі, який відрізняється тим, що перепад тиску вимірюють у контрольних вузлах мережі транспортування та визначають місця розташування витоків одночасно на всіх магістральних ділянках мережі. 4 UA 87782 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5