Спосіб діагностики витоків в трубопровідній мережі електрогідравлічного комплексу

Реферат: Спосіб діагностики витоків в трубопровідній мережі електрогідравлічного комплексу включає зчитування й аналіз сигналу тиску Ηp(t) в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату для визначення наявності витоку і місця її локалізації. Додатково зчитують сигнали витрати Qp(t) в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату і в кінцевій точці dQp t  dQcont  трубопровідної мережі у споживача Qcon(t), визначають похідні витрат та в dt dt dQp t  dQcont  кожен дискретний інтервал часу; якщо виконується умова  0 , що показує  0 та dt dt на наявність витоку в трубопровідній мережі, обчислюють сигнал гідравлічної потужності в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату: Php(t) = gHp(t)Qp(t), де ρ - щільність рідини, що перекачують; 2 g - 9,81 м/с - прискорення вільного падіння; з використанням методу частотного аналізу на базі рядів Фур'є сигнал гідравлічної потужності розкладають на постійну і змінні складові. UA 103707 U (12) UA 103707 U UA 103707 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана в системах контролю параметрів електрогідравлічних комплексів (ЕГК) комунального і промислового водо- і теплоспоживання, водовідведення, нафтоперекачувальних насосних станцій для захисту трубопровідних мереж від витоків та несанкціонованих відборів. Відомий спосіб визначення місця витоку рідини з трубопроводу [О гидравлическом ударе в трубопроводных трубах, Жуковский Н.Е. М-Л., Гостехиздат, 1949], суть якого полягає у визначенні відстані до місця витоку рідини із трубопроводу по швидкості розповсюдження гідроударних хвиль, створених штучно, та інтервалом часу між зондуючою і відбитою від місця витоку хвилями. Суттєві ознаки, що збігаються із способом, що заявляється: використання сигналу тиску для визначення зміни режиму транспортування рідини. До причин, що перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату при використанні відомого способу, належать: низька чутливість на малі витоки та низька точність при визначенні місця витоку в умовах, коли корисний сигнал менше рівня випадкових перешкод. Найбільш близьким технічним рішенням до корисної моделі, що заявляється, вибраним як прототип, є спосіб визначення місця витоку рідини з трубопроводу [Спосіб визначення місця витоку рідини з трубопроводу: Пат. РФ № 2197679 С2: F17D5/02/ В.Ф. Галиакбаров, А.А. Гольянов, Г.Е. Коробков; 2001108766/06; опубликовано 27.01.2003, бюл. № 01/2003], за яким визначення місця витоку відбувається шляхом розрахунку інтервалу часу між зондуючою і відбитою гідроударною хвилею, котрі посилаються з відповідною амплітудою та частотою коливань. При цьому місце витоку розраховується за формулою: x = τ•ν/2, де x - відстань до місця витоку, м; τ - час проходження хвилі від джерела до приймача, с; ν - швидкість хвилі, м/с. Суттєві ознаки, що збігаються із способом, що заявляється: використання та аналіз сигналу тиску для визначення зміни режиму транспортування рідини. До причин, що перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату при використанні відомого способу, належать: - у відомому способі необхідний генератор гідроударних хвиль; - гідроударні хвилі негативно впливають на запас міцності труб; - необхідність використання внутрішньо-трубного снаряду для відбиття хвиль; - не може бути використаний в трубопровідних мережах складної конфігурації. В основу корисної моделі поставлена задача: розробка способу діагностики витоків в трубопровідній мережі електрогідравлічного комплексу, який забезпечить зменшення втрат продукту, що перекачується, та підвищить надійність електрогідравлічних комплексів. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб діагностики витоків в трубопровідній мережі електрогідравлічного комплексу включає зчитування й аналіз сигналу тиску Ηp(t) в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату для визначення наявності витоку і місця її локалізації. Додатково зчитують сигнали витрати Qp(t) в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату і в кінцевій точці трубопровідної мережі у споживача Qcon(t), dQp t  dQcont  в кожен дискретний інтервал часу; якщо визначають похідні витрат та dt dt dQp t  dQcont  , що показує на наявність витоку в трубопровідній виконують умову 0  0 та dt dt мережі, обчислюють сигнал гідравлічної потужності в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату: Php(t) = gHp(t)Qp(t), де ρ - щільність рідини, що перекачують; 2 g-9,81 м/с - прискорення вільного падіння; з використанням методу частотного аналізу на базі рядів Фур'є сигнал гідравлічної потужності розкладають на постійну і змінні складові:  hp t   hp0   hpk coskt  k  , k 1 pe де hp0  1  php t dt - постійна складова потужності; pe 0 50 2 2 hpk  hpka  hpkb - амплітудне значення k-ї гармоніки змінної складової гідравлічної потужності; 1 UA 103707 U  hpka  1 pe  php t coskt dt - косинусна складова гідравлічної потужності; pe 0  1 pe  php t sinkt dt - синусна складова гідравлічної потужності; pe 0 k  arctg hpka / hpkb - фазовий зсув сигналу гідравлічної потужності; Тре = t2 – t1 - період розкладання сигналу гідравлічної потужності; dQp t  t1 - момент часу, в який відбувається зміна похідної ; dt t2 - момент часу, відповідний сталому значенню сигналу Qp(t) на виході насосного агрегату; Ω = 2πf - кругова частота зміни сигналу гідравлічної потужності; f=1/Трe - частота зміни сигналу; K, k - кількість і номер гармонік гідравлічної потужності. hpka   5 10 15 20 25 30 35 40 45  Визначають коефіцієнт aar    hpk / hp0 підсилення змінної складової гідравлічної k 1 потужності; за відсутності витоку коефіцієнт aar  0 ; появі витоку в трубопровідній мережі відповідає зростання значення коефіцієнта aar  0 , причому, чим більше його значення, тим ближче до контрольної точки вимірювання знаходиться місце витоку чи тим більша величина витоку; знаючи поточне значення коефіцієнта aar , розраховують відстань від контрольної точки вимірювання до місця витоку: L  a  b / Qleak  c / aar  d / a2ar ,  де Qleak(t) = Qp(t) - Qcon(t) - величина витоку; a, b, c, d - коефіцієнти апроксимації, що враховують властивості рідини, конфігурацію трубопроводу та параметри гідротранспортування. Технічний результат полягає у тому, що не потребує додаткової контрольно-вимірювальної апаратури, характеризується досить високою достовірністю визначення місця витоку, що підвищує ефективність і надійність електрогідравлічних комплексів за рахунок зменшення втрат транспортованої рідини. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1 наведена система діагностики витоків, на якій прийняті наступні позначення: ПЧ перетворювач частоти; АД - асинхронний двигун; БК - блок керування; ДТ1 - датчик тиску в контрольній точці вимірювання; ДВ1, ДВ2 - датчики витрати в контрольній точці вимірювання та у споживача, відповідно; ВМ1, ВМ2 - виконуючі механізми першої та другої засувки, відповідно; Ηp(t) - значення тиску в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату; Qp(t) значення витрати в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату; Qcon(t) значення витрати у споживача; З1, З2 - засувки на початку та в кінці трубопроводу; x - відстань від контрольної точки вимірювання до місця витоку; Uc1(t), Uc2(t), Uc3(t) - сигнали керування на перетворювач частоти та виконуючі механізми першої та другої засувки, відповідно. Робота системи діагностики витоків полягає у періодичному опитуванні датчиків тиску та витрати в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату та датчика витрати у споживача. Після цього сигнали надходять в блок керування, в якому, відповідно до алгоритму (фіг. 2), визначається наявність та величина витоку, а також його координати. Для зменшення втрат при наявності витоку формуються відповідні керуючі впливи на перетворювач частоти для зміни обертів робочого колеса або на виконуючі механізми засувок. На фігурі 2 наведений алгоритм роботи способу діагностики витоків в трубопровідній мережі електрогідравлічного комплексу, на яких прийняті позначення: ρ - щільність рідини, що перекачується; g прискорення вільного падіння; a, b, c, d - коефіцієнти апроксимації; Ηp(t) - значення тиску на виході насосного агрегату; Qp(t) - значення витрати на виході насосного агрегату; dQp t  Qcon(t) - значення витрати у споживача; - похідна витрати на виході насосного dt dQcont  - похідна витрати у споживача; dt Php(t) - гідравлічна потужність на виході насосу; Php0 - постійна складова потужності; Рhрkа косинусна складова гідравлічної потужності; Phpkb - синусна складова гідравлічної потужності; Τpe агрегату; 2 UA 103707 U 5 10 15 - період розкладання сигналу гідравлічної потужності; Qleak(t) - величина витоку; аνar - коефіцієнт підсилення змінної складової гідравлічної потужності; Phpk - амплітудне значення k-ϊ гармоніки змінної складової гідравлічної потужності; Спосіб діагностики витоків в трубопровідній мережі електрогідравлічного комплексу реалізується наступним чином. Задаються параметри a, b, c, d, g, p ЕГК (фіг. 2). Зчитуються сигнали тиску Ηp(t) та витрати Qp(t) в контрольній точці на виході насосного агрегату і в кінцевій точці трубопровідної мережі у споживача Qcon(t). dQp t  dQcont  в кожен дискретний інтервал часу. Визначаються похідні витрат та dt dt dQp t  dQcont  Виконання умови  0 сигналізує про наявність витоку в трубопровідній  0 та dt dt мережі. dQp t  Фіксуються моменти часу t1, в який відбувається зміна похідної , та t2, відповідний dt сталому значенню сигналу Qp(t) на виході насосного агрегату. Визначається величина витоку Qleak(t) = Qp(t) - Qcon(t). Обчислюється сигнал гідравлічної потужності php (t) = ρgHp(t)Qp(t) в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату. Потім розраховується період Трe=t2 –t1 розкладання сигналу гідравлічної потужності. З використанням методу частотного аналізу на базі рядів Фур'є сигнал гідравлічної потужності описується постійною і змінними складовими:  hp t   hp0   hpk coskt  k  , k 1 pe де hp0  1  php t dt - постійна складова потужності; pe 0 20 2 2 hpk  hpka  hpkb - амплітудне значення k-ϊ гармоніки змінної складової гідравлічної потужності;  hpka  1 pe  php t coskt dt - косинусна складова гідравлічної потужності; pe 0  1 pe  php t  sinkt dt - синусна складова гідравлічної потужності; pe 0 k  arctg hpka / hpkb - фазовий зсув сигналу гідравлічної потужності. hpka   25  Визначається коефіцієнт aar    hpk / hp0 змінної складової гідравлічної потужності. За k 1 допомогою апроксимаційної залежності визначаються відстані L  a  b / Qleak  c / aar  d / a2ar  до місця витоку. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Спосіб діагностики витоків в трубопровідній мережі електрогідравлічного комплексу, що включає зчитування й аналіз сигналу тиску Ηp(t) в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату для визначення наявності витоку і місця її локалізації, який відрізняється тим, що додатково зчитують сигнали витрати Qp(t) в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату і в кінцевій точці трубопровідної мережі у споживача Qcon(t), визначають dQp t  dQcont  похідні витрат та в кожен дискретний інтервал часу; якщо виконують умову dt dt dQp t  dQcon t   0 та  0 , що показує на наявність витоку в трубопровідній мережі, обчислюють dt dt сигнал гідравлічної потужності в контрольній точці вимірювання на виході насосного агрегату: Php(t) = gHp(t)Qp(t), де ρ - щільність рідини, що перекачують; 3 UA 103707 U 2 g - 9,81 м/с - прискорення вільного падіння; з використанням методу частотного аналізу на базі рядів Фур'є сигнал гідравлічної потужності розкладають на постійну і змінні складові: hp t   hp0  5 де hp0    hpk coskt  k  , k 1 pe 1  php t dt - постійна складова потужності; pe 0 2 2 hpk  hpka  hpkb - амплітудне значення k-ї гармоніки змінної складової гідравлічної потужності;  1 pe hpka   php t coskt dt - косинусна складова гідравлічної потужності; pe 0  1 pe  php t  sinkt dt - синусна складова гідравлічної потужності; pe 0 k  arctg hpka / hpkb - фазовий зсув сигналу гідравлічної потужності; hpka  10 15   Тре = t2 - t1 - період розкладання сигналу гідравлічної потужності; dQp t  t1 - момент часу, в який відбувається зміна похідної ; dt t2 - момент часу, відповідний сталому значенню сигналу Qp(t) на виході насосного агрегату; Ω = 2πf - кругова частота зміни сигналу гідравлічної потужності; f = 1/Трe - частота зміни сигналу; K, k - кількість і номер гармонік гідравлічної потужності; визначають коефіцієнт aar  20 25   hpk / hp0 підсилення змінної складової гідравлічної потужності; k 1 за відсутності витоку коефіцієнт aar  0 ; появі витоку в трубопровідній мережі відповідає зростання значення коефіцієнта aar  0 , причому, чим більше його значення, тим ближче до контрольної точки вимірювання знаходиться місце витоку чи тим більша величина витоку; знаючи поточне значення коефіцієнта aar , розраховують відстань від контрольної точки вимірювання до місця витоку: L  a  b / Qleak  c / aar  d / a2ar ,  де Qleak(t) = Qp(t) - Qcon(t) - величина витоку; a, b, c, d - коефіцієнти апроксимації, що враховують властивості рідини, конфігурацію трубопроводу та параметри гідротранспортування. 4 UA 103707 U 5 UA 103707 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6