[发明专利]一种基于瞬变流的阀门状态探测系统和方法

权利要求书

1.一种基于瞬变流的阀门状态探测系统，包括：

试验管路；

上游供水设备，包括变频泵、气压罐、稳压水箱和控制柜，变频水泵和控制柜调节水泵频率，保证稳定的压力水头及管道流速；

上下游阀门，调节管道中的流量大小；

中间阀门，用于改变阀门的工作状态，引起不同的试验工况；

末端电动调速球阀，用来在管道末端产生水锤波，由控制系统和机械系统组成，可以实现阀门的启闭作业，关阀时间需要比较快；

电磁流量计，实时测量管道流量；

压力传感器，安装在管道上，用于测量管道中的压力信号。

2.如权利要求1所述的基于瞬变流的阀门状态探测系统，其特征在于，末端电动调速球阀用来在管路末端产生水锤波，由控制系统和机械系统组成，在阀门启闭作业的一定行程时间范围内，可进行无级调节；阀门启闭作业的一定开度调节范围，可进行无级调节；阀门可以实现正反转，便于启闭控制；包括阀体、用来驱动阀体开闭的步进电机、控制步进电机的驱动器、连接驱动器的控制器、触摸屏、控制柜以及连接各电路和电机启闭的开关元件；试验管网运行时，将电动球阀接入电路，在触摸屏设置需要的关阀时间，控制器会将相应的脉冲个数和频率传递给驱动器，然后驱动电机按照指令工作，电机动作带动阀门转动实现球阀的启闭动作。

3.如权利要求1所述的基于瞬变流的阀门状态探测系统，其特征在于，在管路的上游靠近稳压水箱以及下游排水孔处都有设置闸阀以调节不同流量。

4.如权利要求1所述的基于瞬变流的阀门状态探测系统，其特征在于，中间阀门规格为球阀，用于改变阀门的工作状态，引起不同的试验工况。

5.如权利要求1～4任一权利要求所述的基于瞬变流的阀门状态探测系统，其特征在于，试验装置内的压力变化情况由压力测量系统监测并记录，该系统包括压力传感器、稳压电源、数据采集卡、计算机(数据采集软件)等，信号处理软件为LabVIEW。

6.如权利要求1所述的基于瞬变流的阀门状态探测系统，其特征在于，通过快速关阀引起水锤。

7.一种基于瞬变流的阀门状态探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)试验前，根据所需工况调节中间阀门的开度；

(2)试验过程中，打开水泵向管道系统供水，调节控制柜以及管道中的闸阀，得到所需的初始流量或流速；

(3)在末端电动球阀的控制屏上调整设置所需的关阀时间；

(4)压力传感器采集压力信号，信号由压力监测系统收集处理；

(5)启动数据采集软件，记录管道系统内的流量以及压力变化；稳定5s后，关闭电动球阀，在管道内产生瞬态压力；当管内压力再次稳定，流量为0时，停止数据采集，保存数据；

(6)整理试验数据，进行下一个工况的试验，直到全部测试完成；

(7)根据测得的压力信息，得到初次、二次升压值与时间信息，计算得到阀门的位置与开度情况。

8.如权利要求7所述的基于瞬变流的阀门状态探测方法，其特征在于，在步骤(6)中，可以使用下面的关系来评估被检测到的阀门的位置，

式中L₁为管道中间阀与末端压力监测点之间的距离，L为上游稳压水箱与末端压力监测点之间的距离；每一个急剧变化的压力信号对应于一个压力波穿过末端压力监测点的测量截面：在t₁，电动球阀的快速完全关闭产生的瞬态波通过末端压力监测点的测量截面；当压力波抵达管道中部分关闭的中间阀门时，它被部分反射，在t₂时间返回到末端压力监测点的测量截面，透射波继续向上游传去，直到被上游稳压水箱反射；在t₃时，由于反射、摩擦等引起的压力振幅减小的波返回到末端压力监测点。

9.如权利要求7所述的基于瞬变流的阀门状态探测方法，其特征在于，在步骤(6)中，可以通过阀门水头损失系数K来评估评估阀门开度情况：

其中，阀门快速关闭可以产生入射压力波，H_W和V_W即为入射波的压力和速度；a为瞬态压力波波速；ΔH_R＝H_R-H_W，H_R和V为阀门处反射后的水头和速度；管道初始流速为V₀；ΔH_R,a和V₀已知，通过以上两式可以采用试算法计算得到阀门水头损失系数K；当末端阀门瞬时完全关闭时，则有V_W＝0，