[发明专利]一种基于瞬变流的阀门状态探测系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于瞬变流的阀门状态探测系统，包括管路；上游供水设备，包括变频泵、气压罐、稳压水箱、控制柜，变频水泵及控制柜调节水泵频率；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；末端电动阀门，用来在管道末端产生水锤波；电磁流量计，实时测量管道流量；压力传感器，安装在管道上。还公开一种基于瞬变流的阀门状态探测方法，其通过分析得到阀门的特性曲线图，管道中的水锤波波速大小，通过得到二次升压值(即反射波的大小)以及瞬态波通过末端压力监测点测量截面的时间，通过公式计算得到阀门的位置以及开度大小，实验操作更简单，数据精度高，数据处理更方便。

技术领域

本发明涉及供水管网的技术领域，特别涉及一种基于瞬变流的阀门状态探测系统和方法。

背景技术

输水管网对于人们的日常生活和工业生产是十分的重要。通常情况下供水管网是比较庞大的，这样一个大的系统为了保障其功能要求需要非常复杂的调节手段，其中阀门是供水管网系统调节的一个关键的器件，它能够调节管内的流量以及压力，调节控制管网系统的运行状态，是管网系统实现稳定运行和其功能要求不可或缺的一部分。比如，有些情况下因为管道局部需要进行改造或者检修，但是此时又不能影响到管路的正常供水，这时阀门就起到了阻断和调节的作用。阀门作为管网运行调节的重要水力元件，其保持设定的开度是管网稳定安全运行、实现其功能要求十分重要的因素。

管道早期的坡度弯度设计不合理，在管道运行过程中由于压力、温度的大幅度波动，频繁的水锤现象对阀门造成冲击，造成阀体的损坏；许多阀门也会被安置在地下且时间较久比较陈旧，阀门的位置不清楚，其开度也受到土壤中各种化学物质对阀门造成的严重腐蚀和开关频率不高的影响而发生变化成为未知数；多数阀门深埋地下，又或是安装在偏远的野外。野外作业环境艰苦、具有一定的风险性，对于众多阀门检修人员无法及时掌握其状态。

通常，因为管路比较长，阀门的局部损失相比于管路的沿程损失小，其引起的水头损失可以忽略不计，对于阀门的开度比较大的情况下这种忽略可以满足计算要求，但当阀门开度比较小时，它的水头损失系数会非常大，此时的阻力系数可能是阀门全开的几十倍，上百倍甚至更大，如果供水管网计算中仍然忽略阀门的局部阻力，那么结果可能会产生较大的误差。较大的误差紧接着会引起供水管网实际运行过程中的水力不平衡，使供水管网达不到其功能要求以及产生不必要的水头损失。所以，通过探测阀门状态从而对阀门定位以及合理适当地调节阀门的开度保持在设定值，使得管网的实际运行工况与设计工况相符，不仅是对供水管网正常运行的保障，也可以减小不必要的能耗。

现有研究中，对于阀门状态的常用的探测方法有：目测检查法、振动法、温差测试法、红外线测量温度法、声波发射法、超声波探测法、压力差值法、CCTV检查法。

目测检查法是根据阀门的外观情况来判断阀门是否处于正常工作状态，很难做到精确测量，对于不易观察的阀门不太适用。

振动法是应用高精度检测仪器检测阀门造成的管道振动信号的强弱判断其开启状态。容易受周边环境噪声等的影响，不确定性大。

温差测试法是通过检测阀门两端管道壁的温度变化判断阀门的启闭状态，极易受到环境温度的影响，不确定性大。

声波发射法是应用辨别发射器的声信号特征，实现问题阀门的定位，泄漏等检测。通过辨别流体家经过阀门时产生的与正常运作不同的声音信号，分析得出阀门状态结果。目前应用较为广泛，但是对硬件设施的存储空间以及处理速度要求较高，不适用于大型工程。

超声波探测法是适用范围较窄，适用于检测孔径较小的阀门状态。

压力差值法是通过安装压力传感器监测稳态情况下阀门两端的压力信号得出压力变化情况，从而判断阀门的启闭状态，在实际中应用困难，需要打孔安装压力传感器，可能影响管道正常的运输。

CCTV检查法是一种入侵式检查法，需要将检测设备放入管道内部，通过实时影像反映管道内部状况。检测比较准确，但是需要耗费大量的时间和人力成本，比较繁琐，并且需要中断管道的运行。