CN109210387A - 一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法。本发明首先通过压力传感器收集不同时刻测试管道两端和管路中部位置的压力随时间的变化的值，然后用智能算法软件将测试物理参数代入并简化原始数学模型，最后再用算法软件对测试获得的数据信息进行运算处理，得出一系列的疑似泄露位置，最后处理数据并得到最终的泄露位置。本发明中提出测管道两端和管道中间的压力值，能够更加有效的简化测量管道内的压强的步骤，最终能得到更加准确的泄漏点位置。本发明通过将测量的管道内压力作为数学模型的输入变量，模型的输出量为泄漏点的位置，操作过程简单，定位精度高，耗时少，并能达到高效的检漏定位水平。

Description

一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法

技术领域

本发明涉及管道检漏技术领域，尤其涉及一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法。

背景技术

在类似于托卡马克这种大型装置中，常常配有各种复杂形状的输运管道，管道的良好密封性才能保证整个装置的正常运行，现实中常用真空检漏定位的方法来检查管道的密封性，现有的真空检漏定位手段主要是正压冒泡法、正压吸枪法及负压喷氦气方法，但对于长距离且置于复杂结构中的大型管道的检测效果不佳且操作困难，并且这些检漏定位方法必须要破除托卡马克真空室的真空环境才能够进行，这就导致了在管道检漏定位完成后，需要重新清洁真空室，并还原真空状态，整个检漏定位过程流程繁琐且耗时过长。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法，根据不同时刻管道压强的值并结合初始的物理参数，通过数学模型得出管道泄漏点的位置；所述的测试管道初始内部为正压状态，测试过程中管道两端封闭的；具体步骤如下：

步骤S01：记录下管道的原始参数；

步骤S02：进行测试并收集管道两端和中部的压力随时间变化的三组数据；

步骤S03：将记录下的管道原始参数作为数学模型的输入量，测试得到的任一组数据作为算法中数学模型的输入变量，管道泄漏位置作为数学模型的输出量；

步骤S04：选择另一组测试得到的数据作为算法中数学模型的输入变量，重复步骤S03，得出新的输出量；当将步骤S02测得的数据都代入数学模型中后，通过智能算法软件MATLAB处理数据，得出管道泄漏位置。

步骤S01中，所述的管道的原始参数包括有：测试管道的直径、长度、待测点位置和管道内外的初始压力。

步骤S02中，收集的三组数据是在同一次实验中的同一时刻收集的；压力的测量采用压力传感器测量。

步骤S03中采用的数学模型的推导是依据流体力学运动方程连续性方程状态方程所述数学模型的推导用到的数学公式包括偏微分方程求解和拉普拉斯变换，最终得出的数学模型为

当0≤x≤l时

当l≤x≤L时

上述式中P为压力，P_L为漏孔左侧的压力，P_R为漏孔右侧的压力，Pa；ρ为气体密度，kg/m³；v为气体流速，m/s；λ为水力摩阻系数；D为管道直径，m；g为重力加速度，m/s²；α为管道水平倾角；c为等温条件下声音在气体中传播速度，m/s；Z为气体的压缩系数；R为气体常数；T为绝对温度，K；a²为线性化系数，m²/s，P_H为管道内气体的初始压力，Pa；l为假设的泄露点位置，km；为泄露函数；L为管道的长度，km；t为时间变量，s；x为气体在管道中流动的位置坐标，km。

本发明的优点是：本发明通过将测量的管道内压力作为数学模型的输入变量，模型的输出量为泄漏点的位置，操作过程简单，定位精度高，特别的是该方法是在管道内部进行的，不会破坏管道外部的真空腔的真空度，特别是该方法可以用于管径很小的管道，耗时少，并能达到高效的检漏定位水平。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明实例测试管道的重要参数示意图。

具体实施方式

一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法，根据不同时刻管道压强的值并结合初始的物理参数，通过数学模型得出管道泄漏点的位置；所述的测试管道初始内部为正压状态，测试过程中管道两端封闭的；具体步骤如下：

步骤S01：记录下管道的原始参数；

步骤S02：进行测试并收集管道两端和中部的压力随时间变化的三组数据；

步骤S03：将记录下的管道原始参数作为数学模型的输入量，测试得到的任一组数据作为算法中数学模型的输入变量，管道泄漏位置作为数学模型的输出量；

步骤S04：选择另一组测试得到的数据作为算法中数学模型的输入变量，重复步骤S03，得出新的输出量；当将步骤S02测得的数据都代入数学模型中后，通过智能算法软件MATLAB处理数据，得出管道泄漏位置。

如图1所示步骤S01，记录下管道的原始参数；管道的原始数据包括:如图2所示，测试管道2的直径D，长度L，待测点位置l₁、l₂、l₃，管道内外的初始压力P_i、P_o；如图2将测试管道放在一段大管道1中，开始会对大管道1抽气至P_o，从而模拟真空腔室内的冷却水管的正压状态。

步骤S02，进行测试并收集管道两端和中部的压力随时间变化的三组数据；测试中会将压力传感器3放置在如图2、3所示的待测点位置l₁、l₂、l₃处，测得的压力为P₁、P₂、P₃；压力传感器3会记录不同时刻下的待测点压力值，从而得到很多组数据例如(t₁、P_1t1、P_2t1、P_3t1)；(t₂、P_1t2、P_2t2、P_3t2)；(t₃、P_1t3、P_2t3、P_3t3)等等。

步骤S03,将步骤S01记录下的管道原始参数(D、L、l₁、l₂、l₃、P_i、P_o)作为数学模型的输入量，步骤S02测试得到的t₁时刻数据(t₁、P_1t1、P_2t1、P_3t1)作为数学模型的输入变量，数学模型的输出量为管道泄漏位置l_t1。

步骤S03中采用的数学模型的推导是依据流体力学运动方程连续性方程状态方程所述数学模型的推导用到的数学公式包括偏微分方程求解和拉普拉斯变换。最终得出的数学模型为

当0≤x≤l时

当l≤x≤L时

上述式中P为压力，P_L为漏孔左侧的压力，P_R为漏孔右侧的压力，Pa；ρ为气体密度，kg/m³；v为气体流速，m/s；λ为水力摩阻系数；D为管道直径，m；g为重力加速度，m/s²；α为管道水平倾角；c为等温条件下声音在气体中传播速度，m/s；Z为气体的压缩系数；R为气体常数；T为绝对温度，K；α²为线性化系数，m²/s，P_H为管道内气体的初始压力，Pa；l为假设的泄露点位置，km；为泄露函数；L为管道的长度，km；t为时间变量，s；x为气体在管道中流动的位置坐标，km。

步骤S04,选择另一时刻下数据作为数学模型的输入变量，重复步骤S03得出新的输出量；当将步骤S02测得的所有数据都代入数学模型中后，通过智能算法软件MATLAB处理所有输出量(l_t1，l_t2，l_t3，l_t4...)并得出其分布情况，最终得出出现的频率最大的l值或者范围，这即为所需要的精确泄漏位置。

Claims (4)

1.一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法，其特征在于：根据不同时刻管道压强的值并结合初始的物理参数，通过数学模型得出管道泄漏点的位置；所述的测试管道初始内部为正压状态，测试过程中管道两端封闭的；具体步骤如下：

步骤S01：记录下管道的原始参数；

步骤S02：进行测试并收集管道两端和中部的压力随时间变化的三组数据；

步骤S03：将记录下的管道原始参数作为数学模型的输入量，测试得到的任一组数据作为算法中数学模型的输入变量，管道泄漏位置作为数学模型的输出量；

步骤S04：选择另一组测试得到的数据作为算法中数学模型的输入变量，重复步骤S03，得出新的输出量；当将步骤S02测得的数据都代入数学模型中后，通过智能算法软件MATLAB处理数据，得出管道泄漏位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法，其特征在于：步骤S01中，所述的管道的原始参数包括有：测试管道的直径、长度、待测点位置和管道内外的初始压力。

3.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法，其特征在于：步骤S02中，收集的三组数据是在同一次实验中的同一时刻收集的；压力的测量采用压力传感器测量。

4.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的气体管道泄漏检测定位的方法，其特征在于：步骤S03中采用的数学模型的推导是依据流体力学运动方程连续性方程状态方程所述数学模型的推导用到的数学公式包括偏微分方程求解和拉普拉斯变换，最终得出的数学模型为

当0≤x≤l时

当l≤x≤L时

上述式中P为压力，P_L为漏孔左侧的压力，P_R为漏孔右侧的压力，Pa；ρ为气体密度，kg/m³；v为气体流速，m/s；λ为水力摩阻系数；D为管道直径，m；g为重力加速度，m/s²；α为管道水平倾角；c为等温条件下声音在气体中传播速度，m/s；Z为气体的压缩系数；R为气体常数；T为绝对温度，K；α²为线性化系数，m²/s，P_H为管道内气体的初始压力，Pa；l为假设的泄露点位置，km；为泄露函数；L为管道的长度，km；t为时间变量，s；x为气体在管道中流动的位置坐标，km。