CN115234847B - 定位供水管网中的泄漏点的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于定位供水管网中的泄漏点(19)的方法，所述供水管网具有水源(11)和一个或多个位于用户侧的电子水用量表(21，22)，基于时间温度曲线和流过至少一个用量表(21)的水量来计算用量表(21)与泄漏点(19)位置之间的管道(17)的长度。

Description

定位供水管网中的泄漏点的方法

技术领域

本发明涉及一种用于定位供水管网中的泄漏点的方法以及一种被设计用于执行该方法的用量表。

背景技术

水网中最常见的水损失是由管网泄漏引起的。可以使用多种技术来检测和定位水网中的泄漏点。其中一种技术是基于声学。当水通过泄漏点离开加压管道时会产生噪声。这种噪声可用于检测和定位泄漏点。存在多种方法，这些方法的共同之处是都使用模拟检测装置(即，麦克风、水听器、加速度计、压电装置等)来捕获泄漏噪声。检测装置可以使用一种或多种模拟滤波技术。所捕获的噪声数据可以使用数字分析来处理。对噪声数据使用的分析技术可能或多或少地比较复杂，其范围从诸如峰值或rms值这样的简单能量测量到更先进的方法，如频率分析或更多检测装置之间的相关性。使用哪种策略取决于像电流消耗、检测器间隔、无线网络能力和检测器能力这样的参数。

专利文献WO2017/005687A1公开了一种流体用量表，其被配置为检测声学噪声级数据，以帮助定位流体供应管道网络中的流体泄漏。由于流体用量表是安装在每个房屋中，因此它们都可以用于声学泄漏检测。这种声学泄漏检测在实践中能够非常好地工作，但是很难确定泄漏点的准确位置。为此需要额外的技术，例如示踪气体、相关仪或探地雷达等。由于泄漏点的准确位置(即所谓的精确定点)是未知的，因此通常必须搜索大面积的区域。这耗时、昂贵且阻碍交通。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于定位供水管网中的泄漏点的改进方法。本发明的另一个目的是提供一种用于执行该方法的装置。

根据本发明的供水管网泄漏点定位方法是利用管网固定点处的时间温度曲线和流经该固定点的水量来计算该固定点与泄漏位置之间的管道长度。供水管网包括至少一个水源和一个或多个位于用户侧的电子水用量表。在水用量表中确定时间温度曲线和流过的水量，并计算该水用量表与泄漏位置(泄漏点的位置)之间的管道长度。

本发明的主要思想是使用随时间变化的温度曲线和流经用量表的水量来计算用量表与泄漏位置之间的管道长度。通过温度曲线可以确定一时间段，该时间段是液体从泄漏流到用量表所需的时间。用量表获知在此期间流过用量表的液体量。如果知道管线的横截面积，就可以计算出用量表与泄漏之间的管道长度。根据本发明，使用介质的温度曲线来定位泄漏点。下面将进一步详细说明如何使用温度曲线。本发明的主要思想是利用水源和用户侧的一个或多个水用量表之间的水网中的温度变化，因为如果在管网中存在泄漏点或者如果在去往该用量表的网络中不存在泄漏点，时间温度曲线是不同的。

现代的用量表包括用于测量、计算并传输数据至前端系统、服务器等的电子器件。距离计算可以在用量表、前端系统或服务器中或者在连接到用量表、前端系统或服务器的任何计算机、智能手机、平板电脑等中完成。

由于每个供水管网都具有大量的用量表，因此根据本发明的方法可以通过软件来实现，并且不需要任何昂贵的技术投资。

定位泄漏点可以通过至少一个用量表来实现。这优选地通过多个用量表来完成。定位使用的用量表越多，定位就越准确。当然，建议通过不同的用量表、非并行的但时间间隔开地发起对泄漏点的定位。

由于定位泄漏点是使用至少一个用量表来完成，因此有利的是，不仅使用这个或这些用量表来定位泄漏点，而且还用于检测泄漏点的存在。在定位泄漏点之前，可以激活一个或多个用量表的声学泄漏检测。如果使用多个用量表，则可以通过使用由这些用量表检测到的并且是由泄漏点引起的管道噪声水平来粗略地估计泄漏点的位置。为了定位泄漏点，优选地使用那些最靠近泄漏点的用量表。

可以通过由布置在用量表中或连接到用量表的温度传感器采集水的温度来确定时间温度曲线。当然，如果通过测量用量表内部的流体中的声速并根据所测得的速度计算温度来采集水的温度，则不一定需要在用量表中布置温度传感器。公知的一种确定用量表温度的方法是用量表与用于测量流量的压电元件一起工作。然而这些用量表在测量之前需要温度调整，并且该温度调整也可以用于确定所流过的液体的温度。

根据本发明的用于定位泄漏点的方法是基于管道网络中的水的温度适应于环境温度的效应。这种效应当然取决于水是否流过管道(因为其是由于泄漏而发生)或者水是否静止不动(没有流动)。有时必须使管道中的水流动或停止流动，以便在时间温度曲线中形成阶跃，这种阶跃是确定用于计算泄漏点距离的时间间隔所必需的。根据本发明，在确定流经用量表的水的时间温度曲线(随时间变化的曲线)之前，要使管线中的流动停止一段时间。

优选地，不仅确定流经用量表的流体的温度，而且还确定用量表的环境温度。如果使用多个用量表来定位泄漏点，则应该采集每个用量表的环境温度。如果没有流动，则环境温度将在一段时间之后接近用量表的管道中的流体的温度。如果管道中的流动停止一段时间，则该时间段应该至少对应于通向用量表的管道中的水的温度适应于管道周围环境温度所需的时间。这对于在管道中在泄漏位置引起温度跃变可能是重要的，因为为了后续计算泄漏点与用量表之间的距离，必须检测该温度跃变。

必须检测通过用量表内部的温度测量所采集的时间温度曲线中的这种温度跃变。如果已检测到这种温度跃变，则可以根据管道横截面和在从流动开始到检测到温度跃变之间的时间间隔内流经用量表的水量来计算泄漏点与用量表之间的管道距离。

可能有利的是，通过与下述中的一项或多项相关的补偿因子来修正管道长度的计算：

-从用量表到房屋外壁的管道长度；

-管道路线相对于主配水管线与房屋之间的直线的偏差。

由于声音泄漏检测是使用电子用量表进行，因此这种声音泄漏检测应该在泄漏位置之前进行，这意味着使用至少一个用量表的泄漏位置应该通过该用量表或附近的用量表的声音泄漏检测来触发。

如在专利文献WO2017/005687A1中所公开的电子用量表可以容易地被配置用于执行这种定位泄漏点的方法。该方法可以在没有任何附加硬件的情况下实施。通过软件实施可能就足够了。然而，有附加的硬件可能是有利的。用量表可能包括温度传感器，用于感测用量表的温度或用量表的环境温度。这些温度传感器相当便宜，并且不需要太大的空间或分析电子器件。另一方面，如前所述的，在没有温度传感器的情况下，流过用量表的水的温度可以通过温度校准过程来确定，该温度校准过程发生在用量表内部以调整流量的测量，如在超声用量表中所进行的那样。在那里是测量声音在水中的速度以确定水的温度。

为了停止流动，优选地使用具有电控集成截止阀的用量表。替代地，该电控截止阀可以布置在管道中在用量表之前或之后。对阀门的控制可以无线或有线地进行。

由于电子水用量表大多数没有外部电源，而是具有必须能够长时间使用的内置电池，因此建议将用量表限制在执行该泄漏点定位三次、五次或任何其它的次数，以确保执行泄漏点定位不会影响用量表的正常寿命。

有利的是，能够通过对用量表内部的控制电子器件的附加编程来安排对用量表实施根据本发明的方法。在电子器件中可能有特殊的子电路做到这一点。这些用量表的信号传输是通过无线电无线地传输到前端系统。当然，这种无线电传输可以被适配为通过特殊的接收器、智能手机或任何其它合适的接收装置来接收信号。替代地，可以通过用量表的壳体实现数据以及用于执行根据本发明方法的电能的感应传输。

根据本发明的用于定位泄漏点的方法优选地在水流很小的时间段内执行，因为这通常是在夜晚或凌晨。

附图说明

下面参照附图对本发明进行详细说明，其中：

图1以非常简化的形式示出了供水管网，

图2示出了用量表所采集的时间温度曲线，并且

图3示出了简化的供水管网，其包括多个用户和用量表以及必须被定位的泄漏点。

其中，附图标记列表如下：

1 供水管网

2 主管线

3 次级管线

4 泄漏点

5 用量表

11 自来水厂

12 中央泵站

13 主配水管线

14 区域

15 湖泊

16 节点

17 小管道/住宅管道

18 房屋

19 泄漏点

20 管道17的区段

21 用量表

22 用量表

23 房屋

24 小管道/住宅管道

25 节点

Di 泄漏点19与用量表21之间的距离

L 泄漏点19与用量表21之间的管道20的长度

具体实施方式

在图1中，以非常简化的示意图示出了供水管网1中不同温度的原理。网格1的主管线2具有在例如12℃的低温内流动的水。由于有大量的液流通过主管线2，因此该温度几乎是恒定的。

从主管线2分支出次级管线3。这些次级管线通向用户，例如房屋。特别是如果在消耗侧消耗很少或没有消耗，例如在夜间，则次级管线3中的水温适应于地面环境温度。该温度可以是例如14℃。次级管线3中的较高温度以虚线示出。

在图1中，在左下部的次级管线3中存在泄漏点4。当水流经该泄漏点4时，即使在该次级管线3中没有消耗，也会存在与主管线2中的水温相应的低温直至泄漏点4。从泄漏点4到消耗侧没有流动。因此，在次级管线3的这一部分中，水的温度在一段时间之后会对应于环境温度，为14℃。

如果带有泄漏点4的该次级管线3在用户侧被打开，则该管线3中的水将流经消耗侧的用量表5。

在图2中示出了停留在或流经用量表5的水的时间温度曲线。当流动开始时，用量表5中的温度对应于房屋中的温度T_House。在开始之后不久，在时间t₀处，流过的水的温度下降到温度T_h，该温度是在泄漏点4与用量表5之间的那一部分次级管线3中的水的温度。

在时间t_leak处，温度再次下降到温度T_F，该温度对应于主管线2和次级管线3的第一部分直到泄漏点4的温度。如果现在停止流动，则用量表5中的温度将再次升高到温度T_House。

为了定位泄漏点，确定t₀与t_leak之间的时间间隔。从用量表5可知在该时间间隔(t₀-t_leak)期间有多少体积的水已经流过用量表5。此外，可以将管道尺寸，也就是其直径，预先编程到用量表中或无线传输到用量表中。典型的直径在50mm到100mm之间。由于该次级管线3的管道尺寸是已知的，因此泄漏点4与用量表5之间的管道长度可以通过用在时间间隔t₀-t_leak内流过的体积除以管道的横截面积计算得到。这是根据本发明方法的基本原理。

在图3中示出了在实践中如何实现该方法：

用于所示供水管网的水来自自来水厂11，其具有大型中央泵站12，用于将饮用水泵送到作为供水管网的主管线的分配管线13中。来自自来水厂11的水的温度通常在5℃到15℃之间。该温度取决于环境温度和自来水厂11的蓄水池的大小。在该示例中，假设进入分配管线13的水的温度为10℃。在其通过分配管线13的途中，水会根据周围土壤的温度和流速而改变其温度。在图3中，分配管线13穿过了水温为15℃的当地湖泊15附近的区域14。湖泊15中的水的温度被传递到土壤并通过土壤传递到穿过该区域14的分配管线13中的水。在该示例中，穿过该区域14的分配管线13中的水的温度升高到12℃，这种温度升高除了其它因素之外取决于流速、流量和管道壁的热导率。

在水通过分配管线13的途中，水到达节点16，主分配管道13在该节点处分支出小管道17，该小管道是通向房屋18的住宅管道。该小管道17中的水的温度在开始时为12℃。在住宅管道17中，在管道中有泄漏点19。水通过该泄漏点19涌出。就泄漏点19而言，从节点16到泄漏点19存在经由住宅管道17的连续流动。如果在房屋18中有任何的饮用水消耗，则沿流动方向在泄漏点19后面存在较小的水流。如果房屋18中没有饮用水消耗，则可能没有流动。结果，住宅管道17的区段20中的水温升高。区段20是从泄漏点19到房屋18的那一部分管道。在区段20中，由于管道内部的水被周围的土壤加热，因此水温升高到16℃。管道17的区段20中的该温度当然也取决于房屋18中的水的消耗，并且还取决于周围土壤的温度。

在房屋18中设有用量表21，该用量表是一种通过超声技术测量流速的电子用量表。该用量表21不仅确定流经用量表21的体积，而且还确定流经的水的温度。为了测量温度，可以在用量表21内部设置温度传感器，以测量流经用量表21的水的温度。替代地，当使用可以在用量表21中实现的所谓绝对时间测量时，可以通过测量声音在水中的速度而在水温确定单元中计算流经用量表21的水的温度。

该用于定位泄漏点19的方法在下述情况下执行最有效：即，暂时停止去往房屋18的水流，以使住宅管道17的区段20中的水能够适应于周围环境的温度。此外，用量表21内部的水适应于房屋18中的环境温度。当开始流经用量表21的流动时，由于用量表21中的水和通向房屋18内部的用量表21的管道适应于房屋18的温度，因此该流动是以水温T_House开始。当流经用量表21的流动开始并且如图2所示的时间温度曲线开始时，定位过程开始。

当用量表21处于泄漏定位模式时，分析内部水的温度。当在用量表21中检测到突然急剧下降时，通过无线通信将其报告给前端系统。根据图2，在该实施例中是检测从温度T_House(18℃)到温度T_H(16℃)的这种突然变化。在水进一步经由管道到达用量表21时，在t_o开始测量时间和流量。所测得的流速为例如每秒一升。进一步观察水的温度。当流经用量表21的水的温度在第二时间t_leak下降时，确定t₀-t_leak的时间间隔，并且进一步确定在该时间间隔t₀-t_leak内流过用量表21的体积。当温度为T_H＝16℃的管道区段段20中的水流过用量表21时，发生温度从T_H＝16℃到T_F＝12℃的第二次降低。在时间t_leak，当来自住宅管道17的节点16与泄漏点19之间的那一部分的水到达用量表21中时，温度将再次降低，并且将在该时间间隔期间流过用量表21的体积报告给前端系统。

在时间t₀和t_leak检测到这两个陡峭侧沿之后，在用量表21中或在前端系统中计算泄漏点19的位置。由于住宅管道17具有恒定的横截面，因此可以用在t₀-t_leak的时间间隔内流过用量表21的体积除以横截面来计算得到区段20的长度，其中D为住宅管道17的直径。结果计算出长度L，该长度是泄漏点19与用量表21之间的管道20的长度L。

时间温度曲线通常不像图2中的曲线那样清晰、简单。问题可能在于泄漏点19之前和之后的住宅管道17中的温度差不够大或者没有急剧下降。这种温度差应该尽可能得大。因此，在开始定位过程之前，有必要通过在用量表21内部或旁边安装截止阀来停止水流过管道17的区段20。该截止阀由用量表的控制电子器件控制，并且可以在开始泄漏定位过程时在第一次声音泄漏检测之后启动关闭。针对该泄漏定位过程，阀门保持关闭两或三个小时，该时间应该与管道的区段20中的水的温度适应于周围环境的时间一样。如果流动必须中断几个小时，则建议在夜间启动泄漏定位过程。

在该时间之后，打开阀门并且开始前述的泄漏定位过程，从而能够检测到突然的温度下降(见图2)。

这种声学泄漏检测是公知的，并且存在被配置用于进行这种声学泄漏检测的用量表。声音泄漏检测和泄漏定位二者均应该由外部控制发起，因为由用量表执行的这些方法需要额外的电能，而该电能必须由用量表内部的有限的电池来提供。对于这种声学泄漏检测，通常应该使用多个用量表21。

参照图3，在房屋18中有用量表21，并且在房屋23中有另一个用量表22。具有用量表22的房屋23通过小管道24连接，该小管道是住宅管道24并且是在节点25处从分配管线13分支出来。如图3所示，节点25(沿流过分配管线13的方向)位于节点16之后。根据距离，由用量表21和22两者或其中之一所执行的声学泄漏检测将检测出泄漏点19。在分析用量表21和22的声学泄漏检测曲线时，能够清楚地识别出泄漏点19是在住宅管道17中，而不是在住宅管道24中，这可以从声学泄漏信号的强度识别出来。当声学泄漏检测完成时，如前面参照图2所述，通过分析时间温度曲线来选择用量表21执行泄漏定位。

Claims (15)

1.一种用于定位饮用水供水管网中的泄漏点(19)的方法，所述饮用水供水管网包括至少一个水源(11)和一个或多个位于用户侧的电子水用量表(21，22)，其特征在于，基于管道(20)已知的横截面、流过所述用量表(21，22)中的一个用量表(21)的水的时间温度曲线和流过该用量表(21)的水量来计算该用量表(21)与所述泄漏点(19)之间的管道(20)的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算所述用量表(21)与所述泄漏点(19)位置之间的管道(20)的长度(L)之前，使用所述用量表(21，22)中的至少一个进行声学泄漏检测。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过布置在或连接到所述用量表(21)的温度传感器采集水的温度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过测量声音在所述用量表(21)内部的流体中的速度并基于所测得的速度计算温度来采集水的温度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定流过所述用量表(21)的水的时间温度曲线之前，使所述管道(20)中的流动停止一时间段。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，采集所述用量表(21)的环境温度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定流过所述用量表(21)的水的时间温度曲线之前，使所述管道(20)中的流动停止一时间段，其中停止的所述时间段至少对应于通向所述用量表(21)的管道(20)中的水的温度适应于所述管道(20)的周围环境温度所需的时间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，检测所述时间温度曲线中的温度跃变，其中，确定在通过所述用量表(21)的流动开始之后检测到第一温度跃变的时间t₀与检测到第二温度跃变的时间t_leak之间的时间间隔t₀-t_leak期间流过所述用量表(21)的水量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过补偿因子修正所计算的管道(20)的长度，所述补偿因子与下述的一项或多项有关：

-从所述用量表(21)到房屋(18)的外壁的管道(20)长度；

-管道路线相对于主配水管线(13)与所述房屋(18)之间的直线的偏差。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，泄漏定位通过所述用量表(21，22)中的至少一个的声音泄漏检测来触发。

11.一种超声用量表(21，22)，具有在所述用量表(21，22)的内部的控制电子器件，其特征在于，所述控制电子器件被配置用于执行根据权利要求1-10中的任一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的超声用量表(21，22)，其特征在于，所述用量表(21，22)包括用于确定流过所述用量表(21，22)的水的温度和/或环境温度的装置。

13.根据权利要求11或12所述的超声用量表(21，22)，其特征在于，存在用于感测所述用量表(21，22)的温度和/或所述用量表(21，22)的环境温度的温度传感器。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的超声用量表(21，22)，其特征在于，所述用量表(21，22)被配置用于通过测量声音在水中的速度来确定所流过的水的温度。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的超声用量表(21，22)，其特征在于，所述用量表(21，22)包括电控集成截止阀。