直埋热水供热管道泄漏声波特性实验研究

城市直埋供热管网泄漏精准智能定位是城市供热基础设施安全与节能降碳运行及智能化的重关键环节。为提高利用声波法进行直埋热水供热管网泄漏的定位精度,建立DN300大型模化供热实验系统,研究了有无泄漏时,管壁上声波信号随传播距离、温度、压力和流量变化的特性,分析了管道上水泵振动声波的时频特点,利用小波阈值法进行信号降噪,得到了供热管道泄漏的特征频段。研究表明,温度对泄漏声波频段影响显著,温度越高声波特征频段分布越大,温度从31℃升高到86℃后,特征频段从200-800 Hz升至50-1500 Hz;传播距离、压力和流量的变化主要影响泄漏信号幅值,对特征频段范围影响较小;水泵声波能量主要集中在3000-4000 Hz处于泄漏信号频段范围之外,利用小波阈值法进行信号降噪,提高定位精度可达0.11%、实现定位距离偏差在±1m内。     

充填料浆对变径管的冲蚀磨损分析

为研究充填料浆对变径管道的冲蚀磨损规律,以不同结构的变径弯管为研究对象,采用Fluent软件建立料浆在变径弯管中的流动模型,分析出入口管径比、变径段长度、弯管弯曲角度3个参数对管道磨损的影响规律。研究结果表明：出入口管径比对管道的冲蚀影响最严重,冲蚀面积与磨损率随着管径比增大改变明显;变径管长度在80 mm以下时磨损状况随管道因素变化波动幅度大;弯曲角度对管道的磨损影响仅体现在入口段与弯管段,其他区域磨损状况基本类似。     

自适应支撑式管道检测机器人的通过性设计

针对电力和石油天然气领域中直径为250～350mm管道的检测需求,设计自适应支撑式管道检测机器人,研究其在无障碍弯管与环形台阶障碍管环境下的管道通过性。首先分析管道特点,结合丝杠螺母和弹簧机构设计具有变径自适应能力的机器人行走机构;其次,建立机器人弯管运动学模型及环形台阶障碍动力学模型,进行管内运动的几何约束分析、速度协调分析和动力学分析;然后,在ADAMS中建立虚拟样机仿真平台,对机器人在弯管和环形台阶处的通过性进行仿真研究;最后,搭建机器人管道通过性试验平台进行实验验证。研究结果表明:在无障碍管和障碍管环境下,机器人运行平稳,能顺利通过;在通过弯管时,采用速度协调模型,可减少电机力矩和降低能量消耗;在跨越环形台阶障碍时,机器人电机力矩随台阶高度增大而增加,可通过不高于15 mm的环形台阶障碍。     

声波法直埋热水供热管道泄漏检测定位

为快速诊断供热管网泄漏,提升供热管网运行安全,搭建了供热管道泄漏检测与定位的试验台,采用加速度传感器进行声波测量,研究供热管道不同运行压力、温度、泄漏孔径、漏点位置等对供热管道泄漏声波特性与漏点定位的影响。结果表明:供热管道未泄漏时背景噪声能量集中在0~1000Hz,泄漏后的声波能量集中在1200~2400Hz和3200~4000Hz范围。管内压力和泄漏孔径增大后,泄漏声波信号幅值增大,信号能量增强,高频段能量占比增加,漏点定位精度提高;而温度升高后,泄漏声波信号幅值减小,信号能量减弱,低频段能量占比增加,漏点定位精度下降;漏点相对位置对漏点定位精度影响小,带通滤波处理后,漏点定位精度明显提高。     

变径管道中粉尘爆炸传播实验与模拟

为探究粉尘爆炸在变径管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了DN200长直管道和DN200~DN100的变径管道,以玉米淀粉为实验介质,通过实验和FLACS数值模拟相结合的方法,研究了粉尘爆炸在管道中火焰传播速度、超压峰值、火焰传播距离的变化规律.结果表明:火焰传播速度在管道内呈上升趋势,在变径点之后增幅明显变大,缩小管径对火焰传播起加速作用;但超压峰值在管道内呈下降趋势,其在变径后衰减幅度显著升高,缩小管径使超压衰减速率增加;通过数据拟合建立了变径管道引起爆炸腔内超压变化的数学模型;火焰传播距离随浓度增加而变长,相同浓度下渐缩变径管导致火焰传播距离变长.研究结果为除尘系统安全距离确定及阻火隔爆措施的设计提供了参考依据.     

弯管中的气液两相流水击现象

以 90°弯管为研究对象 ,对气液两相流水击压力波在弯管中的传播和衰减规律进行了实验研究 .实验弯管采用曲率半径与管径比R /d分别为 1.9,2 .5 ,3.2 ,3.8;含气率范围为 0～ 1.7% ;表观液速为 0 .2 3～ 1.6 4m/s .得出了弯管中内外两侧不同部位水击压力及其随含气率、流速变化的规律 .压力波在弯管中的传播与在直管中差异很大 ,弯管外侧压力明显大于内侧 ,在弯管出口与入口直管段处两侧压力相同 ,形成压力环 .压力环形状受含气率影响最大、表观液速次之、曲率半径影响最小 .经过弯管后水击压力有不同程度的衰减 .随着气含率的增加 ,压力衰减加快     

基于特征线法的输气管道泄漏瞬态仿真与分析

针对气体管道可能发生的泄漏工况,基于气体管道瞬变流动模型,结合泄漏边界条件,计算得到泄漏后管道任一位置压力流量随时间的变化规律,并通过模型法实时计算泄漏位置。结果表明:未泄漏稳态计算时,公式法和模型法的计算结果基本相同。管道泄漏后会产生负压波,导致全线压力降低,泄漏点上游流量增大,下游流量减小。压力波先后传播到管道首末端,在传播到管道首末端时会发生反射,随着压力波反射次数的增加,管内压力和流量会逐渐达到稳定状态。气体管道发生泄漏后,压力波向上下游传播,在各点产生的压力波幅呈指数规律衰减。利用管道泄漏后稳定状态时的起终点压力和流量结果计算得到的定位结果与真实值更接近。     

沙漠区地震资料近地表吸收补偿方法研究

西部沙漠区地震勘探中,松散的近地表沙层导致了地震波能量,特别是高频成份严重吸收衰减,对此缺少针对性地震处理技术。为了消除近地表对地震波传播的影响,探讨了一种利用黏弹性波动方程波场延拓进行吸收衰减补偿的技术。通过微测井测量数据确定适合于工区的近地表黏弹介质模型,利用初至约束层析反演建立近地表速度模型;并根据近地表速度与品质因子的关系转换为近地表品质因子模型。最后通过基于黏弹介质的波场延拓将地表接收到的地震波下延到高速层顶,从而达到恢复地震波高频信息及拓宽有效频带的目的;该技术在实际资料应用后能有效拓宽频带10 Hz以上,取得了明显的效果。     

不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构,利用玉米淀粉为实验介质,测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统,当粉尘浓度相同时,超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势,但其在弯管处的衰减程度会有所降低,且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管;火焰在管道内呈持续加速状态,但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管,弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.     

输气管道泄漏瞬态仿真分析

针对气体管道可能发生的泄漏工况,基于气体管道瞬变流动模型,结合泄漏边界条件,采用数值解法仿真得到泄漏后管道任一位置压力流量随时间的变化,并通过模型法对泄漏位置实时计算。结果表明：未泄漏稳态计算时,公式法和模型法的计算结果基本相同。管道泄漏后会产生负压波,导致全线压力降低,泄漏点上游流量增大,下游流量减小。压力波先后传播到管道首末端,在传播到管道首末端时会发生反射,随着压力波反射次数的增加,管内压力和流量会逐渐达到稳定状态。气体管道发生泄漏后,压力波向上下游传播,在各点产生的压力波幅呈指数规律衰减。利用管道泄漏后稳定状态时的起终点压力和流量结果计算得到的定位结果与真实值更接近。     

气体钻井钻柱内声波信号传输规律分析

针对气体钻井随钻测量问题,参照医用听诊器的工作原理,提出在气体钻井中利用钻柱内声波进行井下信息传输的方法;通过建立钻柱内声波传播的数学模型并求解,得出钻柱内声波信号传输的衰减规律;利用声波导理论对钻柱的声波导特性进行分析,计算钻柱内声波的截止频率。通过管道声波传输实验,将采集声波信号与计算结果进行比对,验证了理论分析的准确性。结果表明,气体钻井钻柱内声波信号传输过程中的衰减程度随频率的升高而逐渐加剧;钻柱的内径尺寸决定了内部各阶声波的截止频率,内径越大,声波的截止频率越低;声波信号传输载波频率的选择时,应兼顾钻柱内声波信号的衰减规律和不同尺寸钻具的声波导特性,尽量选择钻柱截止频率内较低的频段,减少因高次波激发造成的衰减,延长声波信号的传输距离。     

输气管道泄漏模型不确定性因素敏感性分析

输气管道泄漏模型中不确定性因素的分析是影响管道泄漏风险评价不确定的主要原因.为此,在确定起点压力、泄漏孔面积、气体温度和泄漏点距起点距离4项为影响输气管道泄漏速率计算的主要不确定性因素基础上,考虑多因素相互关联、共同影响模型计算精度的问题,采用多因素敏感度整体分析方法分别抽取数量为500,1 000,2 000和3 0...     

立体管网微泄漏实时监测系统研究概述

针对立体管网微泄漏实时监测系统搭建的关键技术问题,对国内外学者的相关研究进行了梳理,归纳为3个方面:1)在提取故障频率信号时如何避免回声混叠的影响,提高相关性的延时估计精度;2)在管网分叉结构下,如何辨别信号传播路径,如何定位泄漏源的位置;3)在信息数据收发延时不确定的情况下,如何保证立体管网泄漏实时监测系统的时间同步精度。通过对国内外管网泄漏监测技术的比较发现,基于声发射传感器网络的立体管网泄漏实时监测,对于解决探测易燃、易爆气/液体管道运输中的微弱泄漏问题具有较大优势。     

VMD-Wavelet 联合去噪算法研究与应用

为解决天然气管道运行过程中采集到的泄漏声波信号含有大量噪声的问题, 通过研究小波、 经验模态分解、 变模态分解等常见去噪算法, 分析了泄漏声波信号的特点, 将改进小波阈值去噪和变模态分解去噪相结合, 提出了变模态分解-小波变换(VMD-Wavelet: Variable Mode Decomposition-Wavelet) 联合去噪算法。 利用该算法对典型信号进行去噪运算仿真, 结果表明, 该联合去噪算法性能优于常见算法。 最后, 将 VMD-Wavelet 联合去噪算法应用于实际采集的油气管道泄漏声波信号去噪处理, 研究发现, 该去噪算法对强背景噪声下的泄漏声波信号能取得很高的信噪比改善和很小的均方误差。     

声发射技术在管道泄漏检测中的应用

传统的管道泄漏检测法如负压波诊断法要求有很强的实时性,常因不能及时捕捉到泄漏信号而造成诊断失败,而声发射检测技术作为一种成熟的无损检测方法,可根据泄漏时流体与泄漏孔隙产生的声发射信号判断泄漏,实现对泄漏信号的连续捕捉,在检测原理上有很大的优势。利用声发射技术对管道泄漏检测进行了试验研究,通过对声发射信号进行时频域分析,实现了对泄漏信号的有效识别。试验结果表明,泄漏发生时的声发射能量主要集中在140-160 kHz,随着泄漏距离的增加,在200 kHz处的声发射能量将产生较大的衰减,从而验证了应用声发射技术进行管道泄漏检测的可行性。     

基于LPV模型GRNN输气管道音波定位算法

针对输气管道泄漏检测及定位问题以及管道内气体可压缩、检测难等特点,建立了输气管道线性变参数(LPV)模型,并设计了广义回归神经网络(GRNN),以理论时间差为模型输入,以对应的管道各点位置为期望输出.采用音波法对输气管道进行泄漏故障诊断与定位.结合具体实例并采用现场数据进行仿真研究,结果表明:采用基于LPV模型的GRNN输气管道泄漏故障音波定位算法是一种有效的方法,可使预测值准确地跟踪真实值,实验结果为输气管道泄漏故障检测与定位的工业应用提供了可靠的依据.     

提高阻抗管测量频率上限的研究

提出了一种提高阻抗管测量频率上限的新方法.该方法针对表面阻抗均匀的材料,通过对管道内高次模式声波的分解和测量,拾取对应于法向的入射波与反射波的(0,0)模式,获得法向吸声系数和法向声阻抗率,从而使测量不再受管道截止频率的限制,大幅度提高管道内测量的频率上限.介绍了利用单传声器轴向传动获取信号,在同济大学直立式阻抗管内进行的材料声学特性的测量.结果表明,阻抗管原有的截止频率为280Hz,采用提出的测试方法,可使测量频率上限提高到2 000Hz及以上.     

天然气管道泄漏音波序列局部投影降噪研究

天然气管道泄漏检测采集的音波序列中含有大量噪声,在进行泄漏特征提取之前必须进行降噪处理.通过频率分布和混沌性分析,引入泄漏音波序列局部投影方法.该方法寻找相空间重构过程中由噪声形成的子空间,通过抑制该空间中的噪声投影来达到降噪的目的.仿真信号测量和现场试验表明:局部投影方法适用于泄漏音波序列降噪,可以解决降噪过程中频率混叠和混沌性带来的问题;与其他方法相比,局部投影方法在时域统计指标、频域和功率谱分析、自相关函数分析以及提高信噪比等方面明显得到改善,大大提高了泄漏特征提取的准确率.     

多孔泡沫材料的声吸收特性

为了结合泡沫金属兼有的高吸声和高热传导两种特性以进一步提高其吸声性能,回顾了泡沫金属材料的应用和声学建模;通过对泡沫金属和用于制造泡沫金属的高分子基体材料的实验,比较了作者提出的声波通过泡沫金属传播的3种黏滞模型的预测结果,表明所有模型在泡沫金属典型胞元尺寸所对应的低雷诺数范围内是有效的(假定声波为线性,幅值低于160 dB).第一种模型考虑了声波沿平行于刚性圆柱束轴线方向传播时所受到的空气曳力,第二种模型考虑了声波沿垂直于刚性圆柱束轴线方向的传播,第三种模型考虑了声波通过球形节点的传播.结合这3种模型,提出了一种泡沫金属声学性能的综合模型,可以用来预测泡沫金属的声吸收特性.此外,还介绍了一种用于泡沫金属材料基本声传播特性实验的后处理技术.