Акустический корреляционный течеискатель: принцип работы
Статья посвящена описанию принципов работы корреляторов, применяемых для обнаружения утечек воды, анализу основных проблем, возникающих при локализации протечек, и путей их решения.
Принцип действия течеискателей корреляционных основан на сравнении шумов, определяемых сенсорами звуковой частоты в двух точках трубопровода. Акустические датчики устанавливаются на трубе таким образом, чтобы предполагаемая течь находилась между ними. Датчики устанавливаются, как правило, в колодцах, на задвижках, на пожарных гидрантах и в других доступных местах, хотя иногда для установки датчиков приходится делать специальные раскопки.
Шум утечки перемещается по трубе в одном и в другом направлении от дефекта с равной скоростью. Если утечка расположена на одном расстоянии от обоих сенсоров, то шумовые картины от них будут идентичны. Однако, если сенсоры находятся на различных расстояниях от дефекта, тогда между шумовыми картинами появляется «задержка» (её порядок – доли секунды). Эту задержку, как разницу во времени, измеряет вычислительный блок, находящийся в центральной станции прибора, и на основе данной информации определяет место протечки по формуле L=(D-(VxTd))/2, где L – расстояние от сенсора до утечки, D – расстояние между сенсорами, V – скорость звука в данной трубе [м/мс], Td – время задержки [мс].
Чем меньше «задержка», тем точнее измерение. Поэтому если протечка предварительно обнаружена вблизи одного из датчиков, то для точной локализации рекомендуется перенести этот датчик в следующий доступный колодец, чтобы сделать расстояние от утечки до каждого из датчиков примерно одинаковым. При поиске течи никогда не следует приступать к раскопке, основываясь на результате, близком к датчику (не имея других доказательств нахождения дефекта в этом месте), так как при этом погрешность задаваемой скорости звука будет оказывать наибольшее значение на точность измерений. Даже малые ошибки по заданной скорости будут приводить к большим ошибкам по локализации дефекта.
Вообще, при точно заданных параметрах погрешность локализации мест утечек не превышает нескольких сантиметров. Однако точно определить и задать такие необходимые параметры, как скорость звука в данном типе трубопровода и расстояние между установленными датчиками в реальных условиях проблематично.
Поэтому на практике хороший корреляционный течеискатель определяет протечку с точностью +_ 1 метр, что вполне достаточно для проведения локальной раскопки и ремонта. Корреляторы хорошо работают на стальных трубах, несколько хуже на чугунных и ПНД. Если чугунные трубы соединены при помощи резиновых уплотнительных колец, то работа приборами такого типа невозможна, так как звук не проходит через резиновое кольцо. Проблемой является также обнаружение очень большой течи (например, пролома на чугунной трубе), так как шум от неё меньше, чем от маленькой. Сложности при работе создают также любые шумовые помехи, которых немало в большом городе (шум насосов компрессорных станций, транспорта и т.д.), несмотря на присутствие в современных коррелирующих течеискателях системы фильтров для подавления сторонних шумов.
| Факторы, дающие шум хорошего качества | Факторы, дающие шум плохого качества |
|
|
Для работы коррелятора ему необходимо задать точное расстояние между установленными сенсорами и скорость звука в обследуемой трубе. Как правило, вместо скорости звука оператор задает материал и диаметр трубы, на основе этих данных прибор сам определяет скорость звука. Однако такой способ задания скорости звука закладывает некоторую погрешность в расчеты расстояния от датчика до течи, так как свойства разных стальных сплавов также отличаются, кроме того, на фактическую скорость звука влияют и возраст трубы, и произведенные ремонты (неоднородные вставки) и т.п. Для решения этой проблемы фирма Palmer (HWM) предлагает корреляционные течеискатели с функцией проверки скорости.
Для выявления разгерметизации на чугунных трубах, соединенных при помощи резиновых уплотнений, и на пластиковых трубах, используют датчики-гидрофоны, которые устанавливаются на пожарных гидрантах и контактируют непосредственно с водой. При этом анализируется шум, который распространяется уже не по самой трубе, а по воде внутри трубы. При этом важно, чтобы не было протечек на самом пожарном гидранте, так как производимый ими шум будет являться сильной помехой.
Для измерения расстояние между двумя установленными на трубопроводе датчиками обычно применяют мерное колесо (курвиметр). Можно для этого использовать также длинную рулетку или лазерный дальномер, но курвиметр обычно бывает удобнее, так как специально предназначен для измерения непрямых расстояний – по фактической линии прокладки трубопровода, которая далеко не всегда представляет собой прямую линию.
Если трубопровод между двумя колодцами (в которых установлены датчики) проложен не по прямой, то для точного определения линии его укладки желательно использовать трассоискатель.
Правильно измеренное расстояние между датчиками по линии прокладки трубопровода имеет большое значение для точной локализации протечки. Кроме того, в некоторых случаях (на Т – образном ответвлении от трубопровода и т.п.) необходимо выполнить ряд перестановок датчиков для получения достоверной информации о местоположения дефекта.
Современные корреляционные течеискатели производства фирмы Palmer (группа компаний HWM, Великобритания) имеют также много дополнительных возможностей, таких как аппарат математических фильтров, функция работы на трубах из смешанных материалов, возможность проверки скорости звука, регрессионного анализа, трехстанционной корреляции и т.д. Подробнее с этими вопросами можно ознакомиться в статье «Течеискатели».