输气管道泄漏音波产生机理研究

为研究输气管道音波法泄漏检测技术基本原理及应用方法,对输气管道中泄漏音波产生机理进行研究,理论上确定输气管道气动噪声产生机理;将仿真模拟所得四极子声源和偶极子声源产生的泄漏音波进行分析并总结规律;将音波传感器测得泄漏音波与仿真模拟所得泄漏音波对比验证;分析多工况条件下仿真模拟与实验方法得到的泄漏音波;通过分析仿真模拟中泄漏音波产生机理和实验中所用音波传感器工作机理总结输气管道音波泄漏检测技术的基本原理。研究结果表明,输气管道泄漏音波产生原因为气体泄漏时产生的湍流脉动导致的四极子声源和偶极子声源。实验中音波传感器测得的压力波动主要成分为声源产生的音波波动。仿真模拟与实验方法可用于研究输气管道泄漏音波产生机理。

输气管道泄漏音波和干扰信号基本特性检验

输气管道音波法泄漏检测技术中,信号处理技术一直是制约其发展的瓶颈,而信号处理技术与被分析信号的基本特性直接相关。为分析信号的基本特性,首先要明确采集得到的泄漏音波、干扰信号和背景噪声均不能用一个确定的函数来描述,均为随机信号;然后对采集得到的随机信号进行平稳性、周期性以及正态性的基本检验,得到基本特性结论;最后对信号提取数据零线,消除了实验数据中的直流分量。研究结果表明:实验采集得到的信号均为随机信号,且信号的平稳性、周期性以及正态性基本检验描述了信号的基本特性,数据中的趋势项得以去除,为音波信号处理奠定了基础,推动了音波法泄漏检测技术的发展。

基于盲源分离技术的泄漏音波信号滤波方法分析

音波法泄漏检测技术用于输气管道泄漏检测具有灵敏度高、实时性强、定位精度高等优点,但是现阶段受困于信号滤波技术,难以在实际工程中推广应用。总结了现阶段主要的时频域滤波方法,重点介绍具有代表性的小波滤波和维纳滤波的滤波原理,利用实验室采集的泄漏音波信号验证了两种滤波方法的实际滤波效果。并且讨论了基于时域和频域滤波方法的不足,分析了针对某些工况,滤波方法不能取得良好滤波方法的原因。在此基础上,引入了近年来发展迅速的盲源分离技术,阐述盲源分离的原理,通过分离构造信号说明了盲源分离技术具有更好的适用性和更好的滤波效果,最后利用实验室采集的泄漏音波信号进行了实际分离,表明盲源分离技术具有实际的应用价值。

输气管道泄漏音波信号传播特性及预测模型

输气管道泄漏音波在管内传播过程中发生衰减,在安装音波传感器前必须明确管内音波信号的传播距离。综合考虑介质黏滞吸收和热传导作用及特殊管件(弯管、分支及变径管)的吸收作用,建立泄漏音波在管内传播模型。利用改进的小波分析法对泄漏音波信号时频域特征进行分析,模拟分析不同特殊管件对音波传播的影响,并利用高压泄漏试验装置对建立的传播模型进行验证。结果表明:泄漏音波在管内以平面波形式传播,泄漏信号幅值能量占优的频带主要集中在0～0.366 Hz及2.93～46.88 Hz内,直管和弯管对音波衰减影响较小,只有分支和变径(变径流量计、阀门)对音波传播影响较大;得到的拟合音波吸收系数与理论吸收系数吻合较好,模型计算结果较为准确,可提高音波泄漏检测的准确性。

输气管道泄漏音波的产生及传播特性

对输气管道泄漏音波的产生和传播特性进行研究,分析了泄漏音波产生的形式,获得了音波信号的时域、频域及时频特征。结果显示:泄漏音波主要由介质与管道相互作用产生的单极子、偶极子和四极子声源所引起,表现为时域上能量突变,但所占时域较窄,所占频域较宽,主要能量集中在0～100Hz。利用软件对泄漏音波在特殊管件(弯管、变径、分支)中的传播特性进行模拟研究,并利用高压输气管道泄漏装置进行试验研究,分析了泄漏音波信号的传播规律,确定了影响音波信号衰减的主要因素。结果显示:音波在管内以平面波形式传播,随着传播距离的增大,音波基本呈指数规律衰减,在较低泄漏量下,泄漏音波信号幅值基本与泄漏孔径无关;音波信号经弯管和直管的损失基本为0,经分支和变径管损失较大。根据拟合计算结果,对于现有型号的音波传感器,其理论安装距离可达100km,利于长输管道的泄漏检测。

基于音波法的输气管道泄漏检测与定位

为研究输气管道音波法泄漏检测技术的基本原理和应用方法,从而为音波法泄漏检测技术在输气管道上的推广使用提供理论和实践基础,首先根据现场实验工况建立仿真模拟模型,对泄漏音波产生机理进行分析与验证;其次根据仿真模拟结果完成现场实验,并对现场实验数据进行了时频联合分析,包括短时傅里叶变换、小波变换、Hilbert-Huang变换和广义S变换,提取可用于远距离传播的音波信号特征;然后应用可远距离传播的信号特征,对长距离输气管道的泄漏进行检测,取得了较好的效果;最后采用提取的音波特征量进行泄漏定位,定位精度高。研究结果表明,通过信号处理得到泄漏音波信号特征可以用于长距离输气管道泄漏检测。

输气管道气体流经阀门气动噪声产生机理分析

为区分输气管道泄漏音波与阀门噪声,为输气管道音波法泄漏检测提供理论依据及数据库、控制阀门噪声提供解决办法,从音波产生机理角度采用CFD软件耦合专业声学软件方法对输气管道气体流经阀门产生的气动噪声进行研究,建立气动噪声模型,探究气动噪声产生机理及传播、衰减规律。在CFD(Computational Fluid Dynamics)软件中采用大涡湍流模型对气体流经阀门时的瞬态流场求解分析,获得流场分布如脉动压力、脉动速度数据;将CFD计算所得数据导入专业声学软件进行联合仿真,生成气动噪声源项,包括偶极子声源及四极子声源,建立气动噪声产生传播模型,求解输气管道气体流经阀门的气动噪声。