DE3045660A1 - Verfahren und einrichtungen zum orten von leckstellen in rohrleitungen - Google Patents
Verfahren und einrichtungen zum orten von leckstellen in rohrleitungenInfo
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- G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
- G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
Description
345660
-V
Fraunhofer-Gesellschaft 80/13097-Hf
zur Förderung der angewandten
Forschung e.V.
Leonrodstraße 54
Forschung e.V.
Leonrodstraße 54
8000 München 19
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orten von Leckstellen in ein Strömungsmedium (Fluid) führenden
Rohrleitungen, insbesondere in Wasserversorgungsnetzen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
sowie Einrichtungen zum Durchführen des Verfahrens.
Es sind zahlreiche Verfahren und Einrichtungen zum Orten von Leckstellen in Rohrleitungen bekannt, die
von der Tatsache Gebrauch machen, daß durch das an der Leckstelle ausströmende Fluid ein Geräusch erzeugt
wird, dessen Schallwellen sich in die Umgebung der Leckstelle mit abnehmender Intensität ausbreiten.
Bei den ältesten und einfachsten dieser Verfahren versuchte man die von einer Leckstelle ausgehenden
Schallwellen in Wasserversorgungsleitungen mit dem Ohr unter Zuhilfenahme von auf freiliegenden Leitungsteilen,
wie Hydranten oder Schachtdeckeln, abgestützten Hörstäben oder von auf den Erdboden oberhalb der
Leitung aufgesetzten Schallglocken bis zu ihrem Ursprung, d.h. der Leckstelle, hin zu verfolgen. Diese
Suchverfahren werden aber durch Fremdgeräusche, z.B. den Verkehrslärm, stark gestört und durch Inhomogenitäten
des Bodens oder der Leitung verfälscht, so daß sie nur selten eine ausrechend sichere und genaue
Lokalisierung der Leckstelle ermöglichen.
INSPECTED
Der Ersatz des menschnlichen Ohres durch ein Mikrophon
oder einen anderen Schallaufnehmer kann diese Mangel nicht ausreichend beheben, auch wenn dabei
eine selektive, auf ein charakteristisches Schall-Spektrum der Geräuschquelle abgestimmte Sensortechnik
Verwendung findet (vgl. US-PSen 32 61 200, 36 26 750).
Zur akustischen Ortung von Leckstellen in Rohrlei-TO
tungen ist gemäß der DE-OS 23 52 532 (Figur 6) auch schon eine Anordnung von zwei im Abstand voneinander
angeordneten Schallaufnehmern bekannt, deren Meßsignale in einem Kreuzkorrelationsverfahren (ohne Zeitverzögerung
der Signale) zur Bestimmung der Lage der Geräuschquelle im Verhältnis zu den Schallaufnehmern
ausgewertet werden. Da die Schallaufnehmer hierbei in einen durch die Leitung wandernden Rohrmolch eingebaut
sind, läßt sich wegen der dort beschränkten Platzverhältnisse kaum ein für genaue Messungen erforderlicher
Abstand zwischen den Sensoren verwirklichen, überdies verbleibt das Problem, daß für die
Ortung einer festgestellten Leckstelle auch die jeweilige Position des Molches in der Leitung durch
zusätzliche Messungen ermittelt werden muß.
Am nächsten kommt dem Gegenstand der Erfindung im Stand der Technik das Leckortungsverfahren nach der
US-PS 3 930 556, bei dem längs einer Flüssigkeitsleitung
in bekannten Abständen eine Anzahl von Schal1-empfängern angeordnet ist, die auf die von einer etwaigen
Leckstelle ausgesandten Schallwellen ansprechen und aus deren Ausgangssignalen u.a. mittels eines
Kreuzkorrelationsverfahrens die Laufzeit-Differenzen
der Signale und damit die Entfernung der Leckstelle von den ihr am nächsten gelegenen Meßstellen ermittelt
J J 4 Id ö b U
wird. Bei einer Ausführungsform dieses Verfahrens ist
die Rohrleitung in radialem Abstand von einem in Abschnitte unterteilten schalldämmenden Mantel umgeben,
in den die Schallempfänger eingesetzt sind. Diese Meßanordnung ist schon wegen des Mantelrohres baulich
sehr aufwendig. Die in der genannten Patentschrift anhand der Figuren 1 und 7 weiter beschriebene Meßanordnung
weist kein Mantelrohr, sondern direkt an die Rohrwand angesetzte Schallempfänger auf. Diese sind dann
aber nicht gegen Störschall geschützt. Beide Anordnungen erfordern außerdem eine Vielzahl von Kabelverbindungen
zu den einzelnen Schallempfängern und zu den Meßinstrumenten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Einrichtungen zum Orten von Leckstellen an Rohrleitungen
anzugeben, das keine wesentlichen baulichen Änderungen an der Rohrleitung/ wenige Kabelverbindungen und keinen
großen meßtechnischen Aufwand erfordert. Das Verfahren soll einfach durchzuführen sein. Außerdem soll der Einfluß
von über die Leitung oder aus ihrer Umgebung kommenden Störgeräuschen auf die Meßergebnisse stark vermindert
sein.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht ausgehend von dem vorstehend zum Stand der Technik zuletzt genannten Verfahren
zum Orten von Leckstellen an ein Strömungsmedium (Fluid) führenden Rohrleitungen, insbesondere in Wasserversorgungsnetzen,
bei dem die von dem Geräusch des an der Leckstelle ausströmenden Fluids erzeugten Schallwellen
durch Schallempfänger im Bereich längs der Rohrleitung aufgenommen werden und aus den Meßsignalen mittels
eines Korrelationsverfahrens die Laufzeit-Differenzen der Schallwellen und damit die Entfernung der Leckstelle
von den Meßstellen bestimmt wird, erfindungsgemäß
ORIGINAL INSPECTED
3345660
ße -
1
dadurch, daß an der Rohrleitung mindestens ein Schallempfänger und in einem bekannten Abstand von diesem
ein Schallreflektor angeordnet werden, die beide unmittelbar von dem Fluid beaufschlagt werden, und daß von
dem Schallempfänger nicht nur die von der Leckstelle direkt ankommenden, sondern auch die von dem Schallreflektor
zurückgeworfenen Schallwellen erfaßt werden und das aufgenommene Signal durch eine Autokorrelationsanalyse
ausgewertet wird. Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5,
vorteilhafte Einrichtungen zu seiner Durchführung in den Ansprüchen 6 bis 11 angegeben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß bei der bekannten Paarung von zwei an den Enden einer Meßstrecke
angeordneten Schallempfängern zum Orten einer zwischen ihnen befindlichen, geräuscherzeugenden Leckstelle
mittels eines Kreuzkorrelationsverfahrens einer der Schallempfänger durch einen Schallreflektor ersetzt
wird, der die von der Leckstelle zu ihm kommenden Schallwellen in Richtung auf den verbleibenden Schallempfänger
zurückwirft. In diesem Schallempfänger werden sowohl die von der Leckstelle unmittelbar, als auch die über den
Schallreflektor empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Signal umgesetzt, aus dem mittels eines Autokorrelationsverfahrens
die Laufzeit-Differenzen der beiden
Schallwellen und damit die Entfernung der Leckstelle von dem Schallempfänger bzw. dem Schallreflektor ermittelt
werden kann.
Der Schallreflektor erzeugt somit von einer etwaigen in der Meßstrecke befindlichen Leckstelle ein akustisches
Spiegelbild außerhalb der Meßstrecke. Die von dieser virtuellen zweiten Schallquelle ausgehenden Schallwellen
haben an jedem Punkt der Rohrleitung eine ganz bestimmte
345660
Phasen- bzw. Laufweg-Differenz relativ zu den von der
realen Leckstelle ausgesandten Schallwellen. Wird ein Leitungsabschnitt an einem Ende mit einem Schallreflektor
versehen, so kann der Schallempfänger am anderen Ende beide Schallanteile aufnehmen. Dadurch gelingt
es, die gleiche Information (als Laufzeit-Differenz), die beim herkömmlichen Zweipunkt-Korrelationsmeßverfahren
an zwei getrennten Meßstellen gewonnen wird, in etwas veränderter Form an nur einer Meßstelle aufzunehmen.
Der Schallreflektor vermindert außerdem das Eindringen von Störgeräuschen in die Meßstrecke, da er
auch die von dem außerhalb der Meßstrecke liegenden, dieser abgewandten Teil der Rohrleitung kommenden Schallwellen
in diesen Rohrleitungsteil zurückwirft. Voraussetzung
hierfür und für eine genaue Ortung der Leckstelle ist es, daß der Schallempfänger und der Schallreflektor
unmittelbar von dem in der Rohrleitung befindlichen Fluid beaufschlagt werden, weil die Ausbreitungsverhältnisse
für Schallwellen im Inneren von Rohrleitungen mit etwa konstantem Querschnitt viel eindeutiger sind, als
in der Rohrwand oder im Erdboden.
Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens kann noch weiter verbessert werden, wenn nach einer
ersten Messung der Schallempfänger und Schallreflektor
gegeneinander ausgetauscht werden und mit dieser Anordnung eine weitere Messung durchgeführt wird.
Wenn die Schallgeschwindigkeit in dem Leitungsfluid,z.B.
bei mit Luftblasen versetztem Wasser, nicht mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist, muß vor der Leckstellenortung
die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen mittels einer Autokorrelationsanalyse bestimmt werden.
Hierfür kann es vorteilhat sein, wenn in der Rohrleitung im Bereich der Meßstrecke ein zusätzlicher, von dem Fluid
INSPECTED
beaufschlagterSchallsender angebracht wird.
Besonders vorteilhaft ist es bei Flüssigkeit enthaltenden Rohrleitungen, wenn der Schallreflektor ein Gasvolumen,
insbesondere ein Luftvolumen ist, das mit der Flüssigkeit mindestens während der Messungen in Verbindung
steht. Ein solches Gasvolumen laßt sich über eine Belüftungseinrichtung leicht an von der Rohrleitung
nach oben führenden Abzweigungen, wie Stichlei-
1^ tungen oder Hydranten verwirklichen. Nach Entlüftung
und Füllung mit dem Fluid kann dieselbe Abzweigung auch als Anschluß für einen Schallempfänger verwendet
werden. Mittels einer solchen Anordnung des Schallempfängers
und des Schallreflektors kann das erfindungsc,emäße Ortungsverfahren durchgeführt werden,ohne
daß zuvor Teile der Rohrleitung durch Grabungen freigelegt werden müssen.
Statt des akustisch weichen Gasvolumens kann, insbesondere bei Gas- oder Dampfleitungen, ein Schallreflektor
Verwendung finden, der auf seiner, dem Schallempfänger zugewandten Seite eine akustisch harte Fläche
aufweist, wie das bei einem zumindest teilweise geschlos senen Schieber der Fall ist.
25
25
Zur Vermeidung von die Ortung störenden Resonanzen ist es vorteilhaft, wenn während jeder Messung in der
zu untersuchenden Rohrleitung nur ein von dem Fluid beaufschlagter Schallreflektor vorhanden ist. Abzweigungen,
die ein mit der Rohrleitung verbundenes Luftvolumen enthalten können und nicht den jeweiligen
i'ießreflektor bilden, müssen gegebenenfalls entlüftet
werden.
0A5660
Die Korrelationsverfahren haben gegenüber allen subjektiven,
akustischen Leckortungsverfahren, die nur Intensitätsänderungen des Leckstellengeräusches ausnützen,
den Vorteil, daß sie weitgehend unabhängig
von der Intensität der empfangenen Schallwellen arbeiten. Das Nutzsignal (Eigengeräusch der Leckstelle) kann in der Intensität sogar unter der Summe aller
Störsignale liegen, die von anderen akustischen oder elektrischen Störquellen herrühren. Die Störgeräuschunterdrückung wird bei dem Verfahren nach der Erfindung noch dadurch erheblich verbessert, daß an einem Ende der Meßstrecke durch den dort vorgesehenen Schall reflektor eine nahezu vollständige Reflexion der von dieser Seite auf der Rohrleitung ankommenden Schallwellen bewirkt wird. Die Meßstrecke ist somit einseitig gegen den auf der Rohrleitung ankommenden
Störschall abgeschottet. Durch Vertauschen des Schallempfängers mit dem Reflektor läßt sich die Abschottung nacheinander gegenüber beiden Seiten bewerkstelli gen.
von der Intensität der empfangenen Schallwellen arbeiten. Das Nutzsignal (Eigengeräusch der Leckstelle) kann in der Intensität sogar unter der Summe aller
Störsignale liegen, die von anderen akustischen oder elektrischen Störquellen herrühren. Die Störgeräuschunterdrückung wird bei dem Verfahren nach der Erfindung noch dadurch erheblich verbessert, daß an einem Ende der Meßstrecke durch den dort vorgesehenen Schall reflektor eine nahezu vollständige Reflexion der von dieser Seite auf der Rohrleitung ankommenden Schallwellen bewirkt wird. Die Meßstrecke ist somit einseitig gegen den auf der Rohrleitung ankommenden
Störschall abgeschottet. Durch Vertauschen des Schallempfängers mit dem Reflektor läßt sich die Abschottung nacheinander gegenüber beiden Seiten bewerkstelli gen.
Das bei der Erfindung angewandte Einpunkt-Autokorrelationsverfahren
bringt gegenüber dem herkömmlichen Zweipunkt-Kreuzkorrelationsverfahren weiter noch die
Vorteile einer geringeren Anzahl von Meßgeräten
(Schallempfänger, Verstärker, Filter usw.) und der
damit verbundenen Ausschaltung von Phasenfehlern durch die Unsymmetrie bei mehreren Meßkanälen. Die Durchführung der Messung wird insgesamt auch dadurch vereinfacht, daß nur an einer Meßstelle gearbeitet wird und nur zu dieser elektrische Kabel verlegt werden
müssen. Schließlich kann der Korrelator selbst einfacher aufgebaut werden.
damit verbundenen Ausschaltung von Phasenfehlern durch die Unsymmetrie bei mehreren Meßkanälen. Die Durchführung der Messung wird insgesamt auch dadurch vereinfacht, daß nur an einer Meßstelle gearbeitet wird und nur zu dieser elektrische Kabel verlegt werden
müssen. Schließlich kann der Korrelator selbst einfacher aufgebaut werden.
ORIGINAL INSPECTED
Im folgenden sind das Leckortungsverfahren und die Einrichtungen nach der Erfindung anhand von schematischen
Zeichnungen und Blockschaltbildern beispielsweise beschrieben.
Es zeigen die
Es zeigen die
Figur 1 eine Anordnung zum Orten von Leckstellen mittels des als bekannt vorausgesetzten Zweipunkt-Kreuzkorrelationsverfahrens,
Figur 2 eine entsprechende Anordnung mit Schallreflektor
für das erfindungsgemäße Einpunkt-Autokorrelationsverfahren,
Figur 3 und 4 skizzenhafte Darstellungen der Meßanordnung mit unterschiedlicher Lage der Leckstelle
zur Meßstrecke,
5 Figuren 5 bis 7 Ausbildungen einer lotrechten Stichleitung als Schallempfänger bzw. als Schallreflektor,
Figur b bis 10 Anschlußstücke zum Anbringen eines
*y bzw. Schallreflektors
Schallempfängers/airekt an einer Rohrleitung.
Figur 11 ein Blockschaltbild der elektrischen Verstärker,
Filter und Korrelationsanordnungen. Der Meßaufbau für das als bekannt vorausgesetzte Zweipunkt-Kreuzkorrelationsverfahren
ist in der Figur 1 stark vereinfacht dargestellt. An der ein Fluid F enthaltenden Rohrleitung R sind zwei Schallempfänger
1 und 2 an den Enden eines Meßabschnittes der Länge 1 angebracht, deren Signale über Verstärker-Anordnungen
4 bzw. 5 einem üblichen Korrelator 6 zugeführt werden. Die Ausgabe der Korrelationsfunktion erfolgt
über einen x/y-Schreiber 7 oder über ein nicht dargestelltes Oszilloskop.
Den Meßaufbau für das erfindungsgemäße Einpunkt-Autokorrelationsverfahren
zeigt in entsprechender Weise die Figur 2 Die mit dem Aufbau nach Figur 1 überein-
INSPECTED
stimmenden Teile sind dort mit denselben Ziffern versehen. Unterschiedlich zur Figur 1 ist im wesentlichen
nur, daß der zweite Schallempfänger 2 durch einen Schallreflektor 3 ersetzt ist, wodurch auch die Verstärker-Anordnung
5 entfällt und die Korrelator 6 nur von den Signalen des verbleibenden Schallempfängers
1 beaufschlagt wird.
Sowohl in der Figur 1 als auch in der Figur 2 ist eine angenommene Leckstelle eingetragen und mit L
bezeichnet.
Mit dem Meßaufbau nach der Figur 1 werden die Kreuzkorrelationsfunktionen
^2^ = P-, (t) p2(t+t1
und nach Vertauschuny der Schallempfänger
= p2 (t) p
ermittelt, wobei p- it) und p_ (t) = Zeitfunktionen
der Druckpulsationen an den Schallempfängern 1 und 2 T= Zeitverzögerung der Signale. Der Strich bedeutet,
daß der zeitliche Mittelwert gebildet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Meßaufbau nach der Figur 2 werden dagegen die Autokorrelationsfunktionen bestimmt
11 = P1 (t) P1
und nach Vertauschung des Schallempfängers mit dem Schallreflektor
= P3 (t) P3 (t+f)
In beiden Versionen des Korrelationsverfahrens werden
R10, R01 bzw. R11, R, -. auf etwaige Maxima bei T = Γ
\δ δ ι Ii jo max
hin untersucht. Die Form des Maximums bei f hängt
max
dabei von der spektralen Zusammensetzung des Leckgeräusches ab, auf welches das Maximum zurückzuführen
ist·
3045G60
- χ) 13
Bei der Darstellung der Korrelationsfunktion über der Zeitverzögerung T zeigt sich, daß Maximalwerte
der Korrelation R in jedem Fall, also auch wenn kein Leckgeräusch vorhanden ist, beiT= 0 auftreten:
R11 (T= 0) = R33 (T= 0)= R0
Ein zweites Maximum R_ax tritt immer dann auf, wenn
sich in der Nähe des Schallempfängers eine Geräuschquelle, z.B. eine Leckstelle, befindet. Dann lassen
sich bezüglich der Lage der Leckstelle generell zwei Falle unterscheiden, die in den Figuren 3 und
4 dargestellt sind. In diesen Figuren gelten dieselben Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2.
Außerdem ist mit L1 das akustisch gespiegelte (virtuelle)
Bild der realen Leckstelle L bezeichnet.
Die Längen 1, 1.., I2 bedeuten den Abstand der Meßstelle
(Schallempfänger 1) von dem Schallreflektor 3 bzw. die Entfernungen der tatsächlichen Leckstelle L
von der Meßstelle und dem Reflektor.
Bei dem ersten, in der Figur 3 dargestellten Fall, liegt die Leckstelle L außerhalb des Meßabschnittes
Das zweite Maximum der Korrelationsfunktion tritt dann entsprechend dem Laufweg-ünterschied Δ1 = 2 1
des direkten und des reflektierten Schallanteils bei R11
<rmax> = «taax mit
auf, wobei cp die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Schallwellen im Fluid ist (bei Wasser z.B. c„ *=* 14oo m/sec) . Das Meßergebnis ist somit unabhängig
vom Abstand I1 zwischen der Leckstelle L und
® der Meßstelle 1. Aus X und der bekannten Meßstrecken
max
länge 1 ist nur der jeweilige Wert der Schallgeschwindigkeit c„ zu ermitteln. Die Zuverlässigkeit dieser
Jc
Messung, die sich durch hohe Störgeräusch-Unterdrückung auszeichnet, läßt sich dadurch kontrollieren,
daß anschließend der Schallempfänger 1 mit dem Schall-
-Κι reflektor 3 vertauscht wird. Die Korrelationsfunktion
R33 (T)darf dann kein ausgeprägtes zweites Maximum
mehr zeigen, weil die von der Leckstelle L ausgehenden Schallwellen durch den Schallreflektor 3 abgeblockt
werden. Man weiß in diesem Falle aber schon nach der ersten Messung, in welcher Richtung der
Rohrleitung nach der Leckstelle L durch weitere Messung auf einer anderen Meßstrecke gesucht werden muß.
Bei dem anderen in der Figur 4 dargestellten Fall liegt die Leckstelle L innerhalb der Meßstrecke 1.
Das zweite Maximum der Korrelationsfunktion tritt jetzt entsprechend dem Laufweg-ünterschied Al =2 1« des direkten
und des reflektierten Schallanteils auf bei R,. n ) = Rmax mitr_..." 2
F Dieses Ergebnis der Ortung einer Leckstelle läßt sich noch überprüfen, indem im Anschluß an die
erste Messung der Schallempfänger 1 und der Schallreflektor 3 vertauscht werden. Das zweite Maximum der
Korrelationsfunktion muß dann bei
R33 (Tmax>
= Rmax mitr max= 2
c F
liegen, wobei I1 = 1 - I^ sein muß.
Die Auswertung der Autokorrelationsmessungen, insbesondere die Bestimmung des für die Leckstellenermittlung
entscheidenden zweiten Maximums, läßt sich wesentlich erleichtern, wenn das Ausgangssignal des
■)q Schallempfängers 1 vor dem Korrelator 6 eine Filteranordnung
passiert, in welcher sein Spektrum so aufbereitet wird, daß das zweite Maximum R besonders deut-
max
lieh hervortritt.
ORIGfNAL INSPECTED
045660
- >er -
Eine solche Filteranordnung ist in die Figur 11 im
Rahmen des gesamten Blockschaltbildes der Autokorrelationsschaltung dargestellt. Gemäß dieser Figur
wird das Ausgangssignal des Schallempfängers über einen geeigneten Signal-Verstärker 19 einem Spektrum-Former
20 zugeführt. In diesem kann das Meßsignal z.B. so verändert werden, daß alle Frequenz-Komponenten
im gesamten Meßbereich etwa gleich stark gemacht werden. In den nachfolgenden Bandbreiten-Begrenzern
21 und 22 kann das Frequenzband des Meßsignals nach unten (Kochpaß) bzw. nach oben (Tiefpaß) begrenzt
werden. Das so für die eigentliche Korrelation optimal aufbereitete Signal wird einmal direkt als
P1(t) und einmal über ein Verzögerungsglied 23 als
P1 (t+*c) (zur Mittelwertbildung) dem Multiplikator/
Integrator 24 zugeführt, in dem R11(T) gebildet wird.
Als Ausgabeeinheit 25 für das Ergebnis (als Funktion von τ:) kann ein Oszilloskop oder ein x/y-Schreiber
mit einem entsprechend vorbereiteten Raster-Schirm oder -Papier dienen.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Leckortungsverfahren
ist es, daß sowohl der Schallempfänger 1 als auch der Schallreflektor 3 unmittelbar von dem Fluid
2S beaufschlagt werden. Dabei ist es meist wünschenswert,
daß bereits verlegte Rohrleitungen, insbesondere in Wasserversorgungsnetzen, zum Anbringen der Meßstelle
und des Reflektors nicht vom Erdreich freigelegt werden müssen. Deshalb sollen zum Anbringen dieser
Elemente möglichst bis zur Erdoberfläche oder darüber hinaus ragende Teile des Rohrnetzes, z.B. vorhandene
Stichleitungen oder Hydranten ,verwendet werden.
Eine solche Möglichkeit ist in den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Die Figur 5 zeigt eine kurze lotrechte
ORIGiNAL INSPECTED
Stichleitung 8 an einer Wasserversorgungsleituny R. Die StichleiLung JJ weist in der Nühe xhrer Anschluijstelle
an die Hauptleitung einen Absperrschieber 10 sowie in ihrem oberen Bereich eine Be- und Entlüf-
Ii tungsleitung 11 mit einem Druckluftventil 12 auf.
Am oberen Ende ist die Stichleitung 8 durch eine Verschlußkappe 9 abgeschlossen.
In der Figur 6 ist die Ausbildung der Stichleitung nach der Figur 5 als Meßstelle zum Anbringen eines
Schallempfängers 1 dargestellt. Zu diesem Zweck wird
die Verschlußkappe 9 entfernt und an ihrer Stella alü
Schallempfänger ein Druckaufnehmer (Hydrophon) auf die Stichleitung 8 aufgesetzt. Dann wird der Absperrschieber
geöffnet und die Stichleitung über die Leitung 11 vollständig entlüftet, so daß das Fluid F
durch den Druck auf der Versorgungsleitung ansteigt und schließlich die druckempfindliche Meßfläche des
Druckaufnehmers 1 erreicht.
Soll die Stichleituny als Schallreflektor ausyebi'
werden, so behält sie gemäß der Figur 7 ihre Verschlußkappe 9 und es wird nach öffnen des Absperrventiles
10 über aas Druckventil 12 und die Leitung 11 so
2ü lange Druckluft eingeführt, bis das Fluid völlig aus
der Stichleitung ό verdrängt ist. In der Stichleitung befindet sich dann nur ein als Reflektor für die
Schallwellen in der Hauptleitung wirkendes Luftpolster, Während der Messungen muß der Absperrschieber bei den
Anordnungen nach den Figuren 6 und 7 ständig geöffnet bleiben. Bei der Ausbildung der Stichleitung als Reflektor
(Figur 7) ist dafür Sorge zu tragen, daß immer ein ausreichend großes Luftpolster erhalten bleibt.
2045660
Ähnlich wie vorstehend für eine Stichleitung beschrieben, können auch Hydranten alü Meßstellen oder Schallreflektoren
ausgebildet werden.
Wenn in einem Rohrleitungssystem keine Stichleitungen
oder Hydranten vorhanden sind, die als Meßstellen bzw. als Reflektoren ausgebildet worden können, oder wenn
eine oberirdisch verlegte Rohrleitung leicht zugänglich ist, können diese Teile der Meßanordnung auch
unmittelbar an der Rohrleitung angebracht werden. Dies kann z.B. mittels eines Anschlußstückes nach den
Figuren 3 bis 10 geschehen.
Die Figur 8 zeigt das Anschlußstück im Schnitt. Es besteht
aus einem an der durchbohrten Rohrwand R durch eine Schweißnaht befestigten ftohrnippel 13, in den ein
mit seitlichen Bohrungen 17 versehener, becherförmiger Einsatz 15 so eingeschraubt ist, daß sein Boden mit
der Innenwand der Rohrleitung fluchtet. Oben ist das Anschlußstück, wenn es nicht benutzt wird, durch eine
Kappe 14 abgeschlossen.
In der Figur 9 ist das Anschlußstück in seiner Ausbildung als Meßstelle mit einem in dem becherförmigen Einsatz
15 befestigten Schallempfänger 1 dargestellt. Die Schutzkappe 14 wird dazu entfernt und der Einsatz 15
so weit in den Rohrnippel 13 eingeschraubt, daß seine
seitlichen Bohrungen 17 in das Rohrinnere eintreten und das Fluid F durch die Bohrungen an die druckempfind
liehe Stirnfläche des Schallempfängers 1 gelangen kann. Der Schallempfänger kann z.B. ein kleiner piezoelektrischer
oder piezoresistiver Druckwandler sein.
vj
ffb
Zur Ausbildung des Anschlußstückes als Schallreflektor wird gemäß der Figur 10 ebenfalls die Schutzkappe
14 von dem Rohrnippel 13 entfernt und der becherförmige Einsatz 15 bis zur Freigabe seiner Bohrungen
17 durch die Rohrwand R in den Nippel 13 eingeschraubt.
Auf das obere Ende des Einsatzes 15 ist bei dieser Anordnung ein haubenförmiger Behälter 16
aufgesetzt, der zusammen mit dem Innenraum des Einsatzes 15 ein Luftkissen 18 einschließt. Durch die
Bohrungen 17 steht das Luftkissen 18 mit Fluid F in Verbindung. Das Luftkissen 18 muß so groß sein, daß
es seine Funktion als Schallreflektor in dem Fluid F erfüllen kann.
OPfGfNAL
Claims (11)
- Patentansprüche :Verfahren zum Orten von Leckstellen an ein Strömungsmedium (Fluid) führenden Rohrleitungen, insbesondere in Wasserversorgungsnetzen, bei dem die von dem Geräusch des an der Leckstelle auströmenden Fluids erzeugten Schallwellen durch Schallempfänger im Bereich längs der Rohrleitung aufgenommen werden und aus den Meßsignalen mittelsTO eines Korrelationsverfahrens die Laufzeit der Schallwellen und damit die Entfernung der Leckstelle von den Meßstellen bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Rohrleitung mindestens ein Schal1-empfänger und in einem bekannten Abstand von diesem ein Schallreflektor angeordnet werden, die beide unmittelbar von dem Fluid beaufschlagt werden, und daß von dem Schallempfänger nicht nur die von der Leckstelle direkt ankommenden, sondern auch die von dem Schallreflektor zurückgeworfenen Schallwellen erfaßt werden und das aufgenommene Signal durch eine Autokorrelationsanalyse ausgewertet wird. - 2. Ortungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Spektrum des aufgenommenen Signals vor der Autokorrelationsanalyse durch Filterung derart aufbereitet wird, daß die Korrelationsfunktion eine besonders einfach auswertbare Form erhält.
- 3. Ortungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß nach einer ersten Messung der Schallempfänger und der dazugehörige Schallreflektor gegeneinander ausgetauscht werden und mit dieser Anordnung eine weitere Messung durchgeführt wird.ORiQiNAL INSPECTEDJ U 4 b b b U
- 4. Ortungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,daß vor der Leckstellenortung mittels einer Auto-Korrelationsanalyse die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen in dem Fluid bestimmt wird.
- 5. Ortungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Rohrleitung ein zusätzlicher Schallsender angebracht wird, z.B. ein elektrisch als Sender geschalteter weiterer Schallempfänger. - 6. Einrichtung zum Durchführen des Ortungsverfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einesolche Ausbildung des Schallreflektors (3) daß dieser die aus dem dem Schallempfänger (1) abgewandten Abschnitt der RohrIeitune (R) kommenden Störgeräusche entweder ebenfalls reflektiert oder absorbiert.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 6 für Flüssigkeits-5 leitungen,dadurch gekennzeichnet,daß der Schallreflektor ein Gasvolumen, insbesondere ein Luftvolumen ist, das mit der Flüssigkeit in der Rohrleitung mindestens während der Messungen in Verbindung steht.ORfQiNAL IHS^ECTED
- 8. Einrichtung nach Anspruch 6, insbesondere für Gasleitungen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schallreflektor, mindestens auf der dem Schallempfänger zugewandten Seite, eine akustisch harte Fläche besitzt, z.B. wie bei einem mindestens teilweise geschlossenen Schieber. - 9. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,daß die Schallempfänger und die Schallreflektoren an vorhandenen Anschlußstellen der zu untersuchenden Hauptrohrleitung, z.B. an kurzen Zweigleitungen oder Hydranten, angebracht sind. - 10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,daß an einem etwa lotrecht verlaufenden Abschnitt der Zweigleitungen oder an den Hydranten eine Be- und Entlüftungseinrichtung vorgesehen ist, welche es ermöglicht, den Zweigleitungsabschnitt oder den Hydranten wahlweise als Anschluß für einen Schallempfänger oder als Schallreflektor auszubilden. - 11. Einrichtung nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet,daß die Schallempfänger und die Schallreflektoren über in der Wand der Rohrleitung angebrachte Nippel unmittelbar an die Hauptleitung angeschlossen sind.ORfG/NAL INSPECTED
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3045660A DE3045660C2 (de) | 1980-12-04 | 1980-12-04 | Verfahren und Einrichtung zum Orten von Leckstellen in Rohrleitungen |
EP81109264A EP0053721B1 (de) | 1980-12-04 | 1981-10-30 | Verfahren und Einrichtungen zum Orten von Leckstellen in Rohrleitungen |
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