一种供水管网检漏精度测量实验装置及其检漏测量方法

本发明属于供水管网泄漏检测，特别是涉及一种供水管网检漏精度测量实验装置及其检漏测量方法。

背景技术：

1、供水管网漏损是供水行业普遍面临的资源浪费与运营难题，基于声学原理的渗漏预警仪，如噪声记录仪、泄漏相关仪、电子听漏仪等，因其能识别微小泄漏并进行定位，已成为管网主动控漏的核心设备。这类设备的工作原理主要依赖于捕捉管道泄漏点处因流体射流产生的声波或振动信号，通过对该信号的幅值、频谱分析或双通道互相关计算，来判断泄漏是否存在及确定漏点位置。

2、然而，渗漏预警仪的实际检测精度受多重环境因素制约。具体而言，不同材质的管道，如金属管、非金属管对声信号的衰减特性差异巨大；管道直径的变化会影响声波的传播模态和频率响应；管内水压直接影响泄漏信号的激发强度；而漏点距传感器的传播距离则决定了信号在传输过程中的衰减程度。目前，市面上的渗漏预警仪在产品说明书中通常仅标注理想条件下的检测精度，但在实际的供水管网运维中，管道材质多样、管径规格不一、运行压力波动大且传感器布设位置受限，导致设备在复杂工况下的实际表现与标称值往往存在较大偏差。

3、现有的管道泄漏模拟实验装置，如现有中国专利申请号为cn 211294260 u，名称为一种压力管道听漏实验训练系统，以及现有中国专利申请号为cn 108195525 b，名称为一种模拟泄漏噪声信号的管道及其噪声信号在线采集装置，虽然能够在一定程度上模拟管道泄漏，但仍存在局限性，现有装置的管道材质、管径、压力调节功能往往相互绑定或呈固定式设计，例如，更换不同材质的管段时往往需要连带更换整套法兰连接件，导致管长或传感器距离随之改变，这种多因素耦合的设计使得研究人员无法在严格控制其他变量不变的前提下，仅改变单一变量来观察其对检漏精度的影响，导致实验数据无法客观反映单一因素的影响规律；且现有装置多采用手动阀门或简易喷嘴模拟泄漏，每次开启时的泄漏孔径、流速及激发的声场信号受人为操作误差和压力波动影响较大，难以保证每次实验的泄漏源参数完全一致，此外，现有装置通常缺乏紧邻漏点的高精度参考传感器或标准的物理定位基准，难以精确获知泄漏点的真实位置坐标，导致无法对待测渗漏预警仪的定位误差进行定量评估。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种供水管网检漏精度测量实验装置及其检漏测量方法，以解决现有检漏测试装置无法在同一实验平台上独立、定量调节管道材质、管径、压力及泄漏传播距离这四个关键变量，导致无法精准评估渗漏预警仪在不同工况下检测精度的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种供水管网检漏精度测量实验装置，包括循环水路系统、动力与压力调节系统以及信号检测与采集系统；所述循环水路系统包括密封水箱、入口调节组件、下端可调节管接头、可拆卸测试管道、上端可调节管接头和出口调节组件；所述密封水箱、入口调节组件、下端可调节管接头、可拆卸测试管道、上端可调节管接头、出口调节组件通过管路顺次连接，且所述出口调节组件的出口端与所述密封水箱的入口端连通，构成闭式循环水路；所述可拆卸测试管道的管壁上沿轴向间隔开设有多个标准泄漏接口，各标准泄漏接口处均设有密封堵头；所述下端可调节管接头与上端可调节管接头内均设有夹紧密封结构，以适配不同外径的可拆卸测试管道并实现密封连接；所述动力与压力调节系统包括变频电机、离心泵、真空泵和放气阀；所述变频电机与离心泵传动连接，所述离心泵串接于所述循环水路系统中；所述真空泵与密封水箱的气腔连通，所述放气阀设置于密封水箱上；所述信号检测与采集系统包括上游检漏用声学传感器、下游检漏用声学传感器和数据采集与处理终端；所述上游检漏用声学传感器和下游检漏用声学传感器沿水流方向间隔布置于可拆卸测试管道上，且均与所述数据采集与处理终端连接；所述数据采集与处理终端还用于连接待测渗漏预警仪，以接收待测渗漏预警仪输出的报警状态、响应时间及泄漏位置数据。

3、更进一步的，所述入口调节组件沿水流方向依次串联有入口调节阀、入口压力传感器和入口流量计，所述入口调节阀的入口端与密封水箱的出口端连通，所述入口流量计的出口端与下端可调节管接头相连。

4、更进一步的，所述出口调节组件沿水流方向依次串联有出口压力传感器、出口调节阀和出口流量计，所述出口压力传感器的入口与离心泵相连，所述出口流量计的出口与密封水箱的入口端连通。

5、更进一步的，所述动力与压力调节系统还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器串接于变频电机与离心泵之间的传动路径上，且所述扭矩传感器与数据采集与处理终端连接。

6、更进一步的，所述入口压力传感器、出口压力传感器、入口流量计和出口流量计均通过信号线与所述数据采集与处理终端连接。

7、更进一步的，所述数据采集与处理终端配置为多通道同步采样模式，用于同步采集声学信号及水力参数信号。

8、一种采用供水管网检漏精度测量实验装置的检漏测量方法，包括以下步骤：

9、s1：确定目标变量，所述目标变量为管道材质、管道直径、管道压力及泄漏点传播距离中的一种，若目标变量为管道材质或管道直径，则更换相应的可拆卸测试管道，若目标变量为泄漏点传播距离，则保持可拆卸测试管道不变，仅更换待开启的标准泄漏接口，其余变量保持恒定；

10、s2：注水排气，启动变频电机驱动离心泵运转，启动真空泵调节密封水箱内的气压，配合入口调节阀及出口调节阀调节开度，使管路内的压力及流量达到设定值；

11、s3：采集无泄漏状态下的背景声学信号及水力参数信号，并将信号传输至数据采集与处理终端；

12、s4：开启选定的标准泄漏接口处的密封堵头，待流动状态稳定后，采集上游检漏用声学传感器及下游检漏用声学传感器的声学信号，并记录待测渗漏预警仪输出的报警状态、响应时间及泄漏位置数据；

13、s5：将待测渗漏预警仪测得的泄漏位置数据与标准泄漏接口的真实位置进行比对，计算定位误差及报警正确率；

14、s6：更换目标变量，重复步骤s1至s5，获取不同工况下的检漏精度数据。

15、更进一步的，s1中，当目标变量为管道材质时，更换后的可拆卸测试管道的管径、管壁上的标准泄漏接口位置及数量与原测试管道保持一致；当目标变量为管道直径时，更换后的可拆卸测试管道的材质、管壁上的标准泄漏接口位置及数量与原测试管道保持一致。

16、更进一步的，s1中，当目标变量为管道压力时，保持可拆卸测试管道的材质、管径及标准泄漏接口的开启位置不变，仅通过调节真空泵及入口调节阀、出口调节阀的开度来改变系统压力；当目标变量为泄漏点传播距离时，保持可拆卸测试管道的材质、管径不变，仅通过开启同一测试管道上不同位置的标准泄漏接口来改变传播距离。

17、更进一步的，s5中，所述定位误差包括定位绝对误差及定位相对误差，其中为待测渗漏预警仪测得的泄漏位置，为标准泄漏接口的真实位置，为可拆卸测试管道的有效长度；所述报警正确率，其中为正确报警次数，为总测试次数。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1、本发明通过设置可拆卸测试管道配合下端可调节管接头和上端可调节管接头内的夹紧密封结构，使得在更换不同材质或不同管径的测试管段时，无需改动其他连接管路结构，确保了在测试材质或管径变量时，泄漏点位置及管道压力不受换管操作的影响，同时，利用真空泵独立调节密封水箱气腔压力，配合变频电机调节流量，实现了在不改变管段材质、管径及泄漏点位置的前提下，仅对管道压力进行精确调节。上述结构配合，解决了现有装置变量相互绑定的缺陷，满足了单一变量控制原则，显著提高了实验数据的科学性和准确性；

20、2、本发明在可拆卸测试管道上沿轴向间隔开设多个标准泄漏接口，并配备密封堵头，使得每次实验的泄漏源物理位置精确已知，且泄漏孔径标准统一，克服了现有技术中因手动阀门开度不一导致的泄漏量不可控问题，结合紧邻布置的上游检漏用声学传感器和下游检漏用声学传感器作为基准参考，为数据采集与处理终端提供了真实的漏点位置坐标和高保真的原始声学信号，使得对待测渗漏预警仪的定位误差和报警正确率的计算具备了客观的物理基准，实现了从定性演示到定量测量的跨越；

21、3、本发明通过密封水箱、离心泵与进出口调节组件的配合，构成了闭式循环水路，特别是真空泵与密封水箱气腔的连通设计，不仅能调节静态压力，还能有效排除管道内的游离气体，避免气泡对声信号传播的干扰，结合入口压力传感器、出口压力传感器及扭矩传感器的多参数实时监控，确保了实验工况的稳定与可复现，能够更真实地模拟实际供水管网的压力流态，提高了实验室测试结果与实际现场应用的相关性；

22、4、本发明可调节管接头内的夹紧密封结构能够适配多种外径尺寸的管道，无需针对不同管径定制专用的法兰或连接件，极大地降低了实验成本，缩短了更换管段的装夹时间，配合管壁上预设的多个标准泄漏接口，仅需启闭对应的密封堵头即能够改变传播距离，无需重新裁剪或焊接管道，该结构设计使得一套装置即可覆盖多种管材、多种管径、多种压力和多种距离的全方位测试需求，为不同类型渗漏预警仪的横向对比及性能普查提供了高效的硬件平台。