一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法

本发明属于流体(包括气体和液体)传动领域，涉及一种基于压力响应的液压系统泄漏量检测与评估方法。

背景技术：

1、流体管路广泛应用于工程机械的各个系统，比如燃油系统、飞机发动机、化工管网系统等，其结构复杂、连接元件多、管路支架多。管网系统内的部件借助管路连接以实现各自功能，根据管内流体压力和承受载荷工况的不同，各管道受腐蚀、老化的程度也不同，若管道发生泄漏会导致内部流动特性改变，引发元件性能下降，系统失效等后果；在化工、制造等领域，逸出的具腐蚀性液体还会进一步引发安全事故。就飞机发动机管路而言，飞机在全飞行剖面内承受液压系统压力(28mpa)、环境温度(-40～135℃)、机体变形、振动以及加速度等载荷的作用，这些复杂载荷使管路承受流场、温度场以及应力场的强耦合，在飞机制造类故障中，管路故障己经成为飞机制造类故障的主体，占故障的71％。因此针对流体管路故障问题，需采用状态检测与评估技术，通过视情维修实时检测流体管网的健康状况，快速判别管网泄漏情况，在事故发生前找到潜在故障，保障流体管网系统运行的可靠性与安全性。

技术实现思路

1、(一)发明的目的

2、本发明的目的是针对流体(包括气体和液体)管路泄漏故障频发、且不易检测的难题，提出一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法。探究管路内建压过程与管路泄漏之间内在规律，开展液压系统管路泄漏量建模、泄漏特征值提取、压力冲击响应和压力脉动傅立叶变换融合方法、泄漏量检测方法研究，搭建液压系统管路泄漏检测系统，并进行仿真验证，提出基于压力响应的液压系统泄漏量检测与评估方法，为液压系统的安全运行与维护提供支持。

3、(二)技术方案

4、本发明的技术方案是：一种基于压力响应的流体(包括气体和液体)管路泄漏检测与评估方法，包括以下步骤：

5、(a)流体管网系统分析建模；

6、(b)压力源与系统匹配设计；

7、(c)压力信号脉宽优化；

8、(d)系统压力响应库建立；

9、(e)泄漏检测与评估系统校验；

10、步骤(a)中所述的流体管网系统分析建模方法如下：

11、(1)分析流体管网系统组成，统计管网各管道尺寸；

12、(2)基于几何尺寸对流体管网系统建立数学模型，计算管网容积；

13、(3)推导流体管网系统控制方程；

14、

15、式中，ρ为流体密度，u为流速，p为流体内部压强，μ为流体剪切粘性系数，λ为流体体积粘性系数。

16、(4)计算流体管网系统内压降；

17、

18、式中，λ为沿程流阻损失系数，l为管路长度；d为管道当量直径；ρ为流体密度，u为流速，ξ为管路局部流阻损失系数。

19、步骤(b)中所述的压力源与系统匹配设计方法如下：

20、(1)根据流体管网系统管路总容积，初步设定压力源容量；

21、(2)根据流体管网系统工作压力，初步设计压力源压力；

22、(3)针对压力源的性能需求，设计压力源的压力供给方式(包括但不限于蓄能器、液泵站等)，计算压力源可提供相对稳定压力的时间。

23、步骤(c)中所述的压力信号脉宽优化方法如下：

24、(1)根据压力源工作压力设定压力信号幅值；

25、(2)分析压力脉宽对系统建压特性的影响；

26、(3)根据压力源可相对稳定地供压时长，设定压力脉宽上限；

27、(4)分析该压力幅值下系统建压曲线规律，计算压力脉宽下限，使系统建压后峰值压力与压力源压力接近；

28、(5)针对该液压系统对压力脉宽区间与压力幅值进行优化，匹配压力传感器检测精度，满足压降检测的精确性。

29、步骤(d)中所述的系统压力响应库建立方法如下：

30、(1)分析系统初始无漏点工况下建压特性；

31、(2)建立系统内不同泄漏情况下压力响应库；

32、(3)针对该系统优化压力脉宽，更新压力响应库。

33、步骤(e)中所述的泄漏检测与评估系统校验方法如下：

34、按照设计方案对系统硬件选型并装配，设计泄漏检测与评估算法，开发触摸屏人机交互界面，封装泄漏检测与评估系统。对该系统进行试验/仿真，验证泄漏检测与评估效果是否满足设计需求。若不满足设计需求，则重新选择压力源压力，并对压力脉宽信号进行优化，重复进行步骤(b)、(c)、(d)。

35、(三)本发明有益效果

36、本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于压力响应的流体(包括气体和液体)管路泄漏检测与评估方法，以流体管网系统的检漏为出发点，依据流体管网系统的流动特性对压力源进行匹配，优化设计压力信号脉宽，最终通过仿真验证该系统的可靠性。解决了当前流体管网系统检测泄漏困难、耗时长等缺点。本发明有效地缩短了流体管网系统的检漏时间，且系统压力源的供压方式灵活，适用场景广泛。

技术特征：

1.一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法，其特征在于：步骤(a)所述的流体管网系统分析建模方法为：

3.根据权利要求1所述的一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法，其特征在于：步骤(b)所述的压力源与系统匹配设计具体方法为：压力源目的是为泄漏检测与评估系统提供较为稳定的压力，其实施形式包括但不限于采用蓄能器、恒压泵源等。具体方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法，其特征在于：步骤(c)所述的压力信号脉宽优化具体方法为：系统内部发生泄漏时其建压过程会变慢，

5.根据权利要求1所述的一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法，其特征在于：步骤(d)所述的系统压力响应库建模具体方法为：

6.根据权利要求1所述的一种基于压力响应的流体管路泄漏检测与评估方法，其特征在于：步骤(e)所述的压力响应算法设计具体方法为：

技术总结
本发明提供一种基于压力响应的流体(包括气体和液体)管路泄漏检测与评估方法，属于流体(包括气体和液体)传动领域，主要包括：(A)流体管网系统分析建模；(B)压力源与系统匹配设计；(C)压力信号脉宽优化；(D)系统压力响应库建立；(E)泄漏检测与评估系统校验。本发明对流体管网系统进行数学模型的建模与计算，设计优化基于压力响应的泄漏检测系统硬件与软件，并最终进行仿真验证，解决了流体管网系统结构复杂、检漏困难、耗时长的问题。

技术研发人员：王岩,李正闻,曹博,鲁欢欢
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22