煤层气抽采管网超声波检漏技术的研究

摘要

矿井瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的根本措施。将煤层中抽出的瓦斯加以利用，既可防止和减少煤矿重大瓦斯事故的发生，保证矿井安全生产，又可保护矿区环境，获得较好的经济效益和社会效益。输送管路本身的漏气，一方面将影响井下抽采负压的保持，从而影响煤层气抽采效果;另一方面，泄漏的空气将降低煤层气中瓦斯的浓度，从而影响煤层气在输送和利用过程中的安全。
　　本课题目的就是根据负压泄漏条件下产生超声波的规律，设计符合负压检漏要求的被动式超声波检测设备，以实现对泄露点的无损探测，这对于指导现场工人的补漏工作具有重要的意义。在对负压条件下气体泄漏特性分析的基础上，建立了模拟抽放系统，对负压条件下小孔径泄漏超声产生及传播规律进行了试验。以此为依据，完成了超声波传感器的选型及信号处理模拟部分电路的设计;利用AD转换器对泄漏超声波信号进行模数转换;通过LPC2103的I/O端口控制液晶显示模块实现频率和电压峰值的显示，完成对泄漏的判断。
　　完成检漏仪设计后，在煤层气抽采管网运行状态规律实验室进行了检漏仪性能测试实验。实验结果表明检漏仪能有效检测瓦斯输送管道泄漏，使用方便简捷。同时在不同负压、不同孔径的条件下，得到了大量的实验数据，并对其进行了数值分析，得出了负压、频率及测试距离的关系和经验公式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 管道检漏技术发展现状

1．2．1 国外发展状况

1．2．2 国内发展状况

1．2．3 管道检漏方法

1．3 主要研究内容

2 泄漏噪声基本理论及超声检漏原理

2．1 声学相似原理

2．2 Powell涡声理论

2．3 超声检漏原理

2．3．1 超声概述

2．3．2 气体泄漏产生超声波

2．3．3 超声波接收

2．4 本章小结

3 负压气体泄漏特性分析

3．1 负压泄漏时产生噪声的声源

3．1．1 单极子声源

3．1．2 偶极子

3．1．3 四极子

3．2 轴线流速关系

3．3 模拟负压泄漏孔附近速度函数的建立

3．4 负压泄漏产生超声在传播中的衰减

3．4．1 扩散衰减

3．4．2 散射衰减

3．4．3 吸收衰减

3．5 本章小结

4 负压泄漏下超声产生及传播规律试验

4．1 试验方案

4．2 实验步骤

4．3 实验结果分析

4．4 本章小节

5 检漏仪设计

5．1 超声波传感器的选型

5．2 前置放大电路的设计

5．3 带通虑波电路的设计

5．4 音频处理电路

5．5 定位LED指示电路

5．6 微处理器的选用

5．7 LPC2103外围电路设计

5．8 检漏仪软件设计

5．9 安全性设计

5．10 本章小结

6 检漏仪性能测试实验

6．1 铸铁试验管道泄漏检测

6．2 PE管材试验管道泄漏检测

6．3 实验结论

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

附录