船舶管道泄漏监测与定位方法研究

论文摘要

随着对船舶安全性能要求的不断提高,船舶机电设备的故障诊断技术得到不断发展和应用。船舶管网大都运行在湿润、潮湿、振动的环境下,极易腐蚀和泄漏。目前主要靠人工进行现场检查,不能及时发现和排除泄露故障,影响船舶的正常运行。管道泄漏故障监测理论与技术发展非常迅速,已成功应用于石油、天然气等管道在线泄露监测中,取得了显著的经济和社会效益。目前,对于复杂的船舶管系泄漏故障诊断研究较少,尚没有较为成熟的应用技术。因此,本文重点针对船舶中央冷却系统管系泄漏监测与定位方法进行了分析与实验研究,主要内容包括:(1)基于流体网络理论的船舶管道泄漏监测方法研究分析了船舶中央冷却系统的工作原理,应用流体网络理论建立其计算模型。通过模型可以计算管道中各点的压力、流量,当实际检测的流量、压力信号与理论计算值的差超过一定的阈值就可以判定为泄漏。实验分析表明,该方法灵敏度较高,对于微小的泄漏都能够进行判定。(2)小波分析在船舶管道泄漏中的应用把小波变换应用到船舶管道泄漏信号的奇异性检测以及小波降噪中,在小波变换的基础上,分析了软阈值和硬阈值去噪方法的不足,对小波降噪阈值模型的选取进行了改进,该模型克服了硬阈值和软阈值方法的不足。仿真结果表明,基于该模型的小波去噪是一种有效的去噪方法。(3)流体瞬变负压波传播速度及规律的研究在负压波法监测船舶管道泄漏方法中,负压波波速是一个很重要的参数,它不仅与流体本身的物理性质有关,还与管道的几何尺寸,材料的机械特性等有联系。由于压力波波速受到很多因素的影响,现目前还没有一个很好的方法能够满足实际对波速精度的要求。针对船舶的特殊管道,推导出在考虑管道变形以及气体存在下的负压波波速的计算公式,在MATLAB中对各种波速影响因素进行了分析,并且与也有的实验结果进行了比较,发现与实际是吻合的(4)检测方法的实验验证采用虚拟仪器技术设计了一套基于相关分析技术的管道泄漏监测及定位系统,分别采用负压波法和流体网络法对管道泄漏进行检测,通过实验验证了负压波法与流体网络法应用于船舶管道泄漏检测的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 船舶管道泄漏监测方法研究的目的与意义
• 1.2 管道泄漏监测方法综述
• 1.2.1 基于信号的泄漏监测方法
• 1.2.2 基于模型的泄漏监测方法
• 1.2.3 基于人工智能的管道泄漏监测方法
• 1.3 管道泄漏检技术的国内外发展现状
• 1.3.1 管道泄漏监测技术的国外发展现状
• 1.3.2 管道泄漏监测方法的国内发展现状
• 1.4 管道泄漏监测方法的发展趋势
• 第二章 基于流体网络理论的船舶管道泄漏监测方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 泄漏监测的原理与优点
• 2.3 船舶中央冷却系统模型的建立
• 2.3.1 中央冷却系统原理
• 2.3.2 管件的模型
• 2.3.3 中央冷却系统模型的建立
• 2.4 实验分析
• 2.4.1 没有泄漏时的实验分析
• 2.4.2 泄漏发生后的实验分析
• 2.5 小结
• 第三章 小波分析在船舶管道泄漏检测信号分析中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 小波分析基础
• 3.3 小波变换用于信号的奇异性检测
• 3.3.1 多尺度微分算子
• 3.3.2 实验分析信号的奇异性检测
• 3.4 小波变换用于信号的去噪
• 3.4.1 小波降噪的过程
• 3.4.2 小波阈值处理的改进模型
• 3.4.3 小波降噪的应用
• 3.5 小结
• 第四章 基于负压波的船舶管道泄漏监测与定位方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于负压波法的船舶管道泄漏检测
• 4.2.1 负压波法的检测原理
• 4.2.2 互相关函数模型
• 4.3 负压波法的泄漏判断
• 4.3.1 常用的泄漏判断的方法
• 4.3.2 负压波法的泄漏判断
• 4.4 负压波法的定位判断
• 4.4.1 已有的波速计算公式
• 4.4.2 波速公式的推导
• 4.4.3 波速影响因素分析
• 4.4.4 上下游传感器监测的时间差的确定
• 4.5 小结
• 第五章 管道泄漏监测实验研究
• 5.1 实验研究的目的
• 5.2 实验系统的监测原理以及软硬件组成
• 5.2.1 实验系统监测的原理
• 5.2.2 实验系统的组成
• 5.3 实验分析的主要功能模块
• 5.3.1 数据采集模块
• 5.3.2 数据分析模块
• 5.3.3 数据通信模块
• 5.4 实验分析的步骤与结论
• 5.4.1 实验分析步骤
• 5.4.2 实验分析结论
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录 A: 小波降噪的 MATLAB 程序
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果