DE4238738A1 - Detecting leaks in non metallic, partially filled tubes - involves applying a.c. current and detecting induced voltage with inductive transducer to detect leakage of electrically conductive fluids - Google Patents

Detecting leaks in non metallic, partially filled tubes - involves applying a.c. current and detecting induced voltage with inductive transducer to detect leakage of electrically conductive fluids

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DE4238738A1 DE19924238738 DE4238738A DE4238738A1 DE 4238738 A1 DE4238738 A1 DE 4238738A1 DE 19924238738 DE19924238738 DE 19924238738 DE 4238738 A DE4238738 A DE 4238738A DE 4238738 A1 DE4238738 A1 DE 4238738A1
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Abstract

An a.c. current source (3) produces a multiple flow of electric current via an electrode (6) directly contacting the liquid and an earth (4) when there is a leak (8) in the tube. The leak causes a variation in the distribution of the current lines (7). The disturbance in the distribution of the current lines is recorded by an inductive transducer (9) via a measurement of the induced voltage (11). The transducer can be randomly or periodically rotated about two of its three orthogonal axes and is sensed during the rotation. USE/ADVANTAGE - For detecting leaks in non-metallic pipes carrying electrolytes or electrically-conducting waste water. Method is implemented without sealing the pipe and without danger to personnel.

Description

Die Überlegungen zur Erstellung von Meßapparaturen zum Zwecke der Ortung (Detektierung) von Undichtigkeiten in Abwasserkanälen oder Systemen sinnverwandter Funktion beruhen hier auf der direkten oder indirekten Beobachtung der Änderung eines eingespeisten elektrischen Stromes als Folge des Vorhandenseins von Leckstellen. Hierbei wird vorausgesetzt, daß die Füll- Flüssigkeiten elektrisch leitend sind und daß die Rohrleitungsmaterialien keine metallische Leitfähigkeit aufweisen.The considerations for the creation of measuring equipment for the purpose of Locating (detecting) leaks in sewers or Systems of related function are based here on the direct or indirect observation of the change in a fed electrical current as a result of the presence of leaks. It is assumed that the filling liquids are electrically conductive are and that the piping materials have no metallic conductivity exhibit.

Stets ist der eine Pol einer Spannungsquelle im Kontakt mit der Flüssigkeit, während der andere Pol an eine Fernerde geführt wird, die entweder an der Erdoberfläche oder in einem Kanalschacht innerhalb der Flüssigkeit installiert ist. Der zur Erkennung der Leckagen erforderliche Stromfluß kann derart über die Flüssigkeit die Leckstellen direkt passieren und über den quasi unendlichen Erdhalbraum den Gegenpol erreichen.One pole of a voltage source is always in contact with the Liquid, while the other pole is led to a remote end, the either on the surface of the earth or in a manhole inside the Liquid is installed. The one required to detect the leaks In this way, current can flow directly through the liquid through the leaks and reach the opposite pole via the quasi-infinite hemisphere.

Die Leckagen bedeuten für Abwasser-Rohrleitungen oberhalb des Grundwasserspiegels ein Absickern (Exfiltration) von Teilen des Abwassers und damit eine Kontaminationsgefahr für das Grundwasser, für Rohrleitungen innerhalb des Grundwassers ein Eindringen von Grundwasser in die Rohre (Infiltration) und damit oft eine unverträgliche Überlastung des Systems und auch der Kläranlagen.The leaks mean for sewage pipes above the Groundwater level a seepage (exfiltration) of parts of the Waste water and thus a risk of contamination for the groundwater, for pipelines within the groundwater an ingress of Groundwater in the pipes (infiltration) and thus often an incompatible Overloading the system and also the sewage treatment plants.

Der Stand der Technik zur Detektierung und Interpretation von Schad­ stellen in Rohrleitungen ist - soweit bekannt - nur außerhalb des hier vorgeschlagenen Teilbereiches der praktischen Physik definiert. Ver­ öffentlichungen über Detektierungen mit rein elektrischen Methoden sind nicht bekannt mit Ausnahme der Anmeldung Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift DE 40 10 622 A1 vom 10. 10. 1991, Klasse G 01 M 3140 (Anmelder RUDOLF RAMMNER).The state of the art for the detection and interpretation of harm As far as is known, placing in pipelines is only outside of here proposed sub-area of practical physics. Ver publications on detections using purely electrical methods are not known with the exception of the German Patent Office application, Publication DE 40 10 622 A1 of 10.10.1991, class G 01 M 3140 (applicant RUDOLF RAMMNER).

Detektierungen werden derzeitig diskutiert und teilweise auch ausgeführt mit Hilfe von Überdruck oder Unterdruck von in abgeschottete Rohrabschnitte eingepumpter Luft und mit Hilfe von Schallbeobachtungen von durch die Leckstellen mit Geräusch hindurchtretender Luft; durch chemische Messungen mit Gassensoren über den Rohren an der Erdoberfläche, nachdem in die Rohre Leitgase eingeführt wurden oder ohnehin detektierbare im Rohr vorhanden sind, die durch die Leckstellen austreten und derart an der Erdoberfläche zur Lokalisierung der Schäden dienen können; sodann werden Detektierungen großmaßstäblich mit fernsteuerbaren Fernseh-Kameras vorgenommen, jedoch in der Regel nur in wasserfreien Rohrabschnitten und nach deren Spülung sowie Außerbetriebsetzung.Detections are currently being discussed and some are being carried out with the help of overpressure or underpressure from foreclosed Pipe sections of pumped air and with the help of sound observations air passing through the leak with noise; by chemical measurements with gas sensors above the tubes at the Earth surface after leading gases have been introduced into the pipes or anyway detectable are present in the pipe due to the leaks emerge and so on the earth's surface to localize the damage can serve; then detections are scaled up with remotely controllable television cameras made, however, usually only in anhydrous pipe sections and after rinsing them as well Decommissioning.

Alle diese Verfahren haben Grenzen und oft beträchtliche Schwierigkeiten bei der Anwendung, so daß weitere Verfahren, die ebenso bei gewissen speziellen Bedingungen Schwierigkeiten der Anwendung aufweisen können, zur Ergänzung zweckdienlich sind. Die hier genannten Verfahren und Vorrichtungen haben auch Grenzen ihrer Anwendbarkeit, teilweise auch in Abhängigkeit der Bedingungen vor Ort. Sie können jedoch ohne die Notwendigkeit einer beiderseitigen dichten Verschließung des Rohrabschnittes und damit ohne eine Gefahr für das Personal wie bei einer Verwendung hoher Drucke in Einsatz genommen werden, abgesehen davon, daß hohe Drucke durchaus auch öfters Läsionen am Rohrkörper verursachen, die sonst erst nach Jahren oder überhaupt nicht auftreten würden. Sowohl Exfiltrationen als auch Infiltrationen lassen sich untersuchen.All of these methods have limitations and often considerable difficulties in use, so that further procedures that are also the same with certain difficult to use under special conditions can be useful as a supplement. The ones mentioned here Methods and devices also have limits on their applicability, partly also depending on the conditions on site. You can however without the need for a tight seal on both sides of the pipe section and thus without any danger to the personnel as in using high pressures, apart from the fact that high pressures often cause lesions on Cause pipe bodies that would otherwise take years or not at all would occur. Both exfiltration and infiltration can be done examine.

Mit den Verfahren, für die hier Schutzansprüche beantragt werden, wird ein nicht, ein partiell oder ein vollständig mit Flüssigkeit gefülltes Rohr kontinuierlich in Längsrichtung auf Leckstellen abgesucht, indem die Meßanordnung im Rohr entlanggezogen wird und hierbei die elektrischen Daten in Abhängigkeit des axialen Vorschubes und möglichst auch der Höhe über der Sohl-Linie registriert werden.With the procedures for which protection claims are requested here a not, a partially or completely filled pipe continuously searched for leaks in the longitudinal direction by the Measuring arrangement is pulled along in the tube and the electrical Data depending on the axial feed and if possible also the Height above the Sohl line.

Ein Fließen von elektrischen Strömen wird teilweise erst durch die Existenz von Leckstellen in den Rohrwandungen ermöglicht, teilweise werden ohnehin vorhandene Ströme quer durch die nicht unendlich gut isolierenden Rohrwandungsmaterialien (wie z. B. beim Beton) durch das Vorhandensein der hier infrage stehenden und zu ortenden Lecks modifiziert und damit für eine Leckortung und eine quantitative Leck­ beschreibung auswertbar gemacht.A flow of electrical currents is only partially caused by the Leakage in the pipe walls possible, in part anyway existing currents across the not infinitely good insulating pipe wall materials (such as concrete) through the Presence of the leaks in question and to be located modified and thus for a leak location and a quantitative leak description made evaluable.

Beim Gegenstand des ersten Hauptanspruches (Nr. 1) und der zuge­ hörigen Unteransprüche wird die Ablenkung der aus einem direkt die Flüssigkeit kontaktierenden Geber heraustretenden elektrischen Stromlinien mit Hilfe von elektromagnetisch beeinflußten Sensoren gemessen.In the subject of the first main claim (No. 1) and the Subordinate claims will be the distraction from one directly Electrical contacts coming out of liquid contacting sensors Streamlines with the help of electromagnetically influenced Sensors measured.

Die Ausbreitung von elektrischen Strömen aus der mehr oder weniger punktförmigen Quelle heraus in einen regulären geometrisch definierbaren räumlichen Körpers ist in der einschlägigen Literatur der theoretischen Elektrotechnik abgehandelt. Die elektromagnetische Fernwirkung für die Berechnung der induzierten Spannung in einer Spule aus der Mannigfaltigkeit aller vorhandenen elektrischen Stromlinien ergibt sich durch Integration der Lineamente nach dem BlOT-SAVARTschen (LAPLACEschen) Gesetz, so daß sich auch hierfür Literaturangaben erübrigen.The spread of electrical currents from the more or less point source into a regular geometrically definable spatial body is theoretical in the relevant literature Electrical engineering dealt with. The remote electromagnetic effect for the Calculation of the induced voltage in a coil from the Diversity of all existing electrical current lines results by integrating the linear elements according to the BlOT-SAVART law (LAPLACE law), so that literature references are also available for this spare.

Bei den weiteren beiden Hauptansprüchen samt zugehörigen Unteran­ sprüchen (Nr. 8 ff) wird zugelassen, daß die Rohrleitungen nicht gefüllt sind. Die Zuführung von Wasser über einen Schlauch ist eine approbierte Technik, wie sie selbst bei kleineren Rohrquerschnitten zu Reinigungs­ zwecken angewendet wird. Bei diesem der Leckage-Erfassung dienenden Vorgehen wird die kontaktierende Flüssigkeit mit einem Schlauch successive in Nähe vermuteter Leckstellen gebracht und hierbei das Augenmerk auf die Effekte einer Stromstärkeerhöhung gerichtet.For the other two main claims including the associated subordinate say (No. 8 ff) that the pipes are not filled are. The supply of water via a hose is an approved one Technology that can be used for cleaning even with smaller pipe cross-sections is used for purposes. This is used for leak detection The contacting liquid will proceed with a hose brought successively in the vicinity of suspected leaks and this Focus on the effects of increasing the current.

Claims (14)

1. Verfahren und Vorrichtungen zur Logkalisierung und zur Größenab­ schätzung von Leckagen bei in Kanälen zu transportierenden elektrisch leitenden Flüssigkeiten ( wie Elektrolyten, Abwasser), bei zumindest partiell mit Flüssigkeit gefüllten und nichtmetallischen Rohren, unter Zuhilfenahme einer Wechselspannungsquelle (3), die einerseits über eine direkt die Flüssigkeit kontaktierende Geber-Elektrode (6) und anderer­ seits über eine Erdung (4) dann im geschlossenen Stromkreis einen Mehrfluß an elektrischem Strom abgibt, wenn ein Leck (8) im Rohr vor­ handen ist, wobei sich als Folge insonderheit zwischen Geber und Leck eine Veränderung der Verteilung der Stromlinien (7) einstellt und die hierdurch ermöglichte und beabsichtigte meßtechnische Erfassung des Lecks dadurch gekennzeichnet ist, daß die Störung des Stromlinienver­ laufes durch einen induktiven Aufnehmer (9) über eine Messung der induzierten Spannung (11) während des Abfahrens der Rohrtrasse re­ gistriert wird.1.Procedures and devices for log calibration and for size estimation of leaks in electrically conductive liquids to be transported in ducts (such as electrolytes, waste water), in at least partially filled with liquid and non-metallic pipes, with the aid of an AC voltage source ( 3 ), on the one hand via a directly the liquid-contacting sensor electrode ( 6 ) and on the other hand via a ground ( 4 ) then in the closed circuit emits an additional flow of electrical current if there is a leak ( 8 ) in the pipe before, with the result that there is a difference between the sensor and Leak a change in the distribution of the streamlines ( 7 ) and the thereby enabled and intended metrological detection of the leak is characterized in that the disturbance of the streamlined course by an inductive sensor ( 9 ) via a measurement of the induced voltage ( 11 ) during departure the pipe route re gistr is. 2. Vorrichtung nach 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß der dort genannte induktive Aufnehmer willkürlich und fernsteuerbar oder zyklisch um zwei (seiner drei orthogonalen) Achsen drehbar ist und während der Drehung abgefragt wird.2. Device according to 1, but characterized in that there Inductive transducers mentioned arbitrarily and remotely controllable or cyclically is rotatable about two (of its three orthogonal) axes and during the Rotation is queried. 3. Vorrichtung nach 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß an festem Ort und Spulenmittelpunkt mehrere Aufnehmer mit verschiedener Achs-Orientierung ineinandergeschachtelt oder eng benachbar sind und wahlweise nacheinander fernabgefragt oder simultan zur Registrierung verwendet werden.3. Device according to 1, but characterized in that fixed location and coil center several sensors with different Axis orientation are nested or closely adjacent and optionally queried one after the other or simultaneously during registration be used. 4. Vorrichtung nach 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aufnehmer relativ zur Rohrachse und relativ zur Geberposition an willkürlichen Orten und mit willkürlicher Orientierung installiert und willkürlich drehbar und fernabfragbar oder simultan registrierbar sind und separat oder zur Erfassung der Meßgröße elektrisch seriell, antiseriell, parallel oder antiparallel geschaltet sind.4. The device according to 1, but characterized in that several Transducer relative to the pipe axis and relative to the encoder position arbitrary places and with arbitrary orientation installed and are freely rotatable and can be remotely queried or simultaneously registered and separately or for recording the measured quantity electrically serial, anti-serial, are connected in parallel or anti-parallel. 5. Vorrichtungen nach 1, 2, 3 oder 4, jedoch dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Geber an willkürlichen Positionen und mit will­ kürlicher auch differenter Stromemission zur Erzeugung der induktiven Wirkungen an den Aufnehmern verwendet werden.5. Devices according to 1, 2, 3 or 4, but characterized thereby shows that several donors want to participate in arbitrary positions Natural and different current emissions to generate the inductive Effects on the sensors are used. 6. Vorrichtungen nach 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung der Aufnehmer relativ zur Vertikalen durch Neigungs­ sensoren, die im Geber-Aufnehmer-System fest verankert sind, festgelegt wird, um auch die Sohlhöhe der Lecks zu erkennen.6. Devices according to 1 to 5, characterized in that the Orientation of the transducers relative to the vertical by inclination sensors that are firmly anchored in the encoder-transducer system, is set to recognize the level of the leaks. 7. Vorrichtungen für 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch isolierende oder aber auch metallische Gebilde mit Potentialeinprägung in flächenhafter oder räumlicher Form in der Nach­ barschaft von Gebern und Aufnehmern focussierende und damit Effekt­ erhöhende Wirkungen erzielen, insonderheit zur Verringerung der Stör­ wirkungen der oft viel größeren Leckströme durch die nicht unendlich resistiven Kanalrohr-Materialien beiderseits der diskreten Leckstellen. 7. Devices for 1 to 5, characterized in that electrically insulating or metallic structures Imprinting potential in a flat or spatial form afterwards donors and transducers focus and thus effect Achieve increasing effects, especially to reduce sturgeon effects of the often much larger leakage currents through the not infinite resistive sewer pipe materials on both sides of the discrete leaks.   8. Verfahren und Vorrichtungen zur Lokalisierung und zur Größenabschätzung von Leckagen bei in Kanälen zu transportierenden elektrisch leitenden Flüssigkeiten (wie Elektrolyten, Abwasser) bei nicht erforderlicher Füllung des Rohres mit Flüssigkeit und nichtmetallischem Rohrmaterial, unter Zuhilfenahme einer Spannungsquelle (3), für die einerseits ein Stromfluß über ein isoliertes Kabel bis zur Flüssigkeit innerhalb einer metallischen Kontakthülse (15) - von wo aus mit Hilfe einer Drehvorrichtung (16) ein Hochdruckwasserstrahl (18) über ein Zwischen­ stück (17) umlaufend gegen die nicht wasserbenetzten Innenwandungen gespritzt wird - und andererseits stromkreisschließend über eine Erdung (4) ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Wirkung eines Wasserdruckschlauches (13), der samt der Teile 15, 16 und 17 vermöge der Vorrichtung 14 im Rohr mittig geführt wird, im Falle dis­ kreter Leckstellen (8) im Bereich von Auftreffstellen des Wasserstrahles ein erhöhter mit einem Strommesser (12) zu registrierender nach außen heraustretender Strom entsteht.8.Procedures and devices for localizing and estimating the size of leaks in electrically conductive liquids to be transported in ducts (such as electrolytes, waste water) when the pipe is not required to be filled with liquid and non-metallic pipe material, with the aid of a voltage source ( 3 ), for which on the one hand Current flow over an insulated cable to the liquid within a metallic contact sleeve ( 15 ) - from where a high-pressure water jet ( 18 ) is sprayed all around against the non-water-wetted inner walls with the aid of a rotating device ( 16 ) via an intermediate piece ( 17 ) - and on the other hand, closing the circuit Via an earth connection ( 4 ), characterized in that with the aid of the action of a water pressure hose ( 13 ) which, together with the parts 15 , 16 and 17 by means of the device 14 , is guided centrally in the pipe, in the case of discrete leakage points ( 8 ) in the area of impact points of the what serstrahlles an increased outgoing current to be registered with an ammeter ( 12 ) is produced. 9. Vorrichtung nach 8, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des meßbaren Effektes eine höher leitende Flüssigkeit (wie angesalzenes Wasser) verwendet wird.9. The device according to 8, but characterized in that for Increasing the measurable effect of a more conductive liquid (like salted water) is used. 10. Vorrichtung nach 8 und 9, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß nicht abfließende und sich am Boden des Rohres sammelnde Flüssigkeit aufgenommen wird und dem Kreislauf wieder zugeführt wird.10. The device according to 8 and 9, but characterized in that non-draining liquid that collects at the bottom of the pipe is taken up and returned to the cycle. 11. Verfahren und Vorrichtungen zur Lokalisierung und zur Größen­ abschätzung von Leckagen bei in Kanälen zu transportierenden elektrisch leitenden Flüssigkeiten (wie Elektrolyten, Abwasser) bei nicht erforder­ licher Füllung des Rohres mit Flüssigkeit und nichtmetallischem Rohrmaterial, unter Zuhilfenahme einer Spannungsquelle (3), für die einerseits ein Stromfluß über ein isoliertes Kabel bis zur Flüssigkeit innerhalb eines die Rohrinnenwand überspannenden geschlitzten kreisförmigen Schlauches (21) - gehalten durch eine größere zentrale Scheibe oder eine Verstrebung (19) und stabilisiert sowie an die Wandungen angepreßt durch ein kreisförmiges Verbindungsstück (20) - und andererseits stromkreisschließend über eine Erdung (4) ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Wirkung des Wasser­ druckschlauches (13) im Falle diskreter Leckstellen (8) im Bereich des schlitzoffenen an der Rohrwandung entlanggezogenen und an diese angedrückten Schlauches ein (erhöhter) mit einem Strommesser (12) zu registrierender nach außen heraustretender Strom entsteht.11.Methods and devices for localizing and estimating the size of leaks in electrically conductive liquids to be transported in ducts (such as electrolytes, waste water) when the pipe is not required to be filled with liquid and non-metallic pipe material, with the aid of a voltage source ( 3 ) for which on the one hand a current flow over an insulated cable to the liquid within a slotted circular tube ( 21 ) spanning the inner tube wall - held by a larger central disc or a strut ( 19 ) and stabilized and pressed against the walls by a circular connecting piece ( 20 ) - and on the other hand, closing the circuit via a grounding ( 4 ) is made possible, characterized in that with the help of the action of the water pressure hose ( 13 ) in the case of discrete leakage points ( 8 ) in the area of the slot-open Sc along the pipe wall and pressed against it a (increased) current which emerges and which is to be registered with an ammeter ( 12 ) emerges. 12. Vorrichtung nach 11, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß ein an Leckstellen radial austretender Strom konduktiv oder induktiv beeinfluß­ bare Sonden (Sensoren) innerhalb des Schlauches affiziert. 12. The device according to 11, but characterized in that a Leaks in radially escaping current can be influenced conductively or inductively bare probes (sensors) affected within the tube.   13. Vorrichtung nach 11 oder 12, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des meßbaren Effektes eine höher leitende Flüssigkeit (wie angesalzenes Wasser) verwendet wird.13. The device according to 11 or 12, but characterized in that that to increase the measurable effect a more conductive liquid (like salted water) is used. 14. Vorrichtung nach 11, 12 oder 13, jedoch dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus dem nicht völlig dichten halbplastischen geschlitzten Schlauch austretende, nicht abfließende und sich am Boden des Rohres sammelnde Flüssigkeit aufgenommen und dem Kreislauf wieder zugeführt wird.14. The device according to 11, 12 or 13, but characterized thereby records that from the not completely dense semi-plastic slotted Hose escaping, not draining off and at the bottom of the pipe collecting liquid is taken up and returned to the circuit becomes.
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