CC BY
98
Математика и механика. Физика
Перейдем к решению этой задачи на основе корреляционного частотно-временного подхода. На рис. 6 приведено отображение этой функции в виде двух вертикальных линий. Первая из них соответствует нулевой задержке; она свидетельствует о наличии собственных шумов аппаратуры, используемой для получения экспериментальных данных. Вторая линия соответствует величине Д/«33,8 мс и расстоянию до утечки, равному 3,02 м. Точность расчета повысилась на порядок, что свидетельствует о преимуществах предложенного подхода.
Выводы
1. На основе анализа частотно-временной корреляционной функции решена задача обнаружения утечек в трубопроводных сетях.
2. Предлагаемое решение можно рассматривать как развитие корреляционного метода в задачах анализа сигналов, в частности, в задачах определения мест утечек в трубопроводных сетях.
3. Подход позволяет установить взаимосвязь частотных составляющих спектров двух сигналов и по этой взаимосвязи выявить наличие утечки и место ее расположения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кармазинов Ф.В., Махнев П.П., Юдин М.Ю. Методика определения неучтенных расходов и потерь воды в системах коммунального водоснабжения // Вода Magazine. - 2004. URL: http://www.watermagazine.ru/spravky/pravo/398-2010-01-17-10-13-48.html?format=html&Itemid=49&option=com_con-tent&id=398:2010-01-17-10-13-48&view=article&layout=de-fault&month=2&year=2010 (дата обращения: 18.06.2010).
2. Иоффе О. Подземный город // ТехСовет. 2007. URL: http://www.tehsovet.ru/article-2007-4-1-862 (дата обращения: 18.06.2010).
3. Айфичер Э.С., Джервис Б.У. Цифровая обработка сигналов: практический подход. 2-е изд. - М.: Вильямс, 2008. - 992 с.
4. Нуссбаумер Г Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления свертки. - М.: Радио и связь, 1985. - 248 с.
5. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры / под ред. проф. А.М. Трахт-мана. - М.: Советское радио, 1980. - 224 с.
6. Чан Вьет Тьяу, Аврамчук В.С. Частотно-временной корреляционный анализ цифровых сигналов // Известия Томского политехнического университета. - 2009. - Т. 315. - № 5. -С. 112-115.
Поступила 25.03.2010 г.
УДК 53.082.4;621.64
ВИБРОДИАГНОСТИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ВНУТРИТРУБНЫХ ОБЪЕКТОВ
А.А. Курочкин, Н.Н. Бочкарев*
ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», г. Томск *Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, г. Томск E-mail: [email protected]
Представлены результаты полевых измерений спектральных характеристик вибраций магистрального газопровода при движении очистного скребка. Эксперименты проведены с использованием акселерометра, подключаемого к портативному спектроа-нализатору. Полученные данные демонстрируют возможность определения местоположения и скорости движения внутритруб-ного объекта.
Ключевые слова:
Магистральный газопровод, очистной скребок, вибрации, эксперимент, спектральные характеристики, местоположение, скорость. Key words:
Gas-main pipeline, cleaning gear, vibrations, experiment, spectral characteristics, location, speed.
При эксплуатации магистральных нефтегазопроводов происходит загрязнение внутренней поверхности трубы продуктами транспортирования и конденсатом, что приводит к снижению скорости потока нефти или газа, уменьшению пропускной способности нефтегазопровода и ускорению коррозийных процессов.
С целью механической очистки и контроля состояния трубопровода в него запускают очистные устройства и дефектоскопы - внутритрубные объекты (ВТО). В некоторых случаях они застревают внутри трубы. Если не удается заставить ВТО
продолжить движение, то устанавливают его местоположение и извлекают с нарушением целостности трубы.
Местоположение застрявшего в трубе объекта определяют с помощью специальных приборов -сигнализаторов перемещения ВТО в потоке газа или нефти. Одни приборы регистрируют внутри-трубный шум, возбуждаемый движущимся объектом в звуковой или ультразвуковой области спектра
[1], другие - измеряют интенсивность звука газоструйных излучателей, устанавливаемых на ВТО
[2], третьи - фиксируют изменения электромаг-
Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 317. № 2
нитного и магнитного полей при прохождении объекта в местах установки измерительных датчиков [3]. При этом датчик врезается в трубу или устанавливается на ее поверхности с помощью специальных устройств. Общее функциональное ограничение для таких сигнализаторов - индикация только момента прохождения ВТО вблизи датчика. Определять в реальном времени скорость и местоположение движущегося объекта такие устройства не могут, так как располагаются на расстоянии 10...25 км друг от друга.
В работе [4] описана система для определения местоположения ВТО в реальном времени на дальностях до 100 км с точностью 3 %. Автономный акустический излучатель устанавливается на последний фланец очистительного устройства, а измерительный микрофон через муфту закрепляется во внутритрубном пространстве. Недостатки этой системы очевидны: низкая точность, нарушение целостности трубопровода и необходимость в дополнительном устройстве - акустическом излучателе.
Для определения местоположения ВТО с высокой точностью необходимо непрерывно контролировать его скорость на протяжении всего участка движения. Нами разработан вибрационный метод контроля, относящийся к технической диагностике, цель которой - выявление возможностей и условий дальнейшей эксплуатации диагностируемого оборудования и в конечном итоге повышение промышленной и экологической безопасности.
Вибрации являются неотъемлемым показателем работы многих природных и техногенных систем, в том числе и трубопроводного транспорта. При движении ВТО воздействует на стенки и внутренние сварные швы трубопровода, возбуждая волновой процесс и ударные импульсы, рис. 1.
Ударные импульсы распространяются по стенке трубы на значительные расстояния. Их форма и амплитуда зависят от скорости движения ВТО, размеров внутренних выступов сварных швов и демпфирующих свойств внешней среды, трубопровода.
Возникающие ударные импульсы возбуждают колебательные процессы: а) во внутреннем про-
странстве трубы - нормальные волны, соответствующие модам поперечного резонанса, решение уравнения для которых (обобщенное уравнение Бесселя) хорошо известно для бегущих и стоячих волн [5]; б) в стенке трубопровода - волны Лэмба нулевого порядка (продольная волна и волна сдвига), а также волны Лэмба ненулевого порядка, крутильные волны, которые экспоненциально быстро затухают.
Вибрационные характеристики трубопровода во время и при отсутствии движения ВТО должны отличаться по форме и спектру вибросигнала. Для установления этих отличий требуется определение частотной области вибраций трубопровода при воздействии на него движущегося ВТО.
В настоящей работе приведены результаты натурных исследований во время очистки участка газопровода Юрга - Новосибирск (Юргинского ЛПУ МГ) очистным скребком в летний период. Датчик-акселерометр (размерность экспериментальных данных - виброускорение, А в относительных единицах) был установлен на крановом узле, диаметр труб которого 0,72 м, на расстоянии 674 м от камеры запуска очистного скребка. Средняя длина пролета труб, из которых изготовлен трубопровод, 11,5 м.
Эксперимент начался измерением вибрации трубопровода без очистного скребка в режиме штатной транспортировки газа. На рис. 2, а, представлена записанная для этого случая виброграмма, на рис. 2, б - рассчитанный по ней спектр. Спектр вибросигнала имеет максимальные амплитуды по виброускорению в частотном диапазоне 2...6 Гц (рис. 2, б). Это собственные частоты колебаний кранового узла, возбуждаемые работой газоперекачивающего оборудования.
Для уменьшения влияния микросейсмических волн на измеряемые характеристики все вибросигналы отфильтрованы аналоговым фильтром ВЧ с частотой среза 2 Гц. Таким образом, полный частотный диапазон расчетного спектра 2...5000 Гц. Верхняя граница диапазона обусловлена способом крепления акселерометра ДН-4 с использованием магнита.
Избыточное давление
1
Импульс 3 Импульс
Деформация стенки трубы
Рис. 1. Схема движения ВТО: 1) трубопровод; 2) центрирующие манжеты; 3) головной фланец; 4) внутренний сварной шов трубопровода
