CC BY
36
УДК 621.646.8:621.398
ПРАЕКТАВАННЕ БЕСПРАВАДНОГА КАНАЛА СУВЯЗІ ДЛЯ КІРАВАННЯ КЛАПАНАМ КІРУЕМАГА УНУТРЫТРУБНАГА ГЕРМЕТЫЗАТАРА
Ю. В. КРЫШНЕУ, В. М. ГАРБУЗ, В. А. СТАРАСЦЕНКА,
С. М. КУХАРЭНКА, Л. А. ЗАХАРАНКА, Э. М. ВІНАГРАДАУ,
А. У. САХАРУК, М. В. СТАЛБОУ, В. М. ЛУКАШОУ
Установа адукацьіі «Гомельскі дзяржауны тэхтчны утверстэт імя П. В. Сухога», Рэспублта Беларусь
Кіруемьі унутрытрубны герметызатар (КУГ) выкарыстоуваецца на нафтаправо-дах пры правядзенні рамонтных работ, у выпадках, калі неабходна ізаляваць аварый-ны участак трубы ад астатняй масы нафты, каб утрымаць яе гідрастатычны ціск.
Прынцып работы стандартнага метаду герметывацып заключаецца у наступных працэсах, якія мы прапануем разгледзіць для далейшага параунання. Герметызатар разам з патокам нафты рухаецца па трубаправодзе да месца перакрыцця. Як толькі герметызатар дасягне месца перакрыцця, паток нафты павінен спынщца за кошт спрацоування герметызатора, які утрымлівае гідрастатычны ціск слупа нафты на час правядзення рамонтных работ на трубаправодзе. Пры запуску працэсу герметызацыі павышаны ціск прарывае спецыяльную мембрану, і нафта паступае у спецыяльны гідрацыліндр (мал. 1). Па меры запаунення аб'ему гідрацыліндра нафтай адбываецца паступальны рух штока, цвёрда механічна звязаных з ім пол1урэтанавых абшывак, якія размешчаны па знешняму дыяметру герметызатара. Ва умовах, калі помпавыя агрэгаты адключаны, за кошт трэння зрушаных па конусных наюравалым абшывак аб унутраную паверхню трубы, герметызатар фіксуецца у нафтаправодзе. У вышку, пасля дэмантажу аварыйнага участка трубаправода мінімізуюцца страты нафтапра-дукту і прадухіляецца забруджванне навакольнага асяроддзя ад зліву нафты з раман-туемага участка па рэльефе. Пасля завяршэння работ і аднаулення цэласнасці труба-правода, герметызатар патокам нафты перамяшчаецца у камеру прыему для выцягвання. Такі метад мае шэраг недахопау: мембрана можа не прарвацца ціскам, а узняты ціск моцна павялічвае знос трубы і павышае верагоднасць прарыву нафты з трубаправода.
Улічваючы усе недахопы герметызатара стандартнай канструкцыі, які ужываец-ца на нафтаправодзе «Дружба», мы прапануем мадэршзаваную канструкцыю з на-ступ^ші перавагамі [1]:
- павышаны радыус выяулення (да 11 м);
- запуск працэсу герме^ка^и шляхам тэлеюравання электрапрывадам клапана КУГ ад наземнай прылады, без папярэдняга уздыму ціску у трубаправодзе, неабходнага для разрыву мембраны у выпадку некіраванага упускнога клапана;
- бесперапынны маніторынг становішча абшывак герметызатара у працэсе герметызацып;
- магчымасць замыкання клапана КУГ шляхам рэверсу рухавіка электрапрывада для спрашчэння вымання КУГ з нафтаправода пасля завяршэння рамонтных работ.
НЭфГ5ПР5ВО0
V
,, WM '»■■■■ ■ :, www : л-, :, ым v-v ¿
а)
б)
Мал. 1. Канструкцыя герметызатара з юраваным клапанам: а - герметызатар перамяшчаецца па трубе, клапан зачынены; б - пасля падачы каманды клапан адкрываецца, нафта паступае у пдрацылшдр і праштурхоувае поршань, расклшоуваючы пол1урэтанавыя абшыую. Т акім чынам, труба у месцы знаходжання КУГ апынаецца перакрытай без уздыму ціску нафты
На мал. 2 прыведзена структура наземнай і унутрытрубнай прылад КУГ.
а) б)
Мал. 2. Структурныя схемы электронных прылад KYT: а - наземнай прылады; б - унутрытрубнай прылады: ІПС - імпульсньі пераÿтваральнiк сiлкавання; АРУ - схема аÿтаматычнага рэгулявання ÿзмацнення; ПKІ - пульт кіравання i індьїкацьіі; МВУМ - маставы выбарчы ÿзмацняльнiк магутнасці; MKM - мікракантролерньї модуль; СДKA - схема дыстанцыйнай камутацьіі акyмyлятараÿ; ДПШ - датчык перамяшчэння штока; ПKУK -прылада кіравання ÿпyскным клапанам
^нстру^ня KYT (мал. 1) паказвае, што прыемная апаратура знаходзіцца ÿ галаÿной частцы герметызатара, а клапан для запаÿнення гідрацьіліндра - у хвас-тавой частцы. Аднак, у даным варыянце канструкцьіі KУГ існуе праблема з сувяззю прыёмнага модуля i
клапана. Тэхналапчна забяспечыць правадное злучэнне досыць складана, так як звонку корпуса герметызатара рухаюцца па распорных конусах поліурэтанавыя абшыую, а у сярэдзше - поршань у гідрацыліндры. У абодвух вы-падках патрабуецца забяспечыць высокую герметычнасць, таму размяшчэнне пра-водкі у дадзеных месцах складанае.
Была вылучана гіпотэза, што перадаць каманду на адкрыццё клапана можна бяздротавым спосабам - па гукавым канале. У якасці асяроддзя для перадачы сігналу тут выступае сталёвы корпус герметызатара, які мае таушчыню 10-12 мм.
Для перадачы і прыему гукавога сігналу, да корпуса КУГ прымацоуваюцца два п'езаэлектрычных выпраменьвальшка. У эксперыменце выкарыстоувалюя выпра-меньвальнікі тыпу ЭП-5. Выпраменьвальнік з боку прыемнай апаратуры узбуджае у сталі гукавыя хвалі, якія распаусюджваюцца да выпраменьвальшка на баку клапана. Дзякуючы зваротнаму п'езаэлектрычнаму эфекту пры механічнай дэфармацыі ад гука-вых ваганняу сталёвага корпуса, на выхадах выпраменьвальніка з'яуляецца рознасць патэнцыялау, прапарцыянальная дэфармацыі. Гэты сігнал узмацняецца з дапамогай узмацняльніка і далей апрацоуваецца з дапамогай лічбавага сігнальнага працэсара.
Для таго, каб павысщь надзейнасць сувязі па канале, у якасці сігналау выка-рыстаны псеудавыпадковыя фазаманіпуляваныя сігналы. Дадзеныя агналы, дзя-куючы добрым аутакарэляцыйным уласцівасцям [2], дазваляюць пазбегнуць шжы-вых спрацоуванняу клапана ад шуму, вырабляемага герметызатарам пры рушэнш, і старонніх гукау, і забяспечаць надзейнае спрацоуванне на фоне шумоу пры пера-дачы сігналу на адкрыццё клапана.
У якасці прыярытэтных характарыстык для сютэмы сувязі, якая распрацоуваецца, былі выдзелены: верагоднасць ілжывага спрацоування (верагоднасць спрацоування
карэляцыйнага прыемніка ад шуму пры адсутнасці сігналу на уваходзе) і верагод-насць непрыёму сігналу (верагоднасць пропуску перадаванага сігналу з прычыны скажэння шумам у канале).
Пры праектаванні канала сувязі даужыня перадаванага сігналу і значэнне парогу спрацоування карэляцыйнай апрацоукі вызначалюя з меркаванняу:
1) досыць нізкіх значэнняу верагоднасці ілжывага спрацоування і верагоднасці непрыёму сігналу пры перадачы;
2) невялікай вылічальнай складанасці карэляцып доугіх сігналау.
З улікам гэтага даужыня псеудавыпадковых сігналау была абраная роунай 1023 біт. Пры аналізе залежнасці верагоднасці шжывага спрацоування па формулах, прыведзеных у [3], быу абраны парог спрацоування, які роуны 640 правільна прынятым сімвалам. Пры зададзеным значэнні даужыні псеудавыпадковага сігналу і парога спрацоування
_з
верагоднасць непрыему склала 10 пры суадносінах «сігнал-шум» на уваходзе прыемшка
0,2 (магутнасць шуму у пяць разоу перауз^іходзіць магутнасць сігналу). Верагоднасць шжывага спрацоування карэляцыйнай прылады пры зададзеных параметрах прыемшка складае менш за 10-14 (мал. 3).
Нягледзячы на тое, што сісгема сувязі паказала сваю працаздольнасць, пры выпрабаваннях надзейнасць сувязі стала значна шжэй за разліковую. Пры дачыненш да магутнасцяу сігналу і шуму у канале, роуным 0,2, верагоднасць непрыему набліжаецца да адзінкі. Надзейны прыём магчымы толькі пры значэннях адносіны магутнасцяу сігналу і шуму, якія перавышаюць 0,52. Тлумачыцца гэта тым, што п'езаэлектрычныя выпраменьвальнікі маюць вельмі вузкі дыяпазон частот, якія яны прапускаюць. Пры вывучэнш АЧХ канала сувязі намі была устаноулена, што яна з'яуляецца нераунамернай на усім дыяпазоне частот, з відавочна в^1яуленым узды-мам у дыяпазоне 1,1—1,2 кГц (мал.
Мал. 3. Bb^ap napora cпpaцoÿвaння «^эля^и^та пpыeмнiкa пceÿдaвыпaдкoвaгa ciгнaлу ÿ зaлeжнacцi aд вepaгoднacцi iлжывaгa cпpaцoÿвaння
Aнaлiтычнa ÿcтaлявaць зніжзннє вepaгoднacцi пpыeму cклaдaнaгa шумaпaдoбнaгa ciгнaлу, які пpaйшoÿ npaß кaнaл з лoмaнaй A4X, нeмaгчымa [4]. Гэтa тлумaчыццa тым, што фopмa ciгнaлу cкaжaeццa, штo po6í^ ягo мєнш aдмeтным нa фoнe шумoÿ для кapэляцыйнaгa пpыeмнiкa. Сaмым эфекты^ным шляхaм пaвышэння нaдзeйнacцi астэмы cувязi з'яÿляeццa ÿвядзeннe ÿ гангл cувязi пpaдыcкaжэння з дaпaмoгaй aдмыcлoвaгa эквaлaйзepa, які нaблiжae фopму A4X кaнaлa дa paÿнaмepнaй, a ФЧХ - дa лiнeйнaй для дыяпaзoну 4acToT, нa якіх пepaдaeццa ciraan. Aднaк дaдзeнae paшэннe з'яÿляeццa не^ыш^ьным для paзглeджaнaй cicтэмы cувязi, тaк як энepгacпaжывaннe эквaлaйзepa 6удзє пepaвышaць энepгacпaжывaннe ÿcёй acтaтняй пpыёмнaй aпapaтуpы і icтoтнa знiжaць 4ac npa^i aд aкумулятapaÿ.
Мал. 4. AЧХ кaнaлa cувязi
Тaму былa вылучaнa гiпoтэзa aб пaвышэннi нaдзeйнacцi cувязi шляхaм пaдбopу aпopнaй чacтaты фaзaмaнiпулявaнaгa ciгнaлу. Быта pacпpaцaвaнa кaмп'ютapнaя ^arpa^a, якaя імітує пpaцу cicтэмы cувязi з улiкaм хapaктapыcтыкi pэaльнaгa кaнaлa cувязi.
Bынiкi пpaцы пpaгpaмы пpaдcтaÿлeны нa мaл. 5. na вoci Х aдклaдзeны cуaд-нociны мaгутнacцяÿ гігталу і шуму ÿ кaнaлe, та вoci Y _ вepaгoднacць не^ыему ciгнaлу. Дacлeдaвaннi пpaцы cicтэмы пpaвoдзiлicя нa чacтoтaх 100 Гц, 1 кГц і 2 кГц. №дзейней зa ÿce cicтэмa пpaцуe пpы aпopнaй чacтaцe фaзaмaнiпулявaнaгa ciгнaлу 100 Гц. У дaдзeным
_з
выпaдку aтpымaлacя дacягнуць нaдзeйнaгa пpыeму (вepaгoд-нacць не^ыёму _ 10 ) пpы cуaднociнaх «ciгнaл_шум» _ 0,28 (пepшaпaчaткoвa _ 0,52). Гэтa тлумaчыццa нacтупным. npn кapэляцыйнaм пpыёмe вельмі вaжнa нecкaжoнaя фopмa пceÿдaвыпaдкoвaгa ciгнaлу. Менш зa ÿce ciгнaл cкaжaeццa, кaлi ÿвecь яго cпeктp пpыпaдae нa paÿнaмepны ÿчacтaк AЧХ кaнaлa. У кaнaлa cувязi AЧХ менш зa ÿce нepaÿнaмepнaя нa чacтoтaх 10_1000 Гц, што aбумoÿлiвae мeншae cкaжэннe фopмы ciгнaлу a, тaкiм чынaм, бoльш упэÿнeны пpыeм нa фoнe шумoÿ у кaнaлe кapэляцыйнaгa пpыёмнiкa.
Мал. 5. Вынш мадэлявання прыему псеудавыпадковага фазаманіпуляванага сігналу
пры розных частотах паднясучай
Вывады
1. Для эфектыунага выкарыстання псеудавыпадковых агналау неабходна, каб АЧХ канала сувяз1 была раунамернай. Так як прыем вядзецца па форме агналу, то нераунамерная АЧХ прыводзщь да скажэнняу формы агналу i пагаршэння прыёму на фоне шуму.
2. Павысщь эфектыунасць прыему можна падборам апорнай частаты фазамань пуляванага псеудавыпадковага сiгналу.
3. Пры выбары апорнай частаты фазаманiпуляванага псеудавыпадковага агналу, роунай 100 Гц, распрацаваная сютэма сувязi можа быць прыменена для кiравання клапанам кiруемага унутрытрубнага герметызатара.
Л1таратура
1. Y. Kryshneu, L. Zakharanka, E. Vinagradau, A. Khramau, A. Sakharuk, M. Stalbou,V. Starastsenka. The monitoring and control system of the intrapipe sealer // ITELMS'2010. -Materials of 5th International Conference Intelligent Technologies in Logistics and Mechatronics Systems / Panevezys, Lithuania, 2010. - С. 31-36.
2. Варакин, Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами / Л. Е. Варакин. - М. : Радио и связь, 1985.
3. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / под ред. В. Б. Пестря-кова.
- М. : Совет. радио, 1973. - 424 с.
4. Возенкрафт, Дж. Теоретические основы техники связи / Дж. Возенкрафт, И. Джекобс ; пер. с англ. под ред. Р. Л. Добрушина. - М. : Мир, 1969.
Атрымана 19.12.2011 г.
