CC BY
8
результатам эксперимента получены кластеры, объединяющие схожие между собой ответы студентов и сформулированы правила логического вывода [1].
Список литературы /References
1. Галлямова И.Р. Информационная поддержка принятия решений при управлении лояльностью потребителей // Актуальные проблемы науки и техники: материалы XI Всероссийской зимней школы-семинара магистрантов, аспирантов и молодых ученых (с международным участием), Уфа: Изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2018. Т.1. С. 51-54.
2. Уэллс У., Бернет Д., Мориарти С. Реклама: принципы и практика / У. Уэллс, Д. Бернет, С. Мориарти / Пер. с англ. - 3-е изд., испр. и доп. СПб.: Питер, 2001. 797 с.
3. Фоксол Г. Психология потребителя в маркетинге / Г. Фоксол, Р. Голдсмит / Пер. с англ. - СПб.: Пи-тер, 2001. 352 с.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА АКТИВНОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ВНУТРИТРУБНЫХ ГЕРМЕТИЗАТОРОВ Селезнёв А.И. Email: [email protected]
Селезнев Антон Иванович - инженер, факультет инновационных технологий, Томский государственный университет, г. Томск
Аннотация: в настоящее время для транспортировки нефти широко применяются магистральные нефтепроводы, что обусловлено рядом их достоинств, однако для их безаварийной эксплуатации необходимо проводить соответствующие сервисные работы, включая проведение диагностики и плановых и срочных ремонтных работ. В статье рассматривается один из возможных способов снижения финансовых и временных затрат при проведении ремонтных работ по замене дефектного участка трубопровода. Также описана экспериментальная установка для проведения исследований, на правленых на создание программно-аппаратного комплекса, необходимого для реализации описанного способа проведения ремонтных работ. Ключевые слова: нефтепровод, внутритрубный герметизатор, сопровождение, акустический сигнал, модуляция.
DESIGN CONTROLLED PIPELINE PLUGS TRACKING SYSTEM
Seleznev A.I.
Seleznev Anton Ivanovich - Engineer, FACULTY OF INNOVATIVE TECHNOLOGIES, TOMSK STATE UNIVERSITY, TOMSK
Abstract: at present, pipelines are widely used for oil transportation due to a number of their advantages, but it is necessary to carry out the corresponding service works, including diagnostics and scheduled and urgent repair work for trouble-free operation. One of possible methods of solving financial and time costs during repair work to replace a defective pipeline section are considered in the article. Also described is an experimental equipment for research to create tracking system for the described pipeline repair method. Keywords: oil pipeline, pipeline plug, tracking, acoustic signal, modulation.
УДК 534.213.4
Магистральные нефтепроводы являются одним из самых распространенных средств транспортировки жидких нефтепродуктов. Их эксплуатация связана с использованием технических средств очистки внутренней поверхности трубопроводов от отложений, применением разделителей потока при транспортировке партий нефти с различными физико-химическими свойствами, средств внутритрубной диагностики, а также с проведением плановых и срочных ремонтных работ, частным случаем которых является замена поврежденного участка трубопровода новым [1]. При этом производится слив нефтепродуктов из нефтепровода перед заменой участка трубы и последующая обратная закачка, что приводит к росту стоимости и времени выполнения ремонтных работ.
Одним из возможных способов сокращения финансовых и временных затрат при проведении работ по замене дефектного участка нефтепровода за счет исключения стадий слива нефтепродукта и повторного наполнения трубы является применение управляемых внутритрубных герметизаторов, движущихся с потоком нефти. Необходимым звеном при реализации такого способа проведения ремонтных работ является программно-аппаратный комплекс сопровождения, способный отслеживать положение внутритрубных герметизаторов и передавать им в нужный момент времени соответствующие управляющие команды [2].
Наиболее подходящим при реализации такого программно-аппаратного комплекса является применение для определения положения герметизаторов и организации канала связи для передачи управляющих команд и данных акустических сигналов, что обусловлено их малым затуханием при распространении в жидких средах, безопасностью для обслуживающего персонала и окружающей среды, простотой конструкции преобразователей. Кроме того, акустические колебания могут быть введены в трубу непосредственно через металлическую стенку без нарушения герметичности нефтепровода, что позволяет создать мобильный комплекс [3, 4].
В состав программно-аппаратного комплекса сопровождения входят блоки двух типов. Блок первого типа (основной) устанавливается на нефтепроводе и состоит из акустического датчика и модуля обработки и управления. Блок второго типа, также состоящий из акустического датчика и модуля обработки и управления, закрепляется непосредственно на герметизаторе.
Определение расстояния до герметизатора осуществляется следующим образом. Модуль обработки и управления основного блока формирует электрический импульс, который датчиком преобразуется в акустический сигнал. Данный сигнал распространяется по нефтепроводу и принимается датчиком блока, закрепленного на герметизаторе. Его модуль обработки и управления формирует ответный импульс, преобразуемый датчиком в акустический сигнал, который также распространяется по нефтепроводу и достигает датчика основного блока, модуль обработки и управления которого измеряет время, затраченное сигналом на преодоление пути до внутритрубного объекта и обратно и вычисляет расстояние до внутритрубного объекта [5].
Реализация описанного способа подразумевает, в том числе, определение таких параметров разрабатываемого программно-аппаратного комплекса, как рабочий диапазон частот, количество периодов несущего сигнала в излучаемом импульсе и др.
Для исследования процессов распространения акустических колебаний в заполненной жидкостью трубе была создана экспериментальная установка, в состав которой, условно, входят акустический тракт и электронный блок.
Акустический тракт представляет собой отрезок металлической трубы, расположенный вертикально и заваренный с нижней стороны. Данный резервуар заполнен водой и имеет следующие характеристики: высота трубы - 1800 мм, толщина стенки - 8 мм, внешний диаметр - 300 мм, материал - сталь.
Электронный блок служит для излучения и приема акустических сигналов и обладает следующими характеристиками: синусоидальный сигнал, предназначенный для формирования пачек импульсов поступает от внешнего генератора, максимальная амплитуда входного сигнала 3 В, диапазон рабочих частот 80...800 кГц; количество
периодов несущего сигнала в излучаемом импульсе регулируется в диапазоне от 1 до 20; частота повторения пачек импульсов до 100 Гц; напряжение питания ± 12 В; амплитуда выходного напряжения, поступающего на акустический датчик - не менее 9 В; максимальный выходной ток 400 мА; коэффициент усиления принимаемого сигнала 200. Функциональная схема электронного блока установки представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Функциональная схема электронного блока установки для экспериментального исследования процессов распространения акустических колебаний: АК - аналоговый коммутатор; ПУ - предусилитель сигнала; УМ - усилитель мощности; У - усилитель;
К - компаратор; МК - микроконтроллер; Т - Б-триггер
Электронный блок работает следующим образом. Аналоговый коммутатор (АК) служит для переключения синусоидального сигнала, поступающего на вход электронного блока от внешнего генератора. Когда коммутатор находится в положении «1», на вход предусилителя (ПУ) поступает сигнал с внешнего генератора, т. е. идет формирование излучаемого импульса. Когда коммутатор переключен в положение «2», на вход предусилителя подается нулевой потенциал, т. е. формируется пауза. Предусилитель служит для предварительного усиления входного сигнала [6, 7]. Усилитель мощности (УМ) обеспечивает усиление мощности сигнала в нагрузке (акустическом датчике). Усилитель (У) осуществляет усиление сигнала, регистрируемого акустическим датчиком, до величины, удобной для наблюдения на экране осциллографа, подключенного к выходу электронного блока. Компаратор (К) служит для формирования синхронизирующего сигнала, поступающего на вход микроконтроллера и Б-триггера (Т). Порог срабатывания компаратора может быть изменен для точной подстройки фазы включения аналогового коммутатора. Микроконтроллер осуществляет управление работой аналогового коммутатора. При высоких частотах внешнего синусоидального сигнала начинает проявляться конечное время реакции микроконтроллера, которое, как правило, является непостоянным ввиду специфики его работы, что приведет к тому, что в формируемом импульсе начальная фаза каждый раз будет разной. Данное обстоятельство затруднит проведение экспериментальных исследований. Для его устранения используется D-триггер. Его тактовый вход подключен непосредственно к выходу компаратора, и изменение выходного сигнала D-триггера (одновременно являющегося сигналом управления для аналогового коммутатора) происходит одновременно с фронтом синхронизирующего сигнала, который, в свою очередь, синхронизован с входным синусоидальным сигналом. Таким образом, переключение аналогового коммутатора
всегда происходит синхронно с коммутируемым сигналом вне зависимости от времени реакции микроконтроллера.
В составе установки для экспериментального моделирования процессов распространения акустических колебаний при проведении исследований кроме акустического тракта и разработанного электронного блока использовался генератор сигналов Г3-110 - для формирования опорной частоты для электронного блока установки и цифровой осциллограф TDS2012C - для регистрации принимаемых сигналов.
С помощью созданной экспериментальной установки был проведен ряд исследований. Была определена зависимости амплитуды принимаемого сигнала от частоты, при постоянном расстоянии между акустическими датчиками. Было установлено, что рабочая частота излучаемого акустического сигнала при описанных параметрах лежит в диапазоне140-160 кГц. Была определена длительность излучаемого импульса равная 6-8 периодам несущего сигнала, дальнейший рост длительности не приводит к заметному росту амплитуды излученного сигнала. Был исследован эффект наложения сигналов, отражённых от конструктивных узлов на сигнал, излученный блоком, расположенным на герметизаторе при использовании зондирующих импульсов одной частоты, препятствующий определению времени распространения сигнала, а, следовательно, и положения герметизатора. Т.о. была показана необходимость применения метода локации с активным откликом на частоте, отличной от частоты зондирующего сигнала. Были проведены исследования способа кодирования управляющих команд и данных для их передачи по акустическому каналу связи, выбран способ амплитудной двоичной модуляции с длительностью импульса, равной 8 периодам несущего сигнала.
Работа выполнена при поддержке федерального государственного бюджетного учреждения «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно -технической сфере».
Список литературы /References
1. Трубопроводы стран СНГ. Общий анализ. Маргарита Прокопенко. 2012 г.
2. Супрунчик В.В., Коновалов Н.М., Мызников М.О. Система Сопровождения Внутритрубных Снарядов «ССВС-001» // Трубопроводный транспорт нефти. 2003. № 12. С. 9-12.
3. Общая акустика. М.А. Исакович. Учебное пособие. М.: Наука, 1973. 476 с.
4. Скучик Е. Основы акустики. Том 1: Пер. с англ. М.: Мир, 1976. 528с.
5. Бреховских Л.М. «Волны в слоистых средах», издательство академии наук СССР, Москва, 1957г -500с.
6. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. 632 с.
7. Брюль Къер. Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители / Справочник по теории и эксплуатации. Нэрум: Дания, издание фирмы Брюль и Къер, 1978. 111 с.
