WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Изотов Алексей Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ТРУБОПРОВОДОВ УЛОЖЕННЫХ В ГРУНТ

Специальность 05.11.13. – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий.

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2012 г.

Работа выполнена в НУЦ «Каскад» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) Научный руководитель Шкатов Петр Николаевич доктор технических наук, профессор, директор НУЦ «КАСКАД» МГУПИ Официальные оппоненты Данилин Николай Семенович доктор технических наук, профессор заместитель начальника Научного Центра по науке ОАО «Российские космические системы» Петушков Сергей Михайлович кандидат технических наук, Заведующий лабораторией «Электромагнитной и капиллярной дефектоскопии» ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»

Ведущая организация: ЗАО НПЦ «МОЛНИЯ»

Защита состоится 29 мая 2012 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д212.119.01 при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики».

Сведения о защите и автореферат диссертации размещены на официальных сайтах ВАК Министерства образования и науки РФ http://www.vak.ed.gov.ru и Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) http://www.mgupi.ru.

Автореферат разослан "27" апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.119.1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1.

Актуальность.

Структура современных трубопроводных коммуникаций крайне несовершенна. В них по прежнему преобладают недолговечные металлические трубы (в среднем по России 70 %).

Уже через 5–10 лет они начинают терять герметичность и пропускную способность. Как следствие, уровень износа основных фондов отрасли водо – канализационного хозяйства в последнее время достиг более 40 %, 300 тыс. км трубопроводов (в целом по России) нуждаются в срочном капитальном ремонте, а более 50 тыс. км подлежат замене из-за аварийного состояния. По расчетам специалистов при сохранении нынешних темпов ремонта в ХХI веке инженерные сети ЖКХ будут изношены до 70 % и более, потери воды возрастут до 60 %, и стоимость жилищно-коммунальных услуг, оказываемых населению, возрастет в 2–2,5 раза.

Для снижения потерь ресурсов при транспортировке важно надежно обнаруживать место утечки жидкости из трубопровода. При этом достоверность контроля зависит от многих факторов, в том числе, от объема вытекшей из трубопровода жидкости. Для решения этой важной задачи целесообразно использовать комплекс средств неразрушающего контроля основанных на различных физических методах и адаптируемых под изменяющиеся условия контроля.

1.2. Состояние проблемы.

Проблема обнаружения утечек в трубопроводах, уложенных в грунт, в настоящее время решается приборами, основанными на акустическом методе. К ним относятся расходомеры, акустические корреляционные течеискатели, с датчиками, устанавливаемыми на концах исследуемого участка, и мобильные акустические течеискатели, работающие по принципу прослушивания шума утечки с поверхности земли. Как правило, используются все три вида акустических течеискателей, что позволяет сначала определить участок с предполагаемым повреждением, а затем локализовать его. Известны и широко используются на практике акустические течеискатели фирм «МЕТРАВИБ» (Франция), «FUJI ТЕСОМ» (Япония) ТЕАККОРР-4000 (Украина), «АКА» и «ВЕКТОР» (Россия). Существующие мобильные акустические течеискатели имеют различную чувствительность при изменении параметров грунта и не позволяют выявлять утечки в безнапорных трубопроводах, используемых в системах слива и канализации. Кроме того, чувствительность известных мобильных акустических течеискателей существенно уменьшается по мере увеличения объема воды, вытекшей из течи.

1.3. Цель работы и задачи исследования.

Цель данной работы – повышение эффективности выявления негерметичных участков трубопроводов уложенных в грунт, за счет дополнительного применения электрических средств контроля и совершенствования акустических мобильных течеискателей.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

исследовать возможность обнаружения негерметичных участков по изменению удельной электрической проводимости грунта электропотенциальным методом;

получить зависимости регистрируемых электропотенциальным методом сигналов при различных вариантах размещения электродов относительно течи;

определить рациональную схему размещения токовых и потенциальных электродов при поиске негерметичных участков;

найти технические решения, обеспечивающие выравнивание чувствительности мобильных акустических средств для грунтов с различными параметрами.

1.4. Методы исследования:

Для теоретических исследований электропотенциального метода выявления мест утечки применялось математическое моделирование на основе метода конечных элементов. Для оценки достоверности полученных расчетных результатов проводились экспериментальные исследования на физической модели. Для совершенствования мобильных акустических средств применялись как расчетные, так и экспериментальные исследования.

1.5. Научная новизна работы заключается в следующем:

предложен комплексный подход для обнаружения негерметичных участков уложенных в грунт трубопроводов, в том числе безнапорных, основанный на дополнительном применении электропотенциального метода;

разработана математическая модель, описывающая распределение исходного и добавочного электрического потенциала электрического поля установленных в произвольных точках токовых электродов при наличии и отсутствии жидкости в дефектной зоне;

получены обобщенные зависимости распределения добавочного электрического потенциала при различных вариантах размещения токовых электродов и уложенного в грунт трубопровода с вытекшей через несплошность жидкостью;

установлены рациональные межэлектродные расстояния электродов и их наиболее эффективное размещение относительно контролируемого трубопровода для выявления в нем негерметичных участков;

определен максимально допустимый шаг установки системы электродов, обеспечивающий регистрацию утечки по изменению регистрируемого между потенциальными электродами напряжения;

разработаны новые конструкции измерительных акустических преобразователей с повышенной чувствительностью, учитывающие влияние плотности грунта на коэффициент передачи акустического сигнала.

1.6. Практическая ценность работы заключается в том, что:

разработана методика электропотенциального метода обнаружения негерметичных участков трубопроводов уложенных в грунт на базе серийно выпускаемой аппаратуры для электроразведки;

разработана методика обнаружения негерметичных участков трубопроводов на основе комплексного применения акустических и электропотенциального методов контроля.

1.7. Реализация и внедрение результатов работы:

разработанная методика электропотенциального метода обнаружения негерметичных участков трубопроводов уложенных в грунт на основе системы многоэлектродного зондирования «ERA-Multimax» внедрена в составе созданной комплексной передвижной лаборатории «ИНСПЕКТОР-Авто» для обследования уложенных в грунт трубопроводов;

с помощью комплексной передвижной лаборатории «ИНСПЕКТОР-Авто» обследовано более 16 км уложенных в грунт трубопроводов и выявлено более 47 негерметичных зон, подтвержденных после вскрытия грунта.

1.8. Апробация работы.

Основные результаты работы доложены и обсуждены на 3-ей международная научно - технической конференция «Диагностика трубопроводов» (Москва ), на 2-ой международной научно – практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения (Пермь), на 7-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва), на 4-ой международная научно – практической конференция «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения» (Пермь), на межрегиональной научно – практической конференции «Жилищно – коммунальное хозяйство и энергетика в 21 веке» (г. Ростов – на – Дону), на НТС в ЗАО "НИИИН МНПО «СПЕКТР», ЗАО «Конструкция», ООО «ГлобалТест» и МГУПИ.

1.9. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 3 в журнале, признанном ВАК научным изданием. Список работ приведен в автореферате.

1.10. Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 109 страницах, иллюстрируется 38 рисунками и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 118 наименований.

1.11. Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

комплексный подход обнаружения негерметичных участков уложенных в грунт трубопроводов, в том числе безнапорных, основанный на дополнительном применении электропотенциального метода;

обобщенные зависимости распределения добавочного электрического потенциала при различных вариантах размещения токовых электродов и уложенного в грунт трубопровода с вытекшей через несплошность жидкостью;

рациональные межэлектродные расстояния электродов и их наиболее эффективное размещение относительно контролируемого трубопровода для выявления в нем негерметичных участков;

рекомендации по выбору максимально допустимого шага сканирования системы электродов, обеспечивающего регистрацию утечки по изменению регистрируемого между потенциальными электродами напряжения;

новые конструкции измерительных акустических преобразователей с повышенной чувствительностью, учитывающие влияние плотности грунта на коэффициент передачи акустического сигнала.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель исследования и решаемые задачи, указаны наиболее важные научные результаты и приведены основные положения, представляемые к защите.

В первой главе рассмотрены основные методы выявления негерметичных участков в трубопроводах уложенных в грунт, проведен анализ механизма образования дефектов и вероятности их образования на различных участках трубопроводов. Показано, что применяющиеся на практике методы выявления негерметичных участков трубопроводов не обеспечивают их надежного выявления в безнапорных трубопроводах. Кроме того чувствительность наиболее широко применяемых акустических методов значительно снижается по мере увеличения объема жидкости, окружающей место течи.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию, предложенного в качестве дополнительного к акустическим, электропотенциального метода обнаружения негерметичных участков трубопроводов, уложенных в грунт. Целесообразность его применения обусловлена существенным изменением влажности, а, следовательно, и удельной электрической проводимости грунта в объеме, заполняемом вытекшей из трубопровода жидкостью. Реализация электропотенциального метода связана с периодической установкой и перемещением системы электродов вдоль трубопровода. При этом необходимо выбрать наиболее рациональное положение электродов относительно контролируемого трубопровода и определить ряд параметров, определяющих чувствительность и производительность контроля. К ним относятся: межэлектродные расстояния, степень заглубления электродов относительно поверхности грунта, форма и параметры пропускаемого тока, максимально допустимый шаг перемещения системы электродов вдоль трубопровода.

Предварительно проведенные экспериментальные исследования показали целесообразность пропускания тока в перпендикулярном к оси трубопровода направлении. Это связано с тем, что при пропускании тока вдоль трубы она, обладая существенно большей электропроводностью, препятствует затеканию тока под нее. Вместе с тем, проведенный статистический анализ показывает, что разрушению в большей степени подвержена нижняя часть трубопровода. Принятая схема контроля представлена на рис. 1.

Здесь, с учетом симметрии, показаны электроды, размещенные только с одной стороны трубы. Исследование проводилось путем расчетов методом конечных элементов (МКЭ) на осноРис. 1. Схема контроля ве сертифицированной программы ANSYS.

Рассматривалось два варианта реализации процесса контроля:

система "токовые электроды – потенциальные электроды" связана и происходит перемещение такой системы вдоль трубы без изменения взаимного расположения потенциальных электродов относительно токовых, токовые электроды фиксируются в некотором положении и происходит перемещение потенциальных электродов относительно токовых и трубы.

Принимались следующие исходные параметры и допущения. Глубина залегания трубы ZТр составляет 1,5…2 м. Утечка имеет вид полусферы с верхней точкой на оси трубы.

Диаметр сферы – 20 м. Удельное электрическое сопротивление сухого суглинка (влажность по массе 4 %) – 600 Ом*м, мокрого (20 %) – 90 Ом*м (рис. 2). Расстояние между токовыми электродами – 6 м. Глубина погружения электродов в грунт – до 1,5 м.

Для получения обобщенных зависимостей рассчитывались относительные вносимые * значения нормированного добавочного напряжения Uд между потенциальными электродами под влиянием утечки. Для этого в каждой точке вычислялась разность соответствующих значений потенциала при влажном и сухом грунте, а нормировка проводилась по напряжению UТ на токовых электродах.

На рис. 3 изображены зависимости при расположении токовых и потенциальных электродов на поверхности грунта (y = 0). Токовые электроды расположены на одной линии с центром течи, потенциальные электроды располагаются на расстоянии h до 6 метров Рис. 2. Зависимость удельного электрического сопротивления суглинка от влажности согласно IEEE Std 142-19по обе стороны от токовых. Провал на кривой при h=0 объясняется рез* ким падением Uд до 0 при приближении потенциальных электродов к токовым. Это наблюдается только при размещении потенциальных и токовых электродов на одной глубине, в данном случае - на поверхности. При удалении потенциальных * электродов от токовых максимум Uд по координате х смещается в сторону больших значений. Абсолютный максимум показаний достигается * * сразу за токовыми электродами Рис. 3. Зависимость Uд Uд (x).

(х = 3,5 м) при условии, что и потенЭлектроды на поверхности грунта, y = циальные и токовые электроды лежат на одной прямой.

При сдвиге потенциальных электродов до h = ± 4 м, максимум лежит в пределах x = 3,5 4,5 м и существенно удаляется по x при дальнейшем увеличении h.

При сдвиге токовых электродов относительно утечки картина меняется. На рис. * * изображены зависимости Uд Uд (x) для y = 4 м. Здесь максимум наблюдается при сдвиге * потенциальных электродов в сторону утечки (h = 2 м). Максимум Uд составляет более 60% от максимально возможного (при y = 0). Дальнейший сдвиг токовых электродов относительно утечки приводит к снижению уровня сигнала ниже 50% от максимального.

Полученные зависимости показывают, что при размещении токовых и потенциальных электродов на поверхности грунта при фиксированных глубине залегания трубы и расстоянии между токовыми электродами существуют оптимальные расстояние RT между потенциальными электродами и шаг Rэ перемещения электродов. Так, например, при глубине залегания трубы ZTр = 1,5 м и расстояния между токовыми электродами RT = 6 м оптимально расположение потенциальных электродов на расстоянии Rп = 8 м друг от друга на одной линии с токовыми. При таком расположении электродов шаг перемещения не более 8 м вдоль оси трубопровода обеспечит уровень показаний не менее 50 % от максимально возможного. Перемещать потенциальные электроды относительно токовых в данном случае нецелесообразно, т.к. это не позволит увеличить Rэ. Для локализации утечки после ее обнаружения целесообразно уточнить ее координаты, перемещая электроды с меньшим шагом.

Рассмотрим влияние заглубления ZT токовых и/или ZP потенциальных электродов в грунт. Будем считать, что погружаемый электрод изолирован от грунта на по всей длине, а контакт с грунтом происходит только на конце электрода. * * Uд Uд (x) Рис. 4. Зависимость.

В случае заглубления как токоЭлектроды на поверхности грунта, y=4 м вых, так и потенциальных электродов максимум показаний существенно (примерно в 5 раз) превышает максимум для случая, когда электроды расположены на поверхности. Но при сдвиге потенциальных и токовых электродов на 4 м уровень показаний падает более чем в два раза. Нормировка вносимой разности потенциалов по значению потенциала в этой точке без утечки составляет 0,48 % в области максимума. Таким образом, рост относительной чувствительности сопровождается уменьшением абсолютной чувствительности до неприемлемой * * Рис. 5. Зависимость Uд Uд (x) при y = 0. ZT = 0, ZP = 1,5 м величины.

Заглубление токовых электродов при расположении потенциальных на поверхности увеличивает показания примерно в два раза по сравнению с исходным случаем (все электроды расположены на поверхности). Уровень сигналов при сдвиге электродов позволяет осуществлять контроль с тем же шагом. Нормировка вносимой разности потенциалов по значению потенциала в этой точке без утечки дает значение 31 % в наиболее выгодной точке контроля.

Выполненные исследования показали, что близкой к оптимальной оказывается схема контроля, при которой заглублены потенциальные электроды, а токовые лежат на поверхности (рис. 5). В этом случае абсолютный вносимый сигнал вырастает еще в два раза, а нормировка по значению потенциала в этой точке без утечки составляет 32 %. При этом затухание показаний при сдвиге электродов позволяет проводить контроль по той же схеме, что и в исходном случае (с шагом 8 м для данной геометрии).

На рисунках 6 и 7 показано распределение абсолютных значений потенциала при расположении токовых электродов на поверхности (для Uт = 200 В). Рис. 6 – потенциальные электроды не заглублены, рис. 7 – заглублены. На рис. 6 видно, что, в случае расположения потенциальных электродов на поверхности присутствует высокий градиент потенциала по направлению перпендикулярному трубе, что повышает требования к точности позиционирования электродов. Область низких градиентов в данном случае совпадает с зоной максимальной относительной чувствительности, но абсолютная чувствительность при этом резко снижается, что затрудняет проведение контроля. При заглублении токовых электродов (рис 7.) градиент потенциала меньше, а абсолютная чувствительность выше.

На рис. 8 показаны уровни сигнала для оптимальной конфигуРис. 6. Влияние утечки на распределение потенциала.

рации контроля для разных случаев Токовые и потенциальные электроды расположены на поустановки токовых электродов отверхности носительно утечки. Начало координат по горизонтальной оси на графике соответствует центру утечки. На графиках видно, что перенос токовых электродов вдоль трубы на 4 м обеспечивает сигнал на потенциальных электродах выше 50 % от максимума.

Возможность установки токовых электродов на разное расстояние от трубы добавляет еще один параметр в схему оптимизации. Можно предположить, что увеличение расстояние Рис. 7. Влияние утечки на распределение потенциала.

между токовыми электродами Токовые электроды расположены на поверхности, уменьшит чувствительность мепотенциальные заглублены тода, но позволит увеличить шаг установки электродов.

Исследование разных сочетаний с заглублением токовых и потенциальных электродов выявило, что, как и для базового расстояния между токовыми электродами (2b = 6 м), для других расстояний наиболее выгодной оказалась схема с заглублением потенциальных электродов и расположением токовых на поверхности. Вычисления дополнительно проводились для 2b = 4 и 10 м и показали, что при уменьшении параметра 2b до 4 м максимум относительного вносимого сигнала практически не меняется, а оптимальное расстояние для установки потенциальных электродов становится равным 2x = 6 м. На рис. 9 показаны зависимости, аналогичные рис. 8, но для 2x = 6 м, 2b = 4 м. Из графиков видно, что максимум сигнала при расположении токовых электродов строго над утечкой практически не изменился, а при сдвиге токовых электродов на 4 м в сторону упал ниже, чем для предыдущего случая. Таким образом, уменьшение расстояние между токовыми электродами можно считать нецелесообразным.

При 2b = 10 м оптимальным расстоянием между потенциальными электродами RP = 10 м, т.е. токовые электроды располагаются над потенциальными. Увеличение параметра b приводит к падению уровня максимума сигнала на 15 %, при этом уровень выше 50 % от нового максимума, так же как и раньше, достигается лишь при сдвиге системы на 4 м вдоль трубы относительно утечки. Больший шаг установки токовых электродов допустим только при уменьшении шага установки потенциальных электродов, что нецелесообразно * Рис. 8. Изменение Uд для оптимальной схемы контроля при пепри их заглублении.

ремещении электродов вдоль оси трубопровода:

Проведенный анализ поRP = 8 м, 2b = 6 м зволяет дать следующие рекомендации.

Наиболее близко к оптимальному расположение токовых электродов на поверхности равноудаленно от трубы на расстоянии друг от друга равном двум глубинам ее залегания.

Потенциальные электроды следует располагать на большем расстоянии друг от друга, чем токовые (примерно на треть) и на * глубине равной глубине Рис. 9. Изменение Uд для оптимальной схемы контроля при перезалегания трубы.

мещении электродов вдоль оси трубопровода Шаг перемещения вдоль для RP = 6 м, 2b = 4 м трубы связанной системы электродов следует выбирать не более расстояния между потенциальными электродами.

Это обеспечит регистрацию сигнала не менее 50% от возможного максимума, достигаемого при совмещении положения электродов и источника течи в одной плоскости, перпендикулярной оси трубы.

В третьей главе описаны исследования по обнаружению негерметичных участков уложенных в грунт трубопроводов путем регистрации создаваемых течью колебаний. Поток жидкости, вытекая из отверстия в стенке трубы, взаимодействует c грунтом, окружающим трубопровод. В зоне выхода струи из отверстия (в грунте или в вытекшую жидкость) возникают пульсации давления окружающей среды, которые могут быть зарегистрированы с помощью электроакустических приемников упругих волн. Грунт, окружающий трубу на различных участках, не однороден: давление, плотность, сжимаемость и другие параметры грунта могут изменяться в широких пределах, влияя на скорость как механических, так и акустических колебаний. В результате этого показатель преломления изменяется в объеме грунта, окружающего трубу с течью, что приводит к рассеиванию волн, генерируемых за счет пульсации потока вытекающей через течь жидкости. Возникающие при этом продольные и поперечные волны распространяются с разными скоростями Vпр и Vпоп, соответственно. Закономерности прохождения акустических и сейсмических волн через грунт исследовались при изучении землетрясений. На основе теоретических и экспериментальных данных было установлено, что Vпр, а также соотношение Vпр/Vпоп растут с увеличением плотности грунта.

Поперечные звуковые и механические колебания волн возникают и при отсутствии течи, создавая шумовую составляющую, маскирующую воздействие течи.

Можно предположить, что для мягкого грунта с низкой плотностью отношение Vпр/Vпоп, а, следовательно, и отношение "сигнал/помеха" будет существенно выше, чем для жесткого грунта с высокой плотностью. С другой стороны, затухание колебаний в мягком грунте значительно выше, чем в жестком. Таким образом, для надежного выявления негерметичных участков необходимо повышать отношение "сигнал/помеха" для жесткого грунта и абсолютную чувствительность для мягкого.

Распространения колебаний в грунте – весьма сложный процесс, зависящий от многих, трудно поддающихся теоретическому исследованию факторов. В связи с этим были проведены экспериментальные исследования.

Рис. 10. Имитатор колебаний, создаваемых пульсацией жидкости через течь размещнного в грунте трубопровода Рис. 12. Схема регистрации колебаний в жстком грунте Рис. 11. Распределение нормированных тангенциальной и нормальной компонент механических колебаний на поверхности при жстком и мягком грунтах Рис. 13. Схема регистрации колебаний в мягком грунте Для обеспечения возможности работы на реальных участках была разработана ская модель с вибратором, помещаемым в грунт. Имитатор воздействия течи, реализующий предложенную модель, схематично показан на рис. 10. Он состоит из вибратора 1, с сферическим наконечником 2, закрепленного через резиновую прокладку 3 в трубе 4. Во внутренней полости трубы 4 находится электронный блок 5 управления вибратором с ником питания. Органы управления вибратором размещены на пульте 6, соединенным с электронным блоком 4 электрическим кабелем. Для изменения углового положения руемой течи возможен как поворот всей трубы относительно оси, так и размещение нескольких вибраторов с различной угловой ориентацией и их переключение при исследованиях.

Полученные при экспериментальных исследованиях зависимости показывают необходимость адаптации средств регистрации колебаний, создаваемых течью к плотности грунта.

При регистрации колебаний в жстком грунте существенное влияние оказывает продольная волна, образующаяся под влиянием тангенциальной составляющей колебаний грунта. Практика показывает, что на реальных течах в жстком грунте продольная волна создат помехи, имеющие амплитуду, соизмеримую, а в отдельных случаях превышающую полезный сигнал. С учтом особенностей регистрации колебаний, создаваемых течью в жстком грунте целесообразно экранировать чувствительный элемент датчика от воздействия продольной волны. Для ослабления влияния продольной волны предлагается использовать резиновое кольцо, играющее роль демпфера (рис. 12).

Для мягкого грунта характерно слабое влияние продольной волны. Вместе с тем, величина амплитуды поперечных колебаний оказывается примерно в 3 раза ниже, чем для жсткого грунта. Отмеченные особенности формирования сигнала в мягком грунте показывают на целесообразность увеличения площади, с которой может восприниматься сигнал. Анализ приведнных на рис. 11 зависимостей показывает, что увеличение полезного сигнала без ощутимого роста шумовой составляющей происходит при увеличении диаметра чувствительной зоны датчика до 0,10…0,15 м (рис. 13).

Четвертая глава посвящена разработанным и внедренным на практике в виде мобильной лаборатории средствам обнаружения негерметичных участков трубопроводов.

Описан портативный акустический течеискатель ПТ–14М (рис. 14), разработанный на основе исследований описанных в третьей главе.

Основные технические характеристики акустического течеискателя ПТ-14.

Собственные шумы усилителя, приведнные ко входу при подключении конденсатора 1000 пф в диапазоне рабочих частот - не более 30 нВ/ Гц.

Питание прибора – от встроенного никель-кадмиевого аккумулятора напряжением 2В, мкостью не менее 2 А час.

Время непрерывной работы прибора при нормальных условиях и полностью заряженном аккумуляторе - не менее 16 часов.

Отображение уровня принимаемого сигнала акустическое (в головных телефонах ) и визуальное ( на линейном светодиодном индикаторе ).

Габаритные размеры, мм, не более:

Блока электронного - 225 75 220 мм.

Датчиков :

ДТГ (датчик для тврдого грунта)- 145 185 мм;

ДМГ (датчик для мягкого грунта)- 80 160 мм.

Масса - не более 9 к г, в том числе:

Блока электронного - 2,5 кг;

Датчиков: ДТГ - 5 кг; ДМГ - 1,5 кг.

Рис. 14. Передняя панель акустического течеискателя ПТ-14.

1 - гнездо для подключения датчиков;2 - индикатор заряда - разряда аккумулятора;

3 - гнездо для подключения зарядного устройства;4 - линейный светодиодный индикатор;

5 - гнездо для подключения головных телефонов; 6 - регулятор чувствительности индикатора; 7 - выключатель питания прибора; 8 - переключатели управления фильтрами; 9 - регулятор уровня сигнала в головных телефонах.

Предложен комплексный подход, заключающийся в следующем:

1. на основе измерения расхода расходомером с накладными датчиками UDM 200 устанавливается факт наличия или отсутствия утечки на участке трубопровода достаточно большой протяженности;

2. при наличии утечки ее место уточняется корреляционным акустическим течеискателем CorreluxP2, имеющим два датчика, крепящихся с помощью магнитной присоски к трубе и осуществляющих связь с базой по радиоканалу;

3. проводится разметки трассы (трассоискатели I5000 либо VIVAX) с одновременным обследования разработанным акустическим течеискателем ПТ – 14М;

4. при отрицательных результатах поиска дефектного места акустическим течеискателем проводится поиск дефектного места электропотенциальным методом с помощью аппаратуры «ERA-Multimax», на основе разработанной методики обнаружения мест утечек воды из трубопроводов.

При поиске дефектного места электропотенциальным методом с помощью аппаратуры «ERA-Multimax» используется "коса" из электродов. Расстановка электродов выполняется вдоль трубопровода с шагом и взаимным положением в соответствии с рекомендациями, приведенными во второй главе.

Рис. 15. Косы из электродов, с коммутирующим кабелем.

Основные технические данные набора электродов Входное сопротивление по постоянному току - > 20 Мом Максимальное напряжение входного сигнала - ±20 В Уровень собственных шумов - < 0.8 мкВ эфф.

Максимальный ток «токового» электрода - 2 А Максимальное напряжение «токового» электрода — + 500 В Напряжение питания электрода - +.12.5... 18.5B Максимальная потребляемая мощность -2.2 Вт Диапазон рабочих температур от минус 40 до + 60 °С Масса электрода - 1,18 кг ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Установлено, что электропотенциальный метод позволяет с приемлемой чувствительностью выявлять негерметичные участки трубопроводов уложенных в грунт при размещении токовых и потенциальных электродов в плоскости перпендикулярной оси трубы.

2. Установлено, что электропотенциальный метод позволяет с приемлемой чувствительностью выявлять негерметичные участки трубопроводов уложенных в грунт при размещении токовых и потенциальных электродов в плоскости перпендикулярной оси трубы.

3. Наиболее близко к оптимальному расположение токовых электродов на поверхности равноудаленно от трубы на расстоянии друг от друга равном двум глубинам ее залегания.

4. Потенциальные электроды следует располагать на большем расстоянии друг от друга, чем токовые (примерно на треть) и на глубине равной глубине залегания трубы.

5. Максимум регистрируемого сигнала достигается, когда токовые, потенциальные электроды и центр утечки лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси трубы.

6. Целесообразно выбирать шаг перестановки (установки) системы электродов вдоль трубы равный расстоянию между потенциальными электродами. Такой шаг перестановки обеспечивает уровень сигнала более 50% от возможного максимума.

7. Течь в трубопроводе создат акустические и механические колебания в частотном диапазоне от 80 до 2000 Гц.

8. При истечении воды в вытекшую через течь воду, амплитуда колебаний грунта под действием пульсирующей жидкости уменьшается примерно в 2 и более раз.

9. Для анализа закономерностей распространения колебаний, создаваемых вытекающей через течь трубопровода пульсирующей жидкостью, целесообразно воспользоваться имитатором, включающим механический вибратор, размещаемый на заданной глубине в грунте.

10. Экспериментальные исследования, проведнные с помощью имитатора, позволили установить следующие закономерности в создаваемых на поверхности грунта колебаниях:

Амплитуда колебаний не оказывает существенного влияния на распределение нормированных по максимуму сигналов, связанных с колебаниями грунта, как по нормальному к поверхности грунта, так и по тангенциальному направлению.

Максимумы амплитуд сигналов от обеих компонент вибрации, как при мягком, так и при жстком грунте наблюдаются непосредственно над вибратором.

Максимум амплитуды сигнала Uнм от нормальной компоненты вибрации для мягкого грунта составляет не более 40 % от максимума амплитуды сигнала Uнж от нормальной компоненты вибрации для жсткого грунта.

Отношение Uтм/Uнм максимумов амплитуд сигналов Uтм и Uнм, обусловленных влиянием нормальной и тангенциальной составляющих вибрации в мягком грунте составляет не более 0,35.

Амплитуды сигналов Uнж и Uтж, обусловленных влиянием нормальной и тангенциальной составляющих вибрации в жстком грунте, близки, а их отношение Uнж/Uтж= 0,75…0,85.

Амплитуды сигналов Uнж и Uтж резко убывают по мере удаления от источника вибрации по закону, близкому к экспоненциальному.

Амплитуды сигналов Uнм и Uтм по мере удаления от источника вибрации сближаются и на расстоянии 1,5…2,0 м от точки над вибратором сравниваются между собой. При этом Uнм изменяется при удалении от источника вибрации по закону, близкому к экспоненте, а Uтм – по закону, близкому к линейному.

11. Существенные различия в распределении сигналов, регистрируемых на поверхности под действием колебаний в мягком и жстком грунте, показывают на необходимость применения специализированных датчиков, учитывающих плотность грунта.

12. Для жсткого грунта целесообразно применение датчика с точечным съмом информации о нормальной компоненте колебаний и экранированием тангенциальной компоненты колебаний.

13. Для мягкого грунта целесообразно применение датчика со съмом информации о нормальной компоненте колебаний с диаметром пятна контроля 0,1…0,15 мм.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Публикации в журналах из перечня ВАК ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук 1. Изотов А.В., Кольцов В.Н. Передвижные лаборатории для диагностики подземных коммуникаций// Контроль. Диагностика.– № 4.– 2009.– С. 48-54.

2. Изотов А.В., Половинкин А.В. Акустический прибор для точного определения места утечек воды из подземных трубопроводов//Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии.– № 2-274(560).– 2009.– С. 89-71.

3. Изотов А.В., Шкатов П.Н. Исследование возможности обнаружения негерметичных участков подземных трубопроводов, уложенных в грунт, электропотенциальным методом// Контроль. Диагностика.– № 7.– 2011.– С. 51-55.

Публикации в других научных журналах и изданиях 4. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/В.В.Клюев, Ф.Р.Соснин, В.Н.Филинов, А.В.Изотов и др.; Под. Ред. В.В.Клюева.–М.:Машиностроение,1995.–488стр.с ил 5. Клюев В.В., Янн М., Кондратьев Ю.А., Миронюк Ю.М., Изотов А.В. Опыт предприятия «Себа Спектрум» в разработке и изготовлении передвижных лабораторий для диагностики трубопроводов и энергооборудования компрессорных станций, а также лабораторий для диагностики волоконно – оптических и медных линий систем телемеханики и связи// Тезисы докладов 3-ей международная научно - технической конференция «Диагностика трубопроводов».– Москва 2001г.– С. 348.

6. Изотов А.В., Половинкин А.В., Кондратьев Ю.А. Передвижная лаборатория для поиска мест утечки// Тезисы докладов 3-ей международная научно - технической конференция «Диагностика трубопроводов».– Москва 2001г.– С. 358.

7. Изотов А.В., Кондратьев Ю.А., Половинкин А.В. Акустические приборы течеискания, // Тезисы докладов 3-ей международная научно - технической конференция «Диагностика трубопроводов».– Москва 2001г.– С. 374.

8. Половинкин А.В., Кондратьев Ю.А., Изотов А.В. Повышение чувствительности акустических приборов течеискания // Тезисы докладов 3-ей международная научно - технической конференция «Диагностика трубопроводов».– Москва 2001г.– С. 360.

9. Изотов А.В. Диагностика подземных коммуникаций как составная часть энергосбережения// тезисы докладов 2-ой международной научно – практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения.– Пермь, 1999 г. С. 112.

10. Изотов А.В. Пути решения проблемы энергосбережения на предприятиях водоснабжения //Тезисы докладов, 4-ой международная научно – практической конференция «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения».– Пермь.– 2001г.–С. 11. Изотов А.В. Практика использования мобильных лабораторий в Челябинской области, научно – производственный журнал топливно – энергетического комплекса Пермской области «Энергосбережение и проблемы энергетики Западного Урала».–2004.–С. 16-18.

12. Кондратьев Ю.А., Чернышев Л.Н., Изотов А.В. Комплексная передвижная лаборатория для контроля объектов теплоэнергетики// Тезисы докладов на межрегиональной научно – практической конференции «Жилищно – коммунальное хозяйство и энергетика в веке».– г. Ростов – на – Дону.– 2003г.– С. 55.

13. Изотов А.В., Половинкин А.В., Методика поиска скрытых утечек воды из подземных трубопроводов// материалы международного конгресса «ЕТЕВК».

14. Изотов А.В., Кольцов В. Современные методы и средства диагностики подземных коммуникаций// Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности:

тезисы докладов 7-й Международной конференции. Москва, 11–13 марта 2008 г. –М.: Машиностроение, 2008. – С.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.