Ванчин
Е.А., Куликовский К.Л.
Самарский государственный технический университет, Россия
Askue_in@inbox.ru
Измерение
смещения ППЗ и угла траектории его движения по отношению к оси нефтегазопровода.
При поиске и анализе объектов в водной среде используют
различную подводную технику. Например, для диагностики магистральных
нефтегазопроводов (МНГП), применяют подводные планирующие зонды (ППЗ), которые
являются носителями соответствующих информационно-измерительных систем (ИИС) и
другой необходимой техники. ППЗ перемещается
в водной среде за счет изменения своей плавучести и положения центра тяжести,
периодически всплывая и погружаясь. Таким образом, траектория его движения
приближена к синусоиде. Это позволяет преодолевать зонду большие расстояния при
минимальном потреблении энергии.
251663360251662336251661312251660288
При исследовании состояния нефтегазопроводов основной задачей является их поиск
под водой, а затем ориентация ППЗ таким образом, что бы его траектория совпала
с осью МНГП в требуемом направлении движения. Для этой цели ППЗ оснащен
информационно-измерительной системой, которая основана на применении
электромагнитного метода измерения.
Принцип действия ИИС заключается в излучении электромагнитной волны, а затем
приеме отраженного от металлической поверхности нефтегазопровода сигнала. Подобная ИИС описана в [1]. В ней
используется три электромагнитных преобразователя, два из них расположены на
крыльях симметрично относительно оси планирующего зонда в точках a и b, третий находится в
хвостовой части в точке с (рис.1). Преобразователи попеременно выступает
в роли источника электромагнитных импульсов и приемника отраженного от МНГП
сигнала[2]. Указанная ИИС позволяет определить угол пересечения α оси
зонда с осью МНГП в горизонтальной плоскости за счет сдвига во времени между
отраженными сигналами от первого и второго преобразователей, расположенных в
точке a и b.
251772928251771904251770880251769856251768832251767808251766784251765760251764736251763712Значение
угла α необходимо для введения поправок в управляющие воздействия, которые
дадут возможность изменить траекторию движения зонда, с целью его разворота и
возврата к поверхности МНГП. Такие поправки траектории движения зонда в
горизонтальной плоскости могут происходить несколько раз до тех пор, пока угол
пересечения не примет нулевое значение, что будет соответствовать расположению
зонда над поверхностью МНГП. При этом в момент измерения угла α
предполагалось, что зонд движется в горизонтальной плоскости и его
геометрический центр располагается над поверхностью МНГП.
Однако при осуществлении погружения и всплытия ППЗ
движется в вертикальной плоскости под некоторым углом β к поверхности дна
(рис.2). Поэтому отраженные от металлических объектов сигналы поступают на
датчики после того, как геометрический центр зонда уже пройдет нефтегазопровод.
Поэтому для коррекции траектории движения ППЗ, необходимо кроме угла α,
определять значение смещения геометрического центра зонда от оси МНГП.
В точке n пунктиром
обозначено положение ППЗ без учета смещения и
при значении угла дифферента β равному нулю. Если угол β не
равен нулю, значит траектория движения зонда имеет наклон в вертикальной
плоскости. Следовательно, датчики по отношению к дну повернутся на определенный
угол. Т.е. фактически нефтепровод остался на некотором расстоянии ne. Данное расстояние будет
определять значение смещения.
С точки зрения
погрешности мы должны максимально приблизиться к реальной модели движения
планирующего зонда. Во время обследования трубопровода на предмет утечек,
ошибка в позиционировании аппарата не должна превышать двух десятков метров.
При большей погрешности МНГП может выйти из поля действия установленной на борт
ИИУС.
Для определения положения геометрического центра ППЗ, в
момент измерения угла α, необходимо знать величину его смещения, скорость
и высоту движения над поверхностью. В момент нахождения зонда вблизи МНГП
возникает первый отраженный сигнал в точке a или b и
начинается отсчет 
. Если движение зонда осуществляется под углом
α≠900, то через промежуток времени появляется второй сигнал в точке a или b. Если первый и второй
сигнал возникнет одновременно,
следовательно, ППЗ движется под углом α=900.
Из ранее полученной модели используем математическое
выражение для расчета значения смещения lсм:
(1)
Смещение
зависит от угла дифферента β, высоты движения ППЗ над МНГП.
Значение угла β определяется по формуле:
Проанализируем зависимость смещения от угла наклона
β на различных высотах движения ППЗ. Используя формулу (1) составим
таблицу 1. Расчеты проведем для трех уровней h =
30 м, 60м и 90м.
251829248251828224251827200251826176251825152251824128251823104251822080251821056251820032251817984251816960Значение
смещения геометрического центра зонда
зависит от угла дифферента согласно графику на рисунке 5. При разных высотах
движения ППЗ над поверхностью дна зависимость будет меняться.
Таким образом, разработанный метод позволяет получить
необходимые параметры – смещение геометрического центра тяжести и угол
пересечения оси движения зонда с осью нефтепровода. Указанные значения позволят
произвести изменения в программе формирования управляющих воздействий и проведя
несколько иттераций совместить траекторию движения ППЗ с осью нефтегазопровода.
Литература
2.
Ванчин Е.А., Куликовский К.Л. Информационно измерительная
и управляющая система для поиска утечек в магистральных нефтепроводах и
формирования траектории движения планирующего зонда//Восточное партнерство.
2013 Том 30.
3.
Ванчин Е.А., Куликовский К.Л. Анализ факторов, влияющих
на погрешности измерения угла пересечения планирующего зонда с нефтепроводом//
Перспективные вопросы мировой науки. 2013 Том 37.
4.
Куликовский К.Л., Ванчин Е.А. Определение положения планирующего зонда с помощью измерительной
аппаратуры на базе магнитометров//Новости передовой науки. 2013 Том 55.
5.
Куликовский К.Л., Ванчин Е.А. Способы построения
информационно измерительных систем для подводных планирующих зондов// Современный научный вестник. 2012 №14.