АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОРНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 9
1.1 Анализ технического задания 9
1.2 Обзор методик диагностики, патентный поиск 9
1.3 Принцип определения мест нарушений с помощью акселерометров.... 13
1.4 Устройство и принцип работы ДПА 14
2 РАСЧЕТ ОСНОВЫХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ 17
2.1 Математическая модель движения ДПА в трубопроводе 17
2.2 Функциональная схема ДПА 19
2.3 Выбор типа акселерометра 21
3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ДПА 31
3.1 Расчет и разработка конструкции акселерометра 31
3.1.1 Емкостной преобразователь 32
3.1.2 Подвес чувствительной массы 38
3.1.3 Датчик момента 42
3.1.4 Схемы компенсации 48
3.2 Разработка конструкции ДПА 71
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ДПА 78
4.1 Первая форма манжет 78
4.2 Вторая форма манжет 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 92
ПРИЛОЖЕНИЯ
Диагностический подвижный аппарат (ДПА) - это устройство, передвигающееся по длине трубопровода за счет движения продукта, предназначенное для выявления дефектов труб и их местоположения. Система определения местоположения строится на базе акселерометров.
Акселерометр - прибор для измерения ускорения движущихся объектов и преобразования этих ускорений в сигнал, который в свое время используется для определения параметров траектории движения, или для автоматического управления этой траектории.
На сегодняшний день акселерометры используются во многих сферах, например, нефтегазовая отрасль, для диагностики магистральных трубопроводов, с помощью которых обнаруживают и позиционируют места нарушения трубопроводов, при их проектировании или обслуживании. Нужда в акселерометрах этой сферы обоснована, так как есть возможность производить неразрушающий контроль и диагностику, что является большим плюсом в экономическом плане.
Диагностика наземных магистральных трубопроводов - это важная задача, для обеспечения бесперебойной поставки жизненно необходимых ресурсов таких как газ, нефть, вода. В современном мире сложно представить ситуацию, когда человек будет обходиться без воды или тепла долгое время, поэтому аварии необходимо вовремя диагностировать и устранять. Для этого существует множество датчиков, основанных на различных принципах работы и физических явлениях. Основу этих датчиков составляют те, которые требуют непосредственного вмешательства в конструкцию трубопровода, тем самым затраты, а также время для нахождения аварии и ее дальнейшее устранение возрастают.
Решением данной проблемы может являться применение акселерометров, с помощью которых можно найти течи и места с повышенным напряжением трубопровода без разрушения конструкции.
Целью настоящей работы является разработка диагностического подвижного аппарата (ДПА) для обнаружения и позиционирования мест нарушения магистральных трубопроводов на базе блока акселерометров.
Указанная цель может быть достигнута путем решения следующих задач:
• разработка функциональной схемы подвижного аппарата;
• выбор типа акселерометра и расчет его основных элементов;
• разработка конструкции ДПА;
• разработка конструкторской документации.
При обзоре аналогов в первой главе, согласно Патенту RU 2265816, можно сказать, что работа имеет новизну, так как добавляется блок акселерометров, для повышения точности получения данных и автономности работы всего электронного блока ДПА, а с помощью введения дополнительных колесных одометров исключить ошибки от проскальзывания на стыках трубопровода.
Была сформирована математическая модель движения ДПА в трубопроводе, по ней была найдена средняя скорость V=13,65 м/с и время прохождения испытуемого участка в 12 км, tpa6 = 879,1 с.
Также оценивалось влияние вредных моментов от перекрестного ускорения РВредмах = 0,083", что оказалось на порядок меньше отклонения маятника при ускорении равном порогу чувствительности //mtn = 0,5” в связи с чем составляющую влияния вредных моментов можно не учитывать.
В итоге, ввиду малости измеряемых рабочих углов выбор пал к акселерометру с импульсным током обратной связи. ШИМ - обратной связью.
Были выбраны основные материалы для маятникового узла: соединительный элемент, фиксирующий два торсиона, выполнен из ударопрочного полистирола, как и диэлектрическая втулка, обмотки датчика силы из медного эмалированного провода малого сечения, торсионы выполнены из бронзо-бериллиевого сплава, как и сильфон, токоподводы представляют собой плоские ленты из технически чистого золота, постоянные магниты из сплавов: ЮНДК24, обладающие высокими магнитными свойствами.
Рассчитана погрешность, создаваемая тяжением токоподвода, которая оказалась пренебрежимо малой 1,76-10-4%. Также на акселерометр действуют виброускорения, погрешность от которых оказалась незначительной и равна 7,27 • 10-6м/с2. Для уменьшения влияния вибраций
было решено разместить акселерометры на амортизирующих крепежных элементах, а также заключить их в корпус с единым выходом в блок электроники.
Разработаны SD-модели конструкции акселерометра и ДПА, а также подготовлен комплект чертежей: спецификации в количестве 4 штуки, сборочные чертежи в количестве 4 штуки, рабочий чертеж в количестве 1 штуки.
Промоделировано движение ДПА в трубе длиной 5 м с двумя формами манжет, получено, что при установке первой формы манжет скорость ДПА оказывается выше. При разработке SD-модели будет учитываться первая форма манжет
