Акустичний спосіб контролю передпомпажного стану відцентрового нагнітача

Акустичний спосіб контролю передпомпажного стану відцентрового нагнітача, який полягає в то C2 2 (19) 1 3 91465 4 недостатньо енергії для проштовхування газу в Відомий спосіб акустичного контролю геометтрубопровід нагнітача і кількість газу буде зменричних характеристик труб, який полягає в тому, шуватись. На окремих лопатях робочого колеса що прямий суміщений ультразвуковий перетворюпочинається зрив потоку газу, що призводить до вач і співвіссю з ним встановлений конусний відпульсацій газу в цьому потоці, які відповідні пебивач встановлюють усередині по вісі контрольоредпомпажним коливанням. Параметри (частота) ваної труби, заповненої рідиною. В осьовому передпомпажних коливань співпадають з параменапрямку збуджують ультразвукові коливання, трами (частотою) коливань газу в стаціонарному приймають відбиті від стінок труби сигнали, та за режимі роботи нагнітача, що призводить до появи розміщенням в часі пари імпульсів, відбитих від резонансу, при якому навіть безмежно мала по внутрішньої та зовнішньої поверхонь труб, визнавеличині принуджуюча сила (збурююча) викликає чають необхідні геометричні характеристики. Відзначне збільшення амплітуди коливань. Коливанбивач виконаний у вигляді симетричних конусопоня, розповсюджуючись в повітрі, створюють пружні дібних частин з кутом нахилу твірних 45°, з яких хвилі, які лежать в області інфразвуковим частот кожну наступну відносно попередньої зміщують у (менше 16 Гц). напрямку повздовжньої вісі труби на певну віддаль Тривалість передпомпажного стану вираховутак, щоб відбиті від цієї частини сигнали попадали ється десятками хвилин, а перехід в зону помпажу на перетворювач в часі, відмінному від часу привідбувається за долі секунди. При збільшення кіходу сигналів, відбитих від інших частин, та поверлькості зривних зон потоку, ними охоплюється бітають на кут 360 для забезпечення сканування льше лопатей, які не працюють. Зривні зони виховсього периметра труби. дять за межі робочого колеса і досягають Відомий спосіб дозволяє отримати при чотидифузора та конфузора нагнітача. Задіюються рьох відбивачах вісім інформаційних каналів, розоб'єми газу, як в області робочого колеса, так і ділених у часі, і одного вимірювального каналу, що самому нагнітачі. Коливання в потоці газу досягадозволяє з великою точністю контролювати відхиють 50% і мають гармонійний характер. Цей режим лення геометричних розмірів труб при їх виготовроботи нагнітача називають "м'який помпаж". Розленні (АС. СССР №61587, Бюл. №11; 07.11.2003. виток і збільшення зривних зон призводить до Способ акустического контроля геометрических охоплення ближніх областей обв'язки нагнітача, характеристик труб). при цьому частота коливань збільшується, а потуВідомий спосіб акустичного пошуку перешкод жність зростає. Форма коливань наближається до усередині трубопроводу, що полягає у збудженні гармонійних в області інфразвукових частот. Пруакустичних хвиль акустичним перетворювачем, жні хвилі з частотою менше 16Гц людським вухом одну частину хвиль з якого пропускають по робоне сприймаються, тому виявити їх можна тільки чому агенту, а другу по стінці труби, визначають спецобладнанням. При цьому режимі шум, викличас розповсюдження і швидкість хвиль у робочому каний входженням нагнітача в нестійкий режим агенті і тілі труби і за різницею величин співвіднороботи, зменшується внаслідок появи інфразвукошень cp.a·tp.a/2 та сТ·tТ/2 визначають відстань від вих гармонійних коливань. Загроза м'якого помпаакустичного перетворювача до перешкоди за вижу полягає у тому, що спочатку змін у параметрах разом нагнітача не відбувається, але через деякий час роботи нагнітача в такому режимі, якщо не здійсL=cp.a·tp.a/2=сТ·tТ/2, нити випереджувальної дії, нагнітач може розігрітись до такого стану, що спалахне. де L - відстань від акустичного перетворювача У випадку, коли перекачуються великі об'єми до перешкоди, м; газу, що обумовлюють різке збільшення потужносtp.a - час розповсюдження акустичних хвиль в ті коливань, і хвильовий потік охоплює не тільки робочому агенті; нагнітач і його контур, але й магістраль зі сторони tT - час розповсюдження акустичних хвиль в всмоктування або нагнітання, нагнітач може увійти трубопроводі, c; в режим жорсткого помпажу. Механічні коливання, ср.а - швидкість розповсюдження акустичних які при цьому виникають - вібрація, стають джерехвиль в робочому агенті, м/с; лом звуку, який складається не тільки із шумів виcT - швидкість розповсюдження акустичних хрових та турбулентних потоків газу та повітря, хвиль в трубопроводі. (заявка Na 200714646, дата але й з шуму вібруючих підшипників, корпуса наподання 24.12.2007). гнітача, трубопроводів обв'язки, тощо, тобто всієї Спосіб дозволяє визначити місцезнаходження системи ДКС, на вібрацію якої передається енергія механічної перешкоди довільної геометричної фохвильового потоку газу. Пружні хвилі, які при цьорми в трубопроводі з робочим агентом в газоподіму створюються, знаходяться в області ультразвубному або рідинному фазовому стані. кових частот. Відома система для визначення координат міВідомі способи, де на основі аналізу спектрасця пошкодження трубопроводу (Патент України льних характеристик акустичних коливань контро№83304, Бюл. №12; 25.06.2008). Систему викорильованого середовища, здійснюють акустичний стовують при газопостачанні населених пунктів каротаж свердловин, оцінюють статистичні харакдля виявлення несанкціонованих врізувань до гатеристики газового потоку для вимірювання витразових мереж населених пунктів. На початку газопти газу, вимірюють звукові тиски високої інтенсивроводу встановлюють лічильник об'єму газу, п'єності в авіаційній, космічній, автомобільній галузях зодавач з аналізатором акустичного сигналу. У техніки. порожнині газопроводу встановлюють еластичний поршень з приєднаним до нього на пружних еле 5 91465 6 ментах металевими ударниками, які завдяки прутемі вимагає підвищення якості їх безаварійної жним елементам притискаються до внутрішніх роботи і застосування нових методів та засобів стінок труби і ковзають по них. Під дією тиску газу контролю їх технічних характеристик, зокрема поршень пересувається по газопроводу, а при напомпажних. Явища помпажу з'являється в тому явності опору ударник ударяє по краю отвору, випадку, коли ГПА не спроможні забезпечити пестворюючи при цьому акустичний сигнал, який рекачування необхідного об’єму газу через нагнісприймається п'єзодавачем та аналізується аналітач при певних технологічних параметрах, таких затором. За показами лічильника об'єм газу та як: приладів для вимірювання тиску і температури Р - підвищена ступень стиснення вих ; Рвх розраховують відстань від початку газопроводу до місця відрізування. Завдяки малому коефіцієнту - недостатня потужність на валу привідного газатухання у металі акустичного сигналу від удару зотурбінного двигуна (ГТП); кульки поршня, можливо приймати та аналізувати - недостатня продуктивність ПСГ. акустичний сигнал на значній відстані. Явище помпажу виявляється в періодичній Як і в попередніх аналогах, в цьому винаході зміні параметрів ГПА, що мають знакозмінну хараакустичні коливання в об'єкті, який контролюється, ктеристику з циклом тривалості 1-2 сек. і наростазбуджують штучно, сприймають відбиті від стінок ючу амплітуду. труби сигнали і за розміщенням в часі імпульсів, На даний час контроль за настанням явищ відбитих від внутрішньої та зовнішньої поверхонь помпажу і керуюча дія для припинення виниклого труб, визначають необхідні параметри об'єкта. процесу здійснюється системами автоматики або Найбільш близьким за функціональним призвручну змінним персоналом у випадках, коли в наченням до винаходу відомий акустичний спосіб основних технологічних параметрах, які сигналівимірювання витрати та кількості газу, який ґрунзують про факт виникнення помпажу, простежутується на зміні спектральних характеристик випаються такі відхилення як стрибкоподібні (до 800дкових процесів, що генеруються самим вимірю1000 об./хв.) зміни в обертах ГТП; розрахункова ваним середовищем, перетворюються у відповідні продуктивність нагнітача наближається до межі 0електричні сигнали, після чого здійснюються їх 100м3/год, з'являються попереджувальні сигнали трансформування в цифрові інформаційні пакети. від давачів вібропереміщення та осьового зсуву Для отримання спектральних характеристик валу нагнітача, періодичні (1-2 Гц) звукові коливипадкових процесів, що генеруються самим вимівання, відчутні людським вухом. рюваним середовищем під час його переміщення, До параметрів, що в першу чергу сигналізують попередньо визначають їх коваріаційні функції. про передпомпажний стан нагнітача, належать Суть способу полягає в тому, що випадкові акустичні сигнали, викликані передпомпажними акустичні коливання, - аналогові сигнали, які генеколиваннями газу і нагнітача, які знаходяться в руються контрольованим середовищем перетвообласті інфразвукових частот (менше 16Гц) - у рюються у відповідні електричні, після чого здійсвипадку настання м'якого помпажу, та акустичні нюють їх трансформування в цифрові сигнали, які знаходяться в області ультразвукових інформаційні пакети. Для отримання спектральних частот (більше 20кГц) - у випадку настання жорстхарактеристик цифрових інформаційних пакетів кого помпажу. Як одні, так і другі сигнали не попередньо визначають їх коваріаційні функції. В сприймаються людським вухом, але їх контроль є результаті проведення проміжного перетворення дуже важливим, оскільки механічні коливання (вібакустичних сигналів після аналого-цифрового перація), що їх викликають, є руйнівними для ГПА. ретворення, отримують залежності, які використоЗадачею винаходу є створення акустичного вують для вимірювання величини витрати та об'єспособу контролю передпомпажного стану відценму. Підвищення точності вимірювання та трового нагнітача, який би на підставі вимірювання зменшення впливу зовнішніх чинників забезпечуі контролю параметрів акустичних сигналів, що ється за рахунок виділення частотних смуг, які генеруються самим контрольованим нагнітачем і максимально залежні від витрати контрольованого потоком газу при його переміщенні, дозволив свосередовища і не зазнають змін при наявності інєчасно виявити зміни у формі характеристики комших впливів (періодична вібрація, зміна темперапресора, по якій діагностувати передпомпажний тури, наявність мікрочастинок). (Методи і прилади стан ГПА і здійснити заходи по його усуненню. контролю якості, №11, 2003). Застосування способу забезпечить максимальне Різниця в параметрах об'єктів та фізикозавантаження агрегату за умови знаходження рохімічних властивостях середовища, які контролюбочої точки характеристики нагнітача поблизу межі ються у відомому і заявленому винаходах, робить помпажної зони. Своєчасне виявлення передпомвідомий спосіб неприйнятним для контролю явищ пажного стану ГПА дозволить зменшити кількість помпажу. Оскільки не враховує вібрації і хвильоаварійних зупинок скоротити простої обладнання вий процес, який при цьому виникає, як інформаДКС і зекономити кошти за рахунок запобігання тивний параметр сигналізацію явища помпажу і аварійних ситуацій з руйнуванням обладнання. його розвиток. Поставлена задача вирішується завдяки тому, ДКС є надзвичайно складним і важливими що в акустичному способі контролю передпомпажоб'єктами газотранспортної системи, які забезпеного стану відцентрового нагнітача, який полягає в чують надійний сезонний відбір з ПСГ в систему тому, що акустичні коливання, які генеруються магістральних газопроводів та закачування газу в контрольованим об'єктом, перетворюють у відпоПСГ в літній період, коли формуються запаси газу. відні аналого-цифрові сигнали і подають їх в сисШироке застосування ГПА в газотранспортній систему обробки для отримання характеристик про 7 91465 8 цесів, які генеруються самим вимірюваним об'єкНа робочих поверхнях нагнітача - на вхідному том, згідно з винаходом для отримання акустичних та вихідному конфузорі встановлюють акустичні сигналів, на робочих поверхнях нагнітача - на вхідавачі (сенсори) 1 та 2 з діапазоном сприйняття дному і вихідному конфузорах встановлюють акусакустичних сигналів від 16Гц до 20кГц. Акустичні тичні сенсори, які формують вихідний сигнал в сенсори містять інтегровану систему електронних аналого-цифровій формі, пропорційній амплітуді модулів, яка складається з дворівневого перетвоакустичних коливань, який через систему автомарювача акустичних коливань в вихідний сигнал та тичного керування надходить по оптоволоконному модуля живлення. Ці модулі, інтегровані в акустиканалу передачі даних на робочу станцію операчний давач, дозволяють визначити рівень акустичтора, де в автоматичному режимі здійснюється ного стану нагнітача ГПА за показниками амплітуалгоритмічна обробка отриманих від акустичних ди і характером коливань, що пропорційні сенсорів сигналів, після чого шляхом аналізу та вихідному аналоговому сигналу 0,08 10В, який співставлення отриманих сигналів відносно відоформується з виходу сенсорів. Встановлення дамих наперед критеріїв оцінки виникнення передвачів на робочих поверхнях нагнітача забезпечує помпажних коливань, системою формується попеперетворення динамічного акустичного сигналу від реджувальний сигнал про початок помпажних пульсацій газового потоку в тілі труби до стандарявищ, який надходить в систему автоматичного тного вихідного сигналу 0,08 10В, в якому значенкерування для виробки сигналу керуючої дії на ню 0,08 відповідає непрацюючий стан ГПА без виконавчі механізми. акустичних коливань, а значенню 10В - максимаПеревага акустичного контролю передпомпальна амплітуда звукових коливань, які виникають жного стану нагнітача полягає в тому, що швидпри значних збуреннях газового потоку, що прохокість розповсюдження акустичних коливань неспідить через нагнітач. Акустичний сенсор оснащеврозмірно більша за швидкість переміщення газів, ний перетворювачем, що самостійно формує вихіщо дозволяє визначити передпомпажний стан радний сигнал, пропорційний амплітуді акустичних ніше його настання і відповідною керуючою дією коливань. Сигнали з акустичних давачів надходять забезпечити виведення ГПА в зону стійкої роботи, через САК ГПА - 3 на головний комп'ютер 5 по забезпечивши при цьому мінімальну рециркутяцію оптоволоконному каналу 4 передачі даних. Робоча через нагнітач. станція оператора призначена для вироблення Встановлення акустичних давачів саме на вхікеруючої дії над технологічними процесами ГПА дному і вихідному конфузорах нагнітача диктуєтьчерез САК ГПА. ся тим, що саме в цих точках концентрується енеАлгоритмічна обробка отриманих від акустичргія зривного потоку газу, що зривається з лопатей них сенсорів сигналів здійснюється в автоматичробочого колеса і призводить до пульсацій газу в ному режимі з тактом не більше 10 мілісекунд, що цьому потоці. Контроль за розвитком помпажних дозволяє миттєво реагувати на зміну стану ГПА. явищ в нагнітачі із використанням винаходу доШляхом аналізу та співставлення отриманих сигзволяє спрогнозувати їх виникнення, уникнути роналів відносно відомих наперед критеріїв виникботи ГПА в режимі помпажу випереджувальним нення передпомпажних коливань, системою рорегулюванням. биться висновок про початок помпажних явищ. Винахід ілюструється кресленням, де на Фіг. 1 Випереджувальним впливом на виконавчі механі- зображено структурну схему вимірювального зми, такі як регулятор подачі паливного газу (дозаканалу здійснення способу контролю; на Фіг.2 тор газу) або рециркуляційний антипомпажний отримані за допомогою способу акустичні сигнали, клапан вдається запобігти входженню нагнітача які відповідають передпомпажному стану ГПА і ГПА в стан помпажу. "жорсткому помпажу". За допомогою розробленого вимірювального Структурна схема вимірювального каналу місканалу (Фіг. 1) досліджено акустичні сигнали ГПА тить акустичні давачі (сенсори) - 1, 2, систему авпід час передпомпажних і помпажних явищ. Приктоматичного керування газоперекачувального аглад одного з графіків зміни акустичного сигналу в регату (САК ГПА) - 3, оптоволоконний канал часі наведено на Фіг.2. На графіку спостерігаються зв'язку - 4, головний комп'ютер (робочу станцію коливання з різною амплітудою і частотою, які відоператора) (ПЕОМ) - 5. повідають передпомпажному стану ГПА і "жорстСпосіб здійснюють наступним чином. кому" помпажу. 9 91465 10 В описі до патенту на винахід графічні зображення та текст подаються в редакції заявника Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601