RU2272248C1 - Method for determining local portions of main pipelines with maximal deformation - Google Patents

Method for determining local portions of main pipelines with maximal deformation Download PDF

Info

Publication number
RU2272248C1
RU2272248C1 RU2004120010/28A RU2004120010A RU2272248C1 RU 2272248 C1 RU2272248 C1 RU 2272248C1 RU 2004120010/28 A RU2004120010/28 A RU 2004120010/28A RU 2004120010 A RU2004120010 A RU 2004120010A RU 2272248 C1 RU2272248 C1 RU 2272248C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
projectile
pipe
oscillations
acceleration
frequencies
Prior art date
Application number
RU2004120010/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004120010A (en
Inventor
Андрей Иванович Синев (RU)
Андрей Иванович Синев
Анатолий Павлович Рамзаев (RU)
Анатолий Павлович Рамзаев
Владимир Зиновьевич Макаров (RU)
Владимир Зиновьевич Макаров
Дмитрий Владимирович Черепанов (RU)
Дмитрий Владимирович Черепанов
Петр Григорьевич Чигирев (RU)
Петр Григорьевич Чигирев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" filed Critical Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис"
Priority to RU2004120010/28A priority Critical patent/RU2272248C1/en
Publication of RU2004120010A publication Critical patent/RU2004120010A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2272248C1 publication Critical patent/RU2272248C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: technology for determining local portions of main pipelines with maximal deformation.
SUBSTANCE: method includes measuring oscillations of pipe in area of chambers of launch and receipt, oscillations of body at its immobile state, frequencies and coefficients of damping of fading oscillations are determined for body acceleration as well as transition process time during passage of junctions for selection of spectral analysis distance, spectral characteristics of acceleration signals are estimated for vertical direction of body between junctions, amplitudes level is excluded which is equal to noise in form of pipe and body oscillations at its immobile state, and also pulsing of as pressure; at discontinuous frequencies maximal resonance values are detected for components of Fourier decomposition of acceleration signals, frequencies of three forms of pipe oscillations are detected at representative portions, their positions are determined at route of main pipeline as well as their oscillation amplitudes.
EFFECT: possible estimation of vertical and horizontal deformations of pipelines.
3 cl, 8 dwg

Description

Способ относится к контрольно-измерительной технике, а именно к области контроля труб и предназначен для оценки величин их вертикальных и горизонтальных деформаций.The method relates to instrumentation, in particular to the field of control of pipes and is intended to assess the values of their vertical and horizontal deformations.

Известна инерциальная мониторинговая система трубопроводов (Патент США №4945775, МКИ G 01 C 9/06, 1990), в которой реализуется следующий способ:Known inertial monitoring system of pipelines (US Patent No. 4945775, MKI G 01 C 9/06, 1990), which implements the following method:

1) система проходит по трубопроводу и измеряет динамические характеристики несущих снарядов внутри трубопровода относительно инерциальной системы координат в пространстве данного трубопровода.1) the system passes through the pipeline and measures the dynamic characteristics of the carrying shells inside the pipeline relative to the inertial coordinate system in the space of the pipeline.

2) записываются внутри несущих средств цифровые сигналы измерений динамических характеристик.2) digital signals of measurements of dynamic characteristics are recorded inside the carrier means.

В качестве динамических характеристик измеряются акселерометрами и гироскопами ускорения и углы ориентации несущих средств по трем направлениям, скорость и относительная ориентация несущих средств в трубопроводе системой ультразвуковых датчиков. Обнаруживаются швы с помощью микрофона, аналоговые сигналы фильтруются, преобразуются в цифровые и калибруются динамические характеристики по швам трубопровода.As the dynamic characteristics are measured by accelerometers and gyroscopes, accelerations and orientation angles of the carrier means in three directions, the speed and relative orientation of the carrier means in the pipeline by a system of ultrasonic sensors. Seams are detected using a microphone, analog signals are filtered, converted to digital and dynamic characteristics are calibrated along the seams of the pipeline.

Недостатком этого способа является низкая точность определения локальных смещений трубопроводов из-за ухода гироскопов.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining local displacements of pipelines due to the departure of gyroscopes.

Известен способ в устройстве для определения и регистрации геометрических параметров трубопроводов (Патент RU №2102704, МКИ G 01 В 17/02, БИ №2, 1998). В этом патенте реализуется следующий способ:There is a method in a device for determining and recording geometric parameters of pipelines (Patent RU No. 2102704, MKI G 01 B 17/02, BI No. 2, 1998). This patent implements the following method:

1) внутритрубный инспектирующий снаряд пропускают внутри трубопровода;1) an in-tube inspection projectile is passed inside the pipeline;

2) трехкомпонентным измерителем угловой скорости и трехкомпонентным измерителем кажущегося ускорения измеряются в системе координат, связанной с внутритрубным снарядом, три компонента абсолютной угловой скорости и три компонента кажущегося ускорения;2) a three-component angular velocity meter and a three-component apparent acceleration meter, measured in the coordinate system associated with the in-tube projectile, three components of the absolute angular velocity and three components of the apparent acceleration;

3) одометром измеряются приращения пути снаряда, ультразвуковыми датчиками - его положение относительно стенок трубопровода;3) increments of the projectile path are measured with an odometer, with ultrasonic sensors — its position relative to the walls of the pipeline;

4) результаты измерений записываются в памяти устройства вычислений и регистрации, а затем пересчитываются в текущие географические координаты местоположения снаряда и углы его ориентации, а также радиусы кривизны продольной оси трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях.4) the measurement results are recorded in the memory of the calculation and registration device, and then converted into the current geographical coordinates of the location of the projectile and the angles of its orientation, as well as the radii of curvature of the longitudinal axis of the pipeline in the vertical and horizontal planes.

Недостатком этого технического решения является отсутствие методики определения воздействий внешних и внутренних факторов на точность определения локальных смещений газопроводов, выявления и прогнозирования опасных участков трубопроводов, а также компенсации накапливающихся во времени погрешностей навигационной системы за счет коррекции от других систем.The disadvantage of this technical solution is the lack of a method for determining the effects of external and internal factors on the accuracy of determining local displacements of gas pipelines, identifying and predicting dangerous sections of pipelines, and compensating for the errors of the navigation system that accumulate over time due to correction from other systems.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является выбранный в качестве прототипа способ определения локальных смещений магистральных трубопроводов (Патент RU 2206871, G 01 В 17/02, G 1 N 29/04, БИ №17, 2003 г.)The closest in technical essence and the achieved effect is the selected as a prototype method for determining local displacements of pipelines (Patent RU 2206871, G 01 B 17/02, G 1 N 29/04, BI No. 17, 2003)

В этом патенте реализуется способ определения локальных смещений магистральных трубопроводов с помощью внутритрубных инспектирующих снарядов, включающем определение с помощью инерциальной системы ориентации и навигации координат продольной оси трубопровода, углов и радиусов ее искривления в горизонтальной и вертикальной плоскостях с одновременной записью указанной информации и текущего времени в память бортового компьютера в функции пройденного расстояния, определенного с помощью одометров, и количества сварных швов и расстояний между ними, с последующей обработкой записанной информации на стационарном компьютере, внутритрубный инспектирующий снаряд пропускают n раз по одному и тому же участку трубопровода в интервалы времени, характеризующиеся различными установившимися температурными и погодными условиями, и при каждом пропуске определяют и записывают в память бортового компьютера трехмерные координаты продольной оси трубопровода, углы и радиусы ее искривления в функции текущего времени и пройденного расстояния, мгновенную температур и профиль по окружности трубы не менее чем в 8 равноудаленных точках, давление газа на передней и задней стенках внутритрубного инспектирующего снаряда, а затем после "n" пропусков внутритрубного инспектирующего снаряда с помощью стационарного компьютера определяют приращения всех измеренных параметров по отношению к соответствующим параметрам первого пропуска, а также градиенты температуры в горизонтальной и вертикальной плоскостях для одноименных точек сварных швов и маркеров, установленных на участке трубопровода и привязанных к плоскости горизонта. Кроме того, по вышеназванному способу строят семейство графиков смещений трех координат продольной оси трубопровода, углов и радиусов ее искривлений в вертикальной и горизонтальной плоскостях в функции одноименных точек в зависимости от номера пропуска внутритрубного инспектирующего снаряда, являющегося параметром семейства, находят места пучностей и узлов графиков смещений, по которым устанавливают критические точки механических напряжений, вызывающих стресс-коррозию трубопровода, и для этих точек, которые совмещены с маркерными устройствами, включающими GPS, при обработке информации внутритрубного снаряда на стационарном компьютере сопоставляются географические координаты соответствующих критических точек, определенные с одной стороны с помощью GPS, а с другой стороны, с помощью инерциальной системы ориентации и навигации, колес одометров снаряда и сварных швов трубопровода и по выявленной разнице трех координат соответствующих критических точек определяются параметры дрейфа инерциальной системы, по которым вносится коррекция в ее алгоритмы функционирования и вычисления приращений. При том в вышеназванном способе семейство графиков выполняется в виде функции регрессии для части одноименных критических точек, которые совмещены с реперными точками, в которых измеряется температурный режим трубопроводаThis patent implements a method for determining local displacements of main pipelines using in-pipe inspection shells, including determining, using an inertial orientation and navigation system, the coordinates of the longitudinal axis of the pipeline, the angles and radii of its curvature in horizontal and vertical planes, while recording this information and the current time in memory the on-board computer as a function of the distance traveled, determined using odometers, and the number of welds and distance between them, with subsequent processing of the recorded information on a stationary computer, an in-tube inspection projectile is passed n times through the same section of the pipeline at time intervals characterized by different established temperature and weather conditions, and with each pass three-dimensional coordinates are determined and recorded in the on-board computer memory the longitudinal axis of the pipeline, the angles and radii of its curvature as a function of the current time and distance traveled, instantaneous temperature and profile around pipe at least 8 points at equidistant points, the gas pressure on the front and rear walls of the in-pipe inspection shell, and then after the “n” passes of the in-pipe inspection shell, using the stationary computer, the increments of all measured parameters relative to the corresponding parameters of the first passage are determined, as well as temperature gradients in the horizontal and vertical planes for the same points of welds and markers installed on the pipeline section and tied to the horizon plane but. In addition, according to the above method, a family of displacement graphs of three coordinates of the longitudinal axis of the pipeline, angles and radii of its curvature in the vertical and horizontal planes is constructed as a function of the same points depending on the pass number of the in-tube inspection projectile, which is a family parameter, and the locations of antinodes and nodes of displacement graphs are found , which establish critical points of mechanical stresses that cause stress corrosion of the pipeline, and for these points, which are combined with marker devices, including GPS, when processing information of an in-tube projectile on a stationary computer, the geographical coordinates of the corresponding critical points are determined, determined on the one hand using GPS, and on the other hand, using the inertial orientation and navigation system, shell odometer wheels and pipeline welds and the revealed difference of the three coordinates of the corresponding critical points determines the drift parameters of the inertial system, according to which a correction is made to its functioning algorithms and calculating increments. Moreover, in the above method, the family of graphs is performed in the form of a regression function for part of the critical points of the same name, which are combined with the reference points at which the temperature regime of the pipeline is measured

Figure 00000002
Figure 00000002

где к - номер измерения; Δхк, Δхко - приращения измеряемых параметров; ΔТг, ΔТв - градиенты температур в противоположных точках трубы в горизонтальной и вертикальной плоскостях; Т - средняя температура для измерений, лежащих в одной окружности;

Figure 00000003
- коэффициенты; ΔР - градиент давления между передней и задней стенками; Р - давление в трубопроводе;
Figure 00000004
- коэффициенты влияния;where k is the measurement number; Δx k , Δx ko - increments of the measured parameters; ΔТ g , ΔТ в - temperature gradients at opposite points of the pipe in horizontal and vertical planes; T is the average temperature for measurements lying in the same circle;
Figure 00000003
- coefficients; ΔР - pressure gradient between the front and rear walls; P is the pressure in the pipeline;
Figure 00000004
- coefficients of influence;

и в промежутках времени между пропусками снарядов прогнозируют по статистическому уравнению регрессии возможные смещения оси трубопровода от грунтовой и ветровой нагрузки.and in the time intervals between missed missiles, possible displacements of the axis of the pipeline from soil and wind loads are predicted by the statistical regression equation.

Недостатком этого технического решения является отсутствие методики определения локальных участков магистральных трубопроводов с максимальной деформацией при одноразовом пропуске снаряда.The disadvantage of this technical solution is the lack of a methodology for determining local sections of trunk pipelines with maximum deformation with a single pass of the projectile.

Была поставлена задача - разработать способ определения локальных участков магистральных трубопроводов с максимальной деформацией и выявление участков опасных напряжений от внешних и внутренних воздействий на трубопровод.The task was to develop a method for determining local sections of trunk pipelines with maximum deformation and identifying sections of dangerous stresses from external and internal influences on the pipeline.

Новым в предлагаемом способе является измерение колебаний трубы в районе камер запуска и приема, колебания снаряда при его неподвижном состоянии, оценивание спектральных характеристик сигналов ускорения в вертикальном направлении снаряда, исключение уровня амплитуд, равного шуму в виде колебаний трубы и снаряда при его неподвижном состоянии, выявление максимальных резонансных значений составляющих Фурье-разложения сигналов ускорения между швами в низкочастотной области и определение положения репрезентативных участков трубы на трассе.New in the proposed method is the measurement of pipe oscillations in the vicinity of the launch and reception chambers, the oscillation of the projectile when it is stationary, the spectral characteristics of acceleration signals in the vertical direction of the projectile, the exclusion of the amplitude level equal to the noise in the form of pipe and projectile vibrations when it is stationary, identification the maximum resonance values of the components of the Fourier expansion of the acceleration signals between the seams in the low-frequency region and determining the position of representative sections of the pipe by asse.

Это достигается тем, что в способе определения локальных участков магистральных трубопроводов с максимальной деформацией с помощью внутритрубных инспектирующих снарядов, включающем определение с помощью бесплатформенной инерциальной системы ориентации и навигации трех компонентов вектора абсолютной угловой скорости и трех компонентов вектора кажущегося ускорения внутритрубного инспектирующегося снаряда, измерение давления газа на передней и задней стенках снаряда, определение с помощью одометра приращений его пути с записью в память бортового компьютера всего объема информации, при пропускании снаряда по участку трубопровода измеряют колебания трубы в районе камер запуска и приема, колебания снаряда при его неподвижном состоянии, определяют частоты и коэффициенты демпфирования затухающих колебаний ускорения снаряда и время переходного процесса при прохождении швов, оценивают спектральные характеристики сигналов ускорения в вертикальном направлении снаряда между швами, исключают уровень амплитуд, равный шуму в виде колебаний трубы и снаряда при его неподвижном состоянии, а также пульсации давления газа; на дискретных частотах выявляют максимальные резонансные значения составляющих Фурье-разложения сигналов ускорения, обнаруживают частоты трех форм колебаний трубы на репрезентативных участках, определяют их положения на трассе магистрального газопровода и амплитуды колебаний

Figure 00000005
по формуле:This is achieved by the fact that in the method for determining local sections of trunk pipelines with maximum deformation using in-tube inspection shells, which includes determining with the help of a strap-down inertial system of orientation and navigation the three components of the absolute angular velocity vector and the three components of the apparent acceleration vector of the in-tube inspected projectile, gas pressure measurement on the front and rear walls of the projectile, determining with the odometer the increments of its path with recording in p crush the on-board computer of the entire amount of information, when passing the projectile along the pipeline section, the pipe vibrations are measured in the region of the launch and reception chambers, the projectile vibrations when it is stationary, the frequencies and damping coefficients of damped projectile acceleration oscillations and the transition process during the passage of the seams are measured, spectral characteristics are estimated acceleration signals in the vertical direction of the projectile between the seams, exclude the level of amplitudes equal to the noise in the form of vibrations of the pipe and the projectile when it is not the initial state, as well as gas pressure pulsations; at discrete frequencies, the maximum resonance values of the components of the Fourier decomposition of the acceleration signals are detected, the frequencies of three pipe oscillation modes are detected on representative sections, their positions on the main gas pipeline route and the oscillation amplitudes are determined
Figure 00000005
according to the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
- величина ускорения в вертикальном направлении; mc - масса снаряда; mT - масса отрезка трубы на двух опорах длиной l;Where
Figure 00000007
- the magnitude of the acceleration in the vertical direction; m c is the mass of the projectile; m T is the mass of the pipe segment on two supports of length l;

Figure 00000008
Figure 00000008

ωс - частота колебаний снаряда.ω with - the oscillation frequency of the projectile.

Figure 00000009
Figure 00000009

kТ - эквивалентная изгибная жесткость отрезка трубы; kc - жесткость снаряда в трубе; Е - модуль упругости материала трубы; J - момент инерции трубы; λm - коэффициент (22,4; 61,7; 121 для первой, второй и третьей форм колебаний соответственно),

Figure 00000010
- жесткость снаряда, определяемая по периоду его затухающих колебаний T после взаимодействия со швом трубы.k T - equivalent bending stiffness of the pipe segment; k c is the stiffness of the projectile in the pipe; E is the elastic modulus of the pipe material; J is the moment of inertia of the pipe; λ m - coefficient (22.4; 61.7; 121 for the first, second and third modes of vibration, respectively),
Figure 00000010
- the rigidity of the projectile, determined by the period of its damped oscillations T after interaction with the pipe seam.

Кроме того, положение репрезентативных участков выявляют по почвенным картам и углам наклона земной поверхности, привязанных к географическим координатам измеренных величин, а также по аэрокосмическим снимкам.In addition, the position of representative plots is revealed by soil maps and tilt angles of the earth's surface, tied to the geographical coordinates of the measured values, as well as by aerospace images.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлено устройство для реализации предложенного способа, на фиг.2 - схема модели механической системы "снаряд-труба-грунт", на фиг.3 - спектрограмма фонового ускорения в вертикальном направлении снаряда при его неподвижном состоянии, на фиг.4 - схема расположения открытого участка трубопровода, на фиг.5 - изменение ускорения снаряда в вертикальном направлении при прохождении его по трубопроводу, на фиг.6 - изменение ускорения снаряда в вертикальном направлении при взаимодействии манжет со швом, на фиг.7 - спектрограмма ускорения в вертикальном направлении снаряда при прохождении открытого участка трубопровода, на фиг.8 - спектрограмма ускорения в вертикальном направлении снаряда при прохождении участка трубопровода в грунте.Figure 1 presents a device for implementing the proposed method, figure 2 is a diagram of a model of a mechanical system "projectile-tube-soil", figure 3 is a spectrogram of the background acceleration in the vertical direction of the projectile when it is stationary, figure 4 - the layout of the open section of the pipeline, in Fig.5 - the change in the acceleration of the projectile in the vertical direction when passing through the pipeline, Fig.6 - the change in the acceleration of the projectile in the vertical direction when the cuffs with the seam interact, Fig.7 - spectrogram of acceleration in the vertical direction of the projectile during the passage of the open section of the pipeline, Fig. 8 is a spectrogram of acceleration in the vertical direction of the projectile when passing the section of the pipeline in the ground.

Устройство для определения и регистрации геометрических параметров трубопроводов (фиг.1) состоит из герметичного контейнера 1, эластичных манжет 2, жестко закрепленных в носовой и хвостовой частях контейнера 1, датчика пути 3, блока 4 вычислений и управления и регистратора 5, размещенных внутри контейнера 1. Внутри контейнера 1 жестко закреплены трехкомпонентный гироскопический измеритель 6 угловой скорости, трехкомпонентный измеритель 7 кажущегося ускорения, выходы которых соединены с входов блока 4 вычислений и управления. Герметичный контейнер 1 следует рассматривать в жесткой связи с системой координат OX1; ОХ2; ОХ3 (соответственно продольная, нормальная и поперечная оси устройства), ωX1, ωX2, ωX3 - компоненты вектора абсолютной угловой скорости контейнера 1; WX1, WX2, WX3 - компоненты вектора кажущегося ускорения герметичного контейнера 1, измеряемые соответственно трехкомпонентным гироскопическим измерителем 6 угловой скорости и трехкомпонентным измерителем 7 кажущегося ускорения. На фиг.1 показаны также колеса 8 герметичного контейнера 1 и трубопровод 9. С трубопроводом 9 связана система координат Oξηζ, причем в начальный момент времени системы координат Oξηζ и OX1Х2Х3 совпадают. Устройство имеет аккумуляторную батарею 10 и датчики давления газа 11, систему обнаружения маркерных устройств 12 с известными географическими координатами от приемников GPS. На трубопроводе 9 между швами 13 установлено устройство определения колебаний трубы 14 (фиг.4).A device for determining and recording the geometric parameters of pipelines (Fig. 1) consists of a sealed container 1, elastic cuffs 2, rigidly fixed in the bow and tail of the container 1, a track sensor 3, a unit 4 of calculation and control and a recorder 5 located inside the container 1 Inside the container 1, a three-component gyroscopic meter 6 of angular velocity and a three-component meter 7 of apparent acceleration are rigidly fixed, the outputs of which are connected to the inputs of the unit 4 of calculation and control. Sealed container 1 should be considered in tight connection with the coordinate system OX 1 ; OX 2 ; OX 3 (respectively, the longitudinal, normal and transverse axes of the device), ω X1 , ω X2 , ω X3 - components of the absolute angular velocity vector of container 1; W X1 , W X2 , W X3 are the components of the apparent acceleration vector of the sealed container 1, measured respectively by a three-component gyroscopic angular velocity meter 6 and a three-component apparent acceleration meter 7. Figure 1 also shows the wheels 8 of the sealed container 1 and the pipeline 9. The coordinate system Oξηζ is connected to the pipeline 9, and at the initial time, the coordinate systems Oξηζ and OX 1 X 2 X 3 coincide. The device has a battery 10 and gas pressure sensors 11, a detection system for marker devices 12 with known geographical coordinates from GPS receivers. On the pipeline 9 between the seams 13 is installed a device for determining the oscillations of the pipe 14 (figure 4).

Для осуществления способа с помощью предлагаемого устройства производится определение координат маркерных точек в виде камер запуска приема, охранных кранов воздушных переходов на трассе газопровода аэрокосмическими методами или приемниками GPS. Герметичный контейнер 1 с манжетами 2, колесами 8 и включенным питанием от аккумулятора 10 к элементам, блокам устройства 3-7, 11, 12 вводится в трубопровод 9. При неподвижном снаряде осуществляется измерение параметров колебаний трубы устройством 14. При подаче давления газа контейнер 1 начинает двигаться относительно трубы 9. При этом в неподвижном состоянии снаряда и во время движения записываются в блок вычислений и управления 4, бортовой компьютер 5 показания датчика пути 3, трехкомпонентных измерителей угловой скорости 6 и кажущегося ускорения 7, а также датчика давления газа 11. После извлечения контейнера из камеры приема информация переносится в стандартный компьютер и строится трасса в виде графиков расстояний по меридиану, параллели и высоте. При этом определяется по показаниям датчиков ускорений 7 количество сварных швов 13 и учитываются известные расстояния между соответствующими реперными точками, определяют параметры дрейфа инерциальной системы, а затем вносится коррекция в алгоритм вычисления координат трубопровода. При прохождении контейнера вблизи маркерного устройства записываются также показания от устройства обнаружения маркеров 12.To implement the method using the proposed device, the coordinates of the marker points are determined in the form of reception launch chambers, air passage security taps on the gas pipeline route by aerospace methods or GPS receivers. A sealed container 1 with cuffs 2, wheels 8 and the battery 10 is turned on, is inserted into the pipeline 9 to the elements, blocks of the device 3-7, 11, 12. When the projectile is stationary, the pipe oscillation parameters are measured by device 14. When gas pressure is applied, container 1 starts move relative to the pipe 9. In this case, in the stationary state of the projectile and during movement, the readings of the track sensor 3, three-component angular velocity meters 6 and seemingly accelerated are recorded in the computing and control unit 4, the on-board computer 5 I 7, and the gas pressure sensor 11. When the container is removed from the chamber receiving the information is transferred to a standard PC and the track is constructed in the form of graphs distances along the meridian and parallel adjustment. In this case, the number of welds 13 is determined from the acceleration sensors 7 and the known distances between the corresponding reference points are taken into account, the inertial system drift parameters are determined, and then a correction is made to the algorithm for calculating the pipeline coordinates. When the container passes near the marker device, the readings from the marker detection device 12 are also recorded.

Выбор репрезентативных участков осуществляют исходя из анализа физико-географических и геоэкологических условий, т.е. выбираются гидроморфные участки с малым коэффициентом защемления трубопровода (СНиП 2.05.06-85), по гипсометрическим и почвенным картам, аэрокосмическим снимкам магистрального газопровода и на них по спектральным характеристикам сигналов ускорений в вертикальном направлении выявляют максимальные резонансные значения составляющих Фурье-разложения сигналов ускорения. Исключают уровень амплитуд, равный шуму в виде колебаний трубы и снаряда при его неподвижном состоянии. Определяют частоту затухающих и собственных недемпфированных колебаний снаряда, по периоду и логарифмическому декременту затухания колебаний после взаимодействия снаряда со швом. Вычисляют значения жесткости снаряда Кс2mc, отрезка трубы по формуле (2) и величины трех форм колебаний отрезка трубы по формулам (1)-(3). Выявляют наличие их на спектральных характеристиках и определяют значения амплитуд колебаний отрезка трубы по формуле (1).Representative sites are selected based on an analysis of the physical-geographical and geo-ecological conditions, i.e. hydromorphic sections with a small coefficient of pinching of the pipeline are selected (SNiP 2.05.06-85), from the hypsometric and soil maps, aerospace images of the main gas pipeline and the maximum resonance values of the components of the Fourier decomposition of the acceleration signals are revealed on them by the spectral characteristics of acceleration signals in the vertical direction. Exclude the level of amplitudes equal to the noise in the form of oscillations of the pipe and the projectile when it is stationary. The frequency of the damped and intrinsic undamped vibrations of the projectile is determined by the period and the logarithmic decrement of vibration damping after the projectile interacts with the seam. The values of the projectile stiffness K c = ω 2 m c , the pipe length by formula (2) and the values of the three vibration modes of the pipe length by the formulas (1) - (3) are calculated. They are detected on the spectral characteristics and the values of the amplitudes of the vibrations of the pipe segment are determined by the formula (1).

Частота изгибных колебаний отрезка трубы магистрального газопровода при двухстороннем концевом закреплении определяется по формуле (Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Спр. М.: Машиностроение. 1993, С.401-402). Коэффициенты λm1=22,4; λm2=61,2; λm3=121 соответствуют первой, второй и третьей формам колебаний.The frequency of bending vibrations of a pipe section of a main gas pipeline with bilateral end fixing is determined by the formula (Birger I.A., Shorr B.F., Iosilevich GB, Strength Analysis of Machine Parts. Ref. M .: Mechanical Engineering. 1993, P.401 -402). Coefficients λ m1 = 22.4; λ m2 = 61.2; λ m3 = 121 correspond to the first, second and third modes of vibration.

Колебания снаряда с трубой при концевом закреплении (фиг.4) (на воздухе, промыв в грунте) можно рассматривать как колебания системы с двумя степенями свободы. Частоты колебаний снаряда массой mc и отрезка трубы (mT) определяются для схемы на фиг.2 в виде, (Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Унвер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985, С.192-194).Oscillations of the projectile with the pipe at the end fixing (Fig. 4) (in air, washing in the ground) can be considered as oscillations of a system with two degrees of freedom. The oscillation frequencies of a projectile of mass m c and a length of pipe (m T ) are determined for the circuit in Fig. 2 in the form, (Timoshenko S.P., Young D.Kh., Unver W. Oscillations in engineering. M .: Mechanical Engineering, 1985 S.192-194).

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- коэффициенты жесткости отрезка трубы и снаряда в трубе; mT,с - масса отрезка трубы и снаряда.Where
Figure 00000012
- the stiffness coefficients of the pipe segment and the projectile in the pipe; m T, s is the mass of the pipe segment and the projectile.

На схеме (фиг.2) К∂1, К∂2 - коэффициенты демпфирования колебаний трубы и снаряда соответственно.In the diagram (figure 2) K ∂1 , K ∂2 are the damping coefficients of the pipe and projectile vibrations, respectively.

Эквивалентную жесткость отрезка трубы при изгибных колебаниях можно записать так:The equivalent stiffness of a pipe segment under bending vibrations can be written as follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

Расчеты по формуле (5) показывают, что

Figure 00000014
для трубы газопровода DY=1020±6 мм, DВ=1000 мм и l=5...15 м с первой формой колебаний λm1=22,4. Наши экспериментальные данные для снаряда СИТ-1200 показали, что kc=3,1·107 Н/м, а для СИТ-1000 - kC=2,1·107 Н/м.Calculations by the formula (5) show that
Figure 00000014
for a gas pipe D Y = 1020 ± 6 mm, D B = 1000 mm and l = 5 ... 15 m with the first waveform λ m1 = 22.4. Our experimental data for the SIT-1200 projectile showed that k c = 3.1 · 10 7 N / m, and for the SIT-1000 - k C = 2.1 · 10 7 N / m.

ОбозначимDenote

Figure 00000015
.
Figure 00000015
.

Тогда выражения для параметров системы вида (4) можно записать так:

Figure 00000016
.Then the expressions for the parameters of the system of the form (4) can be written as follows:
Figure 00000016
.

Формулу (4) после разложения в ряд подкоренного выражения представим в виде:Formula (4) after expansion in a series of radical expression we present in the form:

Figure 00000017
Figure 00000017

Для грунта с большим коэффициентом защемленияFor high crush rates

Figure 00000018
.
Figure 00000018
.

Кинематическое возбуждение колебаний снаряда определяется перемещением снаряда по трубопроводу с поперечными швами высотой Нм и определяется при гармонических колебаниях какThe kinematic excitation of the vibrations of the projectile is determined by the movement of the projectile through the pipeline with transverse seams with a height of N m and is determined with harmonic vibrations as

Figure 00000019
,
Figure 00000019
,

здесь LT - длина отрезка трубы между швами; LM - расстояние между манжетами; Vc - линейная скорость снаряда.here L T is the length of the pipe segment between the seams; L M is the distance between the cuffs; V c - linear velocity of the projectile.

Силовое возбуждение колебаний определяется пульсацией газа в линейной части магистрального газопровода. При этом уровень пульсаций газа на выходе компрессорной станции определяется частотой 28,8 Гц, а вибрации основных трубопроводов (⌀426 мм} составляли 5...7 мм/с на частотах 9...10 Гц (Мущинкин А.З. и др. "Пульсация потока газа в технологических трубопроводах на выходе КС и в линейной части магистрального газопровода // XI Международная деловая встреча "Диагностика-2000, Т.3. - 2001. - С.53-63).Force excitation of oscillations is determined by the pulsation of the gas in the linear part of the main gas pipeline. In this case, the level of gas pulsations at the outlet of the compressor station is determined by the frequency of 28.8 Hz, and the vibrations of the main pipelines (⌀426 mm} were 5 ... 7 mm / s at frequencies of 9 ... 10 Hz (Muschinkin A.Z. et al. . "Pulsation of the gas flow in technological pipelines at the outlet of the compressor station and in the linear part of the main gas pipeline // XI International Business Meeting" Diagnostics-2000, T.3. - 2001. - P.53-63).

Масса измерительного блока (ВОГ-951, АК-6) равна 6,5 кг, магнитного экрана из пермаллоя - 4,5 кг, всего блока ИТЦ-Э24СБ равна 28 кг. Если рассматривать колебания инерциального блока на консольной балке, то частота собственных колебаний этой массы на консоли определяется в виде (Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин. Спр. 4-е изд.: - М., Машиностроение, 1993, С.19).The mass of the measuring unit (VOG-951, AK-6) is 6.5 kg, the magnetic screen of permalloy is 4.5 kg, the entire ITC-E24SB unit is 28 kg. If we consider the oscillations of the inertial block on the cantilever beam, then the frequency of natural vibrations of this mass on the console is determined in the form (Birger I.A. et al. Strength analysis of machine parts. Sp. 4th ed .: - M., Mechanical Engineering, 1993 , P.19).

Figure 00000020
Figure 00000020

где k - коэффициент, зависящий от расположения опор и характера нагрузки (для консольной балки с силой на свободном конце k=3); E - модуль упругости;

Figure 00000021
- момент инерции сплошного круглого сечения; D=20 мм - диаметр стержня; l=260 мм - длина стержня.where k is a coefficient depending on the location of the supports and the nature of the load (for a cantilever beam with a force at the free end k = 3); E is the modulus of elasticity;
Figure 00000021
- moment of inertia of a solid circular section; D = 20 mm is the diameter of the rod; l = 260 mm - the length of the rod.

Расчет по формуле (7) показывает, что частота колебаний равна 36,6 Гц. Результаты экспериментальных исследований спектральной плотности сигналов с ВОГ-951 и акселерометров при движении снаряда показали, что такая частота присутствует и равна 34,5...36 Гц,The calculation by the formula (7) shows that the oscillation frequency is 36.6 Hz. The results of experimental studies of the spectral density of signals from VOG-951 and accelerometers during projectile movement showed that such a frequency is present and is equal to 34.5 ... 36 Hz,

На фиг.3 представлена спектрограмма фонового ускорения в вертикальном направлении при неподвижном снаряде. Фоновый сигнал представляет собой белый шум, в основном, лежащий в пределах до 0,001 g.Figure 3 presents the spectrogram of the background acceleration in the vertical direction with a stationary projectile. The background signal is white noise, mainly lying in the range up to 0.001 g.

На фиг.7, 8 показаны графики спектрограмм частот, полученных в результате пропуска внутритрубного инспектирующего снаряда СИТ-1000 на трассе газопровода "Парабель-Кузбасс", отрезка трубы балочного закрепления длиной 7 м, расположенного в воздухе на дистанции 72441,52-72447,45 м, и трубы в грунте на дистанции 151577,22-151586,00 м между швами в вертикальном направлении. Наблюдаются следующие идентифицированные частоты колебаний:Figures 7 and 8 show graphs of spectrograms of frequencies obtained as a result of the passage of an SIT-1000 in-line inspection projectile on the route of the Parabel-Kuzbass gas pipeline, a section of a beam fastening pipe 7 m long, located in the air at a distance of 72,441.52-72447.45 m, and pipes in the ground at a distance of 151577.22-151586.00 m between the joints in the vertical direction. The following identified oscillation frequencies are observed:

- в воздухе (фиг.7): частоты трех форм колебаний снаряда fc1=11,1 Гц (точка M1), fc2=12,8 Гц (точка M2), fc3=13,6 Гц (точка М3) от изгибных колебаний трубы;- in the air (Fig. 7): the frequencies of the three shell oscillation modes f c1 = 11.1 Hz (point M1), f c2 = 12.8 Hz (point M2), f c3 = 13.6 Hz (point M3) from pipe bending vibrations;

- в грунте (фиг.8): частота колебаний снаряда fс=13,5 Гц (точка МP);- in the ground (Fig. 8): the oscillation frequency of the projectile f c = 13.5 Hz (point M P );

Расчетные значения частот трех форм колебаний снаряда от изгибных колебаний трубы и собственной частоты колебаний снаряда, определенные по формуле (2), составили fc1=11,1 Гц, fс2=12,9 Гц, fс3=13,5 Гц, fс=13,5 Гц соответственно.The calculated values of the frequencies of the three forms of projectile vibrations from the bending vibrations of the pipe and the natural oscillation frequency of the projectile, determined by formula (2), were f c1 = 11.1 Hz, f c2 = 12.9 Hz, f c3 = 13.5 Hz, f c = 13.5 Hz, respectively.

На участке трассы газопровода Алгай-Мокроус были проведены измерения сигналов блока акселерометров снаряда и трубы в районе камеры запуска инспектирующего снаряда СИТ-1200 на дистанции 35 км. Уровень фона сигналов составил 10-6 g. Экспериментально наблюдались следующие резонансные частоты изгибных колебаний:On a section of the Algay-Mokrous gas pipeline route, measurements were taken of the signals from the projectile accelerometer unit and the pipe in the vicinity of the launch chamber of the SIT-1200 inspecting projectile at a distance of 35 km. The background level of the signals was 10 -6 g. The following resonant frequencies of bending vibrations were experimentally observed:

- отрезка трубы балочного закрепления длиной 6,1 м - 9,6; 10; 12,9 Гц с амплитудой 3·10-6 g.- a segment of a beam fastening pipe with a length of 6.1 m - 9.6; 10; 12.9 Hz with an amplitude of 3 · 10 -6 g.

- снаряда - 9,8; 11, 5; 13,5 Гц с амплитудой 0,02 g.- shell - 9.8; 11, 5; 13.5 Hz with an amplitude of 0.02 g.

Claims (3)

1. Способ определения локальных участков магистральных трубопроводов с максимальной деформацией с помощью внутритрубных инспектирующих снарядов, включающий определение с помощью бесплатформенной инерциальной системы ориентации и навигации трех компонентов вектора абсолютной угловой скорости и трех компонентов вектора кажущегося ускорения внутритрубного инспектирующего снаряда, измерение давления газа на передней и задней стенках снаряда, определение с помощью одометра приращений его пути с записью в память бортового компьютера всего объема информации при пропускании снаряда по участку трубопровода, отличающийся тем, что измеряют колебания трубы в районе камер запуска и приема, колебания снаряда при его неподвижном состоянии, определяют частоты и коэффициенты демпфирования затухающих колебаний ускорения снаряда и время переходного процесса при прохождении швов для выбора дистанции спектрального анализа, оценивают спектральные характеристики сигналов ускорения в вертикальном направлении снаряда между швами, исключают уровень амплитуд, равный шуму в виде колебаний трубы и снаряда при его неподвижном состоянии, а также пульсации давления газа; на дискретных частотах выявляют максимальные резонансные значения составляющих Фурье-разложения сигналов ускорения, обнаруживают частоты трех форм колебаний трубы на репрезентативных участках, определяют их положения на трассе магистрального газопровода и амплитуды колебаний по формуле:1. A method for determining local sections of trunk pipelines with maximum deformation using in-tube inspection shells, including determining with the help of a strap-down inertial system of orientation and navigation the three components of the absolute angular velocity vector and three components of the apparent acceleration vector of the in-tube inspection projectile, measuring the gas pressure at the front and rear the walls of the projectile, determining with the odometer the increments of its path with recording in the memory of the on-board computer of this amount of information when passing a projectile along a section of the pipeline, characterized in that the pipe oscillations are measured in the region of the launch and reception chambers, the projectile vibrations when it is stationary, the frequencies and damping coefficients of damped projectile acceleration oscillations and the transition process during the passage of the seams to select a distance are determined spectral analysis, evaluate the spectral characteristics of the acceleration signals in the vertical direction of the projectile between the seams, exclude the level of amplitudes equal to the noise in the form of the oscillations of the pipe and the projectile when it is stationary, as well as the pulsation of the gas pressure; at discrete frequencies, the maximum resonance values of the components of the Fourier decomposition of the acceleration signals are detected, the frequencies of three pipe vibration modes are detected in representative sections, their positions on the main gas pipeline route and the vibration amplitudes are determined by the formula:
Figure 00000022
Figure 00000022
где
Figure 00000023
- величина ускорения снаряда в вертикальном направлении; mc - масса снаряда; mT - масса отрезка трубы на двух опорах длиной l;
Where
Figure 00000023
- the value of the acceleration of the projectile in the vertical direction; m c is the mass of the projectile; m T is the mass of the pipe segment on two supports of length l;
Figure 00000024
Figure 00000024
ωс - частота колебаний снаряда.ω with - the oscillation frequency of the projectile.
Figure 00000025
Figure 00000025
kT - эквивалентная изгибная жесткость отрезка трубы; k T is the equivalent bending stiffness of the pipe section; Е - модуль упругости материала трубы; E is the elastic modulus of the pipe material; J - момент инерции трубы; J is the moment of inertia of the pipe; λm - коэффициент (22, 4; 61,7; 121 для первой, второй и третьей форм колебаний соответственно), λ m - coefficient (22, 4; 61.7; 121 for the first, second and third modes of vibration, respectively),
Figure 00000026
- жесткость снаряда, определяемая по периоду затухающих колебаний T после взаимодействия со швом.
Figure 00000026
- the rigidity of the projectile, determined by the period of damped oscillations T after interaction with the seam.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что положение репрезентативных участков выявляют по почвенным картам и углам наклона земной поверхности, привязанных к географическим координатам измеренных величин.2. The method according to claim 1, characterized in that the position of the representative plots is revealed by soil maps and the angles of inclination of the earth's surface, tied to the geographical coordinates of the measured values. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что положение репрезентативных участков выявляют по аэрокосмическим снимкам.3. The method according to claim 1, characterized in that the position of the representative sections is detected by aerospace images.
RU2004120010/28A 2004-06-30 2004-06-30 Method for determining local portions of main pipelines with maximal deformation RU2272248C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004120010/28A RU2272248C1 (en) 2004-06-30 2004-06-30 Method for determining local portions of main pipelines with maximal deformation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004120010/28A RU2272248C1 (en) 2004-06-30 2004-06-30 Method for determining local portions of main pipelines with maximal deformation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004120010A RU2004120010A (en) 2005-12-10
RU2272248C1 true RU2272248C1 (en) 2006-03-20

Family

ID=35868564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004120010/28A RU2272248C1 (en) 2004-06-30 2004-06-30 Method for determining local portions of main pipelines with maximal deformation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2272248C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2572940C1 (en) * 2012-04-02 2016-01-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Welded steel large-diameter pipe produced by uoe process and its structure
RU2574557C2 (en) * 2011-08-30 2016-02-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Method of production of welded steel pipes and welded steel pipe
CN110088564A (en) * 2016-08-11 2019-08-02 超声超音波有限公司 The determination of the thickness in a region in wall-like or plate structure

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2574557C2 (en) * 2011-08-30 2016-02-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Method of production of welded steel pipes and welded steel pipe
RU2572940C1 (en) * 2012-04-02 2016-01-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Welded steel large-diameter pipe produced by uoe process and its structure
CN110088564A (en) * 2016-08-11 2019-08-02 超声超音波有限公司 The determination of the thickness in a region in wall-like or plate structure
CN110088564B (en) * 2016-08-11 2022-03-22 超声超音波有限公司 Determination of the thickness of a region in a wall-or plate-like structure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004120010A (en) 2005-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2558724C2 (en) Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position
CA2313757C (en) Method and apparatus for determining location of characteristics of a pipeline
CN106500693B (en) A kind of AHRS algorithm based on adaptive extended kalman filtering
CN107228662B (en) Small-diameter pipeline positioning device and method based on pipeline connector
CA1286772C (en) System for surveying fluid transmission pipelines and the like
JPH02226009A (en) Pipeline monitoring apparatus
JP2004045374A (en) Pipeline shape measuring apparatus and method
CN107654852A (en) A kind of pipeline interior locating device and localization method detected based on duct section length and pipe jointer
CN107218942A (en) Pipeline path defect positioning device and the localization method based on fast orthogonal searching algorithm
GB2088554A (en) Pipeline route surveying device
US6170344B1 (en) Pipeline distortion monitoring system
US4717875A (en) Method and system for determining curvature in fluid transmission pipelines
RU2272995C1 (en) Method for elaboration of navigational parameters and local vertical (modifications)
JP2008039507A (en) Method for diagnosing architectural structure
CN107120532A (en) Pipe jointer detection method based on fast orthogonal searching algorithm
RU2272248C1 (en) Method for determining local portions of main pipelines with maximal deformation
US20170138524A1 (en) Methods and systems to enhance pipeline trajectory reconstruction using pipeline junctions
CN107219335A (en) Pipe jointer detection method based on multiple continuous wavelet transform
RU2207512C1 (en) Navigational topographic intrapipe inspection tool
RU2320963C2 (en) Mode of mounting axles of mobile object
RU2206871C2 (en) Procedure determining local displacement of trunk pipe- lines
RU2655614C1 (en) Method of measuring pipeline bending radius based on diagnostic complex data for determining pipeline position
Han et al. Development of inspection gauge system for gas pipeline
RU2102704C1 (en) Device for determining and recording of geometrical parameters of pipelines
CN112880670B (en) Underground pipeline track mapping method based on characteristic position identification

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060701