СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОДНОПРОВОДНОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ ПО ТРУБОПРОВОДУ, ЗАПОЛНЕННОМУ ДИЭЛЕКТРИКОМ, НАПРИМЕР НЕФТЕПРОДУКТАМИ Российский патент 1995 года по МПК H01P3/127 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к автоматизации процессов управления, создания магистральной и локальных линий связи и контролинга трубопроводов.

Известны способы использования магистральных газопроводов для передачи сигналов связи и управления.

Имеется большое количество аналогов, в основу которых положены способы распространения электромагнитных волн по различным направляющим: одно-, двухпроводным кабелям, коаксиальным, щелевым кабелям, полосковым линиям, линиям поверхностной волны, металлическим и диэлектрическим волноводам, силовым кабелям, тросам, рельсовым путям и т.д. Все эти линии имеют протяженный характер, возбуждаются падающими на них электромагнитными полями, служат своеобразными линиями передачи электромагнитных сигналов. Но они имеют один существенный недостаток - крайне малое расстояние до приемного (ретрансляционного) пункта (3...6 км), что вызывает необходимость устанавливать необслуживаемые пункты усиления через 3...6 км и обслуживаемые пункты усиления через 20...30 км.

Суть известного использования газопровода сводится к двухпроводной линии связи в виде коаксиального кабеля, в котором труба является внутренним проводником, а наружным (обратным) проводником - окружающий грунт (земля). Таким образом реализуется физическая цепь труба-земля. Именно поэтому для передачи сигнала используется диапазон частот от 3 до 10 Гц, ширина полосы составляет всего 0,5...1 Гц, а длительность одиночных сигналов должна быть не менее 2...3 с, т.е. скорость передачи сигналов не может превышать 0,3...0,5 бод. Это ограничивает сферу использования газопроводного канала в системах телемеханики катодной защиты.

Имеется также предложение по использованию газопроводов диаметром от 500 мм и выше в качестве волновода. Однако дальность такого канала передачи сигналов на реальном трубопроводе ограничена конструктивными особенностями трубопроводных коммуникаций, включающих размещенные по трассе задвижки и обратные клапаны (через 2...6 км магистрали), при закрытии которых полностью прекращается передача сигналов по трубопроводу как волноводу. Кроме того, линия трубопровода включает большое количество угольников, тройников, крестовин, а внутренняя полость любого газопровода имеет по длине постоянно изменяющееся сечение (в пределе от 5 до 250 и более) из-за разнообразных отложений, что может являться непреодолимыми неоднородностями для обеспечения волноводного процесса.

Все вместе взятое значительно уменьшает дальность (до 2...6 км), качество и надежность передачи электромагнитных сигналов по трубопроводу.

Сущность изобретения заключается в том, что на металлическом трубопроводе, заполненном диэлектриком, возбуждают поверхностную волну, тип и частоту которой выбирают, исходя из обеспечения наибольшего канализирующего эффекта на металлодиэлектрической структуре, согласуют выход генератора с трубопроводом как направляющей линией с учетом ее эффективных диэлектрических проницаемостей и превращают тем самым трубопровод в цилиндрический волновод поверхностной элеткромагнитной волны.

Отличительными признаками предлагаемого способа является то, что трубопровод, заполненный диэлектриком, в качестве направляющей линии передачи электромагнитных сигналов представляется как однопроводная металлодиэлектрическая направляющая линия, как волновод поверхностной электромагнитной волны, основная часть потока мощности в которой сосредоточена на границах металла и диэлектрика, имеет внешние и внутренние электромагнитные поля в зависимости от физических, геометрических параметров и диэлектрических составляющих структуры.

Такой способ создания однопроводной направляющей линии передачи электромагнитных сигналов по трубопроводу имеет ряд преимуществ перед существующими способами, а именно обеспечивает надежную и качественную передачу сигналов посредством поверхностной электромагнитной волны по трубопроводным коммуникациям, имеющим комплекс неоднородностей, что не обеспечивают другие способы, которые позволяют осуществлять передачу сигнала только на отдельных участкха, ограниченных неоднородностями, малыми дальностями и в узкой полосе частот; увеличивает дальность связи в 8...10 раз только за счет использования в качестве линейной направляющей трубопровода как металлодиэлектрической структуры. Такая структура обладает рядом функциональных свойств: возбуждением волн высших типов, многомодовым воздействием, эффектами межтиповой связи собственных колебаний, зависимостью добротности от геометрических и материальных параметров, выраженными резонансными свойствами.

Создание однопроводной направляющей линии передачи электромагнитных сигналов по трубопроводу производят в следующей последовательности.

Для металлического трубопровода, заполненного поляризующимся диэлектриком, как металлодиэлектрической структуры определяют конкретные физические, геометрические и электромагнитные параметры трубопроводов и диэлектрических жидкостей, их заполняющих, критические частоты и полосы пропускания, устанавливают значения первичных параметров линии передач. Возбуждают на полученной металлодиэлектрической структуре поверхностную электромагнитную волну, тип и частоту которой выбирают исходя из значения параметров линии передач, с целью обеспечения наибольшей канализации и преимущественного распространения электромагнитных волн в основном на границе раздела сред металл - диэлектрик по направлению трубопроводной коммуникации, для чего осуществляют гальваническую связь генератора с трубопроводом. Обеспечивают согласование выхода генератора с трубопроводом как направляющей линией, устанавливают резонансную частоту для выбора максимального значения радиальной эффективной диэлектрической проницаемости и минимального значения отношения квадрата эффективной диэлектрической проницаемости по оси трубопровода к эффективной диэлектрической проницаемости в радиальном направлении. Качественно оценивают созданную однопроводную линию передач как волновода поверхностной электромагнитной волны на основе учета среды, где будет организована передача, и характеристик прохождения электромагнитной волны. После этого линию сдают в эксплуатацию.

Способ испытан на продуктопроводе длиной 38 км в районе Заполярья. В ходе испытаний между начальным и конечным пунктами трассы была создана линия передачи электромагнитных сигналов по трубопроводу.

Таким образом, подтверждена работоспособность способа, его надежность, низкие материальные и временные затраты.

Способ практически готов к реализации и используются стандартная, выпускаемая Россией и за рубежом аппаратура и приборы.

Способ позволяет также организовать электромагнитный контролинг трубопроводов и их трасс и создает возможность интеграции связи, телеметрии, автоматики и АСУ трубопроводов.

Использование: на трубопроводных коммуникациях и сетях для организации передачи информации и каналов связи по трубопроводам, а также для организации электромагнитного контролинга трубопроводов и их трасс и создания возможности интеграции связи, телеметрии, автоматики и АСУ трубопроводов. Сущность изобретения: способ заключается в создании однопроводной направляющей линии передачи электромагнитных сигналов по трубопроводам (газо-, нефте-, продуктопроводам и др.) за счет возбуждения, канализации и распространения поверхностной электромагнитной волны по ним с учетом их металлодиэлектрической структуры и электромагнитных параметров.

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОДНОПРОВОДНОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ ПО ТРУБОПРОВОДУ, ЗАПОЛНЕННОМУ ДИЭЛЕКТРИКОМ, НАПРИМЕР НЕФТЕПРОДУКТАМИ, заключающийся в том, что в трубопроводе возбуждают электромагнитную волну, отличающийся тем, что возбуждают поверхностную электромагнитную волну.