УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОХОЖДЕНИЯ ИЛИ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ОЧИСТНОГО СНАРЯДА ВНУТРИ ГАЗОПРОВОДА (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК F17D5/00 G01D5/42 

Изобретение относится к средствам контроля за прохождением и обнаружения местоположения очистных снарядов на объектах газопроводного транспорта.

Известно устройство для сигнализации прохождения объекта, в частности скребка по трубопроводу /1/, содержащее три расположенных на заданном расстоянии вдоль трубопровода акустико-электрических, воспринимающих шум, обусловленный движением скребка, каждый преобразователь снабжен отдельным каналом обработки. Низкая помехоустойчивость каждого преобразователя компенсируется логически последовательной обработкой сигналов с использованием задержки, обусловленной заданной скоростью движения скребка.

Устройство ограничено и сложно в применении, т.к. требует стационарных условий применения и расположения преобразователей, надежно обнаруживает скребок только тогда, когда он движется с заданной скоростью и не способно обнаружить неподвижный скребок ввиду отсутствия акустического шума от него.

Известно устройство /2/ для обнаружения перемещающегося внутри трубопровода очистного средства, содержащее корпус с турбиной, установленной на оси внутри корпуса, соплами и выходным каналом. Ротор турбины выполнен в виде диска с лопатками и снабжен маятниковым ударником, укрепленным эксцентрично относительно оси вращения турбины. При вращении турбины, маятниковый ударник периодически ударяет по наковальне.

Недостатком этого устройства является невысокая мощность сигнала, которая в условиях низкой звукопроницаемости затрубной среды делает ненадежным или невозможным ее применение.

Известно наиболее близкое по технической сущности устройство /3/ для сигнализации прохождения объекта, движущегося по трубопроводу, которое содержит источник сигнала в виде импульсного генератора, расположенный на объекте, первичный преобразователь, расположенный в группе вблизи трубопровода и подключенный к выходу преобразователя электронный приемник. Последний выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, счетчика импульса, дешифратора двоичного кода счетчика и цифрового индикатора.

Такое устройство предполагает обустройство пункта измерения, т.е. применение возможно лишь в стационарных условиях. В устройстве также предусмотрено применение автономного источника питания для генератора импульсов. Ввиду указанных недостатков и особенностей устройство практически не пригодно для поиска застрявших объектов.

Задачей изобретения является создание устройства для обнаружения местоположения или прохождения подвижного снаряда внутри газопровода с мощным помехоустойчивым сигналом от подвижного снаряда, дистанционно надежно идентифицируемым вне газопровода в различных условиях его расположения.

В соответствии с поставленной задачей предлагаемое устройство для обнаружения местоположения (или местопрохождения) подвижного объекта внутри газопровода содержит источник сигнала, установленный на искомом подвижном очистном снаряде, расположенные вне газопровода преобразователь сигнала от указанного источника в электрический сигнал, последовательно соединенные усилитель этого сигнала, детектор и индикатор. Устройство отличается от прототипа тем, что в нем в качестве указанного источника сигнала использован по меньшей мере один газоструйный свисток, своим вводом и выводом газовой струи соединенный с полостью газопровода соответственно за и перед подвижным объектом, указанный усилитель выполнен частотноселективным и в устройство введено средство ручного или автоматического регулирования амплитуды указанного электрического сигнала и дополнительный индикатор состояния этого регулирования.

По другому варианту предлагаемое устройство для обнаружения местоположения подвижного объекта внутри газопровода содержит источник сигнала, установленный на подвижном очистном снаряде и отличается от прототипа тем, что в нем в качестве указанного источника сигнала использован, по меньшей мере, один газоструйный свисток, своим вводом и выводом газовой струи соединенный с полостью газопровода, соответственно, за и перед указанным подвижным объектом.

При использовании в предлагаемых вариантах устройства двух и более газоструйных свистков целесообразно выполнить их с различающимися пороговыми перепадами давления между вводом и выводом газовой струи. Это позволит получить одинаково мощный звуковой сигнал от искомого объекта как в подвижном состоянии, так и в неподвижном состоянии, обусловленным каким-то механическим препятствием, когда перед давлением в полостях газопровода за и перед искомым объектом значительно выше, чем в подвижном состоянии, и может повысить верхний предел диапазона устойчивости генерации источника в целом при выполнении одного из газоструйных свистков с низким пороговым перепадом давления.

В первом варианте устройства целесообразно в качестве преобразователя сигнала от газоструйного свистка использовать микрофон. Т.к. газоструйный свисток излучает мощную однотоновую звуковую волну, микрофон позволяет наиболее оптимально обеспечить дистанционный прием ослабленного грунтом звукового сигнала. При этом предпочтительно ввести в устройство параболический акустический отражатель, в фокусе которого закрепить указанный микрофон. Это позволяет повысить интенсивность звукового сигнала, поступающего на микрофон, осуществлять за счет пространственной ориентации параболического отражателя направленный прием от источника звука и обнаружение направления к местоположению этого источника.

Для обнаружения местоположения застрявшего объекта в условиях вязкого грунта расположения газопровода предпочтительно выполнение указанного преобразователя звукового сигнала в электрический в виде стержня с установленным на нем пьезоэлектрическим датчиком. Введение стержня в грунт в различных точках вдоль трассы газопровода или, если это возможно, контактное соединение штыря с трубой в различных точках газопровода в сочетании с предусмотренной устройством регулированием амплитуды электрического сигнала позволяет повысить точность определения местоположения искомого объекта в трубе.

Предпочтительно выполнить указанный дополнительный индикатор состояния регулирования амплитуды шаговым. Это позволяет повысить надежность обнаружения прохождения искомого объекта или определения его неподвижного местоположения за счет удобства работы оператора, который не затрудняется в визуальной фиксации сочетания шаговых изменений показаний этого индикатора с плавными изменениями показаний основного индикатора при прохождении искомого объекта или при перемещении приемной части устройства вдоль газопровода.

На фиг.1 показано устройство для обнаружения прохождения или местоположения очистного снаряда в газопроводе в соответствии с изобретением в виде газоструйного свистка; на фиг.2 (а,б) варианты конструктивной схемы установки на очистном снаряде указанного устройства (фиг.1) в виде газоструйного свистка; на фиг. 3 блок-схема предлагаемого устройства для обнаружения или местоположения очистного снаряда в газопроводе в соответствии с изобретением в виде газоструйного свистка на очистном снаряде (фиг.2) и дистанционно расположенного измерителя.

Предлагаемое устройство (фиг.1) для обнаружения прохождения или местоположения очистного снаряда в газопроводе содержит корпус 1 с окнами 2 для свободного пропуска газа, закрепленные в нем соосно и последовательно коническое сопло 3 и акустический резонатор 4 со стабилизирующем коническим рассекателем 5. Положение акустического резонатора 4 относительно сопла 3 регулируется его резьбовым соединением 6 с корпусом 1 и фиксируется стопорным винтом 7. Установка предлагаемого устройства на очистном снаряде показана на примере выполнения такого снаряда в виде корпуса 8 (фиг.2), открытого с тыльной стороны снаряда, несколько последовательно размещенных вдоль корпуса 8 и охватывающих его уплотнительных манжет 9 скользящие соединенные со стенкой трубопровода 10. Предлагаемое устройство для обнаружения очистного снаряда установлено врезанным в переднюю стенку 11 корпуса 8 и соединенным с ним сварным швом так, что вход сопла 3 (фиг.1,2) соединен с полостью трубопровода 10 с тыльной стороны снаряда, а выходные окна 2 соединены с полостью трубопровода 10 (фиг.2) перед снарядом. Если передний из уплотнительных манжет выполнен щеточным (фиг. 2б), т.е. свободно пропускающим газ, возможна врезка устройства в боковую стенку корпуса 8 между передним и соседним уплотнительными манжетами 9.

Другой вариант предпочтительного воплощения предлагаемого устройства для обнаружения очистного снаряда в газопроводе (фиг.3) содержит источник 12 сигнала в виде газоструйного свистка, выполненного так, как показано на фиг.1 и установленного на корпусе 8 очистного снаряда так, как описано выше и показано на фиг.2 (а или б). При этом сопло 3 (фиг.1) соединено своим вводом с полостью газопровода 10 за очистным снарядом, а окна 2 для выпуска газа соединены с полостью газопровода перед очистным снарядом. Остальная часть предлагаемого устройства расположена вне газопровода и содержит преобразователь 13 сигнала указанного источника 12 в виде свободно ориентируемого в пространстве параболического отражателя 14 акустического диапазона и закрепленного в фокусе микрофона 15, цифроаналоговый преобразователь 16 (ЦАП), входом опорного напряжения подключенный к микрофону 15, подключенные к выходу ЦАП 16 последовательно соединенные селективно-частотный усилитель 17, детектор 18 и индикатор 19. Предлагаемое устройство содержит также средство 20 ручного или автоматического регулирования амплитуды электрического сигнала и дополнительный индикатор 21 состояния этого регулирования, которое включает двухвходной коммутатор 22, вход автоматического регулирования которого подключен к выходу детектора 18, ступенчатый резистивный делитель 23 напряжения с коммутатором 24 его ступеней напряжения, выход которого соединен со входом ручного регулирования коммутатора 22. Средство 20 регулирования содержит также подключенные к выходу коммутатора 22 первыми входами компараторы 25 и 26. Второй вход компаратора 25 подключен к источнику (не показан) низкого опорного напряжения (U оп.н.). Второй вход компаратора 26 подключен к источнику (не показан) высокого опорного напряжения (U оп.в.). К выходам компараторов 25 и 26 подключены последовательно соединенные схема "ИЛИ" 27, генератор 28 таковых импульсов, реверсивный регистр 29 и указанный цифроаналоговый преобразователь 16, а также триггер 30, R входом подключенный к входу компаратора 25, S входом к выходу компаратора 26 и своим выходом к E-выходу реверсивного регистра 29. Дополнительный индикатор 21 состояния регулирования амплитуды электрического сигнала подключен к выходам реверсивного регистра 29 и выполнен, например, в виде линейного ряда светодиодов, каждый из которых подключен к соответствующему отдельному разряду регистра 29.

Предлагаемое устройство в варианте, представленном на фиг. 1, 2, работает следующим образом. В полости газопровода 10 (фиг. 2) с тыльной стороны очистного снаряда создается избыточное давление газа относительно полости газопровода перед очистным снарядом. Под действием перепада давления газа в этих полостях газопровода начинается движение очистного снаряда в трубопроводе 10. Сохраняющийся при этом перепад давления в указанных полостях газопровода способствует вводу газового потока в корпус 8 снаряда и далее в сужающееся сопло 3, газовый поток ускоряется за счет конического рассекателя 5 и поступает в отражающий резонатор 4. При достижении определенного перепада давления между полостями газопровода начинается генерация монотонного звука, мощность которого с ростом перепада давления быстро нарастает. Конический рассекатель 5 способствует устойчивости генерации в широком диапазоне перепадов давлений между вводом и выводом газоструйного свистка. Положение акустического резонатора 4 относительно выходной кромки сопла 3, которое определяется местоположением резонатора 4 в пределах резьбового соединения 6 и стопорным винтом 7, задает порог указанного перепада давления, при котором генерируется звуковая волна. Чем ближе резонатор 4 к выходной кромке сопла 3, тем ниже порог перепада давления, при котором начинается генерирование звуковой волны, и наоборот. Соответственно изменяется и диапазон перепадов давления, в пределах которого осуществляется устойчивая генерация звуковой волны. Таким образом, газоструйный свисток путем регулировки положения резонатора может иметь, к примеру, диапазон перепадов давления между полостями газопровода за и перед очистным средством 0,5-4 Атм или 1,5-8 Атм, в пределах которых устойчиво генерируется звуковая волна. При установке на очистном снаряде в качестве источника сигнала двух газоструйных свистков с различающимися пороговыми перепадами давления, такой источник сигнала характеризуется расширенным диапазоном перепадов давления, при которых устойчиво генерируется звуковая волна. При этом в процессе беспрепятственного движения снаряда перепад давления мал и звуковое давление создается в основном газоструйным свистком с низким пороговым перепадом давления. При уменьшении скорости движения за счет увеличения трения снаряда в трубопроводе или при остановке снаряда, обусловленной, к примеру, толстой наледью, перепад давления значительно нарастает и звуковое давление определяется в основном газоструйным свистком с высоким пороговым перепадом давления, т.к. его давление устойчивой работы значительно выше.

Таким образом, предлагаемое устройство в виде по меньшей мере одного газоструйного свистка, установленного на очистном снаряде, генерирует мощную однотоновую звуковую волну (например, с частотой 300 Гц) со звуковым давлением до 145 дБ, которая может быть уверенно услышана и идентифицирована вблизи поверхности (через толщу грунта) при неглубоком залегании газопровода и средней звукопроницаемости грунта.

В различающихся условиях расположения газопровода и его отдельных участков, а также в случае значительного изменения звукопроницаемости грунта вдоль его трассы целесообразно использовать вариант устройства для обнаружения очистного снаряда, показанного на фиг. 3, которое работает следующим образом. Источник 12 сигнала, установленный на очистном снаряде и выполненный в виде по меньшей мере одного газоструйного свистка, работает также как описано выше. Мощная однотоновая звуковая волна со звуковым давлением до 145 дБ со значительным затуханием в толще грунта поступает в приповерхностную воздушную среду и, следовательно, на микрофон 15. За счет пространственной ориентации параболического отражателя 14 его раскрывом в сторону газопровода 10 уменьшает влияние помеховых акустических сигналов от иных источников и концентрируют акустический сигнал, излучаемый источником 12 на микрофон 15. Преобразованный микрофон 15 электрический сигнал поступает на вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 16, с выхода которого, в зависимости от кодового цифрового сигнала на его входе управления, неослабленный или заданно ослабленный сигнал поступает в частотно-селективный усилитель 17, избирательно усиливающий сигнал с частотой, равной частоте звукового сигнала от источника 12 /4/. Затем усиленный сигнал поступает на детектор 18 и далее на индикатор 19, предпочтительно вольтметр. С выхода детектора 18 напряжение усиленного сигнала поступает на первый вход коммутатора 22 и далее на первые входы компараторов 25 и 26. Величина низкого опорного напряжения (U опн.) на втором входе компаратора 25 равна минимальному напряжению, которое оператор может визуально уверенно идентифицировать на индикаторе 13. Величина высокого опорного напряжения на втором входе компаратора 26 равна верхнему пределу измерения индикатора 19. Если напряжение сигнала на выходе детектора 18, поступающее на первый вход компаратора 25, меньше U оп.н. на его инверсном выходе появляется сигнал логической "I", который поступает на вход сброса (R) Триггера 30 и на один из входов схемы "ИЛИ" 27. Сигнал логической "I" с выхода схемы "ИЛИ" 27 разрешает работу тактового генератора 28, а сигнал логического "0" с выхода Триггера 30 задает направление сдвига регистра 29 влево. Сдвиг регистра 29 осуществляется тактовыми импульсами генератора 28. При этом разряды регистра 29, начиная с младшего, последовательно переключаются в состоянии "1", т. к. на его вход последовательных данных "справа" подана логическая "1". Число на выходе регистра 29 увеличивается, поступает на вход ЦАП 16, коэффициент передачи которого увеличивается, следовательно, увеличивается и сигнал на выходе детектора 18. Когда этот сигнал превысит U оп.н. на выходе компаратора 25 на выходе схемы "ИЛИ" 27 появится логический "0". Работа тактового генератора 28 и сдвиг регистра 29 прекращается и, следовательно, достигнутый коэффициент передачи ЦАП 16 не меняется. Числовой сигнал с выхода регистра 29 поступает также на дополнительный индикатор 21, выполненный в виде ряда светодиодов, подключенных к отдельным разрядам регистра 29 и размещенных в порядке их следования.

Если сигнал на выходе детектора 18 больше U оп.в. поступает через коммутатор 22 на первый вход компаратора 26, на его прямом выходе появляется сигнал логической "1", который поступает на вход установки (S) Триггера 30 и на отдельный вход схемы "ИЛИ" 27. Сигнал логической "1" с выхода схемы "ИЛИ" 27 разрешает работу генератора 28, а сигнал логической "1" с выхода триггера 30 задает направление сдвига регистра 29 вправо, осуществляемого тактовыми импульсами от генератора 28. При этом разряды регистра 29, начиная со старшего, последовательно переключаются в состояние "0", т.к. на его вход последовательных данных "слева" подан логический "0". Число на выходе регистра 29 уменьшается, поступает на вход ЦАП 16, коэффициент передачи которого уменьшается и, следовательно, уменьшается сигнал на выходе детектора 18. Когда этот сигнал станет меньше U оп.в. на выходе компаратора 26 и на выходе схемы "ИЛИ" 27 появляется логический "0". Работа генератора 28 и сдвиг регистра 29 прекращаются и, следовательно, достигнутый коэффициент передачи ЦАП 16 не меняется. При этом состояние регистра 29 визуально отображено на линейке ряда светодиодов дополнительного индикатора 21.

Возможна ручная регулировка коэффициента передачи ЦАП 16, при которой выход коммутатора 22 замыкают на вход, подключенный к выходу коммутатора 24. В исходном состоянии на выход коммутатора 24 подано напряжение U_o со средней точки 33 резистивного делителя 23, которое выбрано из интервала U оп.н. <U₀<U оп. в. Будучи поданным на входы компараторов 25 и 26 это напряжение в соответствии с изложенной выше работой средства 20 регулировки не приводит к сдвигу регистра 29 и, следовательно, коэффициент передачи ЦАП 16 не изменяется. Если необходимо уменьшить сигнал на входе индикатора 19, замыкают выход коммутатора 24 с его входом 31 и через коммутатор 22 на вход первый компаратора 26 поступает напряжение U в. которое выбрано превышающим U оп.в. на его втором входе. Как уже показано, это приводит к сдвигу регистра 29, уменьшающему коэффициент передачи ЦАП 16.

Если необходимо увеличить сигнал на входе индикатора, т.е. увеличить коэффициент передачи ЦАП 16, выход коммутатора 24 соединяют со входом 32. При этом с резистивного делителя 23 на вторые входы компаратора 25 и 26 поступает напряжение U н.<U оп.н.<. Работа средства 20 регулировки в остальной части аналогична вышеизложенному с тем отличием, что при этом коэффициент передачи контролируется по показаниям индикатора 19, а возможности его регулировки по показаниям индикатора 21, отображающим состояние регистра 29. При достижении приемлемого уровня показаний на индикаторе 19 размыкают выход коммутатора 24 с выходом 32 или 31 (в зависимости от направления регулировки), соединяют его со входом 33 и регулировка прекращается.

Возможно иное схемно-конструктивное выполнение средства 20 автоматического или ручного регулирования коэффициента передачи сигнала и отдельных его частей, которые не выходят за пределы его указанного функционального назначения.

Таким образом прохождение очистного снаряда с установленным на нем источником 12 монотонного звука определяют путем ориентации параболического отражателя 14 с микрофоном 15 в фокусе отражателя в сторону газопровода и наблюдения плавного нарастания и последующего спада показаний на индикаторах 19 и 21.

Местоположение застрявшего очистного снаряда определяют путем перемещения отражателя 14 с микрофоном 15 с постоянной пространственной ориентацией вдоль трассы газопровода и выявления местоположения с наблюдением максимальных показаний на индикаторах 19 и 21.

При низкой звукопроницаемости приповерхностного грунта, а также при возможности контактного доступа к газопроводу, являющемуся высокодобротным излучателем звукового сигнала в качестве преобразователя 13 звукового сигнала в электрический используют металлический стержень с контактно установленным на нем пьезоэлектрическим датчиком (не показаны). Стержень вводят в грунт или контактно соединяют с газопроводом в различных точках вдоль трассы. Такой преобразователь позволяет дифференцированно фиксировать уровень звукового сигнала, который распространяется с большим рассеянием и/или слишком ослаблен грунтом и, следовательно, повышает достоверность и/или точность обнаружения прохождения и местоположения очистного снаряда.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить мощный монотонный звуковой сигнал (до 145 дБ), который при благоприятных условиях размещения газопровода надежно идентифицируется без дополнительных технических средств. Использование дополнительных технических средств позволяет надежно обнаружить прохождение снаряда или местоположение застрявшего снаряда в значительно разливающихся условиях расположения газопровода, доступа к нему и распространение излучаемого очистным снарядом сигнала. При этом испытания показали, что источник мощного монотонного звука функционирует надежно в условиях нарастания массы загрязнений перед снарядом, т.к. благодаря давлению и высокой скорости истечения газа из источника 12 в этой массе формируется и поддерживается сквозной канал.

Использование: для контроля на объектах газопроводного транспорта. Сущность изобретения: устройство содержит в качестве источника сигнала от искомого снаряда по меньшей мере один газоструйный свисток. В другом варианте оно может дополнительно содержать последовательно соединенные преобразователь звукового сигнала в электрический и подключенные к выходу преобразователя последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), частотно-селективный усилитель, детектор и индикатор, а также средство регулирования коэффициента передачи сигнала, включающее указанный ЦАП и дополнительный индикатор состояния этого регулирования 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для обнаружения прохождения или местоположения подвижного очистного снаряда внутри газопровода, содержащее источник сигнала, механически связанный с очистным снарядом, отличающееся тем, что в нем в качестве указанного источника звукового сигнала использован по меньшей мере один газоструйный свисток, своими вводом и выводом газовой струи соединенный с полостью газопровода соответственно за и перед очистным снарядом. 2. Устройство для обнаружения прохождения или местоположения подвижного очистного снаряда внутри газопровода, содержащее источник сигнала, механически жестко связанный с очистным снарядом, расположенные вне газопровода преобразователь сигнала от указанного источника в электрический сигнал, последовательно соединенные усилитель этого электрического сигнала, детектор и индикатор, отличающееся тем, что в нем в качестве указанного источника сигнала использован по меньшей мере один газоструйный свисток, своими вводом и выводом газовой струи соединенный с полостью газопровода соответственно за и перед очистным снарядом, усилитель выполнен частотно-селективным и в устройство введено средство ручного или автоматического регулирования амплитуды указанного электрического сигнала и дополнительный индикатор состояния этого регулирования. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в нем при использовании двух и более газоструйных свистков они выполнены с различающимися пороговыми перепадами давления между вводом и выводом газовой струи. 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что в нем в качестве указанного преобразователя сигнала от упомянутого газоструйного свистка использован микрофон. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введен параболический отражатель, в фокусе которого закреплен указанный микрофон. 6. Устройство по пп.2 5, отличающееся тем, что в нем указанный дополнительный индикатор выполнен шаговым. 7. Устройство по пп.2, 3 и 6, отличающееся тем, что в нем указанный преобразователь выполнен в виде стержня с установленным на нем пьезоэлектрическим датчиком.