Оперативный мониторинг режимов транспорта нефти при частотном регулировании насосного агрегата

противоречит Taylor F.W. принципам, с помощью которых контролируется два предельных размера размерного элемента различного функционального назначения - размер максимума материала и размер минимума материала - разными методами контроля: проходным полным калибром и непроходным двухточечным калибром, которые учитывали отклонения формы реальных деталей. Идеальные модели не могут обеспечить требования посадок реальных отверстий и валов, всегда имеющих отклонения формы, которые могут занимать до 60% допусков линейных размеров, что подтверждают результаты экспериментов. В новой адекватной модели допуска размера, отклонения формы поверхностей элемента входят в структуру допуска.

VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Идеальная модель допусков линейных размеров в Международном стандарте ISO286-1 не учитывает отклонений формы поверхностей и неадекватна реальным размерным элементам.

2. Стандартный допуск линейного размера - это только предельные отклонения размера максимума материала размерного элемента.

3. С целью повышения точности посадок рекомендуется ввести в структуру допуска размера допуски формы поверхностей и размер минимума материала - второй размер размерного элемента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ISO 14405-1:2010. Geometrical product specifications (GPS). Dimensional tolerance. Part 1: Linear sizes.

2. ISO 286-1:2010. Geometrical product specifications (GPS). ISO code system for tolerances on linear sizes. Part 1: Basis of tolerances, deviations and fits.

3. ISO 286-2:2010, Geometrical product specifications (GPS). ISO code system for tolerances on linear sizes. Part 2: Tables of standard tolerance classes and limit deviations for holes and shafts.

4. ISO/R 1938:1971. ISO system of limits and fits - Part 1: Inspection of plain work pieces.

5. ISO 1938-1:2015, Geometrical product specifications (GPS). Dimensional measuring equipmen. Part 1: Plain limit gauges of linear size.

6. Giovanni Moroni, Stefano Petro, Wilma Polini. Geometrical product specification and verification in additive manufacturing // CIRP Annals. 2017. Vol. 66, Issue 1. P. 157-160.

7. Yiging Yan, Martin Dohn, Steven, Pters Uwe Heisel. Complementing and enhancing definitions of position tolerance for a real point based on ISO. Geometrical Product Specifications (GPS) // CIRP Journal of manufacturing Science and Technology. 2018.

8. Mario Drbul, Andrej Czan Michal Sajgalik, Marianna Piesova, Kizysztof Stepien Influence of Normal Vectors on the Accuracy of Products Geometrical Specification // Procedia Engineering. 2017. Vol. 192. P. 119-123.

9. Glukhov V. I., Grinevich V. A., Shalay V. V. The linear sizes tolerances and fits system modernization // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 998. P. 1-8. DOI: 10.1088/1742-6596/998/1/012012.

УДК 66:621.6

ОПЕРАТИВНЫЙ МОНИТОРИНГ РЕЖИМОВ ТРАНСПОРТА НЕФТИ ПРИ ЧАСТОТНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ НАСОСНОГО АГРЕГАТА

OPERATIONAL MONITORING OF OIL TRANSPORT REGIMES FOR FREQUENCY REGULATION OF THE PUMP UNIT

М. Ю. Земенкова1, А. А. Гладенко2, Ю. Д. Земенков1

1 Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

M. Y. Zemenkova1, A. A. Gladenko2, Y. D. Zemenkov1

industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia 2Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Используемые в настоящее время методы регулирования режимов работы центробежного насоса за счет сменных роторов и дросселирования не всегда позволяют получить требуемые параметры работы насосной станции. Целью исследования является получение технических характеристик использования частотнорегулируемого привода.

Применение частотного регулирования на центробежных агрегатах для транспортировки нефти в настоящее время является одиним из основных наиболее экономичных методов. Поставлена задача непрерывного контроля режимов работы при частотном регулировании насосного агрегата магистрального нефтепровода и разработка оптимальных методов управления режимами работы. Авторами разработана система непрерывного контроля режимов работы при частотном регулировании насосного агрегата (СНКНА) - это комплекс программного обеспечения, состоящий из двух ступеней сбора и обработки данных и моделирования технологических операций с выдачей рекомендаций по оптимальным методам управления режимами при частотном регулировании работы насосного агрегата магистрального нефтепровода.

Применение системы СНКНА позволит повысить эффективность и надежность объекта в целом, достаточно легко интегрируется с любым программным обеспечением АСУ, т.к. в программировании использованы технологии DDE и ODBC.

Ключевые слова: нефтеперекачивающая станция, центробежный насос, частотнорегулируемый привод.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-2-16-21

I. Введение

Авторами ведется разработка комплексной системы мониторинга надежности, безопасности, эффективности производственных процессов при транспорте нефти [1-6]. Функционирование системы предусматривает модульную структуру, и одной из актуальных является задача непрерывного контроля режимов работы при частотном регулировании насосного агрегата магистрального нефтепровода и разработка оптимальных методов управления режимами работы [1-3, 6]. Проблема остается актуальной с различных точек зрения. Так, например, авторами [7] предложен алгоритм для энергоэффективного управления центробежными насосами.

Разработана система непрерывного контроля режимов работы при частотном регулировании насосного агрегата (СНКНА) - комплекс алгоритмического и программного обеспечения, состоящий из двух ступеней сбора и обработки данных и моделирования технологических операций с выдачей рекомендаций по оптимальным методам управления режимами при частотном регулировании работы насосного агрегата магистрального нефтепровода.

В настоящее время снижение производительности магистральных нефтепроводов до 40% от номинального, обусловленное резким падением темпов добычи нефти. Это вызывает уменьшение потерь напора в нефтепроводах и, следовательно, оперативного регулирования требуемого напора, развиваемого центробежными насосами и потребляемой ими мощности.

II. Постановка задачи

Недостатком существующих методов управления и осуществления контроля за режимом работы нефтепровода является обязательная остановка насоса.

Одним из возможных и перспективных методов регулирования работы насосного агрегата в этих условиях является снижение частоты вращения вала насоса посредством применения гидромуфт и частотного регулирования электродвигателя при изменении частоты питающего тока с использованием преобразователей частот (ПЧ).

Поэтому практическая апробация ПЧ для контроля частоты вращения электродвигателя в широком диапазоне является перспективным и составляет задачу данной работы. Целесообразность использования ПЧ предопределяется глубиной регулирования работы по производительности и развиваемому напору и срокам окупаемости дополнительных капвложений.

III. Решение задачи и обсуждение результатов

Параметры работы насоса при регулировании определяются с его характеристик. Пересчет характеристик центробежного насоса при изменении частоты вращения вала выполняется по классическим формулам подобия. Авторами разработаны модели для расчета параметров насоса при регулировании. В качестве примера результаты расчета для центробежного насоса типа НПВ 5000-120 вала электродвигателя от 1500 об/мин (номинал) до 800 об/мин с шагом 100 об/мин графически представлены на рис. 1.

На графике построены линии подобных режимов при постоянных внутренних КПД. При прогнозировании режима работы, кроме традиционных напорных характеристик, практический интерес могут представлять номограммы, являющиеся интерпретацией H-Q характеристик насоса и позволяющие быстро определить основные параметры работы основных и подпорных насосов - подачу (Q), напор (Н), мощность (N), в зависимости от частоты вращения вала (n) и частоты питающего тока (f). Номограммы подобного типа построены по соответствующим напорным характеристикам для насоса типа НПВ 5000-120 в диапазоне Q = 6000^1000 м3/час; n = 1500^800 об/мин; и f = 50-26 Гц. Кроме того, на графиках показаны линии постоянных расходов.

Первая из них (рис. 2) дает возможность определить параметры работы насоса ^ и Щ в зависимости от п и £ а именно (или наоборот).

Особенностью напорной характеристики данного насоса является наличие максимума и, следовательно, неоднозначность зависимости H-Q в пределах напоров для Q=0 и максимального.

Насосы с характеристикой такого типа могут работать неустойчиво, самопроизвольно изменяя расход. Этот режим хорошо определяется по номограмме (рис. 2).

Н,м

Рис. 1. Характеристика нефтяного подпорного насоса НВП 5000-120 с Дг=645 мм на воде р=1000 кг/м3, у=0,01 см2/с При изменении частоты вращения вала электродвигателя п=1500^800 об/мин с линиями постоянного КПД

При п= 1125 об/мин, когда насос, развивая напор 80 м, может самопроизвольно работать при подачах 1000 и 2000 м3/час. Для расходов более 2000 м3/час работа насоса является устойчивой при любых режимах.

Представленная на рис. 3 номограмма составлена в осях и и дает возможность определить требуемую мощность на валу насоса при работе на определенных Q и п а именно (или наоборот).

Схема работы с графиками показана на рис. 2 и 3 пунктирами и сплошными линиями со стрелками.

При частотном регулировании указанный метод расчета, представленный с использованием номограмм, достаточно просто может быть представлен в аналитическом виде и может быть использован для решения задач обратного типа, а именно определение частоты вращения вала электродвигателя и частоты питающего тока по требуемым значениям Q и H (или давления) насосной станции (например, как по первой монограмме (рис. 2) и соответствующей им мощности, требуемой на валу насоса, - по второй (рис. 3).

п, об/ ми 1

\ 1400

\ \\ зР

1300

\ и р<\

\ 1200 <> Ш №

Л Ъг

1100

1000 I

1

1 к 900 1

1

Я00 1

1

1 1

^ Гц 45 40 35 30 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Н, м

Рис. 2 . Номограмма для определения напора насоса типа 5000-120.

f ^и^Р^И

Рис. 3. Номограмма для определения мощности насоса типа НПВ 5000-120. ^и^Р^К Условные обозначения к рис. 2 и 3: f - промышленная частота тока, Гц; и - частота вращения вала электродвигателя, об/мин; р - подача, м3/час; Н - напор, м

Предлагаемый способ расчета, как и номограммы, обеспечит оперативность при выборе требуемого режима работы насосных станций, а метод в целом достаточно эффективен и прост с использованием разработанной двухступенчатой системы СНКНА.

На первой ступени, схема которой изображена на рис. 4, система производит сбор информации о параметрах насосного агрегата (ПНА) и режимах работы нефтепровода (РРН). Затем происходит сравнение имеющейся инфор-

мации и паспортных параметров с результатами расчета. Уже на этом этапе можно отследить некоторые возможные погрешности расчетов. Далее информация попадает в блок обработки информации, где система определяет вид технологической операции, режимы, динамику изменения свойств нефти и т.п. для правильного выбора математического аппарата. После этого информация попадает в блок уточняемых расчетов, откуда впоследствии, в блок хранения информации или в базу данных АСУ МН. На этом первый этап заканчивается.

Рис. 4. Схема первой ступени СНКНА

На втором этапе система (рис. 5), используя результаты обработки информации первого этапа, производит моделирование технологических операций и реальных режимов работы МН, для определения наиболее подходящего для данного режима алгоритма.

Рис. 5. Схема второй ступени СНКНА

Предложенная система в реальном времени определяет оптимальный ход процесса и работает в режиме диалогового советчика с оператором нефтеперекачивающей станции, постоянно уточняя и пересчитывая параметры и выбирая алгоритмы, находя самый эффективный.

Выводы

Результаты расчетов СНКНА могут быть использованы: для оценки энергетической эффективности регулирования, возможных потерь и рисков при каждой операции и выработке мер по оптимальному регулированию и непрерывному контролю режимов работы магистрального нефтепровода в целом при частотном регулировании насосного агрегата.

Применение системы СНКНА позволит повысить эффективность и надежность объекта в целом, достаточно легко интегрируется с любым программным обеспечением АСУ, т.к. в программировании использованы технологии DDE и ODBC. Система может работать как часть АСУ и таким же образом, как отдельный программный продукт.

Список литературы

1. Zemenkov Y., Zemenkova M., Gladenko A., Zakirov N. Monitoring of Phase Distribution when Controlling Safety of Transport Processes and Hydrocarbon Storage. MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 86. DOI: 10.1051/matecconf/20168604054.

2. Zemenkov Yu. D, Shalay V. V., Zemenkova M. Yu. Expert Systems of Multivariable Predictive Control of Oil and Gas Facilities Reliability. Procedia Engineering. 2015. Vol. 113. P. 312-315. Doi: 10.1016/j.proeng.2015.07.271.

3. Zemenkov Yu. D., Shalay V.V., Zemenkova M.Yu. Immediate Analyses and Calculation of Saturated Steam Pressure of Gas Condensates for Transportation Conditions. Procedia Engineering. 2015. Vol. 113 P. 254-258. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.07.330.

4. Шпилевой В. А., Курушина Е. В. Роль и оценка технической и экономической энергоэффективности добычи и транспорта нефти и газа Тюменского региона // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2008. № 1. С. 93-101.

5. Шпилевой В. А., Курушина Е. В. Управление энергоэффективностью коммунальной инфраструктуры на примере северных территорий тюменского района // Энергетика Тюменского региона. 2008. № 2. С. 42-46.

6. Земенкова М. Ю., Сероштанов И. В., Земенков Ю. Д., Воронин К. С. Система непрерывного контроля режимов работы при частотном регулировании насосного агрегата // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2015. 4 (50) С. 34-36.

7. Dmitriev A., Gerasimov V. To the issue of energy efficiency of using frequency-controlled centrifugal pump units // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 170. DOI: 10.1051/matecconf/201817003017.

УДК 681.586'3 :621

ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЕ ПЕЧАТНЫЕ ДАТЧИКИ ДЛЯ ГИБКИХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ И МЕХАНИЗМОВ

TENSO-RESISTIVE PRINTED SENSORS FOR FLEXIBLE ELEMENTS OF SYSTEMS AND MECHANISMS

А. П. Кондратов1, И. В. Нагорнова1, Л. Г. Варепо2

'Московский политехнический университет, г. Москва, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

A. P. Kondratov1, I. V. Nagornova1, L. G. Varepo2

'Moscow Polytechnic University, Moscow, Russia

2Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Представлены результаты испытания тензорезистивных датчиков, изготовленных печатным способом на двух типах нетканых материалов с использованием двух типов модифицированных проводящих красок, содержащих углеродные нанотрубки, сажу и графит, разработанных для таких гибких высоконагруженных и тянущихся элементов, как воздухоопорные структуры, амортизационные элементы и системы и механизмы робототехники. Установлена строгая зависимость электросопротивления и тензочувствительности от величины и диапазона деформаций растяжения для каждого типа нетканого материала и проводящих красок. Датчики, разработанные на нетканых материалах с нано-трубками, наилучшим образом подходят для измерения влажности воздуха и контроля деформаций в широком диапазоне относительного удлинения (0-80%) с разделением на 3 диапазона тензочувствительности от 0 до 10, 10-30 и 30-80% относительного удлинения. Было изучено влияние плотности нетканого материала, а также его предварительной термообработки и условий окружающей среды. Преимуществами таких датчиков относительно других доступных промышленно выпускаемых датчиков или известных прототипов являются низкая стоимость и простота эксплуатации. Датчики изготовлены с помощью трафаретной печати.

Ключевые слова: тензорезистор, нетканые материалы, печать, термообработка, проводящие краски, углеродные нанотрубки, диапазон тензочувствительности.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-2-21-28

I. Введение

Гибкие датчики - один из популярных выборов для робототехнических рук-манипуляторов, контроля амортизации, измерения давления в условиях потоков ветра, носимой электроники и т.п. благодаря их большей динамичности относительно жестких датчиков [1-7]. Согласно [1] использование таких датчиков для искусственного интеллекта и робототехники в последние несколько лет стало одной из приоритетных применений сенсоров в промышленном секторе.

Робототехническая рука-манипулятор может быть определена как любая механическая рука, функции которой программируются аналогично действиям человеческой руки. Робототехнические руки с характеристиками, основанные на различных длине, степенях свободы (движения) и т.д., доступны и используются в зависимости от их функциональности. Исполнение базовых тактильных задач подобно захвату, сбору, сварке и т.п. для ро-бототехнических рук анализируются датчиками, прикрепленными к руке в специальной позиции с возможностью мониторинга движения в реальном времени [1-4]. Таким образом, датчики растяжения должны быть высоко гибкими, растягиваемыми и совместимыми с материалом [2].