УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО ТРУБОПРОВОДА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЛОСКОСТЯХ

Полезная модель относится к гидроакустическим средствам определения положения и глубины залегания подводных трубопроводов.
Добыча нефти и газа на шельфе морей России, доставка нефтегазопродуктов через реки и через участки моря, например, в Германию, приводит к необходимости прокладывать по дну в траншеях (дюкерах) и безтраншейным способом сотни километров нефтегазопроводов. Стоимость ремонтов подводных переходов иногда превышает стоимость их строительства. Кроме того, аварийные ситуации могут привести к экологической катастрофе. Поэтому необходимо регулярное обследование и диагностирование подводных переходов нефтегазопроводов, в частности, проверка их положения. Известно устройство обследования трубопроводов в виде штыря, с помощью которого водолазы «ощупывают» трубопровод [В.И.Добринский и др. Аппаратно-программный комплекс для обследования подводных переходов нефтегазопроводов. IV международная конференция, АПЭП-98].
Это устройство требует использования дорогостоящего оборудования для обеспечения водолазных работ. Оно малоэффективно из-за очень плохой видимости в воде и больших придонных скоростей. Метод штыревания не пригоден для больших глубин. Удары штырем повреждают гидроизоляцию трубопроводов, что ускоряет процесс их коррозии.
Известны магнетометры и феррозонды, используемые для поиска и определения местоположения подводных трубопроводов [А.С. ССР №1670647].
Недостатком этих устройств является необходимость использования специальных буксируемых контейнеров для магнетометров и феррозондов. Кроме того, при определенных условиях из-за образования «теневой» зоны невозможно обнаружить аварийные участки.
Известен аппаратно-программный комплекс для обследования подводных переходов нефтегазопроводов, созданный Институтом вычислительной математики Сибирского отделения РАН г.Новосибирск и проектным институтом строительства и реконструкции объектов нефти и газа г.Омск [IV международная конференция, АПЭП-98],
и содержащий геопрофилограф, цифровой эхолот, гидролокатор бокового обзора, электромагнитный трасоискатель, газоанализатор, геодезическую спутниковую систему GPS.
Недостатком этого комплекса является неустойчивая работа геопрофилографа и снижение эффективности комплекса на мелководье.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой системе является «Малогабаритный параметрический гидроакустический комплекс «Trfssa», разработанный заводом «Прибой» (г.Таганрог, ул. Большая бульварная, д. 13). Комплекс «Trfssa» содержит тракты параметрического излучения и приема с использованием нелинейного взаимодействия акустических волн при их распространении в водной среде. [Технологическое описание комплекса «Trfssa»].
Недостатком устройства -прототипа в виде комплекса «Trfssa» является недостаточная достоверность его информации для изогнутых трубопроводов, когда отраженный эхосигнал не всегда попадает на приемную антенну эхолота. Кроме того используется сложный панорамный эхолот, требующий стационарную установку на судне.
Задачей полезной модели является упрощение устройства определения положения подводного трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях с тем, чтобы сделать его переносным, не требующим специального переоборудования судна для его установки.
Устройство определения положения подводного трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях также как и устройство-прототип содержит радиоустройство спутниковой ориентации в акватории.
В устройство введен тракт излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени, гидроакустически связанные с ним последовательно соединенные тракты приема гидроакустических сигналов, прибор вычисления расстояний, электронная карта расположения трубопровода, а выход радиоустройства спутниковой ориентации в акватории соединен со входами прибора вычисления расстояния тракта излучения гидроакустических сигналов и электронной картой расположения трубопровода.
Тракт излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени содержит
последовательно соединенные генератор импульсных сигналов, переключатель и два излучателя, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходом переключателя, также содержит систему единого времени, связанную с генератором излучения импульсных сигналов и через радиоканал связанную с прибором вычисления расстояний, также содержит блок спутниковой ориентации, связанный с радиосистемой спутниковой ориентации.
1
2
В другом исполнении тракт излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени содержит два параллельных тракта из последовательно соединенных генераторов импульсных сигналов на частоты f и f соответственно и гидроакустических излучателей, также содержит систему единого времени, связанную с генераторами импульсных сигналов и прибором вычисления расстояний, также содержит блок спутниковой ориентации, связанный с радиосистемой спутниковой ориентации.
1
2
Гидроакустические излучатели выполнены всенаправленными. Частоты f и f раздвинуты между собой , где τ - длительность импульса.
Длительность импульса , где l - минимальное расстояние между излучателем и приемником, с - скорость звука.
Тракт приема гидроакустических сигналов содержит параллельно соединенные n схем из последовательно соединенных гидроакустических приемников, n усилителей, n блоков передачи по кабелю, кабель связи, входы в который соединены с n выходами блоков передачи по кабелю, а выход соединен с входом прибора вычисления расстояния.
Техническим результатом полезной модели является упрощение устройства и реализация возможности выполнить его переносным, устанавливаемом либо на катере либо на льду.
На фиг.1 приведена блок схема устройства определения положения трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
На фиг.2 приведена блок схема тракта излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени.
На фиг.3 приведено другое исполнение тракта излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени.
На фиг.4 приведена блок схема тракта приема гидроакустических сигналов.
На фиг.5 приведено пояснение к алгоритму работы прибора вычисления расстояния.
Устройство определения положения трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях содержит тракт излучения 1, гидроакустически связанные с ним последовательно соединенные тракт приема гидроакустических сигналов 2, прибор вычисления расстояния 3, второй вход которого связан с трактом 1, электронную карту расположения трубопровода 4, также содержит радиоустройство спутниковой ориентации 5, выходы которого соединены с блоками 1, 3, 4 (фиг.1).
Тракт излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени 1 содержит последовательно соединенные генератор импульсных сигналов 6, переключатель 1, первый гидроакустический излучатель 8.1 и второй гидроакустический излучатель 8.2, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя 7, также содержит систему единого времени 9, связанную с генератором импульсных сигналов 6 и через радиоканал 10 с прибором вычисления расстояния 3, также содержит блок спутниковой ориентации 11, связанный с радиосистемой спутниковой ориентации 5 (фиг.2).
1
2
В другом исполнении тракта излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени 1 содержит два тракта из последовательно соединенных генераторов импульсов 12.1 и 12.2 и первый и второй гидроакустические излучатели 8.1 и 8.2 на частоты f и f соответственно, также содержит систему единого времени 9, соединенную с генераторами 12.1 12.2 и через радиоканал 10 с прибором вычисления расстояния 3, также содержит блок спутниковой ориентации 11, связанный с радиосистемой спутниковой ориентации 5(фиг.3).
Тракт приема гидроакустических сигналов 2 содержит параллельно соединенные n каналов из последовательно соединенных установленных на трубопроводе гидроакустических приемников 13.1, 13.2,..., 13.n, усилителей 14.1, 14.2,...14.n, блоков передачи по кабелю 15.1, 15.2,...15.n, также содержит кабель связи16, соединенный с входами блоков передачи по кабелю 15.1,
15.2,...,15.n и с прибором вычисления расстояния 3(фиг.4).
Устройство определения положения трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях работает следующим образом (фиг.1)
Тракт излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени 1 излучает два гидроакустических сигнала с помощью излучателей 8.1 и 8.2, расположенных на разной известной высоте по вертикали. Это излучение синхронизировано с работой прибора вычисления расстояния 3.
Гидроакустические сигналы принимаются трактом приема гидроакустических сигналов из n приемников , в частности на i-том гидроакустическом приемнике 13.i. По пробегу импульсов вычисляются в приборе 3 расстояния между i-тым приемником и излучателями 8.1 и 8.2. По известному положению тракта излучения 1 с помощью радиоустройства спутниковой ориентации 5 определяется положение i-того приемника. Оно заносится на электронную карту расположения трубопровода 4.
Тракт излучения гидроакустических сигналов 1 работает следующим образом.
1
2
С помощью генератора импульсных сигналов 6 либо поочередно с помощью переключателя 7 и излучатели 8.1 и 8.2 создают импульсные гидроакустические сигналы (фиг.2), либо с помощью генераторов 12.1 и 12.2 и излучателей 8.1 и 8.2 одновременно создаются гидроакустические сигналы на двух разных частотах f и f (фиг.3)
Излучение во времени синхронизировано с приемом с помощью системы единого времени 9, передающей системы синхронизации через радиоканал 10 на прибор вычисления расстояния 3.
Блок спутниковой ориентации 11 обеспечивает с помощью радиоустройства спутниковой ориентации 5 географические координаты положения излучателей 8.1 и 8.2 в пространстве.
Тракт приема гидроакустических сигналов 2 с помощью гидроакустических приемников 13.1, 13.2,...,13.n обеспечивает преобразование акустических импульсов в электрические сигналы, которые усиливаются в усилителях 14.1, 14.2,...,14.n, с помощью блоков передачи по кабелю 15.1, 15.2,...,15.n, и помощью кабеля связи 16 передается на прибор вычисления расстояния 3, если применен оптоволоконный кабель связи 16, то в блоках
15.1, 15.2,...,15.n электрические сигналы преобразуются в оптические сигналы (фиг.4).
1
2
i
1
2
Алгоритм работы полезной модели реализуется следующим образом (фиг.5). Расстояния D и D между излучателями 8.1 и 8.2 и i-тым гидроакустическим приемником 13 определяется по временам t и t пробега импульса, измеряемого в системе единого времени.
1
1
D=ct,
2
2
D=ct,
где с - скорость расположения звука в морской среде.
1
1
Вертикальное положение h трубопровода относительно уровня моря и расстояния d между известной географические координаты тракта излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени находится из решения системы уравнений
Из которой следует, что
i
Данные о вертикальном положении h точки i на трубопроводе и по географическому положению по данным радиоустройства спутниковой ориентации 5 и по расстоянию d в горизонтальной плоскости заносят на электронную карту положения трубопровода. Эту операцию осуществляют для всех  приемников, расположенных на трубопроводе.
Построение приемного тракта 2, тракта излучения гидроакустических сигналов и синхронизации в едином времени известно из практики гидроакустики.
Прибор расстояния и электронная карта расположения трубопровода 4 выполняется на базе цифровой техники.
В качестве радиоустройства спутниковой ориентации 5 может использоваться геодезическая спутниковая система GPS, обеспечивающая определения положения с точностью 0,5-1 м.