Патент ссср 153373

Патент ссср 153373

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

№ 153373

Класс 6 06d; 42d, 10

СССР

i ci co,вз)) я 1 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Под)гисная группа М 166

О. В. Тозони

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ ЗАЩИТНЫХ И БЛУЖДАЮЩИХ

ТОКОВ В ТРУБОПРОВОДНОЙ СЕТИ

Заявлено 23 апреля 1962 г. за ¹" 77512126-24 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Б)оллетене изобретений и товарных знаков» ¹ 5 за 1963 г.

Предлагается способ определения поля защитных и блуждающих токов в трубопроводной сети. По этому способу для определения мест коррозии трубопроводов и растворения их блуждающими токами раздельно моделируют цепной схемой поле токов, прилегающих к трубопроводу и линии железной дороги, а оставшуюся часть поля в неограниченном полупространстве моделируют полем тока в электролитической ванне. Поле токов в сложной сети трубопроводов и железнодорожных линий моделируют по участкам.

На фиг. I условно показано магнитное поле (семейство линий равного потенциала) для трубопровода; на фиг. 2 — то же, для линии железной дороги; на фиг. 3 — цепная схема; на фиг. 4 — разрез электролитической ванны

Поле тока в плоскости поперечного сечения длинного прямолинейного трубопровода 1 радиуса R, покрытого тонким слоем несовершенной изоляции и расположенного на глубине т от поверхности зем.ли, описывается потенциалом (ch 2d — cos2c) 1ch +1

U (x,у)=н In

Ф (ch 2 d+ cos 2 c) ch — 1

CL 2 by а (x+ b) - --;у где сК = — агс1)-.; с = — In

4 х- -- v - — b - 8 (х — b) - + ó -

Ко 153373 г а. Ь = V — R- к = const

m+s

m — Ь

U(r.,у) = к 1п (2) (хг + уг + n- — 2 ny) (хг- + y -1- n - + 2 ny) Линии равного потенциала этого поля при g>> 20n также мало отличаются от окружностей с центром на поверхности земли, посредине между рельсами (см. фиг. 2). Форма поля практически не будет зависеть от положения электровоза на линии. При движении электровоза картина поля в плоскости, нормальной к линии, не меняется. Изменяются лишь численные значения потенциала. Эта характерная особенность — независимость формы поля волизи трубы и железной дороги от положения источников, использована для построения модели.

Исследуемое поле разбивается на две части: трубопровод, изоляцию и близлежащий слой грунта (или рельсы и слой грунта), ограниченный поверхностью, образованной семейством линий равного потенциала, одинаково удаленных от оси трубы и .весь остальной грунт. Для каждой из этих частей поля построена своя модель. Обе модели соединены, чтобы дать решение всей задачи. Целью моделирования является определение напряжения на изоляции трубопровода. Поле вблизи трубы можно рассматривать как двухмерное в координатах, отсчитываемых вдоль оси трубы и вдоль любой линии тока.

Если принять, что часть тока, текущая по изоляции и грунту вдоль оси трубы, равна нулю (что весьма близко к действительности), то связь между потенциалом v0 íÿ поверхности трубы и потенциалом v> на поверхности выделенного слоя грунта будет иметь вид

НU оьо (оо "1 о 1 г (3) Здесь r,— сопротивление единицы длины трубы; g, — проводимость изоляции и выделенного слоя грунта, приходяшаяся на единицу длины трубы.

Формула" (1) выведена при условии, что падения потенциала вдоль трубы нет, поверхность изоляции эквипотенциальна и второй полюс источника э. д, с., подключенного к трубе, заземлен на неограниченно. большом расстоянии. Если снять все эти допущения и наложить условия, имеющие место в действительности, то есть считать, что вдоль трубы потенциал изменяется (хотя градиент его очень мал), заземленный полюс находится на конечном, но достаточно большом расстоянии от трубы, и трубопровод состоит из отдельных участков, соединенных между собой под различными углами. форма поля вблизи трубы в сечении, нормальном к ее оси, почти не изменяется, хотя значения потенциала в одинаковых точках различных сечений буду различны. Линии равного потенциала при у1) 20R мало отличаются от полуокружностей с центром на поверхности земли (см. фиг. 1). Картины поля различных сечений буду подобны друг другу. Изменится лишь поле вблизи точек излома и разветвления трубопровода, однако и в этих местах форма поля не будет зависеть от положения удаленных заземленных полюсов и может быть определена заранее.

Вблизи полотна железной дороги поле тока в грунте имеет ту же особенность, что и вблизи трубопровода. Если обозначить расстояние между рельсами 2 как 2п, то выражение для потенциала будет таким о 153373

Точно таким же будет уравнение, связывающее потенциал на рельсах железной дороги с потенциалом на поверхности выделенного слоя грунта. Уравнение (3) подобно уравнению длинной линии и потенциалы, входящие в него, моделируются распределением напряжений в цепной схеме, содержащей продольные сопротивления 8 (r) и поперечные проводимости 4(g). В остальной части грунта поле трехмерное, потенциал удовлетворяет уравнению Лапласа. Оно моделируется полем тока в ванне, заполненной проводящим составом, заменяющим грунт.

Таким образом, модель содержит две основные части — цепную схему и ванну, соединенные между собой так, чтобы на границе сочленения, соответствующей внешней поверхности выделенного слоя грунта, значения потенциала остались подобными действительным.

Потенциал v> на этой поверхности изменяется только вдоль оси трубы. Чтобы обеспечить такой характер изменения потенциала, граница сочленения сделана металлической, разрезанной на малые элементы одинаковой длины сечениями, нормальными к оси. Элементы изолированы друг от друга тонкими изоляционными прокладками (фиг. 3). К каждому элементу длиной l присоединена проводимость

g g l цепной схемы.

Линии равного потенциала, удаленные от оси трубы или рельс железной дороги на расстояние больше 10 м, имеют форму полуокружностей. Поэтому элементы для соединения обеих частеи модели изготовлены из отрезков металлической трубки. В ванне трубки погружены в проводящий соста в на половину их диаметра.

В месте разветвления труб форма элементов найдена из выражения для потенциала двух перекрещивающихся заряженных нитей

U(x, y, z) -- к 1п)/ (х —, у ) (х -1-г - ) -+ С

Отсюда уравнение боковой поверхности элементов будет

У вЂ” x или z= 1х- + Ф х (4) (5) где iz — глубина проводящего состава в ванне.

Так как размеры модели ограничены, поле сложной газопроводной сети большой протяженности сразу моделировать не удается. Модель позволяет моделировать поле сети по участкам. Она изготовлена так, что при моделировании в ней какого-либо участка учитывается влияние всей остальной газопроводной сети с окружающим ее грунтом.

Однако влияние источников, лежащих за пределами моделируемого участка, учесть нельзя и напряжение на изоляции приходится получать наложением напряжений, вызванных источниками каждого из участков в отдельности. В случае разветвленной сети сложной конфигурации это приводит к неооходимости моделировать поле каждого участка столько раз, на сколько участков разбита вся сеть.

Стенки ванны сделаны двухслойными. Внутренний слой б (фиг. 4) — изоляционный — толщиной b (b = 1 сл), внешний б — проводящий, металлический. Вся внутренняя поверхность ванны разбита на квадраты со стороной а (а=2 — 3 см). В центре каждого квадрата в изоляционном слое сделано отверстие диаметром d, определяемом по формуле № 153373

Проводящий состав представляет собой сплав парафина, газовой сажи и алюминиевого порошка в пропорции 13: 1: 0,5 соответственно.

Залитый в жидком состоянии в ванну проводящий состав заполняет все отверстия в изоляционном слое и электрически соединяет внутренний объем ванны с наружным металлическим кожухом. Формула (5) выведена из условия приближенного равенства совместной проводимости отверстий в стенках .ванны и прилегающего к ним переходного слоя и радиальной проводимости части бесконечного полупространства. внешней к объему ванны. По отношению к объему проводящего состава в ванне стенки будут эквивалентны всему остальному бесконечному полупространству при условии, что источники поля расположены только в ванне. При этом же условии все остальные ветви газопроводной сети, не вошедшие в моделируемый участок, можно заменить эквивалентными сопротивлениями R, соединяющими концы цепной схемы с поверхностью нулевого потенциала, роль которой выполняет наружный металлический кожух ванны.

Вторая часть модели — цепная схема — набрана из проволочных сопротивлений и смонтирована на специальном каркасе. Величина проводимостей g схемы, замещающих совместную проводимость изоляции и грунта, находится так:

Киз Кгп ъ з

@ra + Игр где g„,— ïðîâîäèìîñòb изоляции, приходящаяся на длину 1 трубы радиуса R; g, проводимость выделенного слоя грунта, г-,. r-,.Г>

Ьгр

/ а 2byl сй — arctg — + 1, 2 ур — Ь -

l,n а 2by, сй — arctg - — 1 ,г y, - — b -

Сопротивления R эквивалентные непоместившимся в модель участкам газопровода, можно либо приблихкенно рассчитать, заменяя газопровод длинной линией, разомкнутой на конце, либо непосредственно измерить, собрав на модели схему участка.

Узлы цепной схемы, замещающей электрофицированную железную дорогу, соединены с контактами шагового искателя, на вход которого включен источник тока. движение электровоза вдоль линии имитируется на модели последовательным переключением контактов шагового искателя.

Задачу решают так.

В соответствии с планом участка местности на поверхности проводящего состава вырезают канавки полукруглого сечения, в которые вплавляют предварительно нагретые элементы, замещающие трубопровод и железную дорогу, и присоединяют к ним проводимости цепных схем. Рассчитывают величину сопротивлений r и проводимостей g и устанавливают их на схеме в выбранном масштабе сопротивлений.

Вычисляют или измеряют сопротивления R, эквивалентные непоместившимся в модель участкам трубопровода и железной дороги, и вклю. чают их между соответствующими концами цепных схем и корпусом ванны. Источник тока, один конец которого включен на вход шагового искателя, присоединяют другим концом к узлам схемы замещения железной дороги, соответствующим точкам подключения тяговых под¹ 153373 станций. Устанавливают ток в источнике в выбранном масштабе пропорционально току, потребляемому электропоездом. После этого пускают шаговый искатель и измеряют напряжение U на проводимости g звена цепной схемы, замещающей трубопровод с изоляцией и слоем грунта. Зная величину проводимостей слоя грунта g, и изоляции д„,, вычисляют падение напряжения на соответствующем участке изоляции по формуле:

Проделав измерения на всех проводимостях и вычислив напряжения на изоляции, вычерчивают кривые распределения напряжения вдоль ветвей трубопровода. Форма кривых и величина их ординат позволяг найти участки трубопровода, подвергающиеся разрушению, и подобрать устройства для их защиты. Расположив станции катодной защиты и дренажи вдоль трубопровода, приступают к моделированию поля с учетом влияния защитных устройств.

Станциям катодной защиты на модели будут соответствовать источники тока, подключаемые к узлу цепной схемы замещения трубопровода и точке поверхности проводящего состава в ванне. соответствующей точке заземления. Дренажи моделируются соединительными проводами определенного сопротивления между узлами цепных схем.замещения трубопровода и железной дороги. Сделав все необходимые соединения на модели, приступают к новым изменениям и построению кривых распределения напряжений на изоляции. Если полученные результаты не удовлетворительны, выбирают новое расположение защитных устройств и повторяют моделирование до тех пор, пока не бу дет выбран оптимальный вариант защиты.

Таким образом, описываемый способ позволяет отыскать такое распределение устройств катодной защиты и дренажных кабелей, прп котором изменение напряжения на изоляции труб на протяжении всей сети ограничивалось бы заданными пределами.

Предмет изобретения

Способ определения поля защитных н блуждающих токов B трубопроводной сети, отличающийся тем, что. с целью определения мест коррозии трубопроводов и растворения их блуждающими токами, раздельно моделируют цепной схемой поле токов, прилегающих к трубопроводу и линии железной дороги, оставшуюся часть поля в неограниченном полупространстве моделируют полем тока в электролиты.еской ванне, а поле токов в сложной сети трубопроводов и >келезнодорожных линий моделируют по участкам.

2,"в $53373

Фиг. 2

Ф) г ) Составитель А. И. Хохлов

Годактор Кутафина

Техред А. А. Камын никова

Р;орректор И. А. Шпынева

Типография, пр. Сапунова, 2..ас". к нси. 18/Vl — 68 г Формат бум. 70 108 / I; Объем 0,52 пзд. л.

Зак, 1514/18 Тираж 1000 Цена 4 коп.

ИИР1П1 Государственног0 комитета по делам изобретений и открытий ССС1

Москва, Центр, пр. Серова, дом 4.