Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка автоматической системы непрерывного мониторинга технического состояния ответственного энергетического и трубопроводного оборудования по величине индивидуального расхода ресурса

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
мониторинг технического состояния, ресурс ,срок службы конструкции, нагрузки, накопление повреждений, напряжённое состояние, измерение напряжений, экстензометры.

Цель проекта:
Целью проекта является создание экспериментального образца автоматической системы мониторинга (АСМ) технического состояния ответственного энергетического и трубопроводного оборудования по величине индивидуального расхода ресурса. Прикладные научные исследования направлены на решение актуальной задачи повышения уровня безопасности и совершенствования технического обслуживания ответственного энергетического и трубопроводного оборудования, в частности оборудования тепловых и атомных электростанций, а также трубопроводного транспорта. Разрабатываемая АСМ будет базироваться на экспериментальных образцах измерительных приборов, изготовленных на основе датчиков из моносульфида самария (SmS), что обеспечит повышенную точность и расширенный диапазон измерений по сравнению с существующими системами.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта должны быть получены следующие результаты:
- разработана конструкторская документация и программное обеспечение для изготовления экспериментального образца датчика на основе SmS;
- изготовлены и испытаны экспериментальные образцы датчиков на основе SmS;
- разработана конструкторская документация экспериментального образца экстензометра, «розетки» экстензометров и средств их крепления;
- изготовлены и испытаны экспериментальные образцы экстензометра, «розетки» экстензометров и средств их крепления;
- разработана конструкторская документация измерительных приборов: зонда-приемника давления, датчика типа гидродинамических «весов» и термоанемометра;
- изготовлены и испытаны экспериментальные образцы измерительных приборов: зонда-приемника давления, датчика типа гидродинамических «весов» и термоанемометра;
- разработана и испытана система сбора и обработки данных для АСМ, а также разработано программное обеспечение для нее.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Разрабатываемые компоненты АСМ на базе датчиков на основе моносульфида самария предназначены для непрерывного мониторинга технического состояния наземных трубопроводов (водопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов) путем расчета израсходованного ресурса участка трубопровода по накопленным данным измеренных относительных деформаций, а по измеряемым величинам полного давления и скоростного напора потока в трубопроводе - для своевременного обнаружения утечки. Результаты прикладных научных исследований и экспериментальных разработок будут способствовать повышению уровня безопасности и технического обслуживания ответственного энергетического и трубопроводного оборудования.

2. Согласно проведенным патентным исследованиям, на 1 этапе ПНИЭР в настоящее время отсутствуют патенты и другие охранные документы по автоматическим системам мониторинга трубопроводного оборудования по величине индивидуального расхода ресурса. Таким образом, по настоящее время обеспечивается патентная чистота результатов проводимого исследования и отсутствие препятствий в Российской Федерации и зарубежных странах для реализации объекта разработки.

3. На сегодняшний день разработаны и находятся в эксплуатации несколько систем мониторинга технического состояния оборудования тепловых и атомных электростанций (ТЭС, АЭС), а так же оборудования трубопроводного транспорта (ТТ), в которых используются различные методы неразрушающего контроля, однако, эти системы предназначены для поиска уже образовавшихся дефектов и повреждений. Аналогов разрабатываемой системы мониторинга в зарубежных странах не обнаружено.

4. Все разрабатываемые компоненты АСМ разрабатываются и проектируются с использованием современных программных продуктов моделирования (ANSYS) и проектирования (SolidWorks).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разработанная в ходе выполнения ПНИЭР автоматическая система мониторинга и ее составные части могут применяться для наземных трубопроводов (водопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов), а также для энергетического оборудования тепловых и атомных электростанций.

2. Внедрение результатов ПНИЭР предполагает создание производственного участка изготовления датчиков на основе моносульфида самария, экстензометров и «розеток» экстензометров, зондов давления, термоанемометров, датчиков типа гидродинамических «весов» и системы сбора и обработки данных, автоматической системы непрерывного мониторинга технического состояния на территории Индустриального партнера Проекта.
Объем предполагаемой выручки от реализации продукции (датчиков на основе моносульфида самария, экстензометров и «розеток» экстензометров, зондов давления, термоанемометров, датчиков типа гидродинамических «весов» и автоматической системы непрерывного мониторинга технического состояния), освоенной по результатам ПНИЭР, на основании проведенных маркетинговых исследований составит по годам:
в 2019 году 500 000 (Пятьсот тысяч) рублей;
в 2020 году 1 500 000 (Один миллион пятьсот тысяч) рублей;
в 2021 году 10 000 000 (Десять миллионов) рублей;
в 2022 году 50 000 000 (Пятьдесят миллионов) рублей;
в 2023 году 100 000 000 (Сто миллионов) рублей;
в 2024 году 140 000 000 (Сто сорок миллионов) рублей.

3. Метод прогнозирования текущего технического состояния наземных трубопроводов по величине израсходованного ресурса позволит предупреждать аварийные ситуации, что, в свою очередь, способствует повышению надежности и безопасности эксплуатации трубопроводов, уменьшению техногенного воздействия на окружающую среду.

4. Результаты ПНИЭР будут способствовать повышению уровня безопасности и технического обслуживания наземных трубопроводов, а также ответственного энергетического оборудования тепловых и атомных электростанций, что благоприятно отразится на развитии энергетической инфраструктуры страны.

Текущие результаты проекта:
На базе аналитического обзора проблематики разработки ACM по величине индивидуального расхода ресурса и патентных исследований выполнено обоснование и выбор направления исследований проекта. Разработаны комплекты программной и конструкторской документации и изготовлены экспериментальные образцы датчиков на основе моносульфида самария, экстензометры, «розетки» экстензометров и средства крепления. Разработаны программы и методики исследовательских испытаний: программного обеспечения для изготовления экспериментального образца датчика на основе моносульфида самария, экспериментального образца экстензометра, «розетки» экстензометров и средств их крепления. На основе разработанных программ и методик исследовательских испытаний проведены исследовательские испытания программного обеспечения, экспериментальных образцов датчиков на основе моносульфида самария, экстензометров, «розеток» экстензометров и средств крепления.

На втором этапе ПНИЭР разработаны и изготовлены экспериментальные образцы датчиков на основе моносульфида самария, которые обладают высоким коэффициентом тензочувствительности (средний коэффициент тензочувствительности составил 31,3), что позволяет сконструировать и изготовить измерительные приборы с высокой чувствительностью. Исследовательские испытания экспериментальных образцов экстензометров обладают рабочим диапазоном температур – от минус 50 до плюс 120 °С. Созданные в ANSYS модели позволили рассчитать конструкцию экспериментального образца экстензометра, «розетки» экстензоментра и средств крепления.

Разработан технологический процесс изготовления порошка моносульфида самария, а также программное обеспечение функционирования вакуумной установки по напылению тонких пленок из различных материалов. Проработан процесс нанесения слоев при изготовлении датчиков на основе моносульфида самария и проведены исследования по выбору материала для нанесения контактов. Использованная при изготовлении датчиков на основе моносульфида самария методика нанесения слоев уменьшает вероятность контакта моносульфида самария с кислородом атмосферы, что в свою очередь увеличивает коэффициент тензочувствительности датчиков.

Экспериментальные результаты, полученные в ходе исследовательских испытаний экспериментальных образцов датчиков на основе моносульфида самария, полностью соответствуют требованиям технического задания. Результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов экстензометров показали, что диапазон относительной деформации составляет от 6,5*10-6 до 2,5*10-3.

Изготовление датчиков на основе моносульфида самария производилось на модернизированной для этих целей установке вакуумного напыления, при изготовлении экспериментальных образцов экстензометров, «розеток» экстензометров и средств крепления использовался высокоточный фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ. Конструкция датчика, экстензометра, «розетки» экстензометров и средств крепления прорабатывалась с использованием программного пакета ANSYS, который является общепризнанным мировым стандартом в области моделирования.