XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Строительство и обслуживание нефтепроводов в значительной степени зависят от специализированных транспортных средств, предназначенных для решения уникальных проблем этой отрасли. Эти транспортные средства играют жизненно важную роль в обеспечении эффективного и безопасного транспортировки нефти, одновременно смягчая потенциальные риски окружающей среды.
Контроль качества сварных соединений в нефтепроводе имеет
решающее значение для обеспечения безопасной и надежной работы. В то время как традиционные методы, такие как визуальный осмотр и рентгенографическое тестирование, широко используются, несколько аналогичных методов обеспечивают дополнительные слои гарантии и понимания.
Существует множетсво методов проверки нефтепровода. Новые методики и способы сваривание труб, но это не исключает того факта, что нефтепровод приходит в непригодность.
Для исследования этой темы мы побывали на экскурсии в Тюменском филиале компании «Роснефть», там же пообщались с эксператами. В результате наших исследований мы выявили проблему: контроль качества сварный соединнений нефтепровода. Нефтепровод состоит из труб, котрые приходят в непригодность по истечению времени или погодных условий, иногда люди не замечают этого сразу, что приводит в печальным последствиям. Поэтому встает вопрос: как следить за таким огромным соединением нефтепровода?
Изучив этот вопрос мы пришли к решению: создать робота, который будет передвигаться по трубам и в случае половки сообщать об этом.
Цель: нашего исследования проанализировать эффективность использования робот контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Задачи:
- изучить характеристики нефтепровода
- рассмотреть аналоги робота контроля качества сварных соединений нефтепровода
- создать модель робота контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
- проанализировать эффективность использования робота контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Глава 1. Теоретическое обоснование создания робот контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
1.1 Характеристики нефтепровода
Нефтепрово́д — инженерно-техническое сооружение трубопроводного транспорта, предназначенное для транспортировки нефти потребителю. Различают магистральные и промысловые нефтепроводы. [1]
В настоящее время крупнейшей в мире системой нефтепроводов располагает Россия, в лице государственной компании—оператора «Транснефть» и её дочерних компаний. Длина сети нефтепроводов составляет 76 388 км (на 2020 год).
Нефтяные трубопроводы являются критической инфраструктурой для транспортировки сырой нефти и рафинированных нефтяных продуктов на большие расстояния. Они характеризуются:
1. Длина и пропускная способность. Трубопроводы могут варьироваться от коротких расстояний для местного распределения до тысяч километров для межгосударственного или международного транспорта. Они могут нести значительные объемы нефти, от сотен тысяч до миллионов баррелей в день.
2. Дизайн и материалы. Сталь является наиболее распространенным материалом, с различными оценками, используемыми на основе диаметра, давления и условий окружающей среды. Другие материалы включают пластик, бетон и композиты.
Диаметр. Диаметр варьируется в зависимости от транспортируемого объема. Большие диаметры используются для линий стволов на дальние расстояния, в то время как для локального распределения используются меньшие диаметры.
Толщина стенки. Толщина стенки определяется внутренним давлением, прочностью материала и требованиями безопасности.
Покрытие. Трубопроводы часто покрывают защитными материалами, такими как полиэтилен или эпоксидная смола для предотвращения коррозии и повреждения окружающей среды.
3. Воздействие на окружающую среду.
Разливки нефти. Утечка вызывает серьезную проблему, что может нанести ущерб окружающей среде.
Земля. Трубопроводы занимают значительные земельные участки, влияющие на экосистемы и местные общины.
Строительства. Эти транспортные средства построены для выдержания суровых условий и тяжелых грузов.
Специализированное оборудование. Они оснащены конкретными инструментами и вложениями для задач, связанных с трубопроводом. [1]
1.2 Аналоги робота контроля качества сварных соединений нефтепровода
Контроль качества сварных суставов в нефтяных трубопроводах имеет решающее значение для обеспечения безопасной и надежной работы.В то время как традиционные методы, такие как визуальный осмотр и рентгенографическое тестирование, широко используются, несколько аналогичных методов обеспечивают дополнительные слои гарантии и понимания. Вот некоторые примеры:
1.Методы неразрушающего тестирования (NDT):
- Ультразвуковое тестирование (UT). Этот метод использует звуковые волны для обнаружения внутренних недостатков, таких как трещины, пустоты или отсутствие слияния. UT очень чувствителен и может предоставить подробную информацию о размере, форме и расположении дефектов.
- Тестирование вихревого тока (ect) В этом методе используются электромагнитные поля для обнаружения недостатков поверхности и изменений в свойствах материала.ECT особенно полезен для обнаружения трещин и коррозии в зоне сварки.
2.Усовершенствованная визуализация и анализ.
- Цифровая рентгенография (DR). DR использует цифровые датчики для сбора и обработки рентгеновских изображений, предлагая преимущества, такие как более высокое разрешение, улучшение контраста и более быструю обработку по сравнению с обычной рентгенографией пленки.
- Компьютерная томография (CT) Сканирование. CT создает 3D-изображения зоны сварки, принимая несколько рентгеновских изображений с разных сторон.Это позволяет провести подробный анализ внутренней структуры сварного шва и идентификации дефектов даже в рамках сложных геометрий.
-Лазерная проверка. Технологии сказания и профилинги лазера использование для создания точных трехмерных моделей геометрии сварки и идентификации поверхностных дефектов.Эти методы могут быть особенно полезны для мониторинга формирования сварного шва и проверки точности размеров.
3.Отдаленный мониторинг и проверка.
- Удаленный визуальный осмотр (RVI). Системы RVI Используют камеры и другие устройства визуализации для обеспечения живых или записанных кадров сварной площади.Это обеспечивает удаленную проверку сварных швов в опасных или недоступных местах.
- Роботизированные проверки. Автоматизированные роботы, оснащенные датчиками NDT и камер, могут быть развернуты для проверки сварных швов более быстрым, более эффективным и более безопасным образом.Это может значительно улучшить скорости и надежность контроля.
4. Усовершенствованные методы производства сварки.
- Автоматизированные процессы сварки. Роботизированные сварки могут быть запрограммированы на создание очень последовательных и повторяющихся сварных швов, минимизируя риск человеческой ошибки.
- Лазерная сварка. Лазерная сварка - это точная и эффективная техника, которая может производить высококачественные сварные швы с минимальным тепловым вводом. [5]
Глава 2. Модель робота контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
2.1 Конструкция модели робота контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
Для создания робота контроля качества сварных соединений нефтепровода мы выбрали конструкторский набор LEGO WeDo 2.0, так как он прост в эксплуатации и имеет множество интересных возможностей. [1]
В основе нашего робота используется мотор, который выполняет сразу несколько функций. С помощью ременной передачи мотор приводит в действие колеса. За счет этого робот начинает передвигаться по трубе. Также от мотора работает червячная передача. С помощью нее робот исследует трубу. Все это закреплено на осевые передачи (Приложение, Рисунок 2.1.1) [3]
Поиск неисправности осуществляется за счет датчика расстояния, как только робот обнаруживает неисправность издается сирена, оповещая людей.
2.2 Управление моделью робота контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
Управление роботом контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGO WeDo 2.0, обеспечивается при помощи программного обеспечения LEGO WeDo 2.0. [2]
Робот начинает работать от датчика наклона, когда он наклонен вперед робот начинает двигаться прямо по трубе. Датчик расстояния отвечает за поиск неисправностей. Когда неисправность обнаружена, издается звук сирены, оповещая людей. (Приложение, Рисунок 2.1.2)
Если на исследуемом участки трубы неисправности не найдено, необходимо наклонить датчик назад, и робот поедет, еще раз проверяя участков. Это исключает ошибку датчика и гарантирует работу робота. (Приложение, Рисунок 2.1.3)
2.3 Демонстрация возможностей модели робота контроля качества сварных соединений нефтепровода на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
Наш робот контроля качества сварных соединений нефтепровода создан для того, чтобы следить за состоянием труб. Чем облегчит работу нефтяникам.
Робот за счет оснащения датчиками будет сам проводить анализ швов нефтепровода и в случае поломки сообщать об этом с помощью звукового сигнала.
Также наш робот будет полезен в экологическом плане, если робот будет сразу обнаруживать поломку, это сократит случае аварийных ситуаций.
При использование нашего робота сократиться риск сократятся риски для жизни нефтяников, они не будут проверять трубы самостоятельно.
В феврале этого года наша команда участвовала в соревнование «Лига исследований», где мы представляли наш проект. Мы пообщались с экспертами, которые положительно высказались о нашей идеи. Наша команда одержала победу в номинации «За тягу к знаниям».
Заключение
Нефтепрово́д — инженерно-техническое сооружение трубопроводного транспорта, предназначенное для транспортировки нефти потребителю. Различают магистральные и промысловые нефтепроводы.
Контроль качества сварных соединений в нефтепроводе имеет
решающее значение для обеспечения безопасной и надежной работы. В то время как традиционные методы, такие как визуальный осмотр и рентгенографическое тестирование, широко используются, несколько аналогичных методов обеспечивают дополнительные слои гарантии и понимания.
Существует множетсво методов проверки нефтепровода. Новые методики и способы сваривание труб, но это не исключает того факта, что нефтепровод приходит в непригодность.
Для исследования этой темы мы побывали на экскурсии в Тюменском филиале компании «Роснефть», там же пообщались с эксператами. В результате наших исследований мы выявили проблему: контроль качества сварный соединнений нефтепровода.
Наше решение – это робот для контроля качества сварных соединений на базе конструктора LEGO WeDo 2.0, котрый оснащен датчиками для сканирования труб, в случае поломки робот издает звуковой сигнал.
В феврале этого года наша команда участвовала в соревнование «Лига исследований», где мы представляли наш проект. Мы пообщались с экспертами, которые положительно высказались о нашей идеи. Наша команда одержала победу в номинации «За тягу к знаниям».
Наша работа может быть использована на уроках робототехники и внеклассных мероприятиях.
Список литературы
1. Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
2. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
3.«LEGO удивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г
4.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%84%D1%82%D0%B5%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4
5. https://gcesp.ru/blog/kontrol-kachestva-svarki
Приложение
Рисунок 2.1.2
Рисунок 2.1.1
Рисунок 2.1.2