Том 337 № 3 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/3/5458
Устройство мониторинга магистрали нефтегазовых трубопроводов на основе БПЛА со снижением вибраций приводных двигателей за счет применения твердотельных демпферов
Актуальность. Своевременное получение информации о техническом состоянии трубопроводов играет ключевую роль для обеспечения их надежной эксплуатации. Эта задача может быть выполнена с использованием беспилотных устройств мониторинга. В зависимости от поставленных задач данные устройства могут выполнять фото- и видеосъемку контролируемых объектов, замеры радиационного фона и прочее. Благодаря мобильности и возможности работы в труднодоступных и опасных зонах такие устройства существенно ускоряют процесс мониторинга состояния объектов и повышают безопасность работ по сравнению с традиционными методами. В состав бортового оборудования устройств мониторинга входят оптические приборы, которым в зависимости от текущей задачи необходимо выполнять фото-видеосъемку. Однако вибрация от электромеханических устройств (приводных двигателей), возникающая на борту устройств мониторинга, вносит погрешность в измерения при выполнении полетного задания. В результате вибрация электромеханических устройств мониторинга влияет на качество и точность измеряемых данных, а следовательно – на результирующую информацию о техническом состоянии трубопровода. Причиной возникновения вибрации является технический принцип работы шарикоподшипников, а также совпадение рабочей частоты устройства с собственной частотой элементов конструкции устройств мониторинга. Поскольку полностью устранить виброактивность электромеханических устройств технически невозможно, актуальной задачей научных исследований становится разработка демпфирующего устройства. Это позволит снизить виброактивность электромеханических устройств и минимизировать воздействие вибрации на средства измерения, установленные в устройствах мониторинга. В настоящей работе рассматривается актуальная проблема снижения виброактивности на борту устройств мониторинга магистрали нефтегазовых трубопроводов. Объектом исследования является ячеистый твердотельный демпфер, изготовленный аддитивным методом. Цель: разработать конструкцию макета твердотельного демпфера на основе ячеистой структуры и оценить эффективность его применения для снижения уровня виброактивности на борту устройства мониторинга магистрали нефтегазовых трубопроводов. Методы: современные подходы вибродиагностики, методы вычислительной математики и применение современных средств измерения вибрации. Результаты исследования показали возможность создания твердотельного демпфера на основе ячеистой структуры из полимерного стеклонаполненного композита. Устройство снижает амплитуду вибрации от электромеханических устройств более чем в два раза в диапазоне рабочих частот вращения двигателей.
Для цитирования: Устройство мониторинга магистрали нефтегазовых трубопроводов на основе БПЛА со снижением вибраций приводных двигателей за счет применения твердотельных демпферов. Д.В. Ермаков, Д.А. Дерусова, В.Ю. Шпильной, А.Н. Гаврилин, А.П. Ли. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2026, Т. 337, № 3, С. 111-119. https://doi.org/10.18799/24131830/2026/3/5458
Ключевые слова:
нефтегазовый трубопровод, мониторинг, виброактивность, вибродиагностика, твердотельный демпфер, беспилотный летательный аппарат
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Марков Н.Г., Мачука К. Модели и методы глубокого обучения для решения задач дистанционного мониторинга лесных ресурсов. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2024, Т. 335, № 6, С. 55–74. DOI: 10.18799/24131830/2024/6/4600.
2. Наледи в бассейне р. Уды (Западное Забайкалье): особенности современного распространения и возможности использования. В.Н. Черных, Б.З. Цыдыпов, Б.В. Содномов, А.А. Аюржанаев, М.А. Жарникова, Б.О. Гуржапов, Е.Ж. Гармаев. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2024, Т. 335, № 8, С. 161–173. DOI: 10.18799/24131830/2024/8/4432.
3. Негативное воздействие вибрации на технологические трубопроводы компрессорной станции с электроприводными газоперекачивающими агрегатами. А.С. Шредер, О.А. Курасов, П.В. Бурков, А.Н. Гаврилин, Д.В. Ермаков. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2024, Т. 335, № 10, С. 167–177. DOI: 10.18799/24131830/2024/10/4729.
4. Селиванов В.В. О механических свойствах высокопористых алюминиевых сплавов. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4, Ч. 4, С. 1760–1762.
5. Ковалёв В.К. Причины вибрации газоперекачивающих агрегатов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2014. – № 2. – С. 23–27.
6. Журавлев В.Ф., Бальмонт В.Б. Механика шарикоподшипников гироскопов. под ред. Д.М. Климова. М.: Машиностроение, 1985. 271 с.
7. Идентификация параметров механической системы на примере вибрационного электромеханического преобразователя энергии. А.С. Глазырин, В.В. Тимошкин, С.В. Цурпал, Т.А. Глазырина. Известия Томского политехнического университета, 2010, Т. 316, № 4, С. 174–177.
8. Оптимизация порядка редуцированной динамической модели ненагруженного нефтепогружного кабеля на основе аппроксимации амплитудно-частотной характеристики. А.С. Глазырин, Ю.Н. Исаев, С.Н. Кладиев, А.П. Леонов, И.В. Раков, С.В. Колесников, С.В. Ланграф, А.А. Филипас, В.А. Копырин, Р.Н. Хамитов, В.З. Ковалев. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2021, Т. 332, № 9, С. 154–167. DOI: 10.18799/24131830/2021/9/3365
9. Madhu H.C., Satish V. Kailas exploring damping behavior of novel polymer-derived aluminum alloy foam. Materials Letters, 2024, Vol. 357, Article number 135758.
10. Исследование демпфирующих свойств алюминиевого сплава Д16 для снижения виброактивности электромеханического устройства системы жизнеобеспечения нефтегазовых станций. А.Н. Гаврилин, В.С. Дмитриев, Д.В. Ермаков, Д.А. Дерусова, Р.К. Беликов. Известия томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2025, Т. 336, № 3, С. 163–169. DOI: 10.18799/24131830/2025/3/4999.
11. Lightweight open cell aluminum foam for superior mechanical and electromagnetic interference shielding properties. R. Kumar, H. Jain, S. Sriram, A. Chaudhary, A. Khare, V.A.N. Ch, D.P. Mondal. Mater. Chem. Phys., 2020, Vol. 40, 122274. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.122274
12. Research on dynamic accumulation effect and constitutive model of aluminum foams under dynamic impact. H. Gao, C. Xiong, J. Yin, H. Deng. Int. Metalcas., 2019, Vol. 13, P. 146–157. DOI: 10.1007/s40962-018-0245-0.
13. Stress-strain states and energy absorption in open-cell aluminium foams under hypervelocity impact. S. Zhao, X. Zhang, R. Wang, R. Li. Composite Structures, 2023, Vol. 313, 116885. DOI: 10.1016/j.compstruct.2023.116885
14. Energy-absorption analyses of grooved Al-sheet stacks using modified split Hopkinson pressure bar. S. Kim, H. Kang, M. Kim, K. Kim, J. Lee, H. Cheong, H. Kim, S. Lee. Materials Science and Engineering: A., 2023, Vol. 886, 145721. DOI: 10.1016/j.msea.2023.145721.
15. Radio communication channel characteristics estimation in the marine environment. A. F. Lukin, A. K. Tomilin, A. N. Gulkov, K. A. Krems. Technical Physics, 2024, Vol. 69 (4), P. 945–949. DOI: 10.1134/S106378422403023X.
16. Томилин А.К., Коноваленко Ив.С., Коноваленко Иг.С. Нелинейные колебания токонесущей струны в магнитном поле. Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, 2024, № 87, С. 163–174. DOI: 10.17223/19988621/87/13.
17. Analyses of impact energy-absorbing performance of open- and closed-cell Al foams using modified split Hopkinson pressure bar. S. Kim, D. Kim, M. Kim, K. Kim, J. Lee, J. Lee, H. Cheong, H. Kim, S. Lee. Journal of Alloys and Compounds, 2023, Vol. 965, 171349. DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.171349
18. Бутарович Д.О., Смирнов А.А., Рябов Д.М. Пеноалюминий как энергопоглощающий материал и его механические свойства. Известия высших учебных заведений. Сер. Машиностроение, 2011, № 7, С. 53–58.
19. Aluminum foam production, properties, and applications: a review. N. Patel, G. Mittal, M. Agrawal et al. Inter Metalcast., 2023. DOI: 10.1007/s40962-023-01174-8
20. Biaxial characterization of open-cell aluminum foams from macro to micro response. S. Huluka, A. Abdul-Latif, R. Baleh, A. Larbi, I. Deiab, K. Khanafer. Materials Science and Engineering: A, 2023, Vol. 868, 144588. DOI: 10.1016/j.msea.2023.144588
21. Thorntor P.H, Magee C.L. The deformation of aluminium foams. Met. Trans. A., 1975, Vol. 6A, № 6, P. 1253–1263.
22. Wei P., Liu L. Influence of density on compressive properties and energy absorption of foamed aluminium alloy. J. of Wuhan Univ. of Techn. Mater. Sci., 2007, Vol. 22 (2), P. 225–228.
23. Снижение виброактивности вентилятора системы жизнеобеспечения нефтегазовых станций. А.Н. Гаврилин, В.С. Дмитриев, Д.В. Ермаков, Д.А. Дерусова. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2023, Т. 334, № 11, С. 128–137. DOI: 10.18799/24131830/2023/11/4293.
24. Об основных особенностях механических и амортизирующих свойств высокопористых алюминиевых сплавов. В.А. Марков, А.Ф. Овчинников, В.И. Пусев, В.В. Селиванов. Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: Материалы XVI Международного симпозиума имени А.Г. Горшкова. Ярополец, 15–19 февраля 2010. Чебоксары: ГУП «ИПК «Чувашия», 2010. Т. 2, С. 218–225.
25. Механические и амортизирующие свойства высокопористого ячеистого алюминия. А.П. Гусаров, А.В. Жариков, В.А. Марков, А.Ф. Овчинников, В.И. Пусев, В.В. Селиванов, А.Н. Сообщиков. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2009, № 1 (74), С. 58–66.
26. Ermakov D., Dmitriev V. Solid state damper based on foam aluminum to reduce vibration activity of electromechanical devices. Recent Developments in the Field of Non-Destructive Testing, Safety and Materials Science. ICMTNT 2021. Studies in Systems, Decision and Control. Eds. E. Lysenko, A. Rogachev, O. Starý. 2023. Vol. 433. DOI: 10.1007/978-3-030-99060-2_8.
REFERENCES
1. Markov N.G., Machuca C. Deep learning models and methods for solving the problems of remote monitoring of forest resources. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2024, vol. 335, no. 6, pp. 55–74. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2024/6/4600.
2. Chernykh V.N., Tsydypov B.Z., Sodnomov B.V., Ayurzhanaev A.A., Zharnikova M.A., Gurzhapov B.O., Garmaev E.Z. Icings in the Uda river basin (Western Transbaikalia): peculiarities of modern distribution and possibilities of use. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2024, vol. 335, no. 8, pp. 161–173. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2024/8/4432.
3. Schreder A.S., Kurasov O.A., Burkov P.V., Gavrilin A.N., Ermakov D.V. Negative impact of vibration on process pipelines of a compressor station with electrically driven gas pumping units. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2024, vol. 335, no. 10, pp. 167–177. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2024/10/4729.
4. Selivanov V.V. On the mechanical properties of highly porous aluminum alloys. Bulletin of the Nizhny Novgorod University named after N.I. Lobachevsky, 2011, no. 4, P. 4, pp. 1760–1762. (In Russ.)
5. Kovalev V.K. Causes of vibration of gas pumping units. Transport and storage of petroleum products and hydrocarbon raw materials, 2014, no. 2, pp. 23–27. (In Russ.)
6. Zhuravlev V.F., Balmont V.B. Mechanics of ball bearings of gyroscopes. Ed. by D.M. Klimov. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1985. 271 p. (In Russ.)
7. Glazyrin A.S., Timoshkin V.V., Tsurpal S.V., Glazyrina T.A. Identification of parameters of a mechanical system by the example of a vibrating electromechanical energy converter. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2010, vol. 316, no. 4, pp. 174–177. (In Russ.)
8. Glazyrin A.S., Isaev Yu.N., Kladiev S.N., Leonov A.P., Rakov I.V., Kolesnikov S.V., Langraf S.V., Filipas A.A., Kopyrin V.A., Khamitov R.N., Kovalev V.Z. Optimization of the order of a reduced dynamic model of an unloaded oil-submersible cable based on the approximation of the amplitude-frequency response. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2021, vol. 332, no. 9, pp. 154–167. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2021/9/3365.
9. Madhu H.C., Kailas S.V. Exploring damping behavior of novel polymer-derived aluminum alloy foam. Materials Letters, 2024, vol. 357, article number 135758.
10. Gavrilin A.N., Dmitriev V.S., Ermakov D.V., Derusova D.A., Belikov R.K. Damping properties of aluminum alloy D16 to reduce the vibration activity of the electromechanical device of an oil and gas station life support system. Bulletin of the Tomsk Polytechnic university. Geo Assets Engineering, 2025, vol. 336, no. 3, pp. 163–169. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2025/3/4999.
11. Kumar R., Jain H., Sriram S., Chaudhary A., Khare A., Ch V.A.N., Mondal D.P. Lightweight open cell aluminum foam for superior mechanical and electromagnetic interference shielding properties. Mater. Chem. Phys., 2020, vol. 40, 122274. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.122274.
12. Gao H., Xiong C., Yin J., Deng H. Research on dynamic accumulation effect and constitutive model of aluminum foams under dynamic impact. Int. Metalcast., 2019, vol. 13, pp. 146–157. DOI: 10.1007/s40962-018-0245-0.
13. Zhao S., Zhang X., Wang R., Li R. Stress-strain states and energy absorption in open-cell aluminium foams under hypervelocity impact. Composite Structures, 2023, vol. 313, 116885. DOI: 10.1016/j.compstruct.2023.116885.
14. Kim S., Kang H., Kim M., Kim K., Lee J., Cheong H., Kim H., Lee S. Energy-absorption analyses of grooved Al-sheet stacks using modified split Hopkinson pressure bar. Materials Science and Engineering: A, 2023, vol. 886, 145721. DOI: 10.1016/j.msea.2023.145721.
15. Lukin A.F., Tomilin A.K., Gulkov A.N., Krems K.A. Radio communication channel characteristics estimation in the marine environment. Technical Physics, 2024, vol. 69 (4), pp. 945–949. DOI:10.1134/S106378422403023X.
16. Tomilin A.K., Konovalenko I.S., Konovalenko Ig.S. Nonlinear oscillations of a current-carrying string in a magnetic field. Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics, 2024, vol. 87, pp. 163–174. (In Russ.) DOI: 10.17223/19988621/87/13.
17. Kim S., Kim D., Kim M., Kim K., Lee J., Lee J., Cheong H., Kim H., Lee S. Analyses of impact energy-absorbing performance of open- and closed-cell Al foams using modified split Hopkinson pressure bar. Journal of Alloys and Compounds, 2023, vol. 965, 171349. DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.171349.
18. Butarovich D.O., Smirnov A.A., Ryabov D.M., Aluminum foam as an energy-absorbing material and its mechanical properties. Proceedings of higher educational institutions. Ser. Mechanical engineering, 2011, no. 7, pp. 53–58. (In Russ.)
19. Patel N., Mittal G., Agrawal M. Aluminum foam production, properties, and applications: a review. Inter Metalcast, 2023. DOI: 10.1007/s40962-023-01174-8.
20. Huluka S., Abdul-Latif A., Baleh R., Larbi A., Deiab I., Khanafer K. Biaxial characterization of open-cell aluminum foams from macro to micro responses. Materials Science and Engineering: A, 2023, vol. 868, 144588. DOI: 10.1016/j.msea.2023.144588
21. Thorntor P.H., Magee C.L. The deformation of aluminium foams. Met. Trans. A, 1975, vol. 6A, no. 6, pp. 1253–1263.
22. Wei P., Liu L. Influence of density on compressive properties and energy absorption of foamed aluminium alloy. J. of Wuhan Univ. of Techn. Mater. Sci., 2007, vol. 22, no. 2, pp. 225–228.
23. Gavrilin A.N., Dmitriev V.S., Ermakov D.V., Derusova D.A. Reduction of a fan vibration activity in a life support system of oil and gas stations. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2023, vol. 334, no. 11, pp. 128–137. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2023/11/4293.
24. Markov V.A., Ovchinnikov A.F., Pusev V.I., Selivanov V.V. On the main features of the mechanical and shock-absorbing properties of highly porous aluminum alloys. Proceedings of the XVI International Symposium named after A.G. Gorshkov. Dynamic and technological problems of mechanics of structures and continuous media. Yaropolets, February 15–19, 2010. Cheboksary, SUE IPK Chuvashia Publ., 2010. Vol. 2, pp. 218–225. (In Russ.)
25. Gusarov A.P., Zharikov A.V., Markov V.A., Ovchinnikov A.F., Pusev V.I., Selivanov V.V., Soobshikov A.N. Mechanical and shock-absorbing properties of highly porous cellular aluminum. Bulletin of the Bauman Moscow State Technical University. Ser. Mashinostroenie, 2009, no. 1 (74), pp. 58–66. (In Russ.)
26. Ermakov D., Dmitriev V. Solid state damper based on foam aluminum to reduce vibration activity of electromechanical devices. Recent Developments in the Field of Non-Destructive Testing, Safety and Materials Science. ICMTNT 2021. Studies in Systems, Decision and Control. Eds. E. Lysenko, A. Rogachev, O. Starý. 2023, vol. 433. DOI: 10.1007/978-3-030-99060-2_8.
