ВНУТРИТРУБНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЕМЕР

Внутритрубный многоканальный профилемер.
Внутритрубный многоканальный профилемер (класс GOIB 7/28, МПК 7) относится к области контроля технического состояния профиля полости нефтепроводов и газопроводов. Процесс диагностирования осуществляется путем прогона устройства внутри трубопровода за счет перекачки жидкости или газа, транспортируемых по трубопроводу.
Из уровня техники известны устройства для вьшолнения технического диагностирования трубопроводов, например, «Устройство для контроля трубопроводов (многоканальный профилемер, описанный в международной заявке WO96/13699, МПК: G01B 7/28, дата публикации 09.05.1996), которое является аналогом заявленного устройства. Устройство включает в себя корпус, средства измерений и хранения данных измерений, пояс чувствительных рычагов, установленных на корпусе вокруг главной оси корпуса, прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода, датчики угла поворота. Каждый из чувствительных рьлагов кинематически связан с соответствующим ему датчиком угла поворота. Датчик угла поворота включает в себя потенциометр с плоским проводящим элементом. В результате многократных поворотов подвижной части потенциометра, в условиях воздействия агрессивной среды, показания датчика становятся нестабильными.
Известен «Внутритрубный многоканальный профилемер, описанный в патенте США US4443948, дата публикации 24.04.84. Устройство включает в себя корпус с установленными на нем манжетами, средства измерений, обработки и хранения данных измерений, множество чувствительных рьиагов, установленных на корпусе вокруг главной оси трубопровода и прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода. Чувствительный рычаг включает в себя катушку, чувствительную к магнитному полю, и является элементом датчика угла поворота индукционного типа, включающего в себя источник переменного магнитного поля. Пространство вокруг данной катушки
;:2 :.0.  fl ;.2: .1 :.(, .:. 5
заполняется транспортируемой по трубопроводу средой. В транспортируемой по трубопроводу среде часто содержится железосодержащий мусор. Попадание этого мусора в область чувствительной к магнитному полю катушки приводит к искажению результатов измерений изменений поля, вызванного поворотом чувствительного рычага.
Известен «Внутритрубный дефектоскоп (варианты) (свидетельство №15518 U1, МПК G01B 7/28,дата публикации 20.10.2000 ). Данное устройство содержит корпус, чувствительные рьмаги, датчики угла поворота с использованием элементов Холла, средства измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания.
Известен «Внутритрубный многоканальный профилемер (варианты) ( свидетельство №15223 U1, МПК 7, G01B 7/28, дата публикации 27.09.2000, п.19 формулы). Данный профилемер включает в себя корпус для пропуска внутри трубопровода, два пояса чз зствительных рычагов, осесимметрично установленных на корпусе по периметру в сечении трубопровода, прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода, с регулярными промежутками между чувствительными рычагами. На корпусе профилемера установлено множество датчиков угла поворота указанных чувствительных рычагов, средства измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений, источник питания, подключенный к средствам измерений, обработки и хранения данных. Данное устройство является прототипом заявленного устройства.
К недостаткам предыдущего и данного устройств можно отнести высокую температурную зависимость элемента Холла, входящего в состав датчика угла поворота чувствительного рычага. Это обстоятельство требует измерения температуры среды с помощью датчиков температуры, входящих в состав устройства, и внесения корректив в измеренные и сохраненные данные после вьшолнения диагностического пропуска профилемера. Для стабильной работы датчиков Холла необходимо использовать специальные схемы температурной компенсации, а также схемы линеаризации аналоговых выходов.
.
Заявленное устройство включает в себя корпус для пропуска внутри трубопровода, по крайней мере, один пояс чувствительных рычагов, осеснмметрично установленных на корпусе по периметру в сечении трубопровода, прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода, с регулярными промежутками между чувствительными рычагами. На корпусе профилемера установлено множество датчиков угла поворота указанных чувствительных рычагов, средства измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, подключенный к средствам измерений, обработки и хранения данных измерений.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного устройства, заключается в повышении точности и стабильности измерений профиля трубопровода при одновременном упрощении механической части устройства.
Поставленная задача решается в заявленном устройстве за счет применения в качестве датчиков угла поворота - дифференциально-трансформаторных датчиков. Из-за отсутствия подвижных механических частей они имеют высокую надежность и наработку на отказ. Благодаря дифференциальному включению обмоток статора компенсируется влияние внешних (остаточных) магнитных полей. При использовании таких датчиков cyniecTBeHHO упрош;аются передаточные механизмы, а значит, снижается погрешность, вносимая механической частью.
Каждый из датчиков угла поворота вьшолнен в герметичном корпусе из неферромагнитной нержавеющей стали и включает в себя статор и ротор из магнитомягкого сплава, обмотку питания, связанную с выходом генератора переменного напряжения, измерительную обмотку, состоящую из двух секций, включенных встречно и подключенную к средствам измерения.
В развитие заявленной полезной модели на корпусе профилемера установлен второй пояс чувствительных рьиагов, при этом, пояса разнесены по главной оси трубопровода и ориентированы между собой со смещением вокруг главной оси
трубопровода, так что рычаги двух поясов полностью перекрывают внутреннюю поверхность трубопровода.
Такая конструкция исключает возможность необнаружения элементов небольшого размера в сечении трубопровода, выступающих внутрь него и представляющих опасность для ультразвуковых или магнитных внутритрубных дефектоскопов, которые могут использоваться для технической диагностики трубопровода после его контроля с помощью заявленного профилемера.
На фиг.1 изображен общий вид заявленного профилемера. На фиг. 2 приведена блок- схема устройства. На фиг. 3 приведена электрическая схема датчика угла поворота. На фиг. 4 приведен чувствительный рьшаг в сборе с датчиком угла поворота данного рычага.
Пример реализации предложенной полезной модели.
Устройство включает в себя (см. фиг.1): первую секцию корпуса 1, вторую секцию корпуса 2, секции корпуса 1 и 2 связаны между собой электрическими кабелями, а механически с помощью карданного соединения 3. Конструктивно отдельные секции устройства представляют собой герметичные металлические корпуса. На секциях установлены полиуретановые манжеты 4, которые обеспечивают центрирование секций внутри трубопровода. К средствам определения местоположения относятся маркерный приемопередатчик 5, и одометрическая система 6 (см. фиг.2), снабженная двумя одометрическими колесами 7. На второй секции корпуса 2 размещены первый пояс 8 и второй пояс 9 чувствительных рычагов 10, каждый из которых кинематически связан с соответствующим ему датчиком угла поворота 11 (см. Фиг 4). На блок-схеме (см. Фиг.2) показаны средства измерений, обработки и хранения данных измерений 12, генератор переменного напряжения 13, выход которого подключен к входам датчиков угла поворота 11. В качестве источника питания 14 используются аккумуляторные батареи или батареи гальванических элементов. На фиг. 3 показаны обмотка питания 15 и измерительная
обмотка 16 датчика угла поворота 11, состоящая из двух встречно включенных секций. При подаче переменного напряжения на обмотку питания 15 возникает электромагнитное поле, которое возбуждает ток в каждой секции измерительной обмотки 16, величина которого зависит от площади обмотки, перекрыгой якорем в момент измерения. При вращении якоря соотношение перекрьшаемых площадей секций измерительной обмотки 16 будет меняться, и соответственно, по линейному закону будет меняться выходной сигнал датчика И. Погрешность измерения данного датчика не более + 0,1% в рабочем
оо
диапазоне температзфы от плюс 15 С до плюс 50 С. Мгиссимальный ток потребления не более 10 ма (при измерении максимальных углов отклонения чувствительного рычага).
Заявленное устройство работает следующим образом. Устройство помещают внутрь пусковой камеры диагностируемого трубопровода и заполняют ее средой, например, нефтью. Под действием давления среды устройство начинает движение и попадает из пусковой камеры в магистральный трубопровод. Движение устройства по трубопроводу происходит в потоке среды за счет поддерживающих манжет 4, закрепленных на корпусах отдельных секций и имеющих диаметр, соответствующий диаметру трубопровода. При движении профилемера по трубопроводу чувствительные рычаги 10 прижимаются к внутренней поверхности трубопровода. При наличии дефекта полости трубопровода соответствующий рычаг 10 отклоняется от своего нормального положения. С помощью датчика угла поворота 11, кинематически связанного с соответствующим рычагом 10, измеряется угол между рычагом и главной осью трубопровода. Обмотка питания 15 датчика 11 связана с выходом генератора переменного напряжения 13, а измерительная обмотка 16 связана с соответствующим входом средств измерений, обработки и хранения данных измерений 12, которые включают в себя многоканальный аналоговый мультиплексор, аналогово-цифровой преобразователь и цифровой накопитель данных. Синхронизация работы датчиков 11, средств вьшолнения измерений, обработки и хранения данных измерений 12 производится под действием
сигналов управления бортового компьютера устройства. Одновременно, на отдельные входы средств измерений, обработки и хранения измерений 12 поступают сигналы с выхода маркерного приемопередатчика 5 и выхода одометрической системы 6, входящих в состав средств определения местоположения.
Одометрическая система 6 предназначена для определения длины пути, пройденного устройством внутри трубопровода. Одометрическая система 6 снабжена двумя одометрическими колесами 7 (Фиг. 1), на каждом из которых крепится постоянный магнит. Колеса 7 механически связаны с поддерживающими штангами. На штангах установлены электромагнитные датчики, преобразующие магнитное поле, создаваемое магнитом колеса 7 в электрические импульсы. Количество импульсов, сформированных при вращении колес пропорционально длине пути, пройденного устройством внутри трубопровода.
Маркерный приемопередатчик 5 служит для получения информации о географическом местоположении устройства. В заданных точках диагностируемого трубопровода (вне его) располагают генераторы электромагнитных маркерных сигналов, которые принимаются маркерным приемопередатчиком 5 для привязки к измеряемым в данный момент диагностическим данным с датчиков 11. Одновременно маркерный приемопередатчик 5 генерирует маркерные электромагнитные сигналы, которые принимаются приемниками, расположенными в заданных точках вне трубопровода, что позволяет уточнить местоположение устройства на данный момент.
После пропуска устройства по трубопроводу информацию о маркерных сигналах, принятых внутри и вне трубопровода, комбинируют с результатами измерений, полз енными с датчиков угла поворота 11 чувствительных рычагов устройства. Последующий анализ полученных данных позволяет сделать вьшод о наличии дефектов полости трубопровода, идентифицировать их и определить их местонахождение.