СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ТРУБОПРОВОДЕ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR DETECTION OF DEFECTS IN PIPELINE (VERSIONS)

Изобретение относится к области диагностики конструкций и может быть использовано для оценки состояния стенки трубопровода, в частности для оценки состояния нефтепроводов, трубопроводов центрального отопления, горячего и холодного водоснабжения коммунального хозяйства городов.
Из уровня техники известен способ определения координаты источников сигналов акустической эмиссии по патенту RU №1730917, кл. G01N 29/04, 15.12.1994, по которому на концах контролируемого участка линейно протяженного изделия размещают две группы преобразователей по два преобразователя в каждой группе. Затем изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии (АЭ) и измеряют время прихода сигналов к преобразователям в каждой группе. После этого определяют значение координат источника сигналов АЭ по зависимости между временем прихода, скоростью распространения принятой моды акустического сигнала и расстоянием до источника сигналов.
Недостатком данного способа является сложность процесса определения местоположения дефекта, зависимость от акустических свойств материала контролируемого изделия.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обнаружения коррозионных дефектов в трубопроводах водоснабжения по патенту RU №2138037, кл. G01N 29/04, 20.09.1999, прототип, согласно которому на концах контролируемого участка трубы устанавливают пары акустических датчиков, которыми фиксируют генерируемые дефектом колебания. При этом в каждой паре акустических датчиков одним датчиком фиксируют продольные колебания, а другим - поперечные колебания, а регистрацию колебаний осуществляют всеми датчиками одновременно с последующей их фильтрацией для выделения сигналов с частотой 1000-2500 Гц. Затем сравнивают сигналы акустических датчиков в каждой паре между собой для выделения сигналов от дефекта, а его местоположение определяют по сигналам от датчиков, регистрирующих продольные колебания.
Недостатком данного способа является то, что необходимо производить установку сразу четырех датчиков и анализировать записи сигналов от всех датчиков, что приводит к усложнению использования прибора. Кроме того, данный способ может применяться лишь для трубопроводов диаметром от 80 мм.
Задачей настоящего изобретения является упрощение процесса обнаружения дефектов в трубопроводе и повышение точности обнаружения местоположения дефекта, а также независимость процесса определения от свойств материала контролируемого изделия.
Для достижения технического результата по первому варианту способа обнаружения дефектов в трубопроводе, включающему установку датчиков на концах исследуемого трубопровода, регистрацию генерируемых дефектом колебаний, на концах исследуемого участка трубопровода устанавливают по одному пьезоэлектрическому датчику, выбирают не менее двух собственных форм колебаний эталонного трубопровода, вычисляют частоты собственных колебаний эталонного трубопровода, формируют доверительный интервал по частотным характеристикам эталонного трубопровода, затем регистрируют частоты собственных колебаний исследуемого трубопровода по каждой из выбранных форм колебаний, сравнение зарегистрированных датчиками сигналов исследуемого трубопровода осуществляют с доверительным интервалом эталонного трубопровода и по выходу за пределы доверительного интервала судят о дефекте трубопровода, а для определения местоположения дефекта осуществляют взаимную корреляцию сигналов, зарегистрированных датчиками.
Для достижения технического результата по второму варианту способа обнаружения дефектов в трубопроводе, включающему установку датчиков на концах исследуемого трубопровода, регистрацию генерируемых дефектом колебаний, на концах исследуемого участка трубопровода устанавливают по одному пьезоэлектрическому датчику, выбирают не менее двух собственных форм колебаний дефектов, вычисляют частоты собственных колебаний этих дефектов разных размеров, формируют доверительный интервал по частотным характеристикам этих дефектов, затем регистрируют частоты собственных колебаний исследуемого трубопровода по каждой из выбранных форм колебаний, сравнение зарегистрированных датчиками сигналов исследуемого трубопровода осуществляют с доверительным интервалом частотных характеристик дефектов, и если частотные характеристики исследуемого трубопровода попадают в пределы доверительного интервала, судят о наличии дефекта, а для определения местоположения дефекта осуществляют взаимную корреляцию сигналов, зарегистрированных датчиками.
На чертеже приведена схема акустико-диагностического комплекса для реализации предлагаемого способа.
Комплекс содержит два пьезоэлектрических датчика 1, подключенных к блоку аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, персональный компьютер 3 с установленным пакетом программ и исследуемый трубопровод 4.
Способ реализуется следующим образом.
В основе способа лежит явление излучения колебаний акустических частот (эмиссии) при воздействии тока воды (динамического давления) на дефекты.
На концах исследуемого участка трубопровода устанавливают по одному пьезоэлектрическому датчику 1, которые регистрируют колебания, вызванные током жидкости внутри трубопровода 4. В АЦП 2 колебания преобразуются в цифровую форму, после чего с помощью пакета прикладных программ обрабатываются на персональном компьютере 3.
В первом варианте способа предварительно моделируют различные режимы работы трубопровода, в частности эталонный трубопровод, и вычисляют частоты собственных колебаний эталонного трубопровода для различных форм колебаний. В программе обработки формируют доверительный интервал по частотным характеристикам эталонного трубопровода. С доверительным интервалом сравнивают зарегистрированные датчиками и преобразованные в АЦП сигналы исследуемого трубопровода. Сравнивают амплитудно-частотные характеристики эталонного и исследуемого трубопровода. Если частотные характеристики исследуемого трубопровода выходят за пределы частотных характеристик доверительного интервала, то изделие дефектное. Сравнение спектров происходит в той же программе обработки. Для определения местоположения дефекта, генерирующего импульсы, осуществляют взаимную корреляцию сигналов, зарегистрированных двумя датчиками.
Во втором варианте способа предварительно моделируют различные виды дефектов, в частности утонение стенки трубопровода, и вычисляют частоты собственных колебаний этих дефектов для различных форм колебаний. В программе обработки происходит выделение этих частот, и по наличию частот, характерных для дефекта, судят о дефектности трубопровода. Если в зарегистрированных от датчиков сигналах присутствуют частоты, характерные для дефекта, то в изделии есть дефект. Для определения местоположения дефекта, генерирующего импульсы, осуществляют взаимную корреляцию сигналов, зарегистрированных двумя датчиками.
Предлагаемые варианты способа осуществлялись в лабораторных условиях. Эксперименты проводились на стальных трубах диаметром от 25 мм и длиной 1,5 м, имеющих дефекты: коррозионные язвы, дыры размером 2 мм, 3 мм, 4 мм и 6 мм. Внутри трубы осуществлялся ток жидкости.
Циркуляция жидкости в трубе производилась насосом, развивающим давление 2 атм, рабочая среда - вода. Дефект располагался между пьезоэлектрическими датчиками.
Для первого варианта способа вначале произвели запись акустических сигналов бездефектной трубы. Затем произвели запись акустических сигналов таких же труб с дефектом. Эти данные ввели в компьютер, и после обработки в программной среде LabView были получены результаты, показывающие наличие дефекта в исследуемых образцах.
Для второго варианта способа вначале в программном комплексе ANSYS рассчитали собственные частоты этих дефектов. Затем произвели запись акустических сигналов труб с этими дефектами. Эти данные ввели в компьютер, и после обработки в программной среде LabView были получены результаты, показывающие наличие дефекта в исследуемых образцах.
Результаты эксперимента показали, что предлагаемый способ обнаружения дефектов в трубопроводе прост в осуществлении.
Предлагаемый способ позволяет определять дефекты размером менее 1 мм, диагностировать трубопроводы диаметром от 25 мм, упростить способ за счет уменьшения количества устанавливаемых датчиков и автоматизации обработки результатов. Кроме того, повышается точность обнаружения дефектов за счет анализа не одной, а нескольких мод колебаний.