УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ ВНУТРИТРУБНОГО ДЕФЕКТОСКОПА

Полезная модель относится к устройствам для внутритрубного неразрушающего контроля трубопроводов путем пропуска внутри контролируемого трубопровода дефектоскопа, состоящего из одного или нескольких транспортных модулей, продвигающихся за счет давления потока продукта, транспортируемого по трубопроводу, с установленными на его корпусе датчиками, чувствительными к параметрам, отражающим техническое состояние магистрального трубопровода.
Датчики внутритрубного дефектоскопа устанавливаются концентрично по периметру корпуса дефектоскопа для того, чтобы в процессе контроля состояния трубы перекрыть всю ее внутреннюю поверхность. В реальных условиях труба представляет собой неидеальное цилиндрическое тело. В процессе движения внутритрубный дефектоскоп проходит повороты трубопровода, сужения трубопровода, участки труб различного диаметра или различной толщины стенок.
Конструкция крепления системы датчиков внутритрубного дефектоскопа в процессе его движения по трубопроводу должна обеспечить плотное прилегание датчиков к внутренней стенке трубы и постоянную ориентацию этих датчиков в радиальном и угловом направлении относительно продольной оси корпуса дефектоскопа.
Известны различные системы крепления датчиков внутритрубных дефектоскопов.
Система датчиков по патенту США 4330748, публикация 18.05.1982 г., МПК G01R 033/00, G01N 027/72, G01N 027/82, а также по патенту США 4468619, публикация 28.08.1984 г. МПК G01N 027/82 содержит датчики, установленные на основания - салазки, расположенные по периметру корпуса дефектоскопа. Основание представляет собой согнутую в виде параллелограмма гибкую пластину, закрепленную на корпусе дефектоскопа. Одна ветвь пластины является опорой для каждого из датчиков, другая удерживает опору от отгибания от стенки трубы в месте закрепления каждого из датчиков.
Данная система крепления датчиков неподвижна относительно корпуса дефектоскопа и, благодаря своей жесткости в поперечном направлении, обеспечивает постоянную ориентацию датчиков в радиальном направлении, однако недостаточно обеспечивает постоянное прилегание датчиков к поверхности трубы, особенно в поворотах трубопровода, так как из-за жесткости системы может отслеживать только малые изменения диаметра трубы и не отслеживает смещение корпуса дефектоскопа относительно оси трубопровода.
Известны системы крепления датчиков внутритрубных дефектоскопов (патент США 4098126 от 04.07.1978 г., МПК G01B 5/28, НПК США 73/432R, а также патент США 4807484 от 28.02.1989 г., МПК G01B 5/28, НПК США 73/865.8; авт. свид. SU 1157443 от 23.05.1985 г., МПК G01N 27/82; патент US 4598250 от 01.07.1986 г., НПК США 324/220; патент US 5115196 от 19.05.1992 г., патент US 4945306 от 31.07.1990 г., НПК США 324/220), пропускаемых внутри контролируемого трубопровода, содержащих корпус с установленными на нем датчиками, чувствительными к диагностическим параметрам, отражающим состояние стенки трубопровода.
Известны системы крепления датчиков внутритрубных дефектоскопов (патент РФ RU 2133032 от 10.07.1999 г., МПК G01N 27/83; а также патент GB 2257788 от 20.01.93, МПК G01N 27/82, патент GB 2260613 от 21.04.93, МПК G01N 27/87 патент US 5402065 от 28.03.95, НПК США 324/220; патенты РФ RU 2139468, RU 2139469 от 10.10.99; международная заявка WO 00/08378 от 17.02.00, МПК F17D 5/00; патент US 4576097 от 18.03.86, НПК США 104/138G; патент GB 2097537 от 03.11.82, МПК G01N 27/83), пропускаемых внутри обследуемого трубопровода, содержащих корпус, с установленными на нем датчиками, чувствительными к диагностическим параметрам, отражающим состояние стенки трубопровода.
Известна система датчиков по патенту США 5864232, публикация 26.01.1999 г., МПК G01N 27/72, содержит датчики, установленные на держателях, каждый из которых закреплен на корпусе дефектоскопа с помощью пары рычагов. Рычаги разнесены в продольном направлении в плоскости, проходящей через ось симметрии дефектоскопа, и способны поворачиваться в этой плоскости. Каждый указанный рычаг имеет ось вращения в месте крепления держателя к рычагу и в месте крепления рычага к корпусу.
Держатель вместе с датчиками выполнен по схеме «параллелограмма», которая является устойчивой и благодаря своей жесткости в поперечном направлении обеспечивает постоянную ориентацию этих датчиков в радиальном направлении при прохождении прямолинейных участков трубопровода. Однако такая система не обеспечивает постоянный контакт датчиков при прохождении поворотов и в местах изменения диаметра трубопровода, так как основание датчиков практически может перемещаться только параллельно корпусу и не имеет возможности отслеживать изгибы трубопровода и смещение корпуса дефектоскопа относительно оси трубопровода.
Известен патент России №2225977, публикация 20.03.2004 г., МПК G01M 3/08, F17D 5/00, G01N 27/72. Датчики установлены в держателях, установленных по периметру вокруг оси симметрии дефектоскопа. Каждый держатель датчиков закреплен на корпусе дефектоскопа с помощью пары рычагов, способных поворачиваться в плоскости, проходящей через ось симметрии дефектоскопа. В каждом держателе датчиков все датчики находятся со стороны хвостовой части дефектоскопа по отношению к обеим осям вращения пары рычагов в этом держателе датчиков. Расстояние между указанными осями вращения в держателе датчиков составляет не более 0,2 длины рычага.
Данная конструкция крепления датчиков обеспечивает их прижатие во время движения по прямолинейным участкам трубопровода, в том числе и при изменении диаметра трубы, так как датчик благодаря рычажной системе и шарнирным соединениям может повторять изменения профиля стенок трубы. Но конструкция обладает сравнительно малой устойчивостью к боковым воздействиям, так как два рычага крепятся как у основания, так и у корпуса практически в одной точке. При прохождении закруглений или выступов в стенке трубы основание может сместиться относительно оси трубопровода, кроме того, датчики могут потерять контакт со стенкой.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) заявляемой полезной модели является узел крепления датчиков внутритрубного дефектоскопа, выполненный в соответствии с патентом США №4105972, дата публикации 05.04.1977 г., МПК G01N 27/90; G01M 3/00; G01R 33/12).
Указанный внутритрубный дефектоскоп включает в себя электронный блок и корпус с магнитопроводом, по краям которого размещаются блоки магнитов, на которых расположены щетки. В средней части магнитопровода с помощью узла крепления осесимметрично размещено кольцо датчиков, которые укреплены на контактных площадках. Датчики с помощью подпружиненных рычагов прижимаются к внутренней поверхности трубы. Конструкция узла крепления подвижного кольца датчиков выполнена способной обеспечивать перемещение кольца датчиков в радиальном направлении относительно корпуса дефектоскопа при прохождении сужений и поворотов трубопровода.
Центрирование кольца датчиков в трубопроводе осуществляется за счет пружин, то есть масса кольца датчиков компенсируется разностью между усилиями пружин в верхней и нижней части кольца датчиков, что приводит к смещению кольца датчиков в радиальном направлении относительно оси трубопровода. Смещение кольца датчиков в радиальном направлении приводит к различному углу наклона рычагов, что, в свою очередь, приводит к взаимному линейному смещению датчиков в осевом направлении трубопровода и ухудшению точности измерений дефектов трубопровода. Кроме того, кольцо датчиков не имеет жесткой фиксации относительно корпуса дефектоскопа в угловом направлении, что не позволяет точно определять угловое положение обнаруженных дефектов поверхности трубопровода.
Заявляемая полезная модель решает задачу обеспечения постоянного контакта всех измерительных датчиков со стенкой трубопровода, как на прямолинейных участках, так и в поворотах и в местах изменения диаметра трубы, при сохранении поперечной остойчивости всего кольца датчиков в процессе движения дефектоскопа и фиксации углового положения датчиков.
Основной технический результат, полученный при реализации заявленной полезной модели - повышение надежности выявления дефектов трубопровода за счет стабилизации контакта измерительных датчиков со стенкой трубопровода и фиксации углового положения измерительных датчиков.
Указанный технический результат получен за счет того, что узел крепления держателей датчиков заявленной конструкции выполнен подвижным в радиальном направлении, фиксирован по угловому положению и обеспечивает возможность огибания дефектов геометрии в сечении трубопровода, а также проходить участки поворотов трубопровода с сохранением стабильного контакта измерительных датчиков со стенкой трубопровода при фиксированном угловом положении измерительных датчиков относительно корпуса дефектоскопа.
На фиг.1 изображен узел крепления датчиков внутритрубного дефектоскопа в сборе (объемное изображение).
На фиг.2 изображен узел крепления датчиков внутритрубного дефектоскопа в сборе (в разрезе).
На фиг.3 изображен узел крепления датчиков внутритрубного дефектоскопа в разобранном состоянии.
На фиг.4 изображен узел крепления датчиков внутритрубного дефектоскопа в сборе (подвижный фланец смещен в крайнее положение относительно первого и второго фланцев).
На фиг.5 изображен внутритрубный дефектоскоп в качестве примера использования заявленного узла крепления датчиков.
На фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4 и фиг.5 приняты следующие обозначения:
1 - корпус кольца измерительных датчиков;
2 - рычаг;
3 - пружина (в виде пластины)
4 - измерительный датчик;
5 - полиуретановое кольцо;
6 - первый фланец;
7 - второй фланец;
8 - подвижный фланец;
9 - кольцо;
10 - первая группа шпонок;
11 - вторая группа шпонок;
12 - стойки крепления;
13 - третий фланец;
14 - четвертый фланец;
15 - пазы первого фланца;
16 - втулка;
17 - корпус внутритрубного дефектоскопа;
18 - узел крепления датчиков внутритрубного дефектоскопа.
В предлагаемой конструкции центрирование кольца датчиков осуществляется с помощью полиуретанового кольца 5. Узел крепления датчиков включает в себя первый и второй фланцы 6 и 7, которые при сборке дефектоскопа неподвижно закрепляются на его корпусе. Жестко соединенные друг с другом первый и второй фланцы 6 и 7 образуют кольцевой зазор, в котором размещаются подвижный фланец 8 и кольцо 9. Подвижный фланец 8 и кольцо 9 имеют центральные отверстия, превышающие сечение цилиндрического корпуса дефектоскопа в месте установки кольца датчиков. Кольцо 9 имеет на своих плоскостях первую и вторую группы крестообразно расположенных шпонок 10 и 11 (фиг.3). Первая группа шпонок 10 взаимодействует с ответными пазами на втором фланце 7, вторая группа шпонок 11 взаимодействует с ответными пазами на подвижном фланце 8. На подвижном фланце 8 посредством стоек крепления 12 закреплен третий фланец 13, на котором с помощью четвертого фланца 14 крепится полиуретановое кольцо 5. Стойки крепления 12 размещены в пазах 15 первого фланца 6. Полиуретановое кольцо 5 выполнено наружным диаметром, соответствующим внутреннему диаметру диагностируемого трубопровода и состоит из двух частей (полуколец), которые соединяются между собою посредством втулок 16. Корпус кольца датчиков 1 крепится на четвертом фланце 14.
Конструкция узла крепления датчиков работает следующим образом. Подвижный фланец 8 взаимодействует своими пазами со второй группой шпонок 11 на кольце 9, которое в свою очередь взаимодействует первой группой шпонок 10 с пазами на втором фланце 7. За счет этого подвижный фланец 8 имеет возможность свободно перемещаться в радиальном направлении относительно корпуса дефектоскопа в кольцевом пазе, образованном первым и вторым фланцами 6 и 7, сохраняя свое угловое положение относительно корпуса. Полиуретановое кольцо 5, на котором через четвертый фланец 14 закреплен корпус кольца датчиков 1, жестко связано с подвижным фланцем 8 посредством третьего фланца 13 и стоек крепления 12. При нахождении дефектоскопа в трубопроводе полиуретановый диск 5 обеспечивает центрирование кольца датчиков относительно оси трубопровода в радиальном направлении, в связи с тем, что наружный диаметр полиуретанового диска 5 выполнен соответствующим внутреннему диаметру трубопровода, а жесткость полиуретанового диска 5 в радиальном направлении многократно превосходит вес кольца датчиков. В случае смещения корпуса дефектоскопа в радиальном направлении в трубопроводе, кольцо датчиков сохраняет свое положение относительно оси трубопровода посредством полиуретанового диска 5. В то же время полиуретановый диск 5 имеет достаточную гибкость в осевом направлении, что позволяет дефектоскопу преодолевать сужения трубопровода. При прохождении дефектоскопом поворотов трубопровода кольцо датчиков за счет полиуретанового диска 5 смещается в радиальном направлении относительно корпуса дефектоскопа, сохраняя при этом свое угловое положение, что обеспечивает максимальный контакт датчиков 4 со стенкой трубопровода, наиболее точное измерение параметров дефектов трубопровода и исключает повреждение кольца датчиков. Подобная ситуация происходит при прохождении дефектоскопом односторонних сужений трубопровода.
Подвижный фланец 8 вместе с кольцом датчиков, смещенный в крайнее положение относительно первого и второго фланцев 6 и 7, изображен на фиг.4.
Пример реализации заявленного узла крепления датчиков в составе магнитного внутритрубного дефектоскопа, на корпусе 17 которого размещен узел крепления датчиков 18, приведен на фиг.5.