Самоходное аппаратно-программное устройство дефектоскопии газопроводов

Полезная модель относится к системам контроля качества трубопроводов, в частности к автономно работающим транспортным устройствам для перемещения оборудования контроля качества, например к устройствам для магнитной инспекции трубопроводов.
Из уровня техники известен дефектоскоп-снаряд, предназначенный для осуществления способа внутритрубной дефектоскопии (патент RU 2109206 C1), содержащий электрически связанные между собой блоки источников излучения, блоки чувствительных элементов, систему управления, систему определения координат, систему обработки и регистрации информации, систему электропитания, и механизм, состоящий из двух модулей с гидроприводом осевого возвратно-поступательного перемещения одного модуля относительно другого, каждый модуль которого имеет опорные органы с узлами их радиального перемещения для фиксации в трубопроводе, при этом один из модулей снабжен выполненным с возможностью вращения в потоке транспортируемого продукта аэродинамическим винтом, вал которого соединен с валом гидронасоса, связанного рабочими магистралями через электрогидроклапаны с гидроприводом осевого возвратно-поступательного перемещения одного модуля относительно другого, с гидроприводами вращения блоков чувствительных элементов, с гидроприводом вращения электрогенератора системы электропитания, с гидроприводами узлов радиального перемещения опорных органов.
Известен аппарат для осуществления способа дефектоскопического контроля трубопроводов (патент RU 2172954 C2), выполненный в виде одного или несколько гибко соединенных между собой цилиндрических модулей, наружный диаметр которых существенно меньше внутреннего диаметра трубопровода, модули опираются на установленные на рычагах колеса, аппарат содержит поршневые кольца, размещенные на корпусах его модулей и перекрывающие кольцевые каналы между корпусами и внутренней поверхностью трубопровода, систему торможения, включающую устройства механического торможения о стенки трубопровода, устройство измерения пройденного пути (одометр), чувствительным элементом которого является одно (или несколько) свободно вращаемое при движении аппарата по трубопроводу колесо, чувствительные элементы устройств дефектоскопических методов, расположенные на корпусах модулей, бортовую аппаратуру для регистрации дефектоскопической информации и параметров текучей среды и аппаратуру управления движением аппарата, при этом все элементы и блоки аппарата электрически связаны между собой, аппарат содержит привод на опорные колеса для осуществления дополнительных (при необходимости) перемещений аппарата, устройство, преобразующее энергию перетекающей по перепускным каналам текучей среды при замедлении движения или при остановках аппарата в хранящуюся на борту аппарата энергию, датчики параметров текучей среды, установленные в кольцевых каналах в зонах регистрации чувствительными элементами дефектоскопических методов информации о состоянии трубопровода, аппаратуру дефектоскопических методов, позволяющих, кроме обнаружения и измерения дефектов, также регистрировать изменение состояния поврежденных участков трубопровода при его нагружении.
Недостатками известных аналогов является то, что питание дефектоскоп-снаряда обеспечивается за счет потока среды. Кроме того, в известном устройстве отсутствует связь с оборудованием в режиме реального времени, запись данных производится в блок памяти и расшифровывается после проведения обследования трубопровода; отсутствует модуль профилеметрии, следовательно, нет возможности получения информации по изменению внутреннего диаметра трубопровода; отсутствует модуль визуального контроля, а значит, нет возможности зафиксировать и определить габаритные размеры внутреннего дефекта; отсутствует возможность аварийного извлечения оборудования из трубопровода в случае нештатной ситуации.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является самоходный аппарат дефектоскоп-кроулер (патент RU 179682 U1), содержащий последовательно соединенные модули, в корпусе каждого из которых установлены двигатели, причем каждый модуль снабжен колесной парой и позволяет перемещать устройство контроля вдоль всей поверхности объекта контроля разного диаметра как внутри, так и снаружи, как по горизонтали, так и по вертикали, осуществляя при этом идентификацию и визуализацию дефектов, содержит минимум 3 модуля, каждый из которых кинематически связан друг с другом через связывающее звено, которое, в свою очередь, с двух сторон соединяется с валами соответствующих двигателей, расположенных в предыдущем и последующем модулях через муфту, причем корпус связывающего звена выполнен цельным, а корпус модулей выполнен из двух частей, связанных между собой винтовым соединением, первый и последний модули содержат приводной и поворотный двигатели, последний включает в себя датчик угла поворота, промежуточный модуль содержит два поворотных двигателя с датчиками угла поворота, при этом самоходный аппарат содержит по меньшей мере один промежуточный модуль.
Недостатками прототипа являются:
- автономность работы устройства ограничивает время его работы;
- отсутствие возможности аварийного извлечения оборудования из трубопровода в случае нештатной ситуации;
- отсутствие возможности передачи информации в режиме реального времени, следовательно, нет возможности детального изучения выявленных несоответствий;
- известное устройство передвигается по трубопроводу по спирали, следовательно, не может продиагностировать полное поперечное сечение трубопровода, а только фрагментарно;
- общим недостатком известных аналогов является то, что они перемещаются потоком перекачиваемого продукта. Движение внутритрубных дефектоскопов в газопроводах таким образом, а особенно в газопроводах малого диаметра (до 200 мм), осуществляется рывками, без возможности контроля скорости движения и возврата к не продиагностированным участкам, в таком случае запись диагностических данных производится некорректно.
Для заявленной полезной модели выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: самоходное аппаратно-программное устройство дефектоскопии газопроводов, обладающее возможностью идентификации и визуализации дефектов, содержащее последовательно соединенные модули, снабженные колесными парами, кинематически связанные друг с другом, в том числе модули-движители.
Техническими проблемами заявленной полезной модели является получение информации о техническом состоянии газопровода по всей его протяженности с высокой точностью определения месторасположения дефектов, а также достоверностью информации о выявленных дефектах.
Техническими результатами заявленной полезной модели является повышение точности диагностики и достоверности информации выявленных дефектов внутренней поверхности трубопроводов, возможность программного перемещения устройства в режиме реального времени.
Указанные технические результаты достигаются, а технические проблемы решаются за счет самоходного аппаратно-программного устройства дефектоскопии газопроводов, обладающего возможностью идентификации и визуализации дефектов, содержащего последовательно соединенные кинематически связанные друг с другом модули, снабженные колесными парами, в том числе модули-движители, отличающегося от прототипа тем, что устройство содержит модуль визуального контроля и профилеметрии, оснащенный лазером и поворотной видеокамерой, закрепленные на торцевой части модуля, и диагностический модуль. Модули электрически связаны друг с другом и с пультом оператора в режиме реального времени кабельной системой питания и управления, обладающей возможностью управления отдельно каждым модулем.
На фиг. 1 представлена конструкция данного устройства.
Самоходное аппаратно-программное устройство дефектоскопии газопроводов состоит, по меньшей мере, из 4-цилиндрических модулей: модуля визуального контроля и профилеметрии 1; диагностического модуля 3 (например, устройство для магнитной инспекции трубопроводов или электромагнитноакустическая система); модулей-движителей 2, 4. Модули содержат колесные пары (в составе узлов амортизации 13 и узлов трансмиссии 14, 15), кинематически связаны друг с другом узлами межсекционного соединения 5, кабельной системы питания и управления 6 и пульта оператора 7. Электропитание устройства и передача диагностической информации осуществляются при помощи кабельной системы питания и управления 6, которая связывает модули между собой, а также послужит средством для извлечения устройства в случае нештатной ситуации.
Узлы межсекционного соединения 5 представляют собой, например, шарнирное соединение или карданную передачу.
Модуль визуального контроля и профилеметрии 1 выполняет функцию определения диаметра внутренней поверхности газопровода и осуществляет визуальный контроль. В состав модуля визуального контроля и профилеметрии 1 входит система фокусировки линии светового излучения на внутренней поверхности трубопровода, перпендикулярно оси трубопровода (далее лазер 8), вынесенная впереди модуля на 10-20 см, закрепленный к нему при помощи кронштейна, выполняет построение световой линии (окружности) на внутренней поверхности стенки трубопровода (перпендикулярно оси трубопровода). Профиль световой линии (окружности) фиксируется поворотной видеокамерой 9, закрепленной на торцевой части модуля визуального контроля и профилеметрии 1, и передает на пульт оператора 7 информацию об изменении поперечного сечения трубы. Поворотная видеокамера 9 со встроенным освещением также позволяет под прямым углом фиксировать дефекты, расположенные на внутренней поверхности стенки трубопровода, и определять их параметры. Что позволяет повысить точность определения местоположения дефектов и их характеристики (тип, размер).
В качестве примера реализации устройства в качестве диагностического модуля взят магнитный модуль неразрушающего контроля 3, который содержит намагничивающую систему 10, индикаторную систему 11, электронный блок 12 и записывающую систему 12. Датчики индикаторной системы закреплены между кольцами постоянных магнитов. Информация передается на пульт оператора 7 в режиме реального времени.
Движение во внутренней полости трубопровода обеспечивается при помощи 2-х (или более) модулей-движителей 2, 4. Каждый модуль движителя 2 состоит из 4-колесных узлов амортизации 13 и узлов трансмиссии 14, 15. Колесные узлы амортизации 13 прижимаются к стенке трубопровода при помощи пружинных штанг (не показаны). Колеса имеют фрикционное покрытие, обеспечивающее оптимальное сцепление с внутренней поверхностью трубы.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Для обеспечения возможности управляемого движения заявленной полезной моделью, с целью повышения точности диагностики и достоверности информации о выявленных дефектах, диагностирование осуществляется в трубопроводе, свободном от перекачиваемого продукта, например, в период проведения ремонтно-технического обслуживания трубопровода. С помощью представленного устройства движение осуществляется плавно, без рывков, с возможностью возврата к не продиагностированным участкам, что способствует получению более точных диагностических данных. Особенно это актуально в газопроводах малого диаметра (до 200 мм).
Управление и получение информации от модуля визуального контроля и профилеметрии 1, модуля магнитного неразрушающего контроля 3 и модулей-движителей 2, 4 осуществляется через кабельную систему питания и управления 6 с пульта оператора 7 в режиме реального времени. Алгоритм сканирования трубопровода задается соответствующей программой на пульте оператора 7. При этом каждый модуль может отдельно управляться с пульта оператора 7. По команде оператора с пульта 7 колеса могут свободно вращаться только в прямом или обратном направлении (в противоположную сторону колеса не вращаются). Регулируемое оператором в режиме реального времени движение заявленной полезной модели позволит избежать проблем с возможным застреванием оборудования, связанным с изменением проходного сечения трубопровода.
При выявлении участков с изменяющимся проходным сечением трубопровода, например, вследствие вмятины или загрязнения, информация, содержащая параметры величины изменения проходного сечения, с модуля визуального контроля и профилеметрии 1 в режиме реального времени поступает на пульт оператора 7, где принимается решение о возможности дальнейшей дефектоскопии.
При выявлении коррозионных дефектов, расположенных на внутренней поверхности стенки трубопровода, самоходное аппаратно-программное устройство дефектоскопии газопроводов, по команде с пульта оператора 7 на модули движителей 2, 4, в режиме реального времени передвигается на заданную величину к месту расположения выявленных дефектов. Камера модуля визуального контроля и профилеметрии 1 по команде с пульта оператора 7 разворачивается к месту расположения дефекта, фокусируется на нем под прямым углом, для уменьшения искажения формы дефекта, и определяет его параметры (длина, ширина).
При выявлении диагностическим модулем 3 (например, магнитным или электромагнитоакустическим) коррозионных дефектов, расположенных на внешней поверхности стенки трубопровода, самоходное аппаратно-программное устройство дефектоскопии газопроводов, по команде с пульта оператора 7 на модули движителей 2, 4, в режиме реального времени возвращается к месту расположения выявленных дефектов и более детально обследует указанный участок Диагностическим модулем 3. Информация с Диагностического модуля 3 поступает на пульт оператора 7, где принимается решение о необходимости повторного диагностирования указанного участка или продолжении дефектоскопии последующих участков трубопровода.
Для осуществления движения шток узла трансмиссии 14 модуля движителя 2 выдвигается, проталкивает вперед колесные узлы амортизации 13 и модуль визуального контроля и профилеметрии 1. При выдвижении штока узла трансмиссии 14 модуля движителя 2 на заданную величину, трансмиссия переключается, этот шток начинает втягиваться. Также одновременно выдвигается шток узла трансмиссии 15 модуля движителя 4, тем самым перемещая вперед узел трансмиссии 14, модуль магнитный неразрушающего контроля 3 и колесные узлы амортизации 13 модуля движителя 4.
При достижении штоками узлов трансмиссии 14 и 15 конечных положений, данные трансмиссии переключаются. Шток узла трансмиссии 14 выдвигается, а шток узла трансмиссии 15 втягивается, перемещая тем самым вперед модуль визуального контроля и профилеметрии 1, колесные узлы амортизации 13 модуля движителя 2, узел трансмиссии 15 и кабель питания и управления 6.
Обратный ход реализован по аналогичному алгоритму. Подтяжка кабеля питания и управления осуществляется станком намоточным с автоматическим раскладчиком (на фигуре не показано), входящим в состав кабельной системы питания и управления 6.
В случае некорректной записи диагностической информации самоходное аппаратно-программное устройство дефектоскопии газопроводов возвращается на заданную позицию и более детально диагностирует указанный участок. Что позволяет повысить точность определения местоположения дефектов и их характеристики (тип, размер).
Таким образом, техническим результатом заявленной полезной модели является возможность программного перемещения устройства в режиме реального времени, что, в свою очередь, способствует повышению точности диагностики и получению более достоверной информации выявленных дефектов внутренней поверхности трубопроводов.