Многоканальная измерительная система для измерения геометрического профиля трубопровода
MULTI-CHANNEL MEASURING SYSTEM FOR MEASURING THE GEOMETRIC PROFILE OF THE PIPELINE

Область техники
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно - измерения отклонений от заданного номинального значения геометрического профиля стенки трубопроводов или иных протяженных объектов.
Уровень техники
Известен внутритрубный профилемер (патент № 49221 RU, приоритет от 10.11.2005, МПК G01B 7/12, F17D 5/00), содержащий корпус, эластичные манжеты, измеритель профиля сечения трубы, по меньшей мере, один измеритель пройденной дистанции, источник питания, электронную систему, при этом манжеты имеют тарельчатую форму и установлены на корпусе профилемера, источник питания и электронная система профилемера установлены в корпусе профилемера, электронная система профилемера содержит средства измерений и цифровой обработки данных, измеритель профиля сечения трубы содержит, по меньшей мере, один пояс рычагов, закрепленных на корпусе профилемера вокруг его оси симметрии и прижимаемых к внутренней поверхности трубы при пропуске профилемера внутри обследуемого трубопровода, измеритель профиля сечения трубы содержит также измеритель угла поворота рычагов, подключенный к средствам измерения электронной системы профилемера, при этом каждый рычаг выполнен способным поворачиваться в плоскости, проходящей через ось симметрии профилемера, вокруг оси, проходящей через точку закрепления рычага на корпусе профилемера, корпус профилемера содержит одну секцию, содержащую герметичную оболочку, в которой установлена электронная система профилемера и источник питания; на корпусе профилемера установлена также, по меньшей мере, одна конусная эластичная манжета, протяженность которой вдоль ее оси симметрии составляет не менее 0,4 ее наружного диаметра.
Известен внутритрубный многоканальный профилемер (патент № 15223 RU, приоритет от 26.06.2000, МПК G01B 7/28), включающий корпус для пропуска внутри трубопровода, чувствительный рычаг, установленный на корпусе профилемера, прижимаемый к внутренней поверхности трубопровода, на корпусе профилемера установлен датчик угла поворота указанного рычага, средства измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений, источник питания, подключенный к средствам измерений, обработки и хранения данных, отличающийся тем, что датчик угла поворота включает в себя подключенный к средствам измерений датчик Холла, чувствительный к повороту указанного рычага, отличающийся тем, что указанный рычаг связан с парой магнитов, датчик угла поворота включает в себя подключенный к средствам измерений датчик, чувствительный к изменению положения указанной пары магнитов при повороте чувствительного рычага, отличающийся тем, что датчик угла поворота выполнен в герметичном корпусе и кинематически связан с чувствительным рычагом с помощью шатуна, отличающийся тем, что датчик угла поворота включает в себя магнит, связанный с рычагом, и элемент, чувствительный к магнитному полю указанного магнита, выходы указанного элемента подключены к средствам измерения напряжения.
Известен внутритрубный многоканальный профилемер (патент № 2164661, приоритет от 30.06.2000, МПК G01B 5/28, G01B 7/34, G01B 7/28, F17D 5/00, G01B 7/30), на корпусе которого закреплен пояс чувствительных рычагов, прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода. В корпусе размещены средства обработки и хранения измеренных данных, одометрическая система и электромагнитный маркерный передатчик для определения положения дефектоскопа внутри трубопровода. Отклонения рычагов измеряются датчиками угла поворота на основе элементов Холла с одновременным измерением температуры датчиков. Используются датчики Холла с частотой среза полосы пропускания по магнитному полю не менее 200 Гц. Перед поясом чувствительных рычагов установлены две эластичные манжеты, плотно прилегающие к поверхности трубопровода. Область между первой и второй манжетами сообщается с областью после второй манжеты через сквозные отверстия в манжете и/или корпусе. Контроль температуры элементов Холла позволяет вносить коррективы в данные измерений. Использование датчиков Холла и конструкция манжет позволяют повысить надежность и стабильность измерений профиля полости трубопровода при наличии в ней посторонних предметов и подобных дефектов профиля.
Внутритрубный многоканальный профилемер (патент № 25218 RU, приоритет от 20.09.2002, МПК G01B 7/28), включающий корпус для пропуска внутри трубопровода, по крайней мере, один пояс чувствительных рычагов, осесимметрично установленных на корпусе по периметру в сечении трубопровода, прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода, с регулярными промежутками между чувствительными рычагами, 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, отличающийся тем, что включает в себя генератор переменного напряжения, связанный с каждым из датчиков угла поворота, а датчики угла поворота выполнены в виде дифференциально-трансформаторных датчиков.
Известен внутритрубный многоканальный профилемер (патент № 131866, приоритет от 01.02.2013, МПК G01B 5/00), включающий корпус с герметичным отсеком и установленные на нем, как минимум, переднюю и заднюю центрирующие эластичные манжеты, одометрическое устройство, по крайней мере, один пояс измерительных рычагов, одними своими концами симметрично закрепленных на корпусе по его периметру в поперечном сечении трубопровода, упруго прижатых другими своими концами к внутренней поверхности трубопровода, с регулярными промежутками между измерительными рычагами, множество датчиков угла поворота указанных измерительных рычагов, средства обработки и хранения результатов измерений, источник питания, подключенный к средствам обработки и хранения результатов измерений, отличающийся тем, что включает в себя, по крайней мере, одно кольцо из эластичного материала, например из полиуретана, расположенное в периферической области эластичной манжеты, позади нее, которое по своему периметру равномерно крепится к каждому из указанных измерительных рычагов и выступам манжеты, осесимметрично расположенным в периферической области задней поверхности эластичной манжеты между измерительными рычагами.
Известно устройство для измерения внутреннего профиля трубопровода (патент № 2690973 RU, приоритет с 17.09.2018, МПК G01B 5/20, F16L 101/30), в котором каждая рычажная система оснащена датчиком угловых перемещений и пружинным механизмом.
Прототипом заявленного изобретения является внутритрубный многоканальный профилемер (патент № 2529820 RU, приоритет от 12.03.2012, МПК G01B 7/28), который состоит, по крайней мере, из одной секции, состоящей из корпуса, на котором установлены опорные диски, колесные блоки подвески, манжеты и, по крайней мере, один пояс измерительных подпружиненных рычагов, кроме того, в металлическом корпусе внутритрубного многоканального профилемера размещены источник питания и секция электроники, которая представляет собой герметичную оболочку с размещенными внутри нее батарейным блоком, модулем электроники, бесплатформенной инерциальной навигационной системой на основе волоконно-оптических гироскопов и системы микромеханических акселерометров, выполненной в одноосном подвесе; бортовыми накопителями информации и маркерным бортовым приемопередатчиком.
Недостатком указанных технических решений является то, что преобразование показаний углового положения оси каждого рычага в линейное отклонение производится только в процессе обработки записанных данных после того, как данные будут скопированы из бортового накопителя информации в память персонального компьютера. Это не позволяет обеспечить предварительную обработку данных в реальном режиме времени бортовой электроникой профилемера.
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества и сокращение времени внутритрубной диагностики геометрического состояния профиля поверхности стенки трубопровода или диагностики состояния профиля поверхности иного протяженного объекта.
Технический результат достигается за счет того, что многоканальная измерительная система многоканального профилемера содержит измерительные механические рычаги, каждый из которых оборудован датчиком, содержащим чувствительный элемент, измеряющий угловое положение вращающейся оси механического рычага, устройство преобразования сигнала углового положения вращающейся оси механического рычага в линейное перемещение пятна контакта механического рычага к со стенкой трубопровода в зависимости от заданного базового значения, при этом параметры характеристики преобразования сигнала включены в энергонезависимое устройство хранения данных, встроенное в датчик, при этом запись параметров характеристики преобразования сигнала осуществляется через двунаправленный цифровой интерфейс, при этом датчики подключаются группами по N штук к модулям объединительным, обеспечивающим слияние получаемых отдельных данных в единый пакет того же формата, имеющим N+1 одинаковых двунаправленных цифровых интерфейсов, один из которых служит для подключения к бортовой электронике внутри герметичной секции многоканального профилемера, при этом бортовая электроника многоканального профилемера получает от датчиков прямые измерения линейного отклонения каждого измерительного рычага и производит предварительную обработку данных в реальном режиме времени, в ходе которой определяются геометрические размеры отдельных конструктивных особенностей и дефектов трубопровода.
В развитие изобретения используют несколько герметичных секций многоканального профилемера, при этом датчики подключаются группами по N штук к модулям объединительным, образуя древовидную структуру подключения.
Конструктивными особенностями трубопровода являются поперечные сварные швы.
В развитие изобретения заявленное изобретение входит в состав многоканального профилемера совместно с магнитной измерительной системой.
В развитие изобретения заявленное изобретение входит в состав многоканального профилемера совместно с ультразвуковой измерительной системой.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен прототип заявленного изобретения.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1. Стенка трубопровода.
2. Измерительный механический рычаг.
3. Вращающаяся ось рычага 2.
На фиг. 2 изображена схема датчика.
На фиг. 2 приняты следующие обозначения:
3. Вращающаяся ось.
4. Датчик.
5. Чувствительный элемент.
6. Устройство преобразования сигнала углового положения вращающейся оси механического рычага в линейное перемещение пятна контакта механического рычага к со стенкой трубопровода в зависимости от заданного базового значения.
7. Энергонезависимое устройство хранения данных.
8. Двунаправленный цифровой интерфейс.
На фиг. 3 изображена многоканальная измерительная система для измерения геометрического профиля трубопровода.
На фиг. 3 приняты следующие обозначения:
4. Датчик.
9. Модуль объединительный.
10. Бортовая электроника.
Осуществление изобретения
Заявленная многоканальная измерительная система для измерения геометрического профиля трубопровода входит в состав внутритрубного многоканального профилемера и включает в себя измерительные механические рычаги 2 (фиг. 1), каждый из которых оборудован датчиком 4 (фиг. 2 и 3), содержащим чувствительный элемент 5 (фиг. 2), измеряющий угловое положение вращающейся оси 3 (фиг. 1 и 2) механического рычага 2 (фиг. 1), устройство преобразования сигнала углового положения вращающейся оси механического рычага в линейное перемещение пятна контакта механического рычага со стенкой трубопровода в зависимости от заданного базового значения 6 (фиг. 2), при этом характеристики преобразования сигнала включены в энергонезависимое устройство хранения данных 7 (фиг. 2), встроенное в датчик 4 (фиг. 2 и 3), при этом запись параметров характеристики преобразования сигнала осуществляется через двунаправленный цифровой интерфейс 8 (фиг. 2), при этом датчики 4 (фиг. 2 и 3) подключаются группами по N штук к модулям объединительным 9 (фиг. 3), обеспечивающим слияние получаемых отдельных данных в единый пакет того же формата, имеющим N+1 одинаковых двунаправленных цифровых интерфейсов 8 (фиг. 2), один из которых служит для подключения к бортовой электронике 10 (фиг. 3), размещенной внутри герметичной секции многоканального профилемера, при этом бортовая электроника 10 (фиг. 3) многоканального профилемера получает от датчиков 4 (фиг. 2 и 3) прямые измерения линейного отклонения каждого измерительного рычага 2 (фиг. 1) и производит предварительную обработку данных в реальном режиме времени, в ходе которой определяются геометрические размеры отдельных конструктивных особенностей и дефектов трубопровода.
В заявленном изобретении реализуется заявленный технический результат: повышение качества и сокращение времени внутритрубной диагностики геометрического состояния профиля поверхности стенки трубопровода, так как данные о геометрическом состоянием профиля поверхности стенки трубопровода без использования промежуточных устройств записи, хранения и последующей расшифровки диагностических данных считываются, регистрируются и сохраняются в режиме реального времени, что повышает качество и сокращает время внутритрубной диагностики геометрического состояния профиля поверхности трубопровода и его проходного сечения.