МАГНИТНЫЙ ПРОХОДНОЙ ДЕФЕКТОСКОП

МАГНИТНЫЙ НРОХОДНОЙ ДЕФЕКТОСКОН
1.Область техники
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике для технической диагностики трубопроводов по обнаружению дефектов на их внутренней поверхности, особенно для выявления продольных трещин на заглубленных магистральных газопроводах.
2.Уровень техники
Известны дефектоскопы для контроля трубопроводов с использованием устройств продольного способа намагничивания контролируемого объекта цилиндрической системой и элементов считывания полей рассеяния дефектов магнитоиндукционными преобразователями, расположенными по периметру магнитопровода в нейтральной плоскости между полюсами.Халалиев Н.А., Григорьев П.А. Методы контроля состояния труб подземных магистральных трубопроводов. Дефектоскопия, №4, 1974, с.88.
Указанные дефектоскопы, обеспечивают выявление коррозионных повреждений, но не позволяют выявлять стресс-коррозию и продольные трещины Кроме того они не могут проходить сужения и изгибы радиусом до 2D (где: D - наружный диаметр трубы).
Наиболее близкими, принятым заявителем за прототип, к предлагаемой полезной модели является дефектоскоп для внутритрубных обследований. Нат. Р.Ф. №2102738 G01 N 27/87, 27/82 , 20.01.98, Бюл..№2, включающий цилиндрическое основание с опорными узлами, блок энергоснабжения, блок регистрации информации, блок скорости перемещения и источник магнитного поля, блок фиксации магнитных потоков рассеяния от дефектов в стенках трубопроводов.
МПК(6) G 01 N27/82
Известное технические решения не обеспечивают необходимой надежности при работе в трубопроводе из-за наличия вращающихся узлов, особенно в полости негладких поверхностей трубопроводов (наличия решеток в отводах, возможное недооткрытие шаровых кранов, имеющих место малых радиусов изгибов и т.п.).
3. Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлен блоки поперечного намагничивания и съема информации системы опроса; на фиг. 2 - дефектоскоп-снаряд, на фиг.З - сечение кольца устройств намагничивания; на фиг.4 - структурная схема аппаратуры управления и обработки информации, где
1 - преобразователи; 2 - эластичные элементы (ласты); 3 - блоки поперечного намагничивания; 4 - источник магнитного поля (электрообмотки); 5-9 блок энергоснабжения, включающий: 5,6 - турбогенераторы, 7 - выпрямитель, 8 блок аккумуляторов, 9- блок управления питанием; 10 - преобразователь, измеряющий толщину стенки и магнитные свойства трубы; 11 - кнопка пуска по давлению; 12,13-датчики ДГА (газоанализаторы); 14- кольцо преобразователей, работающих на остаточной намагниченности; 15 - модули коммутации и усиления сигналов; 16,17- блок скорости перемещения (одометрические датчики); 18 - модуль селекции сигналов; 19 - датчик угловой координаты; 20 - блок СВЧ преобразователей; 21 - блок регистрации информации (БОНН), включающий модуль предварительной обработки и модуль накопления иформации; 22 - преобразователи полей дефектов, работающие на остаточной намагниченности; 23 - модули коммутации и усиления сигналов от преобразователей 22; 24 - цилиндрическое основание; 25,26 - опорные узлы (манжеты); 27 - дистанирующие узлы (опорные ролики).
4. Сущность полезной модели
Техническая задача состоит в устранении указанных недостатков а именно обеспечении надежности работы дефектоскопа и достоверности контроля при выявлении продольных трещин на заглубленных в земле трубопроводах, выявлении стресс-коррозии на ранней стадии развития, а также дефектов металлургического производства и коррозионного повреждения.
4.2. Отличительные нризнакн.
В отличие от известного решения в магнитном проходном дефектоскопе на цилиндрическом основании размещены блок поперечного намагничивания и съема информации системы опроса, которая размещена в межполюсном пространстве с щагом преобразователей не более 4мм, устройство снабжено дистанирующими узлами из полиуретана, блок энергоснабжения включает турбогенераторы, выпрямитель, блок аккумуляторов, блок управления питанием, опорные узлы выполнены в виде манжет и опорных роликов и установленны под углом не более 30° к оси трубы, блок регистрации информации включает модуль предварительной обработки и модуль накопления, снабжен часовым механизмом с кварцевым генератором и системой опроса измерительных каналов с фиксированной частотой, блок скорости перемещения выполнен на одометрических датчиках.
Сущность устройства.
Магнитный проходной дефектоскоп включает цилиндрическое основание 24 с опорными узлами 25,26,27, блок энергоснабжения 5-9, блок регистрации информации 21, блок скорости перемещения 16,17 и источник магнитного поля 4, блок фиксации магнитных потоков рассеяния от дефектов в стенках трубопрово4.1. Задача
дов 2; в магнитном проходном дефектоскопе, на цилиндрическом основании в размещены блоки (1,2,3,27) поперечного намагничивания 3 и съема информациисистемы опроса, которая размещена в межполюсном пространстве с шагом преобразователей не более 4мм - для получения необходимого и достаточного количества точек измерения для восстановления магнитного рельефа над поверхностью изделия - получения сглаженной характеристики, а также для обеспечения возможности намагничивания в двух кольцевых сечениях, устройство снабжено дистанирующими узлами 27, выполненные из полиуретана, материала с низким коэффициентом истирания, блок энергоснабжения включает турбогенераторы, выпрямитель, блок аккумуляторов, блок управления питанием, опорные узлы выполняются виде манжет (25,26) и опорных роликов (27), и установлены под углом не более 30° к оси трубы, при этом блок регистрации информации 21 включает модуль предварительной обработки и модуль накопления, снабжен часовым механизмом с кварцевым генератором и системой опроса 15,23 измерительных каналов с фиксированной частотой (что обеспечивает определение мгновенной скорости на любых кольцевых неоднородностях трубопровода и координаты аномалий, блок скорости перемещения выполнен на одометрических датчиках.
Повышении надежности работы дефектоскопа обеспечивается за счет решений, исключающих вращающиеся узлы и обеспечивающих полную адаптацию к внутренней поверхности трубопроводов, что позволяет уверенно выявлять дефекты, в том числе, продольные трещины на заглубленных в земле трубопроводах.
Техническая задача решается за счет поперечного секторного намагничивания контролируемых участков трубы электромагнитами, питаемыми от бортовых турбогенераторов, выбора оптимального количества преобразователей, отстройки от полей рассеяния полюсов электромагнитов, бесконтактного измерения мгновенной скорости дефектоскопа, позволяющей регулировать частоту съема
информации с преобразователей, обеспечивать ее точную привязку к дефектоскопируемому участку трубы.
Выявления стресс-коррозии и продольных трещин осуществляется с неподвижно закрепленными преобразователями в междуполюсном пространстве блоков намагничивания путем считывания магнитных полей рассеяния от трещин при максимально возможной отстройке от полей рассеяния полюсов блоков намагничивания.
Регистрация магнитных полей рассеяния дефектов стресс-коррозии, трещин и других коррозионных повреждений осуществляется преобразователями Холла. Для исключения влияния магнитных полей рассеяния от полюсов электромагнита на преобразователи производится электрическая отстройка по каждому каналу с учетом действующей величины магнитного поля в зоне расположения преобразователя. Электрические цепи преобразователей через модули отстройки от помех и предварительной обработки информации подключаются ко входу блока обработки и накопления информации.
Преобразователь Холла воспринимает изменения тангенциальной составляющей напряженности поля дефекта.
ЕН КНт jSina где: Н - вектор тангенциальной составляющей напряженности поля дефекта; j - плотность тока в проводнике, R - постоянная Холла, а угол между векторами Ни,
Сканирование внутренней поверхности трубопровода осуществляется преобразователями 1 (Фиг.1), размещенными в упругих эластичных элементах 2 (Фиг.2), закрепленных на корпусах блоков намагничивания 3.
Блоки намагничивания 3 на корпусе дефектоскопа-снаряда расположены в двух кольцевых рядах (фиг.2, фиг.З) по окружности.
Кольцевые ряды блоков намагничивания смещены друг относительно друга на угол, обеспечивающий сканирование по всему периметру внутренней поверхности трубы.
Намагничивание секторов трубы между полюсами блоков намагничивания 3, до необходимой величины, в зависимости от толщины стенки и магнитных свойств материала обеспечивается путем пропускания постоянного тока по обмоткам 4 электромагнитов (фиг.4). Для создания полей рассеяния дефектов типа стресс-коррозии и продольных трещин используются электромагниты постоянного тока, питаемые постоянным током от бортового турбогенератора. Необходимая величина намагниченности трубы в зависимости от толщины стенки и магнитных свойств материала обеспечивается за счет регулирования величины постоянного тока, протекающего по обмоткам полюсов электромагнитов.
Первичными источниками тока являются турбогенераторы 4,5 (фиг,4) от которых переменный ток поступает в выпрямитель тока 7, работающий с блоком аккумуляторов 8 в буферном режиме. Величина постоянного тока в обмотках блоков питания с учетом зависимости от перечисленных выше факторов корректируется в блоке управления питанием 9 по сигналу от преобразователя 10. Электропитание в обмотки блоков намагничивания и в бортовые системы электропитание подается по сигналу от кнопки пуска 11 (фиг.4) при создании необходимой величины давления в камере запуска газопровода, В случае разгерметизации гермоконтейнера и натекания газа в него, по сигналу от газоанализаторов 12,13 блок управления 9 отключает электропитание от всех бортовых систем. В состав дефектоскопа-снаряда входит кольцо из эластичных элементов 14 с преобразователями, регистрирующими поля рассеяния дефектов по всему периметру внутренней поверхности трубы под воздействием остаточной намагниченности. Для определения местоположения обнаруженных дефектов на газопроводе в дефектоскопеснаряде предусмотрена система путеизмерения, состоящая из одометрических
датчиков 16,17, модуля селекции сигналов и датчик угловой координаты мгновенной 19. Для измерения скорости и радиуса изгиба на дефектоскопе применены СВЧ преобразователи 20.Предварительная обработка информации и упаковка ее в накопитель, осуществляются в блоке обработки и накопления информации 21 (БОНН).
Модуль предварительной обработки информации построен на перепрограмируемых микросхемах, что позволяет, в случае необходимости, изменять и расширять функциональные возможности дефектоскопа.
Для обеспечения прохождения сужений магистрального трубопровода в дефектоскопе применены эластичные манжеты и параллелограмные механизмы с пружинами, на которые установлены блоки намагничивания.
Дефектоскоп работает следующим образом.
После создания необходимой величины давления газа в полости между дефектоскопом и крышкой камеры запуска по сигналу кнопки пуска 11 (фиг.4) к потребителям электроэнергии подключается блок управления питанием 9. За счет перепада давления дефектоскоп вводится в магистральный газопровод. По сигналам преобразователя 10, в необходимых случаях, поддерживается необходимая величина тока в электрообмотках и блоков намагничивания, что обеспечивает оптимальный уровень намагничивания в трубах трубопровода. Этим обеспечивается один из определяющих факторов достоверности контроля. Возникающие магнитные поля рассеяния дефектов наружной и внутренней поверхности регистрируются преобразователями 22. Сигналы с преобразователей через модули коммутации и усиления 15 поступают во входную часть БОНН, где они предварительно обрабатываются и затем поступают в энергонезависимый накопитель твердотельной памяти. В преобразователях 23 формируются сигналы от полей рассеяния дефектов внутренней поверхности, которые модули 24 коммутации и усиления также поступают во входную часть БОНН, и после соответствующей
обработки упаковываются в энергонезависимый накопитель твердотельной памяти.
Опрос преобразователей 1,22 производится с постоянным интервалом вдоль образующей трубопровода вне зависимости изменений скорости движения дефектоскопа по сигналам БОНН, формируемым по результатам измерения мгновенной скорости СВЧ-преобразователями 20.
Анализ информации, получаемой с преобразователей 1, работающих в приложенном поле и преобразователей 22, работающих на остаточной намагниченности, позволяет определить местонахождение дефектов (на наружной или внутренней поверхности трубопровода), их тип и размеры с необходимой точностью.
4.4. Промышленная применнмость
Предлагаемый проходной дефектоскоп выполнен на общепромышленных элементах. Обнаружения в трубопроводах стресс-коррозии и продольных трещин, на ранней стадии их развития обеспечивается формой полюсов электромагнитов, концентрирующих в контролируемой зоне оптимальный уровень намагниченности трубы, высокочувствительными преобразователями, установленными по периметру дефектоскопа с необходимым интервалом и специальной обработкой информации.
Для считывания и регистрации магнитных полей рассеяния дефектов стресскоррозии, трещин, и других коррозионных повреждений, неподвижно закрепленные преобразователи в междуполюсном пространстве блоков намагничивания, устанавливаются с возможностью максимальной отстройки от полей рассеяния полюсов блоков намагничивания.
Преобразователи Холла, устанавливаются в количестве, обеспечивающее
восстановление магнитного рельефа над поверхностью изделия, а модуль отстройки от помех обеспечивает выполнение электрической отстройки по каждому каналу с учетом действующей величины магнитного поля в зоне расположения преобразователя. Для сбора, обработки и накопления информации электрические
цепи преобразователей через модули отстройки от помех и предварительной обработки информации подключаются ко входу блока обработки и накопления информации.
Дефектоскоп имеет устройство для регулирования скорости движения по газопроводу в потоке газа, снабженное каналами перепуска газа, образованными цилиндрическими стенками корпуса, обечайки (на которой размещаются устройства намагничивания и съема информации) и ввареными по винтовой линии простенками, образующими винтовые каналы для перепуска газа, обеспечивающие поперечную составляющую силу давления газа на стенки и вращающий момент вокруг оси дефектоскопа, обеспечивающий совместно с роликами вращение дефектоскопа вокруг оси в газовом потоке; на входе которых устанавливается регулятор расхода газа, управляемый датчиками перепада давления на манжетах.
Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предложенное изобретение, не противоречит законам естественной природы, обладает новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия полезной модели.
Резюме заявителя