УЗЕЛ ПОДВЕСКИ КОЛЬЦА ДАТЧИКОВ ТРАНСПОРТНОГО МОДУЛЯ ДЕФЕКТОСКОПА ВНУТРИТРУБНОГО

Заявленная полезная модель относится к устройствам для внутритрубного неразрушающего контроля путем пропуска, внутри контролируемого трубопровода, дефектоскопа, состоящего из одного или нескольких транспортных модулей, перемещающихся за счет усилия потока продукта, транспортируемого по трубопроводу, с установленными на его корпус 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 равномерно 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 и различной толщины стенок.
Конструкция узла подвески кольца датчиков транспортного модуля внутритрубного дефектоскопа в процессе его движения по трубопроводу должна обеспечивать постоянный контакт всех измерительных датчиков с внутренней стенкой трубопровода и перемещение системы датчиков в плоскости, перпендикулярной оси дефектоскопа, обеспечивая при этом неизменное угловое положение относительно внутренней стенки трубопровода.
Известны различные системы крепления датчиков к корпусу 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 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 техническое состояние магистрального 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. Система 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, и датчики могут потерять контакт со стенкой трубопровода.
Известен патент США №4105972, дата публикации 05.04.1977 г., МПК G01N 27/90; G01M 3/00; G01R 33/12) на устройство диагностики трубопровода. Указанное устройство 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 с возможностью 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.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) заявляемой полезной модели является узел крепления датчиков по патенту РФ RU №113006 от 27.01.2012. Указанный узел крепления держателей датчиков включает в себя два фланца, последовательно расположенных и неподвижно закрепленных на корпусе дефектоскопа. В кольцевом зазоре между ними размещаются подвижный фланец и кольцо. Подвижный фланец и кольцо имеют центральные отверстия, внутренний диаметр которых, превышает диаметр поперечного сечения цилиндрического корпуса дефектоскопа в месте установки кольца датчиков. Подвижное кольцо имеет на своих плоскостях крестообразно расположенные (под 90° друг относительно друга) первую и вторую группы шпонок. На подвижном фланце посредством стоек крепления закреплен третий фланец, на котором с помощью четвертого фланца крепится полиуретановое кольцо, центрирующее корпус кольца датчиков относительно поперечного сечения внутреннего диаметра трубопровода. Корпус кольца датчиков также крепится на четвертом фланце.
N
Узел крепления датчиков выполнен последовательным набором подвижных в плоскости перпендикулярной оси симметрии дефектоскопа, и фиксированных от возможности поворота относительно внутренней стенки обследуемого трубопровода фланцев и колец, в том числе кольца датчиков обеспечивающего максимальный контакт датчиков со стенкой трубопровода при прохождении дефектоскопом сужений и отводов трубопровода. Указанный способ последовательного размещения деталей и узлов имеет недостаток, связанный с увеличением продольного размера узла крепления датчиков, а соответственно и корпуса дефектоскопа на длину необходимую для его крепления. Увеличение продольного размера корпуса транспортного модуля дефектоскопа, снижает возможность прохождения дефектоскопом крутоизогнутых отводов (отводов малого радиуса (менее 5 D)).
Заявляемая полезная модель решает задачу уменьшения продольного размера узла крепления датчиков, при обеспечении постоянного контакта всех измерительных датчиков со стенкой трубопровода, на прямолинейных участках, в поворотах и в местах переменного поперечного сечения диаметра трубопровода, при сохранении углового положения кольца датчиков относительно корпуса транспортного модуля дефектоскопа.
Основной технический результат, полученный при реализации заявленной полезной модели - уменьшение продольного размера транспортных модулей дефектоскопа для обеспечения возможности прохождения трубопроводов, с наличием отводов малых радиусов; с сохранением высокого качества данных дефектоскопии и точности определения углового положения дефектов.
Указанный технический результат получен за счет того, что узел подвески кольца датчиков, заявленной конструкции, имеет небольшой размер в продольном направлении, выполнен подвижным в плоскости перпендикулярной оси симметрии транспортного модуля дефектоскопа, не допускает изменение углового положения кольца датчиков, относительно внутренней стенки трубопровода, центрируется в поперечном сечении трубы за счет наличия полиуретанового кольца.
На фиг.1 изображен узел подвески кольца датчиков транспортного модуля дефектоскопа внутритрубного в сборе (объемное изображение).
На фиг.2 изображен узел подвески кольца датчиков транспортного модуля дефектоскопа внутритрубного в сборе (в разрезе).
На фиг.3 - изображен узел подвески кольца датчиков транспортного модуля дефектоскопа внутритрубного в сборе (в разрезе, со сдвигом на 90 градусов относительно плоскости разреза изображенного на фиг.2).
На фиг.4 изображен узел подвески кольца датчиков транспортного модуля дефектоскопа внутритрубного в разобранном состоянии.
На фиг.5 изображена замкнутая направляющая овальной формы.
На фиг.6 изображен транспортный модуль магнитный дефектоскопа внутритрубного в качестве примера использования заявленного узла подвески кольца датчиков.
На фигурах 1-6 приняты следующие обозначения:
1 - кольцо датчиков;
2 - рычаг;
3 - пружина пластинчатая;
4 - измерительный датчик;
5 - первый подвижный фланец;
6 - неподвижный фланец;
7 - второй подвижный фланец;
8 - полиуретановое кольцо;
9 - третий подвижный фланец;
10 - замкнутая направляющая овальной формы;
11 - первая стойка;
12 - первый выступ (замкнутой направляющей овальной формы);
13 - отверстие (первого выступа замкнутой направляющей овальной формы);
14 - второй выступ (замкнутой направляющей овальной формы);
15 - направляющий паз (второго выступа замкнутой направляющей овальной формы);
16 - металлическая ось;
17 - вторая стойка;
18 - первое прямоугольное отверстие (кольца датчиков);
19 - второе прямоугольное отверстие (кольца датчиков);
20 - ползун (третьего подвижного фланца);
21 - втулка;
22 - выборка (неподвижного фланца);
23 - малая ось симметрии замкнутой направляющей овальной формы;
24 - большая ось симметрии замкнутой направляющей овальной формы;
25 - корпус транспортного модуля дефектоскопа;
26 - узел подвески кольца датчиков транспортного модуля дефектоскопа внутритрубного;
27 - направление движения дефектоскопа.
Предлагаемая конструкция представляет собой систему трех подвижных фланцев 5, 7 и 9, замкнутой направляющей овальной формы 10, полиуретанового кольца 8 и неподвижного фланца 6 с выборками 22. Фланец 6 при сборке подвески кольца датчиков неподвижно закрепляется на корпус 25 одного из транспортных модулей в составе дефектоскопа. Первый подвижный фланец 5 и второй подвижный фланец 7, через выборки 22 неподвижного фланца 6, соединяются между собой с помощью первых стоек 11. Первый и второй подвижные фланцы 5 и 7 образуют зазор, величина которого зависит от величины первых стоек 11. Зазор между первым и вторым подвижными фланцами 5 и 7 обеспечивает всей подвеске датчиков 26 степень свободы в плоскости перпендикулярной оси симметрии транспортного модуля дефектоскопа, а также ограничивает свободу подвески датчиков 26 в продольном направлении. Третий подвижный фланец 9 с помощью вторых стоек 17 соединяется со вторым подвижным фланцем 7. Между подвижными фланцами 7 и 9 зажимается полиуретановое кольцо 8. Наружный диаметр полиуретанового кольца 8 выполнен равным по размеру внутреннему диаметру трубопровода, что позволяет центрировать подвеску датчиков 26, относительно поперечного сечения трубопровода. К третьему подвижному фланцу крепиться кольцо датчиков 1. Закрепленные между собой подвижные фланцы 5, 7 и 9, полиуретановое кольцо 8 и кольцо датчиков 1 имеют диаметр центральных отверстий, превышающий наружный диаметр цилиндрического корпуса транспортного модуля дефектоскопа в месте установки узла подвески кольца датчиков 26.
На кольце датчиков 1, осесимметрично размещены шарнирно закрепленные рычаги с измерительными датчиками и пружинами (например, пластинчатыми, обеспечивающими прижатие измерительных датчиков к стенке трубопровода). В кольце датчиков 1 выполнены два расположенных под углом 180 градусов относительно друг друга первых прямоугольных отверстия 18 и два расположенных под углом 180 градусов относительно друг друга вторых прямоугольных отверстия 19. Угол между двумя парами отверстий 19 и 18 составляет 90 градусов. Кольцо датчиков 1, посредством первых прямоугольных отверстий 18, совмещено с металлическими осями 16. Кольцо датчиков 1, посредством вторых прямоугольных отверстий 19, совмещено с ползуном 20 третьего подвижного фланца 9. Внутри кольца датчиков 1 размещена замкнутая направляющая овальной формы 10. Замкнутая направляющая овальной формы 10 имеет две пары выступов 12 и 14. Первые два выступа 12 замкнутой направляющей овальной формы 10 предназначены для взаимодействия с металлическими осями 16, посредством соосных отверстий. Металлические оси 16 неподвижно закрепляются на корпусе транспортного модуля перпендикулярно оси симметрии транспортного модуля дефектоскопа 13. Вторые два выступа 14, смещенные относительно двух первых выступов 12 на 90 градусов, имеют направляющие пазы 15 и предназначены для взаимодействия с ползунами 20 третьего подвижного фланца 9.
Конструкция узла подвески кольца датчиков транспортного модуля дефектоскопа работает следующим образом. При движении дефектоскопа по направлению 27, закрепленные между собой фланцы 5, 7 и 9 и кольцо датчиков 1 перемещаются в плоскости перпендикулярной осисимметрии транспортного модуля дефектоскопа, под действием усилия создаваемого полиуретановым диском 8. Перемещение кольца датчиков в плоскости, перпендикулярной оси симметрии транспортного модуля дефектоскопа и неизменное угловое положение, относительно внутренней стенки трубопровода, обеспечивается возможностью перемещения кольца датчиков 1 вдоль большой оси 24, замкнутой направляющей овальной формы, за счет совмещения первых прямоугольных отверстий 18 с металлическими осями 16, и перемещения вдоль малой оси 23, замкнутой направляющей овальной формы, за счет совмещения вторых прямоугольных отверстий 19 с ползуном 20 третьего подвижного фланца 9 взаимодействующего с направляющим пазом 15 второго выступа 14 замкнутой направляющей овальной формы.
Технический результат достигается за счет уменьшения количества взаимодействующих между собой фланцев, что позволяет уменьшить продольный размер транспортного модуля, при этом сохраняя, постоянный контакт измерительных датчиков со стенкой трубопровода, за счет работы центрирующего полиуретанового кольца и неизменность углового положения кольца датчиков, за счет взаимодействия прямоугольных отверстий кольца датчиков с элементами третьего подвижного фланца и замкнутого кольца овальной формы.
Пример реализации заявленного узла подвески кольца датчиков 26 на корпусе транспортного модуля дефектоскопа внутритрубного 25 приведен на фиг.6.