Носитель датчиков дефектоскопа внутритрубного ультразвукового
CARRIER OF SENSORS OF IN-TUBE ULTRASONIC FLAW DETECTOR

Изобретение относится к устройствам контроля технического состояния магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов неразрушающими методами путем пропуска внутри обследуемого трубопровода внутритрубного ультразвукового дефектоскопа.
Известен носитель датчиков для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией (вписывающихся в поверхность с осевой симметрией). Данный носитель характеризуется тем, что включает в себя корпус и два пояса подпружиненных в радиальном направлении держателей датчиков, закрепленных на корпусе с помощью шарнирных соединений. В каждом держателе имеются посадочные места для нескольких датчиков (см. патент RU 2139469, опубликованный 10.10.1999).
К достоинствам такого носителя относится то, что установленные под углом к оси носителя ряды датчиков позволяют сканировать всю поверхность трубопровода с перекрытием зон, контролируемых отдельными датчиками.
Недостатком известного носителя является то, что при прохождении участка трубопровода с геометрическим дефектом типа вмятины держатели датчиков ведут себя как жесткие элементы, и наезд передней части держателя на вмятину (выступ на внутренней поверхности трубопровода) сопровождается отходом всего держателя от недеформированной части трубопровода. В результате увеличения расстояния между датчиками и внутренней поверхностью трубопровода эффективность работы датчиков снижается, и такие участки трубопровода с геометрическими дефектами остаются непроконтролированными.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является носитель датчиков внутритрубного ультразвукового дефектоскопа, который включает в себя полозы, способные скользить по внутренней поверхности трубопровода и закрепленные на упругих кольцевых элементах, которые содержат ультразвуковые датчики (см. патент RU 2204113 С1, опубликованный 10.05.2003). Особенностью ультразвуковых датчиков является повышенная чувствительность к точности их пространственного положения относительно диагностируемой поверхности.
Основным недостатком ближайшего аналога является то, что при прохождении носителем датчиков трубопроводов с дефектами геометрии (вмятин), вследствие ограниченной гибкости полозов и кольцевых элементов носителя датчиков, а также из-за взаимного влияния полозов и кольцевых элементов на соседние элементы, происходит деформация поверхности носителя датчиков на вмятине в зоне, значительно превышающей размеры вмятины, что приводит к неполному прилеганию ультразвуковых датчиков к поверхности трубопровода в зоне вмятины и потере информации о состоянии стенки трубопровода.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании более гибкой конструкции носителя датчиков дефектоскопа внутритрубного ультразвукового, обеспечивающей датчикам необходимый отступ от внутренней поверхности трубы, включая аномалии геометрии трубы.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении качества диагностики трубопровода в местах с особенностями геометрии трубопровода за счет обеспечения соблюдения необходимого отступа и углового положения ультразвуковых датчиков относительно поверхности аномалий трубы типа вмятина.
Технический результат достигается тем, что носитель датчиков внутритрубного ультразвукового дефектоскопа содержит корпус, на переднем конце которого размещена по меньшей мере одна полиуретановая манжета, за который расположен полиуретановый конус и установленный на заднем конце корпуса полиуретановый диск. На конусе и диске равномерно в окружном направлении закреплены соединенные между собой полозы спиральной формы с установленными на них ультразвуковыми датчиками. Соседние полозы соединены между собой пластинчатыми пружинами. Каждый полоз состоит из гибкой полиуретановой подложки, на которой установлены накладки, имеющие толщину, обеспечивающую требуемое расстояние от ультразвуковых датчиков до внутренней поверхности трубопровода. При этом по центру подложки выполнен продольный сквозной паз.
В частных случаях реализации изобретения на подложке установлены передняя, хвостовая и промежуточные накладки, при этом передняя и промежуточные накладки имеют гибкие наконечники, выполненные с возможностью размещения внахлест на части соседней накладки.
Передняя, хвостовая и промежуточные накладки, а также подложка в ее передней части снабжены закладными элементами с резьбовыми отверстиями под крепежные элементы.
Ультразвуковые датчики установлены на полозе посредством держателей, которые закреплены на внутренней поверхности подложки, при этом держатели снабжены втулками для прохода крепежных элементов, которые вставлены в ответные отверстия, выполненные в подложке и в накладках, причем крепежный элемент, проходящий в отверстие втулки, зафиксирован в резьбовом отверстии закладных элементов накладок.
Технический результат обеспечивается за счет того, что связующим звеном между последовательно установленными держателями датчиков является гибкий эластичный элемент - полиуретановая подложка, отделенная от поверхности трубопровода установленными внахлест накладками с гибкими выступами, что делает конструкцию носителя датчиков более гибкой и обеспечивающей датчикам необходимый отступ от внутренней поверхности трубы, включая дефекты геометрии трубы. Выполненный по центру подложки продольный сквозной паз дополнительно уменьшает жесткость подложки. Соединение соседних полозов между собой пластинчатыми пружинами обеспечивает дополнительное прижатие полозов к внутренней поверхности трубопровода.
Сведения, подтверждающие осуществление изобретения.
На фиг. 1 изображен общий вид носителя датчиков дефектоскопа внутритрубного ультразвукового;
На фиг. 2 изображен носитель датчиков ультразвукового внутритрубного дефектоскопа в разрезе с изображением узлов крепления полозов;
На фиг. 3 изображен общий вид полоза.
На фиг. 4 изображены местные виды А и Б полоза.
На фиг. 5 изображена подложка (гибкий эластичный элемент) с закладным элементом.
На фиг. 6 изображена накладка передняя с закладным элементом.
На фиг. 7 изображена накладка хвостовая с закладным элементом.
На фиг. 8 изображена промежуточная накладка с закладным элементом
На фиг. 9 изображены держатели датчиков.
На фиг. 1-9 приведены следующие обозначения:
1 - корпус носителя;
2, 3 - полиуретановые манжеты;
4 - полиуретановый конус;
5 - полиуретановый диск;
6 - полоз;
7 - пластинчатые пружины;
8 - гибкая полиуретановая подложка;
9 - накладка передняя из полиуретана;
10 - накладка хвостовая из полиуретана;
11 - промежуточная накладка (левая) из полиуретана;
12 - промежуточная накладка (правая) из полиуретана;
13, 14 - держатели датчиков;
15 - кабель;
16 - прижим;
17, 18, 19 - винты;
20 - ультразвуковые датчики;
21 - металлический закладной элемент для передней части подложки 8;
22 - закладной элемент накладки передней 9;
23 - закладные элементы накладки хвостовой 10;
24 - закладные элементы - накладок 11 и 12;
25 - планка;
26 - втулка;
27 - стойки;
28, 29 - винты;
30 - крепежные площадки.
Носитель датчиков (фиг. 1) имеет корпус 1 (фиг. 2) на котором спереди размещена как минимум одна полиуретановая манжета 2 (фиг. 2) и полиуретановый конус 4 (фиг. 2) а сзади расположен полиуретановый диск 5 (фиг. 2) и может располагаться полиуретановая манжета 3 (фиг. 2). Манжеты 2, 3 (фиг. 2), конус 4 (фиг. 2) и диск 5 (фиг. 2) обеспечивают центрирование носителя датчиков в трубопроводе. На конус 4 (фиг. 2) и диск 5 (фиг. 2) равномерно в окружном направлении установлены полозы 6 (фиг. 2) спиральной формы с установленными на них ультразвуковыми датчиками 20 (фиг. 4), диагностирующими сектор поверхности трубопровода. Полозы носителя датчиков, равномерно расположенные в окружном направлении, позволяют полностью диагностировать поверхность трубопровода в окружном направлении. Соседние полозы 6 (фиг. 2) между собой соединены пластинчатыми пружинами 7 (фиг. 2), обеспечивающими дополнительное прижатие полозов к внутренней поверхности трубопровода.
Полоз 6 (фиг. 2) состоит из гибкой полиуретановой подложки 8 (фиг. 3) с металлическим закладным элементом 21 (фиг. 5) в передней ее части, накладки передней 9 (фиг. 3) из полиуретана с закладными элементом 22 (фиг. 6), накладки хвостовой 10 (фиг. 3) из полиуретана с закладными элементами 23 (фиг. 7), промежуточных накладок 11 (левой) и 12 (правой) (фиг. 3) из полиуретана с закладными элементами 24 (фиг. 8), держателей датчиков 13, 14 (фиг. 3), прижимов 16 (фиг. 4), винтов 17, 18, 19 (фиг. 4), датчиков ультразвуковых 20 (фиг. 4) и кабелей 15 (фиг. 3) с разъемами на конце. Держатель датчиков 13 (фиг. 3) состоит из планки 25 (фиг. 9), втулок 26 (фиг. 9), стоек 27 (фиг. 9), винтов 28, 29 (фиг. 9) и крепежных площадок 30 (фиг. 9). Конструкция держателя датчиков 14 (фиг. 3) аналогична конструкции держателя датчиков 13 (фиг. 3) и отличается наличием пластины 31 (фиг. 9) и крепящих ее винтов 32 (фиг. 9).
Подложка 8 (фиг. 3) является основным соединительным и несущим элементом полоза 6 (фиг. 2). Благодаря ее эластичности полоз 6 (фиг. 2) может огибать дефекты геометрии трубы, а при эксплуатации носителя датчиков она не подвержена износу и сохраняет неизменными характеристики жесткости. По центру вдоль всей длины подложки имеется паз (фиг. 5), уменьшающий жесткость подложки и позволяющий разместить внутри ультразвуковые датчики 20 (фиг. 4) и прижимы 16 (фиг. 4), а в передней части в подложку интегрирован закладной элемент 21 (фиг. 5), позволяющий дополнительно закрепить накладку переднюю 9 (фиг. 3) к торцу подложки 8 (фиг. 3) винтами 17 (фиг. 4). Накладка передняя 9 (фиг. 3), накладка хвостовая 10 (фиг. 3) и промежуточные накладки 11 и 12 (фиг. 3) обеспечивают требуемое расстояние от ультразвуковых датчиков 20 (фиг. 4) до внутренней поверхности трубы, а гибкий выступ в конструкции накладок 9, 11, 12 (фиг. 3) ложится внахлест на соседнюю накладку и обеспечивает беспрепятственное прохождение стыков и сварных швов трубопровода. Накладка передняя 9 (фиг. 3) и накладка хвостовая 10 (фиг. 3) дополнительно выполняют функцию элементов для крепления полоза 6 (фиг. 2) к конусу 4 (фиг. 2) и диску 5 (фиг. 2). Держатели датчиков 13, 14 (фиг. 3) имеют посадочные места для установки ультразвуковых датчиков 20 (фиг. 4), на них размещены стойки 27 (фиг. 9) с резьбой для закрепления ультразвуковых датчиков 20 (фиг. 4) прижимами 16 (фиг. 4) при помощи винтов 19 (фиг. 4). На держателях датчиков 13, 14 (фиг. 3) размещены крепежные площадки для закрепления кабелей 15 (фиг. 3) и имеются пазы и резьбовые отверстия для установки и фиксации листовых пружин 7 (фиг. 2). Держатель датчиков 14 (фиг. 3) размещен на полозе 6 (фиг. 2) первым, поэтому, на нем установлена пластина 31 (фиг. 9) для дополнительного закрепления кабеля 15 (фиг. 3). Крепление держателей датчиков 13, 14 (фиг. 3) и накладок 9, 10, 11, 12 (фиг. 3) к подложке 8 (фиг. 3) осуществляется совместно. Держатели датчиков 13, 14 (фиг. 3) опираются на внутреннюю поверхность подложки 8 (фиг. 3), а накладки 9, 10, 11, 12 (фиг. 3) на внешнюю, при этом втулки 26 (фиг. 9) проходят через отверстия в подложке 8 (фиг. 3) и выступают внутрь отверстий накладок 9, 10, 11, 12 (фиг. 3), что обеспечивает точное позиционирование держателей датчиков 13, 14 (фиг. 3), накладок 9, 10, 11, 12 (фиг. 3) и подложки 8 (фиг. 3) друг относительно друга. Крепление держателей датчиков 13, 14 (фиг. 3), подложки 8 (фиг. 3) и накладок 9, 10, 11, 12 (фиг. 3) между собой осуществляется винтами 18 (фиг. 4), проходящими внутри втулок 26 (фиг. 9) и заворачиваемых в резьбовые отверстия закладных элементов накладок 9, 10, 11, 12 (фиг. 3). Кабель 15 (фиг. 3) с разъемом на конце предназначен для подключения ультразвуковых датчиков 20 (фиг. 4) и передачи данных от них к герметичной оболочке со средствами обработки и хранения данных измерений.
Устройство работает следующим образом.
Носитель датчиков в составе дефектоскопа внутритрубного ультразвукового, помещенного в трубопровод, движется вместе с транспортируемой средой. При этом манжеты 2, 3 (фиг. 2), конус 4 (фиг. 2) и диск 5 (фиг. 2) центрируют носитель датчиков в трубопроводе. Конус 4 (фиг. 2), диск 5 (фиг. 2) и пружины 7 (фиг. 2) прижимают полозы 6 (фиг. 2) к внутренней поверхности трубопровода. При наезде на дефект геометрии трубы типа вмятина полоз 6 (фиг. 2), благодаря упругой деформации подложки 8 (фиг. 3), огибает его с сохранением прижатия к внутренней поверхности трубы. При этом сохраняется оптимальное расположение датчиков ультразвуковых 20 (фиг. 4) относительно внутренней поверхности трубопровода и тем самым повышается качество диагностики трубопровода. Датчики ультразвуковые 20 (фиг. 4), закрепленные на держателях датчиков 13, 14 (фиг. 9), излучают ультразвуковые импульсы и регистрируют отражение, после чего через кабель 15 (фиг. 3) данные передаются для обработки и хранения в герметичную колбу, расположенную в составе другой секции дефектоскопа внутритрубного ультразвукового.