ВНУТРИТРУБНЫЙ МАГНИТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП

Полезная модель относится к устройствам для наблюдения за состоянием трубопроводов большой протяженности, а именно для определения дефектов магистральных нефтегазопродуктопроводов путем пропуска внутри обследуемого трубопровода диагностического снаряда, записи в бортовом компьютере данных и последующего определения параметров дефектов трубопровода по накопленным данным.
Известно устройство по способу магнитного контроля (патент РФ №2118816, оп.10.09.1998). Изобретение используется для неразрушающего контроля и выявления дефектов в трубах магистрального трубопроводного транспорта. Устройство содержит намагничивающую систему и измерительную систему из датчиков магнитного поля, установленных в зоне намагничивания.
x
y
z
Датчики поля установлены в искательном элементе по одной линии, образуя "гребенку". В каждой точке измерения установлено по три датчика, измеряющих составляющие магнитного поля по осям прямоугольной системы координат, соответственно Н,Н и H.
Датчики установлены с интервалом 5 мм. По сигналам с датчиков вычисляются векторы напряженности поля Н по линии установки датчиков. По данным вычисления векторов поля строится векторная функция распределения поля в виде совокупности из ранее определенных признаков, которая затем сравнивается с векторной функцией распределения, введенной ранее в память ЭВМ, соответствующей координатам датчиков, с которых сняты сигналы. Сравнение осуществляется с учетом наличия характерных признаков. Затем по формульным зависимостям, введенных в память ЭВМ, и по измеренным значениям параметров вычисляются характеристики дефектов (глубина, длина, ширина).
Недостатком данного устройства является большое потребление энергии, так как для измерения трех координат магнитного поля требуется большое количество датчиков магнитного поля. Кроме того, длину, ширину и глубину дефектов определяют из сравнения с эталонными дефектами, конфигурации которых практически никогда не совпадает с реальными дефектами.
Наиболее близким по конструктивному исполнению к заявляемому устройству является дефектоскоп (патент №2133032 РФ, оп.10.07.1999). Устройство конструктивно выполнено в виде внутритрубного снаряда и содержит цилиндрический корпус (ярмо), выполненный из магнитомягкого материала. На торцевых гранях корпуса установлены опорно-двигательные элементы, которые обеспечивают центровку устройства в трубопроводе и несут на себе вес устройства. Устройство содержит намагничивающую систему в виде расположенных непосредственно на корпусе двух намагничивающих поясов из радиально намагниченных постоянных магнитов, на полюсах которых установлены щетки из магнитомягкого материала, контактирующие с внутренней поверхностью трубы, причем направление намагниченности в первом и втором намагничивающих поясах противоположное, и измерительную систему с поясом из датчиков магнитного поля, подпружиненных к стенке трубы, установленную между намагничивающими поясами. Устройство внутри трубопровода перемещают за счет давления транспортируемого продукта. В процессе движения измеряют изменения магнитного поля, которые вызваны дефектами в стенке трубы. По результатам измерения выявляют дефекты стенок трубопровода и определяют параметры этих дефектов.
Недостатком данного устройства является то, что при определении параметров дефектов учитываются только потоки рассеяния магнитного потока в воздухе над дефектом и не определяются магнитные потоки обтекающие дефект в теле стенки трубы. Это снижает точность определения параметров дефектов (длина, ширина и глубина)
x
Сущность полезной модели заключается в том, что внутритрубный магнитный дефектоскоп содержит корпус (ярмо), на торцах которого расположены опорно-двигательные элементы, намагничивающую систему, выполненную в виде установленных на корпусе двух намагничивающих поясов из радиально намагниченных постоянных магнитов, на полюсах которых закреплены магнитные щетки из магнитомягкого материала, причем направление намагниченности в поясах противоположное и измерительную систему, установленную между намагничивающими поясами и выполненную в виде подвижного измерительного пояса из датчиков магнитного поля, подпружиненных к стенке трубы, и измеряющих амплитудную компоненту магнитного поля H вдоль образующей трубы. Дополнительно в устройство введены датчики направления магнитного поля, измеряющие угол α, между составляющей вектора магнитного поля, лежащей на поверхности трубы и образующей трубы, причем датчики направления магнитного поля чередуются в измерительном поясе с датчиками магнитного поля.
В качестве датчиков направления магнитного поля используются тонкопленочные магниторезистивные датчики, либо другие датчики, измеряющие направление вектора магнитного поля.
X
X
В основе работы заявляемого внутритрубного магнитного дефектоскопа лежит принцип измерения магнитного потока рассеяния над дефектом, т.е. измерения магнитного поля H. По измерениям величины H с высокой точностью можно определить параметры дефектов сильно вытянутых перпендикулярно направлению приложенного магнитного поля (дефекты типа швов). Но для дефектов типа лунки, магнитный поток рассеивается не только в воздух, но и растекается в стороны от дефекта. Учесть величину магнитного потока, обтекающего дефект, позволяет измерение дополнительной компоненты магнитного поля - направления магнитного потока в стенке трубы, т.е. измерение угла α. Несмотря на то, что измерение производится над поверхностью трубы, общеизвестно, что в намагниченном материале тангенциальные составляющие магнитного поля на его поверхности являются непрерывными, т.е. измеренный на поверхности угол α соответствует направлению магнитного потока в стенке трубы.
Определение количества магнитного потока, обтекающего дефект, позволяет существенно повысить точность при определении параметров дефектов (их глубины, длины и ширины).
X
Y
Растекание магнитного потока можно определить путем измерения двух компонентов амплитуды магнитного поля H и H и последующего вычисления угла α, но такая процедура вносит дополнительную погрешность.
Детальное изложение конструкции устройства и его принципа действия иллюстрировано чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид устройства;
на фиг.2 изображено устройство вид сбоку;
на фиг.3 дано сечение верхней части устройства, запассованного в трубопровод с одной измерительной секцией;
на фиг.4 дана электрическая блок схема устройства.
на фиг.5 показано распределение магнитного потока в стенках трубы при наличии дефекта.
Устройство конструктивно выполнено в виде внутритрубного снаряда и содержит цилиндрический корпус (ярмо) 1, выполненный из магнитомягкого материала (фиг.1, 2, 3). На торцевых гранях корпуса 1 установлены опорно-двигательные элементы 2, которые обеспечивают центровку устройства в трубопроводе и несут на себе вес устройства. Перепад давления, создаваемый плотным прилеганием опорно-двигательных элементов 2 к стенкам 3 трубопровода обеспечивает перемещение устройства в обследуемом трубопроводе потоком транспортируемого по нему продукта. Опорно-двигательные элементы 2 могут быть выполнены в виде манжет, изготовленных из износостойкого полиуретана большой прочности, либо в виде дисков, также изготовленных из полиуретана. В носовой части устройства крепится скоба 4 и обтекатель 5. На концах опорно-двигательных элементов 2 могут быть установлены ролики 6 и датчики пройденного пути - одометры 7. Скоба 4 используется при транспортно-погрузочных работах, для установки устройства в трубопровод, а также для сцепления его с дополнительным измерительным устройством при создании многосекционного устройства. Внутри корпуса 1 выполнены средства для регулирования скорости движения снаряда в виде регулируемого байпасного патрубка для перепуска транспортируемого по трубопроводу продукта (на чертежах не показаны), а также размещены дополнительные измерительные датчики, бортовой компьютер 8 и блок 9 питания (фиг.4).
Намагничивающая система устройства состоит из ярма 1 и двух намагничивающих поясов, каждый из которых содержит пояс постоянных магнитов, соответственно 10 и 11 и пояс гибких магнитных щеток, соответственно 12 и 13. Направление намагничивания в постоянных магнитах 12 и 13 разнонаправленное.
X
Между намагничивающими поясами расположена измерительная система, содержащая чередующиеся между собой датчики 14 измеряющие амплитуду компоненты магнитного поля H вдоль образующей трубы и датчики 15 направления магнитного поля, измеряющие азимутальный угол α на поверхности трубы, характеризующий изменение вектора магнитного потока в стенке трубы относительно образующей трубы (фиг.5).
В качестве датчиков могут быть использованы тонкопленочные магниторезистивные датчики или другие типы датчиков, определяющих направление магнитного поля, либо другие датчики, измеряющие направление вектора магнитного поля..
Датчики 14 магнитного поля и датчики 15 направления магнитного поля измерительного пояса прижимаются к внутренней поверхности трубопровода 3 с помощью упругих элементов ("ласт") 16.
Внутри корпуса 1 (фиг.4) расположены блок питания 9 и бортовой компьютер 8. Блок 9 питания содержит батарейную секцию 17, модуль 18 преобразования напряжения батареи в напряжение, необходимое для питания электронных модулей, искрозащитный модуль 19 и модуль распределения питания 20. Электрический выход батарейной секции 17 подключен к входу модуля преобразования напряжения 18, выходы которого подключены через искрозащитный модуль 19 к модулю распределения питания 20. Выходы модуля распределения питания 20 подключены ко всем электронным модулям и элементам устройства. Бортовой компьютер 8 содержит процессор 21, блок 22 аналого-цифрового преобразования данных измерений и запоминающее устройство 23 на базе твердотельной интегральной схемы.
Устройство содержит также дополнительные датчики. Датчик 24 внешнего давления, датчик 25 углового поворота и датчик 26 температуры. Информационные выходы датчиков 14 и 15, одометра 7, датчика 24 внешнего давления, датчика 25 углового поворота и датчика 26 температуры подключены к соответствующим входам блока 22 аналого-цифрового преобразования.
Через шлюзовую камеру устройство - внутритрубный снаряд вводится в начало контролируемого участка трубопровода 3. Причем на период контроля трубопровода 3 подача транспортируемого продукта через него не прекращается. Оптимальная расчетная скорость движения внутритрубного снаряда по трубе составляет 1÷3 м/с при скорости движения транспортируемого продукта, например газа, до 17 м/с. Скорость передвижения обеспечивается, так называемой "байпасной" схемой взаимодействия транспортируемого продукта и внутритрубного снаряда, при которой транспортируемый продукт обтекая элементы конструкции снаряда создает аэродинамическую силу, заставляющую снаряд непрерывно перемещаться в направлении потока транспортируемого продукта.
При движении устройства по трубопроводу 3 сигналы от датчиков 14 магнитного поля и датчиков 15 направления магнитного поля поступают в бортовой компьютер 8. Затем, данные измерений обрабатываются и записываются в запоминающее 23 устройство бортового компьютера 8.
По завершении контроля заданного участка трубопровода 3 устройство извлекают из трубопровода 3 и накопленные в процессе диагностики данные переносят на стационарный компьютер.
Последующий анализ записанных данных позволяет сделать вывод о наличии дефектов и определить их размеры.