ВНУТРИТРУБНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП-СНАРЯД "ОПТОСКАН"
INTRATUBAL AUTONOMOUS DEFECTOSCOPE-PIG "OPTOSCAN"

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, а именно к внутритрубным дефектоскопам-снарядам, использующим визуально-оптический метод контроля, и может быть использовано для выявления дефектов в трубопроводе, обнаружения в нем инородных предметов, а также фиксирования особенностей участков трубопроводов, таких как запорная арматура, отводы и т.д.
Известны дефектоскопы-снаряды, использующие визуально-оптический метод контроля для обследования трубопровода. Так, по патенту US 6020918 (МПК G03B 37/00, H04N 7/18, опубл. 2000-02-01) снаряд содержит видеокамеру, пригодную для подводной съемки, осветительные регулируемые лампы (используемые для аквалангов), установленные вокруг камеры, двухсекционную направляющую, регулирующую угол наклона устройства, эластичный элемент, служащий амортизатором. Изобретение направлено на повышение устойчивости снаряда и улучшение регулирования углов установки видеокамеры по отношению к исследуемой части трубопровода.
Согласно изобретению по патенту JP10336828 (МПК H02G 1/08, опубл. 1998-12-18) снаряд содержит CCD-камеру для фотографирования, световод и подсоединен к устройству для перемотки и электропитания. Техническая реализация обеспечивает широкое поле наблюдения, хорошую разрешающую способность, увеличение диапазона наблюдения, срока службы и безопасности снаряда.
Согласно изобретению по патенту US5287133 (МПК E03F 7/12, опубл. 1994-02-15) снаряд содержит камеру SONY V-90, источники света в виде галогеновых ламп, балласт для стабилизации, которым может служить аккумулятор. Обеспечивает потребность в простом, недорогом устройстве для фотографирования внутренней полости трубопровода, которое способно работать на больших расстояниях.
Согласно изобретению по заявке KR 20090100183 (МПК B08B 9/02, опубл. 2009-09-23) снаряд содержит CCTV-камеру, распылитель воды, гнездо для соединения с ультразвуковым устройством, компьютером. Обеспечивается расширение функциональных возможностей снаряда - может использоваться для контроля и промывки трубопровода.
По патенту EP 1305594 (МПК G01B 11/24, опубл. 2003-05-02) снаряд-дефектоскоп содержит CCD-камеру, источники света в виде светодиодов, расположенные по кольцу. Светодиоды обеспечивают яркий, стабильный, продолжительный свет. Для связи снаряда с оператором используется волоконно-оптический кабель. Изобретение обеспечивает в режиме реального времени обзор развернутого на 360 градусов вида внутренней поверхности трубопровода (трехмерное изображение), а также его запись на цифровые носители (жесткий диск).
Недостаток известных дефектоскопов-снарядов заключается в следующем. Вышеперечисленные снаряды используют для связи с оператором и источником питания кабель, поэтому не являются в полном смысле автономными. В описании к патенту EP 1305594 указана возможность реализации снаряда полностью автономным посредством лазерной и инфракрасной технологии, но не указаны конкретные технические средства реализации. Кроме того, качество получаемой информации (разрешение получаемых изображений) не позволяет выявлять дефекты, имеющие небольшие размеры, например, трещины.
Известно устройство для оценки геометрических форм трубопровода, которое состоит из каркасного носителя, на котором смонтированы опорные колесные блоки, одометрические колеса с датчиками, как минимум одна уплотнительная манжета, сигнализатор местонахождения дефектоскопа и герметичный контейнер (патент RU2390769, МПК G01N 27/82, опубл. 27.05.2010). Для мониторинга трубопровода используются ультразвуковые эхолокаторы.
Недостатки заключаются в следующем.
Известное устройство используется только в газопроводах и основано на ультразвуковом методе контроля, в связи с чем функциональные возможности устройства ограничены. Кроме того, стоимость таких снарядов, их эксплуатации, программного обеспечения очень высоки.
Задачей изобретения является создание полностью автономного внутритрубного дефектоскопа-снаряда, использующего визуально-оптический метод контроля, а также повышение эффективности обследования магистрального трубопровода за счет конструктивных особенностей дефектоскопа-снаряда.
Задача решается внутритрубным автономным дефектоскопом-снарядом для контроля трубопровода, состоящим из каркасного носителя, на котором смонтированы опорные колесные блоки, одометрические колеса с датчиками, как минимум одна уплотнительная манжета, сигнализатор местонахождения дефектоскопа и герметичный контейнер. В отличие от прототипа герметичный контейнер содержит как минимум два фотографических устройства, источники освещения, питание на которые подается в импульсном режиме от источника питания, и запоминающее устройство, соединенные с электронным блоком управления, причем в герметичном контейнере выполнены окна-иллюминаторы, закрытые оптически прозрачным материалом.
Согласно изобретению:
- при использовании в газопроводах дополнительно содержит устройство регулирования скорости, выполненное в виде автономного модуля, который содержит блок питания, соединенный с блоком управления скоростью передвижения, связанным с исполнительным механизмом посредством привода, причем в уплотнительной манжете выполнено перепускное отверстие для перепуска газа;
- уплотнительная манжета выполнена с зазором относительно стенки трубопровода;
- герметичный контейнер выполнен взрывобезопасным;
- источники освещения выполнены на светодиодных элементах белого цвета.
Технический результат достигается благодаря следующему.
Заявляемый внутритрубный автономный дефектоскоп-снаряд «Оптоскан» имеет возможность проведения обследования одного участка магистрального трубопровода протяженностью не менее 100 км (от камеры пуска до камеры приема трубопровода) за один пропуск. Это обеспечивается отсутствием в конструкции постоянно трущихся о стенку трубы элементов (за счет катящихся опорных колес и уплотнительных манжет с зазором).
Включение в дефектоскоп-снаряд как минимум двух фотографических устройств, для обеспечения оптической связи которых с исследуемой поверхностью трубопровода в герметичном контейнере выполнены окна-иллюминаторы, а также источников освещения, создающих световой поток для восприятия изображения фотографическими устройствами, позволяет проводить эффективную диагностику состояния внутренней полости трубопровода визуально-оптическим методом. Угол охвата по окружности трубопровода объективами фотографических устройств 8 - не менее 150° (при наличии 4-х устройств в фотографическом комплекте). По длине трубопровода охват объектива составляет не менее 1 м.
Совокупность признаков формулы изобретения, приводящая к указанному техническому результату, - создание полностью автономного внутритрубного дефектоскопа-снаряда, использующего визуально-оптический метод контроля, повышение эффективности обследования магистрального трубопровода, неизвестна из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется рисунком, где изображена принципиальная схема заявляемого внутритрубного автономного дефектоскопа-снаряда.
Внутритрубный автономный дефектоскоп-снаряд содержит каркасный носитель 1, на котором смонтированы опорные колесные блоки 2, одометрические колеса 3 с датчиками, как минимум одна уплотнительная манжета 4, сигнализатор 5 местонахождения дефектоскопа и герметичный контейнер 6. Контейнер 6 содержит фотографический комплект 7 с фотографическими устройствами 8, источник питания 9 и источники освещения 10, электронный блок управления 11 и запоминающее устройство 12. При использовании в газопроводах снаряд дополнительно содержит устройство регулирования скорости 13, выполненное в виде автономного модуля, содержащего блок питания 14 и блок управления скоростью передвижения 15, связанный с исполнительным механизмом 16 посредством привода 17. Стенка трубопровода обозначена позицией 18.
Дефектоскоп-снаряд состоит из одной секции и адаптирован по габаритным размерам к существующим технологиям обследования с помощью внутритрубных средств диагностики, а также к существующим камерам пуска и приема средств очистки и диагностики.
Герметичный контейнер 6 выполнен во взрывобезопасном исполнении и предназначен для механической защиты оборудования - фотографического комплекта 7, электронного блока 11, источника питания 9, источников освещения 10 от воздействия окружающей среды и для обеспечения взрывобезопасности.
Опорные колесные блоки 2 предназначены для выполнения функции несущих опор, а также центрирования и продвижения каркасного носителя 1 в трубопроводе.
Уплотнительная манжета 4 предназначена для перекрытия сечения трубопровода с целью создания движущей силы из-за возникающего при этом перепада давления до и после манжеты.
Фотографический комплект 7 предназначен для создания и фиксации оптического изображения объекта съемки (стенки трубопровода 18) и включает несколько фотографических устройств 8. В свою очередь, каждое фотографическое устройство 8 состоит из широкоугольного объектива, затвора и электронно-оптического датчика - матрицы (не показано).
Источники освещения 10 предназначены для создания светового потока, отражающегося от стенки трубопровода 18. Их интенсивность достаточна для восприятия изображения фотографическим устройством 8.
Электронный блок управления 11 предназначен для управления всеми устройствами дефектоскопа-снаряда, сбора диагностической информации (изображений), поступающей от фотографических устройств 8, ее первичной обработки и передачи для хранения в запоминающее устройство 12, а также для приема сигналов от датчиков одометрических колес. Функции электронного блока управления: регистрировать и обрабатывать сигналы от датчиков одометрических колес, формировать управляющие сигналы для затворов фотографических устройств 8, передавать информацию от фотографических устройств в запоминающее устройство 12, формировать импульсы для источников освещения 10. Электронный блок управления выполнен на программируемом контроллере.
Запоминающее устройство 12 предназначено для накопления и хранения диагностической информации, а также для передачи накопленной диагностической информации во внешние устройства с целью их дальнейшей обработки. Запоминающее устройство выполнено на одном или нескольких твердотельных (SSD) энергонезависимых накопителях. Емкость запоминающего устройства - не менее 2 ТБ (терабайт). Для передачи накопленной информации для вторичной обработки после окончания обследования запоминающее устройство выполнено в виде легкоизвлекаемого из контейнера 6 и подключаемого к компьютеру модуля.
Источник питания 9 предназначен для автономного электропитания всех электрических систем дефектоскопа (кроме сигнализатора местонахождения и устройства регулирования скорости, имеющих собственные блоки питания). Емкость источника питания 9 обеспечивает работу всех узлов дефектоскопа в течение не менее 60 ч. Источник питания выполнен на перезаряжаемых аккумуляторах.
Одометрическая система, состоящая из двух одометрических колес 3 с датчиками, предназначена для измерения пройденного дефектоскопом расстояния по трубопроводу и измерения скорости продвижения. Колеса 3 установлены на каркасном носителе посредством подпружиненных рычагов. При вращении прижатых к стенке трубопровода колес 3 импульсы от датчиков, установленных на них, поступают в электронный блок управления 11 и устройство регулирования скорости 13 для подсчета пройденного расстояния и вычисления скорости.
Сигнализатор местонахождения 5 предназначен для контроля движения дефектоскопа-снаряда по участку магистрального трубопровода, а также для поиска его местонахождения в случае застревания. Сигнализатор выполнен в виде автономного, установленного на каркасном носителе дефектоскопа, модуля.
Устройство регулирования скорости 13 предназначено для поддержания скорости продвижения дефектоскопа по обследуемому трубопроводу в оптимальных заданных пределах, обеспечивающих получение диагностической информации в требуемом качестве, и входит в состав дефектоскопа при обследовании трубопровода, перекачивающего газообразную среду. Устройство регулирования скорости обеспечивает регулирование скорости продвижения дефектоскопа по трубопроводу в пределах от 0,5 м/с до 1,5 м/с. Устройство регулирования скорости выполнено в виде автономного модуля, монтируемого на дефектоскоп при необходимости (при использовании в газопроводах). Регулирование скорости производится за счет перепуска газа через перепускное отверстие в уплотнительной манжете 4. Перепускное отверстие перекрывается исполнительным механизмом 16 с помощью привода 17. Управляющие команды поступают от блока управления 15 в зависимости от скорости движения дефектоскопа. Блок управления 15 представляет собой контроллер, вычисляющий текущую скорость на основе данных, полученных от датчиков одометрической системы дефектоскопа-снаряда, и вырабатывающий команды на привод 17. Привод 17 представляет собой электродвигатель, приводящий в движение исполнительный механизм 16. Исполнительный механизм представляет собой зонтичный механизм, перекрывающий в необходимой степени перепускное отверстие.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Дефектоскоп-снаряд запасовывают в трубопровод через камеру запуска. При его движении световой поток, создаваемый источниками освещения 10 и отражающийся от стенки трубопровода 18 (источники освещения выполнены на сверхъярких светодиодных элементах белого цвета), преобразовывается объективами фотографических устройств 8, регулируется по интенсивности и времени воздействия затвором фотографического устройства, воспринимается его матрицей, далее полученный с матрицы сигнал подвергается оцифровке, запоминается в буферном оперативном запоминающем устройстве электронного блока управления 11 и затем сохраняется в запоминающем устройстве 12 для дальнейшей обработки.
Все фотографические устройства 8 в фотографическом комплекте 7 располагаются в одной плоскости, перпендикулярной оси трубопровода. Так как фотографические устройства 8 и источники освещения 10 размещены в герметичном контейнере 6, для обеспечения оптической связи с исследуемой поверхностью в нем вырезаны окна-иллюминаторы (на рисунке не показаны). Для сохранения герметичности эти иллюминаторы закрыты оптически прозрачным материалом. В качестве такого материала может служить стекло (минеральное или органическое) или поликарбонат (листовой). Угол охвата по окружности трубопровода объективами фотографических устройств 8 - не менее 150° (при наличии 4-х устройств в фотографическом комплекте). По длине трубопровода охват объектива составляет не менее 1 м. С целью экономии ресурса источника питания 9 питание на источники освещения подается в импульсном режиме. Частота импульсов синхронизирована с частотой производства снимков (каждый метр пройденного расстояния).
Заявляемый внутритрубный автономный дефектоскоп-снаряд «Оптоскан» имеет возможность проведения обследования одного участка магистрального трубопровода протяженностью не менее 100 км (от камеры пуска до камеры приема трубопровода) за один пропуск. Это обеспечивается отсутствием в конструкции постоянно трущихся о стенку трубы элементов (за счет катящихся опорных колес и уплотнительных манжет с зазором).
Для сохранения оптической прозрачности среды в трубопроводе дефектоскоп-снаряд отстает при движении от скорости потока с целью уноса взвеси (в жидкости) и пыли (в газе), возникающих при соприкосновении частей снаряда (колес и манжет) со стенкой трубопровода - за счет зазора в манжете при движении в трубопроводе с жидкостью и за счет наличия устройства регулирования скорости при движении в газопроводе. Устройство регулирования скорости ограничивает и стабилизирует скорость продвижения по трубопроводу.
Таким образом, изобретение обеспечивает потребность в полностью автономном внутритрубном дефектоскопе-снаряде, использующем визуально-оптический метод контроля, а также повышает эффективность обследования магистрального трубопровода.