АВТОНОМНЫЙ МАГНИТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля, в частности, труб трубопроводного транспорта, может быть эффективно применена для диагностирования при ремонте трубопроводов с переизоляцией, для контроля трубопроводов компрессорных станций, городских систем газоснабжения, а также проходящих под руслами рек, через овраги и другие препятствия.
Известны в неразрушающем контроле магнитные дефектоскопы, передвигаемые внутри трубы под давлением транспортируемого газа и автономные дефектоскопы наружного контроля трубопроводов.
Внутритрубные магнитные дефектоскопы (Крот-1000М, КОД-4М и др., см. приложение) имеют массу более 2000 кг и движутся в трубе под давлением газа 70-80 атм. Протяженность проверяемого участка трубопровода составляет 100-150 км. Для контроля трубопроводов городских систем и других трубопроводов малой протяженности такие дефектоскопы непригодны, а эффективные средства контроля их в настоящее время отсутствуют, хотя имеются случаи разрыва труб (с давлением газа в них порядка 20 атм) с большим экономическим ущербом. Следует также учесть, что наработка большей части труб городских газопроводных систем составляет более 20 лет.
Известно техническое решение по патенту полезной модели №51230 (бюл. №03, 2006 г., см. приложение) «Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов». В процессе контроля этот дефектоскоп движется по трубе по спиральной траектории.
Известно также техническое решение по патенту полезной модели №54197, «Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля» (бюл. №16 10.06.2006 г., см. приложение).
Недостатком устройств по патентам №№51230 и 54197 является то, что принципиально их конструкция не может быть использована для создания внутритрубного дефектоскопа для контроля труб малого диаметра (500 мм …1000 мм), не позволяет увеличить количество транспортных модулей для расширения полосы сканирования, затруднена перенастройка на различные диаметры проверяемых труб.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемой полезной модели является «Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов» по патенту полезной модели №75750 (бюл. №23, 20.06.2008 г., см. приложение). В этом дефектоскопе транспортные модули расположены по спиральной траектории и движутся друг за другом по одному пути, что вызывает трудности его перенастройки на контроль другого диаметра трубы и движение дефектоскопа в обратном направлении. Кроме этого, при движении в обратном направлении второй модуль происходит по участкам, которые уже намагничены первым модулем. Это вызывает большие помехи в получении сигналов о дефектах и эффективность контроля из-за этого падает.
Предлагается устройство (полезная модель), которое не имеет указанных недостатков, а имеет следующие достоинства:
- может быть использовано для контроля труб по наружной или внутренней поверхности;
- может быть осуществлено движение без перенастройки в обратном направлении:
- может быть проведена подготовка для контроля труб различного диаметра в пределах от 500 мм до 1400 мм;
- достигается механическая балансировка устройства, так как оно на трубе образует замкнутое кольцо, расположенное в плоскости, перпендикулярной продольной оси проверяемой трубы.
Целью создания предлагаемой полезной модели является создание условий исключения случаев аварийных ситуаций в городских газопроводных сетях, содействие их надежной безаварийной эксплуатации. Обеспечение надежного контроля газопроводных труб, проходящих под руслами рек, через овраги, болота и другие препятствия.
Поставленная цель достигается за счет эффективного неразрушающего контроля, труб, для проверки которых средства еще не созданы. При этом используются:
- сплошное сканирование датчиками Холла поверхности трубопровода путем движения по винтовой траектории дефектоскопа,
- электродвигатель и аккумуляторы, емкостью на 4 часа и более непрерывной работы электродвигателя,
- магнитно-поисковая система, которая создает магнитные поля над дефектами и, кроме того, позволяет удерживать транспортные модули без использования дополнительных устройств,
- телескопические соединительные тяги, которые регулируются или заменяются при перенастройке дефектоскопа на разные диаметры проверяемых труб,
- расположение транспортных модулей на трубе или внутри трубы по окружности в плоскости, перпендикулярной продольной оси трубы. Транспортные модули, соединенные телескопическими тягами, на трубе образуют замкнутое механически сбалансированное кольцо.
- регулирование угла спиральной траектории путем изменения угла положения осей колесных пар относительно направления движения.
На фигуре 1 «Схеме расположения транспортных модулей и полос сканирования на развертке трубы» изображено и обозначено:
1 - полоса сканирования линейкой датчиков первого транспортного модуля;
2 - полоса сканирования линейкой датчиков второго транспортного модуля;
3 - полоса сканирования линейкой датчиков третьего транспортного модуля;
4, 5, 6 - транспортные модули;
7 - колесные пары;
8 - линейки датчиков Холла, входящие в состав блоков магнитно-поисковой системы.
9 - электродвигатель;
10 - редукторы вращения осей колесных пар;
11, 12 - телескопические соединительные тяги;
13, 14 - цилиндр и шток телескопической тяги;
15 - проекция линейки датчиков на направление, перпендикулярное направлению движения;
φ - угол между линейкой датчиков и ее проекцией;
α - угол спирали движения дефектоскопа.
16 - развертка проверяемой трубы;
18 - аккумуляторы.
На фигуре 2 «Схеме расположения транспортных модулей на наружной поверхности трубы».
4, 5, 6 - транспортные модули;
11 - телесклпические соединительные тяги;
7 - колесо колесной пары;
17 - сечение трубы.
На фигуре 3 «Схеме расположения транспортных модулей на внутренней поверхности трубы».
4, 5, 6 - транспортные модули;
11 - телескопические соединительные тяги;
7 - колесо колесной пары;
17 - сечение трубы.
Описание конструкции полезной модели - автономного магнитного дефектоскопа.
Предлагаемый дефектоскоп содержит:
Три транспортных модуля 4, 5, 6 (фиг.1). Каждый модуль установлен на одной колесной паре 7. Модули, установленные на проверяемой трубе образуют замкнутое механически сбалансированное кольцо, расположенное в плоскости, перпендикулярной оси трубы.
Трубы при укладке и сварке деформируются, их сечение в ряде случаев становится не круглым, а овальным, кроме этого на них могут быть значительные вмятины. В связи с этим меняется сила сопротивления и скорость движения дефектоскопа. Для обеспечения равномерности его движения транспортные модули соединены телескопическими тягами 11 и 12. Тяга состоит из цилиндра 13 и штока 14. В направлении оси трубы тяги имеют высокую жесткость.
Модули могут быть установлены для контроля на наружной поверхности (фиг.2). Если проверяемые трубы проложены в грунте, то дефектоскоп устанавливается через специальные шлюзы внутрь трубы (фиг.3). Его перемещение в трубе осуществляется с помощью электропривода, состоящего из электродвигателя 9 с редуктором 10 (см. фиг.1), или с применением троса и лебедки. Для электропитания двигателя установлены аккумуляторы 18. Электродвигатель может быть установлен только на одном транспортном модуле.
На каждом транспортном модуле установлен блок магнитно-поисковой системы с линейкой датчиков 8. Линейка датчиков устанавливается под углом φ=45° к направлению движения для обеспечения выявления как продольных, так и поперечных дефектов.
Оси колесных пар 7 могут поворачиваться и устанавливаются в зависимости от требуемого угла α (см. фиг.1) спиральной траектории, который может быть определен из ΔABC tgα=(nlcosφ)/πD, в данном примере
tgα=(3·240cos45°)/π1000=0,16, α=9,1°.
где l=240 мм - длина линейки датчиков, D=1000 мм - диаметр трубы, n=3 - количество транспортных модулей, на которых установлены линейки датчиков, в данном примере n=3. φ - угол между линейкой датчиков 8 и его проекцией 15 на направление перпендикулярное движению.
Работа дефектоскопа состоит в следующем.
Дефектоскоп устанавливают на проверяемую трубу или внутрь трубы, включают магнитно-поисковую систему, электродвигатель. Дефектоскоп будет двигаться по спирали, считывая сигналы с дефектов и записывая их на бортовой компьютер, информация с которого снимается по окончании движения по заданному участку трубы или в реальном времени. При необходимости дефектоскоп может двигаться в обратном направлении. Установленная магнитно-поисковая система обеспечивает выявление дефектов, в том числе стресс-коррозионных трещин глубиной 10% от толщины трубы и более, что соответствует техническим условиям.
Пример выполнения полезной модели.
Изготовлен макет полезной модели для контроля трубы диаметром 300 мм с целью проверки работы механической части. Работа макета подтвердила правильность принципов, заложенных в конструкции дефектоскопа. Разрабатывается документация для промышленного выпуска предлагаемого дефектоскопа. Промышленный выпуск предлагаемого магнитного дефектоскопа повысит надежность эксплуатации городских сетей газоснабжения, газопроводов, проходящих через различные препятствия (реки, овраги и др.).
Таким образом, приведенная и обоснованная совокупность признаков предлагаемого устройства является необходимой и достаточной для получения положительного эффекта повышения надежности газопроводов малой протяженности.