Устройство для ультразвукового контроля трубопровода

Полезная модель относится к области техники неразрушающего контроля трубопроводов, а более конкретно к бесконтактным ультразвуковым методам неразрушающего контроля и может использоваться для внутритрубного контроля трубопроводов больших диаметров от 500 мм до 1400 мм сложной геометрии без их вскрытия в сфере энергетики.
Известно «Устройство и блок датчиков для контроля трубопровода с использованием ультразвуковых волн двух разных типов» (Патент РФ №2485388, МПК F16L 55/26, дата приоритета 05.11.2008, опубликовано: 20.06.2013), которое относится к внутритрубному контролю действующих трубопроводов с использованием внутритрубного снаряда. Используются волны двух разных типов (например, горизонтально поляризованная поперечная волна и симметричная волна Лэмба) для распознавания дефектов различных типов путем сравнения соответствующих сигналов, принятых от дефектов. Сигналы детектируются электромагнитно-акустическими измерительными преобразователями. Амплитуды принятых сигналов волн обоих типов сравниваются для вычисления отношения, которое может быть сравнено с распределением величин отношений для известных дефектов с целью оценки типа обнаруженного дефекта. Устройство может представлять собой блок датчиков, выполненный с возможностью установки на внутритрубном снаряде и имеющий несколько датчиков, распределенных по его окружности. Техническим результатом заявленной группы изобретений является возможность распознавания трещинообразных и других дефектов в стенке трубопровод. Недостатком является использование в качестве средства доставки внутритрубного снаряда, который не может быть использован для проведения контроля сложных трубопроводных обвязок малого диаметра.
Известно «Устройство для ультразвукового контроля труб и средства ультразвукового контроля для использования в этом устройстве» (Патент РФ №66547, МПК G01N 29/26, дата приоритета 13.04.2007, опубликовано: 10.09.2007). Оно содержит установленные диаметрально противоположно в сечении трубопровода с возможностью перемещения по его внутренней поверхности два электромагнитно-акустических преобразователя. Во время продольного и кругового перемещения по внутренней поверхности трубопровода электромагнитно-акустические преобразователи осуществляют возбуждение и прием ультразвуковых колебаний. Двойственная функция возбудителя и приемника оказывающая взаимное влияние передающего и приемного трактов, а также большая длительность процедуры контроля является недостатком этого устройства.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели и выбранной в качестве прототипа является полезная модель «Устройство для ультразвукового контроля трубопровода» (Патент РФ №177945, МПК G01N 29/22, дата приоритета 09.08.2017, опубликовано: 16.03.2018), содержащая установленный на средство передвижения внутри трубопровода модуль ультразвукового контроля с системой формирования, приема и обработки сигналов, а также с электроприводами, обеспечивающими выдвижение в диаметрально противоположные стороны двух телескопических манипуляторов, на концах которых в местах свободных от продольного шва трубопровода установлены состоящие из постоянных магнитов и высокочастотных катушек электромагнитно-акустические преобразователи, наделенные порознь функцией возбудителя и приемника ультразвука.
Недостатком прототипа является его предназначение для внутритрубного ультразвукового контроля трубопроводов диаметром не более 400 мм и недостаточный уровень сигналов при диагностике состояния трубопровода диаметром свыше 500 мм.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в обеспечении достоверности внутритрубного контроля трубопроводов больших диаметров.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении чувствительности и производительности контроля труб большого диаметра.
Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для ультразвукового контроля трубопровода, содержащем установленный на средство передвижения внутри трубопровода модуль ультразвукового контроля с системой формирования, приема и обработки сигналов, а также с электроприводами, обеспечивающими выдвижение в диаметрально противоположные стороны двух телескопических манипуляторов, на концах которых в местах свободных от продольного шва трубопровода установлены состоящие из постоянных магнитов и высокочастотных катушек электромагнитно-акустические преобразователи, наделенные порознь функцией возбудителя и приемника ультразвуковых колебаний, на концах манипуляторов возбудители и приемники установлены парами, причем расстояние между ближайшими краями возбудителя и приемника каждой пары равно половине поперечного размера катушек.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой схематично представлены основные узлы предлагаемого устройства.
Оно содержит установленный на средство передвижения внутри трубопровода модуль ультразвукового контроля 1 с системой формирования, приема, обработки сигналов и их передачи в компьютер, а также камерой наблюдения и электроприводами, обеспечивающими выдвижение в диаметрально противоположные стороны двух, телескопических манипуляторов 2. На концах манипуляторов 2 установлены парами возбудители 3 и приемники 4 ультразвуковых колебаний, т.е. около возбудителя 3 на конце одного из манипуляторов 2 установлен приемник 4, а в диаметрально противоположном месте внутренней поверхности трубы 5 на конце другого манипулятора 2 установлены такие же возбудитель 3 и приемник 4. Возбудители 3 и приемники 4 выполнены в виде электромагнитно-акустических преобразователей, каждый из которых содержит постоянные магниты и высокочастотные катушки. Для разделения функций возбуждения и приема ультразвуковых колебаний высокочастотная катушка электромагнитно-акустического преобразователя с функцией возбудителя выполнена из провода большого поперечного сечения и малым числом витков, а высокочастотная катушка электромагнитно-акустического преобразователя с функцией приемника выполнена из провода малого поперечного сечения и большим числом витков (см. прототип).
Расстояние между ближайшими краями возбудителя 3 и приемника 4 в каждой паре равно половине поперечного размера катушек. Это расстояние выбрано из соображений минимизации влияния, оказываемого возбудителем 3 на приемник 4 и сокращения до минимума «мертвой» зоны преобразователя.
Устройство работает следующим образом. После помещения в трубопровод средства передвижения с модулем контроля 1 перед проведением сканирования участка трубы 5 выбирается такое продольное сечение трубопровода установки манипуляторов 2, чтобы продольный сварной шов 6 трубы 5 не попадал под электромагнитно-акустический преобразователь. Положение сварного шва 6 определяется с помощью камер наблюдения, установленных на внешней поверхности модуля 1. Путем выдвижения телескопических манипуляторов 2 выставляют минимально возможный зазор между внутренней поверхности трубы 5 в зоне контроля и электромагнитно-акустическими преобразователями. В процессе сканирования электромагнитно-акустические преобразователи непрерывно перемещаются по образующей трубы с постоянной линейной скоростью, без осуществления перемещения по угловой координате, что позволяет обеспечить высокую производительность диагностики трубопроводов (до 100 м/час). Сгенерированная возбудителем 3 акустическая волна обегает трубу по окружности. Каждое сечение трубы 5 может зондироваться последовательно на нескольких частотах, позволяя формировать в сечении трубы 5 поперечные горизонтально поляризованные волны различных мод. Приемником 4 фиксируются как проходящие волны, например, с возбудителя 3 одной пары на приемник 4 другой пары, так и отраженные волны от дефектов (при их наличии), например, от возбудителя 3 на приемник 4 этой же пары. При этом в каждый момент времени фиксируется информация о сечении трубы 5 в виде последовательности из нескольких сканов, получаемых последовательно для разных частот зондирования и разных электромагнитно-акустических преобразователей, а также параллельно для разных режимов зондирования. В итоге получается два независимых зондирования для каждой частоты зондирования. Т.е. возбудитель 3 одной пары излучает, а принимают оба приемника 4. Затем излучает возбудитель 3 другой пары, и приемники 4 принимают. Электрический сигнал, принятый каждым из приемников 4 поступает в модуль 1, где обрабатывается, а затем передается для отображения и архивирования в компьютер.
Таким образом, благодаря возможности осуществления зондирования трубопровода с помощью предлагаемого устройства в различных режимах зондирования и сравнения принятых сигналов обеспечивается высокая производительность диагностирования состояния трубопровода большого диаметра.