Способ ультразвукового неразрушающего контроля целостности резервуаров и аппаратура для его осуществления
METHOD OF ULTRASOUND NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF INTEGRITY OF TANKS AND APPARATUS FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к области неразрушающего контроля целостности резервуаров нефти и других изделий методом направленных акустических волн.
Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в том что в днище резервуара генерируют ультразвуковую волну Лэмба и принимают прошедшие через дефект и рассеянные на дефекте волны антенной решеткой. После обработки принятых сигналов определяют размеры и координаты дефекта в днище резервуара /CN 202305480, кл. G01N 29/04, G01N 29/07, 2012/.
Недостатком аналога способа является ограниченность его применения исследованиями только днища резервуара.
Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в зондировании днища резервуара направленными ультразвуковыми волнами и приеме ультразвуковых волн, провзаимодействовавших с дефектами резервуара, по которым судят о наличии, форме и расположении дефекта в резервуаре /JPS 5975141, кл. G01N 29/38, G01N 29/44, 1984/.
Недостатком второго аналога является также ограниченность его применения контролем днища резервуара.
Известен способ аналогичного назначения, принятый за прототип, заключающийся в генерации в материале резервуара с помощью ультразвукового генератора продольных и поперечных направленных зондирующих волн, приеме отраженных от дефектов и прошедших дефекты ультразвуковых волн антенными решетками, обработке полученных на выходах антенных решеток сигналов, в результате которой определяют размеры и координаты расположения дефекта в днище резервуара /CN 101666783, кл. G01N 29/14, 2010/.
Недостатком прототипа является ограниченность его применения контролем днища резервуара.
Известна аппаратура для неразрушающего контроля целостности резервуаров, содержащая приемо-передающую акустическую систему, выполненную в виде антенной решетки пьезоэлектрических преобразователей, прикрепляемых к контролируемому участку резервуара до обеспечения сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с поверхностью резервуара и программно-аппаратный комплекс для коммутации и интерпретации данных /CN 202305480, кл. G01N 29/04, G01N 29/07, 2012; JPS 5975141, кл. G01N 29/38, G01N 29/44 1984; CN 101666783, кл. G01N 29/14, 2010/.
Техническое решение в последнем патенте, принято за прототип аппаратуры.
Недостатком аналогов и прототипа в части аппаратуры являются слабый акустический контакт пьезоэлектрических преобразователей с поверхностью резервуара, невозможность неразрушающего контроля одновременно днища и боковой стенки резервуара и отсутствие устройства позиционирования, позволяющего изменять зону контроля.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретений, в части способа и аппаратуры, является расширение эксплуатационных возможностей способа и аппаратуры за счет получения возможности одновременного или последовательного контроля днища и боковой стенки резервуара.
Кроме того в части аппаратуры техническим результатом от внедрения изобретений является повышение качества акустического сухого контакта пьезоэлектрических преобразователей с контролируемой поверхностью резервуара, а также возможность изменения контролируемой зоны резервуара с помощью устройства позиционирования при сохранении качества акустического сухого контакта пьезоэлектрических преобразователей с поверхностью резервуара.
Данный технический результат достигается за счет того, что в способе ультразвукового неразрушающего контроля целостности резервуаров, заключающемся в генерации в материале резервуара с помощью ультразвукового генератора продольных и поперечных направленных зондирующих волн, приеме отраженных от дефектов резервуара и прошедших дефекты ультразвуковых волн антенными решетками, обработке полученных на выходах антенных решеток сигналов, в результате которой определяют размеры и координаты расположения дефекта в днище резервуара, ультразвуковые волны генерируют одновременно или последовательно в днище и боковой стенке резервуара, примыкающей к днищу, причем при одновременной генерации ультразвуковых волн в днище и боковой стенке резервуара генерируют ультразвуковые волны с различными направлениями вектора колебательной скорости частиц, а при обработке полученных на выходах антенных решеток сигналов дополнительно определяют размеры и координаты расположения дефекта в боковой стенке резервуара, примыкающей к его днищу.
Технический результат также достигается за счет того, что аппаратура для ультразвукового неразрушающего контроля целостности резервуаров, содержащая приемо-передающую акустическую систему, выполненную в виде антенных решеток пьезоэлектрических преобразователей, прикрепляемых к контролируемому участку резервуара до обеспечения сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с поверхностью резервуара, и программно-аппаратный комплекс для коммутации и интерпретации данных, дополнительно содержит устройство позиционирования, выполненное в виде гибкой подложки с пазами, а антенные решетки выполнены в виде съемных модулей пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей, устанавливаемых в пазы устройства позиционирования, при этом прижимное устройство выполнено в виде магнитопроводов, установленных в съемных модулях антенных решеток, а пьезоэлектрические приемо-передающие преобразователи - с возможностью переключения направления вектора колебательных смещений генерируемых и принимаемых ультразвуковых волн.
Пьезоэлектрические преобразователи в съемных модулях антенных решеток установлены в шахматном порядке.
Магнитопроводы установлены в съемных модулях антенных решеток между преобразователями в шахматном порядке.
Вокруг каждого пьезоэлектрического преобразователя антенных решеток установлены защитные манжеты.
Для усиления сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с поверхностью резервуара, каждый из пьезоэлектрических преобразователей антенных решеток выполнен подпружиненным.
Гибкая подложка с продольными пазами выполнена из винипласта, закрепляемого на резервуаре с помощью магнитов, заделанных на подложке заподлицо с внутренней поверхностью.
Изобретения поясняются чертежами.
На фиг. 1 представлена схема аппаратуры для реализации способа; на фиг. 2, 3, 4 - схемы выполнения отдельных узлов аппаратуры; на фиг. 5 - упрощенная схема реализации способа ультразвукового неразрушающего контроля целостности резервуаров.
Аппаратура для обнаружения дефектов в резервуарах содержит приемопередающую акустическую систему, выполненную в виде пьезоэлектрических преобразователей, объединенных в съемные модули 1 антенных решеток (фиг. 1, 2, 3), прикрепляемых к стыку боковой стенки с днищем резервуара с помощью прижимного устройства в виде магнитопроводов 2 (фиг. 2) для обеспечения сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с наружной поверхностью резервуара.
Имеется также устройство позиционирования модулей 1 антенных решеток, выполненные в виде пояса 3 с пазами 4 (фиг. 1).
Антенные решетки, выполненные в виде съемных модулей 1 (фиг. 1, 2, 3), устанавливаемых в пазы 4 пояса 3, прижимаются к поверхности резервуара с помощью магнитопроводов 2.
Для этой же цели (обеспечение необходимого усилия прижима) внутри корпуса модуля 1 каждый пьезоэлектрический приемо-передающий преобразователь 5 (фиг. 2, 3) оснащен пружинным механизмом (на чертежах не показан).
Для предотвращения попадания влаги, пыли или грязи внутрь корпуса модуля 1 вокруг каждого преобразователя 5 предусмотрена защитная манжета (на чертежах не показана).
Пьезоэлектрические преобразователи в каждом съемном модуле 1 (фиг. 2, 3) установлены в шахматном порядке. Магнитопроводы 2 в съемных модулях 1 между пьезоэлектрическими преобразователями 5 также установлены в шахматном порядке.
Это позволяет усилить технический эффект за счет увеличения прижимающего усилия каждого пьезоэлектрического преобразователя в модуле к поверхности резервуара.
Пояс 3 с пазами 4 может быть выполнен из винипласта, закрепляемого на резервуаре с помощью магнитов (на чертежах не приведены).
Прижимным устройством для обеспечения акустического контакта пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей 5 с поверхностью резервуара служат магнитопроводы 2 и непоказанный на чертежах пружинный механизм внутри корпуса модуля 1.
Аппаратура также содержит модуль 6 коммутации для обеспечения совместно работы модулей 1 пьезоэлектрических преобразователей (фиг. 1), который подключается к управляемому компьютеру. Совместно с компьютером модуль 6 по коммутации образуют программно-аппаратный комплекс для коммутации и интерпретации данных.
Модуль 6 коммутации соединен с пьезоэлектрическими преобразователями 5 модулей 1 проводами 7. Каждый из преобразователей 5 контактирует с протекторами 8.
Пьезоэлектрические приемо-передающие преобразователи 5 выполнены с возможностью переключения направления вектора колебательных смещений ультразвуковых волн.
Такой преобразователь, например, представлен в патенте /RU 2082163. G01N 29/24, 1997/.
Корпус 9, заполненный жидким демпфером 10, имеет крышку 11 (фиг. 4).
В корпусе 9 установлено два одинаковых пьезоэлектрических преобразователя 5. Корпус 9 также снабжен протектором 8, имеющим форму конуса или пирамиды для контактирования с наружной поверхностью резервуара.
Выводы пьезоэлектрических преобразователей 5 соединены с модулем 6 коммутации.
Модуль 6 коммутации помимо обеспечения совместной работы модулей 1пьезоэлектрических преобразователей (фиг. 1) позволяет соединить преобразователи 5 синфазно или противофазно. В первом случае излучаются продольные волны, а во втором поперечные.
На фиг. 4 горизонтальной и вертикальной стрелками представлены колебательные движения протектора 8 соответственно в направлениях x, y, а точкой - в направлении z. При таких колебаниях в различных направлениях будут генерироваться продольные и одна из поляризаций поперечных ультразвуковых волн.
С помощью описанной аппаратуры способ неразрушающего контроля целостности резервуара 12 (фиг. 5) реализуется следующим образом.
На стыке днища 13 и боковой стенки 14 резервуара 12 устанавливается приемо-передающая акустическая система 15 аппаратуры.
С помощью программно-аппаратного комплекса аппаратуры в днище 13 и боковые стенки 14 резервуара 12 акустическая система 15 направляет соответственно продольные и поперечные ультразвуковые волны, например, в днище - поперечные, а в боковые стенки - продольные.
Продольные волны 17 в боковой стенке реализуют эхо-способ. Отражаясь от дефекта 16, часть волны возвращается к акустической системе 15, неся информацию о координатах и размерах дефекта 16.
Поперечные волны 18 в днище 13 реализуют одновременно акустический, теневой способ и эхо-способ, что позволяет достоверно определить наличие и параметры дефекта 19 в днище 13 резервуара 12.
Аппаратура позволяет одновременно или последовательно исследовать как днище, так и боковые стенки резервуара и проводить контроль резервуара с различных мест установки аппаратуры при качественном акустическом сухом контакте пьезоэлектрических преобразователей с контролируемой поверхностью резервуара.
Этим достигается поставленный технический результат в части способа и аппаратуры как объектов изобретений.