УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ ТРУБЫ С ВНУТРЕННЕЙ СТОРОНЫ

Область техники, к которой относится полезная модель
Данная полезная модель относится к устройству для обследования труб с внутренней стороны, в частности, водопроводных труб, более конкретно - труб центрального отопления.
Уровень техники
Как правило, существует потребность в периодическом обследовании внутренней стороны водопроводных труб, например, в контроле толщины стенки, геометрической формы внутренней поверхности и наличия коррозии.
Как известно, для проведения обследования трубопроводов используют ультразвуковые измерения. Эти измерения основаны на излучении ультразвукового импульса и измерении времени задержки отражений от внутренней и наружной поверхности стенки трубы. Зная скорость распространения звуковой волны в воде и в материале трубы, можно использовать время задержки для расчета расстояния до стенки трубы и толщины стенки. Однако этот подход требует высокочастотных ультразвуковых импульсов. Такие импульсы в значительной степени ослабляются и/или рассеиваются наносами и продуктами коррозии, образующимися в трубе, покрытием внутренней стенки трубы и неровными поверхностями.
В патентном документе US 3,810,384 раскрыто устройство, специально предназначенное для обследования трубопроводов при помощи ультразвуковых преобразователей.
Раскрытие полезной модели
Полезная модель обеспечивает устройство, предназначенное для обследования трубопровода, заполненного водой, с внутренней стороны и отличающееся тем, что оно содержит:
шлангокабель, соединяющий основной блок со вспомогательной установкой, расположенной за пределами трубопровода, для подачи электропитания в устройство и передачи данных от устройства к вспомогательной установке;
по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, предназначенный для эмиссии широкополосного ультразвукового излучения и для записи резонансных сигналов от стенки трубопровода;
двигательный блок, получающий электропитание по указанному шлангокабелю и выполненный с возможностью перемещения основного блока по трубопроводу;
множество колес, установленных с возможностью опоры на внутреннюю поверхность стенки трубопровода; и
при этом указанное устройство выдерживает погружение в воду с температурой по меньшей мере 80°С.
Полезная модель обеспечивает устройство, которое предназначено для применения в трубах центрального отопления. Таким образом, настоящая полезная модель обеспечивает устройство, специально предназначенное для ввода в трубопровод, заполненный водой, для проведения его обследования при помощи метода акустического резонанса. Это дает возможность обследовать толщину стенки и топографию внутренней части трубопровода, а также обследовать трубопровод на наличие коррозии без применения высокочастотных ультразвуковых импульсов.
При нормальной эксплуатации вода внутри труб центрального отопления имеет температуру, превышающую 100°С. Во время технического обслуживания (когда используется указанное устройство), температура в месте доступа снижается примерно до 40°С, однако, вдоль трубопровода могут иметь место значительные изменения. Поэтому все компоненты, которые вступают в контакт с водой, должны выдерживать температуру до 80°С. Это особенно важно для электронных компонентов.
В трубопроводах, применяемых для транспортировки питьевой воды, расположение и скорость устройства можно контролировать двумя способами: путем измерения длины кабеля, подаваемого в трубопровод, и путем изучения видеоизображений, поступающих с бортовых камер. Однако в трубопроводах центрального отопления вода является настолько грязной, что увидеть стенку трубы при помощи бортовой камеры не представляется возможным. Использование длины кабеля само по себе не является достаточным для мониторинга перемещения устройства - если устройство застревает во время движения, подача кабеля в трубопровод может продолжаться. При этом в соответствии с некоторыми вариантами осуществления полезной модели устройство содержит новое устройство невизуального отслеживания позиции. В одном возможном варианте осуществления устройство отслеживания позиции содержит акустический приемопередатчик, установленный на устройстве. Он может взаимодействовать с акустическим передатчиком ("акустическим излучателем"), установленным на крышке входного люка трубопровода. Акустический излучатель может излучать кодированный акустический сигнал, и когда его принимает приемопередатчик, установленный на устройстве, он излучает аналогичный кодированный импульс, который, в свою очередь, принимает акустический излучатель. Используя удвоенное время задержки акустического импульса, можно рассчитать расстояние до устройства от крышки люка.
В другой возможной группе вариантов осуществления предусмотрены средства для определения натяжения шлангокабеля. Это делает вышеуказанный простой способ использования длины кабеля для измерения расстояния более надежным, поскольку он позволяет определить застревание устройства.
Кроме того, в соответствии с полезной моделью предусмотрен двигательный блок, получающий электропитание по шлангокабелю. Заявитель установил, что традиционный подход с использованием потока воды для перемещения устройства является непригодным в трубах центрального отопления.
Устройство согласно полезной модели позволяет производить обследование труб при помощи акустической резонансной технологии (Acoustic Resonance Technology, ART). Измерения в соответствии с ART выполняются при помощи широкополосных импульсов в диапазоне относительно низких частот. Эти импульсы используются для возбуждения акустических мод или резонансов в стенке трубы. Такие моды образуются при определенных частотах, когда толщина материала трубы соответствует целому числу полуволн (называемому "полуволновым резонансом"). Ультразвуковые преобразователи, установленные на устройстве, записывают резонансные сигналы от стенки трубы, которые затем анализируются в определенном частном диапазоне, чтобы определить резонансные частоты и рассчитать толщину стенки трубы. Диапазон низких частот делает ART менее чувствительной, чем традиционные ультразвуковые измерения, к наличию наносов, покрытию внутренней стенки и т.п.
Краткое описание чертежа
Ниже исключительно в качестве примера раскрыт вариант осуществления полезной модели со ссылкой на прилагаемый чертеж, где на фиг. 1 показано схематическое изображение системы обследования трубопровода, содержащей устройство согласно полезной модели.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 показана система, используемая для ультразвукового измерения толщины стенки, а также для контроля геометрической формы внутренней поверхности и наличия коррозии в заполненных водой трубах. Датчики, используемые для измерения, установлены на устройстве, которое вставляется в трубу.
Управление обследованием осуществляется из передвижной лаборатории на базе автомобиля (1), который используется также для транспортировки всего необходимого оборудования. В автомобиле предусмотрено аппаратное помещение (2), которое оснащено компьютерами и используется для управления контрольным устройством, обработки данных, передаваемых устройством, и просмотра видеоизображений с камер (13), установленных на устройстве.
Передвижная лаборатория и устройство соединяются при помощи шлангокабеля (7), который используется для подачи электропитания и передачи коммуникационных сигналов. В передвижной лаборатории кабель наматывается на кабельный барабан с лебедкой (3). Кабель проходит от кабельного барабана по колесу, установленному на штативе (4), через специальную входную трубу (6) с механизмом подачи кабеля на крышке (5) и далее - к заднему центрирующему механизму (8) на контрольном устройстве. Задний и передний центрирующие механизмы (8 и 11) расположены на соответствующих концах основного блока устройства и используют подпружиненные рычаги с колесами, установленными на концах, чтобы поддерживать центрирование устройства в трубопроводе.
Между центрирующими механизмами расположены два модуля: электронный модуль, содержащий все электронные устройства, необходимые для управления, связи и ультразвуковых измерений, и преобразовательный модуль (10), в котором установлены ультразвуковые преобразователи.
Двигательный блок (12) механически и электрически соединяется с передним центрирующим механизмом (11). Блок (12) содержит один или несколько двигателей с пропеллерами, которые используются для ввода устройства в трубу перед проведением обследования. Кроме того, предусмотрены камеры (13), установленные на переднем центрирующем механизме (11) и на двигательном блоке (12). Они используются для мониторинга перемещения устройства по трубопроводу.
При применении устройство сначала вводится в трубопровод при помощи двигательного блока (12). Когда устройство достигает конца участка трубопровода, подлежащего обследованию, центрирующие механизмы (8, 11) на обоих концах устройства разворачиваются, чтобы поддерживать центрирование устройства в трубе. Затем устройство перемещается шлангокабелем назад в направлении места ввода, в то время как ультразвуковые преобразователи используются для непрерывного обследования стенки трубы.
Это обследование содержит излучение широкополосных низкочастотных ультразвуковых сигналов и использование преобразователей для записи резонансных сигналов от стенки трубы. Полученные сигналы анализируются в аппаратном помещении (2) с целью определения геометрической формы внутренней поверхности и толщины трубы, а также идентификации участков коррозии.
Местоположение устройства в трубе определяется при помощи акустического излучателя (не показан), установленного на крышке (6) входного люка и передающего кодированные акустические сигналы, и соответствующего приемопередатчика (также не показан), установленного на устройстве и реагирующего на прием акустических сигналов подачей своего собственного кодированного сигнала, который принимается акустическим излучателем. Учитывая, что скорость распространения звука в воде известна, время возвращения сигнала можно использовать для расчета расстояния, пройденного устройством от крышки входного люка. Результат можно проверить при помощи измерения длины размотанного кабеля (7). В другом варианте осуществления (не показан) длина размотанного кабеля используется для определения расстояния, пройденного устройством, а датчик силы используется для определения застревания устройства по натяжению кабеля.