ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАД ТРУБАМИ
SAFETY DEVICE AND PIPES MONITORING SYSTEM

Данное изобретение относится к предохранительному устройству для заглушки трубы и для трубы, которая с рядом других труб в сваренной друг с другом форме является используемой для изготовления трубопроводов, при этом заглушка закрывает конец трубы, а предохранительное устройство выполнено для выработки сигнала тревоги. Также изобретение относится к системе для контроля труб.
Трубы, которые применяют для строительства трубопроводов, должны отвечать наивысшим требованиям по качеству продукции. Подлежащие транспортировке по трубопроводам среды, такие как, например, нефть, могут при ненадлежащем монтаже нанести большой урон окружающей среде. Кроме того, такой урон приводит к большим финансовым нагрузкам эксплуатирующих магистральные трубопроводы предприятий. Перед встраиванием в существующий трубопровод или же перед сборкой нескольких труб в трубопровод кромки и сварные области  должны быть особенно хорошо защищены. Для этого могут применяться заглушки, которые, прежде всего, также герметизируют части, находящиеся в концах трубы внутренней стенки с помощью гильзы или подобного. Для того чтобы предотвратить повреждения вследствие ненадлежащего использования и, тем самым, сопровождающего нанесения ущерба целостности труб, а также манипуляций с трубами, необходимо контролировать транспортировку и хранение труб до их сборки.
Поэтому задачей данного изобретения является создание предохранительного устройства, которое выполнено для выработки сигнала тревоги и которое является применяемым для заглушки и для трубы. Кроме того, задачей данного изобретения является создание системы для контроля за предусмотренными для строительства трубопровода трубами.
Данная задача решена посредством объектов по пунктам 1 и 29 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы, а также в нижеследующем описании.
Согласно изобретению заглушка содержит гильзу, которая закрывает внутреннюю стенку трубы и на которой внутри трубы расположен датчик корпусного шума, входящий в состав устройства обнаружения корпусного шума для обнаружения манипуляций на трубе и вводимый в контакт с внутренней стенкой трубы.
Манипуляции на трубе сопровождаются, например, постукиванием или шумом сварки и, тем самым, характерным корпусным шумом. Корпусной шум также вызывает непреднамеренное падение трубы во время транспортировки. Разный корпусной шум может быть соотнесен с характерными причинами. Предохранительное устройство, которое имеет устройство обнаружения корпусного шума с датчиком корпусного шума, может воспринимать возникающий в трубе корпусной шум, и, предпочтительно, посредством электронной обработки выдавать сигнал тревоги. Для этого устройство обнаружения корпусного шума может иметь подходящие средства для обработки воспринятого датчиком сигнала.
Для того чтобы осуществить хорошее восприятие корпусного шума трубы, устройство обнаружения корпусного шума, предпочтительно, подогнано к закруглению внутренней стороны трубы.
В предпочтительном варианте изобретения устройство обнаружения корпусного шума снабжено пьезоэлементом, который служит для восприятия корпусного шума и его преобразования в электрические импульсы. Пьезоэлемент, прежде всего, является частью датчика корпусного шума.
Пьезоэлемент может быть выполнен частично вибрирующим, например по типу камертона. Однако предпочтительным является конструкция, в которой пьезоэлемент или другой датчик корпусного шума расположен на вибрирующем теле, который, прежде всего, его частотой собственных колебаний согласован с диапазоном частот подлежащего обнаружению корпусного шума. Вибрирующее тело может, например, быть металлической полосой, форма и размер которой (например, длина, ширина, высота) согласованы с подлежащим восприятию корпусным шумом. При этом вибрирующее тело устройства обнаружения корпусного шума или же предохранительного устройства может косвенно или непосредственно входить в контакт с внутренней стороной стенки трубы для того, чтобы воспринимать ее корпусной шум и направлять далее на пьезоэлемент или же отдавать.
У подлежащих обнаружению шумов, которые распространяются в трубе, речь, как правило, идет не об отдельной частоте, а о множестве частот или же диапазоне частот, который создается, например, посредством сверления или постукивания на трубе. Например, речь идет о диапазоне частот между 10 и 20 кГц, в котором вибрирующее тело также имеет частоту собственных колебаний.
При применении вибрирующего тела с согласованной частотой собственных колебаний, прежде всего, предпочтительно то, что датчик корпусного шума или же пьезоэлемент не должен находиться в непосредственном контакте с внутренней стенкой трубы. Он может быть расположен защищенным. Однако за счет настройки вибрирующего тела обеспечена большая чувствительность устройства обнаружения корпусного шума. Помимо этого, пьезоэлемент и вибрирующее тело, поскольку они залиты, например, в одном материале, приспособлены к демпфированию посредством этого материала.
Предпочтительно, само вибрирующее тело при использовании по меньшей мере одного магнита может прикрепляться к внутренней стенке подлежащей контролю трубы. Это означает, что устройство обнаружения корпусного шума содержит по меньшей мере один магнит для крепления по меньшей мере одной детали устройства обнаружения корпусного шума на подлежащей контролю трубе. Труба не является частью изобретения.
При применении двух магнитов, которые расположены на расстоянии друг от друга, посредством соединения этих обоих магнитов с помощью образующей вибрирующее тело перемычки сила сцепления магнитов может усиливаться для того, чтобы сделать возможным еще лучшее крепление на внутренней стенке трубы. При этом подлежащие ориентировки в направлении внутренней стороны возможной трубы поверхности магнита также могут быть подгоняемыми к стенке, то есть снабжены соответствующим незначительным закруглением или даже могут быть регулируемыми.
Альтернативно или дополнительно, устройство обнаружения корпусного шума для механического крепления по меньшей мере одной детали устройства обнаружения корпусного шума может быть выполнено на трубе. Для этого могут быть предусмотрены один или несколько аккумуляторов энергии, таких как, например, одна или несколько пружин, которые могут прижимать по меньшей мере одну деталь устройства обнаружения корпусного шума, прежде всего имеющую магнит, вибрирующее тело и пьезоэлемент деталь, к внутренней стороне стенки трубы. Оставшуюся часть предохранительного устройства можно сконструировать соответственно фиксируемым таким образом, что аккумулятор энергии может опираться. Это может происходить, например, посредством возможности привинчивать предохранительное устройство к возможной заглушке.
Предпочтительно, предохранительное устройство имеет подвижную деталь, прежде всего шибер, который содержит магнит, перемычку, образующую вибрирующее тело и пьезоэлемент, и который соответственно может приводиться в контакт с внутренней стороной стенки трубы с помощью комбинации магнита и/или механической силой, прежде всего силой натяжения пружины.
Предпочтительно, предохранительное устройство выполнено для обнаружения манипуляций на заглушке, на которой в отдельном случае может быть расположено предохранительное устройство. Соответственно этому, с одной стороны, создана система контроля трубы даже против нанесения ущерба ее целостности, а также система контроля закрывающей трубы обычно перед их использованием на их концах заглушки.
Предпочтительно, предохранительное устройство может быть выполнено с возможностью привинчивания на внутренней гильзе заглушки. Для возможности обнаружения, прежде всего, механических повреждений или других манипуляций на заглушке, предохранительное устройство может иметь, прежде всего, выполненный в виде фиксатора надреза предохранитель для обнаружения механических повреждений заглушки. При этом особо предпочтительно речь может идти о петле провода, которая может быть прикреплена к мембране заглушки. Такая петля провода, на которую подается напряжение, может по меньшей мере частично закрывать внутреннее сечение трубы в свету и при разрезании пополам вызывать сигнал тревоги. Предпочтительной также является находящаяся под напряжением электрическая сеть, которая нанесена на мембрану или выполнена в виде мембраны, при этом предохранительное устройство может обнаруживать сопровождаемые повреждениями изменения напряжения.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения предохранительное устройство содержит фиксатор смещения, который выполнен для обнаружения изменения положения предохранительного устройства, прежде всего, относительно возможной имеющейся в наличии и подлежащей контролю трубы. Такой фиксатор смещения может быть выполнен, например, в форме датчика ускорения, который может обнаруживать перемещение предохранительного устройства. Однако особенно предпочтительной является конструкция, в которой фиксатор смещения содержит шибер, к которому прикладывают усилие, и предохранительное устройство, помимо этого, выполнено для выдачи сигнала тревоги при смещении шибера, предпочтительно, в его крайнее положение. Шибер, к которому прикладывают усилие, может во время рабочего положения предохранительного устройства, если оно расположено в трубе, опираться на внутреннюю стенку трубы. Если предохранительное устройство снято с трубы, к шиберу прикладывается усилие и выдавливается наружу. Сопровождаемое этим смещение шибера относительно остальной части предохранительного устройства приводит к выработке сигнала тревоги.
Предпочтительно, предохранительное устройство имеет выполненный с возможностью перемещения в направляющей шибер, который может брать на себя множество функций, при этом по меньшей мере при одном положении шибера вдоль направляющей может вырабатываться сигнал тревоги. Для этого могут быть предусмотрены, например, механические переключатели или магнитные переключатели, такие как герконовые переключатели, приводимые в действие расположенным в шибере магнитом.
Особо предпочтительно, если шибер одновременно является деталью устройства обнаружения корпусного шума. Например, на видимом по направлению наружу конце шибера может иметься магнит для сочленения наружной стороны шибера с внутренней стенкой трубы. Это одновременно является причиной того, что шибер дополнительно к возможному приложению усилия, при необходимости также альтернативно такому приложению усилия, остается на стенке подлежащей контролю трубы, и в этом отношении шибер при намеренной манипуляции приобретает изменение положения относительно остальной части предохранительного устройства. Это снова приводит к выдаче сигнала тревоги.
В следующем предпочтительном варианте выполнения предохранительного устройства оно имеет температурный датчик, который при достижении критической температуры инициирует сигнал тревоги. Например, при расположении предохранительного устройства на заглушке или при интеграции предохранительного устройства в заглушку тогда выдается сигнал тревоги, если заглушка обгорает или обгорела.
Предпочтительно, температурный датчик расположен на противоположном относительно датчика корпусного шума конце предохранительного устройства. Таким образом, температурный датчик не подвергается воздействию температур возможной стенки трубы, поднимающихся частично до 50°C.
Предпочтительно, температурный датчик закреплен посредством клеммового соединения, так что при изготовлении предохранительного устройства температурный датчик не может быть поврежден вследствие возможных процессов пайки.
Дополнительно к уже описанным относящимся к безопасности функциям, предохранительное устройство может иметь датчики или же устройства, которые реагируют на отличные от шума или температуры изменяющиеся условия окружающей среды. Например, контроль трубы еще более улучшен, если предохранительное устройство имеет по меньшей мере датчик влажности и/или газовый датчик. Предохранительное устройство согласно изобретению далее может иметь датчик для обнаружения других влияющих на коррозию параметров, прежде всего, в воздухе внутри трубы. При этом речь может идти, например, о датчике измерения содержания соли.
Предохранительное устройство выполнено для выдачи сигнала тревоги, при этом этот сигнал тревоги может быть, например, выданным предохранительным устройством через громкоговоритель звуком или световым сигналом индикации. Предпочтительно, предохранительное устройство выполнено с передатчиком для выдачи радиосигнала или других передающихся беспроводным путем сигналов. Для этого предохранительное устройство снабжено электронным управлением для обуславливающей выдачу сигнала тревоги связи. Средство связи, прежде всего, подходит для двунаправленной связи. Таким образом, предохранительное устройство в состоянии также выдавать по внешним запросам сообщение о состоянии или подобную целенаправленную информацию.
Особо предпочтительным является такое управление, если оно соединено с элементом с радиочастотной идентификацией (RFID), который имеет записываемую обычными средствами память, в которую могут быть записаны, например, идентификатор места складирования или идентификатор трубы. Поэтому с помощью предохранительного устройства согласно изобретению является возможным идентифицировать трубу и осуществить связь с ней посредством электронного управления.
Предпочтительно, предохранительное устройство выполнено таким образом, что оно с регулярными интервалами выдает сигнал о статусе относительно относящегося к нему источника энергии. Такой источник энергии, прежде всего, является частью автономного энергоснабжения, на аккумуляторах, солнечной энергии или энергии ветра.
Для того чтобы сконструировать предохранительное устройство по возможности надежным от влияний окружающей среды, оно имеет состоящий из двух частей наружный корпус, который в рабочем положении образует герметичное полое пространство для установки электронных компонентов. Этот состоящий из двух частей наружный корпус образован, прежде всего, из литого или отлитого под давлением полиуретана и, как таковой, является соответственно прочным. В силу относящихся к нему датчиков, корпус не должен быть образован из трудноразрушаемых материалов, так как датчики до этого должны обнаруживать возможные попытки манипуляций и, соответственно, выдать сигнал тревоги.
Задача далее решена посредством системы для контроля труб, которая имеет множество вышеописанных предохранительных устройств и, помимо этого, приемную станцию для приема сигналов предохранительного устройства, которые могут быть переданы далее предпочтительно с помощью ретранслятора. Далее, система имеет электронную систему обработки данных, которая выполнена для обработки сигналов и выдачи сигнала тревоги.
С помощью такой системы, наряду с запросами о статусе относительно идентификации трубы и места складирования, могут регулярно и просто запрашиваться также температура на заглушках, на которых закреплены предохранительные устройства или же количество контролируемых труб. Сигналы соответствующих предохранительных устройств могут приниматься приемной станцией, после чего сигналы обрабатываются в системе обработки данных.
Кроме того, система, предпочтительно, содержит первую контрольную станцию, которая содержит по меньшей мере частично электронную систему обработки данных, то есть в которой осуществляются первые обработки данных, а также вторую контрольную станцию, которая находится на расстоянии от нее и соединена с первой контрольной станцией посредством, предпочтительно выполненного в виде интернет-соединения, коммуникационного средства. Отдельное место складирования, оснащенное множеством труб и, соответственно, относящимися к ним предохранительными устройствами, может, таким образом, управляться частично локально, более того, также полностью с другого места, например с другого континента. В случае сигнала тревоги могут быть целенаправленно распределены ресурсы, и возможные проблемы быстро устраняются.
Предпочтительно, система выполнена таким образом, что она содержит стандартные процедуры безопасности, то есть сигнал тревоги посылается так долго, пока уполномоченным для этого местом, например в первой или во второй контрольной станции, не будет послан обратно соответствующий подтверждающий сигнал для предохранительного устройства.
Система в следующем варианте выполнения может быть снабжена предохранителем, у которого электронная система обработки данных выполнена для проверки по меньшей мере одного ретранслятора. Возможные отказы отдельных ретрансляторов распознают перед получением сигнала тревоги и, тем самым, повышается защищенность системы от отказов.
Объектом изобретения является также предохранительное устройств для заглушки трубы, выполненное для обнаружения манипуляций на заглушке, имеющее устройство обнаружения корпусного шума, содержащее датчик корпусного шума.
Дальнейшие преимущества и подробности изобретения изложены в нижеследующем описании фигур. На изображениях схематично показаны:
Фиг.1 - изображение в перспективе объекта согласно изобретению в положении на заглушке,
Фиг.2 - объект согласно фигуре 1 в многократном разрезе,
Фиг.3 - предохранительное устройство согласно изобретению с открытым корпусом,
Фиг.4 - объект согласно фигуре 3 в виде сверху без платы,
Фиг.5 - объект согласно фигуре 4 в другом виде,
Фиг.6 - объект согласно фигуре 4 в другом виде,
Фиг.7 - подробный вид объекта согласно изобретению,
Фиг.8 - объект согласно фигуре 3 в виде сзади.
Одинаковые детали или детали со схожими функциями для удобства снабжены идентичными ссылочными номерами. Отдельные технические признаки описанных ниже примеров осуществления могут также вместе с признаками выше описанных примеров осуществления привести к усовершенствованиям согласно изобретению.
На фиг.1 изображено предохранительное устройство 1 согласно изобретению в своем рабочем положении, закрепленное на заглушке 2. Заглушка 2 состоит из сравнительно прочного полиуретана, так что предохранительное устройство 1 без затруднений является жестко прикручиваемым к фланцу 3.
В ситуации, в которой заглушка 2 вместе с предохранительным устройством 1 введена в конец трубы для ее закрытия, закрытое мембраной 4 предохранительное устройство 1 находится внутри трубы. Таким образом, предохранительное устройство 1 доступно от имеющего заглушку 2 конца трубы только посредством разрушения мембраны 4 или же извлечения заглушки 2. С помощью шибера 6 предохранительного устройства 1 устройство обнаружения корпусного шума можно привести в контакт с подлежащей контролю трубой. Для этого шибер 6 выполнен с возможностью перемещения в корпусе настолько, что он прилегает к стороне внутренней поверхности трубы.
Указанная лишь штриховкой петля 10 провода является частью фиксатора надреза, который служит для контроля целостности мембраны 4. При разрезании мембраны 4 выполненный посредством петли 10 провода провод размыкается, что приводит к выдаче сигнала тревоги.
На фиг.2 предохранительное устройство изображено более подробно. Изображено предохранительное устройство 1 в многократном разрезе, при этом вид, среди всего прочего, образован посредством снятия еще видимой на фиг.1 крышки 7 корпуса и разреза в направлении R2 параллельно продольной средней линии заглушки.
На фигуре шибер 6 изображен с двумя магнитами 7 в направляющей 8. Шибер 6 выполнен по типу двойной буквы «Т» и ограничен относительно максимального хода из корпуса предохранительного устройства посредством двух фланцев 9. Аккумулятор 11 служит для энергоснабжения предохранительного устройства 1, в то время как уплотнение 12 образует плоскость уплотнения, которая расположена между изображенной нижней половиной 13 корпуса и видной на фиг.1 верхней половиной 15 корпуса.
На показанном на фиг.2 изображении представлено предохранительное устройство в неактивном положении, зафиксированном посредством соединенного с цепью 14 штифта 16. Посредством вытягивания цепи 14 можно деблокировать предохранительное устройство и, тем самым, включить его. Благодаря выводу шибера 6 из положения блокировки согласно фиг.2, он посредством силы натяжения пружины выдавливается в направлении возможной внутренней стороны трубы, при этом одновременно поддержку этому оказывают магниты 7. Затем штифт 16 не может снова быть веден в фиксированное положение, так как шибер 6 в ситуации, в которой предохранительное устройство введено в трубу, недоступен снаружи и может быть отключен лишь при снятии крышки и вдавливании внутрь шибера 6.
На виде согласно фиг.3 шибер изображен еще в фиксированном положении, что также обозначено цепью 14. Одновременно показано, что плата 17 закрыта рядом электронных компонентов для управления направляющей 8 для шибера 6. Одновременно уплотнение 12 служит герметизации отдельных узлов на плате 17. Выемки 18 представляют собой, с одной стороны, возможность крепления к заглушке, с другой стороны, посредством резьбового соединения осуществляют контакт с петлей 10 провода, находящейся на видимой на фиг.1 мембране 4. Контактная пластина 19 может также служить для контакта с петлей 10 провода.
Предохранительное устройство при вводе в трубу можно простым образом индивидуализировать идентификационным номером трубы и местом складирования трубы посредством чипа 21 с радиочастотной идентификацией. Для этого могут использоваться устройства для считывания штрихового кода, которые обычно могут считывать нанесенные на трубы штриховые коды и, соответственно, записывать чип с радиочастотной идентификацией.
Чип 21 с радиочастотной идентификацией соединен с узлом 22, который подготавливает связной интерфейс для связи с относящейся к нему системой контроля.
Далее на плате 17 расположен герконовый переключатель 23, который на фиг.3 расположен на одной высоте с расположенными в шибере 6 магнитами 24 (сравни фиг.4).
Другой герконовый переключатель 26 является достигаемым посредством выдвигания шибера 6 и представляет собой фиксатор смещения. Предохранительное устройство 1 имеет в его рабочем положении конструкцию, в которой магнит 24 расположен между обоими герконовыми переключателями 23, 26. При выдвигании шибера 6 в его конечное положение магнит 24 шибера 6 попадает в область переключателя 26, и выдается сигнал тревоги, так как это положение является достижимым при удалении возможной трубы. Это происходит, например, тогда, когда заглушку удаляют из трубы, и шибер 6 более не прилегает к стенке внутренней поверхности трубы.
На изображенной на фиг.3 нижней стороне предохранительного устройства расположен термопредохранитель 27, который закреплен в пружинных или клеммовых держателях 28. Другая плоскость уплотнения находится под уплотнением 12 между платой 17 и корпусом 13.
Шибер 6 расположен подвижно в его направляющей в направлении R. Два аккумулятора 29 энергии являются причиной смещения шибера 6 в показанное на фиг.4 положение фиксации, в которой предохранительный штифт 16 расположен в выемке 31 шибера 6.
Металлическая полоса 32 служит для привязки петли 10 провода к плате 17.
Посредством изъятия предохранительного штифта 16 магнит 24 выходит из герконового переключателя 23, после чего все предохранительное устройство резко включается. Так как при этом шибер переходит из показанного на фиг.4 положения в показанное на фиг.5 рабочее положение, выемка 31 больше не находится на одной высоте с все еще показанной на фиг. выемкой 32 корпуса 13. Таким образом, предохранительный штифт более не имеет возможности ввода в устройство и благодаря этому предохранительное устройство не может быть более отключено. В показанном на фиг.5 положении шибер выдвинут до высоты изображенной штриховкой стенки 33 внутренней поверхности трубы. В этом положении магниты 7, которые залиты в шибер и частично выступают из него, расположены на стороне внутренней стенки трубы. Для этого магниты 7 имеют незначительно закругленную поверхность 34, что улучшает контакт.
При снятии заглушки 2 вместе с предохранительным устройством 1 и соответствующем удалении предохранительного устройства 1 с внутренней стенки 33 трубы, шибер вследствие аккумулятора 29 энергии выходит дальше, при этом магнит 24 посредством герконового контакта 26 вызывает сигнал, на основании которого электронным управлением выдается сигнал тревоги. В показанном на фиг.6 положении шибер 6 с его основой 36 находится в его конечном положении в направляющей 8, что также видно благодаря контакту с фланцами 9.
После снятия предохранительного устройства 1 из трубы шибер 6 может быть снова вдавлен в корпус, после чего в отверстия 31 и 32 может быть введен предохранительный штифт 16, так что предохранительное устройство отключается. Однако сигнал тревоги на этот момент был уже выдан. Затем предохранительное устройство может быть оснащено новым энергоаккумулятором 11 и может снова использоваться.
В головной части шибера 6 магниты 7 соединены посредством, предпочтительно, ферромагнитного вибрирующего тела 37. Это соединение, с одной стороны, вызывает улучшенное магнитное крепление шибера 6 на внутренней стенке трубы и, тем самым, улучшенное восприятие корпусного шума. Кроме того, на вибрирующем теле 37 расположен датчик 38 корпусного шума, который в этом примере осуществления содержит пьезоэлемент. Таким образом, шибер 6, с одной стороны является деталью фиксатора смещения, деталью устройства обнаружения корпусного шума и, кроме того, служит для включения и выключения предохранителя, благодаря чему в одном элементе можно реализовать множество функций.
Принятый датчиком корпусного шума сигнал передается далее посредством не изображенного более подробно электрического соединения на блок обработки результатов на плате 17. На этой плате обрабатывается обнаруженный корпусной шум, например, фильтруется и при выполнении определенных критериев также снова выдается сигнал тревоги.
На фиг.8 изображена обратная сторона предохранительного устройства, из которой еще раз видно расположение пластины 19 для контакта с петлей 10 провода.
Прежде всего, посредством комбинации отдельных описанных аспектов предохранительного устройства создается предохранительное устройство, которое с помощью множества добавляемых функций может хорошо контролировать заглушку или же трубу для труб магистрального трубопровода.