ВНУТРИТРУБНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЕМЕР
IN-PIPE MULTI-CHANNEL CALIPER PIG

Изобретение относится к устройствам для контроля за состоянием магистральных нефте-, газо- и продуктопроводов путем пропуска внутри обследуемого трубопровода устройства, продвигающегося внутри трубопровода с потоком транспортируемой среды, с целью сбора информации о поперечном сечении трубопровода и определения положения трубопровода в пространстве.
Известно устройство для контроля состояния проходного сечения магистрального трубопровода (SU 9090405 А1, 28.02.1982), включающее герметичный контейнер с пружинящими элементами, в котором размещены узел записи с пишущим наконечником и лентопротяжный механизм и который выполнен в виде двух сообщающихся между собой гидравлических полостей с поршнями.
Известно устройство для контроля состояния проходного сечения магистрального трубопровода (SU 1139930 А1, 15.02.1985), состоящее из источника электроэнергии, узла освещения и блока регистрации, размещенных в герметичном контейнере, на наружной поверхности которого с возможностью перемещения относительно оси устройства установлены щупы с указателями их отклонения, электрически связанные с источником электроэнергии и блоком регистрации.
Известно устройство для контроля состояния проходного сечения магистрального трубопровода (SU 1562582 А1, 07.05.1990), содержащее корпус с эластичными манжетами на его торцах, источник питания и блок регистрации, установленный внутри корпуса, а также чувствительные элементы, при этом с целью повышения достоверности контроля состояния проходного сечения трубопровода задняя манжета разрезана по секторам и установлена с зазором к трубопроводу.
Известен внутритрубный многоканальный профилемер (RU 2164661 С1, 27.03.2001), на корпусе которого размещены средства обработки и хранения измеренных данных, одометрическая система и электромагнитный передатчик для определения положения дефектоскопа внутри трубопровода.
Известен внутритрубный многоканальный профилемер (RU 25218 U1, 20.09.2002), который содержит корпус, манжеты, по крайней мере, один пояс чувствительных рычагов, установленных на корпусе по периметру в сечении трубопровода, датчики угла поворота чувствительных рычагов, средства измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, подключенный к средствам измерений, обработки и хранения данных измерений.
Известен способ обследования профиля трубопровода (варианты) (RU 2002301 С1, 10.03.2003), при котором данные измерений оцифровывают и производят преобразование сжатия, которое включает выделение показаний каждого датчика и замену последовательностей.
Известен внутритрубный многоканальный профилемер (RU 131866 U1, 27.08.2013), включающий в себя корпус с герметичным отсеком и установленные на нем, как минимум, переднюю и заднюю центритрующие эластичные манжеты, одометрическое устройство, пояс измерительных рычагов, множество датчиков поворота.
Недостатками данной известной конструкции являются низкие достоверность и качество измерений за счет неравномерного перемещения устройства в трубопроводе.
Ближайшим аналогом и прототипом заявленного изобретения является внутритрубный многоканальный профилемер (RU 25218 U1, 20.09.2002).
Техническим результатом изобретения является повышение качества и достоверности измерений за счет повышения равномерности перемещения устройства в трубопроводе с минимальными возмущениями.
Указанный технический результат достигается за счет того, что внутритрубный многоканальный профилемер состоит, по крайней мере, из одной секции. Секция внутритрубного многоканального профилемера состоит из корпуса, на котором установлены опорные диски, колесные блоки подвески, манжеты и, по крайней мере, один пояс измерительных подпружиненных рычагов.
В металлическом корпусе внутритрубного многоканального профилемера размещены автономный источник питания и секция электроники. Секция электроники представляет собой герметичную оболочку с размещенными внутри нее батарейным блоком; модулем электроники; бесплатформенной инерциальной навигационной системой на основе волоконно-оптических гироскопов и системы микромеханических акселерометров, выполненной в одноосном подвесе; бортовыми накопителями информации и маркерным бортовым приемопередатчиком.
Опорные диски установлены в передней и задней частях внутритрубного многоканального профилемера. Каждый опорный диск выполнен из эластичного полиуретана с пазами по его краю и установлен на дополнительном пластинчатом диске таким образом, что пластинчатый диск перекрывает пазы опорного диска, что позволяет опорному диску деформироваться и проходить сужения трубопровода. При этом диаметр опорных дисков чуть меньше внутреннего диаметра трубопровода. Толщина опорных дисков подобрана таким образом, чтобы обеспечивать их устойчивость при воздействии на них нагрузки, связанной с массой внутритрубного многоканального профилемера и величиной поперечных сил, возникающих при движении по трубопроводу.
Опорные диски служат для уменьшения величины угловых перемещений, возникающих под внешним воздействием на внутритрубный многоканальный профилемер, например, при преодолении им препятствий, вмятин, и, наряду с колесными блоками подвески и полиуретановыми манжетами, центрируют внутритрубный многоканальный профилемер в трубопроводе.
Колесные блоки подвески установлены в передней и задней частях металлического корпуса и служат для улучшения центрирования внутритрубного многоканального профилемера в трубопроводе, а также для разгрузки манжет от действия на них веса внутритрубного многоканального профилемера. Колесные блоки подвески представляют собой металлическое основание, к которому на поперечных осях крепятся подвижные рычаги с расположенными на них колесными опорами на одном конце рычага. На другом конце рычага установлена тяга, проходящая через отверстие в основании блока и далее внутри пружины сжатия. Один опорный торец пружины сжатия опирается на основание, а другой в регулировочную шайбу, установленную на другом конце тяги. Для уменьшения трения колесный блок подвески имеет в своем составе подшипниковый узел, а также устройство для подачи в него подшипниковой смазки.
Манжеты установлены в передней, средней и задней частях внутритрубного многоканального профилемера.
Внутритрубный многоканальный профилемер движется на колесных опорах подвески при минимальной и стабильной силе трения качения на них, а полиуретановые манжеты являются только движущими элементами с минимальной величиной сопротивления от сил трения.
Пояс измерительных подпружиненных рычагов предназначен для измерения внутреннего профиля трубопровода.
В развитии изобретения на фланцах средней части металлического корпуса внутритрубного многоканального профилемера установлены два пояса измерительных подпружиненных рычагов таким образом, что полностью перекрывают всю длину окружности внутреннего диаметра трубопровода. На конце каждого из измерительных подпружиненных рычагов закреплена полиуретановая накладка с залитыми в ней износостойкими шипами. Полиуретановая накладка измерительного подпружиненного рычага прижата к внутренней поверхности трубопровода. В состав измерительных подпружиненных рычагов входят датчики углового положения. Узел вращения измерительных подпружиненных рычагов состоит из П-образного кронштейна, закрепленного на фланце металлического корпуса внутритрубного многоканального профилемера. На П-образный кронштейн установлен П-образный конец измерительного подпружиненного рычага, при этом наружные боковые поверхности измерительного подпружиненного рычага устанавливаются по внутренним боковым поверхностям П-образного кронштейна и зафиксированы от взаимного осевого смещения с помощью втулки, установленной на полую ось, закрепленную на боковой поверхности П-образного конца подвижного кронштейна. При этом одна из стоек П-образного кронштейна соединена с одной из стоек П-образного конца измерительного подпружиненного рычага с ее наружной стороны, а другая стойка П-образного кронштейна) - с внутренней стороны другой стойки П-образного конца измерительного подпружиненного рычага. На втулку установлена пружина кручения, соединяющая кронштейн и конец измерительного подпружиненного рычага. Снаружи на стойке кронштейна установлен датчик углового положения измерительного подпружиненного рычага. Вращающаяся часть датчика углового положения соединена с мембраной, установленной снаружи, посредством карданного соединения, размещенного в полой оси и залитого полиуретаном. С противоположной стороны мембрана закреплена на стойке П-образного конца измерительного подпружиненного рычага. Мембрана тонкая и имеет фигурные пазы, чем способна компенсировать осевые допуски изготовления деталей измерительного подпружиненного рычага, при этом обеспечивает жесткость при передаче угла вращения подвижного рычага на вращающуюся часть датчика углового положения.
Посадочные поверхности измерительного подвижного рычага, по которым происходит вращение и которые подвергаются большому износу вследствие больших механических нагрузок, разделены с посадочной поверхностью вращающейся части датчика углового положения, которая не подвергается внешним механическим нагрузкам. Такая конструкция измерительного подпружиненного рычага сохраняет точность измерений датчика углового положения в процессе эксплуатации и имеет минимальные люфты, которые незначительно влияют на точность показаний датчика углового положения. Люфты, которые могут появиться в процессе эксплуатации в опорах подвижного рычага по мере их износа, не влияют на износ поверхностей вращающейся части датчика углового положения, в результате сохраняется точность посадки вращающейся части датчика углового положения и, соответственно, точность его показаний.
Закрепление механической связи, содержащей карданное соединение, вращающихся частей датчика углового положения на мембрану позволяет передавать на датчик углового положения, с одной стороны, без погрешности углы поворота измерительного подвижного рычага, а с другой стороны, в случае заклинивания вращающейся части датчика углового положения, например, при его загрязнении обеспечить быстрое и удобное восстановление работоспособности измерительного подпружиненного рычага после его чистки и замены мембраны. Конструкция мембраны позволяет произвести ее быструю замену и восстановление работоспособности измерительного подпружиненного рычага после его чистки.
Определение внутреннего профиля трубопровода происходит посредством регистрации, в соответствии с заданной периодичностью, угла отклонения измерительных рычагов.
Полиуретановые манжеты служат для центрирования внутритрубного многоканального профилемера по оси трубопровода и приведения его в движение под действием потока перекачиваемого продукта.
Носовая часть внутритрубного многоканального профилемера оснащена бампером, представляющим собой конусообразную металлическую сварную конструкцию с проушиной в передней части. Бампер предохраняет колпак антенны маркерного бортового приемопередатчика секции электроники от ударов и повреждений, способствует прохождению внутритрубным многоканальным профилемером препятствий, отводов, сужений, а также обеспечивает выполнение технологических операций при обслуживании и эксплуатации внутритрубного многоканального профилемера.
Внутритрубный многоканальный профилемер оснащен специальными пружинами для предотвращения накапливания электростатических зарядов на металлическом корпусе профилемера и препятствует возникновению разности потенциалов между прибором и трубопроводом, предотвращая тем самым опасное искрообразование.
Внутритрубный многоканальный профилемер является диагностическим комплексом с навигационной системой, способной определять пространственное положение трубопровода.
Внутритрубный многоканальный профилемер оснащен одометрической системой, с каждого индукционного датчика которой импульсы передаются по кабелю в контроллер, где производится их подсчет. Число импульсов пропорционально пройденному внутритрубным многоканальным профилемером расстоянию.
В состав внутритрубного многоканального профилемера входят комплекты сменных частей типоразмеров различных диаметров трубопровода. Для перенастройки на другой типоразмер в зависимости от давления и толщины стенки обследуемого трубопровода на профилемер устанавливается один из комплектов сменных частей.
Способ многоканальной профилеметрии заключается в том, что внутритрубный многоканальный профилемер движется в трубопроводе под действием потока перекачиваемого продукта. Опорные диски служат для уменьшения величины угловых перемещений, возникающих под внешним воздействием на внутритрубный многоканальный профилемер, например, при преодолении им препятствий, вмятин, и, наряду с колесными блоками подвески и полиуретановыми манжетами, центрируют внутритрубный многоканальный профилемер в трубопроводе. При этом манжеты обеспечивают движение внутритрубного многоканального профилемера. Профиль полиуретановой манжеты выполнен таким образом, чтобы уменьшить ширину поверхности, которой она контактирует с внутренней стенкой трубопровода. Под действием перепада давления на манжете эта поверхность прижимается к внутренней стенке трубопровода и исключает перетоки через нее перекачиваемого продукта. Рассчитанная ширина манжеты снижает величину силы трения, возникающую на манжете, и уменьшает величину силы сопротивления движению внутритрубного многоканального профилемера по трубопроводу. Колесные блоки подвески, входящие в состав внутритрубного многоканального профилемера, настроены так, чтобы внешний диаметр по колесным опорам был меньше, чем внутренний диаметр трубопровода. В результате на подвижных рычагах колесных блоков подвески создаются силы, компенсирующие вес внутритрубного многоканального профилемера и разгружающие полиуретановые манжеты.
При прохождении внутритрубным многоканальным профилемером трубопровода происходит определение внутреннего профиля трубопровода посредством регистрации угла отклонения рычагов пояса измерительных подпружиненных рычагов. Измерительный подпружиненный рычаг имеет возможность автономно отклоняться, и это позволяет внутритрубному многоканальному профилемеру определять не только размер вмятин внутренней поверхности трубопровода, но и их угловое положение. Кроме определения профиля трубопровода внутритрубный многоканальный профилемер способен определять пространственное положение трубопровода при помощи реализованной в блоке электроники бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Определение пространственных координат движущегося внутритрубного многоканального профилемера происходит путем решения навигационной задачи при комплексной обработке данных программами бортового программного обеспечения внутритрубного многоканального профилемера и внешнего программного обеспечения по автономной инерциальной информации об угловых и линейных динамических параметрах движения внутритрубного многоканального профилемера. Инерциальная информация, привязанная к дистанции и времени при помощи одометров и маркерного бортового приемопередатчика, записывается на бортовые накопители информации внутритрубного многоканального профилемера. С бортовых накопителей информации инерциальная информация считывается на внешние носители информации и обрабатывается программами внешнего программного обеспечения. Маркерный бортовой приемопередатчик внутритрубного многоканального профилемера принимает электромагнитные колебания, излучаемые наземным маркерным передатчиком, с целью задания маркерных отметок по дистанции. С момента включения питания антенна маркерного бортового приемопередатчика внутритрубного многоканального профилемера излучает электромагнитные сигналы опознавания, доступные для приема низкочастотным локатором. Регистрация сигналов опознавания при помощи низкочастотного локатора позволяет определять местонахождение внутритрубного многоканального профилемера.
Изобретение позволяет повысить качество и достоверность измерений за счет повышения равномерности перемещения внутритрубного многоканального профилемера в трубопроводе с минимальными возмущениями как линейными, так и угловыми.
Устройство иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг.1 показан внутритрубный многоканальный профилемер, общий вид.
На фиг.2 - конструкция колесного блока подвески.
На фиг.3 - конструкция опорного диска.
На фиг.4 - конструкция одометра.
На фиг.5, 6 - конструкция чувствительных измерительных рычагов.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:
1. корпус;
2. секция электроники;
3. опорный диск;
4. манжета;
5. колесный блок подвески;
6. бампер;
7. колпак антенны маркерного бортового приемопередатчика;
8. одометр;
9. пояс измерительных подпружиненных рычагов.
На фиг.2 приняты следующие обозначения:
10. металлическое основание;
11. поперечная ось;
12. подвижный рычаг;
13. колесная опора;
14. подшипниковый узел;
15. устройство для подачи смазки в подшипник;
16. тяга;
17. регулировочная шайба;
18. пружина сжатия;
19. гайка;
20. пружина.
На фиг.3 приняты следующие обозначения:
3. опорный диск;
20. дополнительный пластинчатый диск.
На фиг.4 приняты следующие обозначения:
22. кронштейн;
23. ось;
24. рычаг одометра;
25. пружина;
26. колесный блок одометра;
27. индукционный датчик;
28. кабель.
На фиг.5 приняты следующие обозначения:
29. измерительный подпружиненный рычаг;
30. накладка;
31. пружина;
32. датчик углового положения рычага.
На фиг.6 приняты следующие обозначения:
31. пружина;
32. датчик углового положения рычага;
33. износостойкий шип;
34. П-образный кронштейн;
35. П-образный конец измерительного подпружиненного рычага;
36. втулка;
37. полая ось;
38. карданное соединение;
39. полиуретан;
40. мембрана.
Конструктивно внутритрубный многоканальный профилемер может состоять из одной или нескольких секций.
Внутритрубный многоканальный профилемер состоит из металлического корпуса 1 (фиг.1), внутри которого установлена секция электроники 2 (фиг.1).
В передней и задней частях корпуса 1 (фиг.1) установлены опорные диски 3 (фиг.1), в передней, средней и задней частях корпуса 1 (фиг.1) полиуретановые манжеты 4 (фиг.1).
Каждый из опорных дисков 3 (фиг.1) выполнен из эластичного полиуретана с пазами по его краю и установлен на дополнительном пластинчатом диске 20 (фиг.3) таким образом, что пластинчатый диск 20 (фиг.3) перекрывает пазы опорного диска (фиг.3).
Профиль манжеты 4 (фиг.1) выполнен таким образом, чтобы уменьшить ширину поверхности, которой она контактирует со стенкой трубопровода. Под действием перепада давления на манжете 4 (фиг.1) поверхность манжеты 4 (фиг.1) прижимается к внутренней стенке трубопровода и исключает перетоки через нее перекачиваемого продукта. Рассчитанная ширина манжеты 4 (фиг.1) снижает величину силы трения, возникающую на манжете 4 (фиг.1), и уменьшает величину силы сопротивления движению профилемера по трубопроводу.
В передней и задней частях корпуса 1 (фиг.1) установлены колесные блоки подвески 5 (фиг.1). Каждый из колесных блоков подвески 5 (фиг.1) представляет собой металлическое основание 10 (фиг.2), к которому на поперечных осях 11 (фиг.2) крепятся подвижные рычаги 12 (фиг.2) с расположенным на них колесными опорами 13 (фиг.2) на одном конце рычага. Для уменьшения трения колесный блок 5 (фиг.1) имеет в своем составе подшипниковый узел 14 (фиг.2), а также устройство для подачи в него подшипниковой смазки 15 (фиг.2). На другом конце рычага 12 (фиг.2) установлена тяга 16 (фиг.2), проходящая через отверстие в основании 10 (фиг.2) колесного блока 5 (фиг.1) и далее внутри пружины сжатия 18 (фиг.2). Один опорный торец пружины сжатия 18 (фиг.2) опирается на основание 10 (фиг.2), а другой в регулировочную шайбу 17 (фиг.2) с гайкой 19 (фиг.2), установленной на другом конце тяги 16 (фиг.2). Перемещение регулировочной шайбы 17 (фиг.2), в данном случае с помощью гайки 19 (фиг.2), позволяет создавать предварительное усилие поджатия пружин 18 (фиг.2), то есть создать начальную силу сопротивления складыванию рычагов 12 (фиг.2). Подвижные рычаги 12 (фиг.2) настроены так, чтобы внешний диаметр по колесным опорам 13 (фиг.2) был меньше, чем внутренний диаметр трубопровода.
В носовой части внутритрубного многоканального профилемера установлен бампер 6 (фиг.1), предохраняющий колпак антенны 7 (фиг.1) маркерного бортового приемопередатчика секции электроники 2 (фиг.1) от ударов и повреждений.
В задней части корпуса 1 (фиг.1) на фланце установлены одометры 8 (фиг.1). Одометр 8 (фиг.1) состоит из кронштейна 22 (фиг.4), с неподвижно закрепленной на нем осью 23 (фиг.4). На оси 23 (фиг.4) крепится поджатый пружиной 25 (фиг.4) к внутренней стенке трубопровода рычаг одометра 24 (фиг.4) с колесным блоком одометра 26 (фиг.4). Колесо колесного блока 26 (фиг.4) свободно вращается на оси, установленной в посадочных отверстиях рычага 24 (фиг.4). При встрече с препятствием в трубопроводе колесо колесного блока 26 (фиг.4) отклоняется, огибая препятствие. В колесном блоке 26 (фиг.4) расположен индукционный датчик 27 (фиг.4), который вырабатывает электрические импульсы при вращении колеса колесного блока 26 (фиг.4).
В средней части корпуса 1 (фиг.1) на фланцах установлены два пояса измерительных подпружиненных рычагов 9 (фиг.1).
Пояс измерительных рычагов 9 (фиг.1) крепится к фланцам на корпусе 1 (фиг.1). На концах измерительных подпружиненных рычагов 29 (фиг.5) пояса 9 (фиг.1) закреплены полиуретановые накладки 30 (фиг.5). Для увеличения износостойкости полиуретановых накладок 30 (фиг.5) в них заливаются износостойкие шипы 33 (фиг.6). Накладки 30 (фиг.5), установленные на рычагах 29 (фиг.5), прижимаются пружинами 31 (фиг.5) к внутренней стенке трубопровода.
В состав пояса измерительных подпружиненных рычагов 9 (фиг.1) входят датчики 32 (фиг.5 и 6) углового положения рычага 29 (фиг.5), обеспечивающие регистрацию угла отклонения рычагов 29 (фиг.5) при прохождении ими неровностей профиля трубы. На одном из концов каждого из рычагов 29 (фиг.5) закреплена полиуретановая накладка 30 (фиг.5), а противоположный их конец 35 (фиг.6) выполнен П-образным и установлен на закрепленном фланце корпуса 1 (фиг.1) П-образным кронштейне 34 (фиг.6) с возможностью поворота один относительно другого. П-образный конец рычага 35 (фиг.6) и П-образный кронштейн 34 (фиг.6) зафиксированы от взаимного осевого смещения с помощью втулки 36 (фиг.6), установленной на полую ось 37 (фиг.6), закрепленную на боковой поверхности П-образного конца подвижного кронштейна 34 (фиг.6). При этом одна из стоек П-образного кронштейна 34 (фиг.6) соединена с одной из стоек П-образного конца рычага 35 (фиг.6) с ее наружной стороны, а другая стойка П-образного кронштейна 34 (фиг.6) - с внутренней стороны другой стойки П-образного конца рычага 35 (фиг.6). Снаружи на стойке кронштейна 34 (фиг.6) установлен датчик углового положения рычага (фиг.5 и 6). Вращающаяся часть датчика (фиг.5 и 6) соединена с мембраной 40 (фиг.6), установленной снаружи, посредством карданного соединения 38 (фиг.6), размещенного в полой оси 37 (фиг.6) и залитого полиуретаном 39 (фиг.6). Мембрана 40 (фиг.6) с противоположной стороны закреплена на стойке П-образного конца рычага 35 (фиг.6).
На втулку 36 (фиг.6) установлена пружина кручения 31 (фиг.6), соединяющая кронштейн 34 (фиг.6) и конец рычага 35 (фиг.6).
Внутритрубный многоканальный профилемер снабжен пружинами 21 (фиг.1) для предотвращения накапливания электростатических зарядов на металлическом корпусе 1 (фиг.1) внутритрубного многоканального профилемера и препятствует возникновению разности потенциалов между прибором и трубопроводом, предотвращая тем самым опасное искрообразование. Пружина 21 (фиг.1) представляет собой тонкую токопроводящую металлическую пластину с закрепленной на ней бронзовой накладкой, которая постоянно находится в контакте со стенкой трубопровода.