АВТОНОМНЫЙ МАГНИТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП НАРУЖНОГО КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля, в частности, труб трубопроводного транспорта, может быть эффективно применена как для диагностирования при ремонте с переизоляцией, так и для контроля трубопроводов компрессорных станций.
Известны в неразрушающем контроле сканирующие устройства, переносимые, передвигаемые вручную или с помощью давления транспортируемого газа, воздуха или других средств.
Известна система в неразрушающем контроле "Pipe VVIZARD PA" (см. приложение), в которой сканер передвигается по специальному путепроводу (гибкому рельсу), который предварительно прокладывают вдоль сварного шва. Недостатком такой системы является необходимость прокладки путепровода, крепления его на трубе, принимать меры, чтобы сканер удерживался на трубе при проходе нижних участков трубы. Для контроля трубопровода, проходящего по трудно проходимой местности, например через болота, такая система практически трудно применима.
Известно техническое решение по патенту полезной модели №51230 (бюл. №03, 2006 г., см. приложение) «Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов». В процессе контроля этот дефектоскоп движется по трубе по спиральной траектории. При подъеме дефектоскопа с нижней его части к верхней полностью используется мощность двигателя внутреннего сгорания не только для преодоления трения в движущихся и вращающихся частях, но и для преодоления силы веса дефектоскопа (его масса примерно 200 кг), а при спуске с верхней к его нижней части сила веса дефектоскопа полностью разгружает двигатель. Время одного оборота составляет 10-12 с. С частотой 6...5 раз в течение минуты резко меняется режим нагрузки двигателя. Оказалось, что самые совершенные двигатели
внутреннего сгорания при таком характере нагрузки быстро выходят из строя.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемой полезной модели является «Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов» по патенту полезной модели №54197 (бюл. №16 10.06.2006 г., см. приложение). При снятии с газопровода старого защитного покрытия со скоростью примерно 1 м/с возникает плотное облако пыли и мелких частиц. Контроль необходимо проводить непосредственно после снятия старого покрытия, так как через несколько десятков метров специальным агрегатом наносят на трубу новое защитное покрытие.
Недостатком устройств по патентам №№51230 и 54147, кроме вышеуказанного, является то, что в условиях работы по переизоляции фильтры двигателей внутреннего сгорания быстро засоряются, что ведет к остановке двигателя, к значительному снижению его надежности и снижению производительности контроля.
Предлагается полезная модель, которая не имеет указанных недостатков и обладает всеми достоинствами полезной модели по патенту №54147.
Дополнительные достоинства предлагаемой полезной модели состоят в следующем:
- Уменьшение потребной мощности двигателя примерно в 10 раз за счет создания сбалансированной механической системы относительно оси проверяемой трубы. Это позволило вместо двигателя внутреннего сгорания мощностью 4000 Вт установить электродвигатель мощностью 400 Вт в герметичном исполнении
- Снижение потребной мощности двигателя до 400 Вт позволило выбрать аккумуляторы в герметичном исполнении на 4 часов и более непрерывной работы электродвигателя.
- Более быстрая перенастройка дефектоскопа на требуемый угол спиральной траектории движения дефектоскопа по трубе и для контроля трубопровода другого диаметра за счет установки узла, позволяющего менять в вертикальной плоскости положение осей диагонально расположенных колес. Целью создания предлагаемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности магистральных трубопроводов за счет применения автономного магнитного дефектоскопа с повышенной надежностью контроля и более быстрой возможностью перенастройки его для контроля труб разных диаметров, а также проведения ремонта и последующей изоляции или переизоляции проверенных участков трубы.
Поставленная цель достигается сплошным сканированием датчиками Холла поверхности трубопровода путем движения по винтовой траектории дефектоскопа, имеющего беспроводную связь с оператором, в герметичном исполнении электродвигатель и аккумуляторы, емкостью на 4 часа и более непрерывной работы электродвигателя, магнитно-поисковую систему, которая создает магнитные поля над дефектами и, кроме того, позволяет удерживать дефектоскоп в составе двух транспортных модулей без
использования дополнительных устройств. Перенастройка дефектоскопа на разные диаметры и требуемый угол спиральной траектории достигается изменением положения осей диагонально расположенных колес в вертикальной плоскости.
На фиг.1 «Схеме расположения дефектоскопа на трубе» обозначено.
1- сечение проверяемой трубы;
2- ведущий транспортный модуль;
3- ведомый транспортный модуль;
4- колеса;
5- постоянные магниты магнитных блоков;
6- линейки датчиков Холла;
7- электродвигатель;
8- аккумуляторы;
9, 10- тяги соединения транспортных модулей. Может быть установлена только одна тяга 9. В этом случае ведомый транспортный модуль является прицепом. Однако в любом случае массы ведущего и ведомого транспортных модулей равны и образуют уравновешенную механическую систему относительно оси проверяемой трубы. Для приведения в движение по трубе такой системы потребовалась мощность двигателя примерно на порядок меньшая, чем для движения дефектоскопа с одним транспортным модулем. V- направление движения транспортных модулей (дефектоскопа).
На фиг.2 «Схеме расположения конструктивных элементов и средств обнаружения дефектов на ведущем транспортном модуле» обозначено.
1 - плита магнитного модуля;
2 - магнитные блоки;
3, 4 - гайка и винт для изменения зазора между трубой и блоком;
5 - электродвигатель в герметичном исполнении;
6 - цепные передачи вращения от двигателя к осям;
7 - валы;
8 - колеса;
9 - шестерни вращения валов;
10 - ролики для предотвращения запредельного уменьшения зазора между блоками и трубой;
11 - фрагмент поверхности проверяемой трубы;
12 - промышленный компьютер;
13 - устройство беспроводной связи;
14 - блок аккумуляторов;
15 - АЦП;
16, 17 - узлы крепления осей;
18 - твердое резиновое покрытие;
19 - панель корпуса дефектоскопа;
20 - вал редуктора электродвигателя;
21 - ременная передача от вала к колесу;
22 - шкив на валу;
23 - регулируемая по высоте (в вертикальной плоскости) вилка колеса.
24 - шкив на колесе;
25 - оси колес.
Описание конструкции автономного магнитного дефектоскопа.
Предлагаемый дефектоскоп содержит:
- два транспортных модуля (фиг.1, поз.2 и 3);
- Магнитные модули. Магнитный модуль содержит плиту 1 (см. фиг.2) и укрепленные на ней три магнитных блока 2. В каждый магнитный блок вставляется линейка датчиков для измерения нормальной составляющей напряженности поля в зоне дефектов. Корпус магнитного блока выполнен в виде герметичной коробки из нержавеющей стали, в котором размещены магнитная система и датчики. Сила притяжения магнитного модуля к трубе составляет не менее 5000 Н при зазоре между поверхностью трубы и магнитными блоками 7 мм, который устанавливается с помощью гаек 3 и винтов 4.
- Электродвигатель 5. Редуктор двигателя через цепную передачу 6 связан с валами 7 привода колес 8 через шестерни 9, шкивы 22 и 24, цепные и ременно-клиновые ленты.
- Предохранительные ролики 10 установлены на каждом модуле. В случае изменения кривизны поверхности трубы 11 или ее значительной деформации ролики предотвращают уменьшение зазора между модулем и поверхностью трубы до недопустимой величины.
- На корпусе дефектоскопа размещены промышленный компьютер 12, устройство беспроводной связи 13, блок аккумуляторов 14 и АЦП 15.
- Валы 7 крепятся к дефектоскопу с помощью узлов 16 и 17.
- Колеса 8 имеют твердое резиновое покрытие 18, что исключает изменение зазора между трубой и датчиками в верхнем и нижнем положении транспортного модуля на трубе, обеспечивая необходимый коэффициент трения. Колеса транспортных модулей установлены на вилках 23, регулируемых по высоте. Колеса ведущего транспортного модуля приводятся во вращение с помощью ременно-клиновой передачи 21. Колеса дополнительного транспортного модуля находятся в свободном вращении. На дополнительном транспортном модуле установлены магнитные модули для удержания его на трубе и аккумуляторы для питания электродвигателя 5.
Работа дефектоскопа. Работа дефектоскопа состоит в следующем. Для переизоляции участок трубопровода откапывают экскаваторами, поднимают над землей примерно до 0,5 метра и удерживают специальными кранами. Дефектоскоп, состоящий из двух транспортных модулей (фиг.1, поз.2 и 3) устанавливают на проверяемый участок трубопровода, включают промышленный компьютеры, питание датчиков, включают двигатель. Дефектоскоп будет двигаться по спирали, считывая сигналы с датчиков и записывая на бортовой компьютер информацию, которая передается на основной управляющий компьютер по беспроводной связи. На основном компьютере производится анализ и обработка полученной информации. На экран монитора в реальном масштабе времени выводятся сигналы, позволяющие оператору выявлять и распознавать различные виды дефектов на трубопроводе. При необходимости дефектоскоп можно остановить и вновь привести его в движение. Установленная магнитно-поисковая система обеспечивает выявление любого вида дефектов, в том числе стресс-коррозионных трещин глубиной 10% от толщины стенки трубы и более, что соответствует действующим техническим условиям.
Пример выполнения полезной модели. К ведущему транспортному модулю с помощью тяги прикреплен дополнительный транспортный модуль в качестве прицепа с размещенными на нем аккумуляторами для питания электродвигателя и магнитными модулями для удержания прицепа на трубе. Достигнуто равенство масс (по 180 кг) ведущего и ведомого (прицепа) транспортных модулей для образования симметричного распределения масс относительно оси трубы. Использованы электродвигатель типа ЕС60 мощностью 400 Вт, аккумуляторы типа SP-E емкостью от 55 А-часов. Тип промышленного компьютера ES-271. Тип АЦП Е-440.
При испытаниях образца дефектоскопа на стенде из труб диаметром 1420 мм достигнуто: время одного оборота вокруг трубы диаметром 1420 мм составило 16 с, ширина сканирования 330 мм. Устойчиво работал электродвигатель в течение длительного времени и уверенно были выявлены известные дефекте на трубах стенда.
Промышленный выпуск предлагаемых автономных магнитных дефектоскопов и их применение повысит надежность магистральных газо-нефтепроводов.
Таким образом, приведенная и образованная совокупность признаков предлагаемого устройства является необходимой и достаточной для повышения надежности магистрального трубопровода в связи с созданием и применением автономного
магнитного дефектоскопа наружного контроля трубопроводов, используемого для контроля труб и, в частности, при ремонте с переизоляцией.