СПОСОБ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ ТРУБОПРОВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MAGNETIC MONITORING OF PIPELINE DEFECTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области неразрушающего контроля состояния стенок трубопроводов, в частности, к бесконтактному магнитному методу контроля внутритрубной диагностики и устройству для его осуществления, и может использоваться для выявления дефектов металлических трубопроводов (далее трубопровод), в том числе участков с напряженно-деформированным состоянием.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ и устройство контроля дефектов трубопровода, раскрытые в ЕА 02668 В1, опубл. 29.08.2002. Способ и устройство для определения неравномерности толщины стенок металлического трубопровода, с пропусканием в продольном направлении трубы переменного электрического тока, измерением создаваемого им магнитного поля на определенном расстоянии от стенки трубы, продвигаясь вдоль нее. При этом изменение толщины стенки трубопровода устанавливается по отличию измеренных величин индукции магнитного поля оценкой их отношения. Устройство включает в себя источник питания для подачи переменного тока через тело трубы, датчик для измерения на определенном расстоянии снаружи трубы магнитного поля, создаваемого переменным током, пронизывающим всю площадь поперечного сечения стенки трубы, и блок оценки, который определяет наличие неоднородности толщины стенки трубопровода по показаниям датчика магнитного поля.
Недостатком известного технического решения является малая точность определения дефекта в трубопроводе и необходимость вскрытия трубы, т.к. фиксация неоднородности магнитного поля производится датчиком снаружи трубы.
Кроме того, из уровня техники известен способ и устройство контроля дефектов трубопровода, раскрытые в RU 2596862 С1, опубл. 10.09.2016, прототип. Способ включает пропускание через трубопровод в продольном направлении переменный электрический ток, измерение создаваемое им магнитное поле на определенном расстоянии от стенки трубы, продвигаясь вдоль нее. При этом изменение толщины стенки трубопровода устанавливают по отличию измеренных величин индукции магнитного поля оценкой их отношения. При чем создаваемое переменным током магнитное поле измеряют на неизменном расстоянии от внутренней стенки трубы во внутренней ее полости, продвигаясь вдоль нее с остановками на время полного оборота вокруг оси трубы, одновременно в нескольких точках, расположенных на продольных трубе отрезках при повороте вокруг ее оси, по данным измерения вычисляют среднее арифметическое значение индукции магнитного поля в каждом месте прерывания продольного движения, а изменение толщины стенки в точках цилиндрической поверхности трубы устанавливают как функцию прямой пропорциональности от отношения среднего значения индукции магнитного поля внутри трубопровода каждого места прерывания продольного движения к ее значению в точках измерения с коэффициентом пропорциональности, равным заранее определенной величине толщины бездефектного участка трубы.
Устройство содержит источник переменного тока, соединенное с блоком обработки данных средство измерения магнитного поля на определенном расстоянии от стенки трубы с возможностью его перемещения вдоль трубы. При этом средство измерения размещено внутри трубы и оснащено соединенными с блоком управления механизмами обеспечения неизменного расстояния от него до внутренней стенки трубы и продольного продвижения вдоль нее с остановками, а также вращения вокруг оси трубы, при этом средство измерения выполнено из нескольких датчиков, расположенных по линии, параллельной продольному направлению трубы.
Недостатком раскрытого выше технического решения является невозможность контроля трубопроводов, расположенных под автомобильными магистралями или железнодорожными путями, а также невозможность определения участков трубопровода с напряжённо-деформированным состоянием.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка способа магнитного контроля дефектов трубопроводов и устройства для его осуществления, обеспечивающие получение более эффективных результатов о наличие или отсутствии дефектов трубопроводов, способного производить диагностики трубопроводов под железнодорожными путями или автострадами.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения дефектов трубопроводов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ магнитного контроля дефектов трубопровода включает следующие этапы:
a) намагничивание трубопровода по его длине при помощи излучающей катушки, установленной на торце трубопровода и соединенной с генератором широкополосного напряжения;
b) измерение магнитного поля, созданного на этапе a), при помощи по крайней мере одного датчика магнитного поля при его перемещении вдоль трубопровода;
c) циркулярное намагничивание трубопровода путём пропускания через него импульсного тока при помощи генератора пилообразного напряжения, подключаемого между торцами трубопровода;
d) измерение магнитного поля, созданного на этапе с), при помощи по крайней мере одного датчика магнитного поля при его перемещении вдоль трубопровода;
e)  определение по данным измерения магнитного поля, полученных на этапах b) и d), соответственно, остаточной толщины стенки трубопровода и участков трубопроводов с напряжённо-деформированным состоянием.
Устройство для осуществления выше раскрытого способа содержит средство измерения магнитного поля, содержащее корпус, состоящий из трех частей, блок электроники, содержащий блок обработки данных, генератор пилообразного напряжения и генератор широкополосного напряжения с излучающей катушкой, установленной на торце трубопровода, и пульт оператора, связанный с блоком обработки данных, при этом на средней части корпуса установлен по крайней мере один датчик магнитного поля и анализатор спектра.
Средняя часть корпуса выполнена с возможностью вращения вокруг своей оси на 90-360°.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 – Схема устройства.
1 – пульт оператора; 2 – блок электроники; 3 – генератор пилообразного напряжения; 4 – генератор широкополосного напряжения; 5 – блок обработки данных; 6 – излучающая катушка; 7 – средняя часть корпуса средства измерения магнитного поля; 8 – крайняя часть корпуса средства измерения магнитного поля; 9 – трубопровод.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство содержит средство измерения магнитного поля, блок электроники (2) и пульт оператора (1), связанный с блоком обработки данных (5).
Средство измерения магнитного поля, содержит корпус, состоящий из трех частей – средней части (7) и двух крайних частей (8), при этом на средняя часть, выполнена с возможностью измерения магнитного поля и на ней установлен по крайней мере один датчик магнитного поля и анализатор спектра. Крайние части (8) корпуса выполнены с возможностью придания средству измерения магнитного поля движения вдоль трубопровода. Средняя часть (7) корпуса средства измерения магнитного поля выполнена с возможностью вращения вокруг 360° при наличии одного датчика магнитного поля. Если средняя часть (7) корпуса средства измерения магнитного поля содержит два датчика магнитного поля, то вращение средней части (7) осуществляется на 180°. Если средняя часть (7) корпуса средства измерения магнитного поля содержит четыре датчика электромагнитного поля, то вращение средней части (7) осуществляется на 90°. Средняя часть (7) корпуса средства измерения магнитного поля не осуществляет вращение, если датчики расположены по всей длине окружности цилиндрического корпуса средней части, то вращение средней части (7) не осуществляется
Блок электроники (2), содержит блок обработки данных (5), генератор (3) пилообразного напряжения и генератор (4) широкополосного напряжения с излучающей катушкой (6), установленной на торце трубопровода (9). Блок электроники при помощи электрических проводов связан с пультом (1) оператора и средством измерения магнитного поля.
Способ магнитного контроля дефектов металлического трубопровода (9) при помощи описанного выше устройства осуществляется следующим образом.
Осуществляют намагничивание трубопровода (9) по его длине при помощи излучающей катушки (6), установленной на торце трубопровода (9) и соединенной электрическими проводами с генератором (4) широкополосного напряжения. Намагничивание трубопровода (9) осуществляют путем подачи на контакты обмотки излучающей катушки (6) широкополосного сигнала с равномерным спектром в частотном диапазоне 0,001-10 кГц при помощи генератора (4) широкополосного напряжения, подключенного к излучающей катушки (6) при помощи электрических проводов. Излучающая катушка (6) создает в стенке трубопровода (9) магнитное поле вихревых токов в частотном диапазоне 0,001-10 кГц.
Далее созданное магнитное поле вихревых токов измеряется одним датчиком магнитного поля при перемещении средства измерения магнитного поля, в средней части (7) корпуса которого размещен датчик магнитного поля и анализатор спектра. Перемещение средства измерения магнитного поля осуществляют пошагово внутри трубопровода (7) за счет крайних частей корпуса средства измерения магнитного поля, при этом вращение на 360° средней части (7) корпуса, на котором размещен один датчик магнитного поля, осуществляется по часовой стрелке на четных шагах и против часовой стрелки на нечетных шагах. Датчик магнитного поля измеряет сигналы магнитного поля – амплитуды магнитной индукции магнитного поля. Если амплитуда магнитной индукции магнитного поля превышает некоторый заданный порог, то заявленное устройство через блок (5) обработки данных на пульт (1) оператора передает информацию о превышении амплитуды магнитной индукции магнитного поля и сигнализирует оператору о наличии утончений в трубопроводе (9). Длина каждого шага равна ширине захвата магнитного поля датчиками магнитного поля. На основе измеренных сигналов поля датчиками магнитного поля – амплитуды магнитной индукции магнитного при помощи анализатора спектра вычисляется частоты гармоники в спектре сигналов, измеренных датчиками магнитного поля, вычисленные частоты гармоники в спектре сигналов поступают в блок (5) обработки данных для дальнейшей обработки для вычисления остаточной толщины трубопровода (9).
После проведения измерений магнитного поля, созданного при помощи генератора (4) широкополосного напряжения, генератор (4) широкополосного напряжения отключают и осуществляют циркулярное намагничивание трубопровода (9) путём пропускания через него импульсного тока частотой 0,001-10 кГц при помощи генератора (3) пилообразного напряжения, подключаемого электрическими проводами между торцами трубопровода (9). В результате чего в трубопроводе возникает магнитное поле вихревых токов в виде шумов Баркгаузена частотой 0,001-10 кГц
Затем осуществляют измерение магнитного поля вихревых токов в виде шумов Баркгаузена, созданного при помощи генератора (3) пилообразного напряжения, датчиком магнитного поля при перемещении средства измерения магнитного поля вдоль трубопровода (9) аналогичным образом как описано выше. С датчиков магнитного поля измеренные сигналы шумов Баркгаузена поступают в анализатор спектра, в котором вычисляется спектр шумов Баркгаузена. Результаты вычислений поступают в блок (5) обработки данных для дальнейшей обработки для выявления участков с напряженно-деформированным состоянием трубопровода (9).
В блоке (5) обработки данных на основе вычисленной частоты гармоники в спектре сигналов осуществляют вычисление остаточной толщины трубопровода (9) по отношению частоты (максимальной по амплитуде) гармоники в спектре сигналов, измеренных датчиками магнитного поля, к частоте, заданной для данной толщины стенки, при помощи калибровочных таблиц. Также в блоке (5) обработки данных на основе вычисленного спектра шумов Баркгаузена определяют участки с напряженно-деформированным состоянием трубопровода (9) путем вычисления механического напряжения стенки трубопровода (9) при помощи калибровочной таблицы на основе значения частоты, соответствующего среднему значению частоты вычисленного спектра шумов Баркгаузена. Участок с напряженно-деформированным состоянием трубопровода (9) определяется на основе значения механического напряжения, превышающего значение механического напряжения на других участках трубопровода (9) или некоторого заданного порога значения механического напряжения.
Данные измеренных сигналов магнитного поля, созданных генератором (3) пилообразного напряжения; генератором (4) широкополосного напряжения, данные остаточной толщины и механического напряжения стенки трубопровода (2) из блока обработки данных поступают на пульт (1) оператора, где отображаются на дисплее.
Блок (5) обработки данных производит обмен данными (результаты измерения магнитного поля и сигналов на перемещения вдоль трубопровода) между средством измерения магнитного поля и пультом (1) управления
Заявленное устройство обеспечивает повышение точности определения дефектов трубопроводов за счет того, что дополнительно к определению остаточной толщины, заявленное устройство определяет участки с напряженно-деформированным состоянием трубопровода.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.