УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИТРУБНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Устройство для внутритрубного ультразвукового контроля трубопроводов относится к области диагностики технического состояния нефтепроводов и продуктопроводов. Процесс диагностирования осуществляется путем перемещения устройства внутри трубопровода за счет давления потока жидкости, транспортируемой по трубопроводу.
Устройство включает в себя датчики, чувствительные к диагностическим параметрам контролируемого трубопровода, средства выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания.
Неразрушающий внутритрубный контроль, в частности, включает в себя измерение внутреннего профиля трубопровода и измерение толщины его стенок.
Из уровня техники известны устройства для выполнения технического диагностирования трубопроводов, например, «Устройство для неразрушающего контроля трубопроводов» (свидетельство №12734 U1, МПК: G 01 N 29/00, дата публикации 27.01.2000), которое является аналогом заявленного устройства. Устройство включает в себя корпус, средства измерения, обработки и хранения данных измерений, средства определения местоположения контролируемых участков трубопровода, источник питания, носитель с установленными на нем датчиками для неразрушающего контроля. Датчики закреплены в эластичных элементах корпуса и в процессе диагностики плотно прижаты к внутренней поверхности трубопровода.
Известны также устройства для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода (патенты №2139468 RU, №2139469 RU, МПК: G 01 N 29/00, дата публикации 10.10.1999), которые является аналогами заявленного устройства. Устройство включает в себя корпус, средства измерения, обработки и хранения данных измерений,
средства определения местоположения контролируемых участков трубопровода, источник питания, носитель с установленными на нем датчиками для неразрушающего контроля. Датчики закреплены в эластичных элементах корпуса и в процессе диагностики плотно прижаты к внутренней поверхности трубопровода.
К недостаткам данных устройств можно отнести сложность реализации известной конструкции носителя датчиков с подпружиненными держателями датчиков при проведении диагностики трубопроводов малого диаметра (150-200 мм).
Известно также устройство для ультразвукового контроля трубопроводов в соответствии с патентом США №4964059 (МПК: G 01 N 029/10, дата публикации 16.10.1990). Устройство включает в себя герметичный корпус, снабженный эластичными центрирующими манжетами в передней и задней его части, источник питания, электронный блок со средствами измерений, обработки и хранения полученных данных, расположенные в корпусе, одометрическое устройство, связанное с корпусом, кольцо ультразвуковых датчиков, расположенных равномерно и осесимметрично по внешней поверхности жесткого корпуса.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность обеспечения проходимости поворотов трубопроводов малого радиуса при размещении датчиков на основном, сравнительно длинном, герметичном корпусе.
Известно также устройство для ультразвукового контроля трубопроводов в соответствии с патентом США №5460046 (МПК: G 01 N 029/24; G 01 N 029/10, дата публикации 24.10.1995). Устройство включает в себя жесткий, герметичный корпус, снабженный эластичными центрирующими манжетами в передней и задней его части, источник питания, электронный блок со средствами измерений, обработки и хранения полученных данных, расположенные в корпусе, одометрическое устройство, связанное с корпусом, множество ультразвуковых датчиков, расположенных равномерно и осесимметрично, в несколько рядов, с фиксированным смещением в каждом ряду, на
внешней поверхности корпуса, а именно, на кольце из полимерного материала, которое жестко посажено на цилиндрический корпус устройства. Данный дефектоскоп является прототипом заявленного устройства.
К недостаткам данного устройства также можно отнести сложность обеспечения проходимости поворотов трубопроводов малого радиуса при размещении нескольких рядов ультразвуковых датчиков на основном, сравнительно длинном, герметичном корпусе.
Целью настоящего предложения является обеспечение ультразвуковой диагностики трубопроводов малого диаметра и проходимости поворотов трубопроводов малого радиуса заявленным устройством за счет размещения множества ультразвуковых датчиков на отдельном жестком корпусе, шарнирно соединенном с герметичным корпусом устройства. Корпус носителя датчиков в передней и задней его части снабжен эластичными, центрирующими манжетами. Расстояние от внешней поверхности корпуса носителей датчиков до внутренней стенки трубопровода составляет при этом от 5% до 25% диаметра трубопровода, чтобы обеспечить заданное прохождение поворотов трубопроводов малого радиуса.
Пример конкретной реализации.
На фиг.1 приведен общий вид заявленного устройства для внутритрубного ультразвукового контроля.
На фиг.2 показан корпус носителя датчиков, состоящий из двух секций.
На фиг.3 приведено поперечное сечение (А-А) корпуса носителя датчиков.
Ультразвуковой дефектоскоп состоит, по крайней мере, из одного герметичного корпуса 1 (в данном примере из двух корпусов или секций), в котором размещены источник питания и электронный блок со средствами измерений, обработки и хранения полученных данных. Корпус 2 носителя датчиков 3 механически соединяется с герметичным корпусом 1 карданным шарниром 4, а электрически соединяется
посредством кабелей 5. Отдельные секции корпуса 2 носителей датчиков 3 связаны между собой гибким полиуретановым шарниром 6. Корпус 1 снабжен передними центрирующими манжетами 7 и задними центрирующими манжетами 8. На корпусе 1 укреплено одометрическое устройство 9, которое предназначено для измерения пройденного пути. Каждый отдельный корпус (секция) 2 носителя датчиков 3 снабжен передней центрирующей манжетой 10 и задней центрирующей манжетой 11 (см. фиг.2). Эластичные манжеты 10, 11 крепятся к корпусу 2 носителя датчиков 3 с помощью винтов 12. Корпус 2 носителя датчиков 3 представляет собой полый цилиндр со спиралевидными пазами на внешней поверхности. На продольной оси каждого спиралевидного паза выполнен ряд радиально ориентированных отверстий, в которых размещаются ультразвуковые датчики 3. Отверстия в поперечном сечении корпуса располагаются равномерно, с необходимым шагом и полностью перекрывают сечение трубы.
Узел крепления отдельного датчика 3 показан на фиг.3. Крепление датчика 3 осуществляется посредством двух разрезных втулок 13, охватывающих цилиндрический корпус датчика 3 и разжимного кольца 14, которое фиксируется в цилиндрической канавке корпуса 2. К внутреннему торцу каждого датчика 3 подходит кабель с присоединительным разъемом 15.
Устройство работает следующим образом.
Устройство помещают внутрь пусковой камеры диагностируемого участка трубопровода и заполняют ее продуктом, например, нефтью. Под действием давления перекачиваемого продукта устройство начинает движение и попадает из пусковой камеры в магистральный трубопровод. Движение устройства по трубопроводу происходит в потоке продукта за счет поддерживающих манжет 7, 8, 10, 11, закрепленных на корпусах отдельных секций устройства и имеющих диаметр, соответствующий диаметру трубопровода.
В процессе движения устройства внутри трубопровода ультразвуковые датчики 3 последовательно возбуждают короткими электрическими импульсами с помощью средств выполнения измерений, которые находятся в корпусе 1. Датчики 3 преобразуют электрический импульс в акустическую волну и фокусируют ее, образуя пятно облучения на поверхности трубопровода. После некоторой задержки каждый датчик 3 из режима передачи переключается в режим приема отраженной акустической волны. Часть энергии акустической волны отражается от первой границы раздела сред (внутренняя поверхность стенки трубопровода). Другая часть энергии акустической волны проникает внутрь стенки трубопровода и, дойдя до второй границы раздела сред (внешняя поверхность стенки трубопровода), также отражается от нее. Ультразвуковые датчики 3 принимают отраженные импульсы (волны) и преобразуют их в электрические сигналы. Интервалы времени между первой и второй акустической волнами преобразуются в цифровые коды и запоминаются средствами обработки хранения измерений. В предлагаемой конструкции дефектоскопа датчики крепятся на внешней поверхности жесткого корпуса носителя датчиков. При этом, отступ датчиков от внутренней поверхности трубопровода больше размера допустимого сужения трубопровода, что позволяет устройству проходить допустимые сужения и повороты. Для обеспечения проходимости дефектоскопом поворотов малого радиуса носитель датчиков выполнен в виде отдельной, сравнительно короткой секции (в данном случае из двух секций), шарнирно соединенной с герметичным корпусом дефектоскопа. Эластичные манжеты, расположенные в передней и задней частях корпуса носителя датчиков, обеспечивают постоянное центрирование корпуса по оси трубопровода, что в свою очередь позволяет производить измерение не только толщины стенок трубопровода, но и измерение поперечного сечения с высокой точностью.