СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ МЕСТОНАХОЖДЕНИЯ ВЫСТУПАЮЩИХ ВОВНУТРЬ ДЕФЕКТОВ И ПРЕПЯТСТВИЙ ДВИЖЕНИЮ ОЧИСТНЫХ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В ТРУБОПРОВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности, к эксплуатации магистральных трубопроводов и предназначено для выявления выступающих вовнутрь трубопровода дефектов и препятствий движению очистных и диагностических средств в трубопроводе, их размеров и определения местонахождения выявленных дефектов.

Известно устройство для контроля и регистрации нарушений гладкости внутренней поверхности труб и пространственно-геометрических параметров трубопроводов, содержащее герметичный контейнер, эластичные манжеты, жестко закрепленные в носовой и хвостовой частях контейнера, последовательно соединенные датчики пути, установленный на внешней поверхности контейнера, и размещенные внутри контейнера блок вычислений и управления, регистратор, n-пультразвуковых (УЗ) измерителей расстояний, каждый из которых состоит из УЗ-приемопередающего преобразователя и измерительного модуля, выполненного из последовательно соединенных генератора зондирующих импульсов, селективного усилителя, RS-триггера, вход S которого подключен к входу генератора зондирующих импульсов, счетчика и шинного коммутатора, дешифратора управляющих сигналов и генератора эталонной частоты, выход которого подключен к счетным входам счетчиков, каждый из n-выходов дешифратора управляющих сигналов подключен к управляющему входу соответствующего шинного коммутатора, (n+1)-й выход к входам генератора зондирующих импульсов, (n+2)-й выход к входам "Сброс" счетчиков, выходы данных каждого шинного коммутатора подключены к шине ввода блока вычислений и управления, кодовые входы дешифратора управляющих сигналов подключены к управляющей шине блока вычислений и управления, а УЗ приемопередающие преобразователи расположены попарно диаметрально на внешней поверхности контейнера и подключены к входам соответствующих селективных усилителей [1]
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: герметичный контейнер; эластичные манжеты, жестко закрепленные на корпусе устройства; датчик пути, последовательно соединенный и установленный на корпусе устройства; размещенный внутри контейнера блок вычислений и управления.

Недостатком данного устройства является сложность аппаратного исполнения, что ведет к снижению надежности устройства.

Известно также устройство для контроля состояния проходного сечения магистрального трубопровода, содержащее герметичный контейнер с пружинящими элементами, в котором размещены узел записи с пишущим наконечником и лентопротяжный механизм, причем узел записи выполнен в виде двух сообщающихся между собой гидравлических полостей с поршнями, поршень одной из полостей соединен с пишущим наконечником, а поршни другой полости через тяги соединены с пружинящими элементами, закрепленными на корпусе контейнера с возможностью перемещения в продольном направлении [2]
Устройство работает следующим образом.

Закрепленный на хвостовике скребка контейнер помещают в трубопровод, заполненный перемещаемым по нему жидким или газообразным агентом. Пружинящие элементы плотно прижаты к внутренней поверхности трубопровода, при движении устройства копируют внутренний периметр труб и посредством тяги, поршней гидравлической системы и поршня передают информацию на пишущий наконечник с лентопротяжным механизмом.

Признаки аналога, совпадающие с заявленным изобретением: герметичный контейнер.

Недостатками данного устройства являются невозможность определения местонахождения выявленных дефектов в протяженных (длиной более десятка километров) трубопроводах, а также выявления препятствий, расположенных в любом секторе окружности обследуемой трубы. Устройство не имеет возможности самостоятельно (без отдельного носителя) продвигаться по трубопроводу и определять фактическое проходное сечение трубопровода.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков, т.е. прототипом, является способ обследования внутренней поверхности трубопроводов и устройство для осуществления способа [3]
Способ обследования внутренней поверхности трубопроводов осуществляют путем продвижения устройства внутри трубопровода под воздействием потока транспортируемого продукта, измерения пройденного устройством расстояния измерительным колесом (одометром), его регистрации при встрече с дефектом. При прохождении устройства по трубопроводу от дефекта трубы, например, вмятины, гибкая манжета устройства прогибается и отклоняет при этом концы механических щупов, радиально расположенных относительно продольной оси контейнера и упирающихся свободными концами во внутреннюю поверхность одной из манжет устройства. Отклонение щупов вызывает изменение выходных сигналов датчиков, которые передаются в электронный блок устройства, размещенный внутри контейнера, и регистрируются.

Устройство для обследования внутренней поверхности трубопроводов содержит герметичный контейнер, гибкие манжеты, жестко закрепленные с корпусом контейнера и полностью перекрывающие внутреннее сечение трубопровода, последовательно соединенные датчик пути (одометр) и размещенный внутри контейнера электронный блок. Механические щупы, радиально расположенные в передней части контейнера относительно продольной оси и упираются свободными концами во внутреннюю поверхность одной из манжет устройства. Щуп крепится концом к внешней поверхности контейнера на шарнире и прижимается к внутренней поверхности трубопровода с помощью специальной прижимной пружины. Система работы электронного блока устройства предусматривает преобразование изменения выходных сигналов датчиков в специальный код и дальнейшую его регистрацию.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: герметичный контейнер; гибкие (эластичные) манжеты, жестко закрепленные с корпусом контейнера и полностью перекрывающие внутреннее сечение трубопроводов; последовательно соединенные датчик пути и размещенный внутри контейнера электронный блок.

Недостатком устройства для осуществления способа обследования внутренней поверхности трубопроводов является сложная конструкция устройства и измерительной системы выявления и определения внутренних дефектов трубы. В связи с этим, оно имеет сложный алгоритм работы электронного блока, что ведет к дополнительным аппаратным затратам и, следовательно, к снижению надежности устройства. Устройство не регистрирует размер препятствий. Кроме того, устройство не адаптировано к условиям эксплуатации в трубопроводах, построенных с отклонениями от СНИП и имеющих сильно выступающие во внутрь дефекты и препятствия (например, вантузы), при ударе о которые возможно повреждение устройства. Использование механических щупов не исключает пропуски дефектов, выступающих вовнутрь, оказавшихся при прохождении между концами щупов.

Все вышеперечисленное препятствует получению требуемого технического результата, а именно, повышения надежности устройства, упрощения конструкции и упрощения алгоритма обработки сигналов.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства, упрощение алгоритма обработки информации выявления дефектов и препятствий, упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается способом для выявления и регистрации местонахождения выступающих вовнутрь дефектов и препятствий движения очистных и диагностических средств в трубопроводе и устройством для его осуществления. Сущность способа заключается в продвижении устройства внутри трубопровода под воздействием потока транспортируемого продукта, измерения пройденного устройством расстояния и его регистрации при встрече с дефектом. Установленный в передней части контейнера жесткий сменный диск при встрече с препятствием передает отрицательное ускорение инерционному датчику ударов, который подает сигнал в электронный блок для регистрации пройденного устройством расстояния на момент встречи с дефектом или препятствием. Для обнаружения дефектов и препятствий различной высоты устройство пропускают по трубопроводу несколько раз, причем при первом пропуске устанавливают сменный жесткий диск диаметром, определяемым по величине деформации предварительно пропущенного очистного устройства, а при последующих пропусках устройства (если не зарегистрировано ни одного удара о препятствие) устанавливают диски, диаметры которых постепенно увеличивают от первого пуска к последующему.

Устройство для выявления и регистрации местонахождения выступающих вовнутрь дефектов и препятствий движению очистных и диагностических средств содержит герметичный контейнер, установленный в корпусе, на котором закреплены эластичные манжеты, полностью перекрывающие внутреннее сечение трубопровода, последовательно соединенные датчик пути и размещенный внутри контейнера электронный блок. В передней части корпуса соосно с манжетами устройства закреплен жесткий сменный диск. Перемещаясь вместе с потоком перекачиваемого продукта по трубопроводу, устройство воспринимает диском удар о препятствие. При ударе срабатывает датчик удара, закрепленный внутри контейнера, который передает сигнал о наличии дефекта или препятствия в электронный блок.

Известен ряд охранных документов, защищающих решения, отличительной особенностью которых является выявление и регистрация местонахождения выступающих вовнутрь дефектов и препятствий (например, авт. свидетельство N 1629683, патент Великобритании N 1299321) путем передачи сигнала удара в электронный блок.

В данном случае передача сигнала в электронный блок осуществляется при встрече неподвижного закрепленного в передней части корпуса устройства сменного жесткого диска, который при встрече с дефектом и препятствиями передают отрицательное ускорение инерционному датчику ударов, подающему сигнал в электронный блок на регистрацию пройденного устройством пути. Это обеспечивает достижение технического результата повышение надежности устройства, упрощение конструкции и упрощение алгоритма обработки сигналов.

Электронный блок содержит последовательно соединенные формирователь метровых импульсов, счетчик пути, блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), буферные регистры, преобразователь тока и блок знакосинтезирующих индикаторов, а также блок управления ОЗУ, блок выбора номера удара и счетчик количества ударов, причем один выход блока выбора номера удара подключен к одному из входов ОЗУ, а другой выход подключен ко входу счетчика количества ударов, выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя тока.

Для возможности осуществления регистрации встречающихся дефектов и препятствий движению очистных и диагностических средств в трубопроводе по высоте и ширине устройство снабжено калибровочными дисками, установленными на корпусе устройства между манжетами в несколько рядов на разных расстояниях друг от друга, на которых смонтировано определенное количество металлических пластин, представляющих по своей форме отдельные усеченные секторы круга или равносторонние трапеции, причем высота пластин на каждом диске отличается друг от друга и эти пластины на каждом диске отличается друг от друга и эти пластины смонтированы на калибровочных дисках в порядке возрастания их высоты по мере удаления месторасположения диска от передней части устройства, а расстояние между предыдущим и последующим дискам равняется или больше высоты выступающей от диска части пластины предыдущего диска.

На фиг. 1 изображена конструкция устройства и блок-схема электронной его части. Устройство содержит герметичный контейнер 1, установленный в корпусе 2, на котором закреплены эластичные манжеты 3, перекрывающие внутреннее сечение трубопровода 4, последовательно соединенные датчик пути 5, измерительное колесо 6 и размещенный внутри контейнера электронный блок 7. Устройство также снабжено жестким сменным диском 8, закрепленным в передней части корпуса 2 соосно с манжетами 8, закрепленным в передней части корпуса 2 соосно с манжетами 3 устройства, датчиком ударов 9, закрепленным внутри контейнера 1 и передающим сигнал в электронный блок 7 для регистрации удара.

Электронный блок 7 содержит последовательно соединенные формирователь метровых импульсов 10, счетчик пути 11, блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 12, буферные регистры 13, преобразователи тока 14 и блок знакосинтезирующих индикаторов 15, а также блок выбора номера удара 16 и счетчик ударов 17, причем один выход блока выбора номера удара 16 подключен к самому из входов 12, а другой выход подключен к входу счетчика ударов 17, выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя 14.

Для регистрации размеров по ширине и высоте дефектов и препятствий, встречающихся при пропуске устройства по трубопроводу, оно снабжено калибровочными дисками 18 (фиг. 2), установленными на корпусе 2 устройства между манжетами 3 в несколько рядов на разных расстояниях друг от друга, на которых смонтировано определенное количество металлических пластин 19, представляющих по своей форме отдельные усеченные сектора круга или равносторонние трапеции, причем, высота пластин на каждом диске отличается друг от друга по высоте и эти пластины смонтированы на калибровочных дисках в порядке возрастания их высоты по мере удаления месторасположения диска от передней части устройства, а расстояние между предыдущим и последующим дисками равняется или больше высоты выступающей от диска части пластины предыдущего ряда.

Устройство работает следующим образом. Перемещаясь вместе с потоком перекачиваемого продукта по трубопроводу 4, устройство воспринимает сменным жестким диском 8 удар о препятствие 20. При ударе срабатывает датчик удара 9, который передает сигнал о наступлении события (удара) в блок ОЗУ 12. При движении устройства измерительное колесо 6 прокатывается по внутренней поверхности трубопровода 4, при этом с каждым оборотом колеса датчик пути 5 выдает сигналы, которые подсчитываются в счетчике пути 11 после формирования импульсов в формирователе 10. Значения счетчика пути 11 передаются в ОЗУ 12 при поступлении сигнала от датчика 9 и запоминаются в ОЗУ.

При продвижении устройства (фиг.1) калибровочные пластины 19, смонтированные на дисках 18 (фиг.2), фиксируют наличие в трубопроводе вмятин, местных сужений, других элементов трубопровода, выступающих вовнутрь, и их максимальную высоту и ширину, т.е. во время движения устройства при встрече с препятствием в трубопроводе калибровочные пластины отгибаются по ходу движения устройства по соответствующей препятствию высоте и ширине. По величине деформации пластин определяют высоту и ширину препятствия.

Расшифровка зарегистрированной в ОЗУ 12 информации производится путем выбора номера удара устройства о препятствие в блоке 16, откуда сигнал подается в ОЗУ 12, а информация о номере удара подсчитывается в счетчике ударов 17, оттуда через преобразователь тока 14 отображается на знакосинтезирующих индикаторах 15. Соответствующее каждому зарегистрированному удару расстояние в момент удара устройства из ОЗУ 12 через преобразователи тока 14 отображаются также на знакосинтезирующих индикаторах 15.

Применение изобретения позволит: повысить надежность устройства и упростить его конструкцию за счет использования неподвижно закрепленного сменного жесткого диска, который заменяет сложную систему механических щупов; устранить возможность пропуска дефектов вследствии использования сменных дисков вместо щупов, имеющих промежутки между собой; упростить алгоритм обработки информации; повысить способность устройства преодолевать без повреждений участки с сужением проходного сечения трубопровода до 45% от номинального диаметра трубопровода за счет использования жесткого диска вместо системы механических щупов.

Предлагаемое устройство нашло промышленное применение, в частности, обследовано около 800 км магистральных трубопроводов в ПО Урало-Сибирских и Поволожских магистральных нефтепроводов. Предполагается патентование изобретения в странах СНГ и некоторых зарубежных странах.

Использование: изобретение относится к технике контроля состояния трубопроводов. Сущность изобретения: выявление и регистрация местонахождения выступающих внутрь дефектов и препятствий движению очистных и диагностических средств путем продвижения устройства внутри трубопровода под воздействием потока транспортируемого продукта осуществляют подачей сигнала с помощью сменного диска, установленного в передней части корпуса и воздействующего на датчик ударов, подающий сигнал в электронный блок, причем при первом пропуске диаметр диска определяют по величине деформации предварительно пропущенного очистного устройства, а при последующих пропусках устанавливают диски, диаметры которых увеличивают от первого пуска к последующему. Электронный блок для регистрации удара снабжен последовательно соединенными формирователем метровых импульсов, счетчиком пути, блоком оперативного запоминающего устройства, буферными регистрами, преобразователями тока, блоком знакосинтезирующих индикаторов и блоком выбора номера удара и счетчиком количества ударов. Причем один выход блока выбора номера удара подключен к одному из входов оперативного запоминающего устройства, а другой выход подключен к входу счетчика количества ударов, выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ выявления и регистрации местонахождения выступающих внутрь дефектов и препятствий движению очистных и диагностических средств путем продвижения устройства внутри трубопровода под воздействием потока транспортируемого продукта, измерения пройденного устройством расстояния и его регистрации при встрече с дефектом, отличающийся тем, что подачу сигнала для регистрации дефекта осуществляют с помощью жесткого сменного диска, установленного в передней части корпуса и воздействующего на датчик ударов, подающих сигнал в электронный блок для регистрации в оперативном запоминающем устройстве пройденного устройством расстояния и времени на момент встречи с дефектом или препятствием, причем при первом пропуске диаметр диска определяют по величине деформации предварительно пропущенного очистного устройства, а при последующих пропусках устанавливают диски, диаметры которых увеличивают от первого пуска к последующему. 2. Устройство для выявления и регистрации местонахождения выступающих внутрь дефектов и препятствий в трубопроводе, содержащее герметичный контейнер, установленный в корпусе, на котором закреплены эластичные манжеты, полностью перекрывающие внутреннее сечение трубопровода, последовательно соединенные датчик пути и размещенный внутри контейнера электронный блок, отличающееся тем, что оно снабжено сменным диском, жестко закрепленным в передней части корпуса соосно с манжетами устройства, датчиком ударов, закрепленным внутри контейнера и передающим сигнал в электронный блок для регистрации удара, который снабжен последовательно соединенными формирователем метровых импульсов, счетчиком пути, блоком оперативного запоминающего устройства, буферными регистрами преобразователями тока и блоком знакосинтезирующих индикаторов, а также снабжен блоком выбора номера удара и счетчиком количества ударов, причем один выход блока выбора номера удара подключен к одному из входов оперативного запоминающего устройства, а другой выход подключен к входу счетчика количества ударов, выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено калибровочными дисками, установленными на корпусе устройства между манжетами в несколько рядов на расстоянии друг от друга, на которых смонтированы металлические пластины в виде отдельных усеченных секторов круга или равносторонних трапеций, причем высоты пластин на каждом диске отличаются одна от другой, эти пластины смонтированы на дисках устройства в порядке возрастания их высоты по мере удаления места расположения диска от передней части устройства, а расстояние между предыдущим и последующим дисками равняется или больше высоты выступающей от диска части пластины предыдущего диска.