ВНУТРИТРУБНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 1998 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обследования заглубления, например, в донной грунт магистральных трубопроводов.

Известно устройство, состоящее из герметичного корпуса с аэродинамическими рулями, оснащенное осветителем и телевизионной камерой, связанное тросом с судном, на котором размещена аппаратура для визуального контроля (телевизоры) [1]
Достоинством известного устройства является возможность визуального контроля подводных сооружений, в том числе, трубопроводов.

Недостатком является неавтономность (устройство буксируется судном за трос) и зависимость качества контроля от мутности воды, а также зависимость сроков контроля от погодных условий.

Известно также устройство [2] состоящее из герметичного прочного корпуса с размещенными внутри него аккумуляторами, многоканальной аппаратурой для обработки и регистрации электрических сигналов, в нем также установлены ультразвуковые измерители расстояний, а также эластичные манжеты для поддерживания положения оси корпуса устройства внутри трубы и создания тянущего усилия для обеспечения движения устройства под действием перепада давления транспортируемого по трубе продукта.

Достоинством устройства является возможность контроля состояния стенок трубы независимо от воздействия внешних природных условий.

Среди недостатков можно выделить ограничение функций контроля воздействующих на наружную стенку трубы факторов, например наличие или отсутствие на подводной трубе удерживающих ее в грунте пригрузов, а также наличие или отсутствие грунта вокруг трубы или над ней.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей в сторону обеспечения контроля наличия грунта вокруг заглубленного трубопровода.

Это достигается тем, что в известное устройство введены n молоточков, по меньшей мере две индукционные катушки, фильтрующие усилители и вычислительное устройство, причем молоточки установлены на колесах в задней части корпуса, одна индукционная катушка размещена в передней части корпуса, а вторая индукционная катушка расположена рядом в молоточками, кроме того, электрические выводы индукционных катушек соединены со входами соответствующих фильтрующих усилителей, выходы фильтрующих усилителей подключены к соответствующим входам вычислительного устройства, а выход вычислительного устройства соединен со входом многоканального регистратора информаций, соответствующая группа входов которого соединена с выходами датчиков пути и угловых координат.

Анализ найденных в результате поиска патентных, информационных и каталожных материалов по внутритрубным дефектоскопам по фондам областной универсальной научной библиотеки г. Саратова позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение не известно из уровня техники, т.е. оно является новым. Кроме того, данное устройство не следует явным образом из уровня техники, т.е. имеет изобретательский уровень.

Предлагаемая конструкция внутритрубного дефектоскопа вызвана потребностями профилактики безотказной эксплуатации магистральных трубопроводов, а именно необходимостью проведения контроля наличия грунта заглубленного в дно водоемов трубопровода, так как вымывание грунта проводит к проседанию и дальнейшему нарушению целостности трубопровода, следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной полезностью.

Изобретение появляется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид внутритрубного дефектоскопа в трубе с блок-схемой, а на фиг. 2 представлено графическое пояснение расчета распространения звуковых волн.

Внутритрубный дефектоскоп состоит из герметичного корпуса 1, двух эластичных манжет 2, n колес 3, n молоточков 4, рычага подвески 5 колеса 3 с пружиной 6, индукционных катушек 7 и 8, устройства анализа сигналов, включающего фильтрующие усилители 9 и вычислительное устройство 10, датчики пути и угловых координат 11, многоканальный регистратор информации 12, питание бортовой аппаратуры осуществляется от источника электроэнергии (аккумулятора) 13; дефектоскоп расположен в трубопроводе 14, размещенном в грунте 15, причем по трубопроводу возможно распространение звуковых волн 16.

Устройство работает следующим образом.

Через камеру запуска в трубопровод вводится дефектоскоп. Поток транспортируемой среды (газа) перекрывается эластичными манжетами 2, и образующийся перепад давления порождает усилие, толкающее корпус 1 в направлении потока газа. Колеса 3, подвешенные на рычагах 5, прижимаются пружиной 6 к внутренней поверхности трубы 14. За счет возникающей силы трения колесо 3 начинает вращаться при движении корпуса 1. На колесе 3 шарнирно укреплен молоточек 4, выполненный из твердой резины. При вращении колеса 3 молоточек 4 ударяет по стенке трубы 14, возбуждая в ней поперечные механические колебания 16, распространяющиеся во все стороны со скоростью звука. Если труба 14 с наружной поверхности не имеет механического контакта с твердыми телами, например опорами или грунтом 15, то затухание колебаний незначительно и они вызывают в индукционных катушках 7 и 8 электрические сигналы приблизительно одинаковой амплитуды. Индукционные катушки 7 и 8 содержат магнитные сердечники, что приводит к возникновению в катушках ЭДС-индукции при колебаниях стальной стенки трубопровода. Электрические сигналы от индукционных катушек 7 и 8 поступают на фильтрующие усилители 9, отфильтровываются от неинформативных гармонических составляющих, выпрямляются и подаются на вычислительное устройство 10. Вычислительное устройство 10 осуществляет деление напряжения сигналов с индуктивной катушки 8 на напряжения сигналов с индукционной катушки 7. Сигналы на выходе соответствующих фильтрующих усилителей 9 могут быть представлены в виде:

где X₇ и X₈ расстояния до центров индукционных катушек 7 и 8 от точки возбуждения волны молоточком 4;
β пространственный коэффициент затухания волны;
функция колебательного процесса в точке возбуждения.

Вычислительное устройство 10 реализует математическую операцию деления
U₈ / U₇ A

Величина (X₈ X₇) является параметром, связанным с конструкцией изделия. Эта величина может быть выбрана любой и введена как константа и вычислитель 11, приняв X₈ X₇ 1 метру, получим
A = exp(-β), (4)
т. е. на выходе вычислительного устройства 10 величина A будет пропорциональна затуханию распространяющейся поперечной полны 16.

Если волна 16 распространяется в стенке 14 трубопровода, не закрытой грунтом 15, то
β _→ 0 и A _→ 1
Если волна 16 распространяется в стенке 14 трубопровода, зажатой грунтом 15, то затухание
β > 0 и A < 1
Сигналы с выхода вычислительного устройства 10 и с датчиков пути и угловых координат 12 поступают на многоканальный регистратор информации 11. Одновременная регистрация сигналов о затухании и о координатах места, где это затухание наблюдается, позволяет определить на трубе места, не покрытые грунтом. Наличие мест на трубопроводе, не закрытых грунтом, является свидетельством начала размывания грунта в зоне трубопровода.

Предлагаемое устройство сигнализирует о необходимости принятия срочных мер по предотвращению размывания грунта и позволяет провести профилактические меры по защите от аварий подводной части газопровода.

Использование: изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обследования заглубления, например, в донный грунт магистральных трубопроводов. Сущность изобретения: внутритрубный дефектоскоп состоит из герметичного корпуса 1, двух эластичных манжет 2, n колес 3, n молоточков 4, рычага подвески 5, колеса 3 с пружиной 6, индукционных катушек 7 и 8, устройства анализа сигналов, включающего фильтрующие усилители 9 и вычислительное устройство 10, датчиков пути и угловых координат 11, многоканального регистратора информации 12; питание бортовой аппаратуры осуществляется от источника электроэнергии (аккумулятора) 13; дефектоскоп расположен в трубопроводе 14, размещенном в грунте 15, причем по трубопроводу возможно распространение звуковых волн 16. 2 ил.

Внутритрубный дефектоскоп, содержащий герметичный корпус, укрепленные на его наружной поверхности две эластичные манжеты, n колес, постоянные магниты и установленные внутри корпуса аккумуляторы, многоканальный регистратор информации, датчики пути и угловых координат, отличающийся тем, что в него введены n молоточков, по меньшей мере две индукционные катушки, фильтрующие усилители и вычислительные устройства, причем молоточки установлены на колесах и в задней части корпуса, одна индукционная катушка размещена в передней части корпуса, а вторая расположена рядом с молоточками, кроме того, электрические выводы индукционных катушек подсоединены к входам соответствующих фильтрующих усилителей, выходы фильтрующих усилителей подключены к соответствующим входам вычислительного устройства, а выход вычислительного устройства соединен с входом многоканального регистратора информации, соответствующая группа входов которого соединена с выходами датчиков пути и угловых координат.