СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ Российский патент 1998 года по МПК G01L1/12 G01N27/83 

Изобретение относится к измерению механического напряжения путем измерения изменений магнитных свойств материалов в зависимости от нагрузки, в частности исследования магнитных полей рассеяния.

Известен способ измерения механических напряжений в ферромагнитных изделиях, при котором на контрольном образце изделия регистрируют параметры магнитных шумов и по их значениям судят о напряжениях в изделии [1].

Недостатком известного способа является отсутствие возможности его применения для определения абсолютных значений напряжений в трубопроводах, работающих под давлением. Множество проблем возникает с изготовлением контрольного образца.

Целью разработки предлагаемого способа является обеспечение возможности определения абсолютных значений механических напряжений в трубопроводах, работающих под давлением.

Проведены исследования связи параметров магнитных шумов с изменениями структуры ферромагнитных сталей [2].

Указанная цель достигается тем, что в известном способе измерения механических напряжений в ферромагнитных изделиях, при котором на контрольном образце изделия регистрируют параметры магнитных шумов и по их значениям судят о напряжениях в изделии, согласно предложению в качестве контрольного образца выбирают участок изделия с нулевыми значениями механических напряжений вдоль продольной оси изделия, на нем определяют пересчетный коэффициент пропорциональности по зависимости

где
P- давление в изделии,
D - наружный диаметр изделия,
H - толщина стенки в листе измерения,
E₂ - значение параметра магнитного шума, создаваемого при перемагничивании металла изделия поперек его продольной оси,
E₀ - нулевое значение параметра магнитного шума при выбранном режиме работы,
а абсолютное значение механического напряжения в изделии определяют из соотношения
σ = K(E_и- E₀) ,
где
E_u - значение параметра магнитного шума в металле изделия в месте контроля при том же режиме работы магнитошумовой аппаратуры.

Необходимо в качестве контрольного образца выбирать прямолинейный подземный участок магистрального трубопровода.

Целесообразно, чтобы длина контрольного образца составляла не менее 30 наружных диаметров изделия.

Практично, если в качестве параметра магнитного шума выбирают ЭДС.

Совокупность отличительных признаков заявителю неизвестна, что является доказательством новизны предложения.

В общем виде способ реализуется следующим образом.

Экспериментами установлено, что ЭДС магнитных шумов, а также ее производственные (амплитуда, мощность, интегральные составляющие и т. п.) тем больше, чем выше действующие напряжения [2]. Причем эта связь близка к линейной. Однако для получения точного соотношения для каждого состояния материала и режимов работы аппаратуры необходимо знать два параметра, а именно пересчетный коэффициент пропорциональности K и нулевое значение ЭДС магнитного шума E₀. Это то значение ЭДС, которое регистрирует аппаратура при отсутствии напряжений. В качестве аппаратуры необходимо использовать прибор ПИОН-01, выпускаемый с 1991 г отечественной промышленностью.

Величину E₀ следует определять в подземной части прямолинейного участка магистрального трубопровода, т.к. расчеты показывают и подтверждено экспериментом, что в середине прямолинейного участка трубопровода под землей осевые напряжения (напряжения вдоль продольной оси трубы) практически отсутствуют, если длина этого участка более 30 диаметров трубы. В связи с этим предложено измерять величину E₀ при регистрации магнитного шума (МШ) вдоль оси трубопровода независимо от величины давления в нем, т.е. значение E₀ будет соответствовать механическое напряжение, равное нулю (σ₀= 0) .

Чтобы определить пересчетный коэффициент пропорциональности K, необходимо иметь как минимум еще одно значение МШ при известном напряжении. Эту величину определяют в той же зоне, где и измерялось E₀. Для этого регистрируется ЭДС МШ поперек оси трубы, это значение обозначим E₂. Значение механического напряжения в стенке трубы поперек продольной оси определяется из соотношения

где
P - давление перекачиваемого продукта;
D - наружный диаметр трубопровода;
H - толщина стенки трубопровода в зоне контроля.

Величина E₂ будет соответствовать механическому напряжению σ₂ .

Значение K определим из соотношения

Значение величины E₀ можно подтвердить (правда, менее точно), если сбросить давление в трубопроводе до нуля. Тогда E°2

будет соответствовать σ₂= 0 , а также если провести замеры на образце металла трубы с соблюдением идентичности свойств образца и трубы, что обеспечить крайне сложно из-за старения металла трубопровода.

Предлагаемый способ опробован при проведении обследования участка газопровода (Протокол обследования и заключение от 2.07.96 г.) Острогожск - С. -Петербург ПК 119.

Проведены измерения абсолютных значений напряжений, действующих в осевом (вдоль трубы) и окружном направлениях в стенке трубопровода, диаметр которого 1020 мм с толщиной стенки 11 мм, при давлении перекачиваемого газа 4,0 МПА. ЭДС магнитного шума измерялась с помощью прибора ПИОН-01, позволяющего работать на различных режимах усиления. Измерения проводились при коэффициенте усиления 80 единиц. Прямолинейный подземный участок трубопровода определялся с помощью трассоискателя Р229. Значение E₀ = 51 ед. Значение E₂ = 70 ед.

Величина

В контролируемом сечении воздушного перехода данного трубопровода значение Εви

в верхней точке вдоль оси трубопровода составило Eви = 57 ед , а в нижней точке Eни = 65 ед. Поперек оси во всех сечениях E2и = 70 ед.
В соответствии с предлагаемым способом величину K определяли из соотношения

Абсолютные значения напряжений в контролируемых точках составили

Значение E₀ определялось на участке трубопровода на расстоянии 18 м от ближайшего изгиба трубопровода (в плане и по глубине).

Таким образом, средства и методы, с помощью которых возможно осуществление предлагаемого способа в том виде, как он охарактеризован в формуле, известны, что подтверждает его промышленную применимость.

Способ предназначен для определения абсолютных значений механических напряжений в трубопроводах, работающих под давлением, путем измерения изменений магнитных свойств материалов в зависимости от нагрузки. На контрольном образце изделия регистрируют параметры магнитных шумов. В качестве контрольного образца выбирают участок с нулевыми значениями механических напряжений вдоль продольной оси изделия. На этом участке определяют пересчетный коэффициент пропорциональности. Абсолютное значение механического напряжения определяют по разности значений параметра магнитного шума в месте контроля и его нулевым значением, умноженной на пересчетный коэффициент пропорциональности. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ измерения механических напряжений в трубопроводах, работающих под давлением, при котором на контрольном образце трубопровода регистрируют параметры магнитных шумов и по их значениям судят о напряжениях в трубопроводе, отличающийся тем, что в качестве контрольного образца выбирают участок трубопровода с нулевыми значениями механических напряжений вдоль его продольной оси и на нем определяют пересчетный коэффициент пропорциональности по зависимости

где P - давление в трубопроводе;
D - наружный диаметр трубопровода;
H - толщина стенки трубопровода в месте измерения;
E - значение параметра магнитного шума, создаваемого при перемагничивании металла изделия поперек его продольной оси;
E₀ - нулевое значение параметра магнитных шумов при заданном режиме работы.

а абсолютное значение механического напряжения σ в трубопроводе определяют из соотношения
σ = K(E_u- E₀) ,
где E_u - значение параметра магнитного шума в металле трубопровода в месте контроля при том же режиме работы регистрирующей аппаратуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве контрольного образца выбирают прямолинейный подземный участок трубопровода. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что длина контрольного образца составляет не менее 30 наружных диаметров трубопровода. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра магнитного шума при выбранном режиме работы регистрирующей аппаратуры выбирают ЭДС магнитного шума.