СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ КОРРОЗИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В ТРУБОПРОВОДАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01N29/04 

Область применения: трубопроводы центрального отопления, горячего и холодного водоснабжения коммунального хозяйств городов. Из уровня техники известен способ акустической вибрационной проверки труб на утечку (см. патент США 5038614, кл. C 01 N 29/04 от 13.08.91), по которому на испытуемую трубу устанавливают датчик продольных колебаний и датчик поперечных колебаний, по полученным от датчиков сигналом после их обработки определяют местоположение течи. Недостатком известного способа является его низкая функциональная возможность, т.к. он позволяет выявить узкий круг дефектов (по описанию только течь).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ по патенту РФ 1730917, кл. G 01 N 29/04 от 15.12.94, по которому на концах контролируемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, фиксируют акустическими датчиками генерируемые дефектом колебания и по полученным результатам определяют местоположение и характер дефекта.

Недостатком данного способа является сложность процесса выявления дефекта, необходимость знать акустические свойства материала контролируемой трубы, все это снижает функциональные возможности способа.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в упрощении процесса определения местоположения дефекта и его характера, а также независимость процесса определения от свойств материала неконтролируемой трубы.

Указанная техническая задача решается тем, что в каждой паре акустических датчиков одним датчиком фиксируют продольные колебания, а другим - поперечные колебания, при этом регистрацию колебаний осуществляют всеми датчиками одновременно и осуществляют их фильтрацию для выделения сигналов с частотой 1000-2500 Гц, сравнивают сигналы акустических датчиков в каждой паре между собой для определения наличия дефекта, а его местоположение определяют по сигналам от датчиков продольных колебаний.

Кроме того, регистрацию колебаний можно осуществлять для разных временных выборок и после суммирования полученных результатов о местоположении дефекта судят по наличию пика амплитудного значения результатов суммирования, а о параметрах дефекта судят по величине указанного пика амплитудного значения.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны результаты автокорреляции по датчикам продольных и поперечных колебаний в одной точке постановки, на фиг. 2 показаны результаты взаимной корреляции продольных колебаний по датчикам в разных точках.

Способ обнаружения дефектов осуществляется следующим образом.

Способ предназначен для обнаружения, определения местоположения и получения характеристических параметров коррозионных дефектов в трубопроводах диаметром более 80 мм, имеющих толщину стенки 5-15 мм, по которым осуществляется перекачка продукта или теплоносителя, в частности воды.

Коррозионные дефекты, которые могут быть обнаружены данным способом: локальное утончение стенки трубы до толщины менее 50% от номинала; серия язв, охватывающих площадь с осевым простиранием более 100 мм, дефекты сварных швов, раскрытие трещины, через которые идет истечение воды различной (в том числе и малой) интенсивности и др.

В основе способа лежит явление излучения колебаний акустических частот (эмиссии) при воздействии тока воды (динамического давления) на указанные дефекты.

Рассмотрим процесс генерации и распространения колебаний на отрезке стальной трубы диаметром Д, толщиной стенок d, по которому осуществляется подача воды при среднем давлении Р со скоростью потока V. В некотором месте труба имеет утонение до толщины d₁ (d₁ < 0,5d₁).

Ток воды (волна давления) воздействует на место утонения стенки трубы, что вызывает вынужденные колебания последней (мембранный эффект) и генерированию соответствующей продольной волны, которая, в силу тонкостенности задачи, распространяется по воде с соответствующей скоростью (υ 1200 м/с). На основании проведенных экспериментальных исследований колебания от утонения стенки трубы носят импульсный характер с частотой в диапазоне 1000-2500 Гц. Взаимодействие продольной волны давления (от дефекта) на стенки трубы в конкретной точке эквивалентно известному решению задачи о действии сосредоточенной динамической силы на оболочку и, в соответствии с решением, приводит к преобладанию продольных перемещений стенки трубы над поперечным.

Кроме этого, труба находится под воздействием различного рода колебаний, связанных с током воды и ее конструкцией. Эти колебания в основном обуславливают возникновение стоячих волн и волн Рэлея (волны поперечных смещений).

Таким образом, в точке постановки датчиков продольные и поперечные смещения будут обусловлены суперпозицией двух основных волн, причем продольные смещения будут иметь по амплитуде больше компонент, связанных с излучением волны дефектами, чем поперечные.

С целью обнаружения местоположения коррозионных дефектов на участке трубопровода водоснабжения и получения данных для оценки его параметров осуществляется:
1. На концах диагностируемого участка размещаются по два датчика: один продольных, другой - поперечных перемещений (всего 4).

2. Одновременно производится регистрация по всем 4-м каналам путем записи единичных выборок длительностью 5-20 сек каждая.

3. По всем четырем каналам осуществляется фильтрация с выделением сигналов в частотном диапазоне 1000-2500 Гц.

4. Обработка записей по двум датчикам, установленных в одной точке (точке А).

4.1. С целью выделения сигналов от дефекта на фоне колебаний трубы как целого, проводится автокорреляция по записям продольных и поперечных колебаний.

4.2. Проводится сравнение результатов автокорреляции указанных записей и выбираются интервалы времени, где в результатах по продольным колебаниям имеются пики (автокорреляция импульсов) не представленные в результатах обработки поперечных колебаний - выборка дискретных интервалов продолжительностью ~1 сек.

5. Аналогичные операции проводятся по записям в точке C.

6. С целью определения местоположения излучателя, генерирующего импульсы в выбранных дискретных интервалах времени, осуществляется взаимная корреляция сигналов продольных колебаний по точкам A и C, в ходе которой определяется время задержки прихода импульса к точкам регистрации. По известной зависимости, с учетом скорости распространения продольных волн в воде и известном расстоянии между точками постановки датчиков, определяется расстояние до излучателя.

7. Операции 4-6 повторяются для других временных выборок.

8. С целью исключения случайных процессов производится суммирование результатов по ряду временных выборок.

9. О наличии и местоположении дефекта судят по наличию амплитудного значения результатов суммирования относительно координаты расстояния.

10. О параметрах коррозионных повреждений судят по уровню амплитуды на указанном расстоянии.

Изобретение может быть использовано для контроля состояния трубопроводов. Упрощение процесса определения местоположения дефекта и его характера, а также независимость процесса определения от свойств материала контролируемой среды достигается тем, что по концам исследуемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, один из которых в каждой паре регистрирует продольные колебания, а другой - поперечные колебания. После обработки сигналов от датчиков определяют местоположение и характер обнаруженного дефекта. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения дефектов в трубопроводах, преимущественно коррозионных дефектов в трубопроводах водоснабжения, по которому на концах контролируемого участка трубопровода устанавливают пары акустических датчиков, фиксируют акустическими датчиками генерируемые дефектом колебания и по полученным результатам определяют местоположение дефекта, отличающийся тем, что в каждой паре акустических датчиков одним датчиком фиксируют продольные колебания, а другим - поперечные колебания, при этом регистрацию колебаний осуществляют всеми датчиками одновременно с последующей их фильтрацией для выделения сигналов с частотой 1000-2500 Гц, сравнивают сигналы акустических датчиков в каждой паре между собой для выделения сигналов от дефекта, а его местоположение определяют по сигналам от датчиков продольных колебаний. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию колебаний осуществляют для разных временных выборок и суммируют полученные результаты, при этом о местоположении дефекта судят по наличию пиков амплитудного значения результатов суммирования, а о параметрах дефекта судят по величине указанного пика амплитудного значения.