СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СКВОЗНЫХ ДЕФЕКТОВ В СТЕНКАХ ЕМКОСТЕЙ, ЗАПОЛНЕННЫХ ЖИДКОСТЬЮ Российский патент 2003 года по МПК G01N29/04 G01M3/24 F17D5/06 

Предлагаемое изобретение относится к методам обнаружения дефектов в изделии с помощью ультразвуковых волн. Главным образом оно может быть использовано для обнаружения сквозных дефектов в стенках металлических емкостей, заполненных жидкостью, с наружной стороны которых находится бетонная облицовка или другая изоляция (например, земля).

В промышленности для обнаружения сквозных дефектов в стенках изделий широко используют методы течеискания [1], сущность которых состоит в измерении потока пробных веществ (газов) через стенки изделий. Недостатком этих методов является их пригодность для контроля замкнутых не заполненных жидкостью сосудов относительно малых габаритных размеров.

Известен метод обнаружения сквозных дефектов в стенках емкостей, заполненных жидкостью, путем визуального осмотра их поверхностей и определения на них подтеков жидкости. Место подтеков соответствует координате сквозного дефекта. Такой наиболее простой способ не пригоден для обнаружения мест утечки в емкостях, облицованных бетоном или закопанных в земле.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обнаружения сквозных дефектов в емкостях с жидкостью путем измерения скорости потока жидкости вблизи сквозного дефекта, реализованный в ультразвуковых расходомерах [2, 3].

Для реализации способа измерения скорости потока жидкости в трубопроводах можно использовать два оппозитно соосно расположенных пьезопреобразователя, с помощью которых осуществляется поочередное прозвучивание жидкости в противоположных направлениях - "по потоку" и "против потока". В первом случае время прохождения сигнала определяется соотношением t₁=l/c+v_x, а во втором - t₂=l/с-v_x, где l - база между преобразователями, с - скорость ультразвука в жидкости, v_x - проекция скорости потока жидкости на направление прозвучивания. Измеряя временной интервал Δt=t₂-t₁ между задержками сигналов, прошедших против потока и по потоку, можно определить проекцию скорости движения жидкости v_x= Δt•c²/2l. Такой способ измерения скорости называется временным. Существуют и другие способы измерения - фазовый, частотный или комбинированные [2], позволяющие реализовать более высокую точность измерения.

Известный способ позволяет измерить скорость движения жидкости и в емкости, однако не позволяет определить место расположения сквозного дефекта.

Технической задачей, решаемой изобретением, является разработка способа обнаружения места расположения сквозного дефекта в стенке заполненной жидкостью емкости, облицованной снаружи бетоном или закопанной в земле.

Поставленная задача решается тем, что, как и в известном способе, измеряется скорость потока жидкости через отверстие в стенке емкости. Для этого излучают импульсы ультразвуковых волн в жидкость парой оппозитно соосно расположенных преобразователей последовательно в противоположных направлениях, осуществляют прием прошедших в противоположных направлениях импульсов, определяют на основании измеренной информации скорости v_x жидкости в направлении излучение - прием. Но в отличие от известного способа дополнительно размещают вторую пару преобразователей, расположенных оппозитно и соосно, причем преобразователи каждой пары расположены на одинаковом расстоянии навстречу друг другу и их направления излучения - приема взаимно перпендикулярны, излучают и принимают ультразвуковые импульсы второй пары преобразователей в противоположных направлениях, на основании измеренной информации определяют скорость v_у в направлении излучение - прием второй пары преобразователей, вычисляют модуль v скорости по формуле и его направление ϕ относительно направления прозвучивания первой пары преобразователей по формуле tgϕ= v_y/v_x, затем преобразователи перемещают вдоль направления ϕ, последовательно определят модуль скорости и находят то положение преобразователей, при котором модуль скорости будет максимальным.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где схематически представлен пример акустической системы, с помощью которой реализуется способ обнаружения места расположения сквозных дефектов в стенке емкости, заполненной жидкостью. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Измерительная акустическая система представляет собой жесткую металлическую пластину квадратной формы с квадратным отверстием, на которой по диагоналям закреплены две пары I и II ультразвуковых преобразователей. Направления излучения - приема каждой пары взаимно перпендикулярны. Преобразователи каждой пары 1' и 1", 2' и 2" расположены соосно навстречу друг другу и на одинаковом расстоянии друг от друга.

Акустическая система подвешивается на тросе в вертикальном положении вблизи стенки емкости и с помощью сканирующей системы может перемещаться по заданной траектории относительно стенки.

С помощью электронной аппаратуры в первый момент времени осуществляется возбуждение преобразователей 1' и 2', а преобразователи 1" и 2" являются приемниками. При наличии потока жидкости вблизи стенки емкости через отверстия время прихода сигналов на приемники будет разным и равным t'₁=l/c+v_x и t'₂= l/c+v_y. Затем с помощью коммутатора возбуждаются преобразователи 1" и 2", а преобразователи 1' и 2' являются приемниками. По разности временных интервалов Δt₁=t"₁-t'₁ и Δt₂=t"₂-t'₂ определяются проекции скоростей потоков v_x и v_y на направления прозвучивания, модуль скорости потока v по формуле и его направление ϕ относительно направления прозвучивания первой пары преобразователей по формуле tgϕ=v_y/v_x. Затем акустическую систему с помощью сканирующего устройства перемещают вдоль направления ϕ, последовательно определяют модуль скорости и находят то положение, при котором скорость потока v будет максимальна. Положение акустической системы относительно стенки емкости определяет место расположение в ней сквозного дефекта.

Рассмотрение предлагаемого способа показывает, что его реализация позволяет определить место расположения сквозного дефекта в стенке емкости, облицованной бетоном или закопанной в земле и заполненной жидкостью.

ЛИТЕРАТУРА
1. Гурвич А.К., Ермолов И.Н., Сажин С.Г. Неразрушающий контроль. Книга 1 "Общие вопросы. Контроль проникающими веществами", М.: Высшая школа, 1992.

2. Киясбейли А.Ш., Гумайлов А.М., Гуревич В.М. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. М.: Машиностроение, 1984.

3. Хамидулин В.К. Ультразвуковые контрольно-измерительные устройства и системы. Л.: ЛГУ, 1989.

Изобретение относится к методам обнаружения дефектов в изделии с помощью ультразвуковых волн. Повышение достоверности определения места расположения сквозного дефекта в стенке заполненной жидкостью емкости достигается за счет того, что излучают ультразвуковые импульсы в жидкость первой парой оппозитно соосно расположенных вблизи стенки емкости преобразователей последовательно в противоположных направлениях, принимают прошедшие в противоположных направлениях импульсы, определяют на основании измеренной информации скорости v_x жидкости в направлении излучение - прием. Размещают вторую пару преобразователей, расположенных оппозитно и соосно, причем преобразователи каждой пары расположены на одинаковом расстоянии навстречу друг другу и их направления излучения - приема взаимно перпендикулярны. Излучают и принимают ультразвуковые импульсы второй парой преобразователей в противоположных направлениях, на основании измеренной информации определяют скорость v_y в направлениях излучение - прием второй пары преобразователей, вычисляют модуль v скорости по формуле и его направление ϕ относительно направления прозвучивания первой пары преобразователей по формуле tgϕ=v_y/v_x. Затем преобразователи перемещают вдоль направления ϕ, последовательно определяют модуль скорости и находят то положение преобразователей, при котором модуль скорости будет максимальным. Скорости v_x, v_y жидкости определяют на основании измерения разности времен прохождения ультразвуковых импульсов в противоположных направлениях для каждой пары преобразователей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обнаружения сквозных дефектов в стенках емкостей, заполненных жидкостью, заключающийся в излучении ультразвуковых импульсов в жидкость первой парой оппозитно соосно расположенных вблизи стенки емкости преобразователей последовательно в противоположных направлениях, приеме прошедших в противоположных направлениях импульсов, определении на основании измеренной информации скорости v_х движения жидкости в направлении излучение - прием, отличающийся тем, что дополнительно размещают вторую пару преобразователей, расположенных оппозитно и соосно, причем преобразователи каждой пары расположены на одинаковом расстоянии навстречу друг другу и их направления излучения - приема взаимно перпендикулярны, излучают и принимают ультразвуковые импульсы второй парой преобразователей в противоположных направлениях, на основании измеренной информации определяют скорость v_у в направлениях излучение - прием второй пары преобразователей, вычисляют модуль v скорости движения жидкости по формуле и его направление ϕ относительно направления прозвучивания первой пары преобразователей по формуле tg ϕ = v_y/v_x, затем преобразователи перемещают вдоль направления ϕ, последовательно определяют модуль скорости и находят то положение преобразователей, при котором модуль скорости будет максимальным. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорости v_х, v_у движения жидкости определяют на основании измерения разности времен прохождения ультразвуковых импульсов в противоположных направлениях для каждой пары преобразователей.