Изобретение относится к устройствам, используемым для внутритрубного обследования трубопроводов большой протяженности, главным образом, магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, а также газопроводов неразрушающими методами путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем контрольными датчиками, чувствительными к каким-либо диагностическим параметрам трубопровода, а именно для крепления датчиков и обеспечения необходимого пространственного расположения относительно трубопровода при движении инспекционного снаряда.
Известен носитель датчиков [1] для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией (вписывающихся в поверхность с осевой симметрией).
Носитель характеризуется тем, что включает в себя корпус и два пояса подпружиненных в радиальном направлении держателей датчиков, закрепленных на корпусе с помощью шарнирных соединений. В каждом держателе имеются посадочные места для нескольких датчиков.
К достоинствам такого носителя относится то, что установленные под углом к оси носителя ряды датчиков позволяют сканировать всю поверхность трубопровода с перекрытием зон, контролируемых отдельными датчиками.
Основным недостатком такого носителя является то, что при прохождении участка трубопровода с геометрическим дефектом типа вмятины держатели датчиков ведут себя как жесткие элементы, и наезд передней части держателя на вмятину (выступ на внутренней поверхности трубопровода) сопровождается отходом всего держателя от недеформированной части трубопровода. В результате увеличения расстояния между датчиками и внутренней поверхностью трубопровода эффективность работы датчиков снижается, и такие участки трубопровода с геометрическими дефектами остаются непроконтролированными.
Известен носитель датчиков [2] для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией.
Носитель характеризуется тем, что включает в себя эластичную манжету, диаметр которой меньше внутреннего диаметра трубопровода, по периферии манжеты установлены контрольные датчики, которые вписываются в цилиндр, диаметр которого превышает диаметр манжеты.
К достоинствам такого носителя относится то, что при прохождении участка трубопровода с незначительным геометрическим дефектом типа вмятины датчики прилегают к деформированной поверхности трубопровода.
Основным недостатком такого носителя является то, что из-за расположения датчиков в виде одного пояса предельно достижимое линейное разрешение инспекционного снаряда ограничено из-за конечного расстояния между соседними датчиками и размерами датчиков.
Кроме того, прохождение носителем участков трубопровода со значительными дефектами геометрии в его сечении сопровождается удалением датчиков от недеформированной части трубопровода вблизи дефекта геометрии, а также смятием манжеты с датчиками. При контроле трубопровода, состоящего из труб с существенно разной толщиной стенок труб, например при наличии ранее отремонтированных участков трубопровода, на участках с увеличенной толщиной стенки, а также при наличии на поверхности трубопровода постороннего закрепленного предмета, прохождение носителя датчиков может сопровождаться смятием манжеты с потерей ориентации части датчиков.
Кроме того, установка датчиков снаружи приводит к повреждению датчиков на таких препятствиях, как подкладные кольца.
Прототипом заявленной группы изобретений является известный носитель датчиков [3] для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией.
Носитель характеризуется тем, что выполнен в виде цилиндрической эластичной манжеты, ленточные выпуклости которой образуют цилиндр, диаметр которого больше внутреннего диаметра трубопровода, датчики расположены в ленточных углублениях манжеты, ленточные выпуклости и углубления ориентированы под острым углом к оси манжеты.
К достоинствам такого носителя относится то, что установленные под углом к оси носителя датчики позволяют сканировать всю поверхность трубопровода с перекрытием зон, контролируемых отдельными датчиками; установка датчиков в углублениях манжеты предохраняет их от повреждений на таких препятствиях, как подкладные кольца; при прохождении участка трубопровода с геометрическим дефектом типа вмятины датчики прилегают к деформированной и недеформированной поверхности трубопровода как вдоль оси, так и по периметру трубопровода.
К недостаткам такого носителя относится то, что установка на эластичной манжете большого числа датчиков с подключенными к ним кабелями (с целью получения высокого линейного разрешения) или использование достаточно тяжелых датчиков (например, магнитных) при большой длине и малой толщине манжеты и, соответственно, хорошей эластичности приводит к деформации эластичной манжеты под суммарным весом датчиков и кабелей с образованием зазора между датчиками в верхней части эластичной манжеты и внутренней поверхностью трубопровода, наличие зазора препятствует равномерному прижиму манжеты к внутренней стенке трубы при заполнении камеры запуска транспортируемой средой. Увеличение же жесткости манжеты (во избежание указанного явления) сопровождается потерей эластичности манжеты при огибании дефектов геометрии трубопровода и образованию зазоров между датчиками и внутренней поверхностью трубопровода вблизи дефекта геометрии.
Кроме того, зазоры между датчиками и внутренней поверхностью трубопровода возникают при огибании дефектов геометрии датчиками, установленными вблизи передней стенки манжеты, способность которой сжиматься в плоскости, проходящей через ось носителя, существенно меньше, чем на участке манжеты, удаленном от ее передней стенки.
В заявленной группе изобретений для всех вариантов группы изобретений (в том числе для первого варианта) заявлен носитель датчиков для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией (вписывающихся в поверхность с осевой симметрией).
В отличие от общего прототипа заявленный носитель по первому варианту группы изобретений характеризуется тем, что
носитель включает в себя множество соединенных между собой кольцеобразных держателей датчиков, посадочные места для датчиков выполнены в кинематически соединенных между собой элементах кольцеобразных держателей, элементы кольцеобразных держателей выполнены способными испытывать упругое отжатие в радиальном направлении от оси носителя.
Основной технический результат (общий для всех вариантов группы), получаемый в результате реализации заявленной группы изобретений, - повышение эффективности инспекции трубопроводов, имеющих дефекты геометрии в сечении. Для всех вариантов группы результат достигается за счет множественности элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков с разделением функций прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода и огибания дефектов геометрии в его сечении.
Механизм достижения указанного технического результата (для первого варианта) состоит в том, что прижатие элементов к стенке трубы задается упругостью элементов каждого держателя независимо от элементов соседнего держателя, поэтому отступ датчика от внутренней поверхности трубопровода практически не меняется при прохождении носителя через дефект геометрии. Функции прижима датчиков и огибания препятствий при этом разделяются, и кольцеобразные держатели могут обеспечить достаточно жесткий прижим, а огибание достигается за счет множественности держателей, периферийные части которых испытывают деформацию независимо от соседних кольцеобразных держателей.
В развитие первого варианта группы изобретений
внешние поверхности кольцеобразных держателей проходят по цилиндрической поверхности, соответствующей внутренней поверхности трубопровода, посадочные места для датчиков выполнены в выпуклых частях кольцеобразных держателей и образуют ряды, ориентированные под углом от 0 до 30 градусов к оси носителя по спиральной линии вокруг оси носителя,
элементы кольцеобразного держателя с посадочными местами для датчиков упруго соединены с соседними элементами того же кольцеобразного держателя с посадочными местами для датчиков.
Носитель включает в себя не менее четырех кольцеобразных держателей, расстояние между соседними кольцеобразными держателями составляет не более половины диаметра цилиндра, в который вписывается носитель датчиков,
ширина кольцеобразного держателя (вдоль оси носителя) много меньше указанного диаметра и составляет не более 0,25 указанного диаметра.
Для инспекции трубопровода по всему периметру с высоким разрешением требуется значительное число датчиков, и расположение их на держателях с указанным интервалом образует носитель небольшой длины, что уменьшает разориентацию датчиков на поворотах трубопровода, а также упрощает запасовку инспекционного снаряда с носителем. Выполнение держателя с шириной в указанных пределах наиболее предпочтительно для огибания дефектов геометрии трубы и проходимости носителя через повороты и сужения.
Угол между направлением оси кольцеобразного держателя и направлением оси трубопровода составляет от 0 до 30 градусов.
Посадочные места для датчиков выполнены в виде отверстий, или вырезов, или углублений, количество посадочных мест (соответствующих отверстий или углублений) для датчиков на одном кольцеобразном держателе составляет от 0,3 до 10 выраженного в дюймах диаметра цилиндра, в который вписывается указанный держатель.
В возможном варианте реализации носитель включает в себя установленные в посадочных местах датчики, датчики вписываются в цилиндр, диаметр которого превышает диаметр цилиндра, в который вписываются кольцеобразные держатели, - при инспекции нефтепроводов с парафинистыми отложениями на стенках указанное исполнение позволяет обеспечивать промывку датчиков потоком транспортируемой среды, при меньшем диаметре держателей ухудшается равномерность прижима элементов с датчиками к внутренней поверхности трубопровода.
В предпочтительном исполнении кольцеобразные держатели выполнены в виде упругих гофрированных колец, признаки которых в предпочтительном исполнении приведены ниже после описания всех вариантов группы изобретений.
В кольцах (в выпуклых частях колец) выполнены углубления или отверстия, или вырезы для датчиков, обеспечивающие установку датчиков и беспрепятственное распространение ультразвука или светового (электромагнитного) потока от датчика (ультразвукового, оптического, электромагнитного соответственно) к стенке трубопровода.
В возможных подвариантах реализации
кольцеобразный держатель содержит жесткие звенья, а также упругие и/или шарнирные соединения между звеньями;
кольцеобразный держатель содержит жесткие и/или упругие звенья и шарнирные соединения между звеньями;
кольцеобразный держатель вписывается в цилиндр, диаметр которого меньше внутреннего диаметра трубопровода, но не менее половины диаметра цилиндра, в который вписывается носитель;
последовательно соединенные между собой кольцеобразные держатели образуют спираль вокруг оси носителя;
кольцеобразные держатели установлены соосно, оси держателей совпадают с осью трубопровода;
кольцеобразные держатели жестко или упруго скреплены с соседними кольцеобразными держателями, по крайней мере, некоторые из кольцеобразных держателей скреплены между собой планками или стержнями, которые выполнены жесткими или упругими;
носитель включает в себя соединенные с кольцеобразными держателями опорные элементы, которые вписываются в цилиндр, диаметр которого превышает диаметр цилиндра, в который вписываются кольцеобразные держатели, кольцеобразные держатели расположены между указанными опорными элементами, опорные элементы выполнены в виде упругих гофрированных колец и/или упругих манжет, и/или упругих дисков.
Выбор варианта крепления держателей между собой и исполнение держателей определяются типоразмером носителя и типом обследуемого трубопровода (газопровода, имеющего сухие стенки, или нефтепровода, в котором нефть играет роль смазки при скольжении по стенке): при большем диаметре предпочтительны жесткие связи и применение шарнирных соединений, при меньшем диаметре предпочтительны упругие звенья и связи.
В предпочтительном исполнении первого варианта носитель включает в себя установленные на держателях полозы в полном соответствии с описанным далее вторым вариантом реализации и/или корпус, на котором установлены держатели, в полном соответствии с описанным далее третьим вариантом реализации.
Для второго варианта группы изобретений также заявлен носитель датчиков для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией.
В отличие от общего прототипа заявленный носитель по второму варианту группы характеризуется тем, что
носитель включает в себя множество кинематически соединенных элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков, а также эластичные полозы, способные скользить по внутренней поверхности трубопровода, полозы образуют прокладки между элементами с посадочными местами для датчиков и внутренней поверхностью трубопровода, элементы с посадочными местами для датчиков выполнены способными испытывать упругое отжатие в радиальном направлении от оси носителя.
Основной технический результат (общий для всех вариантов группы), получаемый в результате реализации заявленной группы изобретений, - повышение эффективности инспекции трубопроводов, имеющих дефекты геометрии в сечении. Для всех вариантов группы результат достигается за счет множественности элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков с разделением функций прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода и огибания дефектов геометрии в его сечении.
Механизм достижения указанного технического результата (для второго варианта) состоит в том, что прижатие кинематически связанных элементов к стенке трубы задается силой упругого отжатия элемента под полозом независимо от силы прижатия элемента под соседним полозом, и отступ датчика от внутренней поверхности трубопровода, задаваемый прокладкой в виде полоза, практически не меняется при прохождении носителя через дефект геометрии. Функции прижима датчиков и огибания препятствий при этом разделяются, и улучшение огибания препятствий за счет множественности прокладок в виде полозов и их эластичности не влияет на силу прижима элементов, которая в этом случае может быть достаточно большой.
Кроме того, реализация второго варианта группы позволяет предохранять датчики от их повреждения в местах дефектов геометрии, а также предупредить изнашиваемость элементов с датчиками, производя замену только прокладок по мере их износа.
В развитие второго варианта группы изобретений каждый полоз образует прокладку между несколькими кинематически соединенными элементами с посадочными местами для датчиков и внутренней поверхностью трубопровода, полозы закреплены на элементах с посадочными местами для датчиков, в полозах выполнены сквозные отверстия и/или вырезы в областях между посадочными местами для датчиков и внутренней поверхностью трубопровода, что позволяет устанавливать как магнитные, так и ультразвуковые (оптические) датчики, обеспечивая беспрепятственное распространение ультразвука или светового (электромагнитного) потока от датчика к стенке трубопровода.
Полозы ориентированы вдоль спиральной (винтовой) и/или кольцевой линий вокруг оси носителя; угол между направлением полоза и направлением оси носителя составляет от 0 до 30 градусов; носитель включает в себя упругие элементы, выполненные способными отжимать указанные полозы и/или элементы с посадочными местами для датчиков в радиальном направлении от оси носителя.
В предпочтительном подварианте реализации полозы выполнены эластичными, толщина полоза составляет не менее 0,01 и не более 0,2 диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, ширина полоза составляет не менее 0,02 и не более 0,4 указанного диаметра.
Заданный диапазон был найден как оптимальный для равномерного огибания характерных дефектов геометрии трубы, с одной стороны, и избежания разориентации соседних элементов с датчиками, с другой стороны.
В возможных исполнениях носителя последовательно соединенные между собой полозы образуют спираль (винтовую линию) вокруг оси носителя, или полозы образуют соосные с осью трубопровода кольца и/или кольцеобразные сборки.
В других возможных подвариантах реализации
полоз содержит жесткие звенья, упругие и/или шарнирные соединения между звеньями;
полоз содержит жесткие и/или упругие звенья и шарнирные соединения между звеньями;
посадочные места для датчиков выполнены в виде отверстий и/или вырезов, и/или углублений и образуют ряды, ориентированные под углом от 0 до 30 градусов к оси носителя по спиральной линии вокруг оси носителя, посадочные места для датчиков выполнены в выпуклых частях элементов.
Выбор варианта крепления держателей между собой и исполнение держателей определяются типоразмером носителя и типом обследуемого трубопровода: при большем диаметре и сухой поверхности трубопровода предпочтительны жесткие связи и применение шарнирных соединений, при меньшем диаметре и обследовании нефтепровода предпочтительны упругие звенья и связи.
В предпочтительном исполнении элементы с посадочными местами для датчиков выполнены в виде упругих гофрированных колец, признаки которых в предпочтительном исполнении приведены ниже после описания всех вариантов группы изобретений.
Количество посадочных мест для датчиков в одном кольце составляет от 0,3 до 10 выраженного в дюймах диаметра цилиндра, в который вписывается указанное кольцо.
Носитель включает в себя опорные элементы, соединенные с элементами с посадочными местами для датчиков, опорные элементы вписываются в цилиндр, диаметр которого превышает диаметр цилиндра, в который вписываются элементы с посадочными местами для датчиков, элементы с посадочными местами для датчиков расположены между указанными опорными элементами, опорные элементы выполнены в виде упругих гофрированных колец и/или упругих манжет, и/или упругих дисков.
В предпочтительном исполнении второго варианта группы изобретений носитель датчиков включает в себя кольцеобразные держатели датчиков, на которых установлены полозы, в полном соответствии с описанным ранее первым вариантом реализации, и/или носитель включает в себя корпус, на котором установлены элементы с посадочными местами для датчиков и/или полозы, в полном соответствии с описанным далее третьим вариантом реализации, и/или ряды сгруппированных элементов, на которых установлены полозы, в полном соответствии с описанным далее четвертым вариантом реализации, и/или пояс держателей датчиков, на которых установлены полозы, в полном соответствии с описанным далее пятым вариантом реализации, и/или установленные на кольцеобразных элементах держатели датчиков, на которых установлены полозы, в полном соответствии с описанным далее шестым вариантом реализации.
Для третьего варианта группы изобретений также заявлен носитель датчиков для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией.
В отличие от общего прототипа заявленный носитель по третьему варианту группы характеризуется тем, что
носитель включает в себя корпус и множество кинематически соединенных с корпусом элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков, корпус выполнен способным изгибаться, элементы с посадочными местами для датчиков выполнены способными испытывать упругое отжатие в радиальном направлении от оси носителя.
Основной технический результат (общий для всех вариантов группы), получаемый в результате реализации заявленной группы изобретений, - повышение эффективности инспекции трубопроводов, имеющих дефекты геометрии в сечении. Для всех вариантов группы результат достигается за счет множественности элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков с разделением функций прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода и огибания дефектов геометрии в его сечении.
Механизм достижения указанного технического результата (для третьего варианта) состоит в том, что при прохождении носителя через участок трубы с дефектом геометрии кинематическое соединение с корпусом элементов с посадочными местами для датчиков, обеспечивая (при любой необходимой длине носителя) проходимость носителя на поворотах и в сужениях в сечении (в том числе образованных дефектами геометрии в сечении) благодаря способности корпуса изгибаться, позволяет выполнять прижатие элементов к внутренней поверхности трубопровода с достаточной силой независимо от места расположения элемента на корпусе; функции прижима датчиков и огибания препятствий при этом разделяются.
В развитие третьего варианта группы изобретений
корпус имеет ось симметрии, совпадающую с осью трубопровода, элементы с посадочными местами для датчиков образуют с корпусом упругие и/или шарнирные соединения (с помощью шарнирных механизмов); протяженность неизгибающихся участков корпуса вдоль оси носителя не превышает половины диаметра цилиндра, в который вписывается носитель.
Нижняя граница допустимого радиуса изгиба оси носителя составляет не более трех диаметров цилиндра, в который вписывается носитель (в предпочтительном исполнении не более 1,5 указанного диаметра).
Протяженность неизгибаемого участка и радиус изгиба определяют эффективность сглаживания смещений соседних элементов с датчиками при прохождении дефектов геометрии трубы и на поворотах и определяют возможность обследования трубопровода в зависимости от использованной в его составе арматуры.
В одном из подвариантов корпус содержит жесткие звенья, а также упругие и/или шарнирные соединения между звеньями.
В другом подварианте корпус содержит жесткие и/или упругие звенья и шарнирные соединения между звеньями, упругие звенья выполнены из эластичного материала.
В предпочтительном подварианте корпус выполнен в виде жгута, или троса, или шланга, или сильфона, или пружины, или полосы (включает в себя жгут или трос, или шланг, или сильфон, или пружину, или полосу).
Выбор исполнения корпуса определяется типоразмером носителя и типом обследуемого трубопровода: при большем диаметре и сухой поверхности трубопровода предпочтительны жесткие связи и применение шарнирных соединений, при меньшем диаметре и обследовании нефтепровода предпочтительны упругие звенья и связи.
В предпочтительном исполнении элементы с посадочными местами для датчиков выполнены в виде упругих гофрированных колец, признаки которых в предпочтительном исполнении приведены ниже после описания всех вариантов группы изобретений. Количество посадочных мест для датчиков в одном кольце составляет от 0,3 до 10 выраженного в дюймах диаметра цилиндра, в который вписывается указанное кольцо.
Носитель включает в себя опорные элементы, соединенные с элементами с посадочными местами для датчиков, опорные элементы вписываются в цилиндр, диаметр которого превышает диаметр цилиндра, в который вписываются элементы с посадочными местами для датчиков, элементы с посадочными местами для датчиков расположены между указанными опорными элементами, опорные элементы выполнены в виде упругих гофрированных колец (признаки которых в предпочтительном исполнении приведены ниже после описания всех вариантов группы изобретений), и/или упругих манжет, и/или упругих дисков.
Посадочные места для датчиков выполнены в виде отверстий, или вырезов, или углублений и образуют ряды, ориентированные под углом от 0 до 30 градусов к оси носителя по спиральной линии вокруг оси носителя, посадочные места для датчиков выполнены в выпуклых частях элементов.
В предпочтительном исполнении третьего варианта носитель включает в себя установленные на корпусе кольцеобразные держатели датчиков в полном соответствии с описанным ранее первым вариантом реализации, и/или установленные на элементах с посадочными местами для датчиков полозы в полном соответствии с описанным ранее вторым вариантом реализации, и/или скрепленные с корпусом ряды сгруппированных элементов в полном соответствии с описанным далее четвертым вариантом реализации, и/или скрепленный с корпусом пояс держателей датчиков в полном соответствии с описанным далее пятым вариантом реализации, и/или установленные на корпусе кольцеобразные элементы с держателями датчиков в полном соответствии с описанным далее шестым вариантом реализации.
Для четвертого варианта группы изобретений также заявлен носитель датчиков для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией.
В отличие от общего прототипа заявленный носитель по четвертому варианту группы характеризуется тем, что
носитель включает в себя соединенные между собой ряды сгруппированных элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков, каждый элемент ряда кинематически соединен с соседними элементами ряда, элементы с посадочными местами для датчиков выполнены способными испытывать упругое отжатие в радиальном направлении от оси носителя.
Основной технический результат (общий для всех вариантов группы), получаемый в результате реализации заявленной группы изобретений, - повышение эффективности инспекции трубопроводов, имеющих дефекты геометрии в сечении. Для всех вариантов группы результат достигается за счет множественности элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков с разделением функций прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода и огибания дефектов геометрии в его сечении.
Механизм достижения указанного технического результата (для четвертого варианта) состоит в том, что при прохождении носителя через участок трубы с дефектом геометрии ряд сгруппированных элементов испытывает изгиб, и к внутренней поверхности трубопровода прижимаются как элементы с датчиками в зоне деформации трубы, так и элементы с датчиками в недеформированной зоне трубы, при этом способность огибать дефекты геометрии задается относительной подвижностью между соседними элементами в каждом ряду независимо от эластичности материала, из которого изготовлены сгруппированные элементы; функции прижима датчиков и огибания препятствий при этом разделяются.
В развитие четвертого варианта реализации
носитель включает в себя подпружинивающие элементы, скрепленные с рядами сгруппированных элементов (с элементами рядов) и выполненные способными отжимать сгруппированные элементы в радиальном направлении от оси носителя, каждый ряд элементов ориентирован вдоль спиральной и/или кольцевой линий вокруг оси носителя, ряд сгруппированных элементов имеет поверхности, способные скользить по внутренней поверхности трубопровода.
Ориентация рядов датчиков обеспечивает перекрытие датчиками всего периметра в сечении трубопровода.
В возможных вариантах реализации
элементы ряда образуют шарнирные и/или упругие соединения с соседними элементами того же ряда;
элементы ряда образуют шарнирные соединения с соседними элементами того же ряда, шарнирные соединения между соседними элементами ряда образованы поверхностями элементов ряда в местах контакта соседних элементов ряда;
элементы ряда образуют упругие соединения с соседними элементами того же ряда, упругие соединения между соседними элементами ряда образованы с помощью упругих (эластичных) элементов (пластин и/или пружин), каждый из которых закреплен, по крайней мере, на двух соседних элементах ряда, упругие элементы выполнены способными отжимать сгруппированные элементы в радиальном направлении от оси носителя;
ряды (соседние) сгруппированных элементов образуют шарнирные и/или упругие соединения с другими (соседними) рядами, элементы ряда образуют шарнирные и/или упругие соединения с элементами другого (соседнего) ряда;
ряды (соседние) сгруппированных элементов образуют шарнирные соединения с другими (соседними) рядами, элементы ряда образуют шарнирные соединения с элементами другого (соседнего) ряда, шарнирные соединения между (соседними) рядами или элементами разных (соседних) рядов образованы шарнирными механизмами;
ряды (соседние) сгруппированных элементов образуют упругие соединения с другими (соседними) рядами, упругие соединения между разными (соседними) рядами образованы с помощью упругих элементов, каждый из которых закреплен, по крайней мере, на двух рядах (соседних), упругие элементы выполнены способными отжимать сгруппированные элементы в радиальном направлении от оси носителя;
элементы ряда образуют упругие соединения с элементами другого (соседнего) ряда, упругие соединения между элементами разных (соседних) рядов образованы с помощью упругих (эластичных) элементов (пластин и/или пружин), каждый из которых закреплен, по крайней мере, на двух элементах, относящихся к разным (соседним) рядам, упругие (эластичные) элементы выполнены способными отжимать сгруппированные элементы в радиальном направлении от оси носителя.
Носитель включает в себя корпус, ряды сгруппированных элементов соединены с корпусом с помощью упругих и/или шарнирных механизмов;
Выбор варианта крепления рядов к корпусу и крепления элементов в рядах определяются типоразмером носителя и типом обследуемого трубопровода: при большем диаметре и сухой поверхности трубопровода предпочтительны жесткие связи и применение шарнирных соединений, при меньшем диаметре и обследовании нефтепровода предпочтительны упругие звенья и связи.
Носитель включает в себя эластичные дисковые и/или манжетные опоры, установленные на корпусе соосно с осью носителя, ряды сгруппированных элементов установлены на указанных опорах;
носитель включает в себя эластичные кольцевые опоры, установленные на корпусе соосно с осью носителя, ряды сгруппированных элементов установлены на указанных опорах; в предпочтительном исполнении кольцевые опоры выполнены в виде упругих гофрированных колец, признаки которых в предпочтительном исполнении приведены ниже после описания всех вариантов группы изобретений.
Посадочные места для датчиков выполнены в виде отверстий, или вырезов, или углублений и образуют ряды, ориентированные под углом от 0 до 30 градусов к оси носителя по спиральной линии вокруг оси носителя, посадочные места для датчиков выполнены в выпуклых частях элементов.
В предпочтительном исполнении
каждый ряд образован примыкающими друг к другу элементами, стянут упругим элементом, способным изгибаться, соседние элементы в каждом ряду прижаты друг к другу, указанный стягивающий элемент выполнен из эластичного материала в виде жгута, или троса, или ленты, или трубки, или сильфона, или пружины; сгруппированные элементы выполнены из износостойкого (полимерного) материала;
сгруппированные элементы имеют центрирующие относительно соседних элементов ряда центрирующие элементы, выполненные в виде выступов и пазов, так что выступы одного элемента входят в пазы соседнего элемента, выступы образованы металлическими элементами, закрепленными в сгруппированных элементах, центрирующие элементы образуют шарнирные соединения между соседними элементами ряда.
В предпочтительном исполнении четвертого варианта группы изобретений носитель включает в себя упругие кольца, на которых установлены ряды сгруппированных элементов, в полном соответствии с описанным ранее первым вариантом реализации, и/или установленные на рядах полозы в полном соответствии с описанным ранее вторым вариантом реализации, и/или корпус носителя, с которым скреплены ряды сгруппированных элементов, в полном соответствии с описанным ранее третьим вариантом реализации, и/или подпружинивающие элементы, на которых установлены ряды сгруппированных элементов, в полном соответствии с описанным далее пятым вариантом реализации, и/или кольцеобразные элементы, на которых установлены ряды сгруппированных элементов, в полном соответствии с описанным далее шестым вариантом реализации.
Для пятого варианта группы также заявлен носитель датчиков для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией.
В отличие от общего прототипа заявленный носитель по пятому варианту группы характеризуется тем, что
носитель включает в себя пояс кинематически соединенных держателей датчиков (элементов) с посадочными местами для датчиков, установленных по периметру вокруг оси носителя, а также подпружинивающие элементы, скрепленные с указанными держателями за края держателей как с одной, так и с другой стороны пояса держателей относительно плоскости пояса, указанные
подпружинивающие элементы выполнены способными радиально отжимать указанные держатели в направлении от оси носителя.
Основной технический результат (общий для всех вариантов группы), получаемый в результате реализации заявленной группы изобретений, - повышение эффективности инспекции трубопроводов, имеющих дефекты геометрии в сечении. Для всех вариантов группы результат достигается за счет множественности элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков с разделением функций прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода и огибания дефектов геометрии в его сечении.
Механизм достижения указанного технического результата (для пятого варианта) состоит в том, что при прохождении носителя через участок трубы с дефектом геометрии держатель (элемент) огибает препятствие: в начале движения передняя часть держателя ближе к оси трубопровода, чем задняя, в конце огибающего движения задняя часть держателя пояса ближе к оси трубопровода, чем передняя. При этом соседние по периметру вокруг оси носителя держатели пояса над бездефектными участками трубопровода не производят аналогичных огибающих движений, и отступ между датчиками, установленными в этих держателях, и внутренней поверхностью трубопровода, практически не меняется. Функции прижима датчиков и огибания препятствий при этом разделяются, и жесткий прижим, обеспечиваемый упругими элементами, не влияет на способность держателей огибать препятствия указанным образом.
Держатели или подпружинивающие элементы включают в себя эластичные элементы, выполненные способными скользить по внутренней поверхности трубопровода в зоне перед посадочными местами для датчиков, эластичные элементы перед датчиками позволяют уменьшить отскок и сгладить вибрации при проходе носителем в трубопроводе препятствия, образованного дефектом геометрии в сечении трубы, с резкой границей в момент встречи с препятствием.
В развитие пятого варианта реализации
держатели или подпружинивающие элементы включают в себя эластичные элементы, выполненные способными скользить по внутренней поверхности трубопровода в зоне после посадочных мест для датчиков; эластичные элементы образуют пары по разные стороны от посадочных мест для датчиков, на держателях установлены планки, образующие прокладки между посадочными местами для датчиков и внутренней поверхностью трубопровода, способные закрывать датчики в посадочных местах для датчиков.
Эластичные элементы после датчиков (по ходу движения носителя с инспекционным снарядом в трубопроводе) позволяют уменьшить отскок и сгладить вибрации при проходе носителем в трубопроводе препятствия с резкой границей в момент окончания прохождения препятствия.
На держателях пояса или на подпружинивающих элементах установлены прокладки, способные скользить по внутренней поверхности трубопровода, которые могут иметь эластичность, необходимую для сглаживания вибраций, и износостойкость, достаточную для небольшого числа диагностических пропусков носителя с заменой износившихся эластичных элементов без замены держателей или подпружинивающих элементов.
Подпружинивающие элементы включают в себя рычаги, установленные под углом от 30 до 80 градусов к оси носителя, рычаги установлены в виде двух поясов радиально расходящихся рычагов по разные стороны от пояса держателей, рычаги одного пояса установлены навстречу рычагам второго пояса, держатели скреплены с периферийными частями рычагов, носитель включает в себя корпус, в периферийных частях рычагов закреплены (заформованы или залиты) элементы крепления держателей, угловая ширина рычага в его периферийной части относительно оси носителя (в плоскости, перпендикулярной оси носителя,) составляет не более 45 градусов.
Указанное исполнение обеспечивает симметричное отжатие держателей от оси носителя и независимое огибание препятствий держателями, скрепленными с разными рычагами.
Подпружинивающие элементы выполнены в виде упругих (эластичных) элементов из эластичного материала, средняя толщина упругого (эластичного) элемента составляет 0,02-0,15 диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, длина способной изгибаться части упругих элементов составляет 0,05-0,5 указанного диаметра, с одним упругим элементом скреплены несколько держателей, упругие элементы выполнены в виде секторов эластичных манжет, в секторах выполнены радиальные разрезы.
Указанные параметры подпружинивающих элементов обеспечивают сглаживание вибраций на держателях, с одной стороны, и достаточное отжатие держателей от оси носителя с учетом веса держателей с датчиками, с другой стороны.
Носитель включает в себя упругие элементы, упирающиеся в подпружинивающие элементы и отжимающие их радиально от оси носителя, указанные упругие элементы выполнены в виде упругих гофрированных колец, что позволяет выбирать материал рычагов достаточно эластичным для сглаживания вибраций на держателях независимо от необходимой силы отжатия держателей, которая при этом обеспечивается указанными упирающимися упругими элементами.
В возможном исполнении носителя подпружинивающие элементы выполнены в виде упругих гофрированных колец.
Признаки упругих гофрированных колец в предпочтительном исполнении приведены ниже после описания всех вариантов группы изобретений.
Посадочные места для датчиков выполнены в виде отверстий, или вырезов, или углублений и образуют ряды, ориентированные под углом от 0 до 30 градусов к оси носителя по спиральной линии вокруг оси носителя, посадочные места для датчиков выполнены в выпуклых частях держателей, носитель включает в себя множество поясов держателей.
Протяженность держателя вдоль оси носителя составляет не более 0,4 диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, угловая ширина держателя относительно оси носителя в плоскости, перпендикулярной оси носителя, составляет не более 45 градусов, большая протяженность держателя ослабляет способность огибать дефекты геометрии трубы.
В предпочтительном исполнении пятого варианта носитель датчиков включает в себя также установленные на держателях пояса держателей полозы в полном соответствии с описанным ранее вторым вариантом реализации, и/или корпус носителя, на котором установлен пояс держателей, в полном соответствии с описанным ранее третьим вариантом реализации, и/или держатели выполнены в виде рядов сгруппированных элементов в полном соответствии с описанным ранее четвертым вариантом реализации, и/или подпружинивающие элементы выполнены в виде кольцеобразных элементов в полном соответствии с описанным далее шестым вариантом реализации.
Для шестого варианта группы изобретений также заявлен носитель датчиков для внутритрубного инспекционного снаряда с посадочными местами для датчиков, располагающихся по поверхности с осевой симметрией.
В отличие от общего прототипа заявленный носитель по шестому варианту группы характеризуется тем, что
носитель включает в себя множество кинематически соединенных держателей датчиков (элементов) с посадочными местами для датчиков, а также несколько упругих кольцеобразных элементов, выполненных способными отжимать держатели в радиальном направлении от оси носителя, держатели датчиков (элементы) скреплены с указанными упругими кольцеобразными элементами.
Основной технический результат (общий для всех вариантов группы), получаемый в результате реализации заявленной группы изобретений, - повышение эффективности инспекции трубопроводов, имеющих дефекты геометрии в сечении. Для всех вариантов группы результат достигается за счет множественности элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков с разделением функций прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода и огибания дефектов геометрии в его сечении.
Механизм достижения указанного технического результата (для шестого варианта) состоит в том, что прижатие части держателя (элемента), прилегающей к участку геометрического дефекта стенки трубы, задается упругостью соответствующего кольцеобразного элемента независимо от упругой деформации соседнего кольцеобразного элемента, огибание достигается за счет множественности держателей, и при прохождении носителя через участок трубы с дефектом геометрии держатель огибает дефект: в начале движения передняя часть держателя ближе к оси трубопровода, чем задняя, в конце огибающего движения задняя часть держателя ближе к оси трубопровода, чем передняя. При этом соседние по периметру вокруг оси носителя держатели над бездефектными участками трубопровода не производят аналогичных огибающих движений, и отступ между датчиками, установленными в этих элементах, и внутренней поверхностью трубопровода практически не меняется. Функции прижима датчиков и огибания препятствий при этом разделяются, прижим, обеспечиваемый кольцеобразными элементами, может быть обеспечен достаточно жесткий и не влияет на возможность огибания препятствий указанным образом.
В развитие шестого варианта заявленной группы изобретений
носитель включает в себя не менее четырех кольцеобразных элементов;
в предпочтительном исполнении кольцеобразные элементы выполнены в виде упругих гофрированных колец, признаки которых в предпочтительном исполнении приведены ниже после описания всех вариантов группы изобретений.
Посадочные места для датчиков выполнены в виде отверстий, или вырезов, или углублений и образуют ряды, ориентированные под углом от 0 до 30 градусов к оси носителя по спиральной линии вокруг оси носителя, посадочные места для датчиков выполнены в выпуклых частях держателей.
В возможных вариантах реализации
кольцеобразный элемент вписывается в цилиндр, диаметр которого меньше внутреннего диаметра трубопровода, но не менее половины диаметра цилиндра, в который вписывается носитель;
кольцеобразный элемент содержит жесткие звенья, а также упругие и/или шарнирные соединения между звеньями;
кольцеобразный элемент содержит жесткие и/или упругие звенья и шарнирные соединения между звеньями.
Выбор исполнения кольцеобразных элементов определяется типоразмером носителя и типом обследуемого трубопровода: при большем диаметре предпочтительны жесткие связи и применение шарнирных соединений, при меньшем диаметре предпочтительны упругие звенья и связи.
Протяженность держателя вдоль оси носителя составляет не более 0,4 диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, угловая ширина держателя относительно оси носителя в плоскости, перпендикулярной оси носителя, составляет не более 60 градусов, увеличение ширины держателя выше указанной ослабляет способность огибать дефекты геометрии.
В предпочтительном исполнении шестого варианта заявленной группы изобретений носитель датчиков включает в себя также установленные на держателях полозы в полном соответствии с описанным ранее вторым вариантом реализации, и/или корпус, на котором установлены кольцеобразные элементы, в полном соответствии с описанным ранее третьим вариантом реализации, и/или держатели выполнены в виде рядов сгруппированных элементов в полном соответствии с описанным ранее четвертым вариантом реализации.
В каждом из описанных вариантов группы изобретений посадочные места для датчиков образуют ряды, ориентированные по спиральной (винтовой) линии вокруг оси носителя, предпочтительно под углом от 0 до 30 градусов к оси носителя, что обеспечивает перекрытие датчиками всего периметра в сечении трубопровода, внешние поверхности колец (кольцеобразных элементов, кольцеобразных держателей) проходят вблизи внутренней поверхности трубопровода и вписываются в концентричный с трубопроводом цилиндр.
В каждом описанном варианте реализации упругие гофрированные кольца в предпочтительном исполнении характеризуются следующими ниже признаками.
Угол между направлением образующих гофр кольца и направлением оси кольца составляет от 0 до 45 градусов, гофры каждого кольца смещены относительно гофр соседних колец по углу вокруг оси кольца, внутренние поверхности гофр образуют цилиндр, диаметр которого составляет 0,3-0,9 диаметра цилиндра, в который вписывается кольцо, количество выпуклых частей гофр на одном кольце составляет 0,3-5,0 указанного диаметра, выраженного в дюймах, кольца жестко или упруго скреплены с соседними кольцами, по крайней мере, некоторые из колец скреплены между собой планками или стержнями, которые выполнены жесткими или упругими.
В предпочтительном исполнении кольца выполнены из эластичного материала, средняя толщина кольца (средняя из расчета интегральной толщины в плоскости, перпендикулярной оси кольца, по периметру кольца на величину периметра) составляет 0,01-0,2 диаметра цилиндра, в который вписывается указанное кольцо. Средняя ширина кольца (средняя из расчета интегральной ширины в направлении оси кольца, по периметру кольца на величину периметра) составляет не менее 0,01 и не более 0,4 диаметра цилиндра, в который вписывается указанное кольцо.
Гофры образуют пружинящие в плоскости кольца, ряды датчиков по винтовой лини обеспечивают перекрытие датчиками всего периметра в сечении трубопровода. При меньшем диаметре цилиндра ограничивается область сжатия кольца при прохождении носителем дефекта геометрии трубы; при большем внутреннем диаметре кольца или меньшем количестве выпуклых частей гофр ослабляются пружинные свойства колец; при количестве гофр, большем указанного, ограничивается область сжатия между складками гофр.
Заданный диапазон был найден как оптимальный для равномерного прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода с учетом их веса, с одной стороны, и способности пружины к деформации при прохождении вмятин и других дефектов геометрии, с другой стороны.
Угол между направлением оси кольца и направлением оси трубопровода составляет от 0 до 30 градусов, или последовательно соединенные между собой кольца образуют спираль (винтовую линию) вокруг оси носителя, или (в предпочтительном исполнении) кольца установлены соосно, оси колец совпадают с осью трубопровода.
Датчики могут быть закреплены следующим образом:
1. Посадочное место для контрольного датчика выполнено в виде закрепленной в элементе (держателе) втулки под датчик с резьбой на части втулки, выступающей над элементом, под накидную гайку. Датчики установлены во втулках и зажаты накидными гайками.
2. Посадочное место для датчика выполнено в виде отверстия, вблизи края отверстия в стенке, образованной отверстием, имеется паз под стопорное кольцо, датчики утоплены в указанных отверстиях и зажаты стопорными кольцами.
Дополнительный технический результат, общий для всех вариантов заявленной группы изобретений, который является самостоятельным звеном механизма достижения указанного ранее основного технического результата - уменьшение доли датчиков, ориентация которых относительно внутренней поверхности трубопровода меняется при прохождении носителем дефекта геометрии в сечении трубопровода благодаря более независимому креплению и ориентированию датчиков относительно соседних датчиков в области дефекта геометрии трубы.
На фиг. 1 изображен носитель датчиков в одном из конструктивных исполнений с кольцеобразными держателями датчиков;
на фиг. 2 изображен корпус носителя датчиков, выполненный способным изгибаться;
на фиг. 3 изображена секция носителя датчиков в одном из конструктивных исполнений с полозами;
на фиг. 4 изображен носитель датчиков в одном из конструктивных исполнений с рядами сгруппированных элементов с датчиками;
на фиг. 5 изображена секция носителя датчиков в одном из конструктивных исполнений с поясом держателей датчиков;
на фиг. 6 изображена секция носителя датчиков в одном из конструктивных исполнений с держателями датчиков, установленными на кольцеобразных элементах.
В результате решения задачи повышения эффективности внутритрубного обследования магистральных трубопроводов были разработаны и изготовлены внутритрубные дефектоскопы (внутритрубные инспекционные снаряды) для обследования нефтепроводов, газопроводов, конденсатопроводов, нефтепродуктопроводов номинальным диаметром от 10" до 56". Внутритрубный инспекционный снаряд включает в себя, как правило, одну или несколько секций, образующих взрывонепроницаемые оболочки, и носитель датчиков. В оболочках располагается источник питания и электронная аппаратура для измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений на основе бортового компьютера, управляющего работой инспекционного снаряда в процессе его движения внутри трубопровода. На корпусе снаряда установлены полиуретановые манжеты, обеспечивающие центровку снаряда внутри трубопровода и продвижение снаряда потоком перекачиваемой по трубопроводу среды, а также одометры, измеряющие пройденную внутри трубопровода дистанцию. Информация о длине пройденного пути, измеренная одометрами, с привязкой к измеренным диагностическим параметрам записывается в накопитель бортового компьютера и позволяет после выполнения диагностического пропуска и обработки накопленных данных определить положение дефектов на трубопроводе и, соответственно, место последующей экскавации и ремонта трубопровода.
На фиг. 1-6 представлены варианты исполнения носителей датчиков, характеризуемых признаками заявленной группы изобретений;
носитель датчиков, изображенный на фиг.1 и корпус которого изображен на фиг.2, характеризуется признаками по первому и третьему вариантам заявленной группы изобретений;
носитель датчиков, секция которого изображена на фиг.3, характеризуется признаками по первому и второму вариантам заявленной группы изобретений;
носитель датчиков, изображенный на фиг.4, характеризуется признаками по четвертому варианту заявленной группы изобретений;
носитель датчиков, секция которого изображена на фиг.5, характеризуется признаками по пятому варианту заявленной группы изобретений;
носитель датчиков, секция которого изображена на фиг.6, характеризуется признаками по шестому варианту заявленной группы изобретений.
Носитель датчиков в одном из исполнений фиг.1, фиг.2 (для большей иллюстративности три кольцеобразных держателя в средней группе держателей не показаны) включает в себя корпус 10 и 12 кольцеобразных держателей 11 в виде упругих гофрированных колец из эластичного материала с 8 выпуклыми участками гофр 12 и 8 посадочными местами для датчиков 13 в выпуклых частях гофр на каждом кольце, и 8 вогнутыми участками гофр 14; гофры каждого кольца смещены относительно гофр соседних колец по углу вокруг оси колец приблизительно на 4 градуса, внутренние поверхности гофр 15 образуют цилиндр, диаметр которого составляет около 60% диаметра цилиндра, в который вписывается кольцо. Расстояние между соседними кольцами составляет около 3% диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, ширина колец составляет около 10-15% указанного диаметра. Восемь выпуклых частей гофр на одном кольце составляют около 0,8 указанного диаметра, выраженного в дюймах, толщина кольца составляет около 0,07 указанного диаметра.
Кольца сгруппированы в 3 группы по 4 кольца, в задней части носителя и между группами элементов на корпусе носителя установлены гофрированные кольца 16 увеличенного диаметра, которые вписываются в цилиндр, диаметр которого больше диаметра цилиндра, образуемого кольцами с датчиками и не менее внутреннего диаметра контролируемого трубопровода. В каждой из групп кольца скреплены между собой и с элементами увеличенного диаметра жесткими элементами крепления 17, кольцевые элементы установлены соосно с осью трубопровода, в кольцах залиты жесткие элементы 18, упирающиеся в соседние кольца.
В передней части носителя установлены металлический фланец 19 и конусный элемент 20, конусный элемент установлен между фланцем и кольцами. Конусный элемент и кольца увеличенного диаметра вписываются в цилиндр диаметром около 10", кольца с посадочными местами для датчиков вписываются в цилиндр диаметром около 9", что составляет около 90% внутреннего диаметра трубопровода, для которого предназначен носитель в указанном исполнении. На фланце имеется элемент крепления 21 к аппаратурной части внутритрубного инспекционного снаряда. Ближнее к фланцу кольцо соединено с фланцем 19 жесткими стержневыми элементами 22 фиг.2, проходящими через конусный элемент 20, оси стержневых элементов 22 образуют соосную с трубопроводом конусную поверхность. Конусный элемент образует гофрированную конусную манжету, направление гофр совпадает с направлением оси носителя. Кольца и конусный элемент выполнены из полиуретана. В варианте, изображенном на фиг.1, контрольные датчики выполнены ультразвуковыми и закреплены в посадочных местах для датчиков с помощью стопорных колец.
Кольцевые элементы установлены на корпусе 10 фиг.2, который способен изгибаться. Корпус включает в себя эластичный полиуретановый стержень 25 круглого сечения с сердечником в виде металлического троса, на стержне закреплены три крестообразных металлических фланца 26 фиг.1, фиг.2, с которыми соединены кольцевые элементы увеличенного диаметра 16 и соседние кольца с датчиками 11. В передней части корпуса на стержне закреплен фланец 19 фиг.1, фиг. 2. Протяженность неизгибающегося участка корпуса в его носовой части вдоль оси носителя составляет около 0,15 диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, нижняя граница допустимого радиуса изгиба оси носителя составляет около 1,5 диаметра указанного цилиндра.
В возможных вариантах исполнения корпус включает в себя три шарнирно соединенных между собой упругих стержня, соответствующих трем группам кольцевых элементов, на каждом из которых установлены по четыре кольцевых элемента с посадочными отверстиями для датчиков.
На фиг. 3 изображена секция носителя датчиков в другом исполнении (для большей иллюстративности один из полозов на носителе не показан). Носитель датчиков включает в себя полозы 31, способные скользить по внутренней поверхности трубопровода, а также кинематически соединенные элементы в виде упругих гофрированных кольцевых элементов 32 с 8 выпуклостями 33 гофр (и 8 вогнутостями 34 гофр соответственно), а также 8 посадочными местами для датчиков в выпуклых частях гофр 33 в виде сквозных отверстий. Кольцевые элементы установлены соосно с осью трубопровода. Каждый полоз 31 закреплен на 7 кольцевых элементах 32 с помощью заформованных (залитых) в полозе скоб 35 и образует прокладку между кольцевыми элементами и внутренней поверхностью трубопровода. Скобы имеют отверстие под датчик, накидная гайка 36 зажимает датчик 37 и прижимает полоз 31 к кольцевому элементу 32. Каждый кольцевой элемент вписывается в цилиндр, диаметр которого около 11", что несколько меньше внутреннего диаметра контролируемого трубопровода 12", для инспекции которого предназначен носитель. Угол между направлением полоза и направлением оси носителя составляет около 10 градусов, полозы ориентированы вдоль кривой, образующей винтовую линию вокруг оси носителя.
Восемь выпуклых частей гофр на одном кольцевом элементе составляют около 0,8 его диаметра, выраженного в дюймах, ширина кольцевого элемента составляет около 0,05-0,10 его диаметра, толщина кольцевого элемента составляет около 0,07 его диаметра, толщина полоза составляет около 0,1 диаметра цилиндра, в который вписывается кольцо. Ультразвуковые датчики 37 вписываются в цилиндр, диаметр которого превышает диаметр цилиндра, в который вписываются кольцевые элементы.
В передней части носителя установлены металлический фланец и конусный элемент 38, конусный элемент установлен между фланцем и кольцевыми элементами. Конусный элемент вписывается в цилиндр диаметром около 12", кольцевые элементы с посадочными местами для датчиков вписываются в цилиндр диаметром около 11", что составляет около 90% внутреннего диаметра трубопровода. На фланце закреплен элемент крепления к аппаратурной части внутритрубного инспекционного снаряда. Полозы связаны с фланцем жесткими стержневыми элементами, проходящими через конусный элемент 38, оси стержневых элементов образуют соосную с трубопроводом конусную поверхность. Конусный элемент образует гофрированную конусную манжету, направление гофр совпадает с направлением оси носителя. Кольцевые и конусные элементы выполнены из полиуретана.
В передней части носителя установлены радиально расходящиеся от оси эластичные ласты 39, периферийные края ласт способны испытывать упругую деформацию в плоскости, проходящей через ось носителя. Ласты выполнены из полиуретана и установлены таким образом, что посадочные места для датчиков проецируются на ласты в плоскости, перпендикулярной оси носителя, ласты образуют упругую связь с носителем в местах их закрепления на корпусе носителя. В варианте, изображенном на фиг.3, контрольные датчики выполнены ультразвуковыми, линзы ультразвуковых датчиков образуют поверхность, диаметр которой превышает диаметр поверхности, образуемой выпуклостями кольцевых элементов. Корпус носителя включает в себя несколько шарнирно соединенных между собой стержней. В варианте, изображенном на фиг.3, контрольные датчики выполнены ультразвуковыми и закреплены во втулках с помощью накидных гаек.
На фиг. 4 изображен носитель датчиков в другом исполнении (для большей иллюстративности изображены только два ряда сгруппированных элементов с датчиками, остальные ряды устанавливаются аналогично). Носитель датчиков включает в себя корпус 41 с установленными на нем манжетами 42 и шарнирно соединенными рядами 43 прижатых друг к другу элементов 44 с посадочными местами для датчиков 45. Каждый ряд стянут металлическим тросом, и ориентирован по винтовой линии вокруг оси носителя, и образует угол около 10 градусов с осью носителя, элементы ряда образуют подвижные (шарнирные или упругие) соединения со своими соседними элементами ряда в местах стыка. Поверхности элементов, контактирующие с внутренней поверхностью трубопровода, образуют соосный с трубопроводом цилиндр. Каждый ряд в передней части носителя соединен с корпусом с помощью шарнира, в задней части носителя ряд соединен с эластичными опорными элементами 46, закрепленными на корпусе 41.
Сгруппированные элементы каждого ряда имеют центрирующие относительно соседних сгруппированных элементов центрирующие элементы в виде выступов и пазов, так что выступы одного элемента входят в пазы соседнего элемента, выступы образованы металлическими элементами, заформованными в сгруппированных элементах. Посадочное место для контрольного датчика выполнено в виде закрепленной в упругом элементе втулки под датчик с резьбой на части втулки, выступающей над упругим элементом, под накидную гайку. В передней части носителя установлены радиально расходящиеся от оси эластичные ласты 47, периферийные края ласт способны испытывать упругую деформацию в плоскости, проходящей через ось носителя. Ласты установлены таким образом, что посадочные места для датчиков проецируются на ласты в плоскости, перпендикулярной оси носителя, ласты образуют упругую связь с носителем в местах их закрепления на носителе. В варианте, изображенном на фиг.4, контрольные датчики выполнены ультразвуковыми. Манжеты 42, сгруппированные элементы 44, эластичные элементы 46 и ласты 47 выполнены из полиуретана. В варианте, изображенном на фиг.4, контрольные датчики выполнены ультразвуковыми и закреплены во втулках с помощью накидных гаек.
На фиг.5 изображен другой вариант реализации носителя датчиков (для большей иллюстративности изображена секция носителя, устанавливаемая на корпусе). Носитель включает в себя: пояс держателей 51 с посадочными местами для датчиков 52, а также два пояса радиально расходящихся рычагов 53 в виде секторов манжет, установленных по разные стороны от пояса держателей навстречу друг другу, края держателей пояса с обеих сторон скреплены с периферийными частями соответствующих секторов манжет, на держателях установлены прокладки 54, способные скользить по внутренней поверхности трубопровода, прокладки 54 образуют пары по разные стороны от посадочных мест для датчиков. Носитель включает в себя корпус с установленными на краях фланцами, секторы 53 манжеты закреплены на фланцах с помощью болтов (шпилек), пропускаемых через сквозные отверстия 55 в рычагах (секторах) 53. С каждым сектором манжеты скреплены по три держателя. На фланце установлены пружинящие элементы, упирающиеся во внутреннюю часть секторов и распирающие их. Секторы 53 манжет и прокладки 54 выполнены из полиуретана, средняя толщина сектора составляет 0,06 диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, в периферийных частях манжет заформованы (залиты) элементы крепления 56 держателей пояса 51. Угловая ширина сектора манжеты в его периферийной части составляет около 26 градусов, длина способной изгибаться части сектора составляет около 0,25 диаметра цилиндра, в который вписывается носитель. В варианте, изображенном на фиг.5, контрольные датчики выполнены ультразвуковыми и закреплены во втулках с помощью накидных гаек.
На фиг.6 изображен другой вариант реализации носителя датчиков.
Секция носителя включает в себя корпус 61, упругие гофрированные кольца 62, держатели датчиков 63, закрепленные на кольцах 62. На корпусе 61 установлен фланец 64, на котором имеется элемент крепления 65 к аппаратурной части внутритрубного инспекционного снаряда, переднее кольцо 62 соединено с фланцем 64 с помощью шарнирных механизмов 66. Через элемент 68 корпуса 61 секция носителя шарнирно соединяется с другими секциями носителя. Протяженность держателей вдоль оси трубопровода составляет около 0,4 в диаметра цилиндра, в который вписывается носитель, ширина колец составляет около 0,05 диаметра цилиндра, в который вписывается кольцо, толщина кольца составляет около 0,07 указанного диаметра. В варианте, изображенном на фиг.6, контрольные датчики 67 выполнены ультразвуковыми и закреплены в посадочных местах для датчиков с помощью стопорных колец.
Внутренние поверхности гофр 69 образуют цилиндр, диаметр которого составляет около 60% диаметра цилиндра, в который вписываются кольца. Шесть выпуклых частей гофр на одном кольце составляет около 0,6 его диаметра, выраженного в дюймах.
В любом описанном варианте реализации носитель датчиков может быть шарнирно соединен с аппаратными секциями инспекционного снаряда.
Устройство работает следующим образом:
в носитель датчиков устанавливают датчики, подключают их с помощью кабелей к аппаратным секциям инспекционного снаряда, инспекционный снаряд помещают в трубопровод и включают перекачку продукта (нефти, газа, нефтепродукта) по трубопроводу. В процессе движения инспекционного снаряда внутри трубопровода измеряют диагностические параметры, характеризующие состояние трубопровода.
При ультразвуковом контроле ультразвуковые датчики периодически испускают ультразвуковые импульсы. После испускания ультразвуковых импульсов ультразвуковые датчики переключаются в режим приема отраженных импульсов. Полученные данные о временных промежутках, соответствующих времени хода ультразвуковых импульсов, и (при необходимости) амплитудах импульсов оцифровывают, преобразуют и записывают в накопитель цифровых данных бортового компьютера.
При магнитном контроле стенки трубопровода намагничивают некоторую область стенки трубопровода и с помощью датчиков магнитного поля измеряют составляющие магнитного поля вблизи намагниченной области стенки трубопровода. Измерение магнитного поля производят путем периодического обращения к датчикам магнитного поля (путем опроса датчиков). Наличие трещин или дефектов, связанных с потерей металла (коррозия, задиры), приводит к изменению величины и характера распределения магнитной индукции.
Аналогичным образом производят внутритрубный контроль путем периодического обращения к датчикам иного типа (магнито-оптическим, оптическим, электромагнитно-акустическим, датчикам профиля сечения трубопровода, например, путем периодического обращения к датчикам угла поворота рычагов, прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода, и иным датчикам), усиления импульсов с датчиков, оцифровки амплитуд и сохранения цифровых данных в накопителе.
По завершении контроля заданного участка трубопровода снаряд-дефектоскоп извлекают из трубопровода и переносят накопленные в процессе диагностического пропуска данные на компьютер вне снаряда.
Последующий анализ записанных данных позволяет идентифицировать дефекты стенки трубопровода и определить их положение на трубопроводе с целью последующего ремонта дефектных участков трубопровода.
Источники информации
1. Патент РФ RU 2139469, МПК: М 17 D 5/00, дата публикации 10.10.99.
2. Патент США US 4098126, МПК: G 01 В 5/28, дата публикации 04.07.78.
3. Патент США US 4807484, МПК: G 01 В 5/28, дата публикации 28.02.89 (патентные документы-аналоги: СА 1307129, DE 3626646, ЕР 0255619, ES 2026869, NO 172956, NO 873252).
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ВНУТРИТРУБНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП (ВАРИАНТЫ) | 2003 |
|
RU2240549C1 |
| Носитель датчиков ультразвукового дефектоскопа | 2016 |
|
RU2617225C1 |
| ВНУТРИТРУБНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП | 2003 |
|
RU2248498C1 |
| Носитель датчиков дефектоскопа внутритрубного ультразвукового | 2018 |
|
RU2692870C1 |
| ВНУТРИТРУБНЫЙ ИНСПЕКЦИОННЫЙ СНАРЯД-ДЕФЕКТОСКОП С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ | 2008 |
|
RU2369783C1 |
| Носитель датчиков внутритрубного ультразвукового дефектоскопа | 2018 |
|
RU2692869C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛА ТРУБОПРОВОДА | 1998 |
|
RU2139469C1 |
| СПОСОБ ВНУТРИТРУБНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ | 2001 |
|
RU2194274C1 |
| СПОСОБ ВНУТРИТРУБНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ | 2001 |
|
RU2212660C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛА ТРУБОПРОВОДА | 1998 |
|
RU2139468C1 |
Изобретение относится к устройствам, используемым для внутритрубного обследования трубопроводов большой протяженности (магистральных нефтепроводов, газопроводов) неразрушающими методами. Носитель для внутритрубного инспекционного снаряда, имеющий несколько вариантов исполнения, с посадочными местами для контрольных датчиков, чувствительных к каким-либо диагностическим параметрам трубопровода, характеризуется тем, что носитель включает в себя множество кинематически соединенных между собой держателей датчиков, способных испытывать упругое отжатие в радиальном направлении от оси носителя. Держатели выполнены в виде эластичных кольцеобразных элементов или в виде прилегающих к стенке трубопровода рядов соединенных между собой элементов, или закреплены на эластичных элементах в виде колец или секторов манжет, и/или соединены с корпусом, способным изгибаться. На держателях установлены эластичные прокладки между датчиками и внутренней поверхностью трубопровода. Применение предлагаемого носителя позволяет повысить эффективность инспекции трубопроводов, имеющих дефекты геометрии в сечении, за счет множественности элементов (держателей) с посадочными местами для датчиков с разделением функций прижима датчиков к внутренней поверхности трубопровода и огибания дефектов геометрии в его сечении. 6 с. и 61 з.п. ф-лы, 6 ил.
| US 4807484, 28.02.1989 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛА ТРУБОПРОВОДА | 1998 |
|
RU2139468C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛА ТРУБОПРОВОДА | 1998 |
|
RU2139469C1 |
| US 5088336, 18.02.1992 | |||
| Автоматический станок для изготовления изогнутых в двух взаимно перпендикулярных плоскостях проволочных крючков, например, для сеток кроватей | 1949 |
|
SU89738A1 |
| Зонд для ультразвукового контроля стенок трубопровода | 1978 |
|
SU1195925A3 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВЫТЯНУТОЙ ФОРМЫ С ПОСТОЯННЫМ СЕЧЕНИЕМ | 1991 |
|
RU2043622C1 |
| US 5435314 А, 25.07.1995 | |||
| КОМПЛЕКС ДЛЯ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОГО ИЛИ ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 2001 |
|
RU2208138C1 |
