УСТРОЙСТВО МАГНИТНО-ПОИСКОВОЙ СИСТЕМЫ ВНУТРИТРУБНОГО СНАРЯДА-ДЕФЕКТОСКОПА Российский патент 2003 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к неразрушающему контролю труб магистрального трубопроводного транспорта и может быть использовано для выявления дефектов на других объектах и изделиях.

Известно устройство магистрального снаряда-дефектоскопа фирмы "Pipetronix", содержащее П-образный магнитопровод с постоянными магнитами. Для уменьшения магнитного сопротивления между внутренней поверхностью трубы и полюсами П-образного магнитопровода установлены щетки. Над дефектом на внутренней поверхности трубы возникает магнитное поле, которое фиксируется датчиками, расположенными в межполюсном пространстве.

В этом устройстве магнитный поток направлен вдоль образующей трубы, поэтому продольные трещины выявлены быть не могут, так как направление магнитного потока совпадает с направлением трещин (см., например, Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов. Г.С. Шелихов, под ред. В.Н.Лозовского. - М.: Гос. предприятие НТЦ "Эксперт", 1995, с. 96-98). Неспособность выявлять продольные трещины, из-за которых происходят практически все взрывные разрушения трубопроводов, существенно снижает дефектоскопические возможности такой конструкции.

Известно устройство магнитных снарядов-дефектоскопов Крот-1000М и Крот-1200М.

В этих снарядах-дефектоскопах также имеется П-образный магнитопровод со щетками. Магнитно-поисковая система таких устройств, расположенная по окружности трубы, также не обладает способностью выявлять продольные трещины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство магнитного неразрушающего контроля труб малого диаметра по патенту США 5293117 от 08.03.1994 (Детектор магнитного потока для применения с ферромагнитными трубами малого диаметра, использующий второе магнитное поле для ограничения первого магнитного поля). Это устройство содержит две магнитные системы - внутреннюю и наружную.

Внутренняя система создает магнитное поле в стенке трубы. Наружная система концентрирует магнитный поток внутреннего контура. Эффективность действия такой системы зависит от расстояния между магнитопроводами магнитных систем.

При больших расстояниях l_н между ближайшими полюсами внутреннего и наружного контуров эффект концентрации магнитного потока внутреннего контура не достигается из-за малой магнитной связи между контурами. При очень малых расстояниях l_н между ближайшими полюсами внутреннего и наружного контуров происходит перемагничивание части магнитопровода одного из контуров.

В обоих случаях требуемый эффект не достигается.

Изложенный принцип не осуществим для выявления продольных дефектов, так как при установке системы наружного контура под углом 45^o или более к образующей магнитный поток будет проходить по меньшему пути, т.е. по образующей. При этом направления продольных трещин и магнитного потока будут совпадать.

Продольные трещины выявляться не будут.

Кроме того, наружный контур (вторичное магнитное поле) проходит по внутренней поверхности трубы по всей окружности, что не позволяет использовать этот принцип для труб большого диаметра из-за необходимости затрат для этого огромных энергетических мощностей, что практически невозможно. На это ограничение указано в названии патента 5239117.

Отличие предлагаемого принципа состоит в локальности устройства, которое может быть ориентировано в трубе под любыми требуемыми углами к образующей трубы, что обеспечивает выявление разноориентированных дефектов в трубе.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - осциллограммы сигналов, снимаемых датчиками с полей над дефектами: 1 - нормальная составляющая и 2 - тангенциальная составляющая напряженности поля дефекта.

Устройство содержит магнитную систему, состоящую из двух П-образных контуров:
- внутреннего, содержащего магнитную цепь магнитопровод 1 - постоянный магнит 2 - магнитопровод 3;
- наружного, содержащего магнитную цепь магнитопровод 4 - постоянный магнит 5 - магнитопровод 6.

Внутренний контур с полюсами N_в и S_в создает намагниченность в трубе 7, а наружный контур с полюсами N_н и S_н предотвращает растекание магнитного потока по трубе 7 потому, что рядом расположенные полюсы контуров одноименные.

В результате намагниченность в трубе 7 увеличивается в 10 раз и более. Это обеспечивает высокую надежность обнаружения дефектов. Предотвращение растекания магнитного потока путем установки второго (наружного) контура эффективно при оптимальных соотношениях расстояний между магнитопроводами контуров и толщиной трубы. При этом отпала необходимость установки гибких щеток-магнитопроводов от магнитного блока к трубе. Экспериментально установлено, что расстояние l_вн между полюсами внутреннего контура и расстояние l_н между ближайшими полюсами внутреннего и наружного контуров связаны с толщиной Т стенки трубы. Это физически объяснимо, так как участки трубы 7 входят в магнитные цепи наружного и внутреннего магнитных контуров. Эти отношения следующие: l_вн=(1÷6)Т, l_н=(0,5÷)Т, где Т - толщина стенки трубы.

Угол между направлением магнитного потока (или магнитной нейтралью 8) и образующей контролируемой трубы 7 составляет 45^o. Этот фактор обеспечивает одновременное выявление как продольных, так и поперечных дефектов.

Пример конкретного выполнения предлагаемого устройства
Выполненное устройство имеет следующие параметры: длина полюса внутреннего магнитопровода t_вн=10 мм; расстояние между полюсами внутреннего контура l_вн= 40 мм; длина полюса наружного магнитопровода t_н=15 мм; расстояние между ближайшими полюсами внутреннего и наружного контуров l_н=10 мм; высота внешнего магнитопровода h= 130 мм; ширина магнитопроводов l_ш=80 мм. Источник магнитного поля - постоянные магниты из материала Nd-Fe-B. Материал магнитопровода - железо Армко.

По линии магнитной нейтрали (на которой нормальная составляющая напряженности поля Н_н= 0) в межполюсном пространстве расположены попарно датчики Холла, которыми измеряются нормальные и тангенциальные составляющие напряженности поля в точках на этой линии.

Для демонстрации возможностей предлагаемого устройства оно было установлено на платформе с колесами.

При перемещении тележки вдоль трубы по ее внутренней поверхности датчиками регистрируются поля над дефектами в материале трубы. Результаты регистрации дефектов показаны на фиг.2. Из фиг.2 видна уверенная регистрация дефектов.

Таким образом, проведенная и обоснованная совокупность признаков является необходимой и достаточной для получения положительного эффекта - повышения выявляемости продольных и поперечных дефектов в трубах магистрального трубопровода.

Использование предложенного устройства на снарядах-дефектоскопах обеспечит надежное выявление продольных и поперечных дефектов в трубах трубопроводного транспорта.

Устройство относится к области неразрушающего контроля труб магистрального транспорта, но может быть использовано для выявления дефектов и на других изделиях. Магнитная система устройства выполнена в виде двух П-образных контуров, располагаемых один внутри другого. При контроле магнитные контуры замыкаются стенкой контролируемой трубы. Датчики магнитного поля расположены в межполюсном пространстве по линии магнитной нейтрали. Линия магнитной нейтрали образует с образующей контролируемой трубы угол 45^o. Установка наружного контура предотвращает растекание магнитного потока. В формуле изобретения приводятся соотношения расстояний между элементами магнитопроводов контуров и толщиной трубы, обеспечивающие эффективное предотвращение растекания магнитного потока. В результате этого отпадает необходимость установки гибких магнитопроводов-щеток между магнитным блоком и трубой, повышается намагниченность в трубе. Устройство обеспечивает выявление как продольных, так и поперечных дефектов. 2 ил.

Устройство магнитно-поисковой системы внутритрубного снаряда-дефектоскопа, содержащее постоянные магниты, магнитопроводы, матрицу датчиков, причем магнитная система выполнена в виде двух магнитных контуров, расположенных один внутри другого, отличающееся тем, что расстояние между полюсами внутреннего контура равно (1÷6)Т, где Т - толщина стенки контролируемой трубы, а расстояние между ближайшими полюсами наружного и внутреннего контуров равно (0,5÷1)Т, при этом датчики расположены в межполюсном пространстве по линии магнитной нейтрали, которая составляет угол 45^o с образующей контролируемой трубы.