УСТРОЙСТВО МАГНИТНО-ПОИСКОВОЙ СИСТЕМЫ ВНУТРИТРУБНОГО СНАРЯДА-ДЕФЕКТОСКОПА Российский патент 2004 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 "Pipertonix" (см. дополнительные материалы), содержащее П-образный магнитопровод с постоянными магнитами, в межполюсном пространстве которого возникает значительный рассеянный магнитный поток, снижающий рабочий магнитный поток в трубе. Над дефектом на внутренней поверхности трубы возникает магнитное поле, которое фиксируется датчиками.

Известно также устройство магнитного снаряда-дефектоскопа "Инспекционные снаряды Крот-1000М" и "Крот-1200М" (см. дополнительные материалы).

В этих снарядах-дефектоскопах также имеется П-образный магнитопровод, в межполюсном пространстве которого имеет место значительный рассеянный магнитный поток.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство по заявке, на которую получено положительное Решение на выдачу патента на изобретение №20000111965/28 (012882), 2002 г. В этом устройстве предусмотрены два магнитных контура: внутренний и внешний (см. дополнительные материалы). В межполюсном пространстве внутреннего контура, имеющего П-образную форму, возникает (как в любом П-образном магните) значительный рассеянный магнитный поток Ф_р. Наличие потока Ф_р уменьшает полезный рабочий магнитный поток Ф₀ в намагничиваемом объекте (трубе), что снижает выявляемость дефектов.

С целью увеличения рабочего магнитного потока Ф₀ и повышения выявляемости дефектов за счет уменьшения рассеянного потока Ф_р предлагается устройство, не имеющее указанного недостатка.

Сущность предлагаемого устройства состоит в следующем.

На фиг.1 и 2 изображено:

Фиг.1. Схема предлагаемого устройства:

1 - дополнительный магнит;

2 и 3 - полюсы внутреннего магнитного контура;

4 - наружный магнитный контур;

5 - проверяемая труба;

r₁ - расстояние между магнитом 1 и полюсом внутреннего контура;

Ф₀ - полезный магнитный поток;

Ф_р - рассеянный магнитный поток;

Ф₁ - магнитный поток, создаваемый магнитом 1;

H₁ - напряженность магнитного поля, создаваемого магнитом 1 на его поверхности;

Н_р - напряженность рассеянного поля между полюсами 2 и 3;

l₁ - расстояние между полюсами внутреннего контура;

r₁ - расстояние между поверхностью дополнительного магнита и полюсом 3(3).

Фиг.2. Картины магнитного поля в межполюсном пространстве внутреннего контура:

а, б) - без магнита;

в, г, д) - с магнитом 1.

1 - дополнительный магнит;

2 - наружный магнитный контур;

3 - полюсы внутреннего магнитного контура;

4 - магнитные силовые линии;

5 - проверяемая труба;

Ф₀ - рабочий магнитный поток;

6 - матричный датчик;

7 - датчик для измерения тангенциальной составляющей напряженности поля HT₁ и НТ₂ на поверхности трубы;

8 - область в межполюсном пространстве, в которой снимались картины поля;

9 - картина поля при равенстве магнитных потоков Ф₁=Ф₀ на середине промежутка между магнитом 1 и поверхностью полюса 3.

10 - картина поля при Ф₁=Ф₀ на поверхности полюса 3.

В межполюсное пространство внутреннего контура поставлен дополнительный магнит 1 (Фиг.1) с текстурой, направленной перпендикулярно его плоскостям (магнитная полярность его обозначена N и S). Магнит 1 с напряженностью поля H₁ создает магнитный поток Ф₁, направленный встречно рассеянному магнитному потоку Ф_р, который уменьшается или становится равным нулю вследствие суперпозиции встречно направленных магнитных полей.

Если напряженность H₁ и магнитный поток Ф₁ будут значительно превышать напряженность поля Н_р и магнитный поток Ф_р между полюсами внутреннего контура, то произойдет частичное перемагничивание полюсов внутреннего контура и рабочий поток Ф₀ уменьшится.

Если поток Ф₁ и напряженность поля H₁, создаваемого магнитом 1, значительно меньше Ф_р и Н_р, то произойдет размагничивание магнита 1, а полезный поток Ф₀ не увеличится.

Для уменьшения потока Ф_р необходимо, чтобы потоки Ф₁ и Ф_р были равны в плоскости, находящейся между поверхностью магнита 1 и поверхностью магнитного полюса внутреннего контура (с двух сторон магнита 1).

При небольшом расстоянии l₁ между полюсами внутреннего контура поле, находящееся в межполюсном пространстве, оказывается однородным, а напряженность поля в любой точке межполюсного пространства является постоянной величиной.

Напряженность поля в А/см (или магнитная индукция в мТ), создаваемого магнитом 1, выражается зависимостью

где r - расстояние между полюсом внутреннего контура и магнитом 1.

Формула (1) может быть легко получена экспериментальным путем.

Так, например, для магнитов, имеющих напряженность поля в диапазоне от 1500 до 4000 А/см, можно использовать приближенную экспериментальную формулу

где H₁ - напряженность поля, создаваемая магнитом 1 на его поверхности;

Н_р - напряженность рассеянного поля в межполюсном пространстве внутреннего контура.

Зная величину Н_р, можно определить напряженность поля, которую должен создавать магнит 1, чтобы поток Ф₁ был равен потоку Ф_р на участке 0-r₁.

Таким образом, можно выбрать оптимальный магнит H₁, который позволит значительно увеличить рабочий поток Ф₀ и соответственно увеличить сигналы от дефектов.

Для иллюстрации изменения рассеянного магнитного потока Ф₀ при установке дополнительного магнита 1 в межполюсном пространстве внутреннего контура показаны картины полей между полюсами 2 и 3 без установки дополнительного магнита 1 (фиг.2, а, б) и при его установке (фиг.2, в, г). Картины полей получены магнитным порошком.

На фиг.2, а, б видно, что магнитные силовые линии непосредственно замыкаются между полюсами 2 и 3 внутреннего магнитного контура. При этом рассеянный магнитный поток Ф₀ имеет наибольшее значение.

На фиг.2, б в показана картина поля при равенстве магнитных потоков магнита 1 и полюса внутреннего контура на середине пространства между поверхностью полюса 3 и поверхностью магнита 1, т.е. Ф₁=Ф_р при r₁/2. Видно, что магнитные силовые линии изменяют свое направление и замыкаются на трубу (проверяемый объект), увеличивая полезный (рабочий) магнитный поток Ф₀. Однако, в этом случае поток Ф_р проходит по воздуху (от поверхности полюса 3 до трубы), что связано с потерями намагничивающей силы на преодоление магнитного сопротивления воздушного промежутка.

На фиг.2, г показана картина поля при Ф₁=Ф₀ на поверхности полюса 3 внутреннего контура, т.е. при r₁. При этом Ф₀ практически не образуется, значительная часть магнитного потока проходит по полюсам 3 и 3’. За счет этого и увеличивается полезный (рабочий) магнитный поток Ф₀, одновременно повышаются сигналы с матричного датчика и надежность выявления дефектов.

Пример использования предлагаемого устройства.

Исходные данные: расстояние между полюсами внутреннего контура l₁=30 мм. Напряженность поля Н_р в межполюсном пространстве внутреннего контура равна Н_р=1850 А/см.

Толщина дополнительного магнита 10 мм (см.фиг.1 и 2).

Площадь поверхности магнита 1, обращенная к полюсам (N или S) равна площади полюса (3 или 3’), обращенного к магниту 1. Магнит 1 расположен в середине межполюсного пространства внутреннего контура (r₁=10 мм).

Пользуясь формулой (2), получаем Н₁=3475 А/см.

Полученная величина напряженности представляет собой верхний предел потребной напряженности поля, создаваемого магнитом 1.

При такой напряженности поля компенсация потока Ф_р (т.е. его равенство потоку Ф₁) происходит в плоскости полюсов 3 и 3’ внутреннего контура. Минимальная величина потребной напряженности магнита H₁, естественно, будет равна 1850 А/см (H₁=H_p). В этом случае компенсация потока Ф_р будет осуществляться на плоскости магнита 1, т.е. на расстоянии r=0.

Таким образом, при установке магнита, у которого на поверхности напряженность поля равна 3475 А/см, равенство потоков Ф₁ и Ф_р происходит на поверхности полюсов 3 и 3’. Это позволило увеличить поток Ф₀ на 25-30%. Напряженность поля HT₁ на наружной поверхности трубы также увеличилась с 24 А/см (без магнита 1) до 32 А/см (с магнитом 1) (см. фиг.2). Это привело к положительному эффекту - соответствующему увеличению сигналов с датчиков.

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

Использование предложенного устройства в снарядах-дефектоскопах обеспечит повышение надежности выявления продольных и поперечных дефектов в трубах трубопроводного транспорта.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля труб. Технический результат: повышение надежности и чувствительности к обнаружению дефектов. Сущность: устройство содержит магнитную систему, выполненную в виде двух магнитных контуров, матрицу датчиков. В межполюсное пространство внутреннего контура установлен дополнительный магнит так, что его магнитный поток направлен встречно магнитному рассеянному потоку внутреннего контура. Магнитный поток дополнительного магнита равен магнитному рассеянному потоку внутреннего контура. 2 ил.

Устройство магнитопоисковой системы внутритрубного снаряда-дефектоскопа, содержащее магнитную систему, выполненную в виде двух магнитных контуров, матрицу датчиков, отличающееся тем, что, с целью повышения выявляемости продольных трещин и других дефектов, в межполюсном пространстве внутреннего контура установлен дополнительный магнит так, что его магнитный поток направлен встречно магнитному рассеянному потоку внутреннего контура, причем магнитный поток дополнительного магнита равен рассеянному магнитному потоку внутреннего магнитного контура.