СПОСОБ ПОИСКА ДЕФЕКТА И МЕСТА ПРОХОЖДЕНИЯ КОММУНИКАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК G01M3/24 F17D5/06 

Изобретение относится к средствам испытания устройств на герметичность с использованием звуковых или ультразвуковых колебаний, а более конкретно к испытаниям трубопроводов, кабелей с помощью акустических течеискателей.

Известен способ определения места течи в трубопроводе и устройство для его реализации, см. патент №2249802. Техническим результатом этого изобретения является обеспечение возможности определения места течи из одной точки на трассе. Этот способ включает прием шума вытекающей струи с помощью двух датчиков, преобразование этого шума в электрическое напряжение, фильтрацию и анализ. Акустические датчики расположены в одном месте, причем один из них обеспечивает прием акустических волн, распространяющихся в среде, окружающей трубопровод. Сигналы подвергают обработке и находят задержку между этими сигналами. Используя эти данные, определяют расстояние до места повреждения.

Недостатком этого изобретения является невысокая точность определения места повреждения трубопровода, так как определяется расстояние до места повреждения, а не само место (точка) повреждения.

Кроме того, сложность устройства для реализации данного способа вносит дополнительные ошибки в результаты измерений.

Прототипом заявляемого технического решения является способ поиска дефекта и места прохождения коммуникации, реализованный в трассопоисковом комплекте "Успех-АТГ-210", г.Коломна, 2004 г. Этот комплект служит для определения мест повреждения кабелей и мест разгерметизации трубопроводов, находящихся под слоем грунта.

Для определения дефекта сначала определяется трасса прохождения коммуникации. С этой целью "Успех АТГ-210" имеет приемник сигналов электромагнитного излучения от диагностируемой коммуникации. Электромагнитное поле могут создавать силовые кабели под нагрузкой, трубопроводы под катодной защитой, а также трубопроводы, на которые при достаточной их протяженности может наводиться сигнал частотой 50 Гц. Для создания электромагнитного поля вокруг коммуникации могут использоваться специальные генераторы.

Для приема сигналов от электромагнитного излучения коммуникации приемник имеет электромагнитную антенну, закрепленную на штанге, которую оператор перемещает вдоль предполагаемой трассы и одновременно сканирует ею в поперечном направлении к трассе. Приемник служит для усиления и фильтрации сигналов, приходящих от электромагнитной антенны или акустического датчика, и вывода информационных сигналов на стрелочный индикатор и головные телефоны.

Наличие двух режимов работы позволяет непосредственно на месте использовать приемник как для трассировки, так и для поиска дефектов коммуникаций акустическим методом.

Механические колебания грунта, возникающие в результате разгерметизации трубопровода, воспринимаются акустическим датчиком при помощи пьезоэлектрического преобразователя, изготовленного из пьезокерамики.

Электрический сигнал усиливается расположенным в датчике предварительным усилителем. В последующем усиленный сигнал поступает в электронный блок, где осуществляется его амплитудная и частотная селекция. Далее усиленный сигнал выводится на головной телефон и стрелочный индикатор.

Указанные признаки являются общими с заявляемым изобретением.

К недостаткам прототипа следует отнести трудность селекции шума свища в трубопроводе от собственных шумов усилительного тракта и посторонних акустических шумов, например, от проходящего транспорта. Кроме того, в зимнее время при наличии льда и снега трудно обеспечить надежный контакт акустического датчика с грунтом. Изгибы трубопровода, изменения его диаметра могут быть идентифицированы как повреждения.

С целью устранения указанных недостатков предлагается одновременно с определением трассы трубопровода анализировать тепловое поле места поиска с помощью пирометра. Для этого одновременно с приемом электромагнитного излучения от диагностируемой линии с помощью пирометра регистрируют параметры теплового излучения грунта в непосредственной близости от антенны и определяют зону повышенной температуры относительно ее опорного значения. В зоне повышенной температуры регистрируют механические колебания грунта, возникающие в результате дефекта коммуникации, например, течь в трубопроводе.

Кроме того, одновременно с регистрацией механических колебаний грунта, возникающих в результате дефекта коммуникации, с помощью пирометра регистрируют параметры теплового излучения грунта в непосредственной близости от акустического датчика.

Таким образом, в найденной зоне повышенной температуры фиксируют максимальную температуру и максимальный уровень сигналов акустического датчика. Совокупность этих параметров позволяет находить место дефекта коммуникации с повышенной точностью. Для реализации указанного способа поиска предлагается устройство, содержащее датчик электромагнитного излучения (антенну), акустический датчик, усилители сигналов, поступающих с датчиков, и индикатор.

Для регистрации температуры теплового излучения грунта устройство снабжено пирометром, закрепленным на держателе антенны, для приема электромагнитного излучения от коммуникации. В качестве держателя может использоваться корпус антенны или рукоять для ее переноски.

Пирометр закрепляется на рукояти с помощью кронштейна, имеющего возможность регулирования угла наклона оптической оси пирометра относительно держателя и относительно высоты над уровнем земли.

Пирометр используется также совместно с акустическим датчиком. С этой целью пирометр закреплен на штанге, на конце которой установлен акустический датчик для регистрации шума от дефекта коммуникации. Акустический датчик закреплен на штанге с помощью кронштейна, имеющего возможность регулирования угла наклона оптической оси пирометра относительно штанги.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен вариант установки пирометра на держателе (рукояти) электромагнитной антенны.

На фиг. 1а изображен общий вид компоновки устройства с антенной и пирометром.

На фиг. 2 изображена диаграмма теплового и звукового поля вокруг течи.

На фиг. 3 изображена конструкция крепления пирометра на штанге акустического датчика.

На фиг. 4 изображен узел крепления пирометра на держателе или на штанге акустического датчика.

На фиг. 5 изображен поперечный разрез узла крепления пирометра.

На фиг. 6 изображен кронштейн с расположенным в нем пирометром.

Поиск дефекта и места прохождения скрытой коммуникации осуществляют следующим образом. Сначала определяется трасса коммуникации.

Для этого используется приемник электромагнитных колебаний. Приемник регистрирует сигналы, соответствующие напряженности магнитного поля диагностируемой коммуникации. Магнитное поле может быть вокруг силовых кабелей под нагрузкой, вокруг трубопроводов с катодной защитой. Для создания магнитного поля вокруг коммуникации могут использоваться специальные генераторы. Генератор подключается к коммуникации, при этом в нее поступает зондирующий сигнал (синусоидальный или импульсный). За счет протекания переменного тока по металлической коммуникации вокруг нее создается переменное магнитное поле. Измерение распределения напряженности магнитного поля по трассе осуществляется с помощью приемника с антенной. Антенна 1 подключается к приемнику и закрепляется на конце штанги 2, фиг 1. К середине штанги прикрепляется пирометр 3.

Пирометр закрепляется под некоторым углом к оси штанги таким образом, чтобы в поле зрения оптики пирометра не попадал корпус антенны.

Оператор с помощью штанги сканирует антенну в плоскости, параллельной земле, одновременно перемещаясь вдоль трассы.

При этом в поле зрения оптики пирометра попадает излучение от грунта.

Таким образом, одновременно с приемом сигнала от диагностируемой линии анализируется тепловое поле в окрестности электромагнитной антенны.

Если по трубопроводу транспортируется какой-либо энергоноситель (горячая вода, пар), то при разгерметизации трубопровода изменяется тепловое поле вокруг течи, характеристики которого изменяются в пространстве и во времени, фиг.2. Течь становится теплоизлучающим объектом, для обнаружения которого необходимо осуществлять просмотр (сканирование) теплового поля и его анализ.

Уровень сигнала от течи будет существенно выше, чем сигнал от фона.

Соответственно температура в районе течи будет существенно выше температуры от фона (опорной температуры).

Таким образом, будет определена некоторая зона повышенной температуры относительно фона. Размер этой зоны зависит от различных причин: так, например, вытекающая из трубопровода горячая вода может накапливаться на каком-то расстоянии от течи. Более точно можно определить место течи акустическим методом.

Вытекающая из места повреждения жидкость вызывает в зависимости от давления жидкости внутри трубы, а также вида и размера повреждения широкий спектр акустических частот. Распространение этих звуковых волн зависит от длины волны и от вида и плотности грунта, окружающего место повреждения трубы. Высокие частоты при прохождении через слой грунта сильно ослабевают, поэтому регистрируются относительно низкие частоты шумов.

Особые трудности возникают при улавливании этих шумов, так как шумы от движения транспорта находятся в диапазоне низких частот.

Поэтому приходится применять специальные микрофоны и прежде всего усилители, которые усиливают только интересующие испытателя частоты. Микрофон устанавливается точно над локализованной трассой трубопровода. Перемещая микрофон при каждом измерении, можно определить местонахождение утечки по максимальному уровню характерного сигнала.

Для повышения точности определения места течи акустический метод применяется в совокупности с анализом теплового поля.

С этой целью на штанге акустического датчика закреплен пирометр под некоторым углом к оси штанги, фиг 3. Место повреждения трубопровода (течь) определяется по максимальному уровню шума и по максимальной температуре. В совокупности эти два показателя повышают надежность определения места дефекта трубопровода.

Пирометр устанавливается на штанге антенны или держателе акустического датчика следующим образом.

На штанге 2 закрепляется обойма 4, которая состоит из двух полуобойм 5, 6, соединенных винтами 7, фиг 4, 5. Корпус пирометра 8 имеет резьбовую часть 9, на которой с помощью двух гаек 10 зажат кронштейн 11. Кронштейн и обойма прикреплены к пластине 12 винтами. Кронштейн на пластине установлен на оси 13, с помощью которой кронштейн имеет возможность поворота. Для поворота пластина имеет дугообразный вырез 14, в который входит винт 13, с помощью которого фиксируется необходимый угол наклона пирометра к штанге антенны или к держателю акустического датчика.

Анализ теплового поля осуществляется с помощью пирометра. С помощью пирометра температура определяется с непосредственной близости от места установки акустического датчика.

Для реализации заявляемого способа предлагается устройство, состоящее из пирометра и антенны. Пирометр 3 закрепляется на держателе (корпусе) 2 антенны, фиг. 1. Пирометр закрепляется под некоторым углом к оси держателя. На фиг. 1а изображен вариант крепления пирометра 3 на держателе (рукояти) 2 электромагнитной антенны 1.

Пирометр 3 закрепляется на держателе 2 с помощью обоймы 4, которая состоит из двух полуобойм 5, 6, соединенных винтами 7, фиг. 5. Корпус пирометра 8 имеет резьбовую часть 9, на которой с помощью двух гаек 10 зажат кронштейн 11, фиг. 4. Кронштейн и обойма прикреплены к пластине 12 винтами. Кронштейн на пластине установлен на оси 13, с помощью которой кронштейн имеет возможность поворота. Для поворота пластина имеет дугообразный вырез 14, в который входит винт 13, с помощью которого фиксируется необходимый угол наклона пирометра к держателю антенны.

Акустический датчик 2а, фиг. 3, имеет штангу 2 для его переноски. На штанге установлена обойма 4, в которой закреплен пирометр 3. Конструкция крепления пирометра на штанге акустического датчика аналогична конструкции крепления пирометра на держателе (рукояти) электромагнитной антенны и изображена на фиг. 4, 5, 6.

Пирометр закрепляется таким образом, чтобы в поле зрения его оптики не попадала конструкция держателя (корпуса) антенны или акустического датчика.

Поиск дефекта и места прохождения коммуникации осуществляют в два этапа.

На первом этапе определяется трасса подземной коммуникации. Поиск трассы осуществляется с помощью антенны и приемника электромагнитного излучения. Одновременно с этим делается анализ теплового поля в непосредственной близости от антенны. Оператор движется вдоль предполагаемой трассы и осуществляет сканирование антенной и пирометром в поперечном направлении относительно трассы, поиск течи в теплотрассе. В этом случае в зоне течи температура будет выше опорного значения.

Значения температуры будут повышаться от обычного уровня (опорное значение) до какого-то максимума, фиг. 2.

Таким образом, будет определена некоторая зона повышенной температуры. В этой зоне, вероятно, находится течь в теплотрассе.

Но точность определения места течи недостаточна.

На втором этапе определения места течи осуществляют в найденной зоне повышенной температуры. На этом этапе поиск течи осуществляют с помощью акустического датчика и пирометра. Процедура поиска осуществляется сканированием акустического датчика в паре с пирометром. О месте течи будет указывать максимум звукового сигнала совместно с максимумом температуры.

Определение места дефекта коммуникации в два этапа повышает точность поиска.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при испытаниях трубопроводов, кабелей с помощью акустических течеискателей. Изобретение направлено на повышение точности обнаружения дефектов при снижении временных затрат, повышение достоверности определения аварийного участка. Этот результат обеспечивается за счет того, что способ поиска дефекта и места прохождения скрытой коммуникации включает определение места расположения коммуникации путем приема электромагнитного излучения от диагностируемой коммуникации с помощью переносной антенны приемника, регистрацию температурного поля вдоль коммуникации с помощью пирометра, перемещение антенны вдоль коммуникации. При этом переносную антенну и пирометр одновременно и совместно сканируют в поперечном направлении относительно направления коммуникации, одновременно бесконтактно измеряют и регистрируют сигналы переносной антенны и пирометра, определяют зону повышенной температуры относительно ее опорного значения, фиксируют локальный максимум температуры, по которому судят о расположении и дефекте коммуникации. Согласно изобретению пирометр и переносная антенна закреплены на держателе с помощью кронштейна, имеющего возможность регулирования угла наклона оптической оси пирометра и высоты его над уровнем земли. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ поиска дефекта и места прохождения скрытой коммуникации, включающий определение места расположения коммуникации путем приема электромагнитного излучения от диагностируемой коммуникации с помощью переносной антенны приемника, регистрацию температурного поля вдоль коммуникации с помощью пирометра, перемещение антенны вдоль коммуникации, отличающийся тем, что переносную антенну и пирометр одновременно и совместно сканируют в поперечном направлении относительно направления коммуникации, одновременно бесконтактно измеряют и регистрируют сигналы переносной антенны и пирометра, определяют зону повышенной температуры относительно ее опорного значения, фиксируют локальный максимум температуры, по которому судят о расположении и дефекте коммуникации.2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее переносную антенну для приема электромагнитного излучения от коммуникации, индикатор информационных сигналов и пирометр для регистрации теплового поля от коммуникации, отличающееся тем, что пирометр и переносная антенна закреплены на держателе с помощью кронштейна, имеющего возможность регулирования угла наклона оптической оси пирометра и высоты его над уровнем земли.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пирометр закреплен на штанге, на конце которой установлен акустический датчик для регистрации шума от дефекта коммуникации.