УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕННОЙ ИЗОЛЯЦИИ И СТЕНКИ НАПОРНОГО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2009 года по МПК G01L7/00 

Изобретение относится к устройствам импульсной техники получения информации о местах паразитных излучений при волновом сопротивлении в линиях с равномерно распределенными параметрами. В частности, оно может быть использовано для определения мест повреждения изоляции и стенки напорного трубопровода при его эксплуатации по волнам различной физической природы: по акустическим волнам, образующимся при сбросе среды вследствие повреждения стенки трубы, и электромагнитным зондирующим волнам типа Е₀₀, отраженным от места нарушения изоляции и стенки напорного трубопровода, которые отражаются характерными признаками на сравниваемых друг с другом, регистрируемых в различное время на диаграммах при эхозондировании (рефлектометрии) мест неисправностей в линейной части напорного трубопровода с равномерно распределенными параметрами.

Известно устройство эхоимпульсного акустического контроля, основанное на посылке в контролируемое изделие коротких импульсов ультразвуковых колебаний и на регистрации интенсивности и времени прихода эхосигналов, отраженных от дефектов или границ изделия, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, генератор импульсов, синхронизатор, генератор развертки, усилитель, электронно-лучевую трубку (B.C.Макарин. Средства неразрушающего контроля отливок. М., «Высшая школа», 1988, стр.30).

Недостатком приведенного выше устройства являются значительные затраты времени и средств при обследовании протяженных объектов. Кроме того, невозможность обеспечения оперативного контроля напорного трубопровода, а также регистрации времени начала повреждения изоляции и нарушения герметичности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, позволяющему дистанционно определить место и время повреждения напорного трубопровода при регистрации падения давления на концах контролируемого участка напорного трубопровода, является сигнализатор аварийного падения давления в напорном трубопроводе (патент №2050532), содержащий две полости, соединенные параллельно расположенными каналами с дюзами, соплом-заслонкой, при этом верхняя полость является воздушно-гидравлическим колпаком.

Устройство работает следующим образом: при повреждении напорного трубопровода и достижении волной падения давления сигнализатора аварийного падения давления воздушно-гидравлический колпак сбрасывает часть жидкости через сопло-заслонку, нарушая при этом электрический контакт между ними, что является признаком падения давления в напорном трубопроводе вследствие его повреждения. При плавных (эксплуатационных) изменениях давления происходит выравнивание давления жидкости в колпаке и напорном трубопроводе через дюзы без открытия прижатой к соплу заслонки. При установке сигнализатора аварийного падения на концах контролируемого эксплуатируемого участка напорного трубопровода место повреждения его определяется по времени запаздывания волн, зарегистрированных на концах участка.

Существенным недостатком приведенного выше сигнализатора аварийного падения в напорном трубопроводе является:

- наличие электрического контакта в жидкости, который при длительной эксплуатации в режиме ожидания приводит к отказам вследствие изменения переходного сопротивления во времени (износ и коррозия контактов, изменение свойств пограничного слоя жидкости на контактах);

- невозможность оценки точности и достоверности измерения расстояния до повреждения, так как производится только одно измерение в режиме ожидания;

- отсутствие контроля над динамикой развития повреждения вследствие утонения стенки напорного трубопровода из-за коррозии и невозможности оценки нарушения изоляции стенки напорного трубопровода.

Задачей заявленного технического решения является создание устройства для дистанционного обнаружения мест поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода, в котором отсутствуют приведенные выше недостатки, повышается достоверность и точность обнаружения мест повреждений изоляции и стенки напорного трубопровода за счет достоверной оценки результатов набора статистических данных и их оценки по критериям Стьюдента и Кохрана, обеспечения защиты от помех, следующих от смежных участков контролируемого напорного трубопровода, путем размещения электромагнитных отражателей поверхностных волн на противоположных концах контролируемого напорного трубопровода и регистрации рефлектограмм электромагнитных поверхностных волн типа Е₀₀.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для дистанционного обнаружения мест поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода, содержащее сигнализатор аварийного падения с полостями, соединенными параллельно расположенными каналами с дюзами и соплом-заслонкой, при этом сигнализатор аварийного падения снабжен электромагнитными отражателями поверхностных волн, выполненными в виде металлических дисков-отражателей электромагнитных поверхностных волн типа Е₀₀ и размещенными на противоположных концах контролируемого участка напорного трубопровода, рефлектометром с изолируемым проводом-противовесом, соединенным электрической цепью с контролируемым участком стенки напорного трубопровода, при этом изолированный провод-противовес расположен перпендикулярно к стенке напорного трубопровода в плоскости земли, при изолированном, соответственно, корпусе рефлектометра от земли, причем эксплуатация рефлектометра осуществляется в режиме регистрации рефлектограмм электромагнитных поверхностных волн типа E₀₀.

Сопоставительный анализ изобретения и прототипа позволяет сделать вывод, что новым является то, что устройство для дистанционного обнаружения мест поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода снабжено сигнализатором аварийного падения с электромагнитными отражателями поверхностных волн, выполненными в виде металлических дисков-отражателей электромагнитных поверхностных волн типа Е₀₀ и размещенными на противоположных концах контролируемого участка напорного трубопровода, рефлектометром с проводом-противовесом, соединенным электрической цепью с контролируемым участком стенки напорного трубопровода, при этом провод-противовес расположен перпендикулярно к стенке напорного трубопровода в плоскости земли, причем эксплуатация рефлектометра осуществляется в режиме регистрации рефлектограмм электромагнитных поверхностных волн типа Е₀₀. Это обеспечивает изобретению соответствие критерию «новизна».

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения «изобретательский уровень».

На чертеже представлена схема устройства для дистанционного обнаружения мест поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода.

Устройство состоит из сигнализатора аварийного падения давления 1, электромагнитных отражателей поверхностных волн Е₀₀, выполненных в виде металлических дисков-отражателей 2, размещенных на противоположных областях контролируемого напорного трубопровода 3, рефлектометра 4 с проводом-противовесом 5. Рефлектометр 4 соединен электрической цепью 6 с контролируемым участком стенки напорного трубопровода 3, при этом провод-противовес 5 расположен перпендикулярно к стенке напорного трубопровода 3 в плоскости земли 7, при изолированном, соответственно, корпусе рефлектометра 4 от земли.

Устройство работает следующим образом.

Сигнализатор аварийного падения 1 и электромагнитные отражатели поверхностных волн Е₀₀, выполненными в виде металлических дисков-отражателей 2, устанавливают на контролируемом участке напорного трубопровода 3. Последовательно на контролируемом участке напорного трубопровода 3 с обоих его концов посылают зондирующие импульсы в режиме бегущей волны Е₀₀ путем возбуждения ее генератором СВЧ-волн рефлектометра 4, соединенным электрической цепью 6 с началом контролируемого участка напорного трубопровода 3, и расположения провода-противовеса 5 перпендикулярно напорному трубопроводу 3 в плоскости поверхности земли 7. Регистрируют при каждом измерении в памяти рефлектометра 4 (в качестве рефлектометра может быть использован серийно выпускаемый рефлектометр цифровой Рейс-205 Научно-производственным предприятием «Системы тестирования электрических линий») состояние изоляции между напорным участком трубопровода и землей. Затем определяют изменение состояния изоляции напорного трубопровода 3 при совмещении рефлектограмм и оценки их характерного отклонения во времени по смене знака отраженной волны в месте утечки части энергии отраженного сигнала (нарушение изоляции характеризуется на рефлектограмме отрицательно отраженным импульсом, а смачивание, например нефтепродуктом, земли в месте его утечки накладывает на рефлектограмму положительный импульс, как правило, иной длительности). При срабатывании сигнализатора аварийного падения давления о факте сброса среды (жидкости, газа и др.) из напорного трубопровода 3 последовательно определяют среднестатистическое расстояние от начала контролируемого участка до места повреждения, его точность по критерию Стьюдента и достоверность по критерию Кохрана. Для этого регистрируют пять рефлектограмм и определяют на каждой расстояние до места повреждения, последовательно совмещая их с рефлектограммой исправного участка напорного трубопровода 3 и оценивая местоположение сброса среды от концов контролируемого участка по местоположению во времени отраженной от утечки волны Е₀₀ от концов рефлектограммы, ограниченной стартовым импульсом и импульсом, отраженным от конца каждого контролируемого участка напорного трубопровода 3 электромагнитными отражателями поверхностных волн, выполненными в виде металлических дисков-отражателей 2, по следующим формулам:

где Х - расстояние до места повреждения i-того участка, м; L_i - расстояние до конца контролируемого i-того участка напорного трубопровода, м; t_i - время двойного пробега волной расстояния до места повреждения i-того участка, с; Т_i - время двойного пробега волной расстояния до конца контролируемого i-того участка напорного трубопровода, с.

X_cp. - математическое ожидание расстояний до места повреждения стенки трубы напорного трубопровода (зарегистрированных после сигнала), м; ∑x_i - сумма зафиксированных расстояний после сигнала, м; n - количество измерений расстояний до места повреждения после сигнала.

где t - критерий достаточной точности математического ожидания при оценке расстояния до места сброса среды из трубы напорного трубопровода (критерий Стьюдента); Х_1cp., Х_2cp. - математические ожидания оценки расстояний до места повреждения изоляции трубы напорного трубопровода до подачи сигнала о сбросе среды в первой и второй половине выборки X_i (при нечетном числе оценок в выборке возможно допустить расхождение количества измерений в полувыборках на единицу), м; n₁, n₂ - количество измерений расстояния до места повреждения напорного участка трубопровода с утечкой среды в первой и второй половинах выборки соответственно; S₁, S₂ - средние квадратические отклонения в каждой половине выборки при оценке места утечки среды из напорного трубопровода соответственно.

G - критерий достоверности результата или однородности выборки (критерий Кохрана).

Использование предлагаемого устройства для дистанционного обнаружения мест поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода по сравнению с прототипом позволяет эффективно и точно обнаруживать места поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода за счет:

- эксплуатации рефлектометра (например рефлектометр Рейс-205) в режиме регистрации рефлектограмм электромагнитных поверхностных волн типа Е₀₀, при которой рефлектометр зондирует контролируемый участок напорного трубопровода как однопроводную направляющую линию с равномерно распределенными параметрами электромагнитной поверхностной волны типа Е₀₀, которую формируют путем соединения рефлектометра с проводом-противовесом с электрической цепью с контролируемым участком напорного трубопровода и расположением провода-противовеса перпендикулярно к плоскости земли, при изолированном корпусе рефлектометра от земли;

- обеспечения защиты от помех, следующих от смежных соседних участков контролируемого напорного трубопровода, путем размещения на его концах электромагнитных отражателей поверхностных волн, выполненных в виде металлических дисков-отражателей электромагнитных поверхностных волн типа E₀₀;

- обеспечения дистанционной оценки достоверности результата путем определения факта утечки среды (жидкости или газа) из напорного трубопровода на основе регистрации на рефлектометре волн, распространяющихся как внутри напорного трубопровода (гидроударная волна), так и по его поверхности (поверхностная электромагнитная волна Е₀₀);

- обеспечения точности и достоверности определения расстояния до места повреждения изоляции стенки напорного трубопровода путем возможности набора статистики и оценки по критериям Стьюдента и Кохрана.

Изобретение относится к устройствам импульсной техники получения информации о местах паразитных излучений в линиях с равномерно распределенными параметрами и может быть использовано для определения мест повреждения изоляции и стенки напорного трубопровода при его эксплуатации по акустическим волнам и по электромагнитным зондирующим волнам типа Е₀₀. Особенность устройства состоит в том, что сигнализатор аварийного падения давления снабжен электромагнитными отражателями поверхностных волн типа Е₀₀, размещенными на противоположных концах контролируемого участка напорного трубопровода и рефлектометром с проводом-противовесом, соединенным электрической цепью с контролируемым участком стенки напорного трубопровода, при этом изолированный провод-противовес расположен перпендикулярно к стенке напорного трубопровода в плоскости земли при изолированном от земли корпусе рефлектометра. Благодаря регистрации на рефлектометре волн, распространяющихся как внутри напорного трубопровода (гидроударная волна), так и по его поверхности (поверхностная электромагнитная волна Е₀₀), повышается эффективность и точность обнаружения места поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода. 1 ил.

Устройство для дистанционного обнаружения мест поврежденной изоляции и стенки напорного трубопровода, содержащее сигнализатор аварийного падения с полостями, соединенными параллельно расположенными каналами с дюзами и соплом-заслонкой, отличающееся тем, что сигнализатор аварийного падения снабжен электромагнитными отражателями поверхностных волн, выполненными в виде металлических дисков-отражателей электромагнитных поверхностных волн типа Е₀₀ и размещенными на противоположных концах контролируемого участка напорного трубопровода, рефлектометром с проводом-противовесом, соединенным электрической цепью с контролируемым участком стенки напорного трубопровода, при этом изолированный провод-противовес расположен перпендикулярно к стенке напорного трубопровода в плоскости земли при изолированном соответственно корпусе рефлектометра от земли, причем эксплуатация рефлектометра осуществляется в режиме регистрации рефлектограмм электромагнитных поверхностных волн типа Е₀₀.