Аппаратура для обнаружения дефектов трубопроводов Российский патент 2018 года по МПК G01N29/04 F17D5/02 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля технического состояния трубопроводов акустическим способом.

Известна аппаратура аналогичного назначения, содержащая кольцевые передающую и кольцевую приемную акустические системы, расположенные вдоль контролируемого участка трубопровода на заданной базе (US 2014202249, кл. G01H 5/00, G01N 29/22, 2014).

Акустические передающая и приемная системы выполнены в виде колец с ультразвуковыми пьезоэлектрическими преобразователями, прикрепленных к открытому участку трубопровода и электрически соединенных с программно-аппаратным комплексом.

Кольцевые передающие и приемные акустические системы выполнены с возможностью перемещения вдоль трубопровода.

Недостатком этого устройства является низкое пространственное разрешение дефектов трубопровода. С помощью известного аналога можно только обнаружить, что дефект расположен между передающей и приемной акустической системами, т.е. на заданной базе измерения.

Известна аппаратура для обнаружения дефектов трубопроводов, содержащая кольцевую приемо-передающую акустическую систему, выполненную в виде антенной решетки пьезоэлектрических преобразователей, прикрепляемую к открытому участку трубопровода с помощью прижимного устройства для обеспечения сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с наружной поверхностью трубопровода, и программно-аппаратный комплекс для коммутации и интерпретации данных (CN 201322742, кл. G01N 29/14, 2009).

Данное техническое решение принято за прототип.

В прототипе антенная решетка пьезоэлектрических преобразователей является приемной, а в качестве передающего преобразователя используется более громоздкий электро-магнитный преобразователь.

Применение электромагнитного преобразователя в качестве излучателя акустических зондирующих волн вместо пьезоэлектрических преобразователей объясняется наличием плохого сухого акустического контакта у пьезоэлектрического преобразователя и, как следствие этого, слабая интенсивность генерируемой преобразователем акустической зондирующей волны.

Это является недостатком прототипа.

Вторым недостатком прототипа является отсутствие в нем устройства позиционирования вдоль трубопровода, что ограничивает область контроля трубопровода с помощью известной аппаратуры.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение высококачественного сухого акустического контакта пьезоэлектрических акустических преобразователей антенных решеток с наружной поверхностью трубопровода и обеспечение возможности позиционирования аппаратуры вдоль трубопровода.

Данный технический результат достигают за счет того, что аппаратура для обнаружения дефектов трубопроводов, содержащая кольцевую приемопередающую акустическую систему, выполненную в виде антенных решеток пьезоэлектрических преобразователей, прикрепляемую к открытому участку трубопровода с помощью прижимного устройства, и программно-аппаратный комплекс для коммутации и интерпретации данных, дополнительно содержит устройство позиционирования, выполненное в виде пояса с пазами, направленными вдоль образующих трубопровода, а антенные решетки выполнены в виде съемных модулей пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей, устанавливаемых в пазы устройства позиционирования, при этом прижимное устройство выполнено в виде магнитопроводов, установленных в съемных модулях антенных решеток.

Пьезоэлектрические преобразователи в съемных модулях установлены в шахматном порядке.

Магнитопроводы установлены в съемных модулях между пьезоэлектрическими преобразователями в шахматном порядке.

Вокруг каждого пьезоэлектрического преобразователя антенных решеток установлены защитные манжеты.

Для улучшения качества сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с наружной поверхностью трубопровода, каждый из пьезоэлектрических преобразователей антенных решеток выполнен подпружиненным.

Пояс с продольными пазами выполнен из винипласта, закрепляемого на трубопроводе с помощью магнитов.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема аппаратуры; на фиг. 2 - схема аппаратуры, установленной на трубопроводе; на фиг. 3 - съемный модуль пьезоэлектрических преобразователей с сухим точечным контактом, вид снизу; на фиг. 4 - съемный модуль пьезоэлектрических преобразователей с сухим точечным контактом, вид сбоку

Аппаратура для обнаружения дефектов трубопровода содержит приемо-передающую акустическую систему, выполненную в виде пьезоэлектрических преобразователей, объединенных в съемные модули антенных решеток 1 (фиг. 1, 2), прикрепляемые к открытому участку трубопровода 2 с помощью прижимного устройства для обеспечения сухого акустического контакта с наружной поверхностью трубопровода 2.

Имеется также устройство позиционирования модулей антенных решеток 1 на трубопроводе 2, выполненное в виде пояса 3 с пазами 4, направленными вдоль образующих трубопровода 2.

Антенные решетки, выполненные в виде съемных модулей (фиг. 3, 4), устанавливаемых в пазы 4 пояса 3, прижимаются к поверхности трубопровода 2 с помощью магнитопроводов 5.

Для этой же цели (обеспечение необходимого усилия прижима) внутри корпуса 6 модуля 1 каждый пьезоэлектрический преобразователь 7 (фиг. 3, 4) оснащен пружинным механизмом (на чертежах не показан).

Для предотвращения попадания влаги, пыли или грязи внутрь корпуса 6 модуля 1, вокруг каждого преобразователя 7 предусмотрена защитная манжета (на чертежах не показана).

Пьезоэлектрические преобразователи в каждом съемном модуле 1 (фиг. 3, 4) установлены в шахматном порядке. Магнитопроводы 5 в съемных модулях 1 между пьезоэлектрическими преобразователями 7 также установлены в шахматном порядке.

Это позволяет усилить технический эффект за счет увеличения прижимающего усилия каждого пьезоэлектрического преобразователя в модуле к поверхности трубопровода 2.

Пояс 3 с пазами 4 может быть выполнен из винипласта, закрепляемого на трубопроводе 2 с помощью магнитов (на чертежах не приведены).

Прижимным устройством для обеспечения акустического контакта пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей 7 с поверхностью трубопровода 2 служат магнитопроводы 5 и непоказанный на чертежах пружинный механизм внутри корпуса 6 модуля 1.

Аппаратура также содержит модуль 8 коммутации для обеспечения совместной работы модулей 1 пьезоэлектрических преобразователей (фиг. 1).

Модуль 8 коммутации соединен с пьезоэлектрическими преобразователями 7 модулей 1 проводами 9. Каждый из преобразователей 7 соединен с протектором 10. Под позицией 11 (фиг. 4) изображены электроды пьезоэлектрических преобразователей 7.

Корпус 6 каждого модуля 1 содержит цилиндрические углубления, в которые размещают преобразователи 7.

Аппаратура работает следующим образом.

На исследуемый участок трубопровода 2 с помощью прижимного устройства устанавливается аппаратура для обнаружения дефектов трубопровода в виде трещин и очагов коррозии.

При этом протектор 10 (фиг. 3), передающий ультразвуковые колебания от пьезоэлектрического преобразователя в точку акустического контакта имеет размеры, много меньшие длины волны. Имея малые волновые размеры, протектор колеблется как сосредоточенное тело, почти не деформируясь.

Аппаратура работает в режиме эхолокатора и в контролируемом изделии (трубопроводе 2) с помощью преобразователей 7 и протекторов 10 возбуждается горизонтально поляризованная волна.

Вдоль трубопровода 2 направляется акустический импульс от месторасположения акустического сухого контакта. Если на пути акустического импульса появится дефект в виде акустической неоднородности (трещина или очаг коррозии), то часть импульса отразится назад к антенным решеткам.

Амплитуда отраженного импульса позволяет оценить размеры акустической неоднородности, а время его появления - координату расположения неоднородности в трубопроводе.

Устройство позиционирования позволяет в случае необходимости устанавливать аппаратуру на другой участок трубопровода.

При этом магнитопроводы, установленные в поясе с пазами, позволяют легко снимать и сдвигать аппаратуру на другой участок трубопровода при обеспечении высококачественного сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с трубопроводом.

Этим достигается поставленный технический результат.

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния трубопроводов акустическим способом. Сущность изобретения заключается в том, что аппаратура для обнаружения дефектов трубопроводов содержит кольцевую приемо-передающую акустическую систему, выполненную в виде антенных решеток пьезоэлектрических преобразователей, прикрепляемую к открытому участку трубопровода с помощью прижимного устройства, и программно-аппаратный комплекс для коммутации и интерпретации данных, при этом аппаратура дополнительно содержит устройство позиционирования, выполненное в виде пояса с пазами, направленными вдоль образующих трубопровода, а антенные решетки выполнены в виде съемных модулей пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей, устанавливаемых в пазы устройства позиционирования, причем прижимное устройство выполнено в виде магнитопроводов, установленных в съемных модулях антенных решеток. Технический результат: обеспечение возможности получения высокого сухого акустического контакта пьезоэлектрических акустических преобразователей антенных решеток с наружной поверхностью трубопровода. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Аппаратура для обнаружения дефектов трубопроводов, содержащая кольцевую приемо-передающую акустическую систему, выполненную в виде антенных решеток пьезоэлектрических преобразователей, прикрепляемую к открытому участку трубопровода с помощью прижимного устройства, и программно-аппаратный комплекс для коммутации и интерпретации данных, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство позиционирования, выполненное в виде пояса с пазами, направленными вдоль образующих трубопровода, а антенные решетки выполнены в виде съемных модулей пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей, устанавливаемых в пазы устройства позиционирования, при этом прижимное устройство выполнено в виде магнитопроводов, установленных в съемных модулях антенных решеток.

2. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи в съемных модулях установлены в шахматном порядке.

3. Аппаратура по п. 2, отличающаяся тем, что магнитопроводы установлены в съемных модулях между пьезоэлектрическими преобразователями в шахматном порядке.

4. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что вокруг каждого пьезоэлектрического преобразователя антенных решеток установлены защитные манжеты.

5. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из пьезоэлектрических преобразователей антенных решеток выполнен подпружиненным.

6. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что пояс с продольными пазами выполнен из винипласта, закрепляемого на трубопроводе с помощью магнитов.