Способ неразрушающего контроля трубопроводов и устройство для его реализации Российский патент 2019 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для проведения неразрушающего контроля трубопроводов, в том числе подземных, с целью поиска дефектов таких как площадные утонения, свищи, язвенная коррозия и определения остаточной толщины в местах найденных дефектов.

Известно техническое решение, являющееся наиболее близким к заявляемому техническому решению относительно устройства [RU 156827, U1, G01N 27/83, 20.11.2015], содержащее создающий магнитное поле узел, преобразователь изменения магнитного поля в электрическое напряжение, приводной механизм, а также блоки управления и обработки, причем, создающий магнитное поле узел выполнен в виде источника переменного тока, выходы которого подключены к концам проверяемого участка трубы, преобразователь изменения магнитного поля в электрическое напряжение включает в себя катушки индуктивности, соединенные с блоком обработки, и снабжен соединенными с блоками обработки и управления узлами вращения катушек вокруг оси трубы и поддержания постоянного зазора между ними и внутренней поверхностью трубы, а также связанной с монитором отображения контролируемой зоны трубы обзорной видеокамерой, при этом, приводной механизм оборудован соединенной с блоком управления системой аварийного извлечения из трубопровода помещенной в него части устройства и связан с преобразователем изменения магнитного поля в электрическое напряжение шарнирно-карданным соединением.

Недостатком этого технического решения является относительно низкое качество и точность контроля.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению относительно способа является способ контроля недоступного металлического трубопровода [RU 2596862, C1, G01N 27/83, G01B 7/06, 10.09.2016], согласно которому через металлический трубопровод пропускают в продольном направлении переменный электрический ток, измеряют создаваемое им магнитное поле на определенном расстоянии от стенки трубы, продвигаясь вдоль нее, при этом, изменение толщины стенки трубопровода устанавливают по отличию измеренных величин индукции магнитного поля оценкой их отношения, причем, создаваемое переменным током магнитное поле измеряют на неизменном расстоянии от внутренней стенки трубы во внутренней ее полости, продвигаясь вдоль нее с остановками на время полного оборота вокруг оси трубы, одновременно в нескольких точках, расположенных на продольных трубе отрезках при повороте вокруг ее оси, по данным измерения вычисляют среднее арифметическое значение индукции магнитного поля в каждом месте прерывания продольного движения, а изменение толщины стенки в точках цилиндрической поверхности трубы устанавливают как функцию прямой пропорциональности от отношения среднего значения индукции магнитного поля внутри трубопровода каждого места прерывания продольного движения к ее значению в точках измерения с коэффициентом пропорциональности, равным заранее определенной величине толщины бездефектного участка трубы.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно никое качество и точность контроля трубопроводов, вызванные следующими факторами:

- не учитывается, что сваренные трубы изготовлены из материалов с разными магнитными и электрическими характеристиками;

- не учитывается влияние переходов из трубы с большей толщиной стенки в трубу с меньшей толщиной стенки и наоборот;

- сквозное отверстие в трубе при использовании известного способа может восприниматься как площадное утонение;

- нечувствительность к утонению стенки трубы, размер которой превышает интервал усреднения индукции магнитного поля;

- возможность ложного срабатывания при наличии таких конструктивных элементов, как спиральные и продольные сварные соединения, опоры труб, приваренные металлические предметы и т.п.

Задачей заявляемого технического решения является создание способа и устройства для проведения достоверного неразрушающего контроля трубопроводов теплосетей при наличии разнотолщинности и при использовании труб, изготовленных из различных марок конструкционных и трубных сталей в составе трубопровода с целью повышения достоверности и качества контроля.

Требуемый технический результат относительно способа заключается в повышении качества, достоверности и точности контроля при одновременном расширении арсенала технических средств, используемых при контроле неравномерности толщины стенок трубопроводов и других их характеристик.

Поставленная задача относительно способа решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, через трубопровод пропускают ток с широкополосным равномерным спектром в диапазоне 200 Гц-1 кГц и перемещают в продольном направлении внутри металлического трубопровода диагностический робот с измерительным узлом, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода, согласно изобретению, фиксируют в каждый текущий период измерений продольные и угловые координаты датчиков, анализируют спектры их выходных сигналов и определяют частоту максимальной по амплитуде гармоники, по которой судят о минимальной толщине стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала в области действия измерительного узла, при этом, действующее значение тока в каждый текущий период измерений устанавливают исходя из равенства среднего значения амплитуд сигналов с датчиков магнитного поля их среднему значению за предыдущий период измерений.

Задачей создания устройства, реализующего предложенный способ, является расширение арсенала технических средств, используемых при контроле неравномерности толщины стенок трубопроводов и создание устройства, позволяющего повысить достоверность и качество контроля.

Требуемый технический результат относительно устройства заключается в повышении качества, достоверности и точности контроля при одновременном расширении арсенала технических средств, используемых при контроле неравномерности толщины стенок трубопроводов и других их характеристик.

Поставленная задача относительно устройства решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее блок управления, включающий генератор тока, соединенный с трубопроводом, и блок обработки данных, согласно изобретения, введен диагностический робот с измерительным узлом, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода, при этом, выход блока обработки данных соединен с управляющим входом генератора тока, а вход блока обработки соединен с выходами датчиков амплитуды магнитного поля измерительного узла и выполнен с возможностью фиксации текущих продольных и угловых координат датчиков, анализа спектров их выходных сигналов и определения частоты максимальной по амплитуде гармоники, по которой определяют минимальную толщину стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала в области действия измерительного узла, а также регулировки величины тока, который пропускают через трубопровод, путем его регулировки исходя из постоянства среднего значения амплитуд магнитного поля датчиков при их перемещении в продольном направлении внутри металлического трубопровода.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, блок управления оснащен блоком отображения информации.

На чертеже представлен пример устройства, реализующий предложенный способ неразрушающего контроля трубопроводов, совместно с трубопроводом и блоком отображения информации.

На чертеже обозначены: 1 - блок отображения информации, 2 - блок управления, 3 - генератор тока, 4 - блок обработки данных, 5 - диагностический робот с измерительным узлом 6, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода, 7 - металлический трубопровод.

Устройство содержит блок 2 управления, включающий генератор 3 тока, соединенный с трубопроводом 7, а также блок 4 обработки данных.

Кроме того, устройство содержит диагностический робот 5 с измерительным узлом 6, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода.

В устройстве выход блока 4 обработки данных соединен с управляющим входом генератора 3 тока, а вход блока 4 обработки соединен с выходами датчиков амплитуды магнитного поля измерительного узла 6 и выполнен с возможностью фиксации текущих продольных и угловых координат датчиков, анализа спектров их выходных сигналов и определения частоты максимальной по амплитуде гармоники, по которой определяют минимальную толщину стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала в области действия измерительного узла, а также регулировки величины тока, который пропускают через трубопровод, путем его регулировки исходя из постоянства среднего значения амплитуд сигналов с датчиков магнитного поля их среднему значению за предыдущий период измерений при их перемещении в продольном направлении внутри металлического трубопровода.

Работает устройство неразрушающего контроля трубопроводов, которое реализует предложенный способ, следующим образом.

При помощи генератора 3 тока, через трубопровод 7 пропускается ток с широкополосным спектром близким к равномерному, в диапазоне частот 200 Гц-1кГц. Диагностический робот 5, содержащий измерительный узел 6, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода 7, перемещают вдоль трубопровода 7 и датчики магнитного поля измерительного узла 6 непрерывно производят считывание амплитуды магнитного поля внутри трубопровода 7. В блоке 2 управления производится регулировка действующего значения тока проходящего через трубопровод путем подачи сигнала от блока 4 на управляющий вход генератора 3. Регулировка осуществляется таким образом, чтобы вычисленное среднее значение сигналов с датчиков магнитного поля измерительного узла 6 поддерживалось примерно постоянным. Таким образом компенсируется эффект изменения уровня сигналов с датчиков в трубопроводе при переходе между трубами с разной толщиной.

В блоке 4 фиксируются текущие продольные и угловые координаты датчиков, анализируют спектры их выходных сигналов и определяют частоту максимальной по амплитуде гармоники, по которой судят о минимальной толщине стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала в области действия измерительного узла. При этом значение толщины может вычисляться при помощи калибровочной таблицы. Процесс измерений может быть отображен в блоке 1 отображения информации.

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного способа и реализующего его устройства, достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении качества, достоверности и точности контроля при одновременном расширении арсенала технических средств, используемых при неразрушающем контроле трубопроводов.

Использование: для контроля трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что через трубопровод пропускают ток с широкополосным равномерным спектром в диапазоне 200 Гц-1 кГц и перемещают в продольном внутри трубопровода датчики амплитуды магнитного поля, фиксируют в каждый текущий период измерений продольные и угловые координаты датчиков, анализируют спектры их выходных сигналов и определяют частоту максимальной по амплитуде гармоники, по которой судят о минимальной толщине стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала. Устройство, реализующее предложенный способ, блок управления, генератор тока, блок обработки данных и диагностический робот с измерительным узлом, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода. Технический результат: повышение качества, достоверности и точности контроля. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ неразрушающего контроля трубопроводов, согласно которому через трубопровод пропускают ток с широкополосным равномерным спектром в диапазоне 200 Гц - 1 кГц и перемещают в продольном направлении внутри металлического трубопровода диагностический робот с измерительным узлом, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода, отличающийся тем, что, фиксируют в каждый текущий период измерений продольные и угловые координаты датчиков, анализируют спектры их выходных сигналов и определяют частоту максимальной по амплитуде гармоники, по которой судят о минимальной толщине стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала в области действия измерительного узла, при этом, действующее значение тока в каждый текущий период измерений устанавливают исходя из равенства среднего значения амплитуд сигналов с датчиков магнитного поля в текущий период измерений их среднему значению за предыдущий период измерений.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее блок управления, включающий генератор тока, соединенный с трубопроводом, и блок обработки данных, отличающийся тем, что введен диагностический робот с измерительным узлом, на котором размещены датчики амплитуды магнитного поля внутри трубопровода, при этом, выход блока обработки данных соединен с управляющим входом генератора тока, а вход блока обработки соединен с выходами датчиков амплитуды магнитного поля измерительного узла и выполнен с возможностью фиксации текущих продольных и угловых координат датчиков, анализа спектров их выходных сигналов и определения частоты максимальной по амплитуде гармоники, по которой определяют минимальную толщину стенки трубопровода в месте, соответствующем текущим продольным и угловым координатам датчика с максимальной по амплитуде гармоникой выходного сигнала в области действия измерительного узла, а также регулировки величины тока, который пропускают через трубопровод, путем его регулировки исходя из постоянства среднего значения амплитуд магнитного поля датчиков при их перемещении в продольном направлении внутри металлического трубопровода.