Устройство для магнитометрической диагностики наземных трубопроводов и емкостей без удаления изоляционного покрытия Российский патент 2020 года по МПК B23P6/00 

Устройство относится к исследованиям покрытых поверхностей, например, для магнитной диагностики стальных трубопроводов без удаления изоляционного покрытия.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам магнитной диагностики наземных трубопроводов промышленных площадок, трубопроводов наземных коммунальных сетей, теплотрасс, а также, подземных трубопроводов в шурфах, вне зависимости от диаметра трубопровода.

Известен магнитный дефектоскоп, содержащий разъемную раму, состоящую из основания и двух полурам, снабженных шарнирами. Рама контактирует с поверхностью трубопровода приводными колесами, связанными с мотор-редуктором продольного движения, опорными и прижимными колесами и роликовыми опорами. Два магнитных модуля с блоками датчиков магнитного поля, один из которых намагничивает стенку трубопровода в продольном направлении, а другой - в поперечном, закреплены через подвесы на зубчатом кольце, состоящем из двух полуколец, соединенных петлевым узлом. Кольцо установлено на роликовых опорах рамы и соединено с мотор-редуктором привода окружного движения. На раме установлены одометр продольного движения, энергетическая установка, электрически соединенные с блоком управления приводами продольного и окружного движения. На зубчатом кольце установлены одометр окружного движения, блок накопления информации, соединенный с датчиками магнитного поля и одометрами, и блок питания (см., патент RU 2295721 G01N 1/00).

Недостатком данного технического решения является большая масса оборудования, необходимость иметь сменные рамы для трубопроводов различных диаметров, большое энергопотребление, связанное с необходимостью предварительного намагничивания металла.

Известен магнитный дефектоскоп цилиндрических объектов (а.с. SU 1161859, G01N 1/00), содержащий намагничивающую систему, измерительные преобразователи (датчики), блок регистрации, и тележку, выполненную в виде самоходного шасси. В данном устройстве устанавливают дефектоскоп на контролируемую поверхность, ориентируют его вдоль заданного направления, устанавливают заданное значение зазора между полюсом намагничивающей системы и контролируемой поверхностью, перемещают дефектоскоп по контролируемой поверхности и регистрируют потоки рассеяния магнитного поля от дефектов с помощью измерительного преобразователя.

Этот дефектоскоп обладает большой массой, вследствие чего имеет неустойчивое положение опор. Также, производить диагностику наземных трубопроводов промышленных площадок, имеющих небольшие радиусы изгиба, а также при наличии близкорасположенных конструкций, невозможно.

Известно устройство для бесконтактной диагностики стальных трубопроводов, содержащее, по крайней мере, два датчика идентичных датчика для измерения магнитного поля, устанавливаемые на расстоянии от 1 до 10000 м. друг от друга на оси трубопровода, средство синхронизации датчиков, средство для записи изменения напряженности магнитного поля, вызванного блуждающими токами, и средство обработки данных. Недостатком данного устройства является невозможность точной локализации дефекта, поскольку будет известно только то, что дефект находится где-то между двумя датчиками магнитного поля (см., патент RU 2506581, G01N 1/00).

Известно устройство для наружного неразрушающего контроля стенок труб (обнаружение дефектов, потери металла, растрескивание в стенках труб) непосредственно во время проведения ремонтных работ при замене изоляции трубопровода. Устройство содержит магнитную поисковую систему, в которую входит подпружиненный блок преобразователей с измеряющими датчиками, которые измеряют магнитное поле рассеяния над поверхностью исследуемого объекта, блок намагничивания, блок электроники и транспортирующие элементы. Кроме того, магнитная поисковая система имеет устройство блокирования магнитного поля, что позволяет без затруднения снять дефектоскоп с исследуемого объекта после окончания работ. В блок преобразователей входит двухкоординатные энкодеры, которые конструктивно изготовлены единым узлом с блоком преобразователей и подпружиненной подвеской, (см., а.с. SU 2563601).

Недостатком данного устройства является возможность работать только при полностью снятой изоляции трубопровода при проведении ремонтных работ, что ограничивает область применения устройства, а также, в необходимости осуществлять предварительное намагничивание контролируемой поверхности, что значительно повышает энергопотребление, массу и габариты устройства.

Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату является устройство для вихретоковой магнитной дефектоскопии ферромагнитных объектов для выявления дефектов в поверхностных и подповерхностных объектах. Устройство содержит источник постоянного магнитного поля, линейку вихретоковых преобразователей между его полюсами, параллельную полюсам, и узел регулировки намагничивающего постоянного поля. Узел регулировки выполнен в виде рамы и подрамника, соединенных с возможностью поворота относительно оси вращения, направленной вдоль одной из сторон рамы и перпендикулярной линейке преобразователей, а, также, фиксаторов подрамника относительно рамы с заданным углом между их плоскостями. Система обеспечивает создание магнитного поля монотонно изменяющегося вдоль линейки преобразователей. Недостатком данного устройства является необходимость в предварительном намагничивании контролируемой поверхности и зачистки поверхности от изоляционного покрытия. Вихретоковые преобразователи магнитного поля реагируют только на трещиноподобные дефекты, и с большими потерями чувствительности на коррозионные дефекты, и совсем не реагируют на иные концентраторы напряжений, связанные с расслоениями металла, вмятины, гофры и т.п. (см., a.c. SU 2566416).

Техническим результатом изобретения является повышение точности диагностики, расширение области применения, значительное снижение габаритов и энергопотребления устройства, повышение производительности оборудования, а, также, возможность сплошного (непрерывного) контроля трубопроводов без снятия теплоизоляционного покрытия толщиной до 150 мм.

Сущность изобретения состоит в использовании линейно расположенных датчиков магнитного поля магниторезистивного типа с шагом 2,5 см, причем, в одной секции устройства расположено 16 датчиков, с возможностью увеличения полосы охвата с помощью пристыковки необходимого количества секций (до 4-х). Рабочее положение устройства - параллельно образующей трубопровода, при этом устройство перемещается по окружности, что позволяет использовать устройство на трубопроводах любых диаметров без трансформации системы. Данные передаются на блок памяти и отображения информации с помощью системы беспроводной связи, что исключает наличие кабелей. Собранная информация отображается на устройстве отображения информации в виде цветовой картины, на которой каждому цвету соответствует определенный уровень намагниченности поверхности трубопровода.

Новизна данного технического решения состоит в применении высокочувствительных магниторезистивных преобразователей магнитного поля, позволяющих производить контроль поверхности без предварительного намагничивания и снятия изоляционного покрытия; в представлении данных не в виде магнитограммы по каждому датчику, затрудняющего общее представление о распределении магнитного поля по контролируемой поверхности, а в виде цветной картины, на которой каждому цвету соответствует определенная величина намагниченности поверхности; в возможности наращивания ширины полосы охвата путем пристыковки дополнительных измерительных блоков; в возможности контроля трубопроводов и резервуаров любых диаметров без адаптации измерительной системы; в применении беспроводной связи между измерительным блоком датчиков магнитного поля с блоком отображения и хранения информации, что значительно облегчает производство полевых работ.

Изобретение иллюстрируют чертежи.

На фигуре 1 изображена блок-схема устройства, где:

1 - датчик магнитного поля;

2 - усилитель;

3 - фильтр низких частот;

4 - АЦП;

5 - контроллер;

6 - блок беспроводной связи;

7 - устройство отображения информации;

8 - блок памяти.

На фигуре 2 показана картина распределения магнитного поля поверхности трубопровода на участке 50×50 см. Виден продольный шов и области повышенной намагниченности, связанные с язвенной коррозией более 50% толщины стенки в околошовной зоне.

На фигуре 3 показан вид измерительного блока устройства (блок датчиков магнитного поля).

На фигуре 4 показана схема расположения блока датчиков на поверхности контролируемого трубопровода, где:

9 - трубопровод с теплоизоляционным покрытием;

10 - блок датчиков магнитного поля;

11 - ширина полосы захвата;

12 - теплоизоляция;

13 - направление движения при контроле поверхности.

Устройство работает следующим образом.

Устройство содержит идентичных 16 каналов измерения магнитного поля.

Каждый канал устроен следующим образом.

В качестве первичного датчика (преобразователя) магнитного поля (1) использован магниторезистивный измеритель индукции магнитного поля Honeywell НМС 1053. Сигнал с датчика магнитного поля поступает на усилитель (2), выполненный на базе микросхемы AD 8642, затем на LC-фильтр низких частот (3), предназначенный для повышения помехоустойчивости устройства при работе в условиях сильного электромагнитного фона промышленных площадок, после чего отфильтрованный сигнал поступает на АЦП (4), в качестве которого используется микросхема ADS 1115, с выхода которого сигнал поступает на вход контроллера (5) типа Atmega 326Р, с выхода которого сигнал поступает на устройство (6) беспроводной связи типа НС-06, с выхода которого сигнал поступает на устройство отображения информации (7) LM 4228 и блок памяти (8) КНПС. 467669.01.

Конструкция устройства такова.

Датчики магнитного поля, установленные линейно друг за другом с шагом 2,5 см, перпендикулярно направлению движения антенного блока по контролируемой поверхности, воспринимают магнитное поле поверхности, в результате чего на экране устройства отображения информации отображается картина распределения магнитного поля поверхности.

Изобретение относится к области ремонта стальных трубопроводов и может быть использовано для магнитной диагностики стальных трубопроводов без удаления изоляционного покрытия. Устройство содержит идентичные измерительные каналы магнитного поля, содержащие датчики магнитного поля, расположенные линейно параллельно продольной оси трубопровода. Каждый канал содержит усилитель, фильтр низких частот, а также содержит общий АЦП, контроллер, устройство беспроводной связи, блок отображения информации и блок памяти. Выход каждого датчика магнитного поля соединен со входом усилителя, выход которого соединен с фильтром низких частот, выход которого соединен со входом АЦП, выход которого соединен с контроллером, выход которого соединен с устройством беспроводной связи, первый выход которого соединен со входом устройства отображения информации, второй выход контроллера соединен с блоком памяти. В качестве датчиков магнитного поля используются магниторезистивные преобразователи, не требующие предварительного намагничивания контролируемой поверхности. Изобретение позволяет повысить точность диагностики, расширить область применения, значительно снизить габариты и энергопотребление устройства, а также обеспечивает возможность непрерывного контроля трубопроводов без снятия теплоизоляционного покрытия толщиной до 150 мм. 4 ил.

Устройство для магнитной диагностики стальных трубопроводов без удаления изоляционного покрытия, содержащее общий АЦП, контроллер, устройство беспроводной связи, блок отображения информации, блок памяти, идентичные измерительные каналы магнитного поля с датчиками магнитного поля, расположенными линейно параллельно продольной оси трубопровода, при этом каждый упомянутый измерительный канал содержит усилитель и фильтр низких частот, при этом выход каждого датчика магнитного поля соединен со входом усилителя, выход которого соединен с фильтром низких частот, выход которого соединен со входом АЦП, выход которого соединен с контроллером, выход которого соединен с устройством беспроводной связи, первый выход которого соединен со входом устройства отображения информации, второй выход контроллера соединен с блоком памяти, отличающееся тем, что в качестве датчиков магнитного поля используют магниторезистивные преобразователи, не требующие предварительного намагничивания контролируемой поверхности.