СИСТЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ МАГНИТНАЯ ВНУТРИТРУБНАЯ Российский патент 2021 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к внутритрубному неразрушающему контролю нефтегазопроводов, нефтепродуктопроводов, технологических трубопроводов методом продольного намагничивания. Изобретение может быть использовано для оценки состояния стенок трубопроводов методом регистрации рассеяния магнитного потока как в составе самодвижущегося инспекционного робота, так и в автономном режиме.

Метод магнитной диагностики заключается в следующем: измерительная система оснащена постоянными магнитами, создающими в стенке трубы мощное магнитное поле. Во время движения измерительной системы вдоль трубопровода датчики, установленные между магнитными полюсами, регистрируют любое изменение магнитного потока, вызванное изменением толщины стенки или дефектами трубы.

Известно устройство для анализа аномалий в стенке трубопровода [см. патент США № US5864232, приоритет 22.08.1996 г.], содержащее магнитную измерительную систему, состоящую из множества сегментов, расположенных по окружности вокруг корпуса, причем каждый сегмент гибко установлен на корпусе для обеспечения возможности его перемещения радиально внутрь и радиально наружу для обеспечения зазора в том случае, когда он сталкивается с препятствиями при его прохождении по трубопроводу.

Известное устройство с магнитной измерительной системой обладает следующими недостатками. Секция измерительная, состоящая из корпуса, опорных колес, сегментного магнитопровода с колесами по обоим сторонам сегмента и тросовыми щетками позволяет диагностировать прямолинейный участок трубопровода. При прохождении отводов, особенно крутоизогнутых, происходит отрыв датчиков от поверхности трубопровода из-за того, что сегмент не может повторить геометрию отвода. Еще один недостаток заключается в том, что на сегментах магнитопровода установлены тросовые щетки для намагничивания стенок трубы, которые подвержены изнашиванию в процессе эксплуатации и создают дополнительное сопротивление движению дефектоскопа. Также щетки не позволяют дефектоскопу двигаться в обратном направлении. Обратное направление движения снаряда необходимо при невозможности оборудовать трубопровод запасовочной и приемной камерой, запуск дефектоскопа в трубопровод и извлечение из него производится в одном и том же месте. Такие условия диагностики встречаются при обследовании технологических трубопроводов и трубопроводов нефтедобывающих платформ. Двустороннее движение дефектоскопа позволяет провести диагностику без изменения конструкции технологических трубопроводов и привлечения водолазов и специального оборудования при обследовании трубопроводов платформ.

Известно устройство для внутритрубной диагностики подводных нефтегазопроводов [см. публикацию международной заявки № WO2015074456, приоритет 23.11.2013 г.].

В известном устройстве намагниченность трубопровода осуществляется магнитами, расположенными на сегментах магнитопровода. Зазор между стенкой трубопровода и сегментами обеспечивается пластинами, на которые нанесено износостойкое покрытие. Несмотря на нанесенное покрытие, пластины подвержены износу, в связи с чем требуется их периодическая замена. Также из-за трения пластин о поверхность трубопровода необходимо значительное усилие для перемещения дефектоскопа в трубопроводе. Еще один недостаток данного технического решения заключается в том, что сегмент магнитопровода представляет собой единую конструкцию, которая не обеспечивает прилегания сегментов с пластинами к трубопроводу в отводах, и, как следствие, не обеспечивает необходимую намагниченность стенок. Также в отводах не обеспечивается прилегание датчиков к поверхности трубопровода. Кроме того, данное устройство может быть использовано только в одном направлении.

Известен измерительный снаряд для контроля трубопроводов [см. патент Российской Федерации на изобретение № 2364860, приоритет 15.04.2004 г.].

Известный снаряд содержит сегментный магнитопровод с расположенными на нем датчиками. На краях сегментов установлены опорные колеса, обеспечивающие зазор между магнитами сегмента и стенкой трубопровода.

Недостатком известного снаряда является то, что сегменты магнитопровода представляют собой единый элемент, не способный диагностировать отводы. Кроме того, конструкция снаряда позволяет осуществлять движение по трубопроводу только в одну сторону.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, присуща известному устройству с рычажным узлом для внутритрубного инспекционного снаряда [см. патент CI1IA № US9804132, приоритет 10.02.2015 г.].

Известное устройство содержит центральный корпус, задающий центральную ось секции. На корпусе установлены сегменты магнитопровода, крепящиеся с помощью системы рычагов спереди и сзади. На сегменте магнитопровода по краям установлены магниты с разной полярностью, между ними расположены датчики, позволяющие обследовать трубопровод. Рычажная система дефектоскопа обеспечивает возможность диагностировать трубопровод в двух направлениях - прямом и обратном, без повреждения прибора.

Недостатками известного устройства, принятого за прототип, является то, что сегменты магнитопровода не могут повторить изменения внутренней геометрии трубопровода. При прохождении отводов, особенно крутоизогнутых (1,5D_н), сегменты, проходящие по большему радиусу, не обеспечат прижатие датчиков к поверхности трубы, а сегменты, проходящие по малому радиусу, не обеспечат контакта магнитов с трубой, и соответственно не обеспечат необходимую намагниченность трубопровода.

Как следствие, появятся необследованные участки трубопровода. Кроме того, контакт магнитов со стенкой трубопровода происходит через сменные накладки, которые периодически необходимо менять. Так же они обуславливают возникновение значительного усилия для перемещения прибора в трубопроводе.

Указанные недостатки обусловлены тем, что сегменты магнитопровода представляют собой единую конструкцию, не имеющую возможности изменить геометрию под поверхность трубы и не обеспечивающую гарантированное прилегание датчиков и магнитов к стенке трубы. При использовании сменных накладок из-за возникновения трения скольжения, даже при нанесении на них износостойкого покрытия, накладки подвергаются значительному износу и увеличивают усилие, прилагаемое при перемещении.

Известное устройство не позволяет диагностировать трубопроводы с крутоизогнутыми отводами и обеспечить полное обследование трубопроводов с локальными изменениями профиля трубопровода.

Описанные недостатки устраняются заявляемым изобретением.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности оценки фактического состояния трубопровода при внутритрубной диагностике, а также обеспечении возможности работы дефектоскопа в прямом и обратном направлении. Технический результат достигается за счет более точного прилегания датчиков и магнитов к стенке трубопровода, в том числе при прохождении крутоизогнутых отводов, а также применением симметричной конструкции системы.

Технический результат изобретения достигается тем, что система измерительная магнитная внутритрубная содержит корпус, задающий центральную ось, блок электроники, опоры колесные, одометрические колеса, блоки магнитов, сегменты, установленные на корпусе и распределенные по окружности вокруг центральной оси, при этом каждый сегмент содержит основание, на котором установлен по меньшей мере один датчик.

Дополнительно каждый сегмент содержит по два звена, которые закреплены к основанию с помощью осей с возможностью изменять угловое положение относительно основания, на каждом звене установлен блок магнитов и башмак с роликами, выполненный с возможностью обеспечения постоянного зазора между ним и внутренней поверхностью трубопровода. Кроме того, каждый сегмент установлен на опоры колёсные, которые закреплены на корпусе с обеих сторон, а на основании каждого сегмента закреплены подвесы с блоками датчиков, обеспечивающие прилегание блоков датчиков к внутренней поверхности трубопровода.

При этом каждый сегмент содержит основание и два звена, которые закреплены к основанию с помощью шарниров.

Также система измерительная магнитная внутритрубная содержит два одометрических колеса спереди в горизонтальной плоскости, и два одометрических колеса сзади в вертикальной плоскости, при этом одометрические колёса интегрированы в опоры колёсные.

Между подвесами с блоками датчиков установлены пружины, компенсирующие изменение зазора при прохождении сужений трубопровода и обеспечивающие равномерное распределение блоков датчиков по поверхности трубопровода, при этом блоки датчиков прижаты к поверхности трубы с помощью пружин через соответствующие рычаги.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид системы измерительной магнитной внутритрубной для использования в автономном режиме в изометрической проекции.

На фиг.2 приведена система измерительная магнитная внутритрубная в разрезе.

На фиг. 3 изображён сегмент системы измерительной магнитной.

На фиг. 4 изображён подвес блока датчиков.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - сегмент системы измерительной магнитной;

2 - опора колесная;

3 - корпус;

4 - блок электроники;

5 - подвес блока датчиков;

6 - одометрическое колесо;

7 - звено;

8 - основание;

9 - ось;

10 - башмак;

11 - блок магнитов;

12 - ролик;

13 - основание;

14 - кронштейн;

15 - прижим;

16 - пружина;

17 - блок датчика;

18 - корпус;

19, 20 - рычаги;

21, 22 - пружины;

23 - основание.

Заявленная система измерительная магнитная внутритрубная состоит из сегментов 1, которые опираются на опоры колесные 2. Опоры колесные центрируют систему измерительную в трубопроводе и обеспечивают подвод сегментов к поверхности трубы. Также опоры колесные обеспечивают прохождение сужений трубопровода, уводя сегменты от препятствий. Опоры колесные установлены на корпусе 3 с двух сторон измерительной системы, обеспечивая движение как в прямом, так и в обратном направлении. В корпусе 3 расположен блок электроники 4, который позволяет работать в автономном режиме, содержит элементы питания и осуществляет сбор, обработку и сохранение данных по диагностируемому трубопроводу. К сегментам крепятся подвесы блоков датчиков 5, обеспечивая прилегание блоков датчиков к внутренней поверхности трубопровода.

Блок датчиков состоит из вихретоковых датчиков, датчиков Холла для измерения поперечной составляющей индукции магнитного поля и датчиков Холла для измерения продольной составляющей магнитного поля.

Спереди и сзади, в противоположных плоскостях установлены по 2 одометрических колеса 6. Спереди, в горизонтальной плоскости, напротив друг друга установлены 2 одометрических колеса 6. Сзади, в вертикальной плоскости также установлены 2 одометрических колеса. Одометрические колеса 6, интегрированные в опоры колесные 2, обеспечивают возможность определения длины пройденной дистанции в обоих направлениях.

Сегмент устроен следующим образом. Звенья 7 крепятся к основанию сегмента 8 с помощью осей 9 и имеют возможность изменять угловое положение относительно основания. Такое перемещение, при прохождении отводов, позволяет обеспечить максимальное прилегание башмаков 10 к внутренней поверхности трубопровода. Для формирования магнитного поля и обеспечения необходимого уровня напряженности магнитного поля диагностируемого участка трубопровода на звенья 7 установлены блоки магнитов 11 противоположной полярности. Для снижения тягового усилия при перемещении и предотвращения трения башмаков по поверхности трубопровода на башмаках сегментов расположены ролики 12, которые обеспечивают постоянный зазор между башмаками и внутренней поверхностью трубопровода.

Подвесы блоков датчиков крепятся к основанию подвеса 13 через кронштейны 14 с помощью прижима 15. Блок датчика имеет возможность перемещаться в поперечном направлении относительно направления движения. Между подвесами установлены пружины 16, компенсирующие изменение зазора при прохождении сужений трубопровода. Также пружины 16 обеспечивают равномерное распределение блоков датчиков по поверхности трубопровода. Блок датчика 17 размещается в корпусе 18, который крепится к основанию с помощью рычагов 19 и 20. На поверхности корпуса 18, контактирующей с поверхностью трубы, нанесено износостойкое покрытие. Корпус 18 вместе с блоком датчиков 17 через рычаги 19 и 20 прижимается к поверхности трубы с помощью пружин 21 и 22. Рычаги 19 и 20 прикреплены к основанию 23.

Устройство работает следующим образом.

При движении по трубопроводу система измерительная опирается на опоры колесные 2, центрирующие ее и обеспечивающие подвод сегментов к внутренней поверхности трубы. Магниты 11 противоположной полярности, через башмаки 10 создают в стенке трубы мощное магнитное поле, а блоки датчиков 17, установленные между блоками магнитов 11, регистрируют любое изменение магнитного потока, вызванное изменением толщины стенки или дефектами трубы. Ролики 12 при движении системы измерительной по трубопроводу уменьшают трение и обеспечивают постоянный зазор между башмаками 10 и внутренней поверхностью трубопровода. Измерение пройденной дистанции осуществляется четырьмя, расположенными по два спереди и сзади, интегрированными в опоры колесные, одометрическими колесами 6. Блок электроники 4, расположенный в корпусе 3 в автономном режиме обеспечивает сбор, обработку и сохранение данных. Симметричная конструкция позволяет диагностировать трубопровод при движении системы как в прямом, так и в обратном направлении.

Изобретение относится к внутритрубному неразрушающему контролю трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что система измерительная магнитная внутритрубная состоит из сегментов, установленных на корпусе и распределенных по окружности вокруг центральной оси, при этом каждый сегмент состоит из трех связанных шарниром звеньев. Сегменты установлены на опоры колесные, которые закреплены на корпусе с обеих сторон, а на основании закреплены подвесы с блоками датчиков. Технический результат – повышение точности оценки фактического состояния трубопровода при внутритрубной диагностике и обеспечение возможности работы дефектоскопа в прямом и обратном направлении. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система измерительная магнитная внутритрубная, содержащая корпус, задающий центральную ось, блок электроники, опоры колёсные, одометрические колёса, блоки магнитов, сегменты, установленные на корпусе и распределённые по окружности вокруг центральной оси, при этом каждый сегмент содержит основание, на котором установлен по меньшей мере один датчик, отличающаяся тем, что каждый сегмент дополнительно содержит два звена, которые закреплены к основанию с помощью осей с возможностью изменять угловое положение относительно основания, на каждом звене установлен блок магнитов и башмак с роликами, выполненный с возможностью обеспечения постоянного зазора между ним и внутренней поверхностью трубопровода, при этом каждый сегмент установлен на опоры колёсные, которые закреплены на корпусе с обеих сторон, а на основании каждого сегмента закреплены подвесы с блоками датчиков, обеспечивающие прилегание блоков датчиков к внутренней поверхности трубопровода.

2. Система измерительная магнитная внутритрубная по п.1, отличающаяся тем, что каждый сегмент содержит основание и два звена, которые закреплены к основанию с помощью шарниров.

3. Система измерительная магнитная внутритрубная по п.1, отличающаяся тем, что содержит два одометрических колеса спереди в горизонтальной плоскости и два одометрических колеса сзади в вертикальной плоскости, при этом одометрические колёса интегрированы в опоры колёсные.

4. Система измерительная магнитная внутритрубная по п.1, отличающаяся тем, что между подвесами с блоками датчиков установлены пружины, компенсирующие изменение зазора при прохождении сужений трубопровода и обеспечивающие равномерное распределение блоков датчиков по поверхности трубопровода.